KR100702850B1 - 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법 - Google Patents

태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

장착되는 물체의 고유한 특성, 위치뿐만 아니라 방향성(orientation)을 인식할 수 있게 함으로써 사물에 대한 자동 감지, 인식, 인지기술에 새로운 패러다임을 제시 할 수 있는 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법에 관한 것으로, 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서, 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그, 태그를 활성화하여 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나, 안테나에 접속되어 태그의 정보를 리드하는 리더, 리더에 접속되고 태그의 정보를 수집하여 분석하는 분석 수단을 포함하고, 다수의 태그는 물체의 위치와 자세에 대응하여 물체의 직교 좌표계에서 각 축의 방향과 일치하도록 각각 부착되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법을 이용하는 것에 의해, 물체, 사람, 환경에 대한 정보를 보다 손쉽게 얻으며, 인식에 필요한 정보뿐만 아니라 대상체의 물리적 특성(위치, 자세)의 변화까지 얻을 수 있다는 효과가 얻어진다.
무선 주파수 인식(RFID) 태그, 3차원 태그, 자동인식, 방향성

Description

태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법{Environment condition recognition system and method using tag}
도 1은 본 발명에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그에서 방출되는 전자기장의 방출 형태를 예시적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에서 적용된 태그의 방사특성을 나타내는 도면,
도 4는 도 3의 태그좌표 x가 물체의 좌표축과 나란하게 배치될 때 인식가능한 방향(dir x, , dir y, dir z )을 보여주는 도면,
도 5는 태그 3개를 직교하게 배치하고 이를 부착하고 있는 서포터로 구성한 3차원 태그를 도시한 도면,
도 6은 태그 3개를 직교하게 배치하고 그 중앙에 전자기장을 차폐하는 전기차폐 서포터로 구성한 태그를 도시한 도면,
도 7 내지 도 10은 3D tag를 사용하지 않고 일반적인 방향성을 가지는 막대형 태그를 일반적인 사물에 부착하여 물체의 형상에 따라 물체를 대표하는 좌표계를 중심으로 배치된 태그의 적용예를 나타내는 도면,
도11은 본 발명에 따른 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템을 나타내는 블록도,
도 12는 본 발명의 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템에 적용되는 태그의 조합을 설명하기 위한 도면,
도 13은 물체의 위치와 자세 정보를 얻기 위해 모니터에 태그를 배치한 상태를 나타내는 도면,
도 14는 환경의 지형정보를 얻기 위해 복도 공간에 벽과 바닥에 배치된 태그의 예를 나타내는 도면,
도 15는 도 11에 도시된 시스템을 로봇에 장착하여 실험한 예를 나타내는 도면,
도 16은 도 15에 도시된 로봇의 수행 과정을 나타내는 흐름도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 태그 20 : 서포터
100 : 3차원 태그 210 : RFID 안테나
220 : 리더 230 : 호스트 컴퓨터
본 발명은 방향성을 자동인식할 수 있는 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 장착되는 물체의 고유한 특성, 위치뿐만 아니라 방향성(orientation)을 인식할 수 있게 함으로써 사물에 대한 자동 감지, 인식, 인지기술에 새로운 패러다임을 제시할 수 있도록 무선 주파수 인식을 기반으로 하는 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상의 RFID 시스템은 기본적으로 태그ㆍ카드와 리더, 호스트 컴퓨터(또는 어플리케이션)로 구성된다. 태그는 무선주파수(Radio Frequency: RF) 기능과 메모리, 안테나(혹은 전원)로 구성되며, 태그의 메모리상의 IDㆍ정보를 무선주파수를 사용하여 인터페이스한다. 태그 메모리상의 IDㆍ정보와 무선주파수 인터페이스를 적용하는 대상과 활용하는 방법, 그리고 주어진 환경에 따라 RFID 시스템의 다양한 응용들이 개발되어 상용화되고 있다.
무선 주파수 인식(Radio Frequency Identification; RFID)은 무선주파수를 이용한 자동인식기술(Automatic Identification)의 하나로 바코드 및 스마트카드와 유사한 기능을 수행한다. RFID는 환경적인 요인(비. 눈. 안개. 오염 등)으로 제약을 받는 바코드와 극히 제한된 거리(수mm~수십mm)에서 인식되는 스마트카드와는 달리 환경적인 제한 상황에서도 인식이 가능하며 수m~수십m이내의 고속으로 이동하는 물체에 대한 인식이 가능하기 때문에 도서관리 시스템, 축산 관리 시스템, 금융 시스템, 택배 관리 시스템, 자동통행료 징수 시스템(ETCS : Electronic Toll Collection System),주차 시스템, 출입통제 시스템, 물류 시스템등과 같은 산업전반의 분야에서 사용되고 있다.
