KR20060101835A - Device of absolute point recognition of auto moving robot using magnetic sensor - Google Patents

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KR20060101835A
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Abstract

본 발명에서는 자율 이동이 가능한 본체를 갖는, 자율 이동 로봇 시스템의 절대좌표 인식에 관한 것으로, 상기 본체 하부에 부착하여 바닥면에 설치된 자석의 자기장을 감지하는 자석센서부와; 상기 본체에 설치되어 자석센서부에서 감지한 자석센서에서 읽어들인 데이터를 이용하여 절대좌표를 인식하도록 구성한 제어부와; 바닥면에 자석을 이용하여 일정형태로 배치하여 코드를 만드는 바닥면 자석좌표부를 포함한다.The present invention relates to the absolute coordinate recognition of the autonomous mobile robot system having a main body capable of autonomous movement, and attached to the lower portion of the main body to detect the magnetic field of the magnet installed on the floor; A control unit installed in the main body and configured to recognize absolute coordinates using data read from a magnetic sensor detected by a magnetic sensor unit; It includes a magnet on the bottom surface magnet coordinates arranged in a predetermined form using a magnet to make a code.

이동로봇의 주행 경로상에 영구 자석을 이용하여, 바닥면의 각각의 좌표 지점에 일정 수(인식 좌표 수에 따라 변경 가능함)를 규칙적인 형태로 배치하고, 이를 이동로봇의 본체 하부에 설치된 자석센서부를 통하여 자석에 대한 데이터를 읽어들여 정확한 현재의 위치를 파악할 수 있는 로봇의 절대좌표 인식 장치이다. Using a permanent magnet on the traveling path of the mobile robot, a predetermined number (which can be changed according to the number of recognized coordinates) is regularly arranged at each coordinate point on the bottom surface, and the magnet sensor is installed below the main body of the mobile robot. It is a robot's absolute coordinate recognition device that can find out the exact current position by reading the data about the magnet.

자석 센서, 자율 이동 로봇, 위치 인식, 절대좌표, Magnetic sensor, autonomous mobile robot, position recognition, absolute coordinates,

Description

자석 센서를 이용한 자율 이동 로봇의 절대 좌표 인식 장치{Device of absolute point recognition of auto moving robot Using magnetic sensor }Device of absolute point recognition of auto moving robot Using magnetic sensor}

[도 1]은 본 발명의 구조를 도시한 개략 도면1 is a schematic diagram showing the structure of the present invention

[도 2]는 본 발명에 따른 자율이동로봇 주행 경로상의 영구 자석 배치 일례2 is an example of a permanent magnet arrangement on the autonomous mobile robot driving path according to the present invention

[도 3]은 단극/양극의 사용과 영구자석 배치 규칙에 대한 일례Figure 3 is an example of the use of single pole / positive pole and permanent magnet arrangement rules

[도 4]는 실내외 바닥면에 규칙적인 영구자석의 배치를 보인 일례Figure 4 is an example showing the regular permanent magnet arrangement on the indoor and outdoor floor surface

[도 5]는 영구자석과 자석센서를 이용 자율주행하는 이동로봇의 일례5 is an example of a mobile robot using autonomous driving using a permanent magnet and a magnetic sensor

최근 로봇 기술의 발달로 인하여 청소용 로봇, 보안용 로봇, 홈 오토메이션용 로봇 등 많은 종류의 응용 서비스를 제공하는, 자율 이동 로봇에 대한 관심이 고조되고 있다. 여기에 로봇의 이동 영역 내에서 원하는 좌표 또는 장소로의 이동에 필요한 정보를 정확하게 인식하는 절대 좌표 인식 능력이 자율 이동 로봇의 중요한 부분중의 하나가 되었다. Recently, due to the development of robot technology, interest in autonomous mobile robots, which provides many types of application services such as cleaning robots, security robots, and home automation robots, has been increasing. Here, one of the important parts of the autonomous mobile robot is the ability to recognize absolute coordinates to accurately recognize the information required for movement to a desired coordinate or place within the robot's moving area.

