KR100833255B1 - 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 위치인식방법 - Google Patents

지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 위치인식방법 Download PDF

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    • G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means

Abstract

본 발명은 거리 분해력이 우수하고, 다중 경로 간섭에 강하며, 장애물이 있는 경우에도 수신이 가능하도록 1ns(one nano-seconds) 이하의 시간 폭이 짧은 펄스신호를 이용하여 지능형 모바일 로봇의 위치를 인식할 수 있는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법을 개시한다. 상기 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템은, 위치인식 처리장치 및 3개의 위치인식 보조장치를 구비한다. 상기 위치인식 처리장치는, 로봇에 장착되어 로봇인식 펄스신호를 송출하고 3개의 위치인식 펄스신호들을 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하고 저장한다. 상기 3개의 위치인식 보조장치는 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 제1위치인식 펄스신호 내지 제3위치인식 펄스신호를 각각 생성한다. 상기 펄스신호의 펄스폭은 1 나노 초(one nano seconds) 이하의 폭을 가진다.

Description

지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 위치인식방법{Position recognition system on Intelligent Mobile Robot and the method used on the system}
도 1은 로봇의 위치와 방향을 측정하는 위치인식시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템의 일실시예이다.
도 3은 도 2에 도시된 메인 프로세서의 블록다이어그램의 일실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템의 다른 일실시예이다.
도 5는 도 4에 도시된 메인 프로세서의 블록다이어그램의 일실시예이다.
도 6은 도 2에 도시한 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템을 운용하는 예를 나타낸다.
도 7은 도 4에 도시한 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템을 운용하는 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법의 일실시예에 대한 신호흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법의 다른 일실시예 에 대한 신호흐름도이다.
본 발명은 위치인식 시스템 및 위치인식방법에 관한 것으로, 특히 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법에 관한 것이다.
가까운 미래에는 유비쿼터스(Ubiquitous) 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 통해 새롭고 다양한 서비스가 창출될 것이다. 특히, 언제 어디서나 사람과 사물이 동일한 객체 또는 객체들의 위치를 인식하고 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 환경에서, 로봇의 위치를 인식하는 것은 기본적이며 중요한 기술 중의 하나이다.
종래에는 로봇들이 제한된 작업 공간에서 업무를 처리하는 산업분야에 주로 사용되어 졌기 때문에 로봇의 위치를 인식하는 정밀도가 그다지 중요하지 않았다. 그러나 모바일(Mobile) 로봇은 이동하면서 다양한 업무를 수행하기 때문에, 산업 분야뿐만 아니라 가정에서도 광범위하게 적용될 수 있다. 특히 모바일 로봇은 너무 위험하거나 사람이 접근하기 어려운 환경에서, 인간을 대신하여 작업을 수행할 수도 있고, 반복되는 업무를 용이하게 할 수 있다. 따라서 어떤 환경 내에서 모바일 로봇에 지령을 할 경우 현재 로봇의 위치를 정확하게 인식하고 있어야 한다.
위치의 측정은 그 범위에 따라 실내와 실외, 측정 방법에 따라 상대위치 측 정방법과 절대위치 측정방법으로 크게 구분할 수 있다. 상대위치인식은 대표적으로 추측항법(Dead Reckoning)을 기본으로 한다. 추측항법은 주로 로봇의 바퀴의 회전량을 이용하여 위치를 추정한다. 이러한 방법은 간단하고 개발하는데 비용이 적게 들며 실시간으로 위치를 계산하기 쉽다는 장점이 있다. 그러나 바퀴의 지면과의 마찰 및 미끄러짐 등에 의하여 위치에러가 항상 발생하고 이러한 위치에러는 계속하여 축적된다는 단점이 있다. 절대위치인식 방법은 대개 항법표지(navigation beacons), 능동 또는 수동 랜드마크(active or passive landmarks), 지도나 위성을 근거로 한 항법신호(map matching or satellite based navigation signals)를 사용한다. 상대위치인식 방법의 문제점들을 개선한 절대위치인식 방법 중 하나는 GPS(Global Positioning System)이다.
GPS는 오로지 실외 환경에서만 사용될 수 있고 모바일 로봇에 적용하기에는 위치에 대한 오차가 너무 크다는 단점이 있다. 모바일 로봇이 자기 위치를 인식하기 위해 고가의 레이저 스캐너(Laser Scanner)를 사용하여 주변의 형상을 추출하고 미리 저장된 맵 정보(Map Information)와 비교하여 자신의 위치를 찾아내는 방법이 있으나, 주변 환경이 너무 단순하여 구분이 쉽지 않을 경우 또는 이동을 방해하는 장애물이 많은 경우에는 적용이 불가능하다. 이러한 단점을 보완하기 위해 천정에 다양한 형상의 랜드마크(landmark)를 부착하고 카메라로 이를 인식하는 기술을 활용하고 있으나 이 또한 영상인식의 불확실성 및 천정의 높이가 높거나 장애물 때문에 상기 랜드마크가 가려질 경우 적용이 쉽지 않다는 문제점이 있다.
최근에는 적외선, RF(Radio Frequency), 초음파 등을 이용하는 방식이 제안 되었는데, 상기 신호들을 감지할 수 있는 센서를 통해 수신된 신호의 도달 시간 및 각도(Angle) 정보를 활용해 실내에서 자기 위치 좌표를 인식하는 것이다.
실내 환경에서는 로봇의 위치와 방향을 측정하기 위하여, 초음파를 이용한 초음파 센서를 구비하는 시스템을 로봇에 설치하여 사용하는 것이 일반적이다. 이 시스템은 3개의 고정된 신호발생기로부터 일정한 정보를 수집하여 자신의 위치를 측정하는 방법이다.
도 1은 로봇의 위치와 방향을 측정하는 위치인식시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면 상기 위치인식시스템은, 적어도 3개의 고정된 신호발생기들(원)을 구비하며, 상기 고정된 신호발생기들(원) 중 3개의 고정된 신호발생기들로부터 출력되는 신호를 이용하여 삼각측량법으로 로봇(X)의 위치를 인식한다.
즉, 3개의 고정된 곳(원)에서 서로 다른 주파수를 가지는 3개의 초음파를 발신하도록 하고, 이를 수신할 수 있는 수신기를 로봇에 설치하여 사용한다. 로봇의 위치와 이동 방향은 초음파 스캔 데이터로부터 획득된 표지들(beacons)의 기하학적 파라미터로부터 결정된다. 이 방식은 초음파 발생기로부터 발생되는 직접파를 처리하므로 잡음에 강하고 빠른 계산이 가능한 매우 실용적이다. 그러나 이러한 시스템은 로봇의 위치를 인식하기 위해서는 스캐닝을 해야 하기 때문에 실시간 처리를 할 수 없다. 특히 다중 경로반사가 많고 장애물에 의한 신호 수신 불가능 등의 원인이 존재하는 실내 환경에서는, 상술한 신호 및 센서를 이용하여 얻을 수 있는 위치 인식 정보가 정확하지 못하다는 단점이 존재한다.