이러한 RFID 태그는 IC 칩, 안테나 및 결착물(Adhesive Materials)로 이루어지며, 외부의 리더(Reader or Interrogator)와 소정의 데이터를 송수신하는 장치로 서 트랜스폰더(transponder)라고도 한다.
즉, RFID 태그는 비접촉 방식으로 리더와 데이터를 송수신한다. 이용하는 주파수의 고저에 따라 유도성 결합(Inductive Coupling), 전자기 역산란 결합(Backscattering), 표면 음향파(SAW: Surface Acoustic Wave) 등을 이용할 수 있으며, 전자파를 이용한 전이중 방식(FDX: Full Duplex), 반이중 방식(HDX: Half Duplex) 및 순차적 방식(SEQ: Sequential)으로 리더와 데이터를 송수신할 수가 있다. 또, 송수신방식으로는 진폭위상변조(ASK:Amplitude Shift Keying)방식과 주파수위상변조(FSK:Frequency Shift Keying)방식이 있으며, 전자는 전자파의 진폭편이변조에 의해 송수신을 수행하고, 후자는 전자파의 주파수변조에 의해 송수신을 수행한다. 또한, 일반적인 RFID태그를 안테나코일형식으로 분류하면 원형의 공심코일을 사용하는 원반상의 안테나코일과 봉상의 페라이트코어에 에나멜선등의 절연피복동선을 권취한 실린더상의 안테나코일 등 2종류가 존재하며, 외형은 각각의 안테나코일의 형상에 대응하여 전자는 원반상으로 후자는 봉상으로 형성된다.
원반상의 안테나코일을 갖는 RFID태그는 원형코일의 면방향의 자속변화를 이용하여 통신을 수행하고, 실린더상의 안테나코일을 갖는 RFID태그는 축방향의 자속변화를 이용하여 통신을 수행한다.
RFID 태그의 주파수 대역으로 볼 때 종래에는 125KHz, 13.56MHz 등 저주파수 대역이 많이 활용되었으나, 최근의 물류 관리에 있어 900MHz 대의 UHF(Ultra High Frequency) 영역의 사용이 현저하게 증가하고 있다. 특히 큰 유통업체인Walmart나 미국 국방성 등에서 물류 관리용으로 RFID 태그 시스템를 사용하는데, 이때 역산란 결합(Backscattering)을 이용한 UHF 대 영역의 주파수가 주로 사용되고 있으며, 별도의 내장 배터리 없이 외부 변화에 수동으로 작동하여 필요한 전류를 생성하는 수동형 태그가 일단 표준으로 인정되고 있다.
상기와 같은 RFID 태그를 이용하여 위치를 판정하는 시스템에 관해서는 예를 들어 대한민국 등록실용신안 공보 20-0370649호(RFID 태그), 대한민국 공개 특허공보2005-0031082호(이동로봇의 구성 및 운영방법) 등에 개시되어 있다.
또한, 물체의 위치를 인식하기 위한 시스템에 관해서는 예를 들어 대한민국 등록실용신안 공보 20-0364712호(자율이동로봇 항법시스템의 절대좌표 인식장치), 대한민국 공개 특허공보2005-0004701호(휴대형 컴퓨팅디바이스의 로케이션 역학을 결정하기 위한 시스템 및 방법) 등에 개시되어 있다.
상기 대한민국 등록실용신안 공부20-0370649호에 있어서 RFID 태그는 홀이 형성된 태그플레이트, 태그플레이트에 포함되는 안테나 연장부, 태그플레이트의 홀에 결합되는 아일렛 베이스(eyelet base), 아일렛 베이스에 형성된 슬릿에 장착되는 RFID 회로모듈을 포함하며, 슬릿 및 고저항부 에 의해서 아일렛 베이스 내의 전류 흐름이 제한되어 일정한 경로를 통해서 흐르게 되고, RFID 회로모듈의 단자가 각각 분리된 부분에 연결됨으로써 아일렛 베이스 및 안테나 연장부를 각각 루프 (Loop) 안테나 및 다이폴 (di-pole)안테나로 사용하는 구조에 대해 개시되어 있다.
