KR100832840B1 - 조명 기구와 일체화된 위치 파악용 센서 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지능형 로봇용 위치파악시스템에서 실내 천정에 설치되는 위치 파악용 센서(비컨)를 실내의 조명 기구와 결합하여 설치함으로써 비컨 설치에 대한 사용자의 부담감을 해소하고 비컨 설치에 따라 미관을 해치는 것을 방지하도록 한 조명 기구를 이용한 위치 파악용 센서 장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 실내의 천정이나 벽에 부착되며, 조명등을 연결하기 위한 전등 브라켓, 그 전등 브라켓에 내장되며, 공급되는 전원으로 구동하여 3차원 공간의 로봇의 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하는 비컨을 구비하고, 상기 전등 브라켓에 교류 전원(AC전원)이 직접 공급되는 경우에 상기 교류 전원을 정류하여 직류 전압을 만드는 정류 회로부를 구비하며, 배터리를 사용하는 경우에는 배터리를 장착하기 위한 배터리 장착부를 구비하고, 전등 브라켓에 센서 구동용 직류전원을 공급하게 된다.

Description

조명 기구와 일체화된 위치 파악용 센서 장치{Positioning deduction sensor apparatus with lighting fixtures}

도 1은 본 발명에 의한 조명 기구와 일체화시킨 위치 파악용 센서 장치의 일 예를 보인 구조도.

도 2는 본 발명에서 직류 전원 공급 장치의 일 예를 보인 블록도.

도 3은 본 발명에서 배터리를 이용한 전원 공급 장치의 일 예를 보인 블록도.

도 4는 본 발명에서 센서의 타입에 따른 비컨의 설치 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110… 센서 구동 PCB

120… 센서

130… 전원 공급 라인

310, 410… 전등 브라켓

320… 정류 회로부

420… 배터리 장착부

610… 보호망

710… 유리

본 발명은 조명 기구를 이용하여 그곳에 일체화된 위치 파악용 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지능형 로봇용 위치파악시스템에서 실내 천정에 설치되는 위치 파악용 센서(비컨)를 실내의 조명 기구와 결합하여 일체화시켜 설치함으로써 비컨 설치에 대한 사용자의 부담감을 해소하고 비컨 설치에 따라 미관을 해치는 것을 방지하도록 한 조명 기구를 이용하여 그곳에 일체화되는 위치 파악용 센서 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 어떠한 환경 내에서 이동 물체가 어디에 위치하는지 모니터링 할 경우나 어떤 로봇에 지령을 할 경우 현재 자신의 위치를 알아야 한다. 위치 측정은 그 범위에 따라 실내와 실외로 구분되며, 측정 방법에 따라 상대 위치 측정 방법과 절대 위치 측정 방법으로 구분된다.

실외에서 상대 위치 측정 방법은 오도메터(Odometry) 센서를 이용한 방법, 관성 항법이 있으며, 실외에서 절대 위치 측정 방법은 GPS(Global Positioning Systems), 이정표 항법, 모델 정합법이 있다. 실내에서 상대 위치 측정 방법은 오도메터 센서를 이용한 방법, 광학 엔코더를 이용한 방법이 있고, 절대 위치 측정 방법은 비컨을 이용한 방법, RFID를 이용한 방법 이외에 바코드를 이용한 방법도 제안되고 있다.

현재 가장 실용성이 있으며 가장 많이 사용하고 있는 방법이 액티브 비컨을 이용한 방법이며, 국내외적으로 모바일 로봇의 위치인식에 대한 기술개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중 대표적인 것을 예로 들면 다음과 같다.

해외에는 ActiveBAT, Cricket, SpotON, Northstar 등이 있으며, 국내에는 (주) 나인티시스템의 iGS, ETRI의 StarLite, RIST의 StarGazer 등이 있다.