도 1을 참조하여, 종래의 문제점을 요약하면,
1. 신호발생기(원)를 장애물(사각형)에 의해 방해받지 않는 위치(상층부)에 설치하여야 한다.
2. 상층부에 설치하더라도 신호의 송수신 경로에 장애물이 있으면 정확한 위치를 측정하기 어렵다.
3. 초음파 또는 적외선과 같은 주파수신호를 사용하기 때문에, 송수신기를 로봇의 외부에 설치하여야 하며 내장할 수 없다.
4. 초음파 또는 적외선과 같은 주파수신호를 사용하기 때문에, 벽과 같이 상기 신호들이 통과할 수 없도록 구분된 하나의 공간에는 신호발생기(원)를 별도로 설치하여야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 거리 분해력이 우수하고, 다중 경로 간섭에 강하며, 장애물이 있는 경우에도 수신이 가능하도록 1ns(one nano-seconds) 이하의 시간 폭이 짧은 펄스신호를 이용하여 사물의 위치를 인식할 수 있는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 장애물에 방해받지 아니하는 1ns 이하의 시간 폭이 짧은 펄스신호를 이용하므로 위치인식 처리장치 및 위치인식 보조장치를 내장할 수 있는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 위치인식 처리장치를 위치인식 보조장치로 이용할 수 있도록 구성하여 위치인식의 효율을 높일 수 있는 지능 형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일면(one aspect)에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템은, 위치인식 처리장치 및 3개의 위치인식 보조장치를 구비한다. 상기 위치인식 처리장치는, 로봇에 장착되어 로봇인식 펄스신호를 송출하고 3개의 위치인식 펄스신호들을 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하고 저장한다. 상기 3개의 위치인식 보조장치는 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 제1위치인식 펄스신호 내지 제3위치인식 펄스신호를 생성한다. 상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 3개의 위치인식 펄스신호의 펄스폭은 1 나노 초(nano seconds) 이하이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면(the other aspect)에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템은, 위치인식 처리장치 및 위치인식 보조장치를 구비하며, 상기 위치인식 처리장치 및 상기 위치인식 보조장치의 합은 모두 4이다. 상기 위치인식 처리장치는, 하나의 로봇에 장착되어 로봇인식 펄스신호를 송출하고 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 3개의 위치인식 펄스신호를 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하거나, 다른 로봇으로부터 발생된 다른 로봇인식 펄스신호에 응답하여 위치인식 펄스신호를 생성한다. 상기 위치인식 보조장치(470-a, 470-b)는, 상기 로봇이 이동하게 될 장소에 설치되며, 적어도 하나의 로봇인식 펄스신호에 응답하여 이에 대응되는 상기 위치인식 펄스신호를 생성한다. 상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 위치인식 펄스신호의 폭은 1ns(nano econds) 이하이다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법은, 로봇인식 펄스신호 송신단계, 위치인식 펄스신호 처리단계 및 로봇위치 계산 및 저장단계를 구비한다. 상기 로봇인식 펄스신호 송신단계는 로봇인식 펄스신호를 송신하고 송신시간을 저장한다. 상기 위치인식 펄스신호 처리단계는 3개의 위치인식 펄스신호를 수신하고, 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 것인가를 판단한다. 상기 로봇위치 계산 및 저장단계는 상기 3개의 위치인식 펄스신호에 포함된 정보를 이용하여 로봇의 현재위치를 계산하고 저장한다. 상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 3개의 위치인식 펄스신호의 펄스폭은 1 나노 초(nano seconds) 이하이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
종래의 무선 통신기술들은 반송파라 불리는 캐리어(carrier)신호의 주파수(Frequency), 파형(Waveform) 또는 크기(Amplitude) 등을 변화시켜 정보를 전달한다. 상기와 같이 신호의 주파수, 파형 또는 크기를 변화시키는 것을 신호의 변조(Modulation)이라 하는데, 변조되어 송신된 신호는 이를 수신하는 수신단에서 복조(De-Modulation)되어야 인식이 가능하게 된다. 따라서 상기와 같은 통신 방식은 신호의 변조 및 복조라는 과정이 필수적으로 수반되어야 하고, 상기 과정을 실제로 구현하는데 필요한 회로가 간단한 것도 아니다. 따라서 종래에 사용되던 무선 통신기술을 로봇의 위치인식 시스템에 바로 적용하기는 힘들다.
무선 통신기술에서 송신하고자 하는 신호를 변조하는 이유는 송신한 신호가 목적지에 손실 없이 잘 도달하게 하려고 하는 것과 송신한 신호에 포함된 정보를 정확하게 복원할 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉 송신되는 신호의 주파수, 파형 및 크기는 송수신하는데 있어서 중요한 고려 사항이 된다.
본 발명에서는 모바일 로봇과 같이 이동이 가능한 물체의 위치를 인식하는데 적용되는 삼각측정법에 있어서, 사용하는 신호로 펄스(Pulse) 신호를 사용할 것을 제안한다. 펄스는 신호의 폭(Pulse Width)이 좁지만 크기(Amplitude)를 조절함으로서 전달하고자 하는 에너지를 얼마든지 표현할 수 있으므로, 일반적인 정현파(Sinusoid) 신호 또는 구형파(Rectangular) 신호에 비해 주파수를 상당히 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 1 나노초(one nano second, ns)이하의 펄스폭을 가지는 펄스신호를 사용할 것을 제안하는데, 1 나노초의 펄스폭을 가지는 펄스신호는 주파수 축 상에서 보면, 수 GHz(Giga Hertz)에 거친 초 광대역 신호이다. 이정도 주파수의 신호는 종래에 무선통신에서 사용하는 무선신호 등과 비교하면 그 대역폭이 상당히 크다. 예를 들면 중심주파수가 2.4GHz이고 대역폭이 1.2GHz인 신호를 생각하면 비대역폭은 50%가 된다. 1 나노초 이하의 펄스를 이용하여 통신을 할 때, 1 나노초 이하의 펄스열을 베이스 밴드(Base band) 신호로서 송신하면서, 시간 축 상의 펄스의 위치 및 위상을 바꿈으로서 상기 펄스열에 일정한 정보를 실을 수 있다.