또, 상기 대한민국 공개 특허공보2005-0031082호에는 하부프레임의 구동바퀴에 엔코더가 부착된 구동휠이 장착되고 앞면 또는 앞, 뒤면에 캐스터가 장착되며 라인트레이싱을 위하여 바닥 전면부에는 바닥라인감지센서가 위치하며 로봇의 기본 적인 이동거리 및 위치는 엔코더의 속도를 적분하여 사산법으로 측정하는 이동로봇에 있어서, 상기 사산법의 오차를 보정하기위하여 라인트레이싱을 하는 중에 실시간으로 바닥라인에 포함된 RFID 태그 또는 바코드를 읽을 수 있거나 또는 로봇이 라인을 벗어나서 임의의 라인에 복귀하는 경우에도 즉각적으로 라인에 포함된 RFID 태그 또는 바코드를 읽어서 로봇의 절대위치를 알 수 있도록 로봇의 밑면에 RFID리더기 또는 바코드 리더기를 장착한 이동로봇의 시스템의 구조에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상술한 종래의 기술의 시스템에 있어서는 RFID가 제공해주는 정보로서 대상체의 식별만을 위한 것이며, 변화하는 대상체의 물리적 특성(위치, 자세) 등을 반영하지는 못하고 있다는 문제점이 있었다.
즉, 상기 공보에 개시된 기술에 있어서는 특정 위치에 태그를 장착하거나 태그와 같이 위치를 인식할 수 있는 기능을 구비한 수단을 마련하고, 이 태그를 활용하여 이동수단이 장착된 본체의 절대위치의 인식, 장치의 위치를 정하고 이동 상태 및 속도를 결정하는 시스템에 대해서만 기재되어 있을 뿐, 물체의 고유한 특성과 위치뿐만 아니라 물체의 방향성을 인식할 수 있다는 문제에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 물체, 사람, 환경에 대한 정보를 보다 손쉽게 얻으며, 인식에 필요한 정보뿐만 아니라 대상체의 물리적 특성(위치, 자세) 변화까지 얻을 수 있는 통합적인 자 동인식기술을 구현할 수 있는 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오염과 훼손에도 안정적이며, 반영구적으로 동작할 수 있는 자동인식기술을 실현할 수 있는 무선 주파수 인식 3차원 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인식에 필요한 정보뿐만 아니라 대상체의 물리적 특성(위치, 자세) 변화에 관한 정보를 선별적으로 얻을 수 있는 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템은 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서, 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그와 상기 태그를 지지하는 서포터를 구비하고, 상기 태그는 전기장 차폐 능력이 있는 물체에 부착되는 무선 주파수 인식 3차원 태그, 상기 태그를 활성화하여 상기 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나, 상기 안테나에 접속되어 상기 태그의 정보를 리드하는 리더, 상기 리더에 접속되고 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 분석 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템은 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서, 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그와 상기 태그를 지지하고 전기차폐 기능이 있는 서포터를 구비하고, 상기 태그는 전기장 차폐 능력이 없는 물체에 부착되는 무선 주파수 인식 3차원 태그, 상기 태그를 활성화하여 상기 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나, 상기 안테나에 접속되어 상기 태그의 정보를 리드하는 리더, 상기 리더에 접속되고 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템에 있어서, 상기 물체의 위치와 자세를 인식하기 위해 이동하는 이동 수단을 더 포함하고, 상기 RFID 안테나, 상기 리더 및 상기 분석 수단은 상기 이동 수단에 내장되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템에 있어서, 상기 다수의 태그의 각각은 능동형 태그 또는 수동형 태그인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템에 있어서, 상기 다수의 태그의 각각은 동일한 형태와 동일한 특성을 가진 태그인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템에 있어서, 상기 동일한 형태는 동일한 모양을 의미하며, 상기 동일한 특성은 동일한 전자기적 특성과 동일한 주파수 대역 특성을 의미하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 환경 상태 인식 시스템은 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서, 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그, 상기 태그를 활성화하여 상기 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나, 상기 안테나에 접속되어 상기 태그의 정보를 리드하는 리더, 상기 리더에 접속되고 상기 태그 의 정보를 수집하여 분석하는 분석 수단을 포함하고, 상기 다수의 태그는 상기 물체의 위치와 자세에 대응하여 상기 물체의 직교 좌표계에서 각 축의 방향과 일치하도록 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 환경 상태 인식 방법은 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 방법으로서, 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그를 물체에 부착하는 단계, 상기 태그를 활성화하여 상기 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나와 상기 안테나에 접속되어 상기 태그의 정보를 리드하는 리더를 통해 상기 물체에 부착된 태그를 검출하는 단계 및 상기 리더에 접속된 분석수단에 의해 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 단계를 포함하고, 상기 다수의 태그는 상기 물체의 위치와 자세에 대응하여 상기 물체의 직교 좌표계에서 각 축의 방향과 일치하도록 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 환경상태 인식 방법에 있어서, 상기 물체의 위치와 자세를 인식하기 위해 이동 수단을 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 RFID 안테나, 상기 리더 및 상기 분석 수단은 상기 이동 수단에 내장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 및 그밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저 본 발명이 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그(100)는 직육면체의 서포터(20)와 서포터(20)의 각 면에 부착된 복수 개(즉, 6개)의 태그(10)들로 구성되어 있다.
