KR100826828B1 - Ｒｆｉｄ를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 장치 시스템 및방법 - Google Patents

Ｒｆｉｄ를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 장치 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치인식 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 이동경로의 식별정보와 위치정보를 저장하고, 식별 코드의 발생, 주파수 수신, 주파수 변조 ,주파수를 수신하여 반사파 형태로 주파수 재송신 및 DC전압 발생 등의 기능을 수행하는 RFID 태그장치; 및 상기 RFID태그장치의 위치정보와 식별정보를 수신하여 현재의 위치를 파악한 후 기 설정된 경로로 이동하고, 명령동작을 수행 하는 이동로봇장치; 를 포함한다.
본 발명에 의하면, 자율주행 하는 이동로봇이 UHF 대역의 주파수를 이용하여 원거리에서도 RFID 태그를 인식할 수 있고, RFID 송신전력을 조절하여 이동로봇의 현재위치를 정확하게 파악함과 동시에 실시간으로 현재 위치를 빠르게 검출할 수 있다.
RFID, 랜드마크시스템, 자율주행, 위치추적, 로봇

Description

ＲＦＩＤ를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 장치 시스템 및 방법{System for verifying position of the robot using RFID and method therefor}
도 1 은 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템의 구성도이다.
도 2 는 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 방법에 대한 동작과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 3 은 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 방법에 관한 동작과정 중 제 1 과정에 대한 상세한 흐름도이다.
도 4 는 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 방법에 관한 동작 과정 중 제 2과정에 대한 상세한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 의한 RFID 태그장치가 아파트에 설치되어 이동로봇이 아파트 내부를 주행하면서 현재위치를 측정하는 실시예를 나타낸 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
100 : RFID 태그장치 100a : 제1 RFID 태그장치
100b : 제2 RFID 태그장치 110 : RFID 태그정보저장부
120 : 주파수 변조 제어부 130 : 송수신안테나
200 : 이동로봇장치 210 : RFID 리더
220 : 로봇제어부 230 : 송신전력발생부
240 : 로봇메모리부 250 : 로봇동작부
260 : 송수신안테나
본 발명은 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 자율 주행중인 이동로봇이 공간에 설치된 RFID 태그장치와 UHF대역의 전파송수신을 함으로써 현재 위치를 파악할 수 있도록 한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자율주행용 이동로봇은 일정 공간을 자유롭게 이동하기 위하여 현재의 자기 위치를 정확히 인식한 후 현재 위치로부터 목표위치로 오차 없이 이동할 수 있어야 한다.
이를 위해 이동로봇으로 하여금 현재 자기의 위치를 인식할 수 있도록 하는 위치정보 제공수단으로 랜드마크(land mark)가 사용되며, 이러한 랜드마크를 사용하는 방법에는 영상센스를 이용한 방법과 수동형 RFID시스템을 이용한 방법이 있다.영상센스를 이용한 방법은 이동로봇에 위치보정용 랜드마크가 설계되고, 현재 위치의 랜드마크를 촬상하는 카메라가 구비되어 촬상된 화상을 비교함으로써 현재 위치정보를 얻는다. 이러한 랜드마크는 여러 가지 형태로 설계될 수 있으며, 일반적으로 원 체인(chain)과 같은 기하학적인 특정 패턴이 사용되고 있다.
이에 반하여 수동형 RFID 시스템을 이용한 방법은 고유정보를 내장한 트랜스폰더 칩과 안테나로 구성된 태그와 일정한 주파수를 발생하는 판독기를 포함하는 리더로 구성된 시스템을 이용하는 방법으로서, 판독기에서 일정 주파수 신호를 안테나를 통해 전송하고, 이때 판독기 근처에 태그가 있으면 수신된 신호를 반사파로 재전송하여 로봇의 현재 위치를 파악한다.
또한, 수동형 RFID 시스템을 이용한 방법은 근접한 두 코일 간에 교류자기장을 통해 유도성 전류가 흐르는 원리로 태그에 전원이 공급되고, 코일사이의 거리가 0.1λ이내로 즉 13.56MHz 이하의 낮은 주파수를 사용하는 제약으로 인하여 통신거리 1m 이하의 거리에서 활용되고 있다.
