KR100948948B1 - 이동 로봇 위치 추적 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 로봇 위치 추적 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시스템은 제1 안테나와 제1 안테나를 둘러싸도록 배치되는 복수의 어레이 안테나로 구성되는 제2 안테나를 포함하는 안테나부와, 이동 로봇에 제1 안테나를 통해 위치 요청 신호를 전송하는 제어부와, 이동 로봇으로부터 위치 추적 요청 신호에 대한 응답으로 전송되는 위치 추적 응답 신호를 제1 안테나를 통해 수신하여 이동 로봇과의 거리를 추정하는 거리 추정부 및, 위치 추적 응답 신호를 제2 안테나를 통해 수신하여 이동 로봇의 방향을 추정하는 방향 추정부를 포함한다. 본 발명에 따르면 이동 로봇의 위치를 정확하게 추적해낼 수 있다.
MUSIC, TOA, DOA, 위치 측정, 로봇

Description

이동 로봇 위치 추적 시스템{Mobile Robot Location System}
본 발명은 이동 로봇 위치 추적 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TOA 방법과 DOA 방법을 결합하여 정확도를 향상시킨 이동 로봇 위치 추적 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 보안 분야를 포함해 사회 전 분야에서 이동 로봇의 역할이 점차 증대되고 있다. 보호 구역을 순찰하는 보안 로봇 등과 같이 이동성을 가지는 로봇을 중앙에서 제어하기 위해서는 해당 로봇의 위치를 정확하게 추적하는 것이 매우 중요하다.
이동 로봇 위치를 추적하는 방법에는 크게 디바이스 간의 거리를 이용하여 위치를 추정하는 방식(range based estimation algorithm)과 위치 추적에 디바이스 사이의 거리 측정을 필요로 하지 않는 방식(range free algorithm)으로 크게 나눌 수 있다. 일반적으로 거리 기반 위치 추정 방법은 비교적 높은 사양의 하드웨어를 요구하지만 상대적으로 정확하게 위치 추적을 할 수 있다.
거리 기반 위치 추정 방법으로는 RSSI(Received Signal Strength Indication), TOA(time of arrival) 및 TDOA(time difference of arrival) 방법 등 이 대표적으로 전파 신호를 처리하여 거리 정보를 얻어내는 방식이다.
위와 같은 방법을 통해 구한 거리 정보를 기반으로 위치를 알아내는 방법으로는 삼각법(trigonometric method)이 있다. 이 방법은 오로지 거리 정보만을 가지고 목표 물체의 위치를 알아낸다.
한편 거리 정보와 방향 정보를 결합하여 목표 물체의 위치를 추적하는 방법이 있다. 예컨대, RSSI, TOA , TDOA 등의 거리 측정 방법을 통해 거리를 알아내고 DOA(direction of arrival) 방식을 통해 방향을 알아낼 수 있다. 두 시스템 사이의 위치는 두 디바이스 간의 거리와 각도를 통해 나타낼 수 있으며, 이러한 방법을 이차원 위치 측정이라고 부른다.
이차원 위치 측정에 필요한 거리와 각도 정보를 추정하기 위해 정확도가 높은 추정 알고리즘이 필요하다. 잘 알려진 매트릭스 펜슬(matrix pencil) 추정 방식은 낮은 프로세싱 파워와 작은 계산 복잡도를 장점으로 하나, 정확도가 떨어지는 단점을 가지고 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 목적은 TOA 방법과 DOA 방법을 결합하여 정확도를 향상시킨 이동 로봇 위치 추적 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 이동 로봇 위치 추적 시스템은, 제1 안테나와 상기 제1 안테나를 둘러싸도록 배치되는 복수의 어레이 안테나로 구성되는 제2 안테나를 포함하는 안테나부와, 상기 이동 로봇에 상기 제1 안테나를 통해 위치 요청 신호를 전송하는 제어부와, 상기 이동 로봇으로부터 상기 위치 추적 요청 신호에 대한 응답으로 전송되는 위치 추적 응답 신호를 상기 제1 안테나를 통해 수신하여 상기 이동 로봇과의 거리를 추정하는 거리 추정부 및, 상기 위치 추적 응답 신호를 상기 제2 안테나를 통해 수신하여 상기 이동 로봇의 방향을 추정하는 방향 추정부를 포함한다.
