KR100542896B1 - 알에프아이디를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및검출시스템 - Google Patents

알에프아이디를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및검출시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RFID(Radio Frequency Identification)를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및 검출시스템에 관한 것으로서,
이동제어부와 고정제어부를 이용하여 이동로봇(20)의 위치를 검출하는 방법으로서, 이동로봇(20)에서 송출된 RFID신호를 RFID수신장치(9)에서 검출하는 단계와; 상기 이동로봇(20)의 위치를 연산하여 위치데이터를 이동로봇(20)으로 전송하는 단계와; 상기 위치로봇(20)이 위치데이터를 수신하여 위치를 확인한 후 동작하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,
위치에 대한 연산 및 맵핑(mapping)과정이 이동 로봇이 아닌 제어 컴퓨터에 의해 수행되므로 로봇의 구조 및 장치의 간략화가 이루어 질 수 있으므로 로봇의 가격이 저렴해짐으로서 보다 다양한 분야에서의 적용성이 높아 질 수 있고, 로봇에 탑재되는 장비가 적어짐으로 인하여 모터 및 트랜스미션 등의 구동계가 작아지고 이를 구동하기 위한 내부전원(battery)이 소형화되므로 장치의 무게가 가벼워지고 내부골격이 경량재로 대체 될 수 있는 효과를 제공한다.
RFID, 로봇, 맵핑, 위치검출

Description

알에프아이디를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및 검출시스템 {Method of local mapping for indoor moving robot by RFID and system thereof}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템의 설치예를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법을 나타내는 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : RFID 송신장치 2 : 초음파센서
3 : 데이터 송수신용 안테나 4 : 데이터 송수신 유닛
5 : 프리 앰프 6 : A/D 입출력부
7 : 제어용 프로세서 8 : 로봇 구동유닛
9 : RFID 수신장치 10 : 데이터 트랜스미터
11 : 제어 컴퓨터 12 : 데이터 송수신용 안테나
13 : 데이터 송수신 유닛 14 : TCP/IP, 전력통신선
20 : 로봇 21 : 벽면
22 : 복도
본 발명은 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및 검출시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안내용 로봇 및 청소용 로봇과 같이 실내의 한정된 공간을 이동하며 기능을 수행하는 이동로봇에 대하여 현재의 위치를 지정하여 이동시 시작점 및 도착점의 정보를 정확히 연산할 수 있도록 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및 검출시스템에 관한 것이다.
특히 본 발명은 RFID(Radio Frequency Identification) 방법을 이용하는 송신 장치를 이동체에 부착하고 수신장치를 이동공간 내의 적절한 위치에 설치하여 로봇의 이동에 의해 가장 근접한 RFID 수신장치의 신호를 검출하고 이를 연산하여 현재의 위치를 이동로봇으로 전송하여 개략의 위치를 파악한 후 로봇의 내장된 초음파 거리센서를 이용하여 세밀한 위치를 결정하고 충돌회피 등을 실시하는 검출방법 및 검출시스템에 관한 내용이다.
최근 로봇의 사용량이 증가하면서 산업용 등에 국한되어 사용되던 로봇의 이용분야가 점차 일반인의 생활과 밀접한 관계를 지니는 분야로 확대되고 있다. 최근 각광받는 로봇의 신규 적용분야는 건물내부의 안내기능을 담당하는 로봇과, 실내공간의 청소를 담당하는 로봇, 그리고 환자 등을 간병하고 도움을 주는 로봇 등의 개발이 급속도로 진행중이며 이동로봇 및 청소로봇 등은 이미 상당부분 개발이 진행되어 실제 사용이 시작되고 있는 실정이다.
이러한 실내용 로봇의 경우 사용상 가장 문제점이 되는 것은 로봇의 현재 위치를 적절하게 판단하는 것이다. 즉 이동중 또는 이동이 끝난 과정에서 시작점과 도착점의 정보를 정화하게 파악하여야 공간 내에서의 위치를 정확하게 설정하고 이동과정의 구동장치의 제어를 적절하게 수행할 수 있게 된다.