그런데, 영상센스를 이용한 방법은 이동로봇은 랜드 마크의 특정패턴을 작업공간에 대한 외부영상 신호로 추출하게 되는데, 이때 외부영상 신호로부터 랜드 마크의 패턴을 추출하기 위해서는 카메라를 통해 촬영하는 작업공간의 조명상태와 조형물이나 외부벽지등의 외부적인 환경요소에 의한 영향을 많이 받게 된다. 따라서 카메라에 촬상된 랜드 마크 화면 주위에 여러 가지 복잡한 모양의 노이즈 화상이 생기는 경우에는 현재 위치를 정확하게 인식할 수 없어서 이동로봇이 잘못된 장소로 이동하거나 오동작을 하는 문제점이 있었다.
또한, 외부영상신호 데이터베이스에서 로봇위치를 구별하기 위해서는 처리해야 되는 데이터가 많아서 많은 시간이 소요되어 로봇의 실시간 자율주행이 어려운 문제점이 있었다. 그리고 수동형 RFID 시스템을 이용한 방법은 1m이하의 거리 제한으로 인하여 많은 수의 RFID 태그를 최대 1m 간격으로 바닥에 배열하여 설치해야 됨으로써 설치공간의 제약과 비용의 문제점이 있었다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자율주행 하는 이동로봇이 UHF 대역의 주파수를 이용하여 원거리에서도 RFID 태그를 인식할 수 있고, RFID 송신전력을 조절하여 이동로봇의 현재위치를 정확하게 파악함과 동시에 실시간으로 현재 위치를 빠르게 검출할 수 있는 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
그리고 자율 주행하는 이동경로에 소수의 RFID 태그를 사용하여 설치공간의 제약과 설치비용의 낭비를 제거할 수 있는 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템에 관한 것으로서, 이동경로의 식별정보와 위치정보를 저장하고, 식별 코드의 발생, 주파수 수신, 주파수 변조 ,주파수를 수신하여 반사파 형태로 주파수 재송신 및 DC전압 발생 등의 기능을 수행하는 RFID 태그장치; 및 상기 RFID태그장치의 위치정보와 식별정보를 수신하여 현재의 위치를 파악한 후 기 설정된 경로로 이동하고, 명령동작을 수행 하는 이동로봇장치; 를 포함하되, 상기 이동로봇장치는, UHF대역의 주파수를 발생하고, 재전송된 주파수를 복조하여 신호의 세기 및 도착시 간, 수신방향을 포함하는 위치정보를 획득하고, UHF대역의 주파수를 감쇄 또는 증폭하여 전송하는 RFID리더; 수신된 주파수를 복조하여 RFID 태그장치의 거리와 방향을 측정하고, 2개 이상의 RFID 태그장치의 거리와 방향을 삼각측정법에 적용하여 현재위치를 계산하고, 미리 저장된 랜드 마크와 비교하여 현재 이동경로를 추정하여 이동로봇의 주위환경에 대한 지도를 작성하고, 주위 물체에 대한 위치를 판단하고, 이동로봇이 자율 주행하도록 제어하고, 송신전력을 제어하여 상기 RFID 태그장치의 거리와 방향을 측정하는 로봇제어부; 제 1 RFID 태그장치 검출 시점의 UHF 대역의 주파수를 감쇄 또는 증폭시키는 송신전력을 발생하는 송신전력발생부; 랜드 마크를 저장하고, 상기 RFID 태그장치(100)가 검출된 UHF 대역의 주파수 정보, 이동로봇의 현재위치와, 이동로봇의 추가적인 자율 이동경로를 저장하는 로봇메모리부; 상기 로봇제어부(220)의 제어에 의해 기 설정된 이동경로를 따라서 이동하는 로봇동작부; 및 UHF 대역의 주파수를 송출하고, UHF 대역의 주파수를 수신하는 송수신안테나; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 RFID 태그장치(100)는, 식별자 정보와 위치정보를 저장하는 RFID 태그 정보 저장부; UHF 대역의 주파수를 수신하고, 상기 RFID 태그 고유 정보 저장부에 저장된 식별정보와 위치정보를 UHF 대역의 재전송 주파수에 포함시켜서 전송하는 기능을 수행하는 주파수 변조 제어부; 및 상기 이동로봇 장치로부터 전송된 UHF 대역의 주파수를 수신하고, 상기 주파수 변조 제어부에서 변조된 신호를 송출하는 송수신안테나; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게 상기 주파수 변조 제어부는, 피에스케이(PSK, Phase Shift Keying) 변조방식, 에프에스케이(FSK, Fequency Shift Keying) 변조방식, 또는 에이에스케이(ASK, Amplitude Shift Keying) 변조 방식인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 방법에 관한 것으로서, 로봇제어부가 RFID 태그장치로부터 식별정보와 위지정보가 포함된 UHF대역의 