상기 제2 안테나는 상기 복수의 어레이 안테나가 다각형 형태로 배치되고, 상기 제1 안테나는 상기 복수의 어레이 안테나의 중앙부에 위치할 수 있다.
상기 다각형 형태는 삼각형 형태이고, 상기 복수의 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자는 7개 이상인 것이 바람직하다.
상기 거리 추정부는, 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 위치 추적 응답 신호에 대해 MUSIC(multiple signal classification) 알고리즘을 적용하여 상기 이동 로봇과의 거리를 추정해내는 것이 바람직하다.
상기 방향 추정부는, 상기 제2 안테나를 통해 수신되는 위치 추적 응답 신호에 대해 MUSIC 알고리즘을 적용하여 상기 이동 로봇의 방향을 추정해내는 것이 바람직하다. 상기 방향 추정부는, 상기 이동 로봇과 상기 어레이 안테나가 이루는 각도(θMeasured)가 계산된 경우, 상기 각도(θMeasured)에 상기 어레이 안테나가 기준 방향과 이루는 각도를 합산하여 상기 이동 로봇의 방향을 구하는 것이 바람직하다.
상기 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자는 λ/2 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 2차원 위치 측정 방법으로 이동 로봇의 위치를 정확하게 추적할 수 있는 장점이 있다. 특히 MUSIC 알고리즘을 이용하여 이동 로봇의 위치를 매우 정확하게 추적할 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 추적 시스템을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 로봇 위치 추적 시스템(100)은 무선으로 이동 로봇(10)과 신호를 주고 받으면서 이동 로봇(10)의 위치를 추적할 수 있다.
로봇 위치 추적 시스템(100)은 안테나부(110), 제어부(120) 및 위치 계산부(130)를 포함한다. 안테나부(110)는 TOA 안테나(111)와 DOA 안테나(113)를 포함할 수 있다. 위치 계산부(130)는 거리 추정부(131) 및 각도 추정부(135)를 포함할 수 있다.
TOA 안테나(111)는 제어부(120)의 제어에 따라 위치 측정 요청 신호를 이동 로봇(10)으로 전송한다.
TOA 안테나(111) 및 DOA 안테나(113)는 위치 측정 요청 신호에 대한 응답으로 이동 로봇(10)에서 전송되는 위치 측정 응답 신호를 수신한다.
도 2는 안테나부를 구성하는 안테나의 배치를 예시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 안테나부(110)는 TOA 안테나(111)를 중앙부에 위치시키고 복수의 어레이 안테나(113a, 113b, 113c)로 이루어지는 DOA 안테나(113)가 TOA 안테나(111)를 둘러싸도록 배치된다. 복수의 어레이 안테나(113a, 113b, 113c)는 각각 균일 선형 안테나 어레이를 이룬다. 어레이 안테나(113a, 113b, 113c)를 이루는 안테나 소자는 각각 λ/2 의 간격(d)을 이루며 배치된다. 여기서 λ는 빛의 파장을 의미한다.
도 2에서는 복수의 어레이 안테나(113a, 113b, 113c)가 삼각형 형태로 배치된 경우를 예시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형 형태는 모두 가능하다. 또한 삼각형과 같은 다각형 배치를 통해 전방향에 대한 각도 추정을 가능하게 할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 제어부(120)는 로봇 위치 추적 시스템(100)의 전체적 인 동작을 제어한다. 특히 제어부(120)는 일정 주기 별로 안테나부(110)를 통해 위치 측정 요청 신호를 방송하고, 이에 대한 위치 측정 응답 신호가 안테나부(110)를 통해 수신되면 위치 계산부(130)를 제어하여 이동 로봇(10)의 위치를 계산하도록 한다.
위치 계산부(130)는 안테나부(110)에서 수신되는 위치 측정 응답 신호를 검출하여 이동 로봇(10)과의 거리 및 각도를 추정하고, 이를 이용하여 이동 로봇(10)의 위치를 계산한다.