여기서 펄스의 위치를 이용하여 정보를 싣는 경우, 펄스의 위치가 이미 정해진 자리에 있는 경우에는 디지털 데이터 "0"으로, 펄스의 위치가 일정한 시간 예를 들면 수백 피코초(pico-seconds) 정도 떨어진 곳에 있는 경우에는 디지털 데이터 "1"로 인식하는 것이다. 펄스의 위치 및 위상에 이진 데이터를 인코딩하는 경우에는 펄스의 시간 도메인에서 펄스 위치를 100ps 단위로 위치를 변경시켜 "0"과 "1"을 표현하는 펄스위치변조(Pulse Position Modulation) 방식을 사용하거나 위상을 바꿔 전송하는 2상 위상 변조(Bi-Phase Modulation) 방식을 사용한다. 경우에 따라서는 펄스 진폭 변조(Pulse Amplitude Modulation) 방식을 사용한다.
1 나노초의 펄스폭을 가지는 펄스신호를 이용하는 통신방법은, 아래의 5가지 정도의 커다란 장점이 있다.
첫째는 송신출력의 전력 스펙트럼 밀도가 낮다.
둘째는 복수 경로 간섭에 내성이 있다.
셋째는 초고속전송이 가능하다.
넷째는 송수신회로를 간단하게 구현할 수 있다.
다섯째는 상기 펄스신호를 이용하여 거리를 측정하는데 사용할 수 있다.
즉, 1초에 수십억 회 발산하는 주기가 짧은 펄스에 의한 분해능을 이용하면, 센티미터(cm) 수준의 정밀한 위치 추적이 가능하고, 직접파와 반사파의 경로 도달거리가 조금만 차이가 나도 두 신호는 쉽게 구분될 수 있기 때문에 다중 경로 간섭을 줄일 수 있다. 이론적으로 500ps(pico-seconds)의 폭을 갖는 펄스를 이용하는 시스템의 경우, 직접파와 반사파의 경로 차가 15cm 이상이면 두 펄스 신호는 서로 구분될 수 있고, 상호 간섭을 야기하지 않게 된다. 또한 초당 수십억 개에 달하는 고주파 펄스는, 저주파신호에 비해 매우 큰 대역폭을 갖게 되기 때문에, 장애물에 대한 투과 특성이 우수하여 장애물의 간섭을 최소화 시킬 수 있다는 장점도 제공한 다.
따라서 상기의 주파수 범위의 펄스를 사용하며 삼각측량법에 의하여 이동하는 로봇의 위치를 인식하려는 경우, 정확한 위치를 알고 있는 총 3곳으로부터 전달 받는 신호만을 이용하여 로봇의 위치를 정확하게 인식할 수 있다. 종래의 경우 로봇이 이동하는 장소에 장애물이 많은 경우 로봇에 일정한 주파수 신호를 송신하여야 할 장소가 3개 이상 반드시 필요하였으나, 상술한 장애물에 대한 투과율 등을 고려하면 본 발명에서 제안하는 시스템의 경우 단지 로봇에 일정한 주파수 신호를 송신하여야 할 장소가 단지 3이면 된다.
이하에서 사용하는 펄스신호들은 상술한 효과를 포함하고 있는 펄스신호 인 것으로 가정하고 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템의 일실시예이다.
도 2를 참조하면, 지능형 모바일 로봇의 위치인식시스템(200)은, 지능형 모바일 로봇(미도시)에 장착된 위치인식 처리장치(210) 및 지능형 모바일 로봇이 이동하게 될 장소에 배치된 3개의 위치인식 보조장치들(250-a ~ 250-c)을 구비한다.
위치인식 처리장치(210)는 위치인식 처리부(220) 및 제1위치인식 센서부(230)를 구비한다.
위치인식 처리부(220)는 위치인식 센서부(230)가 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출하도록 명령하고, 위치인식 센서부(230)로부터 수신한 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP0_3)을 이용하여 로봇의 현재의 위치를 계산하며, 상기 기능 을 수행하는 메인 프로세서(221) 및 메모리 장치(222)를 구비한다. 메인 프로세서(221)는 위치인식 센서부(230)가 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출할 것을 지시하는 로봇인식 펄스신호 송출제어신호(COM1)를 생성하며, 메모리 장치(222)에 저장된 로봇의 이전의 위치 정보 및 위치인식 센서부(230)로부터 수신된 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP0_3)을 이용하여 로봇의 현재위치를 계산하고 이를 메모리 장치(222)에 다시 저장시킨다.
제1위치인식 센서부(230)는 로봇인식 펄스신호 송출제어신호(COM1)에 응답하여 일정한 주기를 가지는 로봇인식 펄스신호(IP0)를 생성하여 송출하고 수신한 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP0_3)을 위치인식 처리부(220)에 전달하며, 상기 기능을 수행하는 제1펄스생성기(231), 제1펄스 송신기(232) 및 제1펄스 수신기(233)를 구비한다.
제1펄스생성기(231)는 해당 로봇에 대한 정보를 가지고 있는 로봇인식 펄스신호(IP0)를 생성한다.
제1펄스 송신기(232)는 로봇인식 펄스신호 송출제어신호(COM1)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출한다. 제1펄스 송신기(232)는 상기 펄스신호 송출제어신호(COM1)에 응답하여 제1펄스생성기(231)로부터 생성된 로봇인식 펄스신호(IP0)를 스위칭하는 스위치로 구현될 수 있다. 제1펄스 수신기(233)는 위치인식 보조장치(250-a)로부터 출력되는 위치인식 펄스신호(IP0_1) 및 2개의 다른 위치인식 보조장치들(250-b, 250-c)로부터 출력되는 2개의 위치인식 펄스신호들(IP0_2, IP0_3)을 수신하여 위치인식 처리부(220)에 전달한다.
제1위치인식 보조장치(250-a)는 제2위치인식 센서부(260) 및 위치인식 보조처리부(270)를 구비한다.
제2위치인식 센서부(260)는 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신하며 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2)에 응답하여 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 생성하며, 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)에 응답하여 상기 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 송출하며, 상기 기능을 수행하기 위하여 제2펄스생성기(261), 제2펄스송신기(262) 및 제2펄스수신기(263)를 구비한다. 제2펄스생성기(261)는 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2)에 응답하여 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 생성한다. 제2펄스송신기(262)는 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)에 응답하여 상기 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 송출한다. 제2펄스수신기(263)는 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신한다.
