KR100668788B1 - Position recognition apparatus for mobile robot - Google Patents

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KR100668788B1
KR100668788B1 KR1020060045662A KR20060045662A KR100668788B1 KR 100668788 B1 KR100668788 B1 KR 100668788B1 KR 1020060045662 A KR1020060045662 A KR 1020060045662A KR 20060045662 A KR20060045662 A KR 20060045662A KR 100668788 B1 KR100668788 B1 KR 100668788B1
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KR
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position recognition
recognition device
mobile robot
encoder
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KR1020060045662A
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Inventor
황일규
이대성
오수환
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(주)프리비아
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Abstract

A position recognition apparatus for a mobile robot is provided, in which a pair of encoders are arranged to quickly compensate a rotation angle and achieve improved performance of position information acquisition even without using a servo system and sensors. A position recognition apparatus(100) for a mobile robot, comprises an upper plate(180) and a lower plate(190) on which a plurality of support members(170) are arranged; a pair of encoder fixing blocks(140) interposed between the upper plate and the lower plate, and assembled into the support members; a first encoder(110) and a second encoder(120) inserted into the encoder fixing blocks; a pair of wheels(150) jointed to the respective rotating shafts(111,121) extended from the first and second encoders and penetrated through the encoder fixing blocks; and a controller(130) for counting pulses generated from the first and second encoders during rotation of the wheels, calculating the present position of the robot by using the counted pulses, and transmitting/receiving the calculated position information to/from a controller of the mobile robot.

Description

이동로봇의 위치 인식장치{POSITION RECOGNITION APPARATUS FOR MOBILE ROBOT}Position recognition device of mobile robot {POSITION RECOGNITION APPARATUS FOR MOBILE ROBOT}

도 1은 본 발명에 따른 이동로봇의 위치인식장치에 대한 개략적 구성을 나타낸 사시도.1 is a perspective view showing a schematic configuration of a position recognition device of a mobile robot according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 위치인식장치의 세부구성을 나타내는 분해사시도.Figure 2 is an exploded perspective view showing a detailed configuration of the position recognition device according to the present invention.

도 3은 본 발명의 작동구조를 개략적으로 나타낸 블록도.Figure 3 is a block diagram schematically showing the operating structure of the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 위치인식장치의 양 바퀴 바깥쪽에 이동로봇의 순간회전중심(ICR)이 있는 경우의 회전 반경을 구하는 방법을 설명하기 위한 개념도.4 is a conceptual view for explaining a method for obtaining a radius of rotation when the instantaneous center of rotation (ICR) of the mobile robot on the outside of both wheels of the position recognition device according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 위치인식장치의 양 바퀴 안쪽에 이동로봇의 순간회전중심(ICR)이 있을 경우의 회전 반경을 구하는 방법을 설명하기 위한 개념도.5 is a conceptual view for explaining a method for obtaining a radius of rotation when there is an instantaneous center of rotation (ICR) of the mobile robot inside both wheels of the position recognition device according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 위치인식장치의 회전 반경과 이동 거리를 이용해 위치 변화량을 구하는 방법을 설명하기 위한 개념도.6 is a conceptual view for explaining a method for obtaining a position change amount using the rotation radius and the moving distance of the position recognition device according to the present invention.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 위치인식장치 110 : 인코더1100: position recognition device 110: encoder 1

111 : 회전축 120 : 인코더2111: rotation axis 120: encoder 2

121 : 회전축 130 : 컨트롤러121: rotation axis 130: controller

131 : 카운터 132 : 계산기131: Counter 132: Calculator

133 : 통신수단 140 : 인코더 고정블록133: communication means 140: encoder fixed block

141 : 인코더 결합홈 143 : 수직 관통홀141: encoder coupling groove 143: vertical through hole

150 : 바퀴 160 : 탄성부재150: wheel 160: elastic member

170 : 지지대 180 : 상판170: support 180: top plate

190 : 하판 200 : 이동로봇190: bottom plate 200: mobile robot

210 : 로봇 제어기210: robot controller

본 발명은 이동로봇의 자율 이동에 있어서, 절대좌표계 상에서의 이동로봇의 위치정보를 인식하기 위한 이동로봇의 위치인식장치에 관한 것이다.The present invention relates to a position recognition device of a mobile robot for recognizing the position information of the mobile robot on the absolute coordinate system in the autonomous movement of the mobile robot.

현재까지 사용되고 있는 로봇 위치인식방법에는 랜드 마크를 사용하는 방법과 로봇 내부 또는 외부의 카메라를 이용하는 방법, 및 로봇 바퀴에 인코더를 부착하여 로봇이 움직일 때 발생하는 펄스를 계수하여 로봇의 위치를 계산하는 방법 등이 사용되고 있다.The robot position recognition method currently used includes a method using a landmark, a camera using an internal or external camera, and an encoder attached to the robot wheel to count the pulse generated when the robot moves to calculate the robot's position. Methods and the like are used.

이때, 상기 랜드 마크를 사용하는 방법 및 카메라를 이용하는 방법은 비교적 정확한 위치를 인식할 수 있으나 설치가 어렵고, 설치에 많은 비용이 소요되는 문 제가 있었다.At this time, the method of using the landmark and the method of using the camera can recognize a relatively accurate position, but it is difficult to install, there is a problem that requires a large cost for installation.

또한, 상기 로봇 바퀴에 부착된 인코더를 이용하는 방법은 설치비용이 저가인데 반해, 로봇의 바퀴가 공회전할 경우 오차가 커지는 단점과 로봇 제어기에서 복잡한 계산을 다루어야하는 문제가 있었다.In addition, the method of using the encoder attached to the robot wheel has a low installation cost, while there is a disadvantage that the error is increased when the wheel of the robot idles, and there is a problem to deal with complex calculations in the robot controller.

