KR100807532B1 - Method of detecting remaining amount of battery of mobile robot using power consumption pattern - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법에 적용되는 이동로봇의 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of a mobile robot applied to the method of detecting the remaining battery of the mobile robot according to the present invention;
도 2는 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법의 순서도2 is a flowchart of a method of detecting a battery remaining amount of a mobile robot according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법의 전류 및 전압측정단계를 설명하는 그래프Figure 3 is a graph illustrating the current and voltage measurement step of the method of detecting the remaining battery level of the mobile robot according to the present invention
도 4는 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법의 잔량 검출단계를 설명하는 그래프Figure 4 is a graph illustrating the remaining amount detection step of the remaining battery detection method of the mobile robot according to the present invention
도 5는 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법의 배터리용량 연산단계를 설명하는 그래프5 is a graph illustrating a battery capacity calculation step of the method for detecting the remaining battery level of a mobile robot according to the present invention.
본 발명은 소비전력 패턴을 통한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법에 관한 것으로서, 상세하게는 이동로봇의 모션에 따른 일정한 주기동안의 소모전력의 패턴을 저장하여 이를 활용함으로써 이동로봇의 배터리 잔량을 정확하게 예측할 수 있는 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of detecting a battery remaining amount of a mobile robot through a power consumption pattern, and more specifically, to accurately predict the remaining battery level of a mobile robot by storing and utilizing a pattern of power consumption during a certain period according to the motion of the mobile robot. The present invention relates to a battery level detection method of a mobile robot.
최근에 니켈 수소 축전지나 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지와 같은 충전가능한 이차전지의 보급이 현저하게 확산되었고, 이러한 이차전지는 휴대전화를 비롯하여 전 산업 분야에 걸쳐서 사용되고 있는 실정이다.In recent years, the spread of rechargeable secondary batteries such as nickel hydrogen storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries has been remarkably spread, and these secondary batteries have been used in all industrial fields including mobile phones.
이동로봇은 일정한 장소 내에서 이동을 하며, 소정의 작업을 수행하는데, 이러한 이동로봇의 배터리 역시 이차전지가 사용된다. The mobile robot moves within a certain place and performs a predetermined task. The battery of the mobile robot also uses a secondary battery.
이러한 이동로봇에 장착된 이차전지 배터리는 이동로봇이 작업을 수행하는 과정에서 방전되는데, 배터리의 정확한 잔량 측정이 이루어지지 아니하면 작업도중에 동작을 멈추게 되어 작업라인에 큰 손실을 끼치게 될 것이다. 반대로, 일정수준 방전되지 아니한 배터리를 자주 충전하는 것도 경제적으로 비효율적일 뿐더러, 배터리의 수명에도 악영향을 준다. 또한, 충전시점을 어떻게 설정하느냐에 따라 충전시간이 크게 차이가 나기 때문에, 배터리 잔량 측정에 의한 충전시점 판단은 효율적인 로봇의 운영에 있어서 필수적인 요소에 해당된다고 볼 것이다.The secondary battery battery mounted on the mobile robot is discharged while the mobile robot performs the work. If the battery does not accurately measure the remaining amount of the battery, the secondary battery battery will be stopped during the work and cause great loss to the work line. Conversely, frequent charging of a battery that is not discharged to a certain level is not only economically inefficient, but also adversely affects the life of the battery. In addition, since the charging time is greatly different depending on how the charging time is set, it will be considered that the charging time determination by measuring the remaining battery amount is an essential element in efficient robot operation.
종래에는 이차전지 배터리의 잔량 검출 방법으로서, 크게 전압측정 방식과 배터리 관리시스템(Battery Management System, BMS)에 의한 잔량 측정 방식이 적용되고 있다.Conventionally, as a residual amount detection method of a secondary battery battery, a voltage measurement method and a residual amount measurement method by a battery management system (BMS) have been largely applied.