또, 서포트(20)의 내부에는 메모리소자, 전자 제어소자및 콘덴서를 구비하고, 각각의 태그(10)이 방향성과 지향특성을 갖는 안테나로서 기능하도록 구성하여도 좋다. 또한, 각각의 태그(10)에 메모리소자, 전자 제어소자및 콘덴서를 구비하는 구성으로 할 수 도 있다.
즉, 본 발명에 적용 가능한 각각의 태그(10)로서는 무선 주파수 인식 태그(Radio Frequency Identification Tag; RFID Tag)이다. 이러한 RFID 기술은 국제적으로 주파수 범위(즉 125~135KHz, 13.56MHz, 862~928MHz, 2450MHz)에 따른 표준화가 빠르게 진행 되고 있으며 태그에 배터리의 사용 여부에 따라 능동(Active)방식과 수동(Passive)방식으로 구분된다.
배터리를 사용하는 RF 능동형 태그는 수동형 태그보다 인식거리가 길다는 장점을 지니고 있으나 수동형 태그보다 크기가 커지고 비용도 많이 들며 수명역시 제한되는 특징이 있다. 그리고, 배터리를 사용하지 않고 리더(Reader)로부터 전원을 공급받는 RF 수동형 태그는 능동형 태그에 비해 크기가 작고 비용이 저렴하며 반영구적으로 사용 가능하나 인식거리가 짧은 특징이 있다.
또한, 상기한 RFID 태그는 방사하는 전자기파가 지향성을 가지고 있는지의 여부에 따라 지향성 RFID 태그와 무지향성 RFID 태그로 구분될 수 있다.
한편, 상기한 서포터(20)는 태그(10)가 지향성을 가진 경우와 무지향성을 가 진 경우에 따라서 그 구성이 상이하게 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서 무지향성의 태그를 사용하는 경우, 서포터(20)는 적어도 그 표면이 도전특성이 우수한 금속재로 이루어져 있어야 한다. 즉, 서포터(20)의 각 면에 부착된 태그에서 방사되는 전자기장에 의하여 상호 간섭을 받지 않도록 하기 위하여 적어도 서포터(20)의 표면은 도전특성이 우수한 금속재로 도포되어 있어야 하는 것이다.
그 반면, 본 발명에 있어서 지향성의 태그를 사용하는 경우, 서포터(20)는 반드시 그 표면이 도전특성이 우수한 금속재로 이루어져 있을 필요는 없다. 서포터(20)의 각 면에 부착된 태그에서 방사되는 전자기장이 각 면에 대하여 수직한 방향으로의 지향성을 가지면 상호 간섭을 받지 않도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그에 있어서는 무선 주파수 태그가 물체를 대표하는 각 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 가지고서 독립적으로 배치되면 되고, 서포터는 각 태그를 지지하기 위한 것으로서 각 태그에서 방사되는 전자기장이 서로 겹치지 않도록 하는 전자기장 차폐 특성을 가지고 있으면 되는 것이다.
또, 본 발명에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그에 있어서는 서포터가 전자기장 차폐특성을 가지고서 다면체로 이루어지고, 무선주파수 태그가 고유의 식별자(ID)를 가지고서 독립적으로 상기 서포터의 각 면의 표면에 부착되며, 서포터의 전자기장 차폐특성에 의하여 상기 복수의 태그에서 방사되는 전자기장이 서로 겹치지 않도록 구성되면 된다.
