KR100580278B1

KR100580278B1 - Ultrasonic sensor system for position and direction estimation of mobile object

Info

Publication number: KR100580278B1
Application number: KR1020020029776A
Authority: KR
Inventors: 이수영
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2006-05-15
Also published as: KR20030093387A

Abstract

본 발명은 초음파 센서를 이용한 이동체, 예를들면 이동 로봇의 자기 위치 추정 센서 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic position estimation sensor system of a mobile body using an ultrasonic sensor, for example, a mobile robot.

이를 위해 본 발명은 실내의 고정 위치에 설치되는 초음파 송신기들, 이 송신기들과 쌍을 이루어 설치되는 무선 수신기들, 이동체에 설치되는 초음파 수신기들, 이동체에 설치되는 무선 송신기로 구성되어, 무선 송신기에서 각각의 무선 수신기를 차례로 호출하고, 호출된 무선 수신기와 쌍을 이루는 초음파 송신기에서 초음파를 발사하여 이 초음파를 이동체의 초음파 수신기들에서 수신하여 이동체의 실내에서의 위치와 방향을 추정하게 된다.To this end, the present invention consists of ultrasonic transmitters installed in a fixed position in the room, wireless receivers installed in pairs with the transmitters, ultrasonic receivers installed in the mobile body, and wireless transmitters installed in the mobile body, Each wireless receiver is called in turn, and ultrasonic waves are paired with the called wireless receiver to receive ultrasonic waves from the ultrasonic receivers of the moving object to estimate the position and direction of the moving object.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 반사파를 처리하는 기존의 방법 대신 직접파를 처리하므로 잡음에 강하며, 순차적으로 호출되는 특정의 초음파 송신기에서만 초음파가 발생하도록 구성하여 초음파 신호들 간에 혼신이 없고 초음파 송신 신호 식별 및 동기화가 가능한 이동 로봇용 위치 및 방향 추정 시스템이 가능해 진다.According to the present invention as described above, instead of the conventional method of processing the reflected wave, because it processes the direct wave, it is resistant to noise, and configured to generate ultrasonic waves only in a specific ultrasonic transmitter called sequentially so that there is no interference between ultrasonic signals and ultrasonic transmission The position and orientation estimation system for mobile robots with signal identification and synchronization becomes possible.

이동 로봇, 위치추정, 방향 추정, 초음파센서, 무선 송수신기Mobile Robot, Position Estimation, Direction Estimation, Ultrasonic Sensor, Wireless Transceiver

Description

ULTRASONIC SENSOR SYSTEM FOR POSITION AND DIRECTION ESTIMATION OF MOBILE OBJECT}

도 1은 초음파 센서를 이용한 종래기술에서의 거리 측정 방식의 타이밍도.1 is a timing diagram of a distance measuring method in the prior art using an ultrasonic sensor.

도 2는 본 발명의 센서 시스템.2 is a sensor system of the present invention.

도 3은 도 1에 무선 송수신기를 부가한 본 발명의 초음파 센서 시스템.3 is an ultrasonic sensor system of the present invention with the wireless transceiver added to FIG.

도 4는 도 3에 따른 본 발명의 타이밍도.4 is a timing diagram of the invention according to FIG. 3;

도 5는 본 발명에서 위치 보정 및 방향 추정을 하는 방법을 도시함.5 illustrates a method for position correction and direction estimation in the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

TS1, TS2, TS3, TS4 : 초음파 송신기TS1, TS2, TS3, TS4: Ultrasonic Transmitter

RS1, RS2, RS3 : 초음파 수신기RS1, RS2, RS3: Ultrasonic Receiver

RX1, RX2, RX3, RX4 : 무선 수신기RX1, RX2, RX3, RX4: Wireless Receiver

TX : 무선 송신기TX: wireless transmitter

본 발명은 초음파 센서를 이용한 이동체, 예를들면 이동 로봇의 자기 위치 추정 센서 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a magnetic position estimation sensor system of a mobile body using an ultrasonic sensor, for example, a mobile robot.

