KR101280908B1 - The apparatus and method of automated robotic delivery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 물류를 이송시키기 사용하는 수레 또는 적재함을 로봇이 이송 시킬 수 있도록 하기 위하여 로봇과 연결하는 방법과 수레 또는 적재함을 끌고 갈 수 있는 로봇 구성하는 방법, 자동으로 물건을 목적지에 배달하기 위한 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention provides a method of connecting with the robot and a method of constructing a robot capable of dragging a wagon or a loading box to enable the robot to transport a cart or a loading box used for transporting logistics, and a magnet for automatically delivering goods to a destination. The present invention relates to a tug robot driving device and method having excellent location tracking and obstacle avoidance.
종래의 무인대차(일명 AGV; Automatic Guided Vehicle)는 산업현장에서 부품등을 특정 위치까지 이송 시키는 형태의 기기는 일반화되어있다. In the conventional unmanned vehicle (AGV) Automatic Guided Vehicle (AGV) is a type of equipment for transferring parts to a specific location in the industrial field is common.
무인대차의 경우 구동 유니트와 운송을 적재함이 일체되어 있는 단일 형태였다. In the case of a driverless car, the drive unit and the transport box were integrated.
또한 공간 점유율이 크고, 정형화된 레일이나 바닥면에 설치한 자기 테이프 또는 특정 랜드 마크를 설치한다. In addition, space occupancy is large, and magnetic tapes or specific landmarks installed on standard rails or floors are installed.
또한 이러한 무인대차의 경우 대량의 물류가 이송되는 산업현장에 적용되어 일반적인 물류 운반을 필요로 하는 곳에 설치하기에는 너무나 많은 비용이 발생된다. In addition, such an unmanned loan is applied to an industrial site in which a large amount of logistics is transported, which is too expensive to be installed in a place requiring general logistics transportation.
무엇보다, 병원이나, 도서관 등의 물류를 자동으로 운반할 수 있는 운반수단과, 기존의 운반수단과 호환이 되는 운송로봇의 개발이 시급한 실정이다.
Above all, it is urgent to develop a transport means that can automatically transport logistics such as a hospital or a library, and a transport robot compatible with the existing transport means.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 기존의 운반수단과 호환시킬 수 있고, 별도의 물류운반시설없이 자기위치트래킹모드와 장애물회피모드를 통해 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 물건을 안전하고 정확하게 이송시킬 수 있으며, 좁은 복도에서 다양한 형태의 운반 수단과 결합하여 물류를 운반할 수 있으며, 장소에 따른 제약을 받지 않고 운행이 가능하며, 무엇보다 병원의 약물을 운반하거나, 배식용 운반 수레를 운반하거나, 도서관의 도서를 일정 장소까지 운반할 수 있도록 응용시킬 수 있는 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, the present invention can be compatible with the existing transport means, and safely and accurately the object from the start point to the destination RF tag through the self-position tracking mode and obstacle avoidance mode without a separate logistics transport facility It can be transported, and can be transported in combination with various forms of transportation in narrow corridors, and can operate without being restricted by places, and most of all, transporting drugs in hospitals or transporting carts for feeding. In addition, the object of the present invention is to provide a tug robot driving device and method for transporting objects having excellent location tracking and obstacle avoidance that can be applied to transport a library book to a certain place.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치는In order to achieve the above object, a tug robot driving device for excellent object tracking and obstacle avoidance according to the present invention is excellent.
터그로봇의 리프트 구동신호에 따라 구동되어 물건을 특정높이까지 승하강시키면서 물건을 적재시킨 후, 터그로봇의 제어하에 물건을 이송시키는 리프트 적재카트(100)와,A
리프트 적재카트의 헤드부에 위치되어, 중앙제어서버로부터 전송된 자기위치트래킹모드를 통해 설정된 맵을 따라 이송하고, 자체 충돌회피모드를 통해 장애물을 피해가면서 특정위치의 목적지용 RF 태그부까지 리프트 적재카트를 안전하게 운전제어하는 터그로봇(200)과,Located on the head of the lift stacking cart, it moves along the map set through the self-position tracking mode transmitted from the central control server, and lifts up to the destination RF tag part at a specific position while avoiding obstacles through the self collision avoidance mode.
터그로봇과 무선인터넷망으로 연결되어, 터그로봇을 네비게이션 맵으로 위치추적하면서, 터그로봇의 움직임을 관리하는 중앙제어서버(300)로 구성됨으로서 달성된다.
It is achieved by being configured with a
또한, 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동방법은In addition, according to the present invention, a method for driving a robot for transporting objects having excellent magnetic tracking and obstacle avoidance is
물건의 목적지점에 목적지용 RF 태그부를 설치하는 단계(S100)와,Installing the destination RF tag unit in the destination point of the article (S100),
터그로봇의 마이컴부에 중앙제어서버로부터 전송된 네비게이션 MAP 어플리케이션을 세팅시켜 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 한 이송경로를 생성시키는 단계(S200)와,Setting a navigation MAP application transmitted from the central control server to the microcomputer of the tug robot to generate a transport path based on the building CAD data from the start point to the destination RF tag unit (S200);
리프트 적재카트에 터그로봇을 설치하는 단계(S300)와,Installing a tug robot on the lift cart (S300),
터그로봇의 제어하에 리프트 적재카트의 카트몸체에 물건을 적재시키는 단계(S400)와,Loading the goods on the cart body of the lift stacking cart under the control of the tug robot (S400),
터그로봇이 무선통신망을 통해 중앙제어서버와 양방향통신을 하면서, 움직임식별모드(295g-1), 장애물거리연산모드(295g-2), 장애물회피모드(295g-3), 자기위치트래킹모드(295g-4)를 구동시켜 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 이송시키는 단계(S500)와,As the tug-bot communicates with the central control server through the wireless communication network, the motion identification mode (295g-1), obstacle distance calculation mode (295g-2), obstacle avoidance mode (295g-3), magnetic position tracking mode (295g) (4) driving the feeder from the start point to the destination RF tag unit (S500);
중앙제어서버에서 터그로봇을 네비게이션 맵으로 위치추적하면서, 터그로봇의 움직임을 관리하는 단계(S600)와,In step S600, while tracking the position of the tug robot with a navigation map in the central control server, and (S600),
터그로봇이 목적지용 RF 태그부에 찍힌 RF 태그를 읽어들여 목적지에 도착했음을 중앙제어서버에 전달시키는 단계(S700)로 이루어짐으로서 달성된다.