위치인식 보조처리부(270)는, 제2펄스수신기(263)로부터 수신한 로봇인식 펄스신호(IP0)에 포함된 로봇의 일반적인 정보를 이용하여 해당 로봇에 대응되는 위치인식 펄스신호를 생성할 것을 지시하는 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2)를 생성하고, 제2펄스생성기(261)가 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 생성한 경우 제2펄스송신기(262)가 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 송출할 것을 지시하는 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)를 생성한다.
도 2에는 자세하게 도시되지 않았지만, 제2위치인식 보조장치(250-b) 및 제3위치인식 보조장치(250-c)는 제2위치인식 펄스신호(IP0_2) 및 제3위치인식 펄스신호(IP0_3)를 각각 출력한다.
상기 3개의 위치인식 펄스신호(IP0_1 ~ IP0_3)에는 각각의 보조장치들(250-a ~ 250-c)이 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신한 시간, 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 발생시킨 로봇의 ID에 대한 정보 및 자신의 ID에 대한 정보가 포함한다.
도 2에는 임의의 하나의 로봇에 설치된 위치인식 처리장치(210)에 대하여 도시되어 있지만, 로봇이 복수 개인 경우에는 복수 개의 위치인식 처리장치가 각각 해당 로봇에 내장되어 있게 될 것이다.
본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식시스템(200)은, 하나의 모바일 로봇에서 발생하는 로봇인식 펄스신호(IP0)를, 예를 들면 IP1, IP2와 같이, 다른 모바일 로봇에서 발생하는 로봇인식 펄스신호(IP1, IP2)와 전기적 특성을 다르게 함으로서, 하나의 모바일 로봇의 위치인식 뿐만 아니라 복수 개의 모바일 로봇의 위치인식을 가능하게 한다. 이 때, 3개의 위치인식 보조장치들(2501-a, 250-b, 250-c)로부터 각각 다른 주파수의 위치인식 펄스신호들이 생성되는데, 이 경우 로봇인식 펄스신호들(IP0, IP1, IP2)에 포함된 해당 로봇의 정보에 따라 상기 위치인식 펄스신호들의 전기적 특성도 변하게 함으로서 동시에 복수 개의 로봇들이 로봇인식 펄스신호들을 발행하였을 때도 이들 각각에 해당 위치인식 펄스신호를 구별하여 전달하게 할 수 있다.
이러한 작업은 위치인식 보조처리부(270)에서 행하게 되는데, 제2펄스수신기(263)로부터 수신한 복수 개의 로봇인식 펄스신호들(IP0, IP1, IP2)에 포함된 해당 로봇에 대한 정보를 이용하여 제2펄스생성기(261)에서 생성한 펄스신호의 전기적 특성을 조절하게 하면 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 위치인식 시스템은 1ns 이하의 시간 폭이 짧은 펄스신호를 이용하고 있어 건물의 벽이나 유리 등을 투과할 수 있으므로 장애물에 제한되지 아니하고 사용할 수 있다. 따라서 위치인식 처리장치(210)는 로봇에 내장되어 사용될 수 있고, 또한 위치인식 보조장치(250)는 종래의 기술과 같이, 벽면 상층부나 천장 등에 한정되지 아니하고, 육안으로 보이지 아니하는 사물의 내부에 설치할 수 있어 미관상 유리하며, 또한 전화기, 컴퓨터, DVD, VCR 등의 전자제품에 내장되어 사용할 수 있어 사용 효율이 높은 장점이 있다.
도 3은 도 2에 도시된 메인 프로세서의 블록다이어그램의 일실시예이다.
도 3을 참조하면, 상기 메인 프로세서(221)는, 타이머(310), 제어블록(320), 위치계산부(330) 및 위치인식 펄스신호 분석부(340)를 구비한다.
타이머(310)는 송출제어신호(COM1) 생성주기를 판단하는데 사용한다.
위치인식 펄스신호 분석부(340)는, 수신한 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1 ~ IP0_3)이 자신이 발생시킨 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 발생된 신호인 경우라고 판단되면, 수신한 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1 ~ IP0_3)에 포함된 위치인식 보조장치들(250-a, 250-b, 250-c)의 ID 및 상기 위치인식 보조장치들(250-a, 250-b, 250-c) 각각이 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신한 시간에 대한 정보를 추출한다.
위치계산부(330)는 위치인식 보조장치들(250-a, 250-b, 250-c)의 ID, 상기 위치인식 보조장치들(250-a, 250-b, 250-c) 각각이 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신한 시간에 대한 정보 및 제1펄스송신기(232)가 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송신 한 시간을 이용하여 로봇의 현재위치를 계산한다.
제어블록(320)은 타이머(310)를 이용하여 송출제어신호(COM1)를 출력하며, 송출제어신호(COM1)가 인에이블 된 시간을 로봇인식 펄스신호(IP0) 송신시간으로 정의하고 저장하며, 위치계산부(330)로부터 계산된 로봇의 현재위치에 대한 정보를 메모리장치(222)에 저장시킨다. 만일 로봇인식 펄스신호(IP0)가 실제로 송신된 시간과 송출제어신호(COM1)가 인에이블 된 시간 사이에 일정한 시간차가 있도록 설계된 경우에는 그 차이 시간을 고려한 시간이 로봇인식 펄스신호(IP0) 송신시간으로 정의되어야 할 것이다.
도 2를 참조하면, 하나의 로봇이 자신의 현재 위치를 인식하기 위하여, 3개의 위치인식 보조장치(250-a ~ 250-c)를 이용하는 경우에 대하여 도시하였다. 그러나 로봇 및 위치인식 보조장치의 합이 4개가 되는 경우에도, 본원발명의 아이디어가 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템의 다른 일실시예이다.
도 4를 참조하면, 상기 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템(400)은 2개의 로봇 각각에 설치된 2개의 위치인식 처리장치(410, 440) 및 2개의 위치인식 보조장치들(470-a, 470-b)을 구비한다.
제1위치인식 처리장치(410)는, 해당 로봇에 장착되어 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출하고 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 생성된 3개의 위치인식 펄스신호(IP0_1, IP0_2, IP1)를 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하거나, 다른 로봇 으로부터 발생된 다른 로봇인식 펄스신호(IP1)에 응답하여 위치인식 펄스신호(IP0)를 생성한다. 여기서 부재 'IP0'은 제1위치인식 처리장치(410)로부터 출력되는 펄스신호를 하나로 정의하기 위한 것으로, 로봇인식 펄스신호와 위치인식 펄스신호에 공동으로 사용되었다. 이는 임의의 로봇이 위치인식 보조장치로서 동작한다면 위치인식 펄스신호를 출력하게 될 것이고, 위치인식 처리장치로서 동작한다면 로봇인식 펄스신호를 출력하게 됨을 의미한다.