현재 사용중인 대부분의 방식은 로봇 내부에 컴퓨터를 설치하고 로봇이 이동할 공간의 전체 정보를 맵핑(mapping)하여 둔 후 로봇에 내장된 초음파센서 및 적외선 센서 등으로 벽과의 거리 및 공간상의 특징점들을 검출하여 내장된 맵핑(mapping)자료와 비교하고 위치를 검출하는 방식을 사용한다.
이러한 기존의 방식의 경우 맵핑(mapping)된 자료 및 현재 검출자료의 비교과정이 로봇 내부에서 일어나므로 내장된 컴퓨터의 연산속도가 빨라져야 하고 센서의 연속적인 구동신호 처리 등이 복합적으로 수행되므로 로봇이 이동중 처리하여야 하는 데이터의 양이 크게 증가하게 된다.
이러한 원인으로 위치판단 및 이동에 관계하는 컴퓨터 1개와 주어진 기능을 수행하는 컴퓨터 1개 등 복수의 컴퓨터를 내장하게 되므로 결과적으로는 장치의 규모가 커지고 제조비용이 증가하는 단점을 지니고, 유지 보수의 문제가 부가되어 손쉽게 사용할 수 없는 문제점을 지니고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 위치에 대한 연산 및 맵핑(mapping)과정이 이동 로봇이 아닌 제어 컴퓨터에 의해 수행할 수 있도록 RFID 송수신을 이용하여 로봇의 구조 및 장치의 간략화가 이루어 질 수 있으므로 로봇의 가격이 저렴해짐으로써 다양한 분야에서의 적용성이 높아 질 수 있는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및 검출시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동제어부와 고정제어부를 이용하여 이동로봇(20)의 위치를 검출하는 방법으로서, 이동로봇(20)에서 송출된 RFID신호를 RFID수신장치(9)에서 검출하는 단계와; 상기 이동로봇(20)의 위치를 연산하여 위치데이터를 이동로봇(20)으로 전송하는 단계와; 상기 이동로봇(20)이 위치데이터를 수신하여 위치를 확인한 후 동작하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 위치데이터의 송수신은 로봇(20)에 장착된 데이터 송수신 유닛(4)에 의해서 무선으로 이루어진다.
보다 바람직하게, 상기 위치데이터는 로봇(20)의 최종위치 및 현위치, 로봇(20)이 이동한 방향 및 궤적, 이동속도를 포함한 데이터이다.
또한 본 발명은 실내 이동로봇(20)의 위치 검출시스템으로서, 데이터를 송수신하기 위한 데이터 송수신용 안테나(3)와, 이동로봇(20)의 측면에 설치되어 RFID 신호를 송신하는 RFID 송신장치(1)와, 외부의 방해물 등 물체를 감지하는 초음파센서(2)와, 이동로봇(20)의 하부에는 로봇의 구동수단으로서 로봇구동유닛(8)이 설치되어 있는 이동로봇(20)과; 데이터의 송수신, 증폭, 입출력을 제어하고, RFID 송신 및 이동로봇(20)의 구동을 제어하기 위해 이동로봇(20) 내부에 장착된 이동제어부와; RFID 수신과, 데이터 송수신과, 데이터의 연산처리를 제어하기 위하여 외부에 고정되어 있는 고정제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 이동제어부는 상기 고정제어부와 데이터를 송수신하는 데이터 송수신 유닛(4)과; 상기 초음파센서(2)의 감지신호를 증폭하는 프리앰프(5)와; 외부 입출력을 인터페이스(Interface)하는 A/D 입출력부(6)와; RFID 송신장치, 구동유닛 및 입출력부를 제어하는 제어용 프로세서(7)로 이루어 있다.