주파수를 송수신 안테나를 통해 수신하여 제 1RFID 태그장치와 제 2 RFID 태그장치를 검출하는 제1과정; 상기 로봇제어부가 송신전력발생부의 송신전력을 제어하고, UHF 대역의 주파수 전력을 제1, 제2 RFID 태그장치가 미 검출되는 시점에 이를 때까지 감쇄시키고, 미 검출되는 시점의 UHF 대역의 주파수를 이용하여 제1, 제2 RFID 태그장치의 거리와 방향을 측정하는 제2과정; 상기 로봇제어부가 제 1, 제2 RFID 태그장치의 거리 및 방향을 이용하여 현재 위치를 계산하는 제3과정; 및 상기 로봇제어부가 계산된 현재 위치와 로봇메모리에 저장된 랜드마크를 이용하여 기 설정된 경로로 이동하도록 로봇동작부를 제어하는 제4과정; 을 포함한다.
바람직하게 상기 제1과정은, (1-1) 상기 로봇제어부가 제1 RFID 태그장치를 검출하기 위하여 RFID 리더로 하여금 UHF대역의 주파수를 발생하도록 하는 단계; (1-2) 제 1RFID 태그장치는 UHF 대역의 주파수에 식별정보와 위치정보를 포함하여 재송출하면, 로봇제어부가 상기 제 1 RFID 태그장치에서 재송출된 UHF 대역의 주파수를 송수신 안테나를 통해 수신하는 단계; (1-3) 상기 로봇 제어부가 UHF 대역의 주파수에 포함된 식별정보와 위치정보를 이용하여 제1 RFID 태그장치를 검출하는 단계; (1-4) 상기 로봇제어부가 상기 제1 RFID 태그장치 검출에 이용한 UHF 대역의 주파수를 로봇메모리부에 저장하는 단계; (1-5) 상기 로봇제어부가 상기 제1 RFID 태그장치와 RFID리더가 대향 되도록 로봇동작부를 작동시키는 단계; (1-6) 제 1RFID 태그장치와 RFID리더가 대향 되면, 상기 로봇제어부가 송신전력발생부의 송신전력을 제어하여 상기 제1 RFID 태그장치의 검출시 발생한 UHF 대역의 주파수를 증폭하는 단계; (1-7) 상기 로봇제어부가 제 2 RFID태그장치 검출을 위하여 증폭된 UHF 대역의 주파수를 송수신 안테나를 통해 송출하는 단계; 및 (1-8) 상기 제 2RFID 태그장치는 UHF대역의 주파수에 식별정보와 위치정보를 포함하여 재송출하면, 상기 로봇제어부가 상기 송수신 안테나가 상기 제 2 RFID 태그장치에서 재송출된 UHF 대역의 주파수를 수신하였는지 여부를 판단하여, 재 송출된 UHF 대역의 주파수를 수신한 경우, 상기 로봇제어부는 UHF 대역의 주파수에 포함된 식별정보와 위치정보를 이용하여 제2 RFID 태그장치를 검출하고, 재 송출된 UHF 대역의 주파수를 수신하지 아니한 경우, 로봇 제어부는 상기 (1-6)단계로 절차를 이행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 제2과정은, (2-1) 상기 로봇제어부가 상기 송신전력발생부를 이용하여 제2 RFID태그장치의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 미 검출되는 시점까지 감쇄시키는 단계; (2-2) 상기 로봇제어부가 상기 제 2 RFID 태그장치의 검출이 되지 않는 시점의 UHF 대역 주파수를 측정하는 단계; (2-3) 상기 미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 이용하여 상기 로봇제어부가 상기 제 2 RFID태그장치의 거리 및 방향을 측정하는 단계; (2-4) 상기 로봇제어부가 로봇메모리에 저장된 제 1 RFID 태그장치의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 로딩하는 단계; (2-5) 상기 로봇제어부가 상기 송신전력발생부를 이용하여 상기 제1 RFID태그장치 의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 미 검출되는 시점까지 감쇄시키는 단계; (2-6) 상기 로봇제어부가 상기 제 1 RFID 태그장치의 검출이 되지 아니하는 시점의 UHF 대역 주파수를 측정하는 단계; 및 (2-7) 미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 이용하여 상기 로봇제어부가 상기 제 1 RFID태그장치의 거리 및 방향을 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게 상기 제3과정은, 상기 로봇제어부가 삼각측정법에 의해 현재 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동로봇의 위치 인식시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치인식 시스템의 구성도를 나타내고 있다.