이와 같은 단점을 극복하기 위한 방법으로 두 개의 인코더를 직교하도록 배치한 형태의 위치인식장치인 이동로봇용 절대 위치인식장치(등록번호 실용신안 제 0392635호)가 제안된 바 있다.As a method for overcoming the above disadvantages, an absolute position recognition device (registration number utility model No. 0392635) for a mobile robot, which is a position recognition device in which two encoders are arranged orthogonally, has been proposed.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술은 위치인식장치의 회전 각도를 보상하기 위해 고가의 센서와 빠른 응답성을 갖는 서보 시스템을 장착해야 하기 때문에 경제적이지 못한 문제점이 있었다.However, the prior art as described above has a problem that it is not economical to mount a servo system having an expensive sensor and a quick response to compensate for the rotation angle of the position recognition device.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 모터의 공회전 현상에 따른 오차 문제를 해결하기 위해 이동로봇의 바퀴에 직접 인코더를 설치하여 위치를 계산하던 종전 방식과 달리 한 쌍의 인코더가 좌우 평행하게 배치되고, 상기 인코더에 축 결합된 바퀴가 회전 할 때에 얻게 되는 펄스 수를 계수하여 절대좌표계 상에서의 이동로봇의 위치가 계산되도록 하는 이동로봇의 위치인식장치를 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the problems of the prior art as described above is a pair of encoders, unlike the conventional method that calculates the position by installing the encoder directly on the wheel of the mobile robot to solve the error problem caused by the idle phenomenon of the motor Is arranged in parallel to the left and right, and to provide a position recognition device for a mobile robot to count the number of pulses obtained when the wheel coupled to the encoder is rotated to calculate the position of the mobile robot on the world coordinate system.

본 발명의 다른 목적은 별도의 서보시스템과 고가의 센서를 갖추지 않고도 회전각도의 신속한 보상이 가능하도록 하기 위해 별개로 구동하는 한 쌍의 인코더 를 이용하는 구조에 있어서, 한 쌍의 인코더를 수직 배치하지 않고 평행 배치하도록 하는 이동로봇의 위치인식장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is a structure using a pair of encoders that are driven separately to enable fast compensation of the rotation angle without having a separate servo system and expensive sensors, without a pair of encoders arranged vertically It is to provide a position recognition device of the mobile robot to be arranged in parallel.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 이동로봇의 제어기에서 수행하던 위치 인식에 필요한 복잡한 계산을 별도 마련된 위치인식장치의 컨트롤러에서 수행하도록 하는 이동로봇의 위치인식장치를 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a position recognition device of a mobile robot, which performs a complicated calculation required for position recognition performed in a controller of a conventional mobile robot in a controller of a separately provided position recognition device.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동로봇의 위치인식장치는 이동로봇에 설치되어 상기 이동로봇의 위치를 인식하는 위치인식장치로서, Position recognition device for a mobile robot according to the present invention for achieving the above object is installed in the mobile robot as a position recognition device for recognizing the position of the mobile robot,

상기 위치인식장치는, 복수 개의 지지대가 소정간격으로 설치되는 상, 하판; 상기 상, 하판 사이의 지지대 상에 관통 결합되는 한 쌍의 인코더 고정블록; 상기 인코더 고정블록의 좌우 내측에 대향 삽입되어 평행하게 배치되는 인코더1, 2; 상기 인코더1, 2로부터 축 연장되어 인코더 고정블록을 관통하는 각각의 회전축과 결합되는 한 쌍의 바퀴; 및 상기 바퀴들이 지면에 접촉하여 회전함에 따라 인코더1, 2에서 발생되는 펄스를 계수하고, 계수된 펄스 수를 이용해 로봇의 현재 위치를 계산하며, 상기 계산된 위치정보를 이동로봇의 제어기와 송수신되도록 하는 컨트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The position recognition device, the upper and lower plates are provided with a plurality of support at a predetermined interval; A pair of encoder fixing blocks penetrated through the support between the upper and lower plates; Encoders 1 and 2 which are arranged in parallel to the left and right sides of the encoder fixing block and are arranged in parallel; A pair of wheels axially extending from the encoders 1 and 2 and coupled to the respective rotating shafts passing through the encoder fixing block; And counting pulses generated by the encoders 1 and 2 as the wheels rotate in contact with the ground, calculate the current position of the robot using the counted pulse number, and transmit and receive the calculated position information to and from the controller of the mobile robot. Characterized in that configured to include a controller.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성 및 작용에 대해 설명하면 다 음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명에 따른 이동로봇의 위치인식장치에 대한 개략적 구성을 나타낸 사시도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 이동로봇(200)의 하부에 본 발명의 위치인식장치(100)가 설치되어 이동로봇(200)의 위치정보를 인식하는 역할을 수행하게 된다.1 is a perspective view showing a schematic configuration of the position recognition device of the mobile robot according to the present invention, the position recognition device 100 of the present invention is installed at the bottom of the mobile robot 200 as shown in the figure It serves to recognize the location information of the (200).

이때, 상기 이동로봇(200)은 하부의 구조만이 간략하게 도시되고 있고, 이러한 이동로봇(200)의 정중앙에 위치인식장치(100)가 설치되도록 하고 있다.At this time, only the structure of the lower portion of the mobile robot 200 is shown briefly, the position recognition device 100 is installed in the center of the mobile robot 200.

