KR20100059214A

KR20100059214A - 실내외 위치 인식 장치

Info

Publication number: KR20100059214A
Application number: KR1020080117903A
Authority: KR
Inventors: 조상현
Original assignee: 주식회사 우레아텍
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-04

Abstract

본 발명은 이동체에 부착되고 모드 제어신호에 응답하여 위치 신호를 발생시키는 위치 인식 장치에 있어서; 건물의 실내와 실외 경계부에 설정된 스위칭 존(switching zone)과; 위성항법장치(GPS) 및 상기 위성항법장치의 신호를 보정하는 관성항법장치(INS) 신호를 이용하여 실외 위치를 추적하며 상기 스위칭 존에 대한 위치 정보가 내장된 실외 위치 결정 모듈과; 실내 초음파 위성 또는 라인 카메라를 이용하여 실내 위치를 추적하며 상기 스위칭 존에 대한 위치 정보가 내장된 실내 위치 결정 모듈을; 포함하여 구성되어 실내와 실외의 구분 없이 선형적 위치 인식이 실행되는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 실내와 실외에 걸쳐 위치정보를 범 공간적인 위치인식 정보가 제공됨으로써, 이동체의 이동 자유도를 실내외로 확대시키는 실내외 위치 인식 장치가 제공되는 이점이 있다.

GPS, INS, 초음파 위성, 라인 카메라

Description

실내외 위치 인식 장치{Indoor and outdoor positioning device}

일반적으로 위치인식 기술은 주로 실내 위치인식을 목표로 하는데, 실외는 GPS로 이미 널리 범용되고 있으므로 기술 개발의 여지가 적기 때문이다.

이와 같은 실내 위치인식 기술은 주로 한정된 실내공간에서 이동로봇의 이동성을 해결해주는 기술로 사용되고 있다.

지능 로봇이 스스로 이동하면서 서비스하려면 로봇 스스로의 실내에서의 위치를 인식할 수 있어야 하며, 이러한 실내 위치를 알기 위해서는 실외 GPS처럼 위 치 정보를 알려주는 센서가 필요한데, GPS는 실내에서 사용할 수 없기 때문에 실내에서는 초음파 위성(210USAT) 또는 라인 카메라를 설치하여 사용하고 있다.

상기 초음파 위성은 GPS 방식처럼 건물 내에 발신기를 배치해 그 좌표를 계산하고 이동체를 통해 실시간으로 거리를 측정, 위치를 인식하는 기술이다.

이러한 초음파 위성은 노인, 환자, VIP의 보호, 산업체 주요 보안관리 구역, 유비쿼터스 분야, 헬스, 가상현실, 의료용, 군사용 등 그 응용범위가 매우 넓다.

상기 라인 카메라를 이용한 실내 위치 인식은 건물내에 로봇 등 이동체의 이동 경로에 라인을 그려두고, 카메라로 경로를 스케닝하면서 추적하는 방식으로 이동 경로의 자유도가 미리 그려진 라인에 의하여 제한되는 단점이 있으나, 기술 구현이 쉬운 장점이 있다.

이와 같이 현재의 위치인식 기술은 실내와 실외 환경에서는 독립적으로 어느 정도 기술 완성도를 가진 기술로서 활용되고 있으나, 이를 지능 로봇과 같은 이동체의 이동 소스로 활용하는 것은 지능 로봇의 이동 자유도를 스스로 실내 또는 실외로 한정해 버리는 것이 되는 문제점이 있다.

즉, 현재의 기술방식으로는 실내와 실외에 걸쳐 범 공간적인 위치인식 기술이 제공되지 않아 이동체의 이동 자유도가 한정되어져 이동체를 활용하고자 하는 산업계의 요구를 충분히 만족시키지 못하고 있는 문제점이 있다.

한편, 실내외에서 모두 가능한 정밀위치 인식장치는 지상파 LBS를 이용한 위 치 인식 기술을 처음 상용화한 이스라엘의 ITURAN(NASDAQ:ITRN)社에서 선보인 바 있지만 무게도 무겁고 가격도 비싸 많이 보급되지는 못했다.