절대좌표를 획득하기 위한 하나의 방법으로 바닥면에 절대 좌표의 정보를 설치하여 이동 로봇이 이에 대한 정보를 획득하여 획득된 절대 좌표로 부터 상대좌표 의 연산 및 이동 방향, 거리 등을 신속하고 정확하게 연산함으로써 자율 이동 로봇이 원하는 좌표로 이동이 가능하도록 하였다. One way to acquire absolute coordinates is to install absolute coordinates information on the floor and the mobile robot acquires the information about them, and calculate the relative coordinates, movement direction and distance from the absolute coordinates quickly and accurately. By doing so, the autonomous mobile robot can move to the desired coordinates.

바닥면에 절대 좌표의 정보를 설치하는 방법으로 종래에는 RFID 카드를 이용한 바닥면에 매설하는 방법이 있으며, 이차원 바코드를 바닥면에 표시하여 절대 좌표를 획득하는 방법 등이 있다. 하지만 RFID 카드를 매설하여 절대 좌표를 획득하는 경우 매설작업의 복잡성과 RF 신호들간의 상호 간섭에 의한 판독 오류, 유지 보수 등의 어려움을 많이 갖고 있다. 또한, 이차원 바코드를 장판 또는 바닥재에 인쇄하는 경우 바닥재의 파손이나 일부 손실의 경우 정확한 데이터를 획득하기 어렵고 장판 또는 바닥재 전체를 교체하여야 하는 유지 보수 문제도 대두 된다. 뿐만아니라 상기의 RFID 카드나 이차원 바코드는 실내에서는 어느정도 유지할 수는 있으나 실외 환경에 설치할 수 없다는 문제가 있다. 실외 환경에서는 RFID 카드나 이차원 바코드의 경우 손쉽게 파손될 수 있기 때문이다. As a method of installing absolute coordinate information on the bottom surface, there is a conventional method of embedding on the bottom surface using an RFID card, a method of obtaining absolute coordinates by displaying a two-dimensional bar code on the bottom surface. However, when embedding an RFID card to obtain absolute coordinates, there are a lot of difficulties such as the complexity of embedding work, reading error and maintenance due to mutual interference between RF signals. In addition, when printing a two-dimensional bar code on the flooring or flooring, it is difficult to obtain accurate data in case of breakage or partial loss of flooring, and a maintenance problem that requires replacement of the flooring or flooring as a whole arises. In addition, the RFID card or the two-dimensional bar code can be maintained to some extent indoors, but there is a problem that can not be installed in the outdoor environment. This is because RFID cards or two-dimensional barcodes can be easily damaged in outdoor environments.

본 발명의 장치는 자율 이동 수단이 장착된 로봇에 정확한 절대 좌표를 인식시켜 원하는 좌표로의 이동을 원활하게 하는 장치에 관한 것으로써, 구현 방법으로는 실내외 환경에 강인한 영구 자석과 이러한 자석의 자기장을 감지하는 자석 센서를 이용하는 기술이다. 영구 자석를 바닥면에 규칙적으로 배치/배열하고 이를 자율주행 로봇의 자석센서부에서 자기장 데이터를 획득하여 자율 이동 로봇의 제어부에 전달하여 절대좌표값을 인식할 수 있는 시스템으로 자석 센서를 이용한 자율 이 동 로봇의 절대 좌표 인식 장치이다.  The apparatus of the present invention relates to a device having a robot equipped with an autonomous movement means for recognizing accurate absolute coordinates to facilitate movement to desired coordinates. The method of implementation includes permanent magnets robust to indoor and outdoor environments and magnetic fields of such magnets. It is a technology that uses a magnetic sensor to detect. Permanent magnets are arranged / arranged on the floor regularly, and the magnetic sensor data of the autonomous robot is acquired and transferred to the controller of the autonomous mobile robot to recognize the absolute coordinates. Absolute coordinate recognition device of the robot.

