KR100499770B1 - 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템 - Google Patents

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KR100499770B1
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김경진
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
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    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
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Abstract

본 발명은 네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 네트워크에 연결된 로봇 단말기들과 이 로봇 단말기들을 원격 제어하는 서비스 서버로 구성된 로봇 단말 시스템에 있어서,상기 로봇 단말기는 상기 서비스 서버와 데이터 송수신을 위한 송수신 장치와, 센서들과, 상기 서비스 서버에서 수신한 동작 제어 데이터를 이용하여 동작을 실행하는 동작 실행 수단을 포함하고; 상기 서비스 서버에서는 상기 센서로부터의 센서 값을 수신하여 로봇 단말기용 동작 제어 데이터를 형성하여 상기 네트워크를 통해 로봇 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명을 이용하면, 로봇 단말기에는 기본적인 장치만을 구비하게 하고, 각종 동작/음성/영상 데이터의 분석 및 처리 등의 대용량의 중앙처리장치나 메모리가 소요되는 작업은 네트워크에 연결된 서비스 서버가 처리하여 그 결과를 로봇 단말기에 전송하게 함으로써, 원격제어가 가능한 저가의 로봇 단말기를 제공하는 것이 가능해진다.

Description

네트워크 기반의 로봇 제어 시스템{Network Based Robot Control System}
본 발명은 네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 관한 것이다.
미래에는 홈로봇이 각 가정마다 보급되어, 홈로봇에 설치된 각종 센서(영상 센서, 거리센서, 접촉센서 등)에서 수신된 센싱 신호 또는 외부에서 수신된 제어 명령 신호 등의 다양한 신호에 따라 필요한 동작을 하는 등의 방법으로 각 가정에서 홈로봇이 다양하게 이용되게 되는데, 현재까지의 홈로봇은 각종 센서 등에서의 센싱 신호와 외부로부터의 제어 명령 신호를 자체적으로 처리하고 분석하고, 이러한 처리 및 분석 결과에 따라서 필요한 동작을 위한 각 관절 등의 제어 데이터를 자체적으로 생성하며, 외부에서 수신된 문자 데이터에 따른 발성을 위해서 음성으로 변환하기 위한 TTS(Text to Speech) 처리를 해야 하므로, 대용량의 중앙처리장치와 메모리가 필요하다. 특히, 홈로봇에서 통상의 PC에서의 어플리케이션(예를 들면, 이메일 수신)을 이용하기 위해서는 윈도우 등의 OS도 필요하여 이 OS를 부팅하기 위해서는 중앙처리장치와 메모리가 이 OS에서 권장하는 사양 이상이 되어야 한다.
결국, 현재의 홈로봇 시스템에서는, 각종 센서 신호를 처리하고 분석하며, 필요한 제어 데이터를 생성하며, TTS변환을 하기 위해서는 대용량의 중앙처리장치와 메모리가 소요되므로, 이에 따라 홈로봇의 단가가 상승하여 소비자가 용이하게 구입하기가 어렵다.
본 발명은 상기의 종래기술의 문제점을 감안하여, 로봇 단말기(컴퓨터 단말기처럼 기본적인 장치만 가지고 있고 대부분의 처리는 서비스 서버에 의해 행해지는 로봇)에는 기본적인 장치만을 구비하게 하고, 각종 동작/음성/영상 데이터의 분석 및 처리 등의 대용량의 중앙처리장치나 메모리가 소요되는 작업은 네트워크에 연결된 서비스 서버가 처리하여 그 결과를 로봇 단말기에 전송하게 함으로써, 원격제어가 가능한 저가의 로봇 단말기를 제공하는 것이 가능하게 되는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템을 제공한다.