제2위치인식 처리장치(440)는, 해당 로봇에 장착되어 로봇인식 펄스신호(IP1)를 송출하고 로봇인식 펄스신호(IP1)에 응답하여 생성된 3개의 위치인식 펄스신호(IP0_1, IP0_2, IP0)를 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하거나, 다른 로봇으로부터 발생된 다른 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 위치인식 펄스신호(IP1)를 생성한다.
제1위치인식 보조장치(470-a)는 상기 로봇이 이동하게 될 장소에 설치되며, 적어도 하나의 로봇인식 펄스신호에 응답하여 이에 대응되는 제1위치인식 펄스신호(IP0_1)를 생성한다. 제2위치인식 보조장치(470-b)는 상기 로봇이 이동하게 될 장소에 설치되며, 적어도 하나의 로봇인식 펄스신호에 응답하여 이에 대응되는 제2위치인식 펄스신호(IP0_2)를 생성한다.
여기서 위치인식 처리장치의 수 및 위치인식 보조장치의 수의 합은 4(four)이면 충분하다. 하나의 위치인식 처리장치가 있는 경우 즉 하나의 로봇만이 존재하는 경우에는 3개의 위치인식 보조장치가 필요하게 되지만, 2개의 로봇이 존재할 경우에는 위치인식 보조장치가 2개 필요하고 나머지 하나의 위치인식 보조장치의 기 능을 상기 2번째 로봇이 수행하면 된다. 4개의 로봇이 있다면 위치인식 보조장치가 전혀 필요 없을 수도 있지만, 정밀한 위치 인식을 위해서는 적어도 하나의 위치인식 보조장치는 존재하는 것이 바람직하다.
제1위치인식 보조장치(470-a) 및 제2위치인식 보조장치(470-b)는 도 2에 도시된 제2의 위치인식 보조장치(250)에 대한 설명으로부터 쉽게 유추할 수 있으므로 설명을 생략한다.
제1위치인식 처리장치(410)의 설명으로 제2위치인식 처리장치(440)의 설명을 대체할 수 있으므로, 이하에서는 제1위치인식 처리장치(410)에 대해서만 설명할 것이다.
제1위치인식 처리장치(410)는 제1위치인식 처리부(420) 및 제1위치인식 센서부(430)를 구비한다.
위치인식 처리부(420)는 로봇 자신에 대한 정보를 가지고 있는 로봇인식 펄스신호를 생성할 것을 지시하거나 수신된 상기 다른 로봇인식 펄스신호에 응답하여 이에 대응되는 정보를 포함하는 위치인식 펄스신호를 생성할 것을 지시하는 펄스신호 생성제어신호(COM1_2)를 생성하고, 상기 로봇인식 펄스신호 또는 상기 위치인식 펄스신호를 송출할 것을 지시하는 펄스신호 송출제어신호(COM1_1)를 생성하며, 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)을 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하여 저장한다.
제1위치인식 처리부(420)는, 메인 프로세서(421) 및 메모리장치(422)를 구비한다. 메인 프로세서(421)는 상기 펄스신호 생성제어신호(COM1_2)를 생성하고, 상 기 로봇인식 펄스신호 및 상기 위치인식 펄스신호가 생성된 것을 확인한 후 상기 펄스신호 송출제어신호(COM1_1)를 생성하며, 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1) 및 로봇의 이전(past time)의 위치 정보를 이용하여 로봇의 현재 위치를 계산한다. 메모리 장치(422)는 상기 로봇이 이전의 위치 정보를 저장하고 상기 메인 프로세서(421)에서 계산된 로봇의 현재의 위치정보를 저장한다.
도 5는 도 4에 도시된 메인 프로세서의 블록다이어그램의 일실시예이다.
도 5를 참조하면, 메인 프로세서(421)는, 타이머(510), 제어블록(520), 위치계산부(530), 위치인식 펄스신호 분석부(540) 및 펄스신호 판별부(550)를 구비한다.
펄스신호 판별부(550)는 수신한 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)이 자신이 발생시킨 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 발생된 신호인가를 판단하고 상기 3개의 펄스신호들 중 적어도 하나의 펄스신호가 다른 로봇으로부터 발생된 로봇인식 펄스신호인가를 판단한다. 위치인식 펄스신호 분석부(540)는, 상기 펄스신호 판별부(550)에서 상기 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)이 자신이 발생시킨 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 발생된 신호라고 판단된 경우에는 상기 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)에 포함된 위치인식 보조장치 또는 위치인식 처리장치(470-a, 470-b, 440)의 ID 및 상기 위치인식 보조장치 또는 상기 위치인식 처리장치 각각이 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신한 시간에 대한 정보를 추출한다.
위치계산부(530)는, 상기 펄스신호 분석부(540)로부터 추출된 정보 및 제1위 치인식 센서부(430)가 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송신한 시간을 이용하여 로봇의 현재위치를 계산한다. 제어블록(520)은, 타이머(510)를 이용하여 상기 펄스신호 송출제어신호(COM1_1)를 출력하며, 상기 송출제어신호(COM1_1)가 인에이블 된 시간을 로봇인식 펄스신호(IP0) 송신시간으로 정의하고, 상기 위치계산부(530)로부터 계산된 로봇의 현재위치에 대한 정보 및 상기 송신시간을 메모리장치(422)에 저장시키며, 상기 펄스신호 생성제어신호(COM1_2)를 생성하고, 상기 송신시간을 상기 위치계산부(530)에 전달한다. 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)가 실제로 송신된 시간과 송출제어신호(COM1_1)가 인에이블 된 시간 사이에 일정한 시간차가 있는 경우에는 그 차이 시간을 고려한 시간을 상기 로봇인식 펄스신호(IP0) 송신시간으로 정의하는 것이 바람직하다.
제1위치인식 센서부(430)는 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)을 수신하여 상기 위치인식 처리부(420)에 전달하며, 상기 펄스신호 생성제어신호(COM1_2)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 위치인식 펄스신호를 생성하고, 상기 펄스신호 송출제어신호(COM1_1)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호 또는 상기 위치인식 펄스신호(IP0)를 송출한다.
제1위치인식 센서부(430)는, 제1펄스생성기(431), 제1펄스송신기(432) 및 제1펄스수신기(433)를 구비한다. 제1펄스생성기(431)는 상기 펄스신호 생성제어신호(COM1_2)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호(IP0) 및 상기 위치인식 펄스신호를 생성한다. 제1펄스송신기(432)는 상기 펄스신호 송출제어신호(COM1_1)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 위치인식 펄스신호를 송출한다. 제1펄스수신 기(433)는 상기 위치인식 펄스신호 및 상기 로봇인식 펄스신호를 수신하여 상기 위치인식 처리부(420)에 전달한다.