이처럼, 위치인식장치(100)를 이동로봇(200)의 정중앙에 설치하게 되면 위치인식장치(100)와 이동로봇(200)의 중심이 일치하게 되어 위치인식장치(100)를 통해 계산된 현 위치를 이동로봇(200)의 위치로 동일하게 판단할 수 있게 된다.As such, when the position recognition device 100 is installed at the center of the mobile robot 200, the centers of the position recognition device 100 and the mobile robot 200 coincide with the current position calculated by the position recognition device 100. It can be determined the same as the position of the mobile robot 200.

만약, 상기 위치인식장치(100)를 정중앙이 아닌 그 외의 곳에 설치하게 된다면, 이는 위치인식장치(100)로부터 계산된 현 위치 정보를 이동로봇(200)의 중심으로 재배치시키는 보정작업을 필요로 하게 된다.If the location recognizing device 100 is installed in a place other than the center, this requires a correction operation for relocating the current location information calculated from the location recognizing device 100 to the center of the mobile robot 200. do.

이때, 상기 위치인식장치(100)는 최대한 지면과 가깝게 설치되도록 하고, 그 높이는 뒤에서 설명하게 될 바퀴(150)의 수직 자유도 범위를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.At this time, the position recognition device 100 is to be installed as close to the ground as possible, the height is preferably not to exceed the vertical degree of freedom of the wheel 150 to be described later.

다음, 도 2는 본 발명에 따른 위치인식장치의 세부구성을 나타내는 분해사시도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명의 위치인식장치(100)의 구성은 크게 인코더1(110), 인코더2(120), 컨트롤러(130), 인코더 고정블록(140), 바퀴(150), 탄성부재(160), 지지대(170), 상판(180), 및 하판(190)로 나눌 수 있고, 각 구성요소에 대한 자세한 설명은 다음과 같다.Next, Figure 2 is an exploded perspective view showing a detailed configuration of the position recognition device according to the present invention, the configuration of the position recognition device 100 of the present invention as shown in the figure is largely encoder 1 (110), encoder 2 (120) ), The controller 130, the encoder fixing block 140, the wheel 150, the elastic member 160, the support 170, the upper plate 180, and can be divided into the lower plate 190, for each component Detailed description is as follows.

우선, 상기 인코더1, 2(110, 120)는 일종의 신호 변환기로 사용되는 것으로서, 바퀴(150)의 회전을 전기적 펄스신호로 변환하여 이를 컨트롤러(130)에 전송하게 된다.First, the encoder 1, 2 (110, 120) is used as a kind of signal converter, converts the rotation of the wheel 150 to an electrical pulse signal and transmits it to the controller 130.

이러한, 인코더1, 2(110, 120)는 각각 일측으로 회전축(111, 121)이 축 연장되고, 상기 각 회전축(111, 121)은 돌출된 상태로 한 쌍의 인코더 고정블록(140) 내측으로부터 관통 결합되어진다.The encoders 1 and 2 (110 and 120) are respectively extended to one side of the rotating shafts 111 and 121, and each of the rotating shafts 111 and 121 protrudes from the inside of the pair of encoder fixing blocks 140. Through-coupled.

상기 인코더 고정블록(140)의 전체적인 외형은 육면체 형상으로 제작될 수 있고, 상기 육면체의 내 측벽에는 인코더1(110) 또는 인코더2(120)가 수평방향으로 안내 결합되기 위한 인코더 결합홈(141)이 형성되며, 상기 육면체의 상면에는 지지대(170)가 수직 관통되기 위한 수직 관통홀(143)이 형성된다.The overall external shape of the encoder fixing block 140 may be manufactured in a hexahedral shape, and the encoder coupling groove 141 for guide coupling of the encoder 1 110 or the encoder 2 120 in a horizontal direction on an inner sidewall of the hexahedron. The upper surface of the hexahedron is formed with a vertical through hole 143 for vertically penetrating the support 170.

이때, 상기 인코더 결합홈(141)은 내측벽에는 큰 직경의 홀을 형성하게 되는 반면, 반대측 외벽에는 회전축(111, 121) 만을 돌출시키기 위한 작은 직경의 홀이 형성된다.In this case, the encoder coupling groove 141 forms a hole having a large diameter on the inner wall, while a hole of a small diameter is formed on the opposite outer wall to protrude only the rotation shafts 111 and 121.

여기서, 상기 외벽에 돌출되는 회전축(111, 121)에는 지면과 접지되어 구름운동되는 바퀴(150)가 한 개씩 결합된다. 상기와 같이 결합된 바퀴(150)들은 지면에 접촉되어 위치인식장치(100)를 부착한 이동로봇(200)이 움직일 때 회전운동이 이루어지게 되고, 회전축(111, 121)을 회전시키게 된다. 이때, 인코더1, 2(110, 120)에서는 바퀴(150)의 회전 수 즉, 이동거리에 비례하는 전기적 펄스신호를 발생 시키게 된다.Here, the wheels 150, which are grounded to the ground and rolled to the rotary shafts 111 and 121 protruding from the outer wall, are combined one by one. The wheels 150 combined as described above are rotated when the mobile robot 200 attached to the ground recognition apparatus 100 is attached to the ground, and rotates the rotation shafts 111 and 121. At this time, the encoder 1, 2 (110, 120) generates an electric pulse signal proportional to the number of revolutions of the wheel 150, that is, the moving distance.

그리고, 상기 인코더 고정블록(140)에 형성된 수직 관통홀(143)에는 도 2에서 보는 바와 같은 지지대(170)가 관통 결합하게 된다.In addition, the support 170 as shown in FIG. 2 is coupled to the vertical through hole 143 formed in the encoder fixing block 140.