본 발명은 실내와 실외에 걸쳐 위치정보를 범 공간적인 위치인식 정보를 제공함으로써, 이동체의 이동 자유도가 실내외로 확대시키는 실내외 위치 인식 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이동체에 부착되고 모드 제어신호에 응답하여 위치 신호를 발생시키는 위치 인식 장치에 있어서; 건물의 실내와 실외 경계부에 설정된 스위칭 존(switching zone)과; 위성항법장치(GPS) 및 상기 위성항법장치의 신호를 보정하는 관성항법장치(INS) 신호를 이용하여 실외 위치를 추적하며 상기 스위칭 존에 대한 위치 정보가 내장된 실외 위치 결정 모듈과; 실내 초음파 위성 또는 라인 카메라를 이용하여 실내 위치를 추적하며 상기 스위칭 존에 대한 위치 정보가 내장된 실내 위치 결정 모듈을; 포함하여 구성되어 실내와 실외의 구분 없이 선형적 위치 인식이 실행되는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치를 기술적 요지로 한다.

여기서 상기 실내외 위치 인식 장치는 상기 스위칭 존에서 건물의 입구를 식별하는 레이저 스캐너를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치로 되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부는 상기 실외 위치 결정 모듈과 실내 위치 결정 모듈의 출력 신호를 입력받아 이를 실내 또는 실외의 위치 정보로 해석하여 이동체의 주행정 보 신호로 출력시키는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치로 되는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 스위칭 존 개념도이며, 도 3은 본 발명을 이용하여 실외에서 실내로 진입시 플로우 차트이며, 도 4는 본 발명을 이용하여 실내에서 실외로 진출시 플로우 차트이다.

본 발명은 위치 인식 장치에 관한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 크게 스위칭 존(50)(switching zone)과 실외 위치 결정 모듈(20)과 실내 위치 결정 모 듈(10)과 레이저 스캐너(미도시)와 제어부(30)를 포함하여 구성된다.

위치 인식 장치는 위치 결정 모듈을 사용하여 이동 위치를 응답하고 이로 인하여 획득된 정보를 이동 경로로 활용하거나, 유비퀴터스 제어 정보로 활용하는 등 다양한 용도의 장치이다.

본 발명의 위치 인식 장치는 모드 제어신호에 응답하여 위치 신호를 발생시키는 장치로서, 실외에서 이동하는 물체의 위치를 인식하는 데 주로 사용되거나, 제한된 공간내의 실내에서 물체의 위치를 인식하는데 사용되던 장치를 활용하여 위치 인식 공간을 확대시킨 것이다.

현재 GPS를 이용한 위치 인식 장치가 널리 활용되고 있지만, 측정범위가 비교적 넓고 실내나 지하에서는 전혀 추적이 안되는 단점이 있어 주로 외부에서 사용하는 차량에만 적용가능하다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 보완하여 공장이나 연구소와 같은 제한된 구역내에서 로봇이나 차량의 자동이동 정보로서 활용할 수 있는 위치 인식 장치를 제공한다.

이를 위하여 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 건물의 실내와 실외 경계부에 미리 스위칭 존(50)(switching zone)을 설정하여 둔다.

상기 스위칭 존(switching zone)은 실내와 실외 경계 위치로서 이에 관한 위치 정보는 후술하는 제어부에 미리 입력한다.

이하 도 1을 참고하여 본 발명에 관하여 살펴보면, 본 발명의 실외 위치 결정 모듈(20)은 위성항법장치(이하 GPS(100)) 신호를 이용하여 실외 위치를 추적하는 장치이다.

상기 위성항법장치(GPS ;Global Positioning System)는 실외에서 물체의 이동을 인지하는 장치에 주로 이용되고 있는 것으로서, 공장이나 연구소의 실외에서 이동체의 위치정보를 제공한다.

상기 GPS(100)는 현재 완전하게 운용되고 있는 유일한 범지구 위성항법시스템으로서, 무기 유도, 항법, 측량, 지도제작, 측지, 시각동기 등의 군용 및 민간용 목적으로 사용되며, 중궤도를 도는 인공위성에서 발신하는 마이크로파를 GPS 수신기에서 수신하여 수신기의 위치벡터를 결정함으로서 실외의 위치 정보로 널리 사용되고 있다.

상기 INS(110)는 측정한 가속도를 기초로 자신의 위치를 구하는 항법으로서, 3차원의 가속도를 측정하는 가속도계 및 그 측정된 가속도로부터 속도·이동거리 등을 계산하는 컴퓨터로 만들어진다.

종래의 천체측정에 의한 항법 또는 지상으로부터의 전파에 의한 항법과는 달리, 외부로부터의 원조가 필요없기 때문에 악천후·전파장애 등 외계(外界)의 영향을 받지 않고도 단시간에 현재위치를 포함한 여러 항법제원을 산출·표시할 수 있다.

현재 INS(110)는 항공기를 비롯한 잠수함 등의 선박과 로켓·미사일·우주선의 유도(관성유도)에도 이용되고 있으며 자동차에도 이용하려는 다양한 시도가 진 행되고 있다.