전압측정방식은 배터리 사용에 따른 전압의 감소를 추적하여 배터리 잔량을 예측하는 방식으로서, 전압이 일정하게 유지되다가 특정 시점에서 급격하게 감소하는 임계점이 존재하기 때문에, 즉 전압측정에 의한 배터리의 방전곡선은 시간에 대한 전압감소가 일정하지 않기 때문에 임계전압 이하에서의 배터리 잔량 예측이 부정확하다는 문제점이 있다.The voltage measurement method is a method of estimating the remaining battery capacity by tracking the decrease of the voltage according to the use of the battery, since there is a threshold point at which the voltage is kept constant and rapidly decreases at a specific time, that is, the discharge curve of the battery by the voltage measurement. Since the decrease in voltage with respect to time is not constant, there is a problem in that the remaining battery prediction under the threshold voltage is inaccurate.
BMS에 의한 잔량 측정 방식은 충전 배터리의 총전하 용량값을 저장한 상태에서, 충전 배터리로부터 전원이 공급되는 장치에 의해 사용된 동작전류 및 시간을 이용 하여 축적된 방전값을 계산하여 배터리잔량을 예측하는 방식이다. BMS에 의한 잔량 측정방식은 전압에 의한 잔량예측에 비하여 비교적 정확하나, 시간에 대한 소비전력이 일정하지 아니한 시스템에서는 그 에러율이 증가하는 문제점이 있다.The remaining amount measurement method by BMS estimates the remaining battery capacity by calculating the accumulated discharge value by using the operating current and time used by the device powered from the rechargeable battery while the total charge capacity value of the rechargeable battery is stored. That's the way it is. The remaining amount measurement method by BMS is relatively accurate compared to the remaining amount prediction by voltage, but the error rate increases in a system in which power consumption over time is not constant.
이동로봇 시스템은 이동로봇의 모션에 따라, 시간에 대한 소비전력이 급격히 변화하는 시스템이므로, 상기 BMS에 의한 잔량측정 방식을 적용함에 있어서 많은 문제점이 있었다. Since the mobile robot system is a system in which power consumption changes rapidly with time according to the motion of the mobile robot, there are many problems in applying the remaining amount measurement method by the BMS.
또한, 상기 BMS 시스템에 있어서, 초기에 저장되는 충전 배터리의 값은 시간이 지나도 고정되어 있어, 반복적인 배터리의 충방전에 따라 배터리 셀이 열화되어, 사용할 수 있는 용량이 감소하는 사이클 열화현상에 적절하게 대응하지 못하는 문제점도 있다. 결과적으로, 어떤 경우에는 배터리 잔량이 충분하다고 표시되는 때에도 실질적으로는 배터리 잔량이 부족하여 이동로봇이 갑자기 정지하게 될 수도 있을 것이다.In addition, in the BMS system, the value of the rechargeable battery that is initially stored is fixed over time, so that the battery cell is deteriorated due to repeated charging and discharging of the battery, which is suitable for cycle deterioration in which the usable capacity decreases. There is also a problem that can not respond. As a result, in some cases, even when the battery level is indicated to be sufficient, the battery level may actually be low and the mobile robot may suddenly stop.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시간의 변화에 따라 일정하게 감소하는 예상가능한 파라메터인 배터리의 소비전력을 이용하여 이동로봇의 배터리의 잔량을 용이하게 예측하고,The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to easily predict the remaining capacity of the battery of the mobile robot using the power consumption of the battery which is a predictable parameter that is constantly reduced with the change of time,
이동로봇의 모션에 따라 급격하게 변하는 소비전력량을 보정하기 위하여 소비전력 패턴을 도출하여 적절한 충전시점을 용이하게 예측하고,In order to correct the power consumption rapidly changing according to the motion of the mobile robot, the power consumption pattern is derived to easily predict the appropriate charging time,
소비전력패턴의 누적된 데이터를 토대로 하여 지속적인 충방전에 따른 배터리 용량의 변화를 예측하여 배터리의 열화현상에 효율적으로 대응할 수 있는 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법을 제공하는 데에 있다.The present invention provides a method of detecting a battery level of a mobile robot that can efficiently respond to deterioration of a battery by predicting a change in battery capacity due to continuous charging and discharging based on accumulated data of a power consumption pattern.
