KR100858276B1 - 위치 파악용 신호 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내에서 이동하는 물체의 위치추적 및 제어, 정보전달을 위해 설치되는 신호 발생장치를 플러그 타입의 소형으로 제작함으로써 신호 발생장치의 설치에 대한 사용자의 부담감을 해소하고 센서 설치에 따라 미관을 해치는 것을 방지하도록 한 위치 파악용 신호 발생장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 실내에 설치된 전원 공급용 콘센트에 결합하여 전원을 공급받기 위한 플러그와; 플러그를 통해 공급되는 전원을 소정의 레벨을 갖는 전원으로 변환하는 전원 변환 장치와; 전원 변환 장치에서 공급되는 전원으로 센서를 구동하는 구동 회로와; 구동 회로와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서로, 위치 파악용 센서 장치를 구현함으로써, 사용자의 센서 설치에 따르는 부담감을 해소하고, 센서 설치에 의해 실내 미관이 훼손되는 것도 방지하게 된다.

Description

위치 파악용 신호 발생장치{Signal generation apparatus of deducting position}

도 1은 종래 전원 케이블을 이용하여 직류(또는, 교류) 전원을 센서에 공급하는 방식의 신호 발생장치 설치 상태도.

도 2는 종래 배터리를 이용하여 전원을 센서에 공급하는 방식의 신호 발생장치 설치 상태도.

도 3은 본 발명에 의한 위치 파악용 신호 발생장치의 사시도.

도 4a는 위치 파악용 신호 발생장치의 평면도.

도 4b는 위치 파악용 신호 발생장치의 정면도.

도 5는 위치 파악용 신호 발생장치의 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 위치 파악용 신호 발생장치의 구성을 보인 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100… 위치 파악용 신호 발생장치

110… 플러그

120… 전원 변환 장치

130… 구동 회로

140… 센서

150… 몸체

본 발명은 위치 파악용 신호 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내에서 이동하는 물체의 위치추적 및 제어, 정보전달을 위해 설치되는 신호 발생장치(또는, 비컨)를 플러그 타입의 소형으로 제작함으로써 그 설치에 대한 사용자의 부담감을 해소하고 센서 설치에 따라 미관을 해치는 것을 방지하도록 한 위치 파악용 신호 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 어떠한 환경 내에서 이동 물체가 어디에 위치하는지 감시할 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 천정에 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 NorthStar는 적외선의 반사를 이용하나, 이 방식은 천정에 적외선 비컨을 2개 부착하는 액티브 비컨 방식이다. 즉, IR에미터(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 IR에미터에서 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 국내 (주)나인티시스템에서 개발한 시스템으로, RF와 초음파 센서로 되어있는 액티브 비컨 방식이다. 천정에 비컨을 4개 정도 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 도 1에 도시한 바와 같이, 전원 케이블(11)을 이용하여 직류(또는, 교류) 전원을 센서(12)에 공급하는 방식이 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이, 배터리(21)를 이용하여 센서(12)에 구동용 전원을 공급하는 방식이 있다.

이 중 배터리 방식은 주기적인 배터리 교체의 불편함을 다소나마 없애기 위해서는 6개월 이상 1년 정도 사용하기를 요구하기 때문에 저전력 소모 설계를 해야하는 부담감이 따른다. 여기서 6개월 이상 1년 정도 사용하기 위한 저전력 소모 설계는 쉽지 않은 기술이다.

아울러 전원을 공급하는 방식의 경우는 설치에 많은 비용과 어려움이 발생하였다.