본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템은 이동경로의 식별정보와 위치정보를 저장하고, 식별 코드의 발생, 주파수 수신, 주파수 변조 ,주파수를 수신하여 반사파 형태로 주파수 재송신 및 DC전압 발생 등의 기능을 수행하는 RFID 태그장치(100)와 상기 RFID태그장치(100)의 위치정보와 식별정보를 수신하여 현재의 위치를 파악한 후 기 설정된 경로로 이동하고, 명령동작을 수행 하는 이동로봇장치(200)를 포함한다.
더욱 구체적으로, 상기 RFID 태그장치(100)는 RFID 태그 정보 저장부(110), 주파수 변조 제어 부(120) 및 송수신안테나(130)를 포함한다.
상기 RFID 태그 정보 저장부(110)는 식별자 정보와 위치정보를 저장한다.
본 실시예에서 상기 RFID 태그 정보 저장부(110)에 저장된 식별자정보 와 위치정보를 저장하는 방식은 ROM으로 설정하였으나, PROM을 이용한 한번 읽고 쓰기가 가능한 write once read many형, EPROM을 이용한 여러 번 읽고 쓰기가 가능한 read/write형으로 구비될 수 있다.
또한 상기 주파수 변조 제어부(120)는 UHF 대역의 주파수를 수신하고, 상기 RFID 태그 고유 정보 저장부(110)에 저장된 식별정보와 위치정보를 UHF 대역의 재전송 주파수에 포함시켜서 전송하는 기능을 수행한다.
본 실시예에서 상기 주파수 변조 제어부(120)는 고 효율과 큰 변조신호파워의 특성을 가진 PSK(Phase Shift Keying) 변조방식으로 설정하였으나, FSK(Fequency Shift Keying), ASK(Amplitude Shift Keying)변조 방식을 사용할 수 있다.
그리고 상기 송수신안테나(130)는 이동로봇 장치(200)로부터 전송된 UHF 대역의 주파수를 수신하고, 상기 주파수 변조 제어부(120)에서 변조된 신호를 송출한다.
그리고, 상기 이동로봇장치(200)는 RFID리더(210), 로봇제어부(220), 송신전력발생부(230), 로봇메모리부(240), 로봇동작부(250), 송수신안테나(260)을 포함한다.
더욱 구체적으로, 상기 RFID리더(210)는 UHF대역의 주파수를 발생하고, 재전송된 주파수를 복조하여 신호의 세기 및 도착시간, 수신방향을 포함하는 위치정보 를 획득하고, UHF대역의 주파수를 감쇄 또는 증폭하여 전송한다.
또한 상기 로봇제어부(220)는 수신된 주파수를 복조하여 RFID 태그장치(100)의 거리와 방향을 측정하고, 2개 이상의 RFID 태그장치(100)의 거리와 방향을 삼각측정법에 적용하여 현재위치를 계산하고, 미리 저장된 랜드 마크와 비교하여 현재 이동경로를 추정하여 이동로봇의 주위환경에 대한 지도를 작성하고, 주위 물체에 대한 위치를 판단하고, 이동로봇이 자율 주행하도록 이동제어신호를 발생하고, 송신 전력 발생부(230)의 송신전력을 제어하여 RFID 태그장치(100)의 거리와 방향을 측정한다.