본 발명에 의한 이동로봇의 소비전력에 따른 배터리 잔량 검출 방법은 배터리를 완전충전하고, 소정의 샘플링시간 및 샘플링 회수를 설정하는 샘플링 시간 설정단계와; 로봇의 모션 수행에 따른 배터리의 방전이 시작되면 센서가 상기 샘플링 시간 설정단계에서 설정된 샘플링 시간 간격으로 설정된 샘플링 회수만큼 반복하여 방전 전류 및 전압을 측정하고, 그 데이터를 버퍼에 임시저장하는 전류 및 전압 측정단계와; 상기 전류 및 전압 측정단계에서 임시저장된 전류 및 전압 데이터를 이용하여 프로그램 저장부에서 소비전력의 패턴을 연산하여 데이터베이스에 저장하는 전력패턴 연산단계와; 상기 저장된 소비전력 패턴을 통해 프로그램 저장부에서 배터리 잔량 또는 로봇의 예상 작동 가능시간을 연산하는 잔량 검출단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a remaining battery amount according to power consumption of a mobile robot, the method comprising: a sampling time setting step of fully charging a battery and setting a predetermined sampling time and a sampling frequency; When the battery is discharged according to the motion of the robot, the sensor repeats the sampling frequency set at the sampling time interval set in the sampling time setting step, and measures the discharge current and voltage, and temporarily stores the data in the buffer. Measuring step; A power pattern calculation step of calculating a pattern of power consumption in a program storage unit by using the current and voltage data temporarily stored in the current and voltage measurement step and storing it in a database; And a remaining amount detecting step of calculating a remaining battery amount or an estimated operating time of the robot in the program storage unit through the stored power consumption pattern.
여기서, 상기 전력패턴 연산단계는 상기 전류 및 전압을 시간에 대하여 적분 하여 수행되는 것이 정확한 배터리 잔량 검출을 위하여 바람직하다. Here, the power pattern calculation step is preferably performed by integrating the current and voltage with respect to time for accurate battery remaining detection.
또한, 상기 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법은 상기 전력패턴 연산단계를 통하여 누적된 소비전력 패턴 데이터를 이용하여 현재 시점의 총 배터리 용량을 연산하는 배터리용량 연산단계를 더 포함하는 것이 장기 사용에 의한 배터리의 열화현상을 보정하기 위하여 바람직하다.In addition, the method of detecting the remaining battery capacity of the mobile robot further includes a battery capacity calculation step of calculating the total battery capacity at the present time using the power consumption pattern data accumulated through the power pattern calculation step. It is desirable to correct the deterioration phenomenon of.