또한, 비컨을 천정이나 벽에 설치하려면 건물의 미관을 고려하지 않을 수 없고, 가정이나 실내장식이 되어있는 곳에서는 대단히 큰 거부 반응을 일으키기 때문에 설치에 어려움이 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 액티브 비컨 사용시 발생하는 설치의 어려움과 미관에 따른 사용자의 거부감을 해소하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 실내에서 이동하는 물체의 위치추적 및 제어, 정보전달을 위해 설치되는 신호 발생장치(또는, 비컨)를 플러그 타입의 소형으로 제작함으로써 설치에 대한 사용자의 부담감을 해소하고, 설치에 따라 미관을 해치는 것을 방지하도록 한 위치 파악용 신호 발생장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 "위치 파악용 신호 발생 장치"는,

실내에 설치된 전원 공급용 콘센트에 결합하여 전원을 공급받기 위한 플러그와;

상기 플러그를 통해 공급되는 전원을 소정의 레벨을 갖는 전원으로 변환하는 전원 변환 장치와;

상기 전원 변환 장치에서 공급되는 전원으로 센서를 구동하는 구동 회로와;

상기 구동 회로와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서를 포함한다.

상기에서, 전원 변환 장치와 구동 회로 및 센서는 하나의 몸체에 내장되게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 위치 신호는 초음파 신호, 적외선 신호, RF신호중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기에서 전원 변환 장치는 상기 플러그를 통해 공급되는 전원을 선택적으로 초음파 수신 및 송신 동작에 필요한 전원 또는 RF 송신 동작에 필요한 전원 또는 적외선을 이용한 태그(Tag)의 동작에 필요한 전원으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 센서는 초음파를 수신 및 송신하는 초음파 송수신기와 고주파(RF) 신호를 송신하는 고주파 송신기 및 적외선 신호를 송출하는 적외선 LED중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기에서 센서는 초음파, 적외선, 레이저 등과 같이 방향성 신호를 발신하기 위해서 각도 조절이 가능하도록 센서의 각도를 조절하는 각도 조절 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

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.

도 3은 본 발명에 의한 위치 파악용 신호 발생장치(100)의 사시도, 도 4a는 평면도, 도 4b는 정면도, 도 5는 단면도를 각각 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 실내에 전원을 공급해주는 콘센트와 결합하기 위한 플러그(110)가 구비되고, 그 플러그(110)에는 공급 전원을 필요한 전원으로 변환하는 전원 변환 장치(120)가 연결되며, 상기 전원 변환 장치(120)에는 위치 신호를 발신하는 센서(140)가 결합 된다. 아울러 센서(140) 내부에는 센서(140)를 구동하는 구동 회로가 내장되는 것이 바람직하며, 전원 변환 장치(120)와 구동 회로(130) 및 센서(140)는 하나의 몸체(150)에 같이 내장하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 "위치 파악용 신호 발생장치"의 구성을 보인 블록도로서, 참조부호 200은 실내의 소정 위치(특히, 벽면)에 부착되어 전원을 공급해 주는 콘센트를 나타내며, 참조부호 100은 플러그 타입의 위치 파악용 센서 장치를 나타낸다.

아울러 참조부호 110은 상기 실내에 설치된 전원 공급용 콘센트(200)에 결합하여 전원을 공급받기 위한 플러그를 나타내며, 참조부호 120은 상기 플러그(110) 를 통해 공급되는 전원을 소정의 레벨을 갖는 전원으로 변환하는 전원 변환 장치를 나타낸다. 전원 변환 장치(120)는 상기 플러그(110)를 통해 공급되는 전원을 선택적으로 초음파 수신 및 송신 동작에 필요한 전원으로 변환하거나 RF 송신 동작에 필요한 전원으로 변환하거나 적외선을 이용한 태그(Tag)의 동작에 필요한 전원으로 변환하는 것이 바람직하다.

참조부호 130은 상기 전원 변환 장치(120)에서 공급되는 전원으로 센서(140)를 구동하는 구동 회로(구동 PCB)이며, 참조부호 140은 상기 구동 회로(130)와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서를 나타낸다. 상기 센서(140)는 초음파를 수신 및 송신하는 초음파 송수신기와 고주파(RF) 신호를 송신하는 고주파 송신기 및 적외선 신호를 송출하는 적외선 LED중 적어도 어느 하나이다.

특히, 센서(140)는 초음파, 적외선, 레이저 등과 같이 방향성 신호를 발신하기 위해서 각도 조절이 가능하도록 센서의 각도를 조절하는 각도 조절 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 위치 파악용 신호 발생장치(100)는, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이 실내의 미관을 해치지 않으면서도 사용이 용이하도록 플러그 타입으로 작게 제작되므로, 실제 사용시 사용자는 위치 신호가 필요한 장소의 벽면에 설치된 콘센트(200)에 플러그(110)를 꽃아 위치 파악용 신호 발생장치(100)를 설치하게 된다.