위치 계산부(130)는 MUSIC(multiple signal classification) 알고리즘을 이용하여 이동 로봇(10)과의 거리 및 각도를 추정할 수 있다.
이하에서는 MUSIC 알고리즘을 이용하여 위치 측정 응답 신호의 수신 시간과 수신 방향을 추정하는 방법에 대해 설명한다.
먼저 MUSIC 알고리즘에 대해 설명하기로 한다.
안테나부(110)에서 수신되는 신호를 다음과 같은 수학식 1로 모델링 할 수 있다.
x = Sα + n
S = [s(Φ1), s(Φ2) …, s(ΦN)]
α = [α1, α2, …,αN]T
여기서, x 는 안테나부(110)에서 수신되는 수신 신호 벡터이다. 수신 신호 벡터(x)는 신호 행렬(S)과 채널에 의한 이득 행렬(α)의 곱에 백색 가우시안(Gaussian) 잡음 벡터(n)를 더한 형태로 모델링할 수 있다. 여기서 s(ΦN)은 N번째 신호원(이동 로봇)에서 전송되는 신호이고 αN 은 수신 이득을 의미한다.
MUSIC 알고리즘은 수신 신호 벡터(x)의 자기상관(autocorrelation)행렬(Rxx)의 고유 분해(eigen decomposition)에 기반한다. 자기상관행렬(Rxx)은 아래 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Rxx = E[xx H] = E[Sαα H S H] + E[nn H]= R s + σ2 I
여기서 위첨자 H는 에르미르(Hermitian) 전치 연산자이다. 자기상관행렬(Rxx)은 신호 성분(R s )과 잡음 성분(σ2 I)으로 구분할 수 있다.
한편 자기상관행렬(Rxx)을 고유값 분해를 하면 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00001
수학식 3을 참조하면, N×N 자기상관행렬(Rxx)은 M개의 랭크(rank)를 가지고 N-M개의 잡음 성분에 대응하는 고유 벡터(박스 부분에서 각각의 열에 해당함)를 포함하며, 잡음 고유 벡터는 0에 가까운 고유값을 가진다. 여기서 N은 전체 신호 샘플수를 의미하며, M은 찾고자 하는 파라미터의 개수를 의미한다. 결과적으로 신호 벡터(S)와 잡음 고유 벡터는 서로 직교(Orthogonal)관계에 있으므로 아래 수학식 4로 나타내는 수신 신호에 대한 의사 스펙트럼을 구해보면 M 개의 신호 성분에 대해서 sH(Φ)qM 은 0에 가까운 값을 가지므로 피크 값이 검출된다.
Figure 112007093709245-pat00002
이와 같이 MUSIC 알고리즘은 수신 신호 성분을 잡음 성분으로부터 분리해 신호의 전파거리나 방향을 구할 수 있다.
그러면 본 발명에서 TOA 안테나(111)를 이용해서 이동 로봇(10)의 거리를 측정하는 방법에 대해 설명한다.
먼저 Lp개의 다중경로 성분을 포함하는 무선 다중경로 채널 응답은 아래 수학식 5로 모델링 될 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00003
여기서 αk는 k번째 다중경로에 대한 이득이고 τk 는 k번째 다중경로에 대한 지연 시간을 의미한다. 수학식 5를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하면 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00004
다음으로 L 간격으로 균등하게 분할하여 샘플링한 주파수 영역 채널 응답으로 수신 신호를 표현하면 수학식 7로 나타낼 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00005
여기서, ｌ= 0, 1, 2, …, L이고 w(l)은 백색 가우시안 잡음이며 평균값은 0이고 분산은 σw 2이다.
따라서 로봇 위치 추적 시스템(100) 주위에 이동 로봇(10)이 1개 존재하고, 이동 로봇(10)이 위치 측정 응답 신호를 임펄스 신호로 전송하며, 다중경로 채널이 Lp 개라고 가정하면 TOA 안테나(111)에서 수신되는 전체 신호 성분은 아래 수학식 8로 모델링할 수 있다.
x = H + w = Va + w
채널 행렬(H)는 지연 행렬(a)와 행렬(V)의 행렬곱으로 표현할 수 있으며, w는 잡음 성분이다.