상기 로봇제어부(220)가 거리와 방향을 측정하는 방법은 신호의 세기가 거리에 따라 감쇄되는 원리를 이용한다. 상기 RFID 태그장치(100)와 RFID 리더(210) 사이의 거리가 R이라하면 1/
Figure 112006088431048-pat00001
의 함수로 수신된 신호의 세기가 감쇄된다, 지표면의 경우에는 1/
Figure 112006088431048-pat00002
의 함수로 수신된 신호의 세기가 감쇄되는 원리를 이용한다. 상기 RFID 리더(210)에서 발생한 주파수 발생시점을 기준으로 상기 RFID 태그장치(100)에서 반송된 주파수의 시간차이를 이용하여 거리를 측정하고, 송수신안테나(260)가 일정방향의 지향성에 대해 HPBW(Half Power Beam Width)와, 일정주파수를 중심으로 BandWidth를 분석하여 방향을 측정할 수 있다.
또한 상기 송신전력발생부(230)는 제 1 RFID 태그장치(100a) 검출 시점의 UHF 대역의 주파수를 감쇄 또는 증폭시키는 송신전력을 발생한다.
또한 로봇메모리부(240)는 랜드 마크를 저장하고, RFID 태그장치(100)가 검 출된 UHF 대역의 주파수 정보, 이동로봇의 현재위치와, 이동로봇의 추가적인 자율 이동경로를 저장한다.
또한 상기 로봇동작부(250)는 상기 이동제어신호를 수행하여 이동경로를 따라서 이동하는 수단을 제공한다.
그리고 송수신안테나(260)는 UHF 대역의 주파수를 송출하고, UHF 대역의 주파수를 수신한다.
이하 본 발명에 따른 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식시스템을 이용하여 이동로봇이 자율 주행하는 방법에 관해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템을 이용하여 이동로봇이 자율 주행하는 방법에 관한 전체적인 흐름을 도 2 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치인식방법에 대한 동작과정을 순차적으로 도시한 흐름도이며, 도 5는 본 발명에 의한 RFID 태그장치가 아파트에 설치되어 이동로봇이 아파트 내부를 주행하면서 현재위치를 측정하는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2 또는 도5에 도시된 바와 같이 제 1 과정에서, 로봇제어부(220)는 RFID 태그장치(100)로부터 식별정보와 위지정보가 포함된 UHF대역의 주파수를 송수신 안테나(260)를 통해 수신하여 제 1RFID 태그장치(100a)와 제 2 RFID 태그장치(100b)를 검출한다(S100).
제 2 과정에서, 로봇제어부(220)는 송신전력발생부(230)의 송신전력을 제어하고, UHF 대역의 주파수 전력을 제1, 제2 RFID 태그장치(100a,100b)가 미 검출되는 시점에 이를 때까지 감쇄시키고, 미 검출되는 시점의 UHF 대역의 주파수를 이용하여 제1, 제2 RFID 태그장치(100a,100b)의 거리와 방향을 측정한다(S200).
제 3 과정에서, 로봇제어부(220)는 제 1, 제2 RFID 태그장치(100a, 100b)의 거리 및 방향을 삼각측정법에 적용하여 이동로봇의 현재 위치를 계산한다(S300).
본 실시예에서 이동로봇의 현재 위치를 계산하는 삼각 측정법은 도 6 에 도시된 바와 같이, 제1 RFID 태그장치(100a)의 거리
Figure 112006088431048-pat00003
과 방향
Figure 112006088431048-pat00004
, 제2 RFID 태그장치(100b)의 거리
Figure 112006088431048-pat00005
와 방향
Figure 112006088431048-pat00006
,을 이용하고, 제1 RFID 태그장치(100a)를 기준으로 제2 RFID 태그장치(100b)의 상대적 방향
Figure 112006088431048-pat00007
는
Figure 112006088431048-pat00008
으로 계산한다
이동로봇의 현재위치를 계산하는 식은 도 5을 참조하면 제1 RFID 태그장치(100a)와 로봇의 수평연장선에 제2 RFID 태그장치(100b)에서 수직의 법선으로 내린 거리
Figure 112006088431048-pat00009
은
Figure 112006088431048-pat00010
계산식에 의하여 계산할 수 있고, L1, L2 ΔL 을 이용하여 이동로봇의 현재위치는
Figure 112006088431048-pat00011
식으로 계산한다.
제 4 과정에서, 로봇제어부(220)는 계산된 현재 위치와 로봇메모리(240)에 저장된 랜드마크를 이용하여 기 설정된 경로로 이동하도록 로봇동작부(250)를 제어한다(S400).