상기와 같은 지지대(170)는 복수 개가 상판(180) 및 하판(190) 사이에 수직하게 결합됨으로써, 수직방향의 하중을 지탱하게 되는 동시에 상판(180)과 하판(190) 사이에 설치되는 구조물들의 설치형태가 안전하게 보호되도록 하는 역할을 수행하게 된다.The support 170 as described above is a plurality of vertically coupled between the upper plate 180 and the lower plate 190, thereby supporting the load in the vertical direction and at the same time of the structures installed between the upper plate 180 and the lower plate 190 It will play a role to ensure the installation form is secured.

이때, 상기 수직 관통홀(143)을 관통하는 지지대(170)에는 코일형상으로 제작된 탄성부재(160)가 축 결합되어 상판(180)과의 사이에 탄성력을 제공하게 된다.At this time, the support member 170 penetrating the vertical through hole 143 is coupled to the elastic member 160 made in the shape of a coil to provide an elastic force between the upper plate 180.

여기서, 상기와 같이 탄성부재(160)를 축 결합시키는 이유에 대해 설명하면, 이동로봇(200)이 불균일한 노면상태를 갖는 굴곡 및 장애물 지역을 통과 할 때, 좌우측 바퀴(150)의 접지 높이가 변화하게 되는데, 이때, 상기 좌우측 바퀴(150)가 결합된 고정블록(140)이 지지대(170) 상에서 상하 축 방향으로의 슬라이드 운동이 이루어지게 되고, 상기 고정블록(140)과 상, 하판(180, 190) 사이에 설치된 탄성부재(160)의 탄성력이 작용됨에 따라 좌우측 바퀴(150)의 변위가 자동으로 복원되도록 하기 위함이다.Here, the reason for axially coupling the elastic member 160 as described above, when the mobile robot 200 passes through the bending and obstacle area having a non-uniform road surface state, the ground height of the left and right wheels 150 is In this case, the left and right wheel 150 is coupled to the fixed block 140 is coupled to the slide movement in the vertical axis direction on the support 170, the fixed block 140 and the upper, lower plate 180 , 190 so that the displacement of the left and right wheels 150 is automatically restored as the elastic force of the elastic member 160 installed between them.

이와 같은 본 발명은 한 쌍의 인코더 고정블록(140)이 상호 독립된 구조로 설치되어 바퀴(150)가 각기 자유 높낮이 조절됨에 따라 불균일한 노면상태에서도 양측 바퀴의 구동 펄스를 동일하게 측정할 수 있게 된다.In the present invention as described above, a pair of encoder fixing blocks 140 are installed in mutually independent structures so that the driving pulses of the wheels on both wheels can be measured in the same way even on a non-uniform road surface as the wheels 150 are freely adjusted. .

마지막으로 상판(180)에는 컨트롤러(130)가 설치되어 상기 인코더1, 2(110, 120)로부터 전기적 펄스신호를 입력받게 된다.Finally, the controller 130 is installed on the upper plate 180 to receive electrical pulse signals from the encoders 1 and 2 (110 and 120).

상기와 같은 컨트롤러(130)는 인코더1, 2(110, 120)에서 발생되는 펄스신호를 입력받아 이때의 펄스 수를 계수하는 카운터(131)와, 상기 카운터(131)에서 카운터된 펄스 수를 입력 값으로 하여 현재 위치를 연산하는 계산기(132)와, 상기 계산기(132)에서의 위치정보를 이동로봇(200)의 제어기(210)로 전송하는 통신수단(133)으로 이루어진다.The controller 130 receives the pulse signals generated by the encoders 1 and 2 (110 and 120) and counts the number of pulses at this time, and inputs the number of pulses counted by the counter 131. It consists of a calculator 132 for calculating the current position as a value, and a communication means 133 for transmitting the position information in the calculator 132 to the controller 210 of the mobile robot 200.

이하, 상기 구성으로 이루어지는 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the present invention having the above configuration will be described.

우선, 본 발명에 따른 위치인식장치(100)가 조립된 상태를 가정한다.First, it is assumed that the position recognition device 100 according to the present invention is assembled.

이때, 상기 위치인식장치(100)는 한 쌍의 인코더1, 2(110, 120)가 각각 평행하게 배치되어 인코더 고정블록(140)에 결합되도록 하고, 각 인코더1, 2(110, 120)의 회전축(111, 121)에는 바퀴(150)가 결합되어 지면에 접촉하여 구름운동이 이루어지도록 하는데, 축 설치된 탄성부재(160)의 탄성력을 제공받게 됨으로써, 상하 수직방향으로의 높낮이가 자동 조절되도록 한다.At this time, the position recognition device 100 is a pair of encoder 1, 2 (110, 120) are arranged in parallel to each other to be coupled to the encoder fixing block 140, each of the encoder 1, 2 (110, 120) The wheels 150 are coupled to the rotating shafts 111 and 121 to be in contact with the ground to perform a rolling motion, by being provided with the elastic force of the elastic member 160 installed in the shaft, so that the height in the vertical direction is automatically adjusted. .

다음, 이동로봇(200)이 구동되어 이동하게 되면, 상기 이동로봇(200)의 움직임에 따라 인코더1(110)과 인코더2(120)에서 각각 펄스신호를 발생하게 되고, 상기 펄스신호는 컨트롤러(130)의 카운터(131)에서 카운터(counter)된 다음 이를 바탕으 로 하여 현 위치정보를 계산기(132)에서 계산하게 된다.Next, when the mobile robot 200 is driven to move, the encoder 1 110 and the encoder 2 120 generates a pulse signal according to the movement of the mobile robot 200, the pulse signal is a controller ( The counter 131 is counted at 130 and then the current position information is calculated by the calculator 132 based on this.