It is achieved by the step of making the robot robot reads the RF tag stamped on the destination RF tag portion and delivers it to the central control server (S700).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 좁은 복도에서 다양한 형태의 운반 수단과 결합하여 물류를 운반할 수 있어 호환성이 좋고, 장소에 따른 제약을 받지 않고 운행이 가능하며, 물류 운반 시설을 갖추는 비용을 절약할 수 있다. As described above, in the present invention, the logistics can be transported in combination with various types of transportation means in a narrow corridor, so the compatibility is good, the operation can be performed without being restricted by a place, and the cost of equipping the logistics transport facilities can be saved. Can be.
또한, 운반 수단과 로봇은 회전 연결 조인트로 연결 되어 있어 방향 바꾸기가 자유롭고, 별도의 물류운반시설없이 자기위치트래킹모드와 장애물회피모드를 통해 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 물건을 안전하고 정확하게 이송시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.In addition, the conveying means and the robot are connected by a rotary connection joint, which means that the direction can be freely changed and the goods can be safely and accurately transferred from the start point to the destination RF tag through the self-position tracking mode and the obstacle avoidance mode without a separate logistics transport facility. It has a good effect.
도 1은 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치(1)의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치(1)의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 터그로봇(200)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 로봇제어모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 마이컴부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 적외선 소스부의 전면 일측에 설치되는 적외선 가이드 장치를 도시한 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 적외선 소스부의 전면 일측에 설치된 적외선 가이드 장치로 적외선을 점의 형태로 방출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 적외선소스부의 홀을 통과해서 생성된 점의 분포 및 점의 움직임을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 마이컴부의 자기위치트래킹모드(295g-4)의 동작을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 중앙제어서버의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 12는 본 발명에 따른 중앙제어서버의 구성요소 중 네비게이션 MAP 어플리케이션을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동방법을 도시한 순서도.1 is a perspective view showing the configuration of the object moving tug
FIG. 2 is a block diagram showing the components of the tug
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the components of the tug
Figure 4 is a block diagram showing the components of the
5 is a block diagram showing the components of the robot control module according to the present invention;
6 is a block diagram showing the components of the microcomputer unit according to the present invention;
7 is a plan view showing an infrared guide device installed on one side of the front of the infrared source unit according to the present invention;
8 is an embodiment showing the emission of infrared rays in the form of dots with an infrared guide device installed on one side of the infrared source unit according to the present invention,
Figure 9 is an embodiment showing the distribution of the point and the movement of the point generated by passing through the hole in the infrared source portion according to the present invention,
Figure 10 is an embodiment showing the operation of the magnetic position tracking mode (295g-4) of the microcomputer unit according to the present invention,
11 is a block diagram showing the components of the central control server according to the present invention;
12 is an embodiment showing a navigation MAP application of the components of the central control server according to the present invention;
Figure 13 is a flow chart illustrating a method for driving a robot for transporting objects excellent in magnetic tracking and obstacle avoidance according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치(1)의 구성을 도시한 사시도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것으로, 이는 리프트 적재카트(100), 터그로봇(200), 중앙제어서버(300)로 구성된다.
1 is a perspective view showing the configuration of the object-moving tug
먼저, 본 발명에 따른 리프트 적재카트(100)에 관해 설명한다.First, the
상기 리프트 적재카트(100)는 터그로봇의 리프트 구동신호에 따라 구동되어 물건을 특정높이까지 승하강시키면서 물건을 적재시킨 후, 터그로봇의 제어하에 물건을 이송시키는 역할을 한다.The
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 카트몸체(110), 리프트부(120), 회전조인트 연결부(130), 카트바퀴부(140), 제1 초음파센서(150)로 구성된다.
As shown in FIG. 3, the
상기 카트몸체(110)는 "ㄴ"자 형상의 직립구조로 이루어져 물건을 적재시키고, 외압으로부터 기기를 보호하는 역할을 한다.
The
상기 리프트부(120)는 카트몸체의 헤드부 일측에 위치되어, 터그로봇의 제어하에 물건을 상하로 이송시키는 역할을 한다.The
이는 리프트 날개로 승하강의 힘을 전달시키는 유압실린더와, 유압실린더로부터 승하강의 힘을 전달받아 물건을 상하로 이송시키는 리프트 날개로 구성된다.It is composed of a hydraulic cylinder for transmitting the lifting force to the lift wing, and a lift wing for transferring the goods up and down by receiving the lifting force from the hydraulic cylinder.
상기 리프트 날개는 젓가락 형상 또는 사각판 형상으로 형성된다.
The lift vane is formed in the shape of a chopstick or a square plate.
상기 회전조인트 연결부(130)는 리프트부 하단 일측에 위치되어, 터그로봇와 1:1 결합시키는 역할을 한다.
The rotary joint connection unit 130 is located at one side of the lower end of the lift unit, and serves to couple 1: 1 with the tug robot.