이하, 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of detecting a battery remaining amount of a mobile robot according to the present invention will be described in detail.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법이 적용되는 시스템의 구성에 대하여 살펴보기로 한다.First, a configuration of a system to which a method of detecting a battery remaining amount of a mobile robot according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법이 적용되는 이동로봇 시스템(100)은 배터리 잔량 검출시스템(10), 배터리(1), 보호회로(2), 센서(3), 디스플레이부(4), 시스템구동부(5), 냉각팬(6), 퓨즈(7), 메인스위치(8)를 포함하여 이루어진다..As shown in FIG. 1, the
배터리 잔량 검출시스템(10)은 A/D 변환기(11), 버퍼(12), 프로그램저장부(13), 제어부(14), 데이터베이스(15)로 구성된다.The battery remaining
보호회로(2)는 배터리(1)에 접촉하여 기준전압을 배터리 잔량 검출 시스템(10)에 안정적으로 공급하며, 외부의 충격, 과충전, 과방전으로부터 배터리(1)를 보호하기 위한 회로로 구성된다.The
센서(3)는 설정된 샘플링 시간 간격으로 배터리(1)로부터 출력되는 전류 및 전압을 측정하여 배터리 잔량시스템(10)에 전달하는 역할을 수행하며, 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류 및 전압을 측정하고 측정된 전류 및 전압에 대응되는 아날로그 신호를 출력하는 홀시티(Hall current transformer, Hall CT)로 이루어지는 것이 바람직하다. 아울러, 설정된 샘플링 회수에 도달하면 상기 전류 및 전압 측정 을 중지하도록 프로그래밍 되어있다.The
디스플레이부(4)는 센서(3)에서 측정된 전류 및 전압값을 토대로 배터리 잔량 검출시스템(10)의 제어부(13)에서 연산된 베터리 잔량 데이터를 사용자가 볼 수 있도록 전광판, LED, LCD 등으로 구성된다.The
시스템구동부(5)는 배터리 잔량 검출시시템(10)에서 전달받은 배터리 잔량에 대한 정보를 기초로하여 이동로봇을 구동시키는 배터리 잔량 검출시시템(10) 이외의 이동로봇 시스템(100)의 기타 제어시스템이다.The
냉각팬(6)은 배터리 잔량 검출시스템(10)의 제어신호에 기초하여 배터리(1)의 충방전에 의해 발생될 수 있는 열을 냉각하여 온도상승으로 인한 배터리(1)의 열화 및 충방전효율의 저하를 방지한다.The
퓨즈(7)는 배터리(1)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(1)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생되면, 퓨즈(7)는 단선되어 과전류가 배터리(1)에 전달되는 것을 차단한다.The
메인스위치(8)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면 배터리 잔량 검출시스템(10) 또는 시스템구동부(5)의 제어신호에 기초하여 배터리(1)를 온오프한다.The
배터리 잔량 검출시스템(10)의 A/D 변환기(11)는 센서(3)에서 측정된 전류와 전압의 아날로그신호를 디지털신호로 변환하며, 상기 변환된 신호를 임시저장장치인 버퍼(12)로 전달한다.The A /
프로그램저장부(13)는 펌웨어(firm ware)형식의 프로그램이 저장되며, 상기 프로그램으로 버퍼(12)에서 전달받은 신호를 토대로 이동로봇의 소비전력패턴 및 배터리의 충전용량을 연산하고, 배터리의 최적 충전시점을 도출하여 제어부(14) 및 데이터베이스(15)에 전달하는 역할을 수행한다. The
제어부(14)는 프로그램저장부(13)에서 전달받은 데이터를 토대로 하여 배터리의 충방전에 대한 명령을 수행한다. The
데이터베이스(15)는 프로그램저장부(13)에서 전달받은 데이터를 저장하는 수단이며, 전원이 차단된 상태에서도 상기 데이터를 저장하며, 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM으로 구성될 수 있다.The
다음으로 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출 방법에 대하여 살펴보기로 한다.Next, a method of detecting a battery remaining amount of a mobile robot according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of detecting a battery level of a mobile robot according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출 방법은 크게 샘플링 시간 설정단계(S10), 전류 및 전압 측정단계(S20), 전력패턴 연산단계(S30), 배터리용량 연산단계(S40), 잔량 검출단계(S50)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the method for detecting the remaining battery level of the mobile robot according to the present invention includes a sampling time setting step S10, a current and voltage measuring step S20, a power pattern calculating step S30, and a battery capacity calculating step ( S40), and the remaining amount detection step (S50).
