KR20070012117A - 이동체 인도 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동형 로봇과 같은 이동체를 충전대로 인도(引導)하기 위한 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은,

이동체 인도신호를 발생하여 회전 송출하되 그 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 이동체 인도정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생하여 송출하는 신호송출방향 회전수단과, 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호를 수신하기 위한 제1무선 통신부를 포함하는 이동체 인도기와;

상기 이동체 인도신호 수신시 그 사실을 상기 이동체 인도기로 무선 송신하기 위한 제2무선 통신부와, 수신되는 이동체 인도신호에 따라 휠 구동을 제어하는 제어부를 가지는 이동체;를 포함함을 특징으로 한다.

이동체, 인도(引導), 적외선.

Description

이동체 인도 시스템{SYSTEM FOR LEAD A ROBOT INTO THE TARGET POINT}

도 1은 이동체인 로봇의 상대위치를 추정하기 위한 일반 시스템 구성 예시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 인도 시스템의 블럭구성도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동체 인도 시스템의 블럭구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동체 인도 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 이동체 인도 시스템에 관한 것으로, 특히 이동형 로봇과 같은 이동체를 충전대로 인도하기 위한 시스템에 관한 것이다.

로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용되어 왔다. 이러한 로봇공학 분야는 근래에 들어 최첨단 우주개발산업에 사용되면서 발전을 거듭하여 왔고, 최근에 들어서는 인간 친화적인 가정용 로봇이 개발되기에까지 이르렀다. 이러한 인간 친화적인 가정용 이동로봇은 이동성을 보장받기 위 한 방안으로서 배터리를 사용하고 있으며, 배터리 충전전압이 설정 레벨 이하로 떨어지면 배터리를 충전시키기 위해 충전대로 자동 복귀하도록 프로그램되어 있다.

이동로봇이 충전대로 복귀하기 위해서는 충전대로부터 자신의 상대적 위치를 알아야면 충전대로 정상 복귀할 수 있다. 이동로봇이 충전대로 복귀하기 위한 기술로서 이동 바퀴에 설치된 엔코더 출력정보를 이용하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 바퀴의 미끄러짐이나 공회전 등에 의한 오차를 보상할 수 없는 관계로 바람직한 방법이라 할 수 없다.

한편 도 1에 도시한 바와 같이 초음파 송신부와 RF 수신부가 내장된 비컨(Beacon)모듈(100)을 미리 실내 천정에 다수 설치하여 이동로봇(200)의 상대위치를 추정하는 기술도 소개되고 있다. 이러한 시스템에서는 먼저 초음파 수신부와 RF 송신부를 내장한 이동로봇(200)이 초음파 발사를 RF신호로 요청하면, 그에 응답하여 각각의 비컨모듈(100)은 초음파 신호를 송신한다. 따라서, 이동로봇(200)에서는 각 비컨(100)에서 발사된 초음파 신호의 도달시간을 체크함으로서 각 비컨(100)까지의 거리를 환산할 수 있고, 이로부터 이동로봇의 상대위치를 추정하여 충전대로 복귀할 수 있다.

그러나 비컨을 이용하는 상기 시스템은 천정등에 다수의 비컨을 설치해야 하는 불편함이 따르며, 다수의 비컨 사용으로 인해 시스템 구축 비용이 높아진다는 단점을 가진다.

이에 본 발명의 목적은 시스템 구축 비용을 최소화하면서 별도의 모듈 설치 작업 없이 이동체를 충전대로 인도(引導)할 수 있는 이동체 인도 시스템을 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 이동체의 이동궤적을 실시간 보정하여 신속하게 목표 위치로 이동하도록 인도할 수 있는 이동체 인도 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 인도 시스템은,

이동체 인도신호를 발생하여 회전 송출하되 그 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 이동체 인도정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생하여 송출하는 신호송출방향 회전수단과, 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호를 수신하기 위한 제1무선 통신부를 포함하는 이동체 인도기와;