상기 카트바퀴부(140)는 카트몸체의 바닥에 위치되어 터그로봇의 이송에 따라 회전시키는 역할을 한다.
The
상기 제1 초음파센서(150)는 카트몸체의 일측에 위치되어 이송 중에 접근하는 장애물을 감지하는 역할을 한다.The first
이는 가까운 거리에 있는 물체 또는 사람의 유/무, 거리측정, 속도측정을 위해 세라믹 초음파 센서로 구성된다.
It consists of a ceramic ultrasonic sensor for the presence / absence of a nearby object or person, distance measurement and speed measurement.
이는 고유 진동에 상당하는 교류 전압을 가하면 압전 효과에 의해 효율이 좋게 진동해서 초음파를 발생시킨다.When an alternating current voltage corresponding to the natural vibration is applied, it vibrates efficiently by the piezoelectric effect and generates ultrasonic waves.
즉, 초음파가 입사되면 압전소자는 진동해서 전압이 발생되고, 역으로 압전소자에 전압을 인가하면 진동자가 진동하여 초음파가 발생한다.That is, when the ultrasonic wave is incident, the piezoelectric element vibrates to generate a voltage. On the contrary, when the voltage is applied to the piezoelectric element, the vibrator vibrates to generate ultrasonic waves.
상기 제1 초음파 센서는 센서 자신이 갖고 있는 고유 진동 주파수와 똑같은 주파수의 교류 전압을 가하면 더욱 효율이 좋은 음파를 발생할 수 있다. The first ultrasonic sensor may generate more efficient sound waves by applying an AC voltage having the same frequency as the natural vibration frequency of the sensor itself.
그러므로 물체에 반사된 음파를 그대로 센서로 입력(진동)시켜서 발생된 전압을 마이컴부에서 처리함으로써 장애물과의 측정거리를 연산할 수 있다.
Therefore, the measurement distance with the obstacle can be calculated by processing the voltage generated by inputting (vibrating) the sound wave reflected on the object to the sensor as it is.
다음으로, 본 발명에 따른 터그로봇(200)에 관해 설명한다.Next, the
상기 터그로봇(200)은 리프트 적재카트의 헤드부에 위치되어, 중앙제어서버로부터 전송된 자기위치트래킹모드를 통해 설정된 맵을 따라 이송하고, 자체 충돌회피모드를 통해 장애물을 피해가면서 특정위치의 목적지용 RF 태그부까지 리프트 적재카트를 안전하게 운전제어하는 역할을 한다.The
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 로봇몸체(210), 제2 초음파센서(220), 적외선 소스부(230), 적외선 리시버부(240), 영상카메라부(250), 레이저 스캐너부(260), 상용전원공급부(270), 바퀴구동모터(280), 로봇바퀴부(290), 로봇제어모듈(295)로 구성된다.
As shown in FIG. 4, the
상기 로봇몸체(210)는 사각박스 형상으로 이루어져 외압으로부터 각 기기를 보호하는 역할을 한다.The
이는 헤드부에 적외선 소스부(230), 적외선 리시버부(240), 영상카메라부(250), 레이저 스캐너부(260)가 구성되고, 전면 및 측면 일측에 제2 초음파센서(220)가 구성되며, 내부에 상용전원공급부(270), 바퀴구동모터(280), 로봇제어모듈(295)이 구성되고, 바닥면 일측에 로봇바퀴부(290)가 구성된다.
It is composed of an
상기 제2 초음파센서(220)는 로봇몸체 일측에 위치되어 이송 중에 접근하는 장애물을 감지하는 역할을 한다.The second
이는 가까운 거리에 있는 물체 또는 사람의 유/무, 거리측정, 속도측정을 위해 세라믹 초음파 센서로 구성된다.It consists of a ceramic ultrasonic sensor for the presence / absence of a nearby object or person, distance measurement and speed measurement.
이는 고유 진동에 상당하는 교류 전압을 가하면 압전 효과에 의해 효율이 좋게 진동해서 초음파를 발생시킨다.When an alternating current voltage corresponding to the natural vibration is applied, it vibrates efficiently by the piezoelectric effect and generates ultrasonic waves.
즉, 초음파가 입사되면 압전소자는 진동해서 전압이 발생되고, 역으로 압전소자에 전압을 인가하면 진동자가 진동하여 초음파가 발생한다.That is, when the ultrasonic wave is incident, the piezoelectric element vibrates to generate a voltage. On the contrary, when the voltage is applied to the piezoelectric element, the vibrator vibrates to generate ultrasonic waves.
상기 제2 초음파 센서는 센서 자신이 갖고 있는 고유 진동 주파수와 똑같은 주파수의 교류 전압을 가하면 더욱 효율이 좋은 음파를 발생할 수 있다. The second ultrasonic sensor may generate more efficient sound waves by applying an AC voltage having the same frequency as the natural vibration frequency of the sensor itself.
그러므로 물체에 반사된 음파를 그대로 센서로 입력(진동)시켜서 발생된 전압을 마이컴부에서 처리함으로써 장애물과의 측정거리를 1차로 연산할 수 있다.Therefore, the measurement distance from the obstacle can be calculated first by processing the voltage generated by inputting (vibrating) the sound wave reflected on the object to the sensor as it is.
이처럼 본 발명에서는 제2 초음파센서가 로봇몸체의 전면 또는 측면 일측에 구성됨으로서 마이컴부에서 장애물과의 충돌이 발생하기 전 정지를 할 수가 있어, 물건이 떨어지거나 흔들림을 방지할 수가 있다.