특히, 본 발명은 위치를 미리 알고 있는 실내의 몇 군데 고정 지점에 설치된 초음파 송신기들에서 송신된 초음파 신호를 이동체에 설치된 초음파 수신기에서 수신하여 초음파 송신기들까지의 거리를 측정하므로써 실내 공간상에서 이동체의 절대 위치와 방향을 추정하기 위한 초음파 센서 시스템에 관한 것이다.In particular, the present invention receives the ultrasonic signals transmitted from the ultrasonic transmitters installed at several fixed points in the room where the position is known in advance and measures the distance to the ultrasonic transmitters by measuring the distance to the ultrasonic transmitters. An ultrasonic sensor system for estimating position and orientation.

근래 들어 홈 서비스 로봇이나 완구 로봇등 개인용 로봇에 대한 관심이 높아지고 있다. 기존의 산업용 로봇에 비해 개인용 로봇이 갖는 큰 특징중의 하나는 이동성을 가진다는 것이다. Recently, the interest in personal robots such as home service robots and toy robots is increasing. One of the great features of personal robots compared to conventional industrial robots is their mobility.

그런데, 이동 로봇이 공간상을 자율 주행하기 위해서는 절대 공간상에서 로봇 자신의 위치와 방향을 알아야 하는데, 이를 로봇의 자기 위치 추정 문제라고 부른다. 로봇의 자기 위치 추정을 위해서는 로봇 자신과 주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 센서가 필요한데, 일반적으로 사람의 눈과 같은 카메라 비젼 센서가 이러한 거리 센서로 많이 사용된다. However, in order for a mobile robot to autonomously travel in space, it is necessary to know the position and direction of the robot itself in absolute space, which is called a problem of estimation of the robot's magnetic position. In order to estimate the robot's magnetic position, a distance sensor for measuring the distance between the robot itself and the surrounding object is required. Generally, a camera vision sensor such as a human eye is used as the distance sensor.

그러나 카메라 센서는 값이 매우 비싸고 신호를 처리하는데 많은 계산 시간이 소요되며, 주변의 조명 잡음에 큰 영향을 받는다는 단점이 있다. 따라서 근래에는 값이 매우 싸고, 비교적 측정 정밀도가 높으며 신호 처리가 쉬운 초음파 거리 센서가 많이 사용되고 있다. However, the camera sensor is very expensive, takes a lot of computation time to process the signal, and is greatly affected by ambient lighting noise. Therefore, in recent years, ultrasonic distance sensors having a very low value, relatively high measurement accuracy, and easy signal processing have been widely used.

초음파 센서를 이용한 종래기술에 따른 거리 측정 방식은 도 1에서 도시한 바와 같이 초음파를 발사한 시점으로부터 초음파가 물체에 반사되어 되돌아오는 시점까지의 체공 시간(TOF: Time-Of-Flight)을 측정하고, 여기에 공기중에서의 초음파 속도를 곱하여 반사체까지의 거리를 구하는 것이다. 체공 시간 측정은 초음파를 발사한 시점부터 반사파가 감지된 시점까지 일정한 주파수의 클록 신호를 카운트하므로써 이루어지며, 하나의 초음파 센서는 일반적으로 송수신 겸용으로 사용될 수 있다. 초음파는 일정한 빔폭을 가지며, 센서면에 수직한 방향성을 가지므로, 로봇과 주변 물체와의 거리를 측정하기 위해 이러한 초음파 센서를 사용할 경우에는 일반적으로 로봇 둘레에 초음파 센서를 일정한 간격으로 배치한 다중 배열 구조나 하나의 초음파 센서를 구동축에 의해 일정한 각도로 회전시키므로써 주변을 스캔하는 구조를 사용한다.The distance measuring method according to the related art using an ultrasonic sensor measures a time-of-flight (TOF) from the time of launching the ultrasonic wave to the time when the ultrasonic wave is reflected back to the object as shown in FIG. 1. The distance to the reflector is then multiplied by the ultrasonic velocity in the air. The flight time measurement is performed by counting a clock signal of a constant frequency from the time of launching the ultrasonic wave to the point of time when the reflected wave is detected, and one ultrasonic sensor can generally be used for both transmitting and receiving. Since ultrasonic waves have a constant beam width and directivity perpendicular to the sensor plane, when using these ultrasonic sensors to measure the distance between the robot and surrounding objects, multiple arrays of ultrasonic sensors are arranged around the robot at regular intervals. A structure that scans the surroundings by rotating the structure or a single ultrasonic sensor at a predetermined angle by the drive shaft is used.