여기서 V, a, w 는 각각 수학식 9, 10, 11로 표현될 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00006
Figure 112007093709245-pat00007
Figure 112007093709245-pat00008
여기서 L은 TOA 안테나(111)에서 샘플링되는 전체 신호의 개수이고, Lp는 다 중 경로의 개수이다. 따라서 L-Lp는 잡음 성분 신호 개수를 의미한다.
MUSIC 알고리즘은 자기상관 행렬의 고유값 분해에 기반하므로, 수신 신호(X)의 자기상관행렬(Rxx)로 표현해보면 아래 수학식 12로 나타낼 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00009
수학식 12는 잡음 아이겐 벡터가 2개인 경우로 가정하고 표현한 것이다. 즉 TOA 안테나(111)에서 수신 신호 벡터(X)는 Lp개의 랭크를 가지므로, 위에서 MUSIC 알고리즘에서 고찰한 것과 같이 수학식 4로 표현되는 수신 신호에 대한 의사 스펙트럼을 구해보면 다중경로 지연 시간만큼 간격을 두고 Lp 개의 신호 성분에 대해서 피크 값이 검출된다.
한편 가장 먼저 피크 값이 검출될 때가 이동 로봇(10)의 안테나와 TOA 안테나(111)의 가시선(Light of Sight) 경로로 위치 측정 응답 신호가 수신된 경우를 의미한다. 아래 수학식 13에 의하면 이동 로봇(10)과 TOA 안테나(111) 사이의 전파도달시간(TOA:Time of Arrival)은 요청시간과 반응시간에 의한 왕복시간(Round Trip Time)으로 측정될 수 있다.
TOA = (T1 - T2 - TRD)/2
여기서, T1은 안테나(111)에서 측정된 첫번 째 피크 값으로 전체 TOA 연산 과정 동안에 걸린 시간이며, T2는 위치 측정 요청 신호 전송 시간 그리고 TRD는 이동 로봇(10)에서의 프로세싱 지연 시간이다.
그러면 수학식 14에 의해 이동 로봇(10)과 로봇 위치 추적 시스템(100) 사이의 거리(R)를 구할 수 있다.
R = TOA × c
여기서 c는 전파 속도 3×108m/s이다.
한편 복수의 이동 로봇과 TDMA 방식으로 위치 추적 응답 신호를 수신할 경우 각각의 이동 로봇에 대해서 전파도달시간(TOA)을 측정할 수 있으며 위와 같은 방식으로 각각의 이동 로봇의 거리를 구할 수 있다.
다음으로 DOA 안테나(113)를 통해 이동 로봇(10)의 방향을 측정하는 방법에 대해 설명한다.
도 3은 DOA 안테나(113)를 구성하는 복수의 어레이 안테나 중 어느 하나의 일부를 예시한 것이다. 도 3에 예시한 것과 같이 안테나 소자 사이의 전파 지연 시간(△t)은 d×cosΦi/c 가 됨을 알 수 있다.
따라서 어레이 안테나가 L개의 안테나 소자로 이루어져 있고 각 안테나 소자 사이 간격이 d(=λ/2, λ는 신호 파장)라고 가정하면, 어레이 안테나와 각도 Φi를 이루는 i번째 신호원으로부터 수신되는 신호 성분(잡음 성분 제외)은 다음 수학식 15로 표현할 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00010
그러면 어레이 안테나의 전체 수신 신호 벡터(x)는 다음 수학식 16으로 표현할 수 있다.
x = Sα+ n
S = [s(Φ1), s(Φ2), …, s(ΦM)]
α = [α1, α2, …, αM]
여기서 α는 다중 경로 이득 행렬이고, n은 잡음 성분 벡터이며, M은 신호원의 수이다.
수신 신호 x 의 자기상관 행렬(R)은 아래 수학식 17로 표현되며 수학식 18와같이 고유 분해를 수행한 후 위에서 설명한 것과 같이 수신 신호에 대해 수학식 19로 표현되는 의사 스펙트럼을 구해보면 각각의 신호원에서 전송된 신호가 수신되는 각도(Φi)에서 피크 값이 검출된다.