이상과 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에서는,
네트워크에 연결된 로봇 단말기들과 이 로봇 단말기들을 원격 제어하는 서비스 서버로 구성된 네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 있어서,
상기 로봇 단말기는 상기 서비스 서버와 데이터 송수신을 위한 송수신 장치와, 센서들과, 상기 서비스 서버에서 수신한 동작 제어 데이터를 이용하여 동작을 실행하는 동작 실행 수단을 포함하고; 상기 서비스 서버에서는 상기 센서로부터의 센서 값을 수신하여 로봇 단말기용 동작 제어 데이터를 형성하여 상기 네트워크를 통해 로봇 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 있어서는,
네트워크에 연결된 로봇 단말기들과 이 로봇 단말기들을 원격 제어하는 서비스 서버로 구성된 네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 있어서,
상기 로봇 단말기는 상기 서비스 서버와 데이터 송수신을 위한 송수신 장치와, 센서들과, 상기 서비스 서버에서 수신한 동작 제어 데이터를 이용하여 동작을 실행하는 동작 실행 수단과, 상기 동작과 동기되는 음성을 위한 음성 파일을 수신하여 재생하는 위한 음성파일 재생 수단을 포함하고; 상기 서비스 서버에서는 상기 센서로부터의 센서 값을 수신하여, 로봇 단말기용 동작 제어 데이터를 형성하고 상기 음성 파일을 형성하여, 상기 네트워크를 통해 로봇 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 제3실시예에서는,
네트워크에 연결된 로봇 단말기들과 이 로봇 단말기들을 원격 제어하는 서비스 서버로 구성된 네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 있어서,
상기 로봇 단말기는 상기 서비스 서버와 데이터 송수신을 위한 송수신 장치와, 센서들과, 상기 서비스 서버에서 수신한 동작 제어 데이터를 이용하여 동작을 실행하는 동작 실행 수단과, 상기 동작과 동기되는 음성 및 영상을 위한 음성 파일 및 영상 파일을 수신하여 재생하는 위한 음성파일 및 영상 파일 재생 수단을 포함하고; 상기 서비스 서버에서는 상기 센서로부터의 센서 값을 수신하여, 로봇 단말기용 동작 제어 데이터를 형성하고 상기 음성 파일 및 영상 파일을 형성하여, 상기 네트워크를 통해 로봇 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
이제, 본 발명의 구성 및 동작을 도1를 참고로 하여 설명하기로 한다.
각 가정의 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)에는 관절이나 바퀴를 구동하기 위한 모터(2-1, 2-2 .... 2-N)와, 모터(2-1, 2-2 .... 2-N)를 구동하기 위한 모터 구동회로(3-1, 3-2 .... 3-N)와, 센서들(4-1, 4-2 .... 4-N)과, 센서들(4-1, 4-2 .... 4-N)에서의 센싱 신호를 서버(7)로 전송하고 서버(7)에서의 데이터를 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)에서 수신하기 송수신 장치(5-1, 5-2 .... 5-N)와, 필요시 서버(7)에서 전달되는 음성 파일을 발성하기 위한 D/A 변환기(6-1, 6-2 .... 6-N)와, 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)가 모니터를 가지고 있을 때 전달되는 영상 파일을 모니터에 표시하기 위한 영상 표시 제어 장치(미도시)를 포함하고 있다.
이러한 각각의 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)의 송수신 장치(5-1, 5-2 .... 5-N)는 무선으로 각각에 IP주소가 할당된 홈게이트웨이(8-1, 8-2 .... 8-N)에 연결되고 홈게이트웨이(8-1, 8-2 .... 8-N)는 서버(7)에 접속된다.
서버(7)는 홈게이트웨이(8-1, 8-2 .... 8-N)를 통해 각 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)의 각종 센서(4-1, 4-2 .... 4-N)에서의 센싱신호를 수신하여 필요한 처리와 분석을 하여 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)에게 적절한 동작 제어 데이터를 송신하고, 필요시 음성 파일과 영상 파일을 전송한다.
송수신 장치(5-1, 5-2 .... 5-N)를 통해 동작 제어 데이터를 수신한 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)는, 이 동작 제어 데이터를 각 관절 또는 바퀴용 모터 구동회로(3-1, 3-2 .... 3-N)에 보내서, 이 모터 구동회로(3-1, 3-2 .... 3-N)에서 모터(2-1, 2-2 .... 2-N)를 구동하여 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)가 적절한 동작을 하게 한다.