이를 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

ActiveBAT는 AT&T Cambridge(1998 ~ 1999)에서 개발한 방식으로, 1000㎡(3층)의 공간에 720개의 수신기를 천정에 설치하고 초음파를 이용한 위치 인식 시스템이다. 액티브 방식이고, DC 전원을 사용한다.

Criket은 MIT대의 Oxygen 프로젝트의 일환으로 개발된 방식으로, 천정에 비컨을 바둑판 모양으로 여러 개 배치하고 RF와 초음파를 동시에 발사하여 위치 인식을 한다. 액티브 방식이고 배터리 전원을 사용한다.

SpotON은 Portolano research project(Dept. of CSE, U.Washington)의 일환으로 개발된 시스템으로서, RF신호의 강도를 이용하여 Ad-hoc Location Sensing하는 방식이다. 다수의 비컨을 천정등에 부착해야한다. 액티브 방식이고 배터리 전원을 사용한다.

NorthStar는 미국의 Evolution Robotics사에서 개발한 제품으로, IR프로젝터와 비전(Vision)으로 구성되며 천정에 IR 프로젝트로 마크(Mark) 2개를 영사하여 로봇에 달려있는 비전카메라로 위치를 인식하는 시스템이며, 천정에 비컨이 없어도 되는 것이 장점이나 동작영역이 좁고, 정확도가 떨어지고 햇볕이나 조명등에 취약 하다. 액티브 방식이고 교류 전원(AC전원)을 사용한다.

다음으로, StarLite는 국내 ETRI에서 개발한 것으로, 앞서 기술한 NorthStar가 적외선의 반사를 이용한 반면, 이 방식은 천정에 적외선 비컨을 2개 부착하는 액티브 비컨 방식이다. 즉, IR 에미터(emitter)와 비전으로 구성되어 있으며, NorthStar의 단점을 보완한 것으로 볼 수 있다. 액티브 방식이며 직류 전원(DC전원)을 사용한다.

StarGazer는 국내 RIST(포항산업과학연구원)에서 개발한 제품으로 로봇에서 로봇에 장착되어 있는 IR 에미터에서 적외선을 송신하고 천정에 부착되어 있는 패시브 마크(Passive Mark)에서 반사되는 것을 다시 로봇에 장착되어있는 카메라가 감지하여 위치 인식을 한다. 이 방식은 패시브 마크를 이용한다는 장점이 있으나 동작 영역이 좁고 NorthStar와 마찬가지로 반사파를 이용하기 때문에 같은 문제점이 있다. 패시브 방식을 사용하며 전원 공급이 필요 없다.

IGS는 본 특허 출원인이 개발한 시스템으로, RF와 초음파 센서로 되어있는 액티브 비컨 방식이다. 천정에 비컨을 4개 정보 부착하고 로봇에는 수신기를 부착한다. 비교적 넓은 지역에서 동작하고 정밀도가 높은 것이 장점이다. 액티브 방식이며 직류전원을 사용한다.

이상 국내외 기술을 살펴본 바와 같이, RFID와 바코드 및 Stargazer만이 패시브 방식인데 이들은 아직 실용화에는 문제점이 많은 상태이고, 실용성이 있는 방식은 대부분 액티브 비컨 방식으로 모두 천정에 PCB형태의 비컨을 설치하고 전원을 공급해 주어야 한다. 전원공급 방식에는 배터리를 이용하는 방식과 전원코드로 직 류(또는, 교류) 전원을 공급하는 방식이 있다. 배터리는 6개월 이상 1년 정도 사용하기를 요구하기 때문에 저전력 소모 설계가 쉽지 않다.

또한, 비컨을 천정이나 벽에 설치하려면 건물의 미관을 고려하지 않을 수 없고, 가정이나 실내장식이 되어있는 곳에서는 대단히 큰 거부 반응을 일으키기 때문에 설치에 어려움이 있는 실정이며, 여기에 유선으로 전원을 공급하는 경우는 설치에 어려움이 발생한다. 더우기 실내 공간에서 비컨의 노출이나 손에 닿게 쉬운 장소 또는 그 밖에 파손의 가능성 등이 있는 곳도 피해야 하는 어려움이 따른다.