먼저 샘플링 시간 설정단계(S10)에서는, 배터리에서 출력되는 전류 및 전압에 대한 측정 시간 간격을 의미하는 샘플링 시간과, 상기 샘플링 시간 간격으로 반복되는 전류 및 전압 측정의 반복회수를 의미하는 샘플링 회수를 사용자단말기(미도시)에서 설정받아, 센서(3)로 상기 설정정보가 전달된다. First, in the sampling time setting step (S10), the sampling time means the measurement time interval for the current and voltage output from the battery, and the sampling frequency that means the number of times of the repeated number of current and voltage measurement repeated in the sampling time interval user The setting information is transmitted to the
도 3에 도시된 바와 같이, 방전전류(I) 및 방전전압(V)는 등간격으로 배치된 t로 표시되는 샘플링 시간마다 측정되며, i를 샘플링 회수라고 할 때, i번째 샘플링 시간(ti)에서 각각 i번째 방전전류(Ii)와 방전전압(Vi)이 측정되는 것을 알 수 있다. 따라서, 샘플링 회수를 n만큼 설정한 경우, t1 내지 tn의 샘플링 구간에서 방전전류와 방전전압은 각각 I1 내지 In, V1 내지 Vn으로서 측정된다.As shown in Fig. 3, the discharge current I and the discharge voltage V are measured at each sampling time indicated by t arranged at equal intervals, and when i is the number of sampling, the i th sampling time t i It can be seen that the i-th discharge current (I i ) and the discharge voltage (V i ) are respectively measured at. Therefore, when the number of samplings is set by n , the discharge current and the discharge voltage in the sampling period of t 1 to t n are measured as I 1 to I n and V 1 to V n , respectively.
여기서, 상기 샘플링 시간(t) 및 샘플링 회수(n)는 사용되는 시스템에 최적 조건으로 적용될 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이동로봇의 모션변화가 크고, 시간에 따른 소비전력의 변화가 큰 경우에는 샘플링시간을 짧게 잡는 것이 바람직할 것이고, 이동로봇 운동의 반복주기가 긴 경우에는 상기 샘플링 회수를 많이 설정해 두는 것이 바람직할 것이다. Here, the sampling time (t) and the number of samplings (n) are preferably set to be applied to the system to be used under optimum conditions. For example, if the motion change of the mobile robot is large and the power change with time is large, it may be desirable to shorten the sampling time. If the repetition period of the mobile robot movement is long, the sampling frequency is set a lot. It would be desirable.
다음으로, 전류 및 전압 측정단계(S20)는 로봇의 모션이 시작되어 배터리가 방전되기 시작된 이후에 적용되며, 샘플링 시간 설정단계(S10)에서 샘플링 시간 및 샘플링회수의 정보를 전달받은 센서(3)가 전체 이동로봇 시스템(100)의 방전이 시작되면 설정된 샘플링 시간 간격으로 샘플링 회수만큼 전류 및 전압을 측정 및 저장함으로써 수행된다. Next, the current and voltage measuring step S20 is applied after the motion of the robot is started and the battery starts to be discharged. In the sampling time setting step S10, the
도 2에 도시된 바와 같이, 전류 및 전압 측정단계(S20)는 로봇의 모션시작단계(S21), 샘플링 회수증가단계(22), 샘플링시간 도달단계(S23), 전류 및 전압의 측정 및 저장단계(S24), 설정된 샘플링회수 도달여부확인단계(S25)로 이루어진다.As shown in Figure 2, the current and voltage measurement step (S20) is a motion start step (S21), the sampling frequency increase step 22, the sampling time reaching step (S23), the measurement and storage step of the current and voltage (S24), a check is made whether or not the set sampling frequency has been reached (S25).