R = E[xx H]=E[Sαα HSH]+E[nn H]=Rs+σ2
R = QΛQ H
Figure 112007093709245-pat00011
따라서 로봇 위치 추적 시스템(100) 주위에 이동 로봇(10)이 1개 존재한다고 가정하면 의사 스펙트럼에서 피크 값이 검출되는 각도가 해당 이동 로봇(10)과 어레이 언테나가 이루는 각도(θMeasured)임을 알 수 있다. 한편 복수의 이동 로봇이 존재할 경우 해당 로봇과 어레이 언테나가 이루는 각도(θMeasured)마다 피크 값이 검출될 수 있다.
그런데 DOA 안테나(113)는 복수의 어레이 안테나를 가지고 있으므로 이동 로봇(10)과 어레이 안테나가 이루는 각도(θMeasured)는 어레이 안테나 수만큼 각각 다른 값으로 측정될 수 있다. 따라서 각도(θMeasured)를 로봇 위치 추적 시스템(100)의 기준 방향과 이동 로봇(10)이 이루는 각도(θDOA)로 환산해주어야 한다.
도 4는 이동 로봇과 어레이 안테나가 이루는 각도를 로봇 위치 추적 시스템 기준으로 환산하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 4는 DOA 안테나(113)가 3개의 어레이 안테나 구성되고, 로봇 위치 추적 시스템(100)이 이동 로봇(10)의 위치를 나타내기 위해 XY 좌표계를 사용하고 있다고 가정하여 나타낸 것이다.
어레이 안테나는 각각 X축에 대해 60°, 180°, 300(-60)°기울어져 있다. 따라서 각 어레이 안테나에서 측정된 각도(θMeasured)는 아래 수학식 20에 의해 로봇 위치 추적 시스템(100)과 이동 로봇(10)이 이루는 각도(θDOA)로 환산될 수 있다.
θDOA = θMeasured + (2N-1)×θBS
여기서, N은 어레이 안테나 번호, θBS = 60°이다.
결국 (2N-1)×θBS 는 어레이 안테나가 기준 방향(X축 방향)과 이루는 각도에 해당하므로 DOA 안테나(113)가 4개 이상의 어레이 안테나로 이루어진 경우에도 각 어레이 안테나에서 측정된 각도에 해당 어레이 안테나가 기준 방향과 이루는 각도를 더해주면 로봇 위치 추적 시스템(100)과 이동 로봇(10)이 이루는 각도(θDOA)를 구할 수 있다. 이와 같은 방법으로 로봇 위치 추적 시스템(100)은 이동 로봇(10)의 방향(θDOA)을 추적해낼 수 있다.
한편 각 어레이 안테나에서 각각 추정된 이동 로봇의 방향을 평균한 값을 해당 이동 로봇의 방향으로 이용할 수 있다. 또한 이동 로봇이 위치한 방향에 가장 가까운 곳에 위치한 어레이 안테나에서 측정된 값을 이용할 수도 있다. 이 경우 이동 로봇에 가장 가까운 곳에 위치한 어레이 안테나에서 응답 신호 수신 강도가 가장 크므로 이를 이용하여 이동 로봇과 가장 가까운 방향에 위치한 어레이 안테나를 확인할 수 있다. 물론 이를 위해서 제어부(120)는 각 어레이 안테나에서의 신호 수신 세기를 측정하기 위한 기능을 더 포함할 수 있다.
마지막으로 아래 수학식 21에 의하면 로봇 위치 추적 시스템(100)은 이동 로봇(10)의 위치를 XY 좌표계로 구해낼 수 있다.
Figure 112007093709245-pat00012
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 추적 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
먼저, 로봇 위치 추적 시스템(100)은 로봇 위치 추적 요청 신호를 방송한다(S510). 로봇 위치 추적 요청 신호는 일정 주기 별로 전송될 수 있다.
다음으로, 로봇 위치 추적 요청 신호를 수신한 이동 로봇(10)은 그에 대응하여 위치 추적 응답 신호를 전송한다(S520).