As described above, in the present invention, the second ultrasonic sensor is configured on one side of the front or side of the robot body, so that the microcomputer can stop before collision with an obstacle occurs, thereby preventing the object from falling or shaking.
상기 적외선 소스부(230)는 로봇몸체의 헤드부 일측에 위치되어 전방방향으로 적외선을 방출시키는 역할을 한다.The infrared
이는 800~1200nm 파장을 갖는 적외선 소스로 구성되고, 적외선을 방출하기 위해 10~40MHz이 주파수로 적외선을 방출시킨다.It consists of an infrared source with a wavelength of 800-1200 nm and emits infrared radiation at a frequency of 10-40 MHz to emit infrared light.
상기 적외선 소스부(230)는 도 7에 도시한 바와 같이, 전면 일측에 적외선을 점의 형태로 방출시키는 적외선 가이드 장치(231)가 부착되어 구성된다.As shown in FIG. 7, the infrared
상기 적외선 가이드 장치(231)는 10~20nm 크기를 갖는 복수개의 홀이 형성되어, 적외선을 외부로 방출시 홀을 통해 복수개의 점을 방출시킨다.
The
상기 적외선 리시버부(240)는 적외선 소스부 일측에 위치되어, 적외선 소스부에서 방출된 적외선이 물체에 반사되어 올때의 적외선을 감지하는 역할을 한다.The
이는 적외선 소스부에서 방출된 적외선이 물체에 반사되어 올때의 적외선을 감지한 후, 그 감지된 적외선 신호를 마이컴부로 보내어, 마이컴부를 통해 장애물과의 측정거리를 2차로 연산할 수 있다.It detects the infrared rays when the infrared rays emitted from the infrared source portion is reflected on the object, and then sends the detected infrared signal to the microcomputer unit, it is possible to calculate the measurement distance to the obstacle through the microcomputer unit secondary.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, 적외선소스부의 홀을 통과해서 생성된 점의 분포 및 점의 움직임을 도시한 일실시예도이다.
9 is a diagram illustrating an example of distribution of points and movement of points generated through a hole of an infrared source unit.
상기 영상카메라부(250)는 적외선 리시버부 일측에 위치되어, 전방의 움직임을 추적하면서 영상을 촬영하는 역할을 한다.The
이는 카메라구동제어부가 연결되어, 카메라구동제어부의 제어하에 구동된다.
It is connected to the camera drive controller, and is driven under the control of the camera drive controller.
상기 레이저 스캐너부(260)는 영상카메라부 일측에 위치되어, 전방을 레이저로 스캐너하는 역할을 한다.The
이는 전방에 장애물이 감지되었을 때, 감지된 장애물쪽으로 빔을 조사하여 실시간으로 3차원 표면 형상을 영상화시킨다.
When an obstacle is detected in front, it irradiates a beam toward the detected obstacle to image the three-dimensional surface shape in real time.
상기 상용전원공급부(270)는 로봇몸체 내부에 위치되어, 상용전원으로부터 전기를 공급받아 리튬배터리 충전부로 전기를 공급하는 역할을 한다.
The commercial
상기 바퀴구동모터(280)는 리튬배터리 충전부로부터 전원을 인가받아 로봇제어모듈의 제어하에 바퀴를 구동시키는 역할을 한다.The
이는 일측에 파워 TR모듈이 구성된다.It consists of a power TR module on one side.
여기서, 파워 TR모듈은 전하부하에 따라 구동모터에 가해지는 RPM이 변동되지 않도록 레귤레이터(전압안정)시키는 역할을 한다.
Here, the power TR module serves to regulate the regulator (voltage stabilization) so that the RPM applied to the driving motor does not vary according to the charge load.
상기 로봇바퀴부(290)는 로봇몸체의 바닥에 위치되어, 바퀴구동모터로부터 동력을 전달받아 회전시키는 역할을 한다.The
이는 바퀴 2개로 구성된 2륜구동방식 또는 바퀴 4개로 구성된 4륜구동방식 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
It is configured by selecting either a two-wheel drive system consisting of two wheels or a four-wheel drive system consisting of four wheels.
상기 로봇제어모듈(295)는 제2 초음파센서, 적외선리시버부, 영상카메라부, 레이저 스캐너부와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 적외선 리시버부를 통해 감지된 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호와, 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 통해 움직이는 물체인지 여부를 식별제어하고, 움직이는 물체의 크기를 연산하여 회피할 수 있는 장애물인지 또는 정지하고 기다려야 하는 물체인지를 판별제어하며, 무선통신망을 통해 중앙제어서버와 양방향통신을 하면서 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 이송정보를 송수신시키는 역할을 한다.The
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 리튬배터리 충전부(295a), 구동모터제어부(295b), 카메라구동제어부(295c), WiFi 무선통신부(295d), 영상압축부(295e), RF 태그리더기(295f), 마이컴부(295g)로 구성된다.
As shown in FIG. 5, the lithium
상기 리튬배터리 충전부(295a)는 상용전원으로부터 공급받은 전기를 충전배터리의 정격 충전 전압에 맞게 밸런스를 유지하면서 충전시키는 역할을 한다.
The
상기 구동모터제어부(295b)는 마이컴부로부터 4채널 PWM 신호를 입력받아 바퀴구동모터로 4채널 DC 모터 드라이버를 구동시키는 역할을 한다.The
상기 카메라구동제어부(295c)는 마이컴부로부터 카메라 구동신호를 입력받아 영상카메라부를 구동시키는 역할을 한다.
The camera
상기 WiFi 무선통신부(295d)는 중앙제어서버와 WiFi망을 형성시키는 역할을 한다.
The WiFi
상기 영상압축부(295e)는 영상카메라에서 촬영된 영상을 JPEG로 압축시키는 역할을 한다.