또한, 본 발명에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그에 있어서는 무선주파수 태그가 물체를 대표하는 각각의 주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 가지고서 독립적으로 배치되고 각 면에 수직한 방향으로 지향성의 전자기장을 방사하고, 서포터(20)가 각각의 태그(10)를 지지하도록 구성되면 된다. 또한, 본 발명에 적용되는 무선 주파수 인식 3차원 태그에 있어서는 서포터가 다면체로 이루어지고, 무선주파수 태그가 식별자(ID)를 가지고서 각각 독립적으로 서포터(20)의 각 면의 표면에 부착되고 각 면에 수직한 방향으로 지향성의 전자기장을 방사하도록 이루어지면 된다.
상기한 태그는 능동형 태그이든지 수동형 태그이든지 상관없으며, 하나의 무선 주파수 인식 3차원 태그에 사용되는 모든 태그는 동일한 모양을 가지며 동일한 전자기적 특성과 동일한 주파수 대역 특성을 갖는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 무선 주파수 인식 3차원 태그를 구성하면, 각 축방향에 대해 고유한 ID가 인식되는 특성을 가지게 되며, 또한 태그 다면체에서 방출되는 전자기장은 도 2에 도시한 바와 같이 독립성을 갖게 된다. 따라서, 리더(Reader)측에서 x축, y축 및 z축 중에서 적어도 한 축으로 방사되는 전자기파를 감지하면 해당 무선 주파수 인식 3차원 태그가 장착된 물체, 사람, 환경에 대한 인식에 필요한 정보를 보다 손쉽게 얻을 수 있으며, 좌측, 우측, 상측 또는 하측으로 약간 이동하면 x,y,z축으로 방사되는 전자기파를 모두 감지할 수 있게 되어 해당 무선 주파수 인식 3차원 태그가 장착된 물체, 사람, 환경에 대한 위치 및 자세의 변화까지 용이하게 얻을 수 있게 된다. 따라서, 해당 무선 주파수 인식 3차원 태그가 장 착된 물체, 사람, 환경에 대한 통합적인 자동인식을 구현할 수 있게 된다.
다음에 본 발명에 적용되는 다른 실시예를 도 3내지 도 10에 따라 설명한다.
도 3은 본 발명에 적용된 태그의 방사특성을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 태그좌표 x가 물체의 좌표축과 나란하게 배치될 때 인식가능한 방향(dir x, , dir y, dir z )을 보여주는 도면이며, 도 5는 태그 3개를 직교하게 배치하고 이를 부착하고 있는 서포터로 구성한 3차원 태그를 도시한 도면이고, 도 6은 태그 3개를 직교하게 배치하고 그 중앙에 전자기장을 차폐하는 전기차폐 서포터로 구성한 태그를 도시한 도면이고, 도 7 내지 도 10은 3D tag를 사용하지 않고 일반적인 방향성을 가지는 막대형 태그를 일반적인 사물에 부착하여 물체의 형상에 따라 물체를 대표하는 좌표계를 중심으로 배치된 태그의 적용예를 나타내는 도면이다.
즉, 도 5의 태그를 부착한 물체는 전기장 차폐능력이 있어 태그가 부착된 반대면에서는 3D 태그를 인식하지 못하므로 물체의 앞 뒤 면에 각각 부착하여 물체의 위치와 자세를 판단 할 수 있다.
또, 도 6의 태그를 부착한 물체는 전기차폐능력이 없어 물체의 일부분에 3D 태그 한 개를 부착하여 물체의 앞뒤에 관계없이 물체의 위치와 자세를 판단할 수 있다.
본 발명에 있어서는 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 대상체의 일정방향을 따라 부착되어 있는 수동식 태그가 감지와 동시에 사물의 ID를 알려주며, 또한, 사물의 현재 안테나에 대한 물리적 자세관계를 알려줄 수 있다. 이러한, 특 성을 이용하여, 대상체를 대표할 수 있는 좌표계를 설정하여, 이 좌표계의 축들을 따라 태그를 장치하면, 위와 같은 물리적 자세 정보를 파악할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명에 적용되는 3차원 태그는 방향성을 가지는 태그와 이를 지지하는 서포터로 구성되어 전기장 차폐 능력이 있는 물체에 부착함으로서 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명에 적용되는 3차원 태그는 방향성을 가지는 태그와 이를 지지하는 전기차폐 기능이 있는 서포터로 구성되어 전기장 차폐능력이 없는 물체에 부착함으로서 위치와 자세를 인식할 수 있도록 구성된다.