따라서 본 발명은 액티브 비컨 사용시 발생하는 설치의 어려움과 미관에 따른 사용자의 거부감을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 특히 알려져 있는 조명기구와 위치파악센서의 일체화에 관한 것인 바, 본 발명의 목적은, 지능형 로봇용 위치파악시스템에서 실내 천정에 설치되는 위치 파악용 센서(비컨)를 실내 조명 기구를 활용하여 이곳에 일체화 되는 결합하여 설치함으로써 비컨 설치에 대한 사용자의 부담감을 해소하고 비컨 설치에 따라 미관을 해치는 것을 방지하도록 한 조명 기구를 이용하여 그 조명기구에 일체화되는 위치 파악용 센서 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 "조명 기구와 일체화된 위치 파악용 센서 장치"는,

실내의 천정이나 벽에 부착되며, 조명등을 연결하기 위한 전등 브라켓과;

상기 전등 브라켓에 내장되며, 공급되는 전원으로 구동하여 3차원 공간의 로봇의 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하는 비컨을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 위치 신호는 초음파 신호, 적외선 신호, RF신호중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기에서 비컨은, 상기 전등 브라켓에 교류 전원(AC전원)이 직접 공급되는 경우에 상기 교류 전원을 정류하여 직류 전압을 만드는 정류 회로부를 포함한다.

또한, 상기 비컨은 배터리를 사용하는 경우에, 상기 배터리를 장착하기 위한 배터리 장착부를 구비하여, 상기 전등 브라켓에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 비컨은,

상기 공급 전원으로 센서를 구동하는 센서 구동 PCB와;

상기 센서 구동 PCB와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서를 포함한다.

상기 비컨은 초음파 센서를 사용하는 경우 안전을 위하여 보호망을 추가로 부착하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 위치 파악용 센서(비컨)는 천정에 매입된 상태의 조명 기구에 일체화시켜 설치될 수 있으며, 또한 천정에 다른 간섭이 있어 매입할 수 없거나 천정이 높을 경우 자바라 타입의 조명 기구에 일체화시켜 위치 파악용 센서를 결합시켜 설치될 수 있다.

두 가지 경우 모두 실내 조명으로 사람들에게 익숙한 디자인이며, 주위에 있는 조명과 함께 전원 공급이 가능한 형태이다.

도 1은 본 발명에 의한 조명 기구를 이용한 위치 파악용 센서 장치의 일 예를 보인 구조도 이다. 도 2는 본 발명에서 직류 전원 공급 장치의 일 예를 보인 블록도 이다. 도 3은 본 발명에서 배터리를 이용한 전원 공급 장치의 일 예를 보인 블록도 이다. 도 4는 본 발명에서 센서의 타입에 따른 비컨의 설치 예시도를 보인 것이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 조명 기구를 이용하여 이곳에 일체화되는 위치 파악용 센서 장치는, 공급 전원으로 센서를 구동하는 센서 구동 PCB(인쇄회로기판)(110)가 조명 케이스(210)에 내장되고, 상기 센서 구동 PCB(110)에는 위치 신호를 발생하는 센서(120)가 접속된다. 도면 중 미설명 부호 130은 전원을 공급해주는 전원 공급 라인을 나타낸다.

여기서 위치 신호는 초음파 신호, 적외선 신호, RF신호중 어느 하나이며, 이를 위해서는 상기 센서(120)를 초음파 센서 또는 적외선 센서 또는 RF센서 중 어느 하나로 구현하면 된다.

