KR100645816B1 - A device for travel distance equalization of roving robot - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 이동거리 보정 장치가 포함된 이동로봇의 블럭 구성도.1 is a block diagram of a mobile robot including a movement distance correction device according to an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 이동거리 보정 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.Figure 2 is a flow chart for explaining the operation of the movement distance correction apparatus of the mobile robot according to an embodiment of the present invention.
도 3a 는 평탄한 지면을 이동할 때 광센서부의 이격거리를 설명하기 위한 단면도.Figure 3a is a cross-sectional view for explaining the separation distance of the optical sensor unit when moving the flat ground.
도 3b 는 굴곡진 지면을 이동할 때 광센서부의 이격거리를 설명하기 위한 단면도.Figure 3b is a cross-sectional view for explaining the separation distance of the optical sensor when moving the curved ground.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
100 : 이동로봇 130 : 휠모터 구동부100: mobile robot 130: wheel motor drive unit
140 : 회전량 감지부 150 : 광센서부140: rotation amount detection unit 150: light sensor unit
151 : 발광부 152 : 수광부151
153 : 변환출력부 200 : 장착부재153: conversion output unit 200: mounting member
210 : 스프링 220 : 슬라이딩관210: spring 220: sliding tube
본 발명은 이동로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동로봇의 이동거리 보정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile robot, and more particularly to a moving distance correction device of the mobile robot.
로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용되어 왔다. 이러한 로봇공학 분야는 근래에 들어 최첨단 우주개발산업에 사용되면서 발전을 거듭하여 왔고, 최근에 들어서는 인간 친화적인 가정용 로봇이 개발되기에 까지 이르렀다. Robots have been developed for industrial use and as part of factory automation, or have been used to collect or collect information on behalf of humans in extreme environments that humans cannot tolerate. This field of robotics has been developed in recent years as it is used in the cutting-edge space development industry, and until recently, human-friendly home robots have been developed.
일반적으로, 청소용 로봇과 같은 이동로봇은 자신의 현재 위치를 바퀴에 설치된 엔코더 정보를 이용하여 추정하게 되는데, 이러한 엔코더 정보를 이용하여 위치를 추정하는 방법은 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 오차가 발생하는 문제점이 있다.In general, a mobile robot, such as a cleaning robot, estimates its current position using encoder information installed on a wheel. In the method of estimating the position using the encoder information, an error occurs due to slippage or idle of a wheel. There is a problem.
한편, 이를 해결하기 위하여 이동영역내에 소정 간격으로 동일한 모양을 갖는 스티커나 반사판을 비컨으로 부착하여, 이동로봇에 장착된 카메라를 이용하여 비컨을 인지함으로써, 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 발생된 오차를 보정하는 방법이 소개된바 있다.Meanwhile, in order to solve this problem, stickers or reflecting plates having the same shape are attached to beacons at predetermined intervals in the moving area, and the beacons are recognized using a camera mounted on the mobile robot, thereby preventing errors caused by slippage or idleness of the wheels. How to calibrate was introduced.
그러나, 상기한 바와 같은 비컨을 이용한 방법 또한 이동하고자 하는 영역의 밝기가 변한다든가 또는 비컨과 유사한 모양의 사물이 인식되면, 오히려 이동거리 오차를 누적시키는 문제점이 있다.However, the method using the beacon as described above also has a problem of accumulating the movement distance error if the brightness of the area to be moved is changed or if an object having a shape similar to the beacon is recognized.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 지면의 이미지를 취득하여 산출된 이동량을 기준으로 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 발생된 이동거리 오차를 보정할 수 있는 이동로봇의 이동거리 보정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, the movement that can correct the movement distance error caused by the sliding or idle of the wheel based on the movement amount calculated by acquiring the image of the ground An object of the present invention is to provide a movement distance correction device for a robot.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 이동거리 보정 장치는,Moving distance correction apparatus of a mobile robot according to an embodiment of the present invention for achieving the above object,
휠 모터의 회전량을 감지하기 위한 회전량 감지부와;A rotation amount sensing unit for sensing an amount of rotation of the wheel motor;
이동로봇의 저면에 부착되어 지면의 이미지를 취득하기 위한 광센서부와;An optical sensor unit attached to a bottom surface of the mobile robot to acquire an image of the ground;
상기 회전량 감지부 및 광센서부로부터 얻어진 데이터 비교결과에 따라 이동거리를 보정하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A controller for correcting a moving distance according to data comparison results obtained from the rotation amount detecting unit and the optical sensor unit; Characterized in that it comprises a.