또한, 동작을 하면서 동작 관련 발성을 하는 경우 또는 이메일을 읽어주는 발성을 하는 경우에도, 서버(7)가 동작 관련 음성 파일을 형성하거나 이메일을 자신의 TTS 엔진(9)에 의해 음성 파일로 변환하여 음성 파일을 형성하여, 이렇게 하여 형성된 음성 파일을 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)로 전송하면, 이 음성 파일을 수신한 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)가 D/A 변환기(6-1, 6-2 .... 6-N)에 의해 음성 파일을 아날로그 음성 신호로 변환하여 스피커에 의해 발성을 하게 된다.
또한, 동작 또는 발성 관련 영상이 있는 경우에는 수신된 영상 파일을 영상 표시 제어 장치로 송신하여 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)의 모니터에 관련 영상을 표시한다.
이상과 같이, 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)에는 서버(7)와의 데이터 송수신을 위한 송수신 장치(5-1, 5-2 .... 5-N)와, 센서들(4-1, 4-2 .... 4-N)과, 모터(2-1, 2-2 .... 2-N)와, 모터 구동회로(3-1, 3-2 .... 3-N)와, 필요시 D/A변환기(6-1, 6-2 .... 6-N) 및/ 또는 영상 표시 제어장치만을 설치하고, 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)의 동작을 위한 동작 제어 데이터의 형성, 음성파일 및/또는 영상 파일의 형성을 위한 대용량의 데이터 처리는 서비스 서버(7)에서 수행하게 한다면, 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)에는 대용량의 중앙처리장치나 메모리가 필요 없게 되어, 저렴한 가격의 홈로봇을 제공하는 것이 가능해진다.
이제, 본 발명을 위하여 사용되는 홈게이트웨이(8)에 대하여 보다 구체적으로 살펴 보기로 한다.
홈게이트웨이(8)는 여러 가지 형태로 연결될 수 있다. 예를들면, Ethernet LAN 방식이나 기타 전력선 통신, 홈 PNA등의 유선방식이 가능하다.
본 발명의 로봇 단말기(1)는 도1에 도시한 바와 같이 기본적으로 무선으로 홈게이트웨이(8)와 통신이 가능해야 한다. 만일 홈 네트워크가 설치되지 않아 홈게이트웨이(8)가 없는 가정에서는, 홈게이트웨이(8) 대신에, 고속인터넷회선에 연결되는 AP(ACCESS POINT)를 통해 무선 랜장치(미도시)를 거쳐 로봇 단말기(1)와 무선통신을 한다. 이 경우 로봇 단말기(1)은 서비스 서버(7)에 직접 연결 가능한 인터넷 프로토콜과 무선 랜(IEEE 802.11x)을 내장해야 한다. 무선 LAN(IEEE 802.11x) 이외에, 홈네트워크용으로 개발된 무선 통신장치는 HomeRF, Bluetooth, UWB(Ultra Wide Bandwidth), 무선 1394, ZigBee, WirelessUSB 등이 있다.
다음으로, 본 발명의 로봇 단말기(1)가 서비스 서버(7)에 접속하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 로봇 단말기(1)는 자체적으로 가지는 기능은 매우 한정되어 있기 때문에, 서비스 서버(7)의 도움이 절대적으로 필요하다. 따라서, 로봇 단말기(1)에 전원이 투입되면 우선 네트워크에 접속하여 서비스 서버(7)와 통신이 이루어져야 한다.
로봇 단말기(1)에 전원이 투입될 때, 로봇 단말기(1)가 서비스 서버(7)에 접속되는 과정을 도2를 참고로 하여 설명하기로 한다. 이때, 서비스 서버(7)의 도메인을 이라 하고 집안의 AP(Access Point)를 통해 인터넷으로 서비스 서버(7)에 접속되는 경우에 대해 설명한다.
1. DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 통한 로컬 IP 주소를 얻어 AP와 통신을 시작한다.
2. DNS (Domain Name Service)을 이용하여 도메인의 IP 주소를 알아낸다.
3. Session 서버에 접속하여 본 로봇 단말기(1)가 적법하다는 것을 인증(Authentication) 받는다.
4. 보안을 위해 암호화 방식을 사용하여 필요한 데이터를 주고 받는다.
다음으로, 송수신장치(5)에서 행해지는 서비스 서버(7)와 로봇 단말기(1)간의 데이터 송수신 방법에 대해 설명하기로 한다.
일반적인 로봇과 달리 네트워크에 연결된 로봇 단말기(1)를 서비스 서버(7)에서 원격제어 하기 위해서는 두 가지 측면이 고려되어야 한다. 첫째 네트워크를 통한 데이터 전송시 발생하는 시간지연과 도착시간의 불균일성이고, 둘째는 로봇 단말기(1)가 이동하거나 사람과의 상호 작용시에, 실시간적으로 반응하여 필요한 동작을 하도록 처리하는 문제이다.
예를 들어, 로봇 단말기(1)가 발성을 하면서 해당하는 동작을 하기 위해서는, 서비스 서버(7)의 TTS엔진(9)에 의해 음성 파일로 변환된 음성정보와 동작 제어 데이터 파일인 동작정보(예를들면, 입술의 움직임을 위한 동작 제어 데이터)를 따로 따로 전송한다면, 음성 정보와 동작 정보의 도착시간이 시간적으로 불일치하게 되기 때문에, 발성을 하면서 동작을 하게 할 수가 없다.
이를 방지하기 위해 큰 버퍼 메모리를 로봇 단말기(1)의 내부에 설치하여 음성 정보와 동작 정보 전체를 수신하여 저장하였다가 발성을 하면서 동작을 하게 하는 방법도 생각할 수 있는데, 이 방법은 음성 정보와 동작 정보 전체를 수신한 후 재생하는 방법을 사용하므로 실시간적으로 반응하지 못하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 로봇 단말기(1)와 서비스 서버(7)간의 데이터를 동기데이터(Synchronous Data)와 비동기데이터(Asynchronous Data)로 구분하고 각 데이터의 특성에 맞는 도3에서와 같은 복합 전송방식을 사용한다.
여기서, 동기데이터는 로봇 단말기(1)의 동작과 발성과 영상표시를 연속적으로 끊임이 없도록 하게 하기 위한 데이터로서, 주로 동작(입술의 움직임과 얼굴의 표정, 몸동작 )데이터와, 이 동작 데이터와 일치되는 발성 및/또는 영상 표시를 하기 위한 음성 데이터 및/또는 영상 데이터 등(이들을 총칭하여 멀티미디어 데이터라고도 함)을 말한다. 또한 동기데이터는 주변 환경 또는 인간과의 상호작용이 아닌, 미리 만들어져서 서비스 서버(7)에 저장되어 있는 자료를 뜻한다. 비동기데이터는 미리 저장된 멀티미디어 데이터가 아닌 실시간으로 전송되는 센서(4)의 출력들과 서비스 서버(7)로부터 긴급히 전송되는 실시간 제어 데이터인 시스템 커멘드(System command)를 지칭한다.
시스템 커멘드는 전송되는 즉시 실행되어야 한다. 시스템 커멘드의 종류를 크게 분류하면 다음과 같다.