상기 이동체 인도신호 수신시 그 사실을 상기 이동체 인도기로 무선 송신하기 위한 제2무선 통신부와, 수신되는 이동체 인도신호에 따라 휠 구동을 제어하는 제어부를 가지는 이동체;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 특징에 따르면, 이동체(이동로봇)는 이동체 인도기(충전대)로부터 실시간 송출되는 이동체 인도정보에 기초하여 목표위치로 이동 가능하기 때문에, 비컨(beacon)과 같은 별도의 모듈 지원 없이 이동체는 원하는 목표 위치(혹은 지점)로 신속, 정확하게 이동할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 참고적으로 하기 설명에서의 이동체는 청소용 로봇과 가정용 로봇 등을 포함하는 이동로봇으로서, 상기 이동로봇은 휠 구동에 의해 이동 가능하며 경우에 따라서는 관절 메카니즘을 이용하여 이동 가능한 로봇일 수도 있다.

이하 첨부 도면을 참조하면, 우선 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 인도 시스템의 블럭구성도를 도시한 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이 이동체 인도 시스템은 크게 이동체 인도기(300)와 이동체(400)를 포함한다.

상기 이동체 인도기(300)는 기본적으로 이동체 인도신호를 발생하여 회전 송출하되, 그 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 후술하는 이동체(400)로부터 수신되면 이동체를 목표위치(예를 들면 충전대의 도킹위치)로 인도하기 위한 이동체 인도신호를 발생하여 출력하는 신호송출방향 회전수단(320,330)과, 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호를 수신하기 위한 제1무선 통신부(310)를 포함한다.

상술한 이동체 인도기(300)는 충전대와는 별개의 독립 모듈로서 구현될 수도 있지만 바람직하게는 이동체(400) 배터리를 충전시키기 위해 필요한 충전대와 일체화되어 구현되는 것이 바람직하다. 이러한 이동체 인도기(300)의 세부 구성을 도 2를 참조하여 부연 설명하면,

우선 이동체 인도기(300)는 후술할 이동체(400)와 이동체 인도신호의 수신완 료 상태를 통신하기 위한 제1무선 통신부(310)를 구비한다. 아울러 이동체 인도기(300)는 신호송출방향 회전수단으로서 이동체 인도신호 발생기(332,333)와, 반사경(334), 반사경 회전수단(335) 및 제어부(320)를 더 포함한다.

상기 이동체 인도신호 발생기(332,333)는 제어부(320)의 제어에 따르는 이동체 인도신호를 발생하여 출력한다. 이러한 이동체 인도신호 발생기는 신호 증폭용 앰프(332)와 적외선 LED(333)를 포함하는 적외선 송신기로 구현 가능하다. 따라서 상기 이동체 인도신호는 이동체를 인도하기 위한 적외선 빔에 해당하는데 이동체를 인도하기 위해 필요한 정보를 담고 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

한편 반사경(334)은 상기 이동체 인도신호 발생기(332,333)에서 발생된 이동체 인도신호를 반사시키고, 상기 반사경(334)은 제어부(320)에 의해 구동되는 회전수단(335), 즉 모터의 구동에 의해 360도 회전한다. 즉, 이동체 인도신호 발생기(332,333)에서 발생된 이동체 인도신호의 송출방향은 반사경(334)과 회전수단(335)에 의해 360도 전방향으로 송출 가능하다.

마지막으로 제어부(320)는 내부 메모리에 저장된 제어 프로그램 데이터에 기초하여 이동체 인도기(300)의 동작을 전반적으로 제어한다. 예를 들면, 제어부(320)는 이동체 인도신호의 발생을 제어함은 물론 상기 반사경(334)의 회전각을 제어함으로서 이동체 인도신호를 발생하여 전방향(360도)으로 순차 송출되도록 한다. 그리고 제어부(320)는 제1무선 통신부(310)를 통해 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 반사경(334)의 스윙을 정지시킨후 그때의 반사경 회전각 정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생하여 송출함으로서, 이동체 (400)가 목표 위치에 도킹할때까지 트랙킹할 수 있다.