아울러, 상기 광센서부는 지면과의 이격거리가 일정하게 유지되도록 상하 유동 가능한 슬라이딩관의 하단부에 장착되어짐을 특징으로 한다. In addition, the optical sensor unit is characterized in that it is mounted to the lower end of the sliding tube capable of vertically moving so that the distance to the ground is kept constant.
상술한 바와 같은 구성상의 특징에 따르면, 회전량 감지부 및 광센서로부터 얻어진 데이터들 간의 비교를 통해 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 발생된 이동거리 오차를 보정할 수 있게 되는 것이다.According to the configuration features as described above, it is possible to correct the movement distance error caused by the slip or idle of the wheel through the comparison between the data obtained from the rotation amount sensor and the optical sensor.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
우선, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동거리 보정 장치가 포함된 이동로봇의 블럭 구성도를 도시한 것이다.First, Figure 1 shows a block diagram of a mobile robot including a movement distance correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 이동거리 보정 장치는 사용자 단말기와 신호(원격조정신호)를 송수신하는 무선송수신부(110)와, 이동로봇의 제어 프로그램을 저장하고 있는 메모리(120)와, 이동로봇의 이동을 위한 휠 모터 구동부(130)와, 휠 모터의 회전량을 감지하기 위한 회전량 감지부(140)로 구성된 이동로봇(100)에, 지면의 이미지를 취득하기 위한 광센서부(150)를 새로이 구성하고, 회전량 감지부(140) 및 광센서부(150)로부터 수신된 데이터를 기초로 이동로봇 제어부(160)가 각각의 이동량을 산출 및 비교함으로써, 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 발생된 이동거리 오차를 보정할 수 있도록 구현된 것이다. As shown, the movement distance correction apparatus of the mobile robot according to an embodiment of the present invention is a wireless transmission and
보다 구체적으로, 휠 모터 구동부(130)는 이동로봇 제어부(160)로부터 인가되는 구동제어신호에 따라 휠 모터(M)를 각각 구동시키며, 회전량 감지부(140)는 좌륜과 우륜 휠 각각에 연결된 엔코더로서 좌륜 및 우륜 휠의 회전량을 감지하여 그에 상응하는 회전수 데이터를 이동로봇 제어부(160)로 피드백하여 준다.More specifically, the
한편, 광센서부(150)는 지면을 향해 광을 발광하는 발광부(151)와, 지면을 통해 반사되는 광을 감지하는 수광부(152)와, 수광부(152)에서 감지된 신호를 변환하여 이미지 데이터를 출력하는 변환출력부(153)로 구성된다. The
보다 구체적으로, 발광부(151)는 외부로부터 입력되는 전기신호를 광으로 변환하여 발광하는 것으로 다양한 발광소자들이 사용될 수 있지만, 본 발명의 실시예 에 따른 발광부(151)는 지면을 환하게 비춰주도록 하기 위해 고휘도의 엘이디를 사용함으로써, 지면의 밝기를 항상 환하게 유지할 수 있다. More specifically, the
한편, 수광부(152)는 지면을 통해 반사된 광을 입력받아 이미지 정보를 검출하기 위한 것으로, 근거리에서 우수한 해상도를 갖는 광센서일 수 있다. 일반적인 광센서의 경우 발광부(151)에서 나온 광이 지면에서 반사되고, 그 반사된 광이 렌즈를 통과하여 수백 개의 픽셀로 구성된 이미지 센서에 입력되며, 이미지 센서의 픽셀 간의 차이를 비교하여 지면의 모양을 감지하게 된다. On the other hand, the
참고적으로 본 발명의 실시예에 따른 광센서는 예를 들어, HP사의 HDNS-2000일 수 있다. HDNS-2000는 지면에서 반사된 광을 모아주는 렌즈와 렌즈를 통해 이미지를 검출하는 이미지 센서를 포함하는 광센서로써, 초당 1500회의 지면 이미지를 촬영 및 획득할 수 있다. For reference, the optical sensor according to the embodiment of the present invention may be, for example, HP HDNS-2000. The HDNS-2000 is an optical sensor including a lens that collects light reflected from the ground and an image sensor that detects an image through the lens. The HDNS-2000 can capture and acquire 1500 ground images per second.