본 발명에서는 상기의 종래 장치의 기술적인 문제를 해결하고 실내외 환경에도 적용이 가능한 방법으로 저렴한 가격과 동시에 손쉽게 유지 보수할 수 있으며, 절대좌표 정보를 제공하기에 적합한 방법으로 영구 자석과 영구자석의 규칙적인 배치와 배열을 통해 자석 센서를 이용하여 정확한 절대좌표를 획득하는 데에 그 목적이 있다. In the present invention solves the technical problems of the conventional device and can be applied to the indoor and outdoor environment can be easily maintained at a low price and at the same time, the rules of permanent magnets and permanent magnets in a method suitable for providing absolute coordinate information The purpose is to obtain accurate absolute coordinates by using magnetic sensors through conventional arrangement and arrangement.

상기한 목적은, 자율 이동이 가능한 본체를 갖는 자율 이동 로봇(1)이, 바닥면에 부착된 일정 규칙과 배열을 갖는 영구자석(3)으로부터 자율 이동 로봇의 하부에 설치된 자석센서부(2)를 이용하여, 바닥면에서 고유한 자기장 데이터를 읽어들여 이러한 고유값을 이용하여 절대좌표를 인식할 수 있도록 하는 제어부(이동로봇의 내부에 장착)를 포함하는, 자율이동로봇의 절대좌표인식 장치에 의해 상기의 목적 달성이 가능하다.The above object is that the autonomous mobile robot 1 having a main body capable of autonomous movement is provided with a magnet sensor unit 2 provided below the autonomous mobile robot from a permanent magnet 3 having a predetermined rule and arrangement attached to the bottom surface. In the absolute coordinate recognition apparatus of the autonomous mobile robot, which includes a control unit (mounted inside the mobile robot) that reads the unique magnetic field data from the floor surface and recognizes the absolute coordinate using this unique value. It is possible to achieve the above object.

좌표를 획득하는 과정과 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. The process and method of obtaining the coordinates will be described below with reference to the drawings.

먼저 자석 센서가 영구 자석의 규칙과 배열로 부터 고유좌표를 획득하는 방법을 [도 2]를 참고하여 설명하면, 8개로 구성된 단극의 영구 자석을 일렬로 배치하게 되면 자석의 존재 유무에 따라 [도 2]와 같이 이진 데이터와 매칭되는 값을 획득할 수 있다. 따라서 8개의 영구 자석을 사용하게되면 28-1개 즉, 255개의 이진 데이터 값을 획득할 수 있게되며, 이러한 데이터는 자율 이동 로봇이 위치할 수 있는 고유 좌표값이 된다. 여기서 자석의 갯수에 대하여 일반화 하게되면 n개의 영구 자석을 하나의 좌표에 배치하여 규칙을 부여하게 되면 전체적으로 2n-1개의 고유 좌표값을 획득할 수 있다. 상기의 방법과 같이 일정 갯수로 구성된 단극의 영구 자석의 규칙적인 배치로 부터 자석의 존재 유무에 따라 매칭되는 이진 데이터의 고유 좌표값을 획득할수 있는 것이다. First, referring to [FIG. 2], a method of acquiring eigen coordinates from the rules and arrangement of permanent magnets is described with reference to [FIG. 2]. When eight permanent magnets arranged in a row are arranged in line with the presence or absence of magnets, 2] can obtain a value matching the binary data. Therefore, when 8 permanent magnets are used, 2 8 -1, 255 binary data values can be obtained, and these data become unique coordinate values where the autonomous mobile robot can be located. In this case, when generalizing the number of magnets, if n permanent magnets are arranged at one coordinate and a rule is assigned, 2 n -1 unique coordinate values can be obtained as a whole. As described above, the unique coordinate values of the binary data matched according to the presence or absence of the magnet can be obtained from the regular arrangement of the permanent magnets having a certain number.