상술한 제 1 과정에 대하여 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 방법에 관한 동작과정 중 제 1 과정에 대한 상세 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 과정은 로봇제어부(220)는 제1 RFID 태그장 치(100a)를 검출하기 위하여 RFID 리더(210)로 하여금 UHF대역의 주파수를 발생하도록 한다(S102).
제 1RFID 태그장치(100a)는 UHF 대역의 주파수에 식별정보와 위치정보를 포함하여 재송출하고, 로봇제어부(220)는 제 1 RFID 태그장치(100a)에서 재송출된 UHF 대역의 주파수를 송수신 안테나(260)를 통해 수신한다(S104).
로봇 제어부(220)는 UHF 대역의 주파수에 포함된 식별정보와 위치정보를 이용하여 제1 RFID 태그장치를 검출한다(S106).
상기 로봇제어부(220)는 제1 RFID 태그장치(100a) 검출에 이용한 UHF 대역의 주파수를 로봇메모리부(240)에 저장한다(S108).
상기 로봇제어부(220)는 제1 RFID 태그장치(100a)와 RFID리더(210)가 대향 되도록 로봇동작부(250)를 작동시킨다(S110).
제 1RFID 태그장치(100a)와 RFID리더(210)가 대향 되도록 고정한 후 로봇제어부(220)는 송신전력발생부(230)의 송신전력을 제어하여 제1 RFID 태그장치(100a)의 검출시 발생한 UHF 대역의 주파수를 증폭한다(S112)
상기 로봇제어부(220)는 제 2 RFID태그장치(100b) 검출을 위하여 증폭된 UHF 대역의 주파수를 송수신 안테나를 통해 송출한다(S114)
제 2RFID 태그장치(100b)는 UHF대역의 주파수에 식별정보와 위치정보를 포함하여 재송출하고, 로봇제어부(220)는 송수신 안테나(260)가 제 2 RFID 태그장치(100a)에서 재송출된 UHF 대역의 주파수를 수신하였는지 여부를 판단한다(S116).
상기 S116의 판단결과, 재 송출된 UHF 대역의 주파수를 수신한 경우, 상기 로봇제어부(220)는 UHF 대역의 주파수에 포함된 식별정보와 위치정보를 이용하여 제2 RFID 태그장치(100b)를 검출한다(S118).
상기 S116의 판단결과, 재 송출된 UHF 대역의 주파수를 수신하지 아니한 경우, 로봇 제어부(220)는 상기 제 S112단계로 절차를 이행한다.
다음으로 제 2 과정에 대하여 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4 는 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 방법에 관한 동작 과정 중 제 2과정에 대한 상세한 흐름도이다.
상기 제 2과정은 도 4에 도시된바와 같이 로봇제어부(220)는 송신전력발생부(230)를 이용하여 제2 RFID태그장치(100b)의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 미 검출되는 시점까지 감쇄시킨다(S202).
상기 로봇제어부(220)는 제 2 RFID 태그장치(100b)가 미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 측정한다(S204).
미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 이용하여 상기 로봇제어부(220)는 제 2 RFID태그장치(100b)의 거리 및 방향을 측정한다.(S206).
상기 로봇제어부(220)는 로봇메모리(240)에 저장된 제 1 RFID 태그장치(100a)의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 로딩한다(S208).
상기 로봇제어부(220)에서 송신전력발생부(230)를 이용하여 제1 RFID태그장치(100a)의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 미 검출되는 시점까지 감쇄시킨다(S210).
상기 로봇제어부(220)는 제 1 RFID 태그장치(100a)가 미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 측정한다(S212).
미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 이용하여 상기 로봇제어부(220)는 제 1 RFID태그장치(100a)의 거리 및 방향을 측정한다.(S214)
이상에서 설명한 본 고안은, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템 및 방법에 의하면 자율주행 하는 이동로봇이 UHF 대역의 주파수를 이용하여 원거리에서도 RFID 태그를 인식할 수 있고, RFID 송신전력을 조절하여 이동로봇의 현재위치를 정확하게 파악함과 동시에 실시간으로 현재 위치를 빠르게 검출할 수 있다.