보다 바람직하게, 상기 고정제어부는 RFID 신호를 수신하는 RFID 수신장치(9)와; RFID 수신장치(9)에서 수신한 RFID 신호를 통신선(14)을 통하여 제어 컴퓨터(11)로 전송하는 데이터 트랜스미터(10)와; RFID 수신장치(9)에서 수신한 RFID 신호를 판독하여 이동로봇(20)에 동작제어 및 위치제어를 수행하는 제어 컴퓨터(11)와; 제어 컴퓨터(11)의 제어신호를 송수신하는 매개체인 데이터 송수신용 안테나(12)와; 제어 컴퓨터(11)의 제어신호를 송수신할 수 있도록 신호를 변형시키는 데이터 송수신 유닛(13)과; 제어신호가 전달될 수 있도록 연결하는 통신선(14)으로 이루어져 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템의 설치예를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법을 나타내는 순서도이다.
도 1에 표시된 바와 같이, 본 발명의 실내 이동로봇의 위치 검출시스템은 이동로봇(20)과 이동제어부와 고정제어부로 이루어진다.
본 실시예의 이동로봇(20)은 그 상부에 데이터를 송수신하기 위한 데이터 송수신용 안테나(3)가 설치되고, 측면에는 RFID 신호를 송신하는 RFID 송신장치(1)와 외부의 방해물 등 물체를 감지하는 초음파센서(2)가 취부된다. 이동로봇(20)의 하부에는 로봇의 구동수단으로서 로봇구동유닛(8)이 설치되어 로봇을 구동을 수행한다.
이동로봇(20)의 내부에는 이동제어부로서 데이터 송수신 유닛(4), 프리앰프(5), A/D 입출력부(6) 및 제어용 프로세서(7)로 이루어져 있다. 제어용 프로세서(7)는 컴퓨터의 CPU와 마찬가지로 각종 주변장치, 구동유닛, 입출력부 등을 제어하여 이동로봇을 통합 제어하는 역할을 한다. A/D 입출력부(6)는 제어용 프로세서(7)의 외부 입출력을 연결하여 주는 보드(Board)로서 초음파센서(2)에 의한 감지신호, 각 데이터의 송수신 제어신호, RFID 송신제어신호 등의 외부 입출력을 인터페이스(Interface)하는 역할을 한다. 프리앰프(5)는 초음파센서(2)에 의한 감지신호를 제어용 프로세서(7)에서 인식할 수 있도록 증폭하여 주는 역할을 한다. 데이터 송수신 유닛(4)은 일종의 무선모뎀의 기능을 수행하며 제어 프로세서(7)의 제어에 따라 데이터를 데이터 송수신용 안테나(3)를 통하여 송수신하는 역할을 한다.
외부의 고정제어부는 RFID 수신장치(9), 데이터 트랜스미터(10), 제어 컴퓨터(11), 데이터 송수신용 안테나(12), 데이터 송수신 유닛(13), 통신선(14) 등으로 이루어져 있다. RFID 수신장치(9)는 RFID 신호를 수신하는 장치이다. 데이터 트랜스미터(10)는 RFID 수신장치(9)에서 수신한 RFID 신호를 통신선(14)을 통하여 제어 컴퓨터(11)로 전송하는 역할을 한다. 제어 컴퓨터(11)는 RFID 수신장치(9)에서 수신한 RFID 신호를 판독하여 이동로봇(20)에 동작제어 및 위치제어 등 각종 제어를 수행하여 전체 시스템의 통합 제어를 수행한다. 데이터 송수신용 안테나(12)는 제어 컴퓨터(11)의 제어신호를 송수신하는 매개체 역할을 한다. 데이터 송수신 유닛(13)은 일종의 무선모뎀으로서 제어 컴퓨터(11)의 제어신호를 송수신할 수 있도록 신호를 변형시키는 역할을 한다. 통신선(14)은 각 제어부의 장치사이에 신호가 전달될 수 있도록 매개체 역할을 수행한다.
도 1과 같이 본 발명에 적용되는 이동용 로봇(20)에 기존의 방식과 달리 액티브형(active type)의 RFID 송신장치(1)를 설치한다. 이때 설치되는 액티브형 RFID는 송출 전파의 출력조절을 통하여 수십cm 거리에서 수m 까지 다양한 송출거리를 설정할 수 있으며 이러한 송출거리설정은 사용되는 공간의 크기 및 구조에 따라 설정되는 송출 에너지가 결정된다. 본 발명에 사용되는 초음파센서(2)의 측정한계를 고려하여 송출거리를 1∼1.5m 로 설정해 두고 있다.