변환출력부(153)는 수광부(152)의 이미지 센서로부터 아날로그 신호를 수신하고, 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하여 이동로봇 제어부(160)로 이미지 데이터를 출력하는 A/D컨버터일 수 있다.The
한편, 상술한 바와 같은 광센서부(150)는 지면의 상태에 관계없이 항상 일정한 이격거리를 유지한 채 지면의 이미지를 취득한다. 이하 상세한 설명은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술하기로 한다.On the other hand, as described above, the
마지막으로 이동로봇 제어부(160)는 이동로봇의 동작을 전반적으로 제어하는 것은 물론, 회전량 감지부(140) 및 광센서부(150)로부터 수신된 데이터들을 기초로 이동로봇(100)의 이동량을 산출하고, 산출된 두 개의 이동량을 비교하여 이동거리 를 보정한다. Finally, the
이동로봇 제어부(160)는 회전량 감지부(140)로부터 입력되는 좌륜 및 우륜 휠의 회전량에 상응하는 회전수 데이터를 기초로 x, y축으로의 이동량을 산출한다. 또한, 이동로봇 제어부(160)는 광센서부(150)로부터 입력되는 이미지 데이터를 이전에 입력된 이미지 데이터와 비교하여 x, y축으로의 이동량을 산출한다. The
이후 이동로봇 제어부(160)는 회전수 데이터 및 이미지 데이터를 기초로 산출된 두 개의 이동량을 비교하여 이동거리를 보정하게 된다. 이때 이동로봇 제어부(160)는 산출된 두 개의 이동량을 비교하여 이동거리를 보정할 때, 이미지 데이터에 기초하여 산출된 이동량을 기준으로 비교하게 된다. 이는 회전수 데이터에 기초하여 산출된 이동량의 경우 지면의 상태에 따라 바퀴의 미끄러짐이나 공회전이 발생할 수 있기 때문에, 회전수 데이터에 기초하여 산출된 이동량보다는 이미지 데이터에 기초하여 산출된 이동량이 보다 정확하다고 할 수 있다.The
따라서 이동로봇 제어부(160)의 비교결과 산출된 두 개의 이동량이 다를 경우 이동로봇 제어부(160)는 이미지 데이터에 기초하여 산출된 이동량을 기준으로 이동거리를 보정하게 되는 것이다. Therefore, when the two moving amounts calculated as a result of the comparison of the
이하 상술한 구성을 이동로봇의 이동거리 보정 장치의 동작을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 부연 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the movement distance correction device of the mobile robot will be described in more detail with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 이동거리 보정 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.Figure 2 shows a flow chart for explaining the operation of the movement distance correction apparatus of the mobile robot according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 우선 이동로봇 제어부(160)는 회전량 감지부(140)로부터 출력되는 좌륜 및 우륜 휠의 회전량에 상응하는 회전수 데이터 및 광센서부(150)로부터 출력되는 이미지 데이터를 수신한다(S10단계). Referring to FIG. 2, first, the
이후 이동로봇 제어부(160)는 수신된 회전수 데이터에 기초하여 x,y축으로의 이동량을 산출하고, 또한 광센서부(150)로부터 입력되는 이미지 데이터를 이전에 입력된 이미지 데이터와 비교하여 x, y축으로의 이동량을 산출한다(S20단계).Thereafter, the
회전수 데이터 및 이미지 데이터에 기초하여 각각의 이동량을 산출한 이동로봇 제어부(160)는, 산출된 두 개의 이동량이 같은가를 검사한다(S30단계). 만약 산출된 두 개의 이동량이 같은 것으로 판명되면, 이동로봇 제어부(160)는 바퀴의 미끄러짐이나 공회전이 발생하지 않은 것으로 판단하고 주행을 계속함과 동시에 회전량 감지부(140) 및 광센서부(150)로부터 데이터를 계속 수신한다. 하지만 산출된 두 개의 이동량이 다른 것으로 판명되면, 이동로봇 제어부(160)는 이미지 데이터에 기초하여 산출된 이동량을 기준으로, 산출된 두 개의 이동량의 차이만큼 이동거리를 보정한다(S40단계).The