그리고, RFID를 이용한 이동 로봇의 위치 인식 시스템 및 방법에 의하면 이동로봇의 이동경로에 소수의 RFID 태그를 사용함으로써 설치공간의 제약과 설치비용의 낭비를 제거할 수 있다.

Claims (7)

  1. RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템에 있어서,
    이동경로의 식별정보와 위치정보를 저장하고, 식별 코드의 발생, 주파수 수신, 주파수 변조, 주파수를 수신하여 반사파 형태로 주파수 재송신 및 DC전압 발생 의 기능을 수행하는 RFID 태그장치(100); 및
    상기 RFID태그장치(100)의 식별정보와 위치정보를 수신하여 현재의 위치를 파악한 후 기 설정된 경로로 이동하고, 명령동작을 수행하는 이동로봇장치(200); 를 포함하되,
    상기 이동로봇장치(200)는,
    UHF대역의 주파수를 발생하고, 재전송된 주파수를 복조하여 신호의 세기 및 도착시간, 수신방향을 포함하는 위치정보를 획득하고, UHF대역의 주파수를 감쇄 또는 증폭하여 전송하는 RFID리더(210);
    수신된 주파수를 복조하여 RFID 태그장치(100)의 거리와 방향을 측정하고, 2개 이상의 RFID 태그장치(100)의 거리와 방향을 삼각측정법에 적용하여 현재위치를 계산하고, 미리 저장된 랜드 마크와 비교하여 현재 이동경로를 추정하여 이동로봇의 주위환경에 대한 지도를 작성하고, 주위 물체에 대한 위치를 판단하고, 이동로봇이 자율 주행하도록 제어하고, 송신전력을 제어하여 상기 RFID 태그장치(100)의 거리와 방향을 측정하는 로봇제어부(220);
    제 1 RFID 태그장치(100a) 검출 시점의 UHF 대역의 주파수를 감쇄 또는 증폭시키는 송신전력을 발생하는 송신전력발생부(230);
    랜드 마크를 저장하고, 상기 RFID 태그장치(100)가 검출된 UHF 대역의 주파수 정보, 이동로봇의 현재위치와, 이동로봇의 추가적인 자율 이동경로를 저장하는 로봇메모리부(240);
    상기 로봇제어부(220)의 제어에 의해 기 설정된 이동경로를 따라서 이동하는 로봇동작부(250); 및
    UHF 대역의 주파수를 송출하고, UHF 대역의 주파수를 수신하는 송수신안테나(260);를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RFID 태그장치(100)는,
    식별자 정보와 위치정보를 저장하는 RFID 태그 정보 저장부(110);
    UHF 대역의 주파수를 수신하고, 상기 RFID 태그 고유 정보 저장부(110)에 저장된 식별정보와 위치정보를 UHF 대역의 재전송 주파수에 포함시켜서 전송하는 기능을 수행하는 주파수 변조 제어부(120); 및
    상기 이동로봇 장치(200)로부터 전송된 UHF 대역의 주파수를 수신하고, 상기 주파수 변조 제어부(120)에서 변조된 신호를 송출하는 송수신안테나(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 변조 제어부(120)는,
    피에스케이(PSK, Phase Shift Keying) 변조방식, 에프에스케이(FSK, Fequency Shift Keying) 변조방식, 또는 에이에스케이(ASK, Amplitude Shift Keying) 변조 방식인 것을 특징으로 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 시스템.