참고적으로 상기 반사경 회전각 정보는 이동체 인도정보와 동일 의미인 것으로 가정할 수 있다. 그리고 상기 반사경 회전각 정보는 목표위치(예를 들면 충전대의 도킹위치)로부터 이동체(400)가 오프셋되어 있는 각도를 나타내는 것으로 정의할 수 있다.

한편 이동체(400)는 상기 이동체 인도기(300)로부터 송출된 이동체 인도신호를 수신하고 그 신호에 포함된 이동체 인도정보에 따라 목표위치로 이동한다. 이러한 이동체(400)는 도 2에 도시한 바와 같이 이동체 인도신호를 수신하기 위한 수신부(460)를 포함한다. 이러한 수신부(460)는 적외선 수광소자(461)와 신호 증폭용 앰프(462)를 포함하는 적외선 수신기로 구현 가능하며 이동체 인도신호의 수신율과 트랙킹 성능을 높이기 위해 다수개 구비될 수 있다. 다수개의 적외선 수신기가 구비되는 경우 후술할 이동체(400)의 제어부(420)는 적외선 수신기들중 중앙에 위치하는 수신기를 통해 이동체 인도신호의 수신이 이루어지도록 휠 구동을 제어한다.

더 나아가 상기 이동체(400)는 이동체 인도기(300)와 통신 수행하기 위한 제2무선 통신부(410)를 더 포함한다. 상기 제2무선 통신부(410)를 통해 이동체의 제어부(420)는 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호를 이동체 인도기(300)측으로 송신할 수 있다.

이동체(400)의 제어부(420) 역시 내부 메모리에 저장된 제어 프로그램 데이터에 기초하여 이동체(400)를 종합적으로 제어한다. 예를 들면, 제2무선 통신부(410)를 통해 이동체 인도신호가가 수신되면 그 수신완료상태를 상기 제2무선 통신 부(410)를 통해 이동체 인도기(300)측으로 송신하여 주고, 상기 이동체 인도기(300)로부터 송신된 이동체 인도신호에 포함된 인도정보에 따라 휠 구동 제어한다.

참고적으로 상기 이동체(400)는 일반 청소용 로봇과 같이 장애물, 압력, 클리프(cliff)를 감지하기 위한 센서들로 이루어지는 센서부를 더 포함하고 있으며, 이동체(400)의 이동을 위한 휠 모터 구동부(430)와 휠 모터(440) 및 회전량 감지부(450)를 더 포함한다. 상기 휠 모터 구동부(430)는 상기 제어부(420)로부터 인가되는 구동제어신호에 따라 휠 모터(M)를 각각 구동시킨다. 그리고 상기 회전량 감지부(450)는 좌륜과 우륜 휠 각각에 연결된 엔코더로서 좌륜 및 우륜 휠의 회전량을 감지하여 그에 상응하는 회전수 데이터를 상기 제어부(420)로 피드백하여 준다.

이하 상술한 구성을 가지는 이동체 인도 시스템의 동작을 첨부도면 도 4를 참조하여 부연 설명하기로 한다.

우선 도 4에서 참조부호 300은 이동체 인도기 역할을 하는 충전대를 나타낸 것으로 그 충전대의 측면 중앙에는 충전포트(301)가 위치하고 있으며, 그 충전대의 상부에는 이동체 인도신호를 전방향(360도)으로 회전송출하기 위한 구성, 즉 이동체 인도신호 발생기, 반사경 및 반사경 회전수단이 위치한다. 참고적으로 충전포트(301)의 정중앙을 도킹위치로 가정할 경우 그 도킹위치와 이동체 인도신호 발생기는 A축상에 위치하며, 이러한 경우 상기 A축을 이동체(400)가 이동해야 할 목표위치로 설정할 수 있다.

만약 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 B축상에 이동체(400)가 위치하고 있는 상태에서 상기 이동체(400)를 충전대 도킹위치까지 인도하고자 한다면 이동체 인도 기(300)는 우선적으로 이동체(400)의 위치를 검출해야 한다.