초음파 센서를 이용한 기존의 이동 로봇 자기 위치 추정 방식은 다음과 같이 크게 두 부류로 나눌 수 있다.Conventional mobile robot magnetic position estimation method using ultrasonic sensor can be divided into two categories as follows.

(1) 모양을 미리 알고 있는 물체(예로서 지름이 다른 두 개의 원기둥 반사체)를 전역 좌표계상의 몇 개 지점에 설치하고, 이동 로봇의 초음파 송수신기에 의해 이 반사체로부터의 반사파가 감지되면 물체와 로봇과의 상대 거리를 측정하고, 반사체의 전역 좌표계 상의 좌표값으로부터 로봇의 절대 위치를 추정하는 방식.(1) An object whose shape is known in advance (for example, two cylindrical reflectors of different diameters) is installed at several points on the global coordinate system, and when the reflected wave from the reflector is detected by the ultrasonic transceiver of the mobile robot, A method of measuring the relative distance of and estimating the absolute position of the robot from coordinates on the global coordinate system of the reflector.

(2) 정해진 반사체를 미리 설치하지 않고 원, 직선, 모서리등의 특징점으로 한정된 일반 물체에 의한 초음파 반사 패턴에 따라 로봇 주변의 국부 지도를 작성하고, 전역 좌표계상의 물체 배치 지도 데이터베이스와의 정합(matching)을 통하여 로봇의 절대 위치를 추정하는 방식.(2) Create a local map around the robot according to the ultrasonic reflection pattern of a general object limited to feature points such as circles, straight lines, and corners without installing a predetermined reflector in advance, and match it with an object placement map database on a global coordinate system. ) To estimate the absolute position of the robot.

그러나 위와 같은 종래기술의 위치 추정 방식들은 이동 로봇의 주변을 스캔하고 미리 구축된 데이터베이스와 정합하는 과정에서 많은 계산 시간을 요할 뿐만 아니라, 물체로부터 반사된 초음파 신호를 처리하므로 잡음에 약하고 빔폭내에 위 치한 또 다른 물체로부터 반사된 신호나 이중 반사된 간접파 신호를 구별하기 어렵다는 문제점이 있다. However, the above-described conventional position estimation methods require a lot of computation time in the process of scanning the surroundings of a mobile robot and matching them with a pre-established database, and process ultrasonic waves reflected from an object, which is weak to noise and located within a beam width. There is a problem in that it is difficult to distinguish a signal reflected from another object or a double reflected indirect wave signal.

본 발명은 이와 같은 종래기술에서의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래기술에서 발생하는 반사 초음파 신호 처리에 따르는 잡음 문제와 스캔 및 정합 과정에서의 계산 시간 문제를 극복하기 위한 전역 초음파 센서 장치 및 방법을 제공하고, 특히 이러한 장치 및 방법에 사용되는 초음파 신호 혼신 방지 및 식별, 그리고 초음파 송, 수신기의 동기화 장치를 제공한다.The present invention is to solve this problem in the prior art, a global ultrasonic sensor device and method for overcoming the noise problem caused by the reflected ultrasonic signal processing occurs in the prior art and the computation time problem in the scan and matching process In particular, the present invention provides an ultrasonic signal interference prevention and identification, and an ultrasonic transmission and synchronization apparatus of the receiver.

먼저 도 2를 참고로 하여 본 발명의 원리와 동작을 간단히 설명하고자 한다. 도 2에서 X-Y-Z 좌표계는 실내 공간의 절대 좌표계를 의미하며, TS1-TS4는 공간상의 미리 알고 있는 지점(예로서 방의 4개의 모서리)에 각각 설치된 초음파 송신기이며, RS1-RS3는 이동 로봇에 장착된 초음파 수신기를 나타낸다. First, the principle and operation of the present invention will be briefly described with reference to FIG. 2. In FIG. 2, the XYZ coordinate system refers to an absolute coordinate system of an indoor space, and TS1-TS4 is an ultrasonic transmitter installed at a predetermined point in space (for example, four corners of a room), and RS1-RS3 is an ultrasonic wave mounted on a mobile robot. Represents a receiver.