The
상기 RF 태그리더기(295f)는 목적지용 RF 태그부에 찍힌 RF 태그를 읽어들이는 역할을 한다.
The RF tag reader 295f reads an RF tag stamped on a destination RF tag unit.
상기 마이컴부(295g)는 중앙제어서버로부터 전송된 네비게이션 MAP 어플리케이션에 따라 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 한 경로를 생성시키고, 이에 따라 각 기기의 동작을 제어하고, 중앙제어서버로부터 전송된 경로확인명령신호, 장애물에 대한 회피명령신호를 수신받고, 이에 따른 응답신호로서 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호와, 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 실시간으로 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.The
이는 PIC16C711원칩마이컴으로 구성된다.It consists of the PIC16C711 one-chip microcomputer.
즉, 입력단자 일측에 적외선 리시버부(240)가 연결되어, 감지된 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호가 입력되면, 장애물거리연산모드(295g-2)를 구동시켜 전방 장애물과의 거리를 연산시키도록 제어하고, 또 다른 입력단자 일측에 영상카메라부가 연결되어, 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호가 입력되고, 제1 초음파센서 및 제2 초음파센서로부터 장애물감지신호가 입력되면, 움직임식별모드(295g-1)를 구동시켜 영상신호의 물체가 움직이는 물체인지 여부를 식별제어하며, 또 다른 입력단자 일측에 레이저 스캐너부(260)가 연결되어, 레이저 스캐너부에서 생성된 3차원 표면 형상이미지를 전달받아 저장하고, 또 다른 입력단자 일측에 제1 초음파센서 및 제2 초음파센서가 연결되어, 제1 초음파센서 및 제2 초음파센서로부터 장애물감지신호를 전달받으며, 출력단자 일측에 리튬배터리 충전부가 연결되어 상용전원으로부터 공급받은 전기를 충전배터리의 정격 충전 전압에 맞게 밸런스를 유지하면서 충전시키도록 출력신호를 보내며, 또 다른 출력단자 일측에 구동모터제어부가 연결되어, 구동모터제어부로 4채널 PWM 신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 카메라구동제어부가 연결되어, 카메라구동제어부로 카메라 구동신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 WiFi 무선통신부가 연결되어 원격지의 중앙제어서버로부터 경로생성신호, 경로확인명령신호, 장애물에 대한 회피명령신호를 전달받으며, 또 다른 출력단자 일측에 영상압축부가 연결되어, 영상카메라에서 촬영된 영상을 JPEG로 압축시키도록 제어하고, 또 다른 출력단자 일측에 RF 태그리더기가 연결되어, 목적지용 RF 태그부에 찍힌 RF 태그를 읽어들여 목적지에 도착했음을 중앙제어서버에 전달시키도록 구성된다.That is, when the
또한, 본 발명에 따른 마이컴부는 도 6에 도시한 바와 같이, 움직임식별모드(295g-1), 장애물거리연산모드(295g-2), 장애물회피모드(295g-3), 자기위치트래킹모드(295g-4)로 구성된다.
In addition, as shown in FIG. 6, the microcomputer unit according to the present invention includes a
상기 움직임식별모드(295g-1)는 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 통해 움직이는 물체인지 여부를 식별제어하는 역할을 한다.The
이는 적외선 카메라에 입력되는 영상에서 적외선소스부의 홀을 통과해서 생성된 점의 분포 및 점의 움직임을 확인한다.This checks the distribution of the point and the movement of the point generated through the hole of the infrared source portion in the image input to the infrared camera.
즉, 점의 움직임의 크기를 통하여 배경의 영상인지 충돌이 가능한 움직임이 있는 영상인지를 연산한다.In other words, it is calculated whether the image of the background or the image of the collisionable motion is made based on the size of the movement of the point.
물체에 반사되는 점과 배경에 의하여 반사되는 점은 카메라 영상을 통하여 확인되며, 이때 움직이는 점과 움직이지 않는 점으로 보이게 된다.The point reflected by the object and the point reflected by the background are confirmed through the camera image, and the moving point and the non-moving point are seen.
이러한 점들의 움직임을 추적하여 물체의 크기 및 장애물의 움직임을 예측한다.The movement of these points is tracked to predict the size of the object and the movement of the obstacle.
보다 구체적으로 살펴보면, 카메라 영상부를 통하여 촬영된 점에서 평면에 조사되는 점과 부피를 가지고 있는 물체에 조사되는 점의 위치는 카메라를 통하여 확인하면 각 픽셀들의 위치변화로 보이게된다.In more detail, the position of the point irradiated to the plane and the point irradiated to the object having the volume at the point photographed through the camera image unit is seen as a change in position of each pixel when checked through the camera.
이때, 위치한 변환 픽셀들의 개수를 세어 물체의 면적을 연산한다.At this time, the area of the object is calculated by counting the number of located transform pixels.
현재 영상 촬영하여 이전 영상의 픽셀의 개수를 비교하여 물체 조사된 점들의 개수를 파악한다.The number of points irradiated by the object is determined by comparing the number of pixels of the previous image by capturing the current image.
이러한 픽셀의 변화는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.The change of the pixel is expressed by
여기서, 은 현재 영상 촬영한 픽셀의 개수를 말하고, 는 이전 영상의 픽셀 개수를 말한다.here, Is the number of pixels currently taken, Refers to the number of pixels of the previous image.
이처럼, 본 발명에 따른 움직임식별모드(295g-1)는 두 개의 영상 차를 이용하여 배경과 움직이는 물체를 구분하고, 움직이는 물체의 크기를 연산해서 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호가 움직이는 물체인지 여부를 식별제어한다.