상세하게는 로봇이 모션을 시작하여 배터리의 방전이 시작되면(S21), 센서(3)는 샘플링 횟수를 하나씩 증가시켜 카운트하고(S22), 설정된 샘플링 시간에 도달되면(S23), 센서(3)는 상기 샘플링 시간 현재의 전류 및 전압을 측정하고, 측정데이터를 A/D 변환기(11)로 전달하면, A/D 변환기(11)는 상기 전류 및 전압 데이터를 디지털 신호로 전환하여 버퍼(12)에 임시저장(S24)시킨다. 상기 임시저장단계(S24)가 마무리되면, 센서(3)가 현재의 샘플링 회수가 샘플링시간 설정단계(S10)에서 설정된 샘플링 회수와 동일한지 판단하고(S25), 동일하다면 더 이상 전류 및 전압을 측정하지 않고 다음 단계인 전력패턴 연산단계(S30)로 이동하며, 그렇지 않다면 다시 샘플링회수 증가단계(S22)로 돌아가서 현재의 샘플링 회수에 1을 더 카운트하여 저장한 뒤 상기 과정(S23 내지 S25)과 동일한 과정을 반복한다. In detail, when the robot starts motion and discharge of the battery is started (S21), the
전류 및 전압 측정단계(S20)을 도 3에 도시된 그래프로 설명하면, 배터리의 방전이 시작(t=0)되고 나서, 샘플링 회수는 1로 카운트되며, 상기 샘플링 시간 설정단계(S10)에서 설정된 최초의 샘플링 시간(t1)에 다다르면, 샘플링 시간(t1)에 도달한 당시에 전류값(I1) 및 전압값(V1)이 센서(3)에 의해 측정되고, 상기 전류 및 전압 측정 데이터는 버퍼(12)에 저장된다. 다음으로, 샘플링 회수는 1에서 2로 증가되어 카운트되고, 제2의 샘플링 시간(t2)이 도달되면, I2 및 V2를 측정하여 저장 한다. 상기 과정을 반복하여 초기에 설정된 샘플링회수 n에 도달하여 In 및 Vn을 측정하면 전류 및 전압 측정단계(S20)에서 다음 단계로 이동한다.Referring to the current and voltage measurement step S20 with the graph shown in FIG. 3, after the discharge of the battery is started (t = 0), the sampling count is counted as 1, and the sampling time setting step S10 is set. it reaches a first sampling time (t 1), at the time of reaching the sampling time (t 1) a current value (I 1) and a voltage value (V 1) is measured by the
전력패턴 연산단계(S30)는 상기 전류 및 전압 측정단계(S20)에서 임시저장된 전류 및 전압 측정 데이터를 이용하여 프로그램 저장부(13)에서 소비전력의 패턴을 연산하여 데이터베이스(15)에 저장하는 단계이다.In the power pattern calculation step S30, the power storage pattern is calculated and stored in the
이동로봇은 특정 시점의 모션에 의해 다량의 전력을 소비하는 경우가 많으므로, 충전시점을 용이하게 예측하기가 쉽지 않다. 예를 들어, 도 4에서는 이동로봇에 있어서의 소비전력의 패턴을 나타내고 있는데, 도 4에서 도시된 바와 같이, 소비전력이 시간의 흐름에 따라 일정하지 않기 때문에, 평균적인 소비전력만을 고려하여 충전시점을 계산할 경우, 이동로봇이 전력을 급격하게 다량으로 사용하는 경우에 대응하기가 어렵다.Since a mobile robot often consumes a large amount of power by motion at a specific time, it is difficult to easily predict the charging time. For example, FIG. 4 shows a pattern of power consumption in a mobile robot. As shown in FIG. 4, since power consumption is not constant over time, charging time is taken into consideration only on average power consumption. It is difficult to cope with the case where the mobile robot uses a large amount of power rapidly.
따라서, 일정한 작업시간 내에서 주기적으로 움직이는 이동로봇의 전력 소비패턴을 기억시켜 두면, 이러한 문제점을 해소할 수 있을 것이므로, 본 발명에서는 일정 시간의 소비전력의 패턴을 연산하여 저장하는 방법을 사용한다.Therefore, if the power consumption pattern of the mobile robot periodically moving within a certain working time is stored, this problem can be solved. In the present invention, a method of calculating and storing a power consumption pattern of a predetermined time is used.