이와 같은 RFID 송신장치(1)는 1초 간격으로 신호를 발생시키고 있으며 발생 되는 신호에는 로봇(20)의 고유번호 및 전송 직전의 위치정보를 담고 있어, 다수의 로봇이 있는 경우 식별이 가능하며 로봇이 최종적으로 가지고 있었던 위치값을 제어용 컴퓨터(11)에서 확인 할 수 있게 되어 있다.
도 2에 표시된 바와 같이 RFID 송신장치(1)에서 송출된 RF 신호는 다수의 RFID 수신장치(9)중 최 근접거리의 RFID 수신장치(9)에서 검출되는데 이때 설치된 수신장치(9)는 공간내의 중요위치나 복도(22)인 경우에는 곡각지점이나 통과하는 문의 부근에 주로 설치하여 이를 하나의 통신선(14; 전력선 통신 또는 TCP/IP)을 이용하여 연결되어 있으며, 하나의 제어 컴퓨터(11)에서 취합하도록 되어 있다.
이러한 구조를 지니는 RFID 수신장치(9)의 배열에서 로봇(20)에 근접한 수신장치(9)가 데이터를 검출하면 수신장치(9)의 위치 및 로봇(20)의 데이터를 제어 컴퓨터(11)에 전송하고 로봇(20)이 있는 위치를 파악하게 된다. 이렇게 검출된 위치 정보는 다시 무선 송신장치(12, 13)를 이용하여 로봇(20)으로 제공되는데 이때 로봇(20)의 최종 위치 및 현위치를 같이 전송하며 로봇(20)이 이동한 방향 및 궤적, 이동속도 등도 함께 전송하게 된다. 이상과 같은 RFID 송수신장치의 설치관계를 도 2 에 나타내었다.
이러한 위치결정 데이터는 로봇(20)에 설치된 데이터 수신장치(3, 4)를 통하여 로봇제어용 프로세서(7; processor)로 공급되어 현재 위치의 정보 및 최종위치와 현재위치와의 차이의 인식하게 된다. 이와 같이 전체적으로 로봇(20)이 이동하는 궤적 및 위치가 결정된 후 벽면(21)과의 거리유지 및 물체와의 충돌방지 등은 로봇(20)에 장착되어 있는 초음파센서(2)를 이용하여 2m 영역 안에서의 벽면(21)과 의 거리 및 물체의 유무를 판정하여 세밀한 위치제어 및 물체의 회피가 가능하게 된다.
이하 본 실시예에 의한 로봇의 위치 검출방법에 대해 설명한다.
도 3에 표시된 바와 같이, 우선 로봇의 고유번호 및 전송 직전의 위치정보를 로봇 내에 장착된 RFID 송신장치(1)에서 송신한다(S11). 다음에 최 근접 거리에 설치된 RFID 수신장치(9)에서 상기 로봇의 송신신호의 검출여부를 판단한다(S12). 검출되면 수신을 완료한 데이터를 제어컴퓨터(11)로 전송한다(S13). 그러면 제어 컴퓨터(11)에서 수신데이터를 근거로 하여 로봇의 위치를 연산한다(S14). 연산된 위치데이터는 데이터 송수신 유닛(13)을 이용하여 다시 로봇(20)으로 전송된다(S15), 그러면 로봇(20)에서 위치신호의 수신여부를 판단한다(S16). 위치신호가 수신되면 위치확인 작업을 종료한다(S17). 그러면 초음파센서(2)가 작동을 개시하여(S18) 근접위치를 파악하고 장애물과의 충돌을 회피할 수 있는 동작을 진행한다(S19).