이때, 상기 계산기(132)를 통해 계산된 위치정보는 컨트롤러(130)에 마련된 통신수단(133)을 통해 로봇 제어기(210)로 전송된다. 여기서 사용되는 통신수단(133)은 RS-232C 인터페이스(Interface)가 사용될 수 있고, 이밖에 유무선 통신을 포함한 다양한 송수신장치가 이용될 수 있다.In this case, the position information calculated by the calculator 132 is transmitted to the robot controller 210 through the communication means 133 provided in the controller 130. As the communication means 133 used herein, an RS-232C interface may be used, and various transmission / reception apparatuses including wired and wireless communication may be used.

여기서, 위치인식장치(100)가 로봇의 위치를 계산하기 위해서는 임의의 지점을 원점으로 정할 필요가 있으며, 편의상 이 원점의 위치는 다음과 같은 좌표로 정의하도록 한다.In order to calculate the position of the robot, the position recognizing apparatus 100 needs to determine an arbitrary point as the origin, and for convenience, the position of the origin is defined by the following coordinates.

원점좌표 : Xn = 0 , Yn = 0 , θn = 90ㅀ(또는 0ㅀ)Origin coordinates: Xn = 0, Yn = 0, θn = 90 ㅀ (or 0 ㅀ)

이러한 원점좌표는 로봇 제어기(210)에서 지정하게 되며, 상기 원점좌표를 기준으로 이동된 위치인식장치(100) 즉, 이동로봇(200)의 현 위치를 파악하게 된다.The origin coordinates are designated by the robot controller 210, and the current position of the position recognition device 100, ie, the mobile robot 200, is moved based on the origin coordinates.

이때, 로봇 제어기(210)는 상기 원점좌표를 위치인식장치(100)의 컨트롤러(130)에 인식된 현 위치로 초기화하여 재설정할 수 있다.At this time, the robot controller 210 may reset the origin coordinate to the current position recognized by the controller 130 of the position recognition device 100 and reset.

도 3은 본 발명의 작동구조를 개략적으로 나타낸 블록도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 인코더1, 2(110, 120)를 통해 이동로봇(200)의 움직임에 대응하는 펄스가 발생된다. 그리고, 컨트롤러(130)는 이 펄스들의 수를 내부의 카운터(131)로 계수하여, 이를 바탕으로 로봇의 위치를 계산하게 되는데, 이때의 위치 계산식 에 대해 첨부도면을 참조하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an operation structure of the present invention, in which pulses corresponding to the movement of the mobile robot 200 are generated through the encoders 1 and 2 110 and 120 as shown in the drawing. Then, the controller 130 counts the number of pulses to the internal counter 131, and calculates the position of the robot based on the internal counter 131. The position calculation formula at this time will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 상기 인코더1, 2(110, 120)에서 발생하는 펄스를 계수하여 샘플링 시간동안의 위치인식장치(100)의 이동거리와 위치인식장치(100)의 좌우측 바퀴(150', 150")의 이동 속도를 계산한다.First, the pulses generated by the encoders 1 and 2 (110 and 120) are counted so that the moving distance of the position recognition device 100 and the left and right wheels 150 'and 150 "of the position recognition device 100 during the sampling time. Calculate the moving speed.

도 4는 본 발명에 따른 위치인식장치(100)의 양 바퀴(150', 150'') 바깥쪽에 이동로봇의 순간회전중심(ICR)이 있는 경우의 회전 반경을 구하는 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 동 도면에서 보는 바와 같이 왼쪽 바퀴(150')의 속도를 VL이라 하고, 오른쪽 바퀴(150")의 속도를 VR이라 할 때 양 바퀴(150', 150'')의 속도 VL과 VR은 도 4와 같이 순간회전중심(ICR)에서 바퀴(150', 150'') 중심까지의 거리 R1, R2와 비례한다. 이를 식으로 나타내면 (식 1)과 같다.4 is a conceptual diagram for explaining a method of obtaining a turning radius when the instantaneous center of rotation (ICR) of the mobile robot is located outside both wheels 150 'and 150''of the position recognition device 100 according to the present invention. As shown in the drawing, when the speed of the left wheel 150 'is V L and the speed of the right wheel 150 "is V R , the speed V L and the speed of both wheels 150', 150 '' are V R is proportional to the distance R 1 , R 2 from the instantaneous rotation center (ICR) to the center of the wheels 150 'and 150'', as shown in Fig. 4.

(식 1)................

Figure 112006035450995-pat00001
(Equation 1) ......
Figure 112006035450995-pat00001

또한, 순간회전중심(ICR)에서 상기 바퀴(150', 150'') 중심까지의 거리 R1과 R2는 순간회전중심(ICR)에서 위치인식장치 중심(CT)까지의 거리 R과 다음 (식 2)와 같은 관계를 갖는다.In addition, the distances R 1 and R 2 from the instantaneous rotation center (ICR) to the center of the wheels 150 'and 150''are the distances R from the instantaneous rotation center (ICR) to the center of the position recognition device CT and Equation 2) has the same relationship.

(식 2)................

Figure 112006035450995-pat00002
(Equation 2) ......
Figure 112006035450995-pat00002

상기 (식 1)에 (식 2)를 대입하면 다음 (식 3)과 같은 관계식을 갖게 된다.Substituting (Formula 2) into (Formula 1) has a relational expression as shown in the following (Formula 3).

(식 3)................

Figure 112006035450995-pat00003
(Equation 3) ...
Figure 112006035450995-pat00003

또한, 상기 (식 3)은 다음 (식 4)와 같이 정리될 수 있다.In addition, (Equation 3) can be summarized as follows (Equation 4).

(식 4)................

Figure 112006035450995-pat00004
(Equation 4) ...
Figure 112006035450995-pat00004

도 5와 같이 순간회전중심(ICR)이 위치 인식 장치 안쪽에 있을 경우에는 (식 2), (식 3), (식 4)는 다음 (식 5), (식 6), (식 7)과 같이 표현된다. When the instantaneous rotation center (ICR) is inside the position recognition device as shown in Fig. 5, (Equation 2), (Equation 3), (Equation 4) are the following (Equation 5), (Equation 6), It is expressed as

(식 5)................