플러그(110)가 콘센트(200)에 연결되면, 플러그(110)를 통해 콘센트(200)에서 공급되는 상용 교류 전원(AC 110V 또는 AC 220V)이 전원 변환 장치(120)에 공급 된다.

전원 변환 장치(120)는 교류 전원을 정류하여 소정의 직류 전압을 만드는 정류 회로부와 상기 센서(140) 동작에 필요한 전원으로 변환해주기 위한 직류-직류 변환기를 이용하여 센서(140)의 동작에 필요한 전원을 만들어 구동 회로(130)에 공급한다. 여기서 센서(140)는 기존 ActiveBAT나 Criket에서 사용하는 초음파의 수신 및 송신을 위한 초음파 송수신기이거나 기존 SpotON에서 사용하는 고주파(RF) 신호를 송신하기 위한 RF 송신기이거나 기존 StarLite에서 사용하는 적외선 신호를 송출하기 위한 적외선 LED이므로, 전원 변환 장치(120) 역시 상기 3가지의 타입에 맞는 전원 변환을 수행하는 것이 바람직하다.

구동 회로(130)는 상기 전원 변환 장치(120)로부터 공급되는 전원으로 접속된 센서(140)를 구동하여, 3차원 공간에서 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하도록 한다.

이에 센서(140)는 구동을 하여 3차원 공간에서 위치 파악을 위한 위치 신호를 발생하게 된다. 여기서 센서(140)가 초음파 수신 및 송신기일 경우, 초음파를 수신하거나 발생하게 되고, RF 송신기일 경우 고주파 신호를 송신하게 되며, 적외선 LED일 경우 적외선 신호를 발생하게 된다.

여기서 센서(140)는 초음파, 적외선, 레이저 등과 같이 방향성 신호를 발신하기 위해서 각도 조절이 가능하도록 센서의 각도를 조절하는 각도 조절 수단을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 각도 조절 수단은 사용자가 가볍게 조작하는 것에 의하여 360°자유롭게 회전 가능한 구조를 갖는 것이 바람직한데, 이러한 각도 조절 수단은 공지의 각도 조절 수단을 그대로 채택하여도 당업자라면 이것을 실시하는 데 별반 어려움이 없으므로, 각도 조절 수단에 대한 자세한 설명은 생략한다.

한편, 센서(140)가 기존 NorthStar와 같은 IR 프로젝터 방식을 사용하는 경우에는 초음파 수신(송신)센서 자리를 IR을 영사할 수 있도록 간단한 구조의 변경에 의해 구현이 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, 위치 추적용 신호 발생장치를 플러그 타입의 소형으로 제작할 수 있으므로, 사용자의 설치에 따른 거부감을 제거할 수 있음과 동시에 인테리어 효과도 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 위치 파악용 신호 발생장치를 기존에 실용화된 취침 등이나 방향제 제품과 같은 형태로 제작하게 되면, 실내의 미관을 그대로 보존하면서도 신호 발생장치를 설치할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 3차원 공간의 로봇 위치 파악 시스템에 적용되는 위치 파악용 신호 발생장치에 있어서,

   실내에 설치된 전원 공급용 콘센트에 결합하여 전원을 공급받기 위한 플러그와;

   상기 플러그를 통해 공급되는 전원을 소정의 레벨을 갖는 전원으로 변환하는 전원 변환 장치와;

   상기 전원 변환 장치에서 공급되는 전원으로 센서를 구동하는 구동 회로와;

   상기 구동 회로와 접속되어 위치 신호를 발생하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 파악용 신호 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원 변환 장치와 구동 회로 및 센서는 하나의 몸체에 내장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 파악용 신호 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치 신호는 초음파 신호, 적외선 신호, RF신호중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위치 파악용 신호 발생장치.
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5. 삭제
6. 삭제

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