초음파 송신기(TS1-TS4)의 개수는 이동 로봇이 평면상에 있는 경우 기본적으로 2개가 있으면 이를 토대로 이동로봇의 위치를 알 수 있지만, 하나의 초음파 송신기(TS)로부터의 신호가 도달하는 영역의 크기에 제한이 있으므로 실내 공간의 크기에 따라 초음파 송신기(TS)의 개수를 조정할 필요가 있다. 초음파 수신기(TS)의 경우에도 위치만을 알기 위해서는 1개로 충분하지만 이하에서 설명하는 바와 같이 위치 오차 보정과 방향 추정을 위해서 3개를 사용하는 것으로 가정한다. When the number of the ultrasonic transmitters TS1-TS4 is in the plane, if there are basically two, the position of the mobile robot can be known based on this, but the size of the area where the signal from one ultrasonic transmitter TS reaches. Since there is a limitation, it is necessary to adjust the number of ultrasonic transmitters TS according to the size of the indoor space. In the case of the ultrasonic receiver TS, one is sufficient to know only the position, but as described below, it is assumed that three are used for the position error correction and the direction estimation.

각각의 초음파 수신기(RS)에서의 처리 과정은 동일하므로 이하에서는 하나 의 초음파 수신기(RS)에 대해서만 설명한다.Since the processing in each ultrasonic receiver RS is the same, only one ultrasonic receiver RS will be described below.

각각의 초음파 송신기(TS1-TS4)로부터 발사된 초음파가 지면에 있는 이동 로봇상의 초음파 수신기(RS)까지 전달되는 체공 시간(TOF)을 이동 로봇에서 측정하면 간단한 삼각법에 의해 절대 좌표계에서의 로봇의 위치를 추정할 수 있다.When the mobile robot measures the flight time (TOF) transmitted from each ultrasonic transmitter TS1-TS4 to the ultrasonic receiver RS on the mobile robot on the ground, the position of the robot in the absolute coordinate system is determined by simple trigonometry. Can be estimated.

이러한 방식은 종래기술에서와 같이 피사체로부터 반사된 신호를 처리하는 것이 아니고, 초음파 송신기(TS1-TS4)로부터의 직접파 신호를 처리하는 것이므로 신호의 세기가 종래기술에서 이용하는 반사파에 비해 강하고, 또한 간접 신호 잡음 문제를 피할 수 있다. This method does not process the signal reflected from the subject as in the prior art, but processes the direct wave signal from the ultrasonic transmitters TS1-TS4, so that the signal strength is stronger than the reflected wave used in the prior art, and indirectly. Signal noise problems can be avoided.

그러나 이러한 방식에서는 각 초음파 송신기들(TS1-TS4)간의 신호의 혼신을 방지하여 초음파 수신기(RS)에서 수신된 신호가 어느 송신기(TS)에서 온 것인지 알 수 있는 방법이 필요하다. 또한 송신 초음파 신호의 체공 시간(TOF)를 알기 위해서는 초음파 송신기(TS)에서의 송신 초음파 발사 시점을 수신기(RS)에서 알아야하고, 이를 위해서는 초음파 송신기(TS)와 초음파 수신기(RS)가 동기화 되어야 한다. However, in this method, there is a need for a method of preventing signal interference between the ultrasonic transmitters TS1-TS4 so as to know from which transmitter TS the signal received from the ultrasonic receiver RS comes from. In addition, in order to know the flight time (TOF) of the transmitted ultrasound signal, the receiver RS needs to know the transmission ultrasound launch time of the ultrasound transmitter TS, and for this purpose, the ultrasound transmitter TS and the ultrasound receiver RS must be synchronized. .

초음파 송신기들(TS1-TS4)의 신호들의 혼신을 막고, 수신기(RS)에서 각 송신 신호들을 식별하기 위해서는 각 초음파 송신기들(TS1-TS4)의 구동 주파수를 다르게 하는 방법도 있지만, 일반적으로 구동 주파수가 다른 초음파 송수신기는 가격이 매우 비싸고 신호 처리도 복잡하므로 효율적이지 못하다. In order to prevent the interference of the signals of the ultrasonic transmitters TS1-TS4 and to identify the respective transmission signals in the receiver RS, a driving frequency of each of the ultrasonic transmitters TS1-TS4 is different. Ultrasonic transceivers are inefficient because of their high cost and complex signal processing.