Figure 112006035450995-pat00005
(Equation 5) ...
Figure 112006035450995-pat00005

(식 6)................

Figure 112006035450995-pat00006
(Equation 6) ...
Figure 112006035450995-pat00006

(식 7)................

Figure 112006035450995-pat00007
(Equation 7) ...
Figure 112006035450995-pat00007

다음, 상기 위치인식장치(100) 좌우측 바퀴(150', 150")의 이동 속도와 순간회전중심(ICR)에서부터 위치인식장치(100)의 좌우 양 바퀴(150', 150")까지의 거리가 비례하는 것을 이용해 샘플링 시간 동안의 회전 반경을 계산한다.Next, the moving speed and distance from the instantaneous rotation center (ICR) of the left and right wheels 150 'and 150 "of the position recognition device 100 are distances from the left and right wheels 150' and 150" of the position recognition device 100 to each other. Use the proportional to calculate the radius of rotation for the sampling time.

도 5는 본 발명에 따른 위치인식장치(100)의 양 바퀴(150', 150") 안쪽에 이동로봇(200)의 순간회전중심(ICR)이 있을 경우의 회전 반경을 구하는 방법을 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.5 is a view for explaining a method of obtaining a turning radius when there is an instantaneous rotation center (ICR) of the mobile robot 200 inside both wheels 150 'and 150 "of the position recognition device 100 according to the present invention. Represents a conceptual diagram.

다음, 상기 회전하는 물체의 각도 변화량이 그 물체의 이동 거리에 비례하고 회전 반경(R)에 반비례하는 원리를 이용해 위치인식장치(100)의 샘플링 시간동안의 각도 변화량을 계산한다.Next, the angle change amount during the sampling time of the position recognition device 100 is calculated using the principle that the angle change amount of the rotating object is proportional to the moving distance of the object and inversely proportional to the rotation radius R.

도 6은 본 발명에 따른 위치인식장치(100)의 회전 반경(R)과 이동 거리를 이용해 위치 변화량을 구하는 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 동 도면에서와 같이 위치인식장치(100)가 샘플링 시간 동안 회전 반경 R로 D만큼 회전하였다면 위치인식장치(100)의 회전각도 변화량(Δθ)은 다음의 관계식으로 나타낼 수 있다.6 is a conceptual diagram illustrating a method of obtaining a position change amount using a rotation radius R and a movement distance of the position recognition device 100 according to the present invention. As shown in FIG. If rotated by the rotation radius R by D during the rotation angle change amount (Δθ) of the position recognition device 100 can be represented by the following equation.

(식 8)................

Figure 112006035450995-pat00008
(Equation 8) ...
Figure 112006035450995-pat00008

그리고, 왼쪽 바퀴(150')가 이동한 거리를 DL이라 하고, 오른쪽 바퀴(150")가 이동한 거리를 DR이라하면 D는 다음의 관계식으로 나타낼 수 있다.If the distance that the left wheel 150 'is moved is referred to as D L , and the distance the right wheel 150 ″ is moved as D R , D may be represented by the following relationship.

(식 9)................

Figure 112006035450995-pat00009
(Equation 9) ...
Figure 112006035450995-pat00009

또한, 상기 DL과 DR은 각각 다음의 관계식으로 정리될 수 있다.In addition, the D L and D R can be summarized in the following relation, respectively.

(식 10)................

Figure 112006035450995-pat00010
(Equation 10) ...
Figure 112006035450995-pat00010

여기서 상기 EL은 인코더1(110)의 펄스 개수이고, DP는 펄스 사이의 구름거리이며, ER은 인코더2(120)의 펄스 개수이고, r은 바퀴(150',150")의 반지름이며, Res는 인코더1, 2(110, 120)의 분해능이다.Where E L is the number of pulses of encoder 1 (110), D P is the rolling distance between pulses, E R is the number of pulses of encoder 2 (120), and r is the radius of wheels 150 ', 150 ". Res is the resolution of encoders 1 and 2 (110, 120).

다음, 상기 위치인식장치(100)의 각도 변화량을 이용하여 샘플링 시간 동안 의 위치인식장치(100)의 X좌표 변화량과 Y좌표 변화량을 계산하고, 상기 샘플링 시간동안 계산된 각도, X좌표, Y좌표 값과, 상기 각각에 대한 각도 변화량, X좌표 변화량, Y좌표 변화량을 합산해서 절대좌표계 상에서의 위치인식장치(100)의 각도, X좌표, Y좌표를 계산한다.Next, the X coordinate change amount and the Y coordinate change amount of the position recognition device 100 during the sampling time are calculated using the angle change amount of the position recognition device 100, and the angle, X coordinate, and Y coordinate calculated during the sampling time are calculated. The value, the angle change amount, the X coordinate change amount, and the Y coordinate change amount for each of them are added to calculate the angle, X coordinate, and Y coordinate of the position recognition device 100 on the absolute coordinate system.

상기한 관계식들로부터 절대 좌표계에서의 X, Y와 각도 θ는 각각 다음의 관계식들로 정의된다.From the above relations, X, Y and the angle θ in the absolute coordinate system are defined by the following relations, respectively.

(식 11)................

Figure 112006035450995-pat00011
(Equation 11) ...
Figure 112006035450995-pat00011

(식 12)................

Figure 112006035450995-pat00012
(Equation 12) ...
Figure 112006035450995-pat00012

(식 13)................