센서(120)가 공급 전원으로 직류 전원(DC전원)을 사용하는 경우, 도 1과 같 이 별도의 전원 공급 라인(130)이 필요하게 된다. 여기서 센서(120)가 할로겐 등과 같은 DC 24V를 사용하는 경우에는 기존의 전등 케이스를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 조명 기구가 교류 전원을 직접 이용하는 경우에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 전등 브라켓(310)에 교류 전원(AC전원)이 직접 공급되는 경우이므로 상기 교류 전원을 정류하여 직류 전압을 만드는 정류 회로부(320)를 구비하고, 상기 센서(120)에 구동용 전원을 공급해주는 것이 바람직하다.

다른 방법으로, 비컨이 배터리를 사용하는 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이, 배터리를 장착하기 위한 배터리 장착부(420)를 별도로 구비하고, 상기 전등 브라켓(410)에 직류 전원을 별도로 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 센서(120)가 초음파 센서일 경우에는 개방형이 되어야 하기 때문에 도 4에 도시한 바와 같이, 일반조명등(800)을 기준으로, 보호망(610)을 부착하여 안전에 대비하고, 상기 센서(120)가 적외선이나 RF만을 이용하는 경우에는 기존 전구와 같이 유리(710)를 이용하여 제작 및 사용할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따르면 다양한 형태의 조명기구에 위치 파악용 센서가 일체화되는 다양한 형태로 설치가 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 각각 독립된 구성을 갖는 상이한 구조에 해당하는 조명기구와 위치파악센서를 효과적으로 일체화시켜 조명기구와 일체화함으로서, 설치에 따른 부담과 거부감을 제거할 수 있음과 동시에 인테리어 효과도 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 조명 기구를 설치할 때 위치 파악용 센서를 일체화시켜 동시에 설치하면 설치에 대한 부담을 줄일 수 있으며, 비컨 자체를 할로겐 등의 안정기 전원을 그대로 이용하여 직접 구동하게 하면 기존에 나와 있는 다양한 전구모양과 규격으로 센서를 만들어 조명기구 케이스를 그대로 이용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 전술한 바와 같이 기존에 나와 있는 다양한 전구모양과 규격으로 센서를 만들게 되면, 사무실이나 공공 건물 또는 가정에 전등이 이미 여러 개가 설치된 경우에는 전구 대신에 센서로 교체가능하므로 센서 설치가 간단해지는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 실내의 천정이나 벽에 부착되며, 조명등을 연결하기 위한 전등 브라켓과,

   상기 전등 브라켓에 내장되며, 공급되는 전원으로 구동하여 3차원 공간의 로봇의 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하는 비컨을 포함하여 이루어지며,

   상기 비컨은 배터리를 사용하는 경우에, 상기 배터리를 장착하기 위한 배터리 장착부를 구비하고, 상기 전등 브라켓에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 조명 기구와 일체화된 위치 파악용 센서 장치.
5. 실내의 천정이나 벽에 부착되며, 조명등을 연결하기 위한 전등 브라켓과,

   상기 전등 브라켓에 내장되며, 공급되는 전원으로 구동하여 3차원 공간의 로봇의 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하는 비컨을 포함하여 이루어지며,

   상기 비컨은,

   상기 공급 전원으로 센서를 구동하는 센서 구동 PCB와,

   상기 센서 구동 PCB와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 기구와 일체화된 위치 파악용 센서 장치.
6. 실내의 천정이나 벽에 부착되며, 조명등을 연결하기 위한 전등 브라켓과,

   상기 전등 브라켓에 내장되며, 공급되는 전원으로 구동하여 3차원 공간의 로봇의 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하는 비컨을 포함하여 이루어지며,

   상기 비컨은, 상기 공급 전원으로 센서를 구동하는 센서 구동 PCB와,

   상기 센서 구동 PCB와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서를 포함하고,

   상기 비컨은 초음파 센서를 사용하는 경우 안전을 위하여 보호망을 추가로 부착하는 것을 특징으로 하는 조명 기구와 일체화된 위치 파악용 센서 장치.

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