As such, the
상기 장애물거리연산모드(295g-2)는 적외선 리시버부를 통해 감지된 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호를 전달받아 전방 장애물과의 거리를 연산시키는 역할을 한다.The obstacle
먼저, 적외선의 속도는 다음의 수학식 2에 의해 결정되며, f는 적외선 방출을 위한 주파수이며, λ는 적외선의 파장이다.First, the speed of the infrared light is determined by the following equation (2), f is the frequency for infrared emission, and λ is the wavelength of the infrared light.
여기서, 장애물을 향해서 적외선을 방출하는 시간을 이라고 하면 장애물에 도달하여 반사되어 되돌아오는 적외선 속도는 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.Here, the time for emitting infrared rays toward the obstacle In this case, the infrared speed which reaches and reflects the obstacle is expressed by
이때, 수학식 2를 수학식 3에 대입하여 적외선을 방출한 로봇에서 장애물까지의 거리를 수학식 4와 같이 표현할 수가 있다.At this time, by substituting
따라서, 임의 시간 시간동안 방출된 적외선으로부터 떨어져 있는 장애물까지의 거리는 다음의 수학식 5로 표현된다.Thus, random time The distance from the infrared rays emitted during time to the obstacle away is represented by the following equation (5).
여기서, 수학식 5를 이용하면 장애물과 로봇간의 거리를 연산할 수가 있다.Using
그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 리시버부에 여러개의 거리 데이터가 입력된다.As shown in Fig. 8, a plurality of distance data are input to the infrared receiver unit according to the present invention.
즉, 의 시간이 증가할 때 입력되는 적외선 센서에 의하여 계산되는 거리는 로 연산된다.In other words, The distance calculated by the infrared sensor that is input when the time of Is calculated as
이중에서 가장 작은 값을 추출하여 장애물과의 거리로 설정한다.
The smallest value is extracted among them and set as the distance from the obstacle.
상기 장애물회피모드(295g-3)는 움직임식별모드로부터 전달된 움직이는 물체의 크기에 따라 회피할 수 있는 장애물인지 또는 정지하고 기다려야 하는 물체인지를 판별제어한 후, 로봇몸체를 회피시키는 역할을 한다.
The
상기 자기위치트래킹모드(295g-4)는 네비게이션 MAP 어플리케이션에 따라 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 한 이송경로를 생성시키고, 현재 자기의 위치를 트래킹시키는 역할을 한다.The magnetic
이는 경로 생성을 위한 네비게이션 MAP 어플리케이션이 내장되어 구성된다.It is built with a navigation MAP application for path generation.
상기 네비게이션 MAP 어플리케이션은 중앙제어서버로부터 다운로드받아 마이컴부에서 활성화되거나 또는 프로그램세팅되어 활성화되며, 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 하여 이송경로를 생성시킨다.The navigation MAP application is downloaded from the central control server and activated in the microcomputer unit or activated by program setting, and generates a transport path based on the building CAD data from the start point to the destination RF tag unit.
즉, 자기위치트래킹모드(295g-4)는 도 10에서 도시한 바와 같이, 네비게이션 MAP 어플리케이션을 통해 자기위치를 트래킹시키고, 위치전송모드를 통해 영상처리 알고리즘으로 영상처리한 후, WiFi 무선통신부를 통해 현재 로봇의 위치를 중앙제어서버로 전달시킨다.
That is, the magnetic location tracking mode (295g-4), as shown in FIG. 10, tracks the magnetic location through the navigation MAP application, processes the image with an image processing algorithm through the location transmission mode, and then, via the WiFi wireless communication unit. It transmits the current robot's position to the central control server.
다음으로, 본 발명에 따른 중앙제어서버(300)에 관해 설명한다.Next, the
상기 중앙제어서버(300)는 터그로봇과 무선인터넷망으로 연결되어, 터그로봇을 네비게이션 맵으로 위치추적하면서, 터그로봇의 움직임을 관리하는 역할을 한다.The
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 네비게이션 MAP 어플리케이션(310), 터그로봇 제어명령부(320), 데이터수신부(330)로 구성된다.
As shown in FIG. 11, the
상기 네비게이션 MAP 어플리케이션(310)은 도 12에서 도시한 바와 같이, 무선통신망을 통해 터그로봇과 양방향통신을 하면서 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 터그로봇의 이송경로를 설정해서 로봇제어모듈로 전송시키는 역할을 한다.As illustrated in FIG. 12, the
상기 터그로봇 제어명령부(320)는 터그로봇으로 경로확인명령신호, 장애물에 대한 회피명령신호를 송신시키는 역할을 한다.
The tugrobot
상기 데이터수신부(330)는 터그로봇으로부터 터그로봇의 현재 위치신호, 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호, 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 수신받아 모니터링시키는 역할을 한다.
The
이하, 본 발명에 따른 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동방법에 관해 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method for driving a tug robot for transporting objects excellent in magnetic position tracking and obstacle avoidance according to the present invention will be described in detail.
먼저, 물건의 목적지점에 목적지용 RF 태그부를 설치한다(S100).
First, a destination RF tag unit is installed at a destination point of an article (S100).
이어서, 터그로봇의 마이컴부에 중앙제어서버로부터 전송된 네비게이션 MAP 어플리케이션을 세팅시켜 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 한 이송경로를 생성시킨다(S200).
Subsequently, by setting the navigation MAP application transmitted from the central control server to the microcomputer unit of the tugrobot to generate a transport path based on the building CAD data from the start point to the destination RF tag unit (S200).
이어서, 리프트 적재카트에 터그로봇을 설치한다(S300).
Subsequently, the tug robot is installed on the lift stacking cart (S300).