그러므로 본 발명에서는 도 3에서 도시한 바와 같이 초음파 송신기(TS1-TS4)와 초음파 수신기(RS)에 부가적으로 간단한 무선 수신기(RX1-RX4) 및 무선 송신기(TX)를 설치하여 각 초음파 송신기(TS1-TS4)의 송신 시점을 순차화하므로써 혼신을 막고, 또한 초음파 송신기들(TS1-TS4)과 초음파 수신기(RS)를 동기화할 수 있는 방법을 사용한다.Therefore, in the present invention, as illustrated in FIG. 3, an additional simple radio receiver RX1-RX4 and a radio transmitter TX are installed in addition to the ultrasonic transmitter TS1-TS4 and the ultrasonic receiver RS, and thus, each ultrasonic transmitter TS1 is installed. In order to prevent interference by sequential transmission time of TS4), a method capable of synchronizing the ultrasonic transmitters TS1-TS4 and the ultrasonic receiver RS is used.

이를 보다 자세히 설명하면, 도 3에서와 같이 이동 로봇에는 초음파 수신기(RS)와 함께 무선 송신기(TX)가 장착되어 있으며, 실내 공간상에 고정된 각각의 초음파 송신기(TS1-TS4)에도 고유 번호들(ID1-ID4)이 부여되어 있는 무선 수신기(RX1-RX4)가 장착되어 있다. 이동 로봇은 순차적으로 고유 번호(ID)를 무선 전송하고, 초음파 송신기(TS1-TS4)에 장착된 무선 수신기들(RX1-RX4)은 자신의 고유 번호(ID)가 호출된 경우에만 초음파 송신기(TS)를 구동하여 초음파 신호를 발생시킨다. 여기서, 무선 신호 전송에 따른 시간 지연은 초음파 신호 체공 시간에 비해 무시할 수 있을 만큼 짧으므로, 이동 로봇에서 특정의 초음파 송신기들(TS)를 위한 고유 번호(ID)를 무선으로 발생시키는 시점에 즉시 특정의 초음파 송신기(TS)에서 초음파 신호를 발생시킨다고 볼 수 있다. 따라서 이동 로봇에서 고유 번호(ID) 신호 발생 시점에 초음파 체공 시간 계측을 위한 클록 신호를 카운트하기 시작하면 초음파 송신기(TS)와 수신기(RS)의 동기화 문제가 해결될 수 있다.In more detail, as shown in FIG. 3, the mobile robot is equipped with the wireless transmitter TX together with the ultrasonic receiver RS, and unique numbers are assigned to each ultrasonic transmitter TS1-TS4 fixed in the indoor space. The radio receiver RX1-RX4 to which ID1-ID4 has been attached is attached. The mobile robot sequentially transmits a unique number (ID) wirelessly, and the wireless receivers RX1-RX4 mounted on the ultrasonic transmitters TS1-TS4 have an ultrasonic transmitter TS only when their unique number ID is called. ) To generate an ultrasonic signal. Here, since the time delay due to the wireless signal transmission is negligibly short compared to the ultrasonic signal flight time, the mobile robot can immediately identify the time when the unique number (ID) for the specific ultrasonic transmitters (TS) is wirelessly generated. It can be seen that the ultrasonic transmitter TS generates an ultrasonic signal. Therefore, when the mobile robot starts to count the clock signal for measuring the ultrasonic flight time at the time of generating the ID signal, the synchronization problem between the ultrasonic transmitter TS and the receiver RS may be solved.

도 4에서는 이러한 과정을 타이밍도로 설명한다.4 illustrates this process with a timing diagram.