이후 로봇 위치 추적 시스템(100)은 TOA 안테나(111)를 통해 수신되는 신호에 대해 MUSIC 알고리즘을 적용하여 위치 추적 응답 신호의 전파 도달 시간(TOA)를 추정하고 이를 기초로 이동 로봇(10)과의 거리를 구한다(S530).
동시에 로봇 위치 추적 시스템(100)은 DOA 안테나(113)를 통해 수신되는 신호에 대해 MUSIC 알고리즘을 적용하여 위치 추적 응답 신호의 도달 각도(DOA)를 추 정하고 이를 기초로 이동 로봇(10)의 방향을 구한다(S540). 본 단계(S540)에서는 각 어레이 안테나에 대해서 측정된 이동 로봇(10)의 각도(θMeasured)를 기준 각도(θDOA)로 환산해준다.
마지막으로 로봇 위치 추적 시스템(100)은 이동 로봇(10)과의 거리 및 방향을 기초로 이동 로봇(10)의 위치를 구한다(S550). 단계(S550)에서 구해진 거리와 방향을 상기한 수학식 21을 이용하여 XY 좌표 기준으로 환산해 줄 수 있다.
도 6은 도 2의 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 개수를 달리하면서 측정한 위치 오차를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참고하면, 각 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 개수를 7개 이상으로 하였을 때 위치 오차가 0.1m 이하로 극히 작은 것을 알 수 있다. 따라서 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 개수는 7개 이상으로 하는 것이 바람직하다. 다만 안테나 수가 많아질 수록 데이터 연산 처리에 부하가 많이 걸릴 수 있으므로 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 개수를 7개로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 이동 로봇 위치 추적 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 추적 시스템을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2는 안테나부를 구성하는 안테나의 배치를 예시한 도면이다.
도 3은 DOA 안테나를 구성하는 복수의 어레이 안테나 중 어느 하나의 일부를 예시한 것이다.
도 4는 이동 로봇과 어레이 안테나가 이루는 각도를 로봇 위치 추적 시스템 기준으로 환산하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 추적 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 6은 도 2의 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 개수를 달리하면서 측정한 위치 오차를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 제1 안테나와 상기 제1 안테나를 둘러싸도록 배치되는 복수의 어레이 안테나로 구성되는 제2 안테나를 포함하는 안테나부;
    이동 로봇에 상기 제1 안테나를 통해 위치 요청 신호를 전송하는 제어부;
    상기 이동 로봇으로부터 상기 위치 추적 요청 신호에 대한 응답으로 전송되는 위치 추적 응답 신호를 상기 제1 안테나를 통해 수신하여 상기 이동 로봇과의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및,
    상기 위치 추적 응답 신호를 상기 제2 안테나를 통해 수신하여 상기 이동 로봇의 방향을 추정하는 방향 추정부; 를 포함하고,
    상기 제2 안테나는 상기 복수의 어레이 안테나가 다각형 형태로 배치되고, 상기 제1 안테나는 상기 복수의 어레이 안테나의 중앙부에 위치하며,
    상기 방향 추정부는,
    상기 제2 안테나를 통해 수신되는 위치 추적 응답 신호에 대해 MUSIC 알고리즘을 적용하여 상기 이동 로봇의 방향을 추정해내는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 위치 추적 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다각형 형태는 삼각형 형태이고, 상기 복수의 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자는 7개 이상인 것을 특징으로 하는 이동 로봇 위치 추적 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 추정부는,
    상기 제1 안테나를 통해 수신되는 위치 추적 응답 신호에 대해 MUSIC(multiple signal classification) 알고리즘을 적용하여 상기 이동 로봇과의 거리를 추정해내는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 위치 추적 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방향 추정부는,
    상기 이동 로봇과 상기 어레이 안테나가 이루는 각도(θMeasured)가 계산된 경우, 상기 각도(θMeasured)에 상기 어레이 안테나가 기준 방향과 이루는 각도를 합산하여 상기 이동 로봇의 방향을 구하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 위치 추적 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자는 λ/2 간격으로 배열되는 것은 특징으로 하는 이동 로봇 위치 추적 시스템.
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