또한 [도 3]의 (6)과 같이 영구 자석을 N극과 S극으로 구분 배치하면 단일선로상에서의 이동거리 또는 좌표값을 [도 2]와 같이 매치(match)되는 이진 데이터를 획득할 수 있으며, 도 3의 (7)과 (8)에서 보여준 일례와 같이 원형 배치나 다각 배치 등 여러가지 형태로 배치를 하여도 이진 데이터를 갖는 고유 좌표를 획득할 수 있다는 것이다. 뿐만 아니라 배치의 형태를 중복하여 적용할 경우 즉, [도 3]의 배치 방법 (6)과 (7)을 혼용하여 사용하,고 배치의 패턴을 별도로 인식하면 혼용한 배치 방법 만큼의 좌표값을 추가적으로 획득할 수 있다. 예로써 [도 3]의 (6), (7), (8)의 방법을 혼용하여 배치할 경우 (6), (7), (8)에서 취득한 이진 데이터가 동일하다 할지라도 배치 패턴 별로 구분하여 처리하면 별도의 자석수를 추가하지 않더라도 배치 패턴 방식 만큼의 절대 좌표값을 증가 시킬 수 있다. 즉, (6)의 패턴에서 획득할 수 있는 이진 데이터는 255개이며, (7)의 패턴 또한 255개의 이진 데이터를 획득할 수 있고, (8)의 패턴의 경우 127개의 이진 데이터를 획득할 수 있 다. 따라서 이들 3가지의 패턴을 혼용하여 사용할 경우 총 255 + 255 + 127 = 637개의 이진 데이터를 획득하여 고유 좌표값으로 사용할 수 있게 된다. In addition, when the permanent magnets are divided into N poles and S poles as shown in (6) of FIG. 3, binary data that matches a moving distance or coordinate values on a single line as shown in FIG. 2 can be obtained. In addition, as shown in (7) and (8) of FIG. 3, even when arranged in various forms such as circular arrangement or polygonal arrangement, unique coordinates having binary data can be obtained. In addition, when overlapping forms of arrangement are applied, that is, when the arrangement methods (6) and (7) of [Fig. 3] are used in combination, and the pattern of arrangement is separately recognized, the coordinate values of the arrangement arrangements are mixed. Can be obtained additionally. For example, when the methods of (6), (7), and (8) of FIG. 3 are mixed, the binary data obtained in (6), (7), and (8) are classified according to the arrangement pattern even if they are identical. By doing so, it is possible to increase the absolute coordinate value as much as the arrangement pattern method without adding additional magnets. That is, the number of binary data that can be obtained in the pattern of (6) is 255, the pattern of (7) can also acquire 255 binary data, and in the case of the pattern of (8), 127 binary data can be obtained. have. Therefore, when these three patterns are used in combination, a total of 255 + 255 + 127 = 637 binary data can be obtained and used as unique coordinate values.

[도 4]와 [도 5]는 상기에서 설명한 절대 좌표값을 취득하기 위해 자율 이동 로봇이 주행할 수 있는 바닥면(실내외 포함)을 보여주는 그림으로써, 특정 경로에 영구 자석을 배치한 일례를 보여주는 도면이다. 영구 자석이 배치된 바닥면을 이동하는 자율 이동 로봇은, 본체의 밑부분에 부착된 자석 센서부를 이용하여 자기장에 관한 데이터를 이진데이터 형태로 획득하며, 이러한 이진 데이터 형태의 고유 좌표값을 이용하여 제어부가 절대좌표값을 알 수 있게 하고, 획득된 위치 정보를 참조하여 자율이동 로봇은 이동 영역내에서 좌표 대 좌표간 주기적인 경로 이동 및 명령에 의한 특정 좌표로의 이동 등을 자유롭게 수행할 수 있게 된다. 4 and 5 are diagrams showing floor surfaces (including indoor and outdoor) in which the autonomous mobile robot can travel to obtain the absolute coordinate values described above, and show an example in which permanent magnets are disposed on a specific path. Drawing. The autonomous mobile robot that moves the floor on which the permanent magnets are arranged acquires data about the magnetic field in the form of binary data by using a magnetic sensor unit attached to the bottom of the main body, and uses the unique coordinate values of the binary data form. The controller can know the absolute coordinate value, and the autonomous robot can freely carry out periodic path movement between coordinates and coordinates in the movement area and move to a specific coordinate by command. do.