먼저 이동 로봇에서 무선 송신기(TX)를 통해 고유 번호(ID)를 전송하고, 이 시점부터 클록 신호를 카운트하기 시작한다. 고유 번호(ID) 전송용 무선 신호는 전송 시간 지연 없이 실내 공간의 고정 위치에 설치된 각각의 무선 수신기(RX1-RX4)에 전달되고, 고유 번호(ID)로 호출된 특정 무선 수신기(RX)만 초음파 송신기(TS)를 구동하여 초음파 신호를 발생시킨다. 이 초음파 신호가 이동 로봇의 초음파 수 신기(RS)에서 감지되면 로봇은 클록 신호 카운트를 멈추고, 체공 시간으로부터 호출한 초음파 송신기(TS)까지의 거리를 계산한다. 이러한 과정을 설치한 초음파 송신기(TS)의 개수만큼 반복하고 각각의 초음파 송신기(TS)까지의 거리로부터 삼각법에 의해 실내 공간상에서의 이동 로봇의 절대 위치를 구하게 된다. First, the mobile robot transmits a unique number ID through the wireless transmitter TX, and starts counting clock signals from this time point. The wireless signal for transmitting the unique number (ID) is transmitted to each of the wireless receivers RX1-RX4 installed at a fixed position in the indoor space without transmission time delay, and only the specific wireless receiver (RX) called by the unique number (ID) is ultrasonic. The transmitter TS is driven to generate an ultrasonic signal. When the ultrasonic signal is detected by the ultrasonic receiver RS of the mobile robot, the robot stops counting the clock signal and calculates the distance from the flight time to the called ultrasonic transmitter TS. This process is repeated as many times as the number of ultrasonic transmitters TS installed, and the absolute position of the mobile robot in the indoor space is obtained by trigonometry from the distance to each ultrasonic transmitter TS.

이제, 이동 로봇의 절대 위치뿐만 아니라 방향각도 및 위치 오차 보정을 위해 이동 로봇상에 3개의 초음파 수신기(RS1-RS3)를 설치한다고 하면, 각각의 초음파 수신기(RS)에서의 처리 과정은 동일하므로, 이상의 과정을 이동 로봇에 장착된 3개의 초음파 수신기(RS1-RS3)에 대하여 동시에 적용할 수 있고, 따라서 각 초음파 수신기(RS1-RS3)의 좌표값을 모두 얻을 수 있다. Now, assuming that the three ultrasonic receivers RS1-RS3 are installed on the mobile robot not only for the absolute position of the mobile robot but also for correcting the direction angle and the position error, the processes of the respective ultrasonic receivers RS are the same. The above process can be simultaneously applied to the three ultrasonic receivers RS1-RS3 mounted on the mobile robot, so that the coordinate values of each of the ultrasonic receivers RS1-RS3 can be obtained.

도 5를 통해 자세히 설명하면, 이상의 과정을 통해 얻은 각각의 초음파 수신기 좌표값들인 RS1= (x1, y1), RS2= (x2, y2), RS3= (x3, y3)에 대해서(여기서 이동 로봇은 평면상에서 운동한다고 가정하고 z축 좌표값은 0으로 한다), 이동 로봇의 위치(xm, ym)= ( (x1+x2)/2, (y1+y2)/2)로 하면 위치 보정이 되고, 이동로봇의 방향각 θ= tan^-1( (y1-ym)/(x1-xm) )이 된다. 만일 위치 보정이 필요없고 단지 위치와 방향만 얻고자 하면 2개의 초음파 수신기만 설치하면 된다.Referring to Figure 5 in detail, for each of the ultrasound receiver coordinate values obtained through the above process RS1 = (x1, y1), RS2 = (x2, y2), RS3 = (x3, y3) (where the mobile robot Assuming that the motion is in the plane, the z-axis coordinate value is 0), and the position of the mobile robot (xm, ym) = ((x1 + x2) / 2, (y1 + y2) / 2) is corrected for position. The direction angle θ = tan ⁻¹ ((y1-ym) / (x1-xm)) of the mobile robot. If no position correction is required and only the position and orientation are to be obtained, only two ultrasonic receivers need to be installed.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 예를들면, 본 발명 은 이동로봇 뿐만 아니라 이동 자동차(실물 또는 완구)에도 적용이 가능하다.Although the present invention has been described above based on the preferred embodiments of the present invention, these examples are intended to illustrate rather than limit the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the present invention can be applied to not only a mobile robot but also a mobile car (real or toy).