여기서 로봇 자신에 대한 정보는, 로봇의 ID(Identity), 로봇의 이전(past time)의 위치 등에 대한 정보를 의미한다.
이하에서는 도 4에 도시한 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템의 동작에 대해 설명한다.
2개의 위치인식 처리장치(410, 440) 중 하나의 위치인식 처리장치(410)가 설치된 로봇의 위치를 인식하기 위하여 상기 위치인식 처리장치(410)에서 제1로봇인식 펄스신호(IP0)를 발생시킨 경우, 2개의 위치인식 보조장치들(470-a, 470-b) 및 나머지 하나의 위치인식 처리장치(440)가 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)을 각각 생성시킨다. 여기서 나머지 하나의 위치인식 처리장치(440)가 생성시킨 위치인식 펄스신호(IP1)에는, 나머지 하나의 위치인식 처리장치(440)가 제1로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신한 시간, 제1로봇인식 펄스신호(IP0)를 생성시킨 처리장치(410)가 설치된 로봇의 ID에 대한 정보 및 현재 자신의 위치에 대한 정보가 포함되며, 이는 나머지 2개의 위치인식 보조장치들(470-a, 470-b)로부터 출력되는 2개의 위치인식 펄스신호(IP0_1, IP0_2)에 포함된 정보의 내용과 대응된다.
하나의 위치인식 처리장치(410)는 상기 3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP1)을 이용하여 자신의 현재위치를 계산할 수 있다. 만일 나머지 하나의 위치인식 처리장치(440)가 설치된 로봇의 위치를 인식하고 싶을 때는, 상기의 설명에서 하나의 위치인식 처리장치(410)가 3번째 위치인식 보조장치와 동일하게 동작 하도록 하면 된다.
상술한 바와 같이, 하나의 로봇에 설치된 위치인식 처리장치가 위치인식 보조장치와 동일한 기능을 수행할 수 있기 위해서는, 2개의 위치인식 처리장치(410, 440)에 설치된 2개의 메인 프로세서들(421, 451)은 위치인식 보조장치(470-a)에 설치된 보조처리부(490)의 기능도 수행할 수 있어야 한다.
도 6은 도 2에 도시한 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템을 운용하는 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템은 서로 구별된 2개의 영역(AREA1, AREA2)내를 각각 이동하는 2개의 로봇들(A, B)의 위치를 인식하는데 사용되는 고정된 위치인식 보조장치는 총 3개임을 알 수 있다. 여기서 2개의 지역을 구별하는 것은 콘크리트 벽과 같이 전파가 전달될 수 없는 물질로 나뉘어 지는 경우를 의미한다.
종래의 경우, 사용하는 신호들의 전기적 특성이 장애물을 통과할 수 없고 직접파와 반사파사이의 간섭에 의한 영향 때문에, 도 6에 도시된 것과 같이 구별된 지역 각각에는 적어도 3개의 고정된 위치인식 보조장치를 설치하여야 했던 단점을 본 발명에서는 극복하였다. 그 이유는 이미 설명하였으므로 더 이상 언급하지는 않을 것이다.
제1구역(AREA1)에 2개의 고정된 위치인식 보조장치(원)가 설치되고 제2구역(AREA2)에 나머지 하나의 고정된 위치인식 보조장치(원)가 설치되었다. 제1구역(AREA1)을 이동하는 제1로봇(A)은 제1구역(AREA1)에 설치된 2개의 고정된 위치인 식 보조장치(1, 2) 및 제2구역(AREA2)에 설치된 1개의 고정된 위치인식 보조장치(3)로부터 송신되는 신호를 이용하여 자신의 현재위치를 계산할 수 있다. 마찬가지로, 제2구역(AREA2)을 이동하는 제2로봇(B)도 상기 3개의 고정된 위치인식 보조장치들(1, 2, 3)로부터 송신되는 신호를 이용하여 자신의 현재위치를 계산할 수 있다.
도 7은 도 4에 도시한 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템을 운용하는 예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템은 서로 구별된 2개의 영역(AREA1, AREA2)내를 각각 이동하는 2개의 로봇들(A, B)의 위치를 인식하는데 사용되는 고정된 위치인식 보조장치는 총 2개임을 알 수 있다. 여기서 2개의 지역을 구별하는 것은 콘크리트 벽과 같이 전파가 전달될 수 없는 물질로 나뉘어 지는 경우를 의미한다.
제1구역(AREA1)을 이동하는 제1로봇(A)은 2개의 고정된 위치인식 보조장치(1, 2)와 제2구역(AREA2)을 이동하는 제2로봇(B)으로부터 송신되는 신호를 이용하여 자신의 현재위치를 계산할 수 있다. 마찬가지로 제2구역(AREA2)을 이동하는 제2로봇(B)은 2개의 고정된 위치인식 보조장치(1, 2)와 제1구역(AREA1)을 이동하는 제1로봇(A)으로부터 송신되는 신호를 이용하여 자신의 현재위치를 계산할 수 있다.
도 6의 경우 임의의 로봇이 자신의 위치를 인식하기 위하여 3개의 고정된 위치인식 보조장치들이 필요하였다. 그러나 도 7의 경우 임의의 로봇이 자신의 위치를 인식하기 위하여 다른 로봇을 마치 하나의 고정된 위치인식 보조장치와 같이 동 작시키고 이를 2개의 고정된 위치인식 보조장치와 같이 취급함으로서, 3개의 고정된 위치인식 보조장치가 존재하는 것처럼 한다는 것이다.
도 7의 경우를 논리적으로 확장시키면 궁극적으로는 고정된 위치인식 보조장치가 전혀 없어도 문제가 없을 수도 있다. 그러나 이동하는 로봇의 현재의 위치는 위치인식 보조장치의 위치에 비하여 그 정확도가 떨어질 수밖에 없어 보다 정밀한 위치인식이 필요한 경우에는 적어도 하나의 위치인식 보조장치를 구비하는 것이 발람직할 것이다.
본 발명에서 사용하는 1 나노초의 펄스폭을 가지는 신호를 사용함으로서, 아래와 같은 장점이 추가된다.
1. 콘크리트 벽으로 구분되는 복수 개의 공간들을 3개 보조 장치로 모두 커버할 수 있다.