Figure 112006035450995-pat00013
(Equation 13) ...
Figure 112006035450995-pat00013

다음, 앞의 관계식들에 의해 유도된 위치 정보(Xn, Yn, θn)들과 인코더1(110)과 인코더2(120)로부터 개수한 펄스 수를 적절한 포맷의 패킷으로 만들어 상위의 로봇 제어기(210)로 전송한다. Next, the position information (Xn, Yn, θn) derived by the above relations and the number of pulses counted from the encoder 1 110 and the encoder 2 120 are made into packets of an appropriate format, and the upper robot controller 210 To send).

이때의 전송되는 데이터는 필요에 따라 위치 정보와 펄스 수들을 모두 포함하거나 어느 한가지일 수 있다.In this case, the transmitted data may include both the location information and the number of pulses as necessary or may be any one.

또한 위치인식장치(100)가 위치 정보를 상위 로봇 제어기(210)로 전송하는 방법으로는 일정시간 간격으로 자동 전송하는 방법, 위치 변화가 있을 때에 자동 전송하는 방법 및 로봇 제어기(210)의 요구에 따라 필요할 때마다 전송하는 방법이 있을 수 있다.In addition, the position recognition apparatus 100 transmits the position information to the upper robot controller 210 as a method of automatically transmitting at a predetermined time interval, a method of automatically transmitting when there is a position change and the request of the robot controller 210 Therefore, there may be a method of transmitting whenever necessary.

이때, 일정시간 간격으로 자동 전송하는 경우는 실시간으로 위치 정보를 확인할 수 있으나 로봇 제어기(210)가 위치인식장치(100)와의 통신에 많은 시간을 할애해야 함으로 효율이 떨어지는 단점이 있고, 위치 변화가 있을 때에 자동 전송하는 방법은 로봇 제어기(210)의 통신에 대한 부담이 적으나 실시간으로 위치 정보를 확인하지 못해 원활한 피드백 제어가 곤란해지게 된다.At this time, when automatically transmitting at a predetermined time interval can check the location information in real time, but the robot controller 210 has to spend a lot of time in communication with the position recognition device 100 has the disadvantage that the efficiency is lowered, the position change The automatic transmission method when there is little burden on the communication of the robot controller 210, but it is difficult to check the position information in real time, so that smooth feedback control becomes difficult.

이에, 본 발명에 따른 위치인식장치(100)는 필요에 따라 로봇 제어기(210)의 선택에 따라 상기 두 가지 방법을 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 선택수단을 제공하는 것이 바람직하다.Accordingly, the position recognition device 100 according to the present invention preferably provides a selection means for selectively using the two methods according to the selection of the robot controller 210 as necessary.

상기와 같은 구성 및 작용을 갖는 본 발명은 앞서 설명한 다양한 실시 예를 통해 당 업자의 다양한 수정 및 변경이 가능하다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention having the configuration and operation as described above may be variously modified and changed by those skilled in the art through various embodiments described above. Therefore, the true technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

본 발명은 한 쌍의 인코더1, 2를 좌우 평행하게 배치하고, 상기 인코더1, 2에 축 결합된 한 쌍의 바퀴가 회전 할 때에 얻게 되는 펄스를 계수하고, 상기 카운터 정보를 이용하여 절대좌표계 상에서의 이동로봇의 위치가 계산되도록 함으로써, 이동로봇의 바퀴에 직접 인코더를 설치하여 위치를 계산하던 종전 방식에 비해, 모 터의 공회전 현상에 따른 오차 문제를 해결하게 되는 효과를 갖는다.According to the present invention, a pair of encoders 1 and 2 are arranged in parallel to the left and right, the pulses obtained when the pair of wheels coupled to the encoders 1 and 2 are rotated are counted, and the counter information is used on the absolute coordinate system. By calculating the position of the mobile robot has the effect of solving the error problem according to the motor idle phenomenon, compared to the conventional method of calculating the position by installing the encoder directly on the wheel of the mobile robot.

또한, 본 발명은 별개로 구동하는 한 쌍의 인코더를 이용하는 구조에 있어서, 한 쌍의 인코더를 평행 배치하게 됨으로써, 두 개의 인코더를 수직 배치하는 종래방식에 비해서 별도의 서보시스템과 고가의 센서를 갖추지 않고도 회전각도의 신속한 보상이 가능하게 되어 위치정보 획득에 뛰어난 성능을 발휘하게 된다.In addition, the present invention has a structure using a pair of encoders to drive separately, by arranging a pair of encoders in parallel, a separate servo system and expensive sensors compared to the conventional method of vertically placing two encoders It is possible to quickly compensate the rotation angle without exerting an excellent performance in obtaining position information.

그리고, 본 발명은 이동로봇의 위치 인식에 필요한 복잡한 계산을 위치인식장치의 컨트롤러에서 수행하게 됨으로써, 이동로봇의 제어기가 갖는 부담을 줄일 수 있게 되고, 이동로봇의 위치인식과정이 보다 안정적이며 쉽게 수행되는 효과를 갖는다.In addition, the present invention is to perform a complex calculation required for the position recognition of the mobile robot in the controller of the position recognition device, it is possible to reduce the burden on the controller of the mobile robot, the position recognition process of the mobile robot is more stable and easier to perform Effect.