  4. RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 방법에 있어서,
    로봇제어부(220)가 RFID 태그장치(100)로부터 식별정보와 위지정보가 포함된 UHF대역의 주파수를 송수신 안테나(260)를 통해 수신하여 제 1RFID 태그장치(100a)와 제 2 RFID 태그장치(100b)를 검출하는 제1과정;
    상기 로봇제어부(220)가 송신전력발생부(230)의 송신전력을 제어하고, UHF 대역의 주파수 전력을 제1, 제2 RFID 태그장치(100a,100b)가 미 검출되는 시점에 이를 때까지 감쇄시키고, 미 검출되는 시점의 UHF 대역의 주파수를 이용하여 제1, 제2 RFID 태그장치(100a,100b)의 거리와 방향을 측정하는 제2과정;
    상기 로봇제어부(220)가 제 1, 제2 RFID 태그장치(100a, 100b)의 거리 및 방향을 이용하여 현재 위치를 계산하는 제3과정; 및
    상기 로봇제어부(220)가 계산된 현재 위치와 로봇메모리(240)에 저장된 랜드마크를 이용하여 기 설정된 경로로 이동하도록 로봇동작부(250)를 제어하는 제4과정; 을 포함하는 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1과정은,
    (1-1) 상기 로봇제어부(220)가 제1 RFID 태그장치(100a)를 검출하기 위하여 RFID 리더(210)로 하여금 UHF대역의 주파수를 발생하도록 하는 단계;
    (1-2) 제 1RFID 태그장치(100a)는 UHF 대역의 주파수에 식별정보와 위치정보를 포함하여 재송출하면, 로봇제어부(220)가 상기 제 1 RFID 태그장치(100a)에서 재송출된 UHF 대역의 주파수를 송수신 안테나(260)를 통해 수신하는 단계;
    (1-3) 상기 로봇 제어부(220)가 UHF 대역의 주파수에 포함된 식별정보와 위치정보를 이용하여 제1 RFID 태그장치를 검출하는 단계;
    (1-4) 상기 로봇제어부(220)가 상기 제1 RFID 태그장치(100a) 검출에 이용한 UHF 대역의 주파수를 로봇메모리부(240)에 저장하는 단계;
    (1-5) 상기 로봇제어부(220)가 상기 제1 RFID 태그장치(100a)와 RFID리더(210)가 대향 되도록 로봇동작부(250)를 작동시키는 단계;
    (1-6) 제 1RFID 태그장치(100a)와 RFID리더(210)가 대향 되면, 상기 로봇제어부(220)가 송신전력발생부(230)의 송신전력을 제어하여 상기 제1 RFID 태그장치(100a)의 검출시 발생한 UHF 대역의 주파수를 증폭하는 단계;
    (1-7) 상기 로봇제어부(220)가 제 2 RFID태그장치(100b) 검출을 위하여 증폭된 UHF 대역의 주파수를 송수신 안테나를 통해 송출하는 단계; 및
    (1-8) 상기 제 2RFID 태그장치(100b)는 UHF대역의 주파수에 식별정보와 위치정보를 포함하여 재송출하면, 상기 로봇제어부(220)가 상기 송수신 안테나(260)가 상기 제 2 RFID 태그장치(100a)에서 재송출된 UHF 대역의 주파수를 수신하였는지 여부를 판단하여, 재 송출된 UHF 대역의 주파수를 수신한 경우, 상기 로봇제어부(220)는 UHF 대역의 주파수에 포함된 식별정보와 위치정보를 이용하여 제2 RFID 태그장치(100b)를 검출하고, 재 송출된 UHF 대역의 주파수를 수신하지 아니한 경우, 로봇 제어부(220)는 상기 (1-6)단계로 절차를 이행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    (2-1) 상기 로봇제어부(220)가 상기 송신전력발생부(230)를 이용하여 제2 RFID태그장치(100b)의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 미 검출되는 시점까지 감쇄시키는 단계;
    (2-2) 상기 로봇제어부(220)가 상기 제 2 RFID 태그장치(100b)의 검출이 되지 않는 시점의 UHF 대역 주파수를 측정하는 단계;
    (2-3) 상기 미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 이용하여 상기 로봇제어부(220)가 상기 제 2 RFID태그장치(100b)의 거리 및 방향을 측정하는 단계;
    (2-4) 상기 로봇제어부(220)가 로봇메모리(240)에 저장된 제 1 RFID 태그장치(100a)의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 로딩하는 단계;
    (2-5) 상기 로봇제어부(220)가 상기 송신전력발생부(230)를 이용하여 상기 제1 RFID태그장치(100a)의 검출에 사용된 UHF 대역의 주파수를 미 검출되는 시점까 지 감쇄시키는 단계;
    (2-6) 상기 로봇제어부(220)가 상기 제 1 RFID 태그장치(100a)의 검출이 되지 아니하는 시점의 UHF 대역 주파수를 측정하는 단계; 및
    (2-7) 미 검출되는 시점의 UHF 대역 주파수를 이용하여 상기 로봇제어부(220)가 상기 제 1 RFID태그장치(100a)의 거리 및 방향을 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제3과정은,상기 로봇제어부(220)가 삼각측정법에 의해 현재 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 이동로봇의 위치인식 방법.
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