2. 사용하는 신호의 투과성으로 인해 고정된 보조장치가 반드시 공간들의 외부에 설치될 필요가 없으며, 가구나 장애물 뒤에 설치 가능하며 또한 위치인식 처리장치도 로봇의 외부에 설치하지 않고 내부에 설치할 수 있으므로 로봇의 외부 형태가 보다 스마트해 질 수 있다.
3. 위치인식 처리장치 및 위치인식 보조장치의 수가 4이면 로봇의 위치인식이 가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법의 일실시예에 대한 신호흐름도이다.
도 8을 참조하면, 상기 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법(800)은 로봇에 장착된 위치인식 처리장치(210)에서 수행하는 위치인식방법에 관한 것이며, 크게 로봇인식 펄스신호 송신단계(810), 위치인식 펄스신호 처리단계(830) 및 로봇위치 계산 및 저장단계(850)를 구비한다.
로봇인식 펄스신호 송신단계(810)는 로봇인식 펄스신호를 송신하고 송신시간을 저장하며, 기본펄스신호를 생성하는 기본펄스 생성단계(811), 상기 기본펄스신호에 상기 로봇에 대한 일 정보를 믹싱(Mixing)하여 상기 로봇인식 펄스신호를 생성하는 로봇인식 펄스신호 생성단계(812) 및 상기 로봇인식 펄스신호를 송출하고 송출한 시간을 저장하는 단계(813)를 구비한다.
위치인식 펄스신호 처리단계(830)는 3개의 위치인식 펄스신호를 수신하고, 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 것인가를 판단하며, 상기 3개의 위치인식 펄스신호를 수신하고 수신시간을 저장하는 단계(831), 상기 3개의 위치인식 펄스신호로부터 로봇에 대한 상기 다른 일 정보를 추출하는 단계(832), 및 추출된 로봇에 대한 정보로부터 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 신호인가를 판단하는 단계(833)를 구비한다.
상기 판단하는 단계(833)에서의 판단결과 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 신호가 아닌 경우에는 상기 위치인식 펄스신호를 수신하고 수신시간을 저장하는 단계(831) 및 상기 정보를 추출하는 단계(832)를 다시 수행하고, 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 신호인 경우에는 상기 로봇위치 계산 및 저장단계(850)를 수 행
로봇위치 계산 및 저장단계(850)는 상기 3개의 위치인식 펄스신호에 포함된 정보를 이용하여 로봇의 현재위치를 계산하고 저장한다. 로봇위치 계산 및 저장단계(850)는, 상기 3개의 위치인식 펄스신호에 포함된 상기 로봇인식 펄스신호의 수신시간에 대한 3개의 정보로부터 로봇의 현재위치를 계산하거나, 상기 로봇인식 펄스신호를 송출한 송신시간 및 상기 위치인식 펄스신호를 수신한 시간과의 차의 시간을 이용하여 로봇의 현재위치를 계산한다.
상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 3개의 위치인식 펄스신호의 주파수는 1 GHz(Giga Hertz)에서 수십 GHz의 주파수 범위 내 인 것이 바람직하다.
여기서 일 정보는 해당 로봇의 ID 및 이전의 위치에 관한 정보 중 적어도 하나이고, 상기 다른 일 정보는 해당 로봇의 ID 및 상기 로봇인식 펄스신호의 수신시간 중 적어도 하나이다.
도 9는 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법의 다른 일실시예에 대한 신호흐름도이다.
도 9를 참조하면, 상기 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법의 다른 일실시예(900)는 로봇이 이동할 장소에 배치된 위치인식 보조장치(250)에서 수행하는 위치인식방법에 관한 것이며, 로봇인식 펄스신호를 수신하고 수신시간을 저장하는 단계(910) 및 상기 로봇인식 펄스신호로부터 추출한 해당 로봇의 ID 및 상기 수신시간에 대한 정보 중 적어도 하나를 가진 상기 위치인식 펄스신호를 출력하는 단계(920)를 구비한다.
이상에서는 지능형 모바일 로봇의 위치인식에 대하여 기술되었지만, 일정한 영역에서 자신의 위치를 파악하려고 하는 임의의 위치인식 기술에 본 발명에 따른 위치인식 시스템 및 방법을 변형하여 적용하는 것은 이 기술 분야의 일반적인 기술자라면 누구든지 가능한 기술적 범위에 속한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템 및 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법은, 1 GHz(Giga Hertz)에서 수십 GHz의 주파수 범위의 펄스신호에 필요한 정보를 포함시켜 사용하기 때문에, 직접파와 반사파 사이의 상호 간섭에 영향을 받지 않으며, 펄스신호의 진행을 가로막는 장애물에 대한 높은 투과율로 장애물에 대한 간섭의 영향도 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 또한 위치를 알 수 있는 3개의 포스트(Post) 만을 사용하게 되므로 시스템이 간단하게 되는 장점이 있다.