1. 네트워크에 관련된 명령 : MAC 주소, 무선 동작 모드, AP 관련 데이터
2. 인증 및 보안 관련 데이터
3. 멀티미디어 재생에 관련된 명령 : 재생속도, 화면크기, Mono/Stereo, 8bit/16bit 등
4. 버퍼 제어명령 : 버퍼 내용 지우기, 채우기, 현재 남아있는 크기, 버퍼 크기 조절 등
5. Sensor Table의 설정 : 감지하고자 하는 센서의 종류 및 전송주기를 설정
도4에는 도3의 통신 방식을 위한 데이터 패킷의 형태가 도시되어 있다. 여기서 헤더 영역에는 동기 데이터인지 비동기 데이터인지를 구분하는 플래그(F)와, 이 패킷이 생성된 시간을 나타내는 타임 스탬프(TS)와, 동기 데이터일 때는 하기의 다운 패킷의 동작 데이터 크기(MS) 또는 하기의 업 패킷의 경우에는 센서 값의 크기(SS), 음성 데이터의 크기(AS), 영상 데이터의 크기(VS) 정보가 수록되고, 동작 데이터 영역(MD) 또는 센서 데이터 영역(SD) 또는 시스템 커멘드 영역(SC)에는 해당하는 로봇 단말기(1)의 동작을 수행하기 위한 각 모터 등의 동작 제어 데이터 파일 또는 센서에서 검출된 센서값 또는 시스템 커멘드의 내용이 들어가며, 음성 데이터 영역(AD)에는 동작을 하면서 발성하는 경우 또는 동작이 없이 발성만 하는 경우와 같이 발성을 위한 음성 파일 또는 로봇 단말기(1)의 마이크에서 입력된 음성에 대한 음성 파일이 들어가며, 영상 데이터 영역(VD)에는 동작 및/또는 발성과 함께 모니터에 표시되어야 하는 영상 데이터 파일 또는 로봇 단말기(1)의 카메라에서 검출된 영상 데이터 파일이 들어간다. 마지막으로, 상기 동작 데이터(MD)/센서 데이터(SD)/시스템 커멘드(SC)와 음성데이터(AD)와 영상 데이터(VD)의 유효성을 나타내는 체크-썸(Check-Sum :CS)이 들어간다.
다시 도3으로 돌아와서, 서비스 서버(7)로부터 전송되는 데이터는 down stream packet형태로 TCP/IP 또는 UDP/IP protocol로 로봇 단말기(1)로 전달되고, 로봇 단말기(1)에서는 전달된 패킷(down)의 헤더에서 플래그(F)를 판독하여 이 패킷에 포함된 데이터가 동기 데이터이면 순서대로 버퍼(down)(버퍼 하나의 크기는 주어진 시간(Ts) 내에 재생이 끝나도록 크기가 정해져 있음)에 저장하고, 비동기 데이터인 시스템 커멘드이면 버퍼(down)에 저장되지 않고 바로 전달되어 로봇 단말기(1)가 시스템 커멘드 영역에 대응하는 작동을 바로 실행하게 된다.
이렇게 패킷 단위로 버퍼(down)에 저장된 동기데이터는 로봇 단말기(1)의 처리장치(미도시)에 의해 버퍼(down)에서 하나씩 독출되어, 헤더에 포함된 데이터 크기 영역(MS, AS, VS)을 검사하여 동작, 음성, 영상 데이터가 모두 포함된 것이면 동작 데이터 영역(MD), 음성 데이터 영역(AD), 영상 데이터 영역(VD)에서 해당하는 데이터를 독출하여, 동작 데이터(MD)는 모터 구동회로(3)로 전달되어 모터(2)를 구동하여 동작을 실현하게 하고, 음성 데이터(AD)는 디코더와 D/A변환기(6)를 거쳐 아날로그 음성 신호로 변환되어 스피커에서 발성을 하며, 영상 데이터(VD)는 디코더를 거쳐 영상 표시 제어장치를 거쳐 모니터에 표시되게 된다.
이제, 로봇 단말기(1)를 Ts = 40 ms (초당 25회) 주기로 동작시키고, 음성 데이터(AD)는 16 bit, 16,000 Hz(초당 32,000bytes)의 ADPCM(Adaptive differential Pulse coded modulation) 데이터로 하며, 영상 데이터(VD)는 없으며, 50개의 버퍼를 가진 경우를 상정하여 보다 구체적으로 설명을 하기로 한다.