Claims (4)

이동로봇(200)에 설치되어 상기 이동로봇(200)의 위치를 인식하는 위치인식장치(100)로서,As a position recognition device 100 installed in the mobile robot 200 to recognize the position of the mobile robot 200, 상기 위치인식장치(100)는,The position recognition device 100, 복수 개의 지지대(170)가 소정간격으로 설치되는 상, 하판(180, 190);Upper and lower plates (180, 190) are provided with a plurality of support 170 at a predetermined interval; 상기 상, 하판(180, 190) 사이의 지지대(170) 상에 관통 결합되는 한 쌍의 인코더 고정블록(140);A pair of encoder fixing blocks 140 penetratingly coupled on the support 170 between the upper and lower plates 180 and 190; 상기 인코더 고정블록(140)의 좌우 내측에 대향 삽입되어 평행하게 배치되는 인코더1, 2(110, 120);Encoders 1, 2 (110, 120) disposed in parallel to the left and right sides of the encoder fixing block 140 and disposed in parallel; 상기 인코더1, 2(110, 120)로부터 축 연장되어 인코더 고정블록(140)을 관통하는 각각의 회전축(111, 121)과 결합되는 한 쌍의 바퀴(150); 및A pair of wheels 150 coupled to respective rotation shafts 111 and 121 extending from the encoders 1 and 2 (110, 120) and passing through the encoder fixing block 140; And 상기 바퀴(150)들이 지면에 접촉하여 회전함에 따라 인코더1, 2(110, 120)에서 발생되는 펄스를 계수하고, 계수된 펄스 수를 이용해 로봇의 현재 위치를 계산하며, 상기 계산된 위치정보를 이동로봇(200)의 제어기(210)와 송수신되도록 하는 컨트롤러(130);As the wheels 150 rotate in contact with the ground, the pulses generated by the encoders 1 and 2 (110 and 120) are counted, the current position of the robot is calculated using the counted pulse number, and the calculated position information is A controller 130 for transmitting and receiving to and from the controller 210 of the mobile robot 200; 를 포함하는 이동로봇의 위치인식장치.Position recognition device of the mobile robot comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인코더 고정블록(140)과 상, 하판(180, 190) 사이에 탄성부재(160)가 축 결합되고, 상기 탄성부재(160)의 탄성력을 제공받도록 된 인코더 고정블록(140)및 바퀴(150)의 높낮이가 자동으로 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치인식장치.An elastic member 160 is axially coupled between the encoder fixing block 140 and the upper and lower plates 180 and 190, and the encoder fixing block 140 and the wheels 150 to receive the elastic force of the elastic member 160. Position recognition device of the mobile robot, characterized in that the height of the) to be automatically adjusted. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨트롤러(130)는 인코더1, 2(110, 120)에서 발생되는 펄스신호를 입력받아 이때의 펄스 수를 계수하는 카운터(131)와, The controller 130 receives a pulse signal generated from the encoder 1, 2 (110, 120) and the counter 131 for counting the number of pulses at this time, and 상기 카운터(131)에서 카운터된 펄스 수를 입력 값으로 하여 현재 위치를 연산하는 계산기(132)와, A calculator 132 for calculating a current position using the number of pulses counter counted by the counter 131 as an input value; 상기 계산기(132)에서의 위치정보를 이동로봇(200)의 제어기(210)로 전송하는 통신수단(133)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치인식장치.Position recognition device of the mobile robot, characterized in that consisting of the communication means for transmitting the position information in the calculator (132) to the controller 210 of the mobile robot (200). 이동로봇의 위치인식방법으로서,As a location recognition method of mobile robot, 인코더1, 2(110, 120)에서 발생하는 펄스를 계수하여 샘플링 시간동안의 위치인식장치(100)의 이동거리와 위치인식장치(100)의 좌우측 바퀴(150', 150")의 이동 속도를 계산하는 제 1단계;The pulses generated by the encoders 1 and 2 (110 and 120) are counted to determine the moving distance of the position recognition device 100 and the movement speeds of the left and right wheels 150 'and 150 "of the position recognition device 100 during the sampling time. A first step of calculating; 상기 위치인식장치(100) 좌우측 바퀴(150', 150")의 이동 속도와 순간회전중 심(ICR)에서부터 위치인식장치(100)의 좌우 양 바퀴(150', 150")까지의 거리가 비례하는 것을 이용해 샘플링 시간 동안의 회전 반경을 계산하는 제 2단계;The movement speed of the left and right wheels 150 'and 150 "of the position recognition device 100 and the distance from the instantaneous rotation center (ICR) to the left and right wheels 150' and 150" of the position recognition device 100 are proportional to each other. A second step of calculating a radius of rotation for the sampling time using; 상기 회전하는 물체의 각도 변화량이 그 물체의 이동 거리에 비례하고 회전 반경에 반비례하는 원리를 이용해 위치인식장치(100)의 샘플링 시간동안의 각도 변화량을 계산하는 제 3단계;A third step of calculating an angular change amount during a sampling time of the position recognition device 100 by using a principle in which the angular change amount of the rotating object is proportional to the moving distance of the object and inversely proportional to the radius of rotation; 상기 위치인식장치(100)의 각도 변화량을 이용하여 샘플링 시간 동안의 위치인식장치(100)의 X좌표 변화량과 Y좌표 변화량을 계산하는 제 4단계;A fourth step of calculating an X coordinate change amount and a Y coordinate change amount of the position recognition device 100 during a sampling time by using the angle change amount of the position recognition device 100; 상기 샘플링 시간동안 계산된 각도, X좌표, Y좌표 값과, 상기 각각에 대한 각도 변화량, X좌표 변화량, Y좌표 변화량을 합산해서 절대좌표계 상에서의 위치인식장치(100)의 각도, X좌표, Y좌표를 계산하는 제 5단계;The angle, X coordinate, Y coordinate of the position recognition device 100 on the absolute coordinate system by summing the angle, X coordinate, Y coordinate value calculated during the sampling time, and the angle change amount, X coordinate change amount and Y coordinate change amount for each of the above. A fifth step of calculating coordinates; 를 포함하는 이동로봇의 위치인식방법.Position recognition method of the mobile robot comprising a.
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