본 발명에서는 상기 관성항법장치(INS) 신호는 상기 위성항법장치(GPS)의 신호를 보정하는데 사용되며, 상기 관성항법장치의 신호와 위성항법장치의 신호를 연속 대조함으로써, 상기 위성항법장치 신호의 위치 인식이 오차 범위내의 정밀 신호로 획득되어 진다.

따라서 상기 GPS와 INS는 실외의 위치 정보를 인식하는데 아주 유용하므로, 이동체가 실외에서 목적 건물을 찾아가는 데에는 상기 GPS 또는 INS를 이용한 실외 위치 결정 모듈(20)의 위치 정보를 이용한다.

본 발명의 실내 위치 결정 모듈(10)은 실내 초음파 위성(210) 또는 라인 카메라(200)를 이용하여 실내 위치를 추적하는 장치이다.

일반적으로 위치인식 기술은 주로 실내 위치인식을 목표로 하는데, 실외는 상기한 GPS(100)로 널리 범용되고 있기 때문이다.

지능형 이동 로봇이 스스로 이동하면서 서비스하려면 로봇 스스로 실내에서의 위치를 인식할 수 있어야 하며, 이러한 실내 위치를 알기 위해서는 실외 GPS처럼 위치 정보를 알려주는 센서가 필요한데, GPS는 실내에서 사용할 수 없기 때문에 실내에서는 상기 초음파 위성(210)(USAT)을 설치하여 사용한다.

상기 초음파 위성(210)은 GPS(100) 방식처럼 건물 내에 발신기를 배치해 그 좌표를 계산하고 이동체를 통해 실시간으로 거리를 측정, 위치를 인식하는 기술이다.

이러한 초음파 위성(210)은 노인, 환자, VIP의 보호, 산업체 주요 보안관리 구역, 유비쿼터스 분야, 헬스, 가상현실, 의료용, 군사용 등 분야에서 이미 널리 사용되고 있다.

상기 라인 카메라(200)를 이용한 실내 위치 인식은 건물내에 로봇 등 이동체의 이동 경로에 라인을 그려두고, 카메라로 경로를 스케닝하면서 추적하는 방식으로 이동 경로의 자유도가 미리 그려진 라인에 의하여 제한되는 단점이 있으나, 기술 구현이 쉬운 장점이 있다.

본 발명의 실내 위치 결정 모듈(10)은 이와 같이 널리 알려진 실내 위치인식 기술을 사용하여 실내 위치 정보를 획득한다.

본 발명의 제어부(30)는 상기 스위칭 존(50)에 대한 위치 정보가 미리 내장되어 있으며, 상기 실외 위치 결정 모듈(20)과 실내 위치 결정 모듈(10)의 출력 신호를 입력받아 이를 실내 또는 실외에서의 위치 정보로 해석하여 주행컴퓨터(40) 측으로 정보를 출력시키는 회로부이다.

한편, 본 발명은 실내 위치 결정 모듈(10)과 실외 위치 결정 모듈(20)이 함께 설치되므로 특정 위치에서 실내의 위치 정보와 실외의 위치 정보를 동시에 수집할 수 있으나, 실내에서는 실외 GPS(100) 등의 정보가 포착되지 않고, 실외에서는 실내 위치인식을 위한 예비적 수단(초음파 위성 또는 라인)이 갖추어져 있지 않으므로, 실제에 있어서는 항상 하나의 위치 정보만 포착되며, 이를 주행 컴퓨터의 이동 정보로 활용하도록 한다.

그런데, 상기 스위칭 존(50)은 실내와 실외의 경계지이므로 두개의 신호가 모두 포착될 수 있다.

따라서 본 발명은 상기 스위칭 존(50)에서는 실내 또는 실외 위치 정보를 포착하기 위한 대기상태를 유지하며, 상기한 실외나 실내의 위치 정보에 의하여 위치 정보를 인식하는 경우에 두개의 신호에 의하여 정보에 혼란이 야기될 수 있으므로, 레이져 스케닝으로 실내에서 실외로 진입하거나 그 반대로 진입하는 정보를 수집한다.

실외에서 실내로 진입하는 과정을 도 3을 참조하여 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 실외에서는 GPS(100) 정보를 이용하여 이동체의 이동을 실시하면서 스위칭 존(50)으로 도착한다.

상기 스위칭 존(50)에 도착되면 상기 제어부(30)는 미리 입력된 정보에 의하여 스위칭 존(50)을 인식하여 위치인식 장치 신호의 전환을 대기하게 되며, 이동체는 레이저 스캐너(미도시)를 이용하여 건물의 입구를 확인하고 진입한다.