Claims (21)

  1. 로봇의 위치를 인식하는 지능형 모바일 로봇의 위치 인식 시스템에 있어서,
    로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출하고 3개의 위치인식 펄스신호들을 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하고 저장하는 적어도 하나의 위치인식 처리장치;
    상기 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 위치인식 펄스신호를 생성하여 상기 위치인식 처리장치에 전송하는 적어도 하나의 위치인식 보조장치를 구비하며,
    상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 3개의 위치인식 펄스신호들의 폭(Pulse Width)은 1ns(nano seconds) 이하인 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치인식 처리장치는,
    3개의 위치인식 펄스신호들을 수신하여 로봇의 현재위치를 계산하여 저장하며, 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출할 것을 지시하는 로봇인식 펄스신호 송출제어신호(COM1)를 생성하는 메인 프로세스; 및
    3개의 위치인식 펄스신호들을 수신하여 상기 메인 프로세스에 전달하며, 상기 로봇인식 펄스신호 송출제어신호(COM1)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출하는 제1위치인식 센서부를 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치인식 처리장치의 수 및 위치인식 보조장치의 수의 합은 4(four)인 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 메인 프로세서는,
    상기 수신한 3개의 위치인식 펄스신호들에 포함된 식별자 정보를 확인하고, 상기 위치인식 펄스신호들의 수신시간 정보를 각각 추출하는 위치인식 펄스신호 분석부;
    상기 3개의 위치인식 펄스신호들의 수신시간 정보 및 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)의 송신시간 정보를 이용하여 로봇의 현재위치를 계산하는 위치계산부; 및
    타이머를 이용하여 송출제어신호(COM1)를 출력하며, 상기 위치계산부로부터 계산된 로봇의 현재위치에 대한 정보를 메모리장치에 저장시키는 제어블럭을 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송신시간 정보는 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)가 실제로 송신된 시간과 송출제어신호(COM1)가 인에이블 된 시간 사이에 일정한 시간차가 있는 경우 상기 시간차 자체를 고려하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1위치인식 센서부(230)는,
    로봇의 식별자 정보를 포함한 로봇인식 펄스신호(IP0)를 생성하는 제1펄스생성기(231);
    상기 로봇인식 펄스신호 송출제어신호(COM1)에 응답하여 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 송출하는 제1펄스송신기; 및
    3개의 위치인식 펄스신호들(IP0_1, IP0_2, IP0_3)을 수신하여 상기 메인프로세스(220)에 전달하는 제1펄스수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치인식 처리장치는 다른 위치인식 처리장치로부터 발생된 로봇인식 펄스신호를 수신한 경우 위치인식 펄스신호를 생성하여 송출하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 위치인식 펄스신호는 상기 위치인식 처리장치의 메인 프로세스에서 생성된 위치인식 펄스신호 생성제어신호에 응답하여 상기 위치인식 처리장치의 제1위치인식 센서부에서 생성하여 송출하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 위치인식 보조장치는,
    상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신하며, 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2) 및 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)에 응답하여 상기 위치인식 펄스신호를 출력하는 제2위치인식 센서부; 및
    상기 제2위치인식 센서부를 통해 수신한 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)에 응답하여 상기 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2) 및 상기 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)를 생성하는 위치인식 보조처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2위치인식 센서부는,
    상기 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2)에 응답하여 상기 위치인식 펄스신호(IP0_1)를 생성하는 제2펄스생성기;
    상기 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)에 응답하여, 상기 위치인식 펄스신호(IP0_1)를 송출하는 제2펄스송신기; 및
    상기 로봇인식 펄스신호(IP0)를 수신하여 상기 위치인식 보조처리부(170)에 전달하는 제2펄스수신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 보조처리부는,
    상기 위치인식 센서부를 통해 수신한 상기 로봇인식 펄스신호(IP0)에 포함된 로봇에 대한 정보를 이용하여 로봇에 대응되는 위치인식 펄스신호(IP0_1)를 생성할 것을 지시하는 상기 위치인식 펄스신호 생성제어신호(COM2) 및 상기 해당 위치인식 센서부로부터 출력되는 상기 위치인식 펄스신호(IP0_1)를 감지한 후 상기 위치인식 펄스신호(IP0_1)를 송출할 것을 지시하는 위치인식 펄스신호 송출제어신호(COM3)를 생성하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 위치인식 펄스신호들은 각 펄스신호들의 주파수, 폭 및 크기 중 적어도 하나 이상이 서로 다른 펄스신호인 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 위치인식 처리장치(210)를 각각 구비하는 적어도 2개의 로봇들의 위치를 동시에 또는 이시에 인식하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식 시스템.
  14. 제1 펄스신호의 송출정보, 3개의 제2 펄스신호들의 수신정보를 이용하여 현재위치를 계산하는 적어도 하나의 위치인식 처리장치;
    상기 제1 펄스신호에 응답하여 제2 펄스신호를 생성하여 상기 위치인식 처리장치에 전송하는 적어도 하나의 위치인식 보조장치를 구비하며,
    상기 제1 펄스신호 및 상기 제2 펄스신호들의 폭(Pulse Width)은 1ns(nano econds) 이하이고, 상기 위치인식 처리장치 및 상기 위치인식 보조장치의 합은 4 인 것을 특징으로 하는 위치인식 시스템.
  15. 로봇의 위치를 인식하는 지능형 모바일 로봇의 위치 인식 방법에 있어서
    로봇인식 펄스신호를 송신하고 송신시간을 저장하는 로봇인식 펄스신호 송신단계;
    3개의 위치인식 펄스신호를 수신하고, 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 것인가를 판단하는 위치인식 펄스신호 처리단계; 및
    상기 3개의 위치인식 펄스신호에 포함된 정보를 이용하여 로봇의 현재위치를 계산하고 저장하는 로봇위치 계산 및 저장단계를 구비하며,
    상기 로봇인식 펄스신호 및 상기 3개의 위치인식 펄스신호의 주파수는 1 GHz(Giga Hertz)에서 수십 GHz의 주파수 범위 내 인 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 로봇인식 펄스신호는 로봇에 대한 해당 로봇의 ID 및 이전의 위치에 관한 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하며,
    상기 3개의 위치인식 펄스신호는 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 해당 로봇의 ID 및 상기 로봇인식 펄스신호의 수신시간 중 적어도 하나의 정보를 포함하 는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 로봇인식 펄스신호 송신단계는,
    기본펄스신호 생성단계;
    상기 기본펄스신호에 상기 로봇의 식별자 정보를 믹싱(Mixing)하여 상기 로봇인식 펄스신호를 생성하는 로봇인식 펄스신호 생성단계; 및
    상기 로봇인식 펄스신호를 송출하고 송출한 시간을 저장하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 위치인식 펄스신호 처리단계는,
    상기 3개의 위치인식 펄스신호를 수신하고 수신시간을 저장하는 단계;
    상기 3개의 위치인식 펄스신호로부터 해당 로봇의 ID 및 상기 로봇인식 펄스신호의 수신시간 중 적어도 하나의 정보를 추출하는 단계; 및
    추출된 로봇에 대한 정보로부터 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 신호인가를 판단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서의 판단결과 상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 신호가 아닌 경우에는 상기 위치인식 펄스신 호를 수신하고 수신시간을 저장하는 단계 및 상기 정보를 추출하는 단계를 다시 수행하고,
    상기 3개의 위치인식 펄스신호가 상기 로봇인식 펄스신호에 응답하여 생성된 신호인 경우에는 상기 로봇위치 계산 및 저장단계(850)를 수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 로봇위치 계산 및 저장단계는,
    상기 3개의 위치인식 펄스신호에 포함된 상기 로봇인식 펄스신호의 수신시간에 대한 3개의 정보로부터 로봇의 현재위치를 계산하거나, 상기 로봇인식 펄스신호를 송출한 송신시간 및 상기 위치인식 펄스신호를 수신한 시간과의 차의 시간을 이용하여 로봇의 현재위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 로봇인식 펄스신호를 수신하고 수신시간을 저장하는 단계; 및
    상기 로봇인식 펄스신호로부터 추출한 해당 로봇의 ID 및 상기 수신시간에 대한 정보 중 적어도 하나를 가진 상기 위치인식 펄스신호를 출력하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지능형 모바일 로봇의 위치인식방법.
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