이어서, 터그로봇의 제어하에 리프트 적재카트의 카트몸체에 물건을 적재시킨다(S400).Subsequently, the article is loaded on the cart body of the lift stacking cart under the control of the tug robot (S400).
이어서, 터그로봇이 무선통신망을 통해 중앙제어서버와 양방향통신을 하면서, 움직임식별모드(295g-1), 장애물거리연산모드(295g-2), 장애물회피모드(295g-3), 자기위치트래킹모드(295g-4)를 구동시켜 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 이송시킨다(S500).
Subsequently, the tug-bot communicates with the central control server via the wireless communication network, while the motion identification mode (295g-1), the obstacle distance calculation mode (295g-2), the obstacle avoidance mode (295g-3), and the magnetic position tracking mode. Driving (295g-4) is transferred from the start point to the destination RF tag portion (S500).
이어서, 중앙제어서버에서 터그로봇을 네비게이션 맵으로 위치추적하면서, 터그로봇의 움직임을 관리한다(S600).
Subsequently, while tracking the position of the tug robot in the navigation map in the central control server, it manages the movement of the tug robot (S600).
끝으로, 터그로봇이 목적지용 RF 태그부에 찍힌 RF 태그를 읽어들여 목적지에 도착했음을 중앙제어서버에 전달시킨다(S700).
Finally, the tug robot reads the RF tag stamped on the destination RF tag portion and delivers the arrival to the central control server (S700).
100 : 리프트 적재카트 110 : 카트몸체
120 : 리프트부 130 : 회전조인트 연결부
140 : 카트바퀴부 150 : 제1 초음파센서
200 : 터그로봇 300 : 중앙제어서버100: lift stacking cart 110: cart body
120: lift unit 130: rotary joint connection
140: cart wheel 150: the first ultrasonic sensor
200: Turgbot 300: Central control server
Claims (8)
리프트 적재카트의 헤드부에 위치되어, 중앙제어서버로부터 전송된 신호와 설정된 맵을 따라 이송하고, 자체 충돌회피모드를 통해 장애물을 피해가면서 특정위치의 목적지용 RF 태그부까지 리프트 적재카트를 안전하게 운전제어하는 터그로봇(200)과,
터그로봇과 무선인터넷망으로 연결되어, 터그로봇을 네비게이션 맵으로 위치추적하면서, 터그로봇의 움직임을 관리하는 중앙제어서버(300)로 구성되는 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치에 있어서,
상기 터그로봇(200)은
사각박스 형상으로 이루어져 외압으로부터 각 기기를 보호하는 로봇몸체(210)와,
로봇몸체 일측에 위치되어 이송 중에 접근하는 장애물을 감지하는 제2 초음파센서(220)와,
로봇몸체의 헤드부 일측에 위치되어 전방방향으로 적외선을 방출시키는 적외선 소스부(230)와,
적외선 소스부 일측에 위치되어, 적외선 소스부에서 방출된 적외선이 물체에 반사되어 올때의 적외선을 감지하는 적외선 리시버부(240)와,
적외선 리시버부 일측에 위치되어, 전방의 움직임을 추적하면서 영상을 촬영하는 영상카메라부(250)와,
영상카메라부 일측에 위치되어, 전방을 레이저로 스캐너시키는 레이저 스캐너부(260)와,
로봇몸체 내부에 위치되어, 상용전원으로부터 전기를 공급받아 리튬배터리 충전부로 전기를 공급하는 상용전원공급부(270)와,
리튬배터리 충전부로부터 전원을 인가받아 로봇제어모듈의 제어하에 바퀴를 구동시키는 바퀴구동모터(280)와,
로봇몸체의 바닥에 위치되어, 바퀴구동모터로부터 동력을 전달받아 회전시키는 로봇바퀴부(290)와,
제2 초음파센서, 적외선리시버부, 영상카메라부, 레이저 스캐너부와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 적외선 리시버부를 통해 감지된 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호와, 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 통해 움직이는 물체인지 여부를 식별제어하고, 움직이는 물체의 크기를 연산하여 회피할 수 있는 장애물인지 또는 정지하고 기다려야 하는 물체인지를 판별제어하며, 무선통신망을 통해 중앙제어서버와 양방향통신을 하면서 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지 이송정보를 송수신시키는 로봇제어모듈(295)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치.
The cart body 110, the lift unit 120, and the rotary joint connection unit are driven in accordance with the lift driving signal of the tug robot to load and lower the object to a specific height. 130, the lift wheel cart 100, consisting of a cart wheel 140, the first ultrasonic sensor 150,
Located in the head of the lift cart, it transfers along the signal transmitted from the central control server and the set map, and safely operates the lift cart to the destination RF tag unit at a specific location while avoiding obstacles through its own collision avoidance mode. A tug-bot 200 for controlling,
Connected with a tug robot and a wireless Internet network, while tracking the position of the tug robot with a navigation map, the tug robot for self-location tracking and obstacle avoidance that is composed of a central control server 300 that manages the movement of the tug robot is excellent. In the device,
The tug robot 200 is
Robot body 210 formed of a rectangular box shape to protect each device from external pressure,
A second ultrasonic sensor 220 positioned on one side of the robot body and detecting an obstacle approaching during transportation;
An infrared ray source unit 230 positioned at one side of the head of the robot body and emitting infrared rays in a forward direction;
An infrared receiver unit 240 positioned at one side of the infrared source unit and detecting infrared rays when infrared rays emitted from the infrared source unit are reflected on an object;
Is located on one side of the infrared receiver unit, the video camera unit 250 for taking an image while tracking the movement of the front,
A laser scanner unit 260 positioned at one side of the image camera unit and configured to scan the front side with a laser;
Located inside the robot body, the commercial power supply unit 270 for receiving electricity from the commercial power supply to supply electricity to the lithium battery charging unit,
Wheel drive motor 280 for driving the wheel under the control of the robot control module receives power from the lithium battery charging unit,
Located on the bottom of the robot body, the robot wheel portion 290 to rotate to receive power from the wheel drive motor,
Connected to the second ultrasonic sensor, infrared receiver unit, image camera unit, laser scanner unit to control the overall operation of each device, the infrared detection signal for the movement of the front object detected by the infrared receiver unit, and the image camera unit to shoot Identify and control whether or not it is a moving object through the video signal of the movement of the object, and determine whether it is an obstacle that can be avoided or an object to stop and wait by calculating the size of the moving object, and central control through the wireless communication network Tug robot drive device having excellent magnetic position tracking and obstacle avoidance, characterized in that consisting of a robot control module (295) for transmitting and receiving transfer information from the start point to the destination RF tag unit while performing bidirectional communication with the server.