로봇 단말기(1)의 버퍼(down)는 40ms x 50 = 2.0 초의 동기 데이터의 저장이 가능이 가능하므로, 예기치 못한 2초 이내의 통신장애를 극복하고 끊김이 없는 동작 및 발성을 보장한다. 이때 필요한 음성 데이터용 메모리의 크기는 압축률 1/4의 ADPCM 알고리즘을 사용한다면 버퍼 하나에 32,000bytes/4/25 = 8,000/25 = 320 bytes의 음성 데이터가 저장되므로 320bytes x 50 = 16 Kbytes이다. 이 음성 데이터(AD)의 크기는 통신의 상태, 음성 데이터의 질 등에 따라 가감되어야 한다.
다음으로, 시스템 커멘드(SC)에 따른 동작을 예를들어 설명하기로 한다.
로봇 단말기(1)가 모노의 음성을 재생하다가 스테레오의 음악을 재생한다고 할 때를 상정해 보면 다음의 두 가지 방법이 가능하다.
1. 서비스 서버(7)에서는, 버퍼에 남아 있는 크기를 전송하라는 시스템 커멘드(SC)를 로봇 단말기(1)에 보내서 버퍼의 남은 크기를 수신하여 이 수신된 값이 0 이 되면 스테레오로 재생기능을 변경하라는 시스템 커멘드(SC)를 로봇 단말기(1) 보내 로봇 단말기(1)가 오디오 재생 모드를 스테레오로 변경한 후 새로운 스테레오 오디오 데이터가 포함된 동기 데이터를 전송하기 시작한다.
2. 서비스 서버(7)에서 버퍼 내용 지우기라는 시스템 커멘드(SC)를 로봇 단말기(1)로 송신하여 로봇 단말기(1)가 버퍼 내용을 삭제하면, 오디오 재생 모드를 스테레오로 변경하라는 시스템 커멘드(SC)를 로봇 단말기(1)에 보내 로봇 단말기(1)가 오디오 재생 모드를 스테레오로 변경한 후 새로운 스테레오 오디오 데이터가 포함된 동기 데이터를 전송하기 시작한다.
다음으로, 로봇 단말기(1-1, 1-2 .... 1-N)에서 서비스 서버(7)로의 up stream packet 대해 설명하면, 마이크(Mic)에서 입력되는 아날로그 음성 데이터는 A/D변환기(미도시)에 의해 디지털 데이터 형태로 변환되고 인코더에 의해 압축되고, 각종 센서(S1...Sk)에서의 출력과 함께, 버퍼(up)(상기의 down stream 시의 버퍼에 비해서는 상당히 적은 크기임)에 저장된 후, 패킷 형태로 서비스 서버(7)로 전송된다.
이제, 로봇 단말기(1)에서 서비스 서버(7)로 전송되는 up stream packet의 센서 값에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
네트워크에 의해 제어되는 통상의 로봇 원격 제어 시스템에서는, 명령을 내려 보낸 후 그에 반응하는 센서의 값을 확인하게 된다. 그러나 이 방법에서는 네트워크 시간 지연으로 인하여, 수신된 센서 값이 현재의 센서 값과 차이가 나게 되어, 예를들어 로봇이 이동 중에 예기치 못한 장애물이 있는 경우에는 이러한 네트워크 시간 지연으로 인하여 수신된 센서 값에 따른 긴급한 조치(예를들면, 서비스 서버에서 긴급 정지 명령을 로봇에 내림)를 취하더라도 로봇이 장애물에 충돌해 버린 후가 될 가능성이 있다. 또한 로봇이 원을 그리며 이동하는 경우, 센서 값의 도착시간이 일정하지 않아 정확한 궤도 추종이 이루어 지지 않게 된다.