이동체(400) 위치 검출을 위해 이동체 인도기(300)의 제어부(320)는 우선적으로 이동체 인도신호를 발생시키기 위한 제어코드를 발생하여 이동체 인도신호 발생기(332,333)로 출력한다. 그러면 이동체 인도신호 발생기(332,333)에서는 상기 제어코드에 따르는 이동체 인도신호가 발생되어 반사경(334)을 통해 전방으로 송출된다. 상기 이동체 인도신호 송출후 제1무선 통신부(310)를 통해 상기 이동체 인도신호의 수신완료상태를 나타내는 신호가 수신되지 않으면, 제어부(320)는 반사경 회전수단(335)을 제어하여 반사경(334)을 약정된 각도만큼 회전 이동시킨다. 그리고 다시 이동체 인도신호를 발생시키기 위한 제어코드를 발생하여 출력하면 그에 따른 이동체 인도신호는 이전과는 다른 방향으로 송출된다.

따라서 상술한 바와 같은 방법으로 반사경(334)을 회전시키면서 이동체 인도신호의 발생을 제어하면 전방향(360도)으로 이동체 인도신호가 송출되는 결과를 얻을 수 있다.

참고적으로 이동체(400)의 제어부(420)는 적외선 수신기와 같은 수신부(460)를 통해 이동체 인도신호가 수신되면 그 수신완료상태를 나타내는 정보를 제2무선 통신부(410)를 통해 이동체 인도기(300)로 송신한다.

따라서 반사경(334)을 순차적으로 회전시키면서 전방향(360도)에 대해 이동체 인도신호를 송출하던중 그 이동체 인도신호의 수신완료상태를 나타내는 신호가 제1무선 통신부(310)를 통해 수신되면, 이동체 인도기(300)의 제어부(320)는 이동체(400)의 위치를 검출한 것이므로 반사경(334)의 회전을 정지시킨다.

이상에서와 같이 이동체(400)의 위치 검출이 완료되면 제어부(320)는 그 검출위치정보, 즉 반사경(334) 회전각 정보에 대응하는 제어코드를 발생하여 이동체 인도신호 발생기(332,333)로 출력하여 줌으로서, 결과적으로 반사경 회전각 정보에 대응하는 이동체 인도신호가 이동체(400)의 수신부(460)로 전달될 수 있게 되는 것이다.

이에 따라 이동체(400)의 제어부(420)는 수신부(460)를 통해 이동체 인도신호를 수신받게 되고 수신된 이동체 인도신호를 복조하여 반사경 회전각 정보를 획득한 연후에 그에 따라 휠 구동을 제어함으로서 목표위치로 접근해 나갈 수 있다.

예를 들어 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 이동체(400)가 목표위치(A)로부터 α만큼 오프셋 된 지점에 위치한다면 상술한 바와 같은 방법에 따라 이동체(400)의 제어부(420)는 반사경 회전각 정보 α의 값을 획득하게 된다. 이에 따라 이동체(400)의 제어부(420)는 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 반사경 회전각 정보 α의 값을 감소시키기 위한 방향으로 이동한다. 이때 이동체 인도기(300)의 제어부(320)는 이동체(400)의 이동방향과 이동거리 예측이 가능하므로 그 예측 가능한 방향으로 반사경(334)을 회전시켜 다시 이동체 인도신호를 송출하고, 그 신호 수신여부에 따라 다시 반사경 회전각 정보를 전송하여 주는 방식을 반복하면, 결과적으로 이동체(400)를 목표위치(A)로 인도할 수 있게 된다.

그리고 이동체가 목표위치(A)에 도달하였다면 이동체 인도기(300)의 제어부(320)는 반사경(334)을 고정시킨 상태에서 지속적으로 이동체 인도신호를 송출하여 준다. 이때 이동체(400)의 제어부(420)는 다수의 수신부(460)들중 중앙에 위치하는 수신부를 통해 그 이동체 인도신호의 수신이 이루어지도록 휠 구동 제어하면 이동체(400)는 목표위치인 A축을 따라 충전포트(301)까지 신속, 정확하게 인도될 수 있다.

따라서 본 발명은 비컨과 같은 다수의 통신 모듈 구비 없이 단순한 구성만으로도 이동체(400)를 충전대와 같은 목표위치로 인도할 수 있는 발명이라 할 수 있는 것이다.