본 발명에 있어서는 도 4에 도시된 바와 같은 방향성을 갖는 다수의 태그를 도 6에 도시된 바와 같이, 다면체로 이루어지고 전기 및 전자장을 차폐할 수 있는 서포터의 각각의 육면체의 모서리 부분에 부착하는 것에 의해 3차원 방향으로 사물의 정보를 선별적으로 인식할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 적용되는 3차원 태그에 있어서는 도 5에 도시된 바와 같이 육면체의 6개의 방향으로 방향성을 갖는 태그를 내장시키는 것에 의해 자세추정이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이 무선 주파수 인식 태그의 장점을 이용함으로써 기존 인식기술들에 비해 대용량의 정보를 저장 및 공급할 수 있으며, 인식속도 역시 매우 빠르며, 동시에 다수의 인식이 가능하게 된다.
또, 본 발명은 서포터의 표면에 무선 주파수 인식 태그를 부착한 것이므로, 오염과 훼손에 강한 특성을 갖는다.
다음에 본 발명에 따른 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 도 11 내지 도 14에 따라 상세히 설명한다.
도11은 본 발명에 따른 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 12는 본 발명의 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템에 적용되는 태그의 조합을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 물체의 위치와 자세 정보를 얻기 위해 모니터에 태그를 배치한 상태를 나타내는 도면이며, 도 14는 환경의 지형정보를 얻기 위해 복도 공간에 벽과 바닥에 배치된 태그의 예를 나타내는 도면이다.
도 11에 있어서, (200)은 상술한 바와 같은 도 1, 도 5 와 도 6의 3차원 태그 또는 다수개의 방향성을 갖는 태그의 조합으로 이루어진 RFID 태그이며, 이 RFID 태그(200)는 메모리, 제어부, 안테나를 구비한다.
(210)은 RFID 태그(200)를 활성화하여 RFID 태그(200)와의 접속을 개시하는 RFID 안테나이고, (220)은 RFID 안테나(210)에 접속되어 RFID 태그(200)의 정보를 리드하는 리더이며, (230)은 리더(220)에 접속되고 RFID 태그(200)의 정보를 수집하여 분석하는 호스트 컴퓨터이다.
또한, RFID 안테나(210), 리더(220) 및 호스트 컴퓨터(230)은 도 15에 도시된 바와 같은 로봇에 내장된다.
다음에 본 발명에 따른 태그를 사용하여 물체를 인식하는 과정에 대해 설명한다.
본 발명에 있어서는 물체의 자세를 추정하기 위해 상술한 바와 같은 3차원 태그를 사용하던가 또는 도 12에 도시된 바와 같이 다수의 태그를 조합하여, 태그 의 인식 가능한 각도가 절대값으로 40도 이내로 되도록 구성한다
즉, 도 12의 (a)에 있어서 태그의 조합은 태그 간에 90°의 각도를 이루고, (b)에 있어서 태그의 조합은 60°의 각도를 이루고, (c)에 있어서 태그의 조합은 45°의 각도를 이루도록 측정하자 하는 물체에 태그를 부착한다.
도 13은 도 12에 도시된 바와 같은 규정에 의해 모니터 인식을 위해 태그를 배치한 예이다. 즉, 컴퓨터의 모니터의 경우 뒤집어 놓여지거나 측면으로 세워서 놓여지지 않으며, 책상과 같은 어느 정도의 높이를 가지는 곳에 위치하므로, 도 13에 도시된 바와 같이 4개의 태그를 부착하는 것에 의해 모니터의 인식과 함께 그 자세를 추정할 수 있게 된다.
또, 도 14에 도시된 바와 같이, 복도 공간에 벽과 바닥에 태그를 배치하여 그 주위환경을 인식하게 할 수 있다. 즉, 복도의 중앙부에 4개의 태그를 10자로 장착하는 것에 의해 복도가 구획된 것을 인식할 수 있고, 복도의 벽 부분에 도 6에 도시된 바와 같이 직교 방향으로 태그를 부착하는 것에 의해 구획된 공간의 벽을 인식할 수 있으며, 특정 위치에 하나의 태그를 부착하는 거세 의해 복도의 바닥을 인식하거나, 실내로 통하는 도어인 것을 인식하게 할 수 있다.
다음에 상술한 바와 같이 배치된 태그를 이용하여 물체의 위치와 자세를 인식하는 과정에 대해 도 15 및 도 16에 따라 설명한다.
도 15는 도 11에 도시된 시스템을 로봇에 장착하여 실험한 예를 나타내는 도면이며, 도 16은 도 15에 도시된 로봇의 수행 과정을 나타내는 흐름도 이다.