본 발명에서는 이러한 종래기술에서의 문제점을 개선하고자, 서비스 서버(7)의 요청과 관계없이 특정한 센서 값은 주기적으로 전송하게 된다. 다시 말하면, 서비스 서버(7)의 지시가 없더라도 필요하다고 판단되는 특정 센서 값, 예를들면 이동시에는 거리/초음파/인체감지 센서 값을 정해진 주기로 연속으로 전송하게 된다. 이 방식은 통신 대역폭을 계속 점유하는 단점은 있지만, 예기치 못한 장애에 재빠른 대처가 가능하다. 한편, TCP통신 방식 대신에 UDP통신 방식을 사용하면 수신 여부에 관계없이 계속해서 송신을 하므로 약간의 패킷이 손실될 가능성이 있지만, 전송 주기가 짧기 때문에 이러한 약간의 손실이 있어도 큰 문제가 발생하지 않는다. 결국, 센서 값을 매우 짧고 미리 정해진 주기로 전송되므로 다음 주기의 센서 값 또는 손실된 값을 예측하기 매우 용이해진다. 실용적으로 센서의 전송주기는 20msec에서 100ms이하가 적절하며, 이 전송주기는 통신상태, 로봇 단말기(1)의 동작속도와 정밀도에 의해 가변되어야 한다.
결국, 로봇 단말기(1) 내에 장착된 각종센서의 모든 변화 값을 위와 같이 빠른 주기로 전송한다면 매우 비효율적이기 때문에, 온도, 습도 등 환경 센서는 그 변화가 느리기 때문에 전송주기가 느리게 하고, 거리센서, 음원 관련 센서는 특성상 매우 빠른 전송주기로 한다.
본 발명에서는 서비스 서버(7)에서 필요한 센서 값의 종류와 센서 값의 전송 주기를 시스템 커멘드(SC)를 이용하여 로봇 단말기(1)에 설정하여 로봇 단말기(1)에 센서 테이블(sensor table)의 형태로 서비스 서버(7)가 필요로 하는 센서들의 종류와 전송 주기가 저장되게 된다. 로봇 단말기(1)는 이 센서 테이블을 통해 서비스 서버(7)로 센서 값을 전송해야 하는 센서들과 해당 전송 주기를 파악하여 해당 센서에서 해당 전송주기로 센서 값을 읽어서 서비스 서버(7)로 전송하게 된다. 설정된 센서 테이블은 다음 설정이 있기 전까지 지속적으로 유효하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 이 실시 예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점을 유의해야 한다.
이상과 같은 본 발명을 이용하면, 로봇 단말기에는 기본적인 장치만을 구비하게 하고, 각종 동작/음성/영상 데이터의 분석 및 처리 등의 대용량의 중앙처리장치나 메모리가 소요되는 작업은 네트워크에 연결된 서비스 서버가 처리하여 그 결과를 로봇 단말기에 전송하게 함으로써, 원격제어가 가능한 저가의 로봇 단말기를 제공하는 것이 가능해진다.
도1은 본 발명의 전체적인 구성도.
도2는 본 발명에서 로봇 단말기에 전원 투입시의 서비스 서버에 접속하는 과정을 도시함.
도3은 본 발명을 위한 복합통신 방식을 도시함.
도4는 도3의 본 발명에서 사용되는 패킷 데이터의 형태를 도시함.

Claims (12)

  1. 로봇 단말기와 통신모듈과 서비스 서버로 구성된 네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 있어서,
    상기 로봇 단말기는 상기 통신 모듈을 통해 상기 서비스 서버와 통신을 하기 위한 데이터 송수신 장치와, 상기 데이터 송수신 장치를 통해 센싱값을 상기 서비스 서버에 전송하는 센서들과, 상기 서비스 서버에서 수신한 동작 제어 데이터, 음성 데이터 또는 영상 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 이용하여 해당하는 동작, 음성 또는 영상 재생을 실행하는 재생 수단을 포함하고;
    상기 통신 모듈은 상기 로봇 단말기의 인근에 설치되어 상기 로봇 단말기와 상기 서비스 서버와의 통신을 연결하며;
    상기 서비스 서버는 상기 로봇 단말기로부터 원격지에 설치되고, 상기 센서로부터의 센싱 값을 상기 통신 모듈을 통해 수신하며, 로봇 단말기용 동작 제어 데이터, 음성 데이터 또는 영상 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 상기 통신 모듈을 통해 상기 로봇 단말기로 전송하며;