따라서 본 실시예에 의한 위치검출방법은 위치에 대한 연산 및 맵핑(mapping)과정이 로봇(20)이 아닌 제어 컴퓨터(11)에 의해 수행되므로 로봇의 구조 및 장치의 간략화가 이루어 질 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
이상과 같은 본 발명은, 기존에 사용되는 로봇에 내장된 컴퓨터 및 맵핑(mapping) 자료에 의존하여 자체적으로 연산하여 위치를 결정하는 방식에 비하여 매우 간단하며 위치정보도 정확하게 얻어 질 수 있는 효과를 제공한다.
또한 위치에 대한 연산 및 맵핑(mapping)과정이 이동 로봇이 아닌 제어 컴퓨터에 의해 수행되므로 로봇의 구조 및 장치의 간략화가 이루어 질 수 있으므로 로봇의 가격이 저렴해짐으로서 보다 다양한 분야에서의 적용성이 높아 질 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 로봇에 탑재되는 장비가 적어짐으로 인하여 모터 및 트랜스미션 등의 구동계가 작아지고 이를 구동하기 위한 내부전원(battery)이 소형화되므로 장치의 무게가 가벼워지고 내부골격이 경량재로 대체 될 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (6)

  1. 이동제어부와 고정제어부를 이용하여 이동로봇(20)의 위치를 검출하는 방법으로서,
    이동로봇(20)에서 송출된 RFID신호를 RFID수신장치(9)에서 검출하는 단계와;
    상기 이동로봇(20)의 위치를 연산하여 위치데이터를 이동로봇(20)으로 전송하는 단계와;
    상기 이동로봇(20)이 위치데이터를 수신하여 위치를 확인한 후 동작하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치데이터의 송수신은 로봇(20)에 장착된 데이터 송수신 유닛(4)에 의해서 무선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위치데이터는 로봇(20)의 최종위치 및 현위치, 로봇(20)이 이동한 방향, 궤적 및 이동속도를 포함한 데이터인 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법.
  4. 실내 이동로봇(20)의 위치 검출시스템으로서,
    데이터를 송수신하기 위한 데이터 송수신용 안테나(3)와, 이동로봇(20)의 측면에 설치되어 RFID 신호를 송신하는 RFID 송신장치(1)와, 외부의 방해물 등 물체를 감지하는 초음파센서(2)와, 이동로봇(20)의 하부에는 로봇의 구동수단으로서 로봇구동유닛(8)이 설치되어 있는 이동로봇(20)과;
    데이터의 송수신, 증폭, 입출력을 제어하고, RFID 송신 및 이동로봇(20)의 구동을 제어하기 위해 이동로봇(20) 내부에 장착된 이동제어부와;
    RFID 수신과, 데이터 송수신과, 데이터의 연산처리를 제어하기 위하여 외부에 고정되어 있는 고정제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이동제어부는
    상기 고정제어부와 데이터를 송수신하는 데이터 송수신 유닛(4)과;
    상기 초음파센서(2)의 감지신호를 증폭하는 프리앰프(5)와;
    외부 입출력을 인터페이스(Interface)하는 A/D 입출력부(6)와;
    RFID 송신장치, 구동유닛 및 입출력부를 제어하는 제어용 프로세서(7)로 이루어 있는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서.
    상기 고정제어부는
    RFID 신호를 수신하는 RFID 수신장치(9)와;
    RFID 수신장치(9)에서 수신한 RFID 신호를 통신선(14)을 통하여 제어 컴퓨터(11)로 전송하는 데이터 트랜스미터(10)와;
    RFID 수신장치(9)에서 수신한 RFID 신호를 판독하여 이동로봇(20)에 동작제어 및 위치제어를 수행하는 제어 컴퓨터(11)와;
    제어 컴퓨터(11)의 제어신호를 송수신하는 매개체인 데이터 송수신용 안테나(12)와;
    제어 컴퓨터(11)의 제어신호를 송수신할 수 있도록 신호를 변형시키는 데이터 송수신 유닛(13)과;
    제어신호가 전달될 수 있도록 연결하는 통신선(14)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출시스템.
KR1020030094868A 2003-12-22 2003-12-22 알에프아이디를 이용한 실내 이동로봇의 위치 검출방법 및검출시스템 KR100542896B1 (ko)

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