이상과 같이 본 발명에 의하면, 반사파를 처리하는 기존의 방법 대신 직접파를 처리하므로 잡음에 강하며, 순차적으로 호출되는 특정의 초음파 송신기에서만 초음파가 발생하도록 구성하여 초음파 신호들 간에 혼신이 없고 초음파 송신 신호 식별 및 동기화가 가능한 이동 로봇용 위치 및 방향 추정 시스템이 가능해 진다.As described above, according to the present invention, since the direct wave is processed instead of the existing method of processing the reflected wave, it is resistant to noise, and configured to generate ultrasonic waves only in a specific ultrasonic transmitter called sequentially so that there is no interference between ultrasonic signals and ultrasonic transmission. The position and orientation estimation system for mobile robots with signal identification and synchronization becomes possible.

Claims

In the system for estimating the position of the moving object moving on the plane,

A radio transmitter installed on the moving object;

At least two wireless receivers spaced apart from the moving object and arranged in mutually different positions to sequentially receive respective call signals from the wireless transmitter;

At least two ultrasonic transmitters spaced apart from each other in the mobile body and arranged in pairs with the wireless receivers, and arranged to pair with the wireless receivers, and sequentially transmitting ultrasonic waves when the respective call signals are received through the wireless receivers. field;

And at least one ultrasonic receiver spaced apart from each other on the movable body which in turn receives the ultrasonic waves from the ultrasonic transmitters.

In the system for estimating the position and direction of the moving body moving on the plane,

A radio transmitter installed on the moving object;

At least two wireless receivers spaced apart from each other in the mobile body and arranged to receive each call signal from the wireless transmitter in turn;

At least two ultrasonic transmitters that are isolated from the moving body, disposed at different positions, and are paired with the wireless receivers, and sequentially transmit ultrasonic waves when each call signal is received through the wireless receivers. ;

And at least two mutually spaced apart ultrasonic receivers on the movable body which in turn receive the ultrasonic waves from the ultrasonic transmitters.

In a mobile body moving on a plane,

A radio transmitter installed on the moving object;

Spaced apart from the moving object, and arranged in pairs with at least two wireless receivers which are arranged at mutually spaced positions and receive each call signal from the radio transmitter in turn, and when the respective call signals are received And at least one spaced apart ultrasonic receiver on the movable body for receiving ultrasonic waves from the at least two spaced apart ultrasonic transmitters transmitting the beams.

In a mobile body moving on a plane,

A radio transmitter installed on the moving object;

Spaced apart from the moving object and arranged in pairs with at least two wireless receivers arranged in mutually different positions and receiving respective call signals from the wireless transmitter in turn. And at least two mutually spaced apart ultrasound receivers on said mobile body which in turn receive ultrasonic waves from at least two mutually spaced apart ultrasonic transmitters for transmitting.

The system of claim 1 or 3, wherein each call signal is a unique number of each wireless receiver.

The system of claim 2 or 4, wherein each call signal is a unique number of each wireless receiver.

The system of claim 1 or 3, wherein the movable body is a mobile robot.

The system of claim 2 or 4, wherein the moving body is a moving robot.

4. The position estimation system of claim 1 or 3, further comprising a counter for counting a call signal transmission time from the wireless transmitter of the mobile object to the reception point of the ultrasonic wave.

The system of claim 2 or 4, further comprising a counter for counting a call signal transmission time from the wireless transmitter of the mobile object to the reception point of the ultrasonic wave.

In the method of estimating the position of the moving object moving on the plane,

Transmitting each call signal at a wireless transmitter on the mobile in turn;

Receiving each call signal in turn from at least two wireless receivers disposed at spaced apart positions from the moving object and corresponding to each call signal;

Transmitting ultrasonic waves sequentially in response to each call signal at at least two mutually spaced ultrasonic transmitters disposed in a spaced apart and mutually spaced apart position from the moving object and paired with the wireless receivers;

Receiving the ultrasonic waves transmitted in turn from at least one ultrasonic receiver spaced apart from each other on the movable body.

In the method for estimating the position and direction of the moving object moving on the plane,

Transmitting each call signal at a wireless transmitter on the mobile in turn;

Receiving each call signal in turn from at least two radio receivers disposed at positions spaced apart from each other and spaced apart from the moving object;

And receiving the ultrasonic waves transmitted in turn from at least two ultrasonic receivers spaced apart from each other on the moving object.