    상기 서비스 서버에서는 서로 동기되는 상기 동작 제어 데이터, 음성 데이터 또는 영상 데이터들이 하나의 다운 패킷에 포함되도록 패킷들을 생성하여 상기 로봇 단말기로 전송하여 상기 로봇 단말기의 다운 버퍼에 차례로 저장되고, 로봇 단말기에서는 정해진 시간 간격으로 상기 다운 버퍼에서 하나씩 독출하여 독출된 동기 데이터에 대응하는 동작, 음성 또는 영상 재생을 하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통신 모듈은 홈게이트웨이인 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 통신 모듈은 인터넷 회선에 연결되는 억세스 포인트와 무선 랜 장치인 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 다운 패킷에는 실시간 제어 데이터인 시스템 커멘드에 해당하는 비동기 데이터가 더 포함되고, 상기 시스템 커멘드는 상기 다운 버퍼에 저장되지 않고 바로 전달되어 실행되는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다운 패킷에는 상기 다운 패킷에 포함된 데이터가 동기 데이터인지 비동기 데이터인지 여부를 나타내는 플래그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 주어진 제2 시간 간격으로 상기 로봇 단말기의 센서들로부터 센서 값을 수신하여 업 버퍼에 저장한 후 상기 업 버퍼에서 차례로 독출하여 상기 서비스 서버로 패킷 형태로 송신하며, 상기 업 버퍼는 상기 다운 버퍼에 비하여 크기가 상당히 작은 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 센서 값이 빠르게 변화하는 센서들로부터 빠른 주기로 센서 값을 수신하고 센서 값이 느리게 변화하는 센서들로부터 느린 주기로 센서 값을 수신하여, 업 버퍼에 저장한 후 상기 업 버퍼에서 차례로 독출하여 상기 서비스 서버로 패킷 형태로 송신하며, 상시 업 버퍼는 상기 다운 버퍼에 비하여 크기가 상당히 작은 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 서비스 서버에서 필요로 하는 센서값의 종류와 센서 값의 전송 주기가 시스템 커멘드에 의해 설정되는 센서 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템.
  10. 로봇 단말기와 통신모듈과 서비스 서버로 구성된 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 처리방법에 있어서,
    상기 로봇 단말기에서는, 상기 통신 모듈을 통해 상기 서비스 서버와 통신을 하기 위한 데이터 송수신 단계와, 상기 데이터 송수신 단계를 통해 센싱값을 상기 서비스 서버에 전송하는 센싱 단계와, 상기 서비스 서버에서 수신한 동작 제어 데이터, 음성 데이터 또는 영상 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 이용하여 해당하는 동작, 음성 또는 영상 재생을 실행하는 재생 단계를 수행하고;
    상기 통신 모듈은 상기 로봇 단말기의 인근에 설치되어 상기 로봇 단말기와 상기 서비스 서버와의 통신을 연결하며;
    상기 서비스 서버는 상기 로봇 단말기로부터 원격지에 설치되고, 상기 센서로부터의 센싱 값을 상기 통신 모듈을 통해 수신하며, 로봇 단말기용 동작 제어 데이터, 음성 데이터 또는 영상 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 상기 통신 모듈을 통해 상기 로봇 단말기로 전송하며;
    상기 서비스 서버에서는 서로 동기되는 상기 동작 제어 데이터, 음성 데이터 또는 영상 데이터들이 하나의 다운 패킷에 포함되도록 패킷을 생성하여 상기 로봇 단말기로 전송하여 상기 로봇 단말기의 다운 버퍼에 차례로 저장되고, 로봇 단말기에서는 정해진 시간 간격으로 상기 다운 버퍼에서 하나씩 독출하여 독출된 동기 데이터에 대응하는 동작, 음성 또는 영상 재생을 하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 처리방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 다운 패킷에는 실시간 제어 데이터인 시스템 커멘드에 해당하는 비동기 데이터가 더 포함되고, 상기 시스템 커멘드는 상기 다운 버퍼에 저장되지 않고 바로 전달되어 실행되는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 처리방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다운 패킷에는 상기 다운 패킷에 포함된 데이터가 동기 데이터인지 비동기 데이터인지 여부를 나타내는 플래그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 처리방법.
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