상술한 바와 같이 본 발명의 장치는 실내외 어떠한 장소라도 일정한 규칙을 갖는 영구 자석을 부착하여 자율 이동이 가능한 로봇의 하단에 자석센서를 이용 상기 영구 자석의 규칙성을 학습이 가능한 제어부에 전달함으로써 보다 정확한 좌표인식이 가능하여 학습된 좌표 정보를 이용 자율 이동 로봇이 원하는 좌표로의 이동을 원활히 이루어 지는 효과를 얻을 수 있다. 뿐만아니라 이러한 정확한 좌표 인식을 바탕으로 적외선 센서, 영상 카메라, 학습 기능의 제어부 등과 연계 이용시 장애물의 판단 및 회피가 가능하고 좌표 대 좌표 이동시 훨씬 원활한 자율 이동의 효과를 볼수 있을 것이다. As described above, the device of the present invention attaches a permanent magnet having a certain rule at any place indoors and outdoors, and transmits the regularity of the permanent magnet to a controller capable of learning using a magnetic sensor at the bottom of the robot capable of autonomous movement. Coordinate recognition is possible, so that the autonomous mobile robot can smoothly move to the desired coordinates using the learned coordinate information. In addition, based on such accurate coordinate recognition, obstacles can be determined and avoided when used in conjunction with an infrared sensor, an image camera, and a controller of a learning function.

Claims (2)

자율 이동이 가능한 본체를 갖는, 자율 이동 로봇 시스템의 이동 경로 좌표 인식 장치에 있어서, 자율이동로봇의 이동경로 상에 8개 또는 그 이상(이하)의 개수에 해당하는 영구자석를 일정한 규칙을 갖도록 부착하는 바닥면 장치와, 자율이동로봇 하단의 소정 위치에 장착된 자석센서부와, 자석센서부에서 인식한 자기장 데이터의 고유 좌표값을 절대좌표값으로 인식하도록하는 제어부를 포함하는 절대좌표인식이 가능한 자율이동로봇장치. A moving path coordinate recognition apparatus of an autonomous mobile robot system having a main body capable of autonomous movement, wherein the number of permanent magnets corresponding to the number of eight or more (hereinafter) is attached on the moving path of the autonomous mobile robot to have a certain rule. Absolute coordinate recognition autonomy including a floor device, a magnetic sensor unit mounted at a predetermined position under the autonomous mobile robot, and a control unit for recognizing the unique coordinate value of the magnetic field data recognized by the magnetic sensor unit as an absolute coordinate value. Mobile robot device. 상기 항의 바닥면 장치에서, 영구 자석 배치의 규칙성에 있어서 직선 배치, 원형 배치, 사각 배치, 다각적인 측면의 배치 모두를 포함하며, 영구 자석의 단극 뿐만 아니라 영구 자석의 N극과 S극 양극 모두를 사용하여 적절한 배치를 포함하고,        In the floor apparatus of the above paragraph, in the regularity of permanent magnet arrangement, it includes all of the linear arrangement, the circular arrangement, the square arrangement, and the arrangement of the various sides, and both the N pole and the S pole anode of the permanent magnet as well as the single pole of the permanent magnet. To include the proper placement, 상기항의 자석센서부에 있어서, 자석센서부는 바닥면 장치의 영구자석배치의 규칙성에 따라서 같은 형태로 배치되는 장치이며, 이들 배치의 규칙성으로부터 자석 센서를 이용 위치 좌표를 획득하는 좌표 인식이 가능한 자율이동로봇 장치.In the magnet sensor unit of the above paragraph, the magnet sensor unit is a device arranged in the same form according to the regularity of the permanent magnet arrangement of the bottom surface device, and the coordinates that can recognize the coordinates to obtain the position coordinates using the magnet sensor from the regularity of these arrangements Mobile robot device.
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