먼저, 로봇은 초기 전역 좌표계(global coordinate)로서, 예를 들어 (500, 500,0)의 위치 정보를 갖도록 설정되며, 물체의 일예로 사용된 상자는 전역 좌표계(1200, 1000, 0)의 위치에 있는 것으로 한다. 이 상자에는 도 6에 도시된 바와 같이 다수개의 태그가 직교 좌표계의 축 방향에 따라 부착되어 있다.
이후 로봇의 작동을 ON 시키면 로봇은 이동하면서 로봇내에 장착된 RFID 아테나(210)로 상자에 부착된 다수개의 태그를 활성화 시킨다. 즉, 로봇은 일정 반경 내에 배치된 상자의 위치를 인식하기 위해 이동하면서 태그의 서치를 개시한다(스텝 S10).
스텝S10의 동작은 로봇내에 장착된 리더(220)이 다수개의 태그가 부착된 상자를 검출할 때까지 반복된다(스텝S20).
로봇내에 장착된 리더(220)가 상자의 태그를 검출하면, 로봇 내에 장착된 호스트 컴퓨터(230)은 먼저 상자의 위치를 추정한다(스텝S30). 이 후 로봇은 추정된 상자의 태그 위치와 로봇의 초기 전역 좌표계로 설정된 로봇 자신과의 거리를 계산하고, 상자의 위치 및 자세를 보다 정밀하게 인식하기 위해 다시 이동하면서 서치를 계속한다(스텝S40).
다음에 로봇 내에 장착된 호스트 컴퓨터(230)은 상자의 x, y, z축에 각각 부착된 다수개의 태그로부터 상자의 x, y, z축에 대한 정보를 수집하여 분석하면서 상자의 위치 및 자세를 추정한다(스텝S50).
이 후 로봇 내에 장착된 호스트 컴퓨터(230)는 스텝S50에서 수집된 상자의 정보와 호스트 컴퓨터에 미리 설정된 조건에 따라 상자의 위치와 자세에 대한 서치 에러를 보상한다(스텝S60).
다음에 로봇은 에러 보상을 실행하여 기존에 로봇 내에 장착된 호스트 컴퓨 터(230)에 설정되어 있던 맵 데이터의 갱신을 실행하고, 서치 동작을 계속할 것인가 판단한다(스텝S70).
스텝S70에서 서치 동작을 계속하는 경우, 스텝S10으로 되돌아 가고, 그렇지 않은 경우 물체의 위치 및 자세를 인식하기 위한 동작은 종료된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 사물인식 기술에 있어서, 무선 주파수 인식 태그를 측정하고자 하는 사물에 장착하면 사물의 특성을 감지하기가 매우 수월해 진다. 본 발명은 이러한 무선 주파수 인식 태그의 특성 중에서 무선 주파수 인식 리더(220)의 RFID안테나(210)가 다수개의 태그를 인식함에 있어 방향성을 갖는 특징을 바탕으로 다중 지향성을 갖는 3차원 태그를 사용하여, 그 물체의 고유한 특성, 위치뿐만 아니라 방향성(orientation)을 인식할 수 있게 함으로써 사물에 대한 자동 감지, 인식, 인지할 수 있는 기술을 마련한 것이다.
또, 본 발명은 지능형 로봇분야와 같은 환경의 인식이 중요하게 작용하는 분야에서 정밀한 환경인식을 위해 활용될 수 있다. 기존의 가장 대표적인 물체인식기술인 카메라를 이용한 물체인식기술을 예로 들면 관심 물체를 찾기 위해 카메라로 환경 영상을 녹화한 후, 메모리에 저장되어있는 템플렛과 매칭(matching)과정을 거치는 과정을 반복한다. 만약 저장되어 있는 물체의 템플릿과 영상내 물체의 자세가 상이하다면, 많은 연산을 요구하여 비효율적인 과정을 반복하게 된다. 그러나, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같은 본 발명을 활용하면, 감지와 인식, 자세추정이 동시에 이루어지므로, 기존의 비효율성을 극복할 수 있다.