도 4에 도시된 바와 같이, tn이 특정 이동로봇의 작업주기라고 할 때, 상기 샘플링시간 설정단계(S10)에서 샘플링시간과 샘플링 회수를 이에 대응되도록 설정해두면, 소비전력(P)의 패턴은 상기 tn을 주기로 동일한 패턴을 그리게 될 것이다. 여기에서, 임의의 샘플링타임 ti에서의 소비전력 Pi는 상기 도출된 Vi, Ii와 대응하여 Pi= Vi x Ii의 공식으로 구해질 것이다.As shown in FIG. 4, when tn is a working cycle of a specific mobile robot, when the sampling time and the number of sampling times are set to correspond to the sampling time setting step S10, the pattern of power consumption P is determined. The same pattern will be drawn with tn. Here, any of the power consumption of the sampling time t i P i will be obtained a formula of said derived V i, I i and corresponding to P i = V i x I i .
잔량 검출단계(S50)는 상기 연산된 소비전력 패턴으로부터 충전시점 또는 로봇의 예상 작동 가능시간을 연산하는 단계이다. The remaining amount detecting step (S50) is a step of calculating the expected operating time of the charging time or the robot from the calculated power consumption pattern.
먼저, 도 4에 도시된 tp는 배터리가 완전 방전되는 시점이다. 따라서, 소비전력패턴 그래프에 있어서, t=0(완전충전 시점)에서 t=tp(완전방전 시점)까지의 전력 P를 하기와 같은 적분식에 의하여 전력량 K(kWh 또는 Wh)으로 표현되는 배터리 용량을 구할 수 있게 될 것이다. First, t p shown in FIG. 4 is a time point at which the battery is completely discharged. Therefore, in the power consumption pattern graph, from t = 0 (full charge point) to t = t p (complete discharge point) It is possible to obtain the battery capacity expressed by the amount of power K (kWh or Wh) by the integral of the power P as follows.
배터리의 총 전력량(K)=(kW-h), Total amount of battery power (K) = (kW-h),
샘플링 시간을 0으로 수렴시키면, K= (kW-h) <수학식 1>Converging the sampling time to zero, K = (kW-h) <
이에 대하여 샘플링 시간 간격을 샘플링 회수와 곱하여 나온 총 샘플링 시간, 즉 이동로봇의 작업주기 tn까지 소모되는 전력량 K'는 아래 수학식에 의해 도출될 것이다.On the other hand, the total sampling time obtained by multiplying the sampling time interval by the sampling frequency, that is, the amount of power K 'consumed up to the working cycle tn of the mobile robot, will be derived by the following equation.
작업주기까지의 소모 전력량(K')= (kW-h),Power Consumption to Working Cycle (K ') = (kW-h),
샘플링 시간을 0으로 수렴시키면, K'= (kW-h) <수학식 2>Converging the sampling time to zero, K '= (kW-h) <
상기 <수학식 1>에서 도출된 베터리의 총 전력량 K는 도 4에서 점들로 채워진 면적이며, <수학식 2>에서 도출된 작업주기까지의 소모 전력량 K'은 도 4에서 빗금친 면적으로 표현된다. 따라서, K와 K'을 비교함으로써 배터리 잔량을 유추할 수 있게 되고, 어느 시점에서 소비전력이 급증하고, 급감하는지에 대한 소비전력의 패턴형상을 분석함으로써, 최적의 배터리 충전시점이 도출될 수 있다.The total amount of power K of the battery derived from
또한, 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법은 전력패턴 연산단계(S30) 이후에 배터리용량 연산단계(S40)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for detecting the remaining battery level of the mobile robot according to the present invention may further include a battery capacity calculation step (S40) after the power pattern calculation step (S30).
배터리용량 연산단계(S40)는 전력패턴 연산단계(S30)에 의해 연산된 소비전력패턴 데이터가 데어터베이스(15)에 누적되면, 상기 데이터를 이용하여 현재시점에서의 배터리 용량을 연산함으로써 수행된다.The battery capacity calculation step S40 is performed by calculating the battery capacity at the present time using the data when the power consumption pattern data calculated by the power pattern calculation step S30 is accumulated in the
도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 충방전의 반복 및 시간경과에 따라 완전방전 시간은 초기에 tp였다가, 지속적인 충방전에 의해 tp', tp''으로 점차 감소하는 경향을 보이는데, 이러한 완전방전 시간의 감소는 결국 이차전지 배터리의 열화현상을 의미하는 것이다. As shown in FIG. 4, according to the repetition and time elapse of the battery charging and discharging, the full discharge time was initially tp and then gradually decreased to tp 'and tp' 'due to continuous charge and discharge. The decrease in time means the degradation of the secondary battery.