전면 일측에 적외선을 점의 형태로 방출시키는 적외선 가이드 장치(231)가 부착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치.
The method of claim 1, wherein the infrared source unit 230
Tug robot drive device for excellent object tracking and obstacle avoidance, characterized in that attached to the front side of the infrared guide device 231 is configured to emit infrared light in the form of dots.
상용전원으로부터 공급받은 전기를 충전배터리의 정격 충전 전압에 맞게 밸런스를 유지하면서 충전시키는 리튬배터리 충전부(295a)와,
마이컴부로부터 4채널 PWM 신호를 입력받아 바퀴구동모터로 4채널 DC 모터 드라이버를 구동시키는 구동모터제어부(295b)와,
마이컴부로부터 카메라 구동신호를 입력받아 영상카메라부를 구동시키는 카메라구동제어부(295c)와,
중앙제어서버와 WiFi망을 형성시키는 WiFi 무선통신부(295d)와,
영상카메라에서 촬영된 영상을 JPEG로 압축시키는 영상압축부(295e)와,
목적지용 RF 태그부에 찍힌 RF 태그를 읽어들이는 RF 태그리더기(295f)와,
중앙제어서버로부터 전송된 네비게이션 MAP 어플리케이션에 따라 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 한 경로를 생성시키고, 이에 따라 각 기기의 동작을 제어하고, 중앙제어서버로부터 전송된 경로확인명령신호, 장애물에 대한 회피명령신호를 수신받고, 이에 따른 응답신호로서 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호와, 영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 실시간으로 전송시키도록 제어하는 마이컴부(295g)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치.
The method of claim 1, wherein the robot control module 295 is
A lithium battery charging unit 295a configured to charge electricity supplied from a commercial power while maintaining a balance in accordance with a rated charging voltage of a rechargeable battery;
A drive motor controller 295b which receives a 4-channel PWM signal from the microcomputer and drives a 4-channel DC motor driver with a wheel drive motor;
A camera driving control unit 295c which receives a camera driving signal from a microcomputer unit and drives the video camera unit;
WiFi wireless communication unit (295d) to form a central control server and WiFi network,
An image compression unit 295e for compressing an image photographed by a video camera to JPEG;
RF tag reader (295f) which reads RF tag written to destination RF tag part,
According to the navigation MAP application transmitted from the central control server, a path is generated based on the building CAD data from the start point to the destination RF tag unit, and accordingly, the operation of each device is controlled and the path transmitted from the central control server. Receives a confirmation command signal and an avoidance command signal for obstacles, and transmits an infrared detection signal for the movement of the front object and a video signal for the movement of the object photographed by the image camera unit as a response signal. Tug robot drive device for excellent object tracking and obstacle avoidance, characterized in that consisting of a microcomputer (295g).
영상카메라부에서 촬영된 물체의 움직임에 대한 영상신호를 통해 움직이는 물체인지 여부를 식별제어하는 움직임식별모드(295g-1)와,
적외선 리시버부를 통해 감지된 전방 물체의 움직임에 대한 적외선 감지신호를 전달받아 전방 장애물과의 거리를 연산시키는 장애물거리연산모드(295g-2)와,
움직임식별모드로부터 전달된 움직이는 물체의 크기에 따라 회피할 수 있는 장애물인지 또는 정지하고 기다려야 하는 물체인지를 판별제어한 후, 로봇몸체를 회피시키는 장애물회피모드(295g-3)와,
네비게이션 MAP 어플리케이션에 따라 스타트지점에서 목적지용 RF 태그부까지의 건물 캐드 데이터를 기반으로 한 이송경로를 생성시키고, 현재 자기의 위치를 트래킹시키는 자기위치트래킹모드(295g-4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기위치트래킹과 장애물회피가 우수한 물건이송용 터그 로봇 구동장치.
The method of claim 5, wherein the microcomputer portion (295g)
A motion identification mode (295g-1) for identifying and controlling whether the object is a moving object through an image signal of the movement of the object photographed by the image camera unit;
Obstacle distance calculation mode (295g-2) for receiving the infrared detection signal for the movement of the front object detected through the infrared receiver unit to calculate the distance to the front obstacle,
The obstacle avoidance mode (295g-3) for avoiding the robot body after discriminating and controlling whether it is an obstacle that can be avoided or an object to be stopped and waiting according to the size of the moving object transmitted from the movement identification mode,
According to the navigation MAP application, it generates a transport path based on the building CAD data from the start point to the destination RF tag unit, characterized in that it consists of a magnetic position tracking mode (295g-4) to track the current position of the child Tug robot drive device for excellent object tracking and obstacle avoidance.
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