또한, 본 발명은 RFID가 가지는 고유한 인식장점과 더불어 안테나에 대한 사 물의 자세정보를 획득할 수 있으므로, 사물 혹은 환경정보를 이용하여, 환경을 주행하거나, 사물을 제어하는 분야, 즉 지능형 차량분야 중 ITS(Intelligent Transport Systems) 기술 등에 폭넓게 활용될 수 있다. 또한 시각 장애인들에게 물체에 대한 보다 상세한 정보를 제공하는 적용이 가능할 것이다. 또한, 물류 및 유통에서 상품을 보호하는 용도로 활용할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템에 의하면, 물체, 사람, 환경에 대한 정보를 보다 손쉽게 얻으며, 인식에 필요한 정보뿐만 아니라 대상체의 물리적 특성(위치, 자세)의 변화까지 얻을 수 있고, 오염과 훼손에도 안정적이며, 반영구적으로 동작할 수 있는 통합적인 자동인식기술을 구현할 수 있게 된다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 태그를 이용한 환경 상태 인식 시스템에 의하면, 감지와 인식, 자세 추정이 동시에 실행되므로, 대상체의 물리적 특성(위치, 자세)의 변화의 과정을 고속으로 처리할 수 있다는 효과도 얻어진다.

Claims (13)

  1. 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서,
    주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그와 상기 다수의 태그를 각각 지지하는 서포터를 구비하고, 상기 다수의 태그의 각각은 전기장 차폐 능력이 있는 물체에 부착되는 무선 주파수 인식 3차원 태그,
    상기 다수의 태그를 활성화하여 상기 각각의 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나,
    상기 안테나에 접속되어 상기 다수의 태그의 각각의 x, y, z축 정보를 리드하는 리더,
    상기 리더에 접속되고 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 분석 수단 및
    상기 물체의 위치와 자세를 인식하기 위해 이동하는 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  2. 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서,
    주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그와 상기 다수의 태그를 각각 지지하고 전기차폐 기능이 있는 서포터를 구비하고, 상기 다수의 태그의 각각은 전기장 차폐 능력이 없는 물체에 부착되는 무선 주파수 인식 3차원 태그,
    상기 다수의 태그를 활성화하여 상기 각각의 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나,
    상기 안테나에 접속되어 상기 다수의 태그의 각각의 x, y, z축 정보를 리드하는 리더,
    상기 리더에 접속되고 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 수단 및
    상기 물체의 위치와 자세를 인식하기 위해 이동하는 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 RFID 안테나, 상기 리더 및 상기 분석 수단은 상기 이동 수단에 내장되는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 태그의 각각은 능동형 태그 또는 수동형 태그인 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 태그의 각각은 동일한 형태와 동일한 특성을 가진 태그인 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동일한 형태는 동일한 모양을 의미하며, 상기 동일한 특성은 동일한 전자기적 특성과 동일한 주파수 대역 특성을 의미하는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  7. 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 시스템으로서,
    주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그,
    상기 다수의 태그를 활성화하여 상기 각각의 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나,
    상기 안테나에 접속되어 상기 다수의 태그의 각각의 x, y, z축 정보를 리드하는 리더,
    상기 리더에 접속되고 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 분석 수단 및
    상기 물체의 위치와 자세를 인식하기 위해 이동하는 이동 수단을 포함하고,
    상기 다수의 태그는 상기 물체의 위치와 자세에 대응하여 상기 물체의 직교 좌표계에서 각 축의 방향과 일치하도록 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 환경상태 인식 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RFID 안테나, 상기 리더 및 상기 분석 수단은 상기 이동 수단에 내장되는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 태그의 각각은 능동형 태그 또는 수동형 태그인 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 태그의 각각은 동일한 형태와 동일한 특성을 가진 태그인 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동일한 형태는 동일한 모양을 의미하며, 상기 동일한 특성은 동일한 전자기적 특성과 동일한 주파수 대역 특성을 의미하는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 시스템.
  12. 물체의 위치와 자세를 인식할 수 있는 환경 상태 인식 방법으로서,
    주축방향에 대해 고유의 식별자(ID)를 갖고 독립적으로 배치되며 방향성을 가지는 다수의 태그를 물체에 부착하는 단계,
    상기 다수의 태그를 활성화하여 상기 각각의 태그와의 접속을 개시하는 RFID 안테나와 상기 안테나에 접속되어 상기 다수의 태그의 각각의 x, y, z축 정보를 리드하는 리더를 통해 상기 물체에 부착된 태그의 위치와 자세를 검출하는 단계,
    상기 리더에 접속된 분석수단에 의해 상기 태그의 정보를 수집하여 분석하는 단계 및
    상기 물체의 위치와 자세를 인식하기 위해 이동 수단을 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 다수의 태그는 상기 물체의 위치와 자세에 대응하여 상기 물체의 직교 좌표계에서 각 축의 방향과 일치하도록 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 환경상태 인식 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 RFID 안테나, 상기 리더 및 상기 분석 수단은 상기 이동 수단에 내장되는 것을 특징으로 하는 환경 상태 인식 방법.
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