이후 이동거리를 보정한 이동로봇 제어부(160)는 이동이 모두 완료되었는가를 검사하고(S50단계), 만약 이동이 완료되지 않은 것으로 판명되면 회전량 감지부(140) 및 광센서부(150)로부터 데이터를 계속 수신하면서 이동을 하고, 이동이 완료된 것으로 판명되면 모든 동작을 종료한다.After that, the
도 3a 는 평탄한 지면을 이동할 때 광센서부의 이격거리를 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이며, 도 3b 는 굴곡진 지면을 이동할 때 광센서부의 이격거리를 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이다.3A illustrates a cross-sectional view for describing a separation distance of the optical sensor unit when moving the flat ground, and FIG. 3B illustrates a cross-sectional view for explaining the separation distance of the optical sensor unit when moving the curved ground.
도시된 바와 같이 광센선부(150)는 이동로봇(100) 일단에 장착된 장착부재(200), 스프링(210), 슬라이딩관(220)의 작동 관계에 의해 지면과 항상 일정한 이격거리(h)를 유지하게 된다.As shown, the
보다 구체적으로, 장착부재(200)는 이동로봇 일단에 고정되어 광센서부(150)가 항상 일정한 이격거리(h)를 유지하도록 하는 기본틀이 된다. 이러한 장착부재(200)를 축으로 하여 슬라이딩관(220)이 상하로 유동할 수 있다.More specifically, the mounting
스프링(210)은 슬라이딩관(220)에 탄성력을 주기 위한 구성으로서 슬라이딩관(220) 내에 장착된다. 스프링(210)은 도 3a와 같이 지면이 평탄할 경우 압축되고, 도 3b와 같이 지면이 굴곡졌을 경우 신장되어 슬라이딩관(220)에 탄성력을 주게 된다.The
슬라이딩관(220)은 장착부재(200)를 축으로 하여 지면의 상태에 따라 상하 유동이 가능하다. 슬라이딩관(220)은 이동로봇(100)이 도 3a와 같이 평탄한 지면을 이동중일 경우 스프링(210)은 압축되고 슬라이딩관(220)은 장착부재(200) 상부 및 지면과 접촉된 상태를 유지하게 된다. 따라서 슬라이딩관(220)의 하단부 일단에 장착된 광센서부(150)는 지면과 항상 일정한 이격거리(h)를 유지한 채 이미지를 취득하게 되는 것이다.The sliding
한편, 이동로봇(100)이 도 3b와 같이 굴곡진 지면을 이동중일 경우에는 스프링(210)은 신장되고 슬라이딩관(220)은 지면을 향해 내려오기 때문에, 광센서부(150)는 지면의 상태에 관계없이 일정한 이격거리(h)를 유지할 수 있게 되는 것이다.On the other hand, when the mobile robot 100 is moving the curved ground as shown in Figure 3b, because the
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 지면의 이미지 데이터에 기초하여 산출된 이동량을 좌륜 및 우륜 휠의 회전수 데이터로부터 산출된 이동량과 비교함으로써, 바퀴의 미끄러짐이나 공회전 등에 의해 발생된 이동거리 오차를 보정할 수 있는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, the movement distance generated by the slip or idle of the wheel by comparing the movement amount calculated based on the image data of the ground with the movement amount calculated from the rotational speed data of the left and right wheels There is an advantage to correct the error.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, it should be interpreted by the claims described to include many such variations.
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