상기 이동체(60)가 실내로 진입되면 상기 제어부(30)는 다시 새로운 위치 인식 정보를 찾게 되는 데 실내로 진입하였으므로 실내 위치 결정 모듈(10)에서 발생시키는 정보만 포착하게 되며 이를 실내 주행 신호로 전송한다.

실내에서 실외로 진출하는 과정 역시 도 4를 참조하여 자세히 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 실내에서는 초음파 위성 정보 등을 이용하여 이동체(60)의 이동을 실시하면서 스위칭 존(50)으로 도착한다.

상기 스위칭 존(50)에 도착되면 상기 제어부(30)는 위치인식 장치 신호의 전환을 대기하게 되며, 이동체는 레이저 스케너를 이용하여 건물의 입구를 확인하고 실외로 진출한다.

상기 이동체(60)가 실외로 진출하면 상기 제어부(30)는 다시 새로운 위치 인식 정보를 찾게되는 데 실외에서는 실외 위치 결정 모듈에서 발생시키는 정보만 포착하게 되므로 이를 실외 주행 신호로 전송한다.

한편 상기한 바와 같이 상기 제어부(30)에서 전송되는 위치 인식 신호는 실내와 실외로 구분되며, 실내외에서의 주행 속도, 주행 환경이 엄연히 다르므로 상기 주행 컴퓨터(40)는 제어부(30)의 출력 종류에 따라 실내 주행모드 또는 실외 주행모드로 전환되게 하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 실내와 실외에서 가장 효율적으로 활용될 수 있는 위치 정보 모듈을 구성하고, 실내에서 실외 또는 그 반대로의 환경 변화지점을 스위칭 존으로 구성하며, 상기 스위칭 존에 대한 위치 정보를 미리 제어부에 내장하여 이동체가 스위칭 존에 진입하면 레이저 스케너로 진행을 계속하면서 환경에 적합한 위치 정보 신호를 포착하므로, 실외와 실내 어디서나 위치 인식 이 가능하며, 위치 정보가 선형적으로 제공되게 된다.

본 발명의 상기 제어부는 이와 같이 포착한 위치 정보 신호를 이동체의 주행정보 신호로 출력시킴으로서 로봇 등과 같은 이동체가 주어진 환경내에서 스스로 이동하면서 작업을 할 수 있는 인프라를 제공한다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 블럭도

도 2는 본 발명의 스위칭 존 개념도

도 3은 본 발명을 이용하여 실외에서 실내로 진입시 플로우 차트

도 4는 본 발명을 이용하여 실내에서 실외로 진출시 플로우 차트이

*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명*

10 : 실내 위치 결정 모듈

100 : GPS 110 : INS

20 : 실외 위치 결정 모듈

200 : 라인 카메라 210 : 초음파 위성

30 : 제어부 40 : 주행 컴퓨터

50 : 스위칭 존 60 ; 이동체

Claims

이동체에 부착되고 모드 제어신호에 응답하여 위치 신호를 발생시키는 위치 인식 장치에 있어서;

건물의 실내와 실외 경계부에 설정된 스위칭 존(switching zone)과;

위성항법장치(GPS) 및 상기 위성항법장치의 신호를 보정하는 관성항법장치(INS) 신호를 이용하여 실외 위치를 추적하는 실외 위치 결정 모듈과;

실내 초음파 위성 또는 라인 카메라를 이용하여 실내 위치를 추적하는 실내 위치 결정 모듈과;

상기 스위칭 존에 대한 위치 정보가 미리 내장되어, 상기 실외 위치 결정 모듈과 실내 위치 결정 모듈의 출력 신호를 입력받아 이를 실내 또는 실외에서의 위치 정보로 해석하며, 이동체가 상기 스위칭 존에 진입하면 상기 실내외 위치 결정 모듈의 정보의 수신을 대기시키는 제어부로;

구성되어 실내와 실외에서 선형적 위치 인식이 실행되는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치.
제1항에 있어서 상기 실내외 위치 인식 장치는

상기 스위칭 존에서 건물의 입구를 식별하고 이동체의 출입 안내 정보를 발생시키는 레이저 스캐너를 포함하여 구성되어,

상기 스위칭 존에서는 이동체가 상기 레이저 스캐너의 안내에 따라 이동되게 하는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서 제어부는

상기 실외 위치 결정 모듈과 실내 위치 결정 모듈의 출력 신호를 입력받아 이를 실내 또는 실외의 위치 정보로 해석하여 이동체의 주행정보 신호로 출력시키는 것을 특징으로 하는 실내외 위치 인식 장치.