이상의 실시예에서는 반사경(334)을 순차적으로 회전시켜 이동체 인도신호를 전방향에 대해 송출하였으나, 도 3에 도시한 바와 같이 이동체 인도신호 발생기에 해당하는 적외선 LED(333)를 회전시키는 방식으로 이동체 인도 시스템을 구축할 수도 있을 것이다. 즉, 이동체 인도신호 발생기의 일 구성요소인 적외선 LED(333)가 체결되어 있는 체결수단(336)을 회전수단(335)인 모터의 회전축과 연결함으로서, 모터의 회전에 따라 적외선 LED(333)에서 발생되는 이동체 인도신호가 360도 전방향으로 회전 송출 가능해 진다. 도 3에서 미설명된 참조부호는 도 2의 구성과 동일하므로 그에 대한 구체적인 동작 설명은 생략하기로 한다. 다만, 도 3에 도시한 이동체 인도기(300)의 제어부(320)는 제1무선 통신부(310)를 통해 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 그때의 이동체 인도신호 발생기(335)의 회전각 정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생하여 준다.

따라서 이동체 인도신호 발생기(335)의 회전각 정보에 대응하는 이동체 인도신호를 수신한 이동체(400) 역시 도 2에서와 같은 방법으로 목표위치(A)로 인도될 수 있으며, 그 목표위치를 따라 충전포트(301)까지 재차 인도될 수 있게 되는 것이 다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 이동체(이동로봇)는 이동체 인도기(충전대)로부터 실시간 송출되는 이동체 인도정보에 기초하여 목표위치로 이동 가능하기 때문에, 비컨(beacon)과 같은 별도의 모듈 없이도 목표 위치로 이동할 수 있는 저가의 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있으며,

더 나아가 본 발명은 이동체의 이동궤적을 실시간 보정하여 주기 때문에 이동체를 신속하게 목표 위치로 인도할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 이동체 인도신호를 발생하여 회전 송출하되 그 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 이동체 인도정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생하여 송출하는 신호송출방향 회전수단과, 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호를 수신하기 위한 제1무선 통신부를 포함하는 이동체 인도기와;

   상기 이동체 인도신호 수신시 그 사실을 상기 이동체 인도기로 무선 송신하기 위한 제2무선 통신부와, 수신되는 이동체 인도신호에 따라 휠 구동을 제어하는 제어부를 가지는 이동체;를 포함함을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 신호송출방향 회전수단은 :

   이동체 인도신호 발생기와;

   상기 발생기에서 발생된 이동체 인도신호를 반사시키기 위한 반사경과;

   상기 반사경을 회전시키기 위한 회전수단과;

   상기 이동체 인도신호의 발생을 제어함은 물론 상기 반사경의 회전각을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 제1무선 통신부를 통해 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 상기 반사경의 회전을 정지시키고 그때의 반사경 회전각 정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생 제어함을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 이동체 인도신호 발생기는 적외선 송신기임을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 신호송출방향 회전수단은 :

   이동체 인도신호 발생기와;

   상기 이동체 인도신호 발생기를 회전시키기 위한 회전수단과;

   상기 이동체 인도신호의 발생을 제어함은 물론 상기 회전수단의 회전각을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 제1무선 통신부를 통해 상기 이동체 인도신호의 수신완료 상태를 나타내는 신호가 수신되면 그때의 이동체 인도신호 발생기 회전각 정보에 대응하는 이동체 인도신호를 발생 제어함을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 이동체 인도신호 발생기는 적외선 송신기임을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
6. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동체와 이동체 인도기 각각은 청소용 로봇과 그 충전대임을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동체는,

   상기 이동체 인도신호를 수신하기 위한 다수의 수신부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 수신부들중 중앙에 위치하는 수신부를 통해 상기 이동체 인도신호의 수신이 이루어지도록 휠 구동을 제어함을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 이동체와 상기 수신부는 청소용 로봇과 적외선 수신기임을 특징으로 하는 이동체 인도 시스템.

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