도 5에서는 전력량(kW-h)로 표현되는 배터리의 방전용량이 배터리를 장기간 사용하며 충방전을 거듭함에 따라 감소하는 배터리의 열화현상을 나타내고 있다.In FIG. 5, the discharge capacity of the battery represented by the amount of power kW-h decreases as the battery continues to be charged and discharged for a long time.
배터리용량 연산단계(S40)는 이러한 배터리 열화현상에 따른 배터리 방전용량의 감소를 감안하여, 정확한 충전시점 산출을 거치기 위해 수행된다. 이는, 수회의 배터리 충방전 과정으로부터 배터리 잔량 검출과정을 거치며 누적된 배터리의 소비전력 패턴 데이터를 토대로 현재시점에서의 배터리 용량을 유추하는 단계이다. The battery capacity calculation step S40 is performed in order to accurately calculate the charging time point in consideration of the reduction of the battery discharge capacity due to the battery degradation. This is a step of inferring the battery capacity at the present time based on the accumulated power consumption pattern data of the battery through the process of detecting the remaining battery charge from the battery charge and discharge process several times.
구체적으로, 수회의 충전 및 방전 과정을 통해 도 4에서와 같이 완전방전 시간이 tp에서 tp', tp''으로 단축되는 경향을 프로그램저장부(13)에 저장된 펌웨어를 이용하여 도 5에 나타난 그래프로 구현시키고, 그래프의 지배방정식을 도출함으로써 현 시점의 배터리의 방전용량을 예측할 수 있다.Specifically, the graph shown in FIG. 5 using the firmware stored in the
이렇게 도출된 현 시점의 배터리의 방전용량과, 상기 소비전력 연산단계(S30)에서 도출된 배터리의 소비전력 패턴을 이용하여 보다 효율적인 충전 시점을 도출할 수 있게 될 것이다. The more efficient charging time may be derived by using the discharge capacity of the battery at this time and the power consumption pattern of the battery derived in the power consumption calculation step (S30).
본 발명의 권리 범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구 범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 변형할 수 있는 범위까지 본 발명의 청구 범위 내에 있다는 것이 이해될 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood that those skilled in the art to which the invention pertains may fall within the scope of the claims without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이동로봇의 배터리 잔량 검출방법에 의하면, 시간의 변화에 따라 일정하게 감소하는 예상가능한 파라메터인 배터리의 소비전력을 이용하여 이동로봇의 배터리의 잔량을 용이하게 예측할 수 있고,As described above, according to the method of detecting the remaining battery level of the mobile robot according to the present invention, it is possible to easily predict the remaining battery capacity of the mobile robot by using the power consumption of the battery, which is a predictable parameter that is constantly reduced with time. There is,
이동로봇의 모션에 따라 급격하게 변하는 소비전력량을 보정하기 위하여 소비전력 패턴을 도출하여 적절한 충전시점 또는 이동로봇의 작동시간을 용이하게 예측할 수 있고,In order to correct the power consumption rapidly changing according to the motion of the mobile robot, the power consumption pattern can be derived to easily predict the appropriate charging time or operating time of the mobile robot.
소비전력패턴의 누적된 데이터를 토대로 하여 지속적인 충방전에 따른 배터리 용량의 변화를 예측하여 배터리의 열화현상에 효율적으로 대응할 수 있는 장점 을 갖는다.Based on the accumulated data of the power consumption pattern, it is possible to predict the change in battery capacity due to continuous charging and discharging, and to effectively cope with the deterioration of the battery.
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