KR101052529B1 - 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치 - Google Patents

송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101052529B1
KR101052529B1 KR1020090037333A KR20090037333A KR101052529B1 KR 101052529 B1 KR101052529 B1 KR 101052529B1 KR 1020090037333 A KR1020090037333 A KR 1020090037333A KR 20090037333 A KR20090037333 A KR 20090037333A KR 101052529 B1 KR101052529 B1 KR 101052529B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmitter
coordinate system
measuring device
rotation angle
rotation
Prior art date
Application number
KR1020090037333A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100118468A (ko
Inventor
하영열
박영준
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020090037333A priority Critical patent/KR101052529B1/ko
Publication of KR20100118468A publication Critical patent/KR20100118468A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101052529B1 publication Critical patent/KR101052529B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/026—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using moving transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/04—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using angle measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/08—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using synchronised clocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 방법은 송신기가 소정의 구 좌표계(Spherical Coordinate)의 일 축을 기준으로 등속 회전하며 방출하는 복수의 레이저 평면 신호를 검출하는 단계; 검출된 복수의 레이저 평면 신호를 이용하여 제1 회전각을 산출하는 단계; 송신기가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 제2 회전각을 산출하는 단계; 상기 구 좌표계에서 제1 회전각 및 제2 회전각을 만족하는 위치 예측 직선을 추출하는 단계; 및 하나 이상의 송신기 각각에서 산출된 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하되, 제1 회전각 및 제2 회전각은 서로 다른 축에 대한 각도인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 각 송신기와의 기하학적인 관계를 통하여 자신의 위치를 정확하게 계측할 수 있는 효과가 있다.
위치 계측, 회전 정보, 레이저 평면 신호, 위치 예측 직선

Description

송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치{Position measuring method for using emitted signal from transmitters and position measuring apparatus}
본 발명은 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하여 위치를 계측하는 위치 계측 방법에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하여 기하학적 접근을 통하여 위치를 계측하는 방법에 관한 것이다.
근래에 실내의 특정 장비(이동 단말, 이동 로봇 등)의 위치를 계측하는 것이 매우 중요한 기술로 대두되고 있다.
종전에는 위치 인식 기술은 대부분 위성 위치 확인 시스템(global positioning system; GPS)을 이용하는 기술이 대부분이었다. 그러나 근거리 무선 통신 기술의 발달 및 유비쿼터스 환경에 대한 관심의 증가로 인하여 실내에서의 위치 인식의 필요성이 증가되었다.
특히, 산업 현장에서 로봇의 조작의 경우, 작업의 정밀함을 요하는 경우가 많다. 산업용 로봇의 경우, 로봇의 작업 위치, 즉 로봇의 끝축의 좌표나 TCP(Tool Center Point)를 계측하는 것은 로봇의 제어에 있어서 매우 중요하다.
예를 들어, 로봇 프로그램을 동작시킬 때는 로봇의 끝축이나 TCP를 정확히 알고 있어야만 정확한 동작 제어가 가능하게 된다.
그러나 TCP나 로봇의 끝축의 위치를 알아내는 방법은 대단히 번거로운 작업으로서 이는 공구나 센서의 위치와 자세를 알아내기 위하여 여러번 까다로운 교시(Teach)를 하여야 하며 순전히 작업자의 눈에 의존한 교시가 되기 때문에 그 정확성도 뒤떨어지는 실정이다.
종래에서는 상술한 바와 같이, 사람의 눈으로 확인하여 조작기를 움직여서 동작하였으나, 이 경우 정확도에 한계가 있을 수밖에 없었다. 또한, 일정한 로봇 제어 프로그램을 이용하여 원격, 자동으로 로봇을 제어하는 경우에는 수동적인 조작기의 사용이 로봇의 제어를 제한하는 요소로 작용할 수밖에 없었다.
한편, 최근에는 공장 자동화를 통하여 생산 라인에서 사람이 직접 교시하지 않고, 미리 시뮬레이션을 수행한 결과를 토대로 로봇의 동작을 설정한 프로그램을 통하여 로봇을 제어하는 경우가 늘어나고 있다. 이 경우, 시뮬레이션의 오류가 있거나 실시간으로 현장의 환경 변화 등에 의하여 발생하는 오차를 보정하기 위해서는 실시간으로 위치를 계측하는 것이 더욱 중요해지고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 송신기 각각으로부터 방출되는 신호를 검출하여, 각 송신기와의 기하학적인 관계를 통하여 위치를 계측하는 위치 계측 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 3개 이상의 센서의 위치를 계측하여, 해당 센서들이 구현된 하나의 강체의 위치 및 회전 정보를 생성하는 위치 계측 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 위치 계측 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 방법은 (a) 상기 송신기가 소정의 구 좌표계(Spherical Coordinate)의 일 축을 기준으로 등속 회전하며 방출하는 복수의 레이저 평면 신호를 검출하는 단계; (b) 상기 검출된 복수의 레이저 평면 신호를 이용하여 제1 회전각을 산출하는 단계; (c) 상기 송신기가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 제2 회전각을 산출하는 단계; (d) 상기 구 좌표계에서 상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각을 만족하는 위치 예측 직선을 추출하는 단계; 및 (e) 상기 하나 이상의 송신기 각각에서 산출된 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하되, 상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각은 상기 구 좌표계의 서로 다른 축에 대한 각도인 것을 특징으로 한다.
상기 위치 계측 방법은 하나의 강체에서 소정 거리로 이격되어 상기 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하는 3개 이상의 센서 각각에 대하여 계측된 위치들과 상기 각 센서들이 이격된 거리에 기초하여, 상기 강체의 상기 기준 좌표계에 대한 회전 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는, 상기 복수의 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차 및 상기 등속 회전의 회전 각속도에 따라 상기 제1 회전각을 산출하는 특징으로 할 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 등속 회전의 주기로 방출되는 전방위 신호가 검출되는 시간과 상기 복수의 레이저 평면 신호 중 어느 하나가 검출되는 시간의 시간차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 시간차와 상기 주기에 기초하여 상기 구 좌표계의 Y축과 이루는 제2 회전각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (e) 단계는, 제1 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계와 제2 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계의 관계 정보를 독출하는 단계; 및 상기 독출된 관계 정보에 따라 배치된 상기 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 위치 계측 장치의 위치는 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선이 만나지 않는 경우, 상기 제1 위치 예측 직선과 상기 제2 위치 예측 직선 사이의 거리가 가장 짧은 선분의 중점으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (e) 단계는, 제1 송신기의 구 좌표계 및 제2 송신기의 구 좌표계의 관계 정보를 더 고려하여, 베이스 좌표계에 따른 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 위치 계측 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 장치는 상기 송신기가 소정의 구 좌표계(Spherical Coordinate)의 일 축을 기준으로 등속 회전하며 방출하는 복수의 레이저 평면 신호를 검출하는 검출부; 상기 검출된 복수의 레이저 평면 신호를 이용하여 제1 회전각을 산출하고, 상기 송신기가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 제2 회전각을 산출하는 각도 산출부; 상기 구 좌표계에서 상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각을 만족하는 위치 예측 직선을 추출하는 직선 추출부; 및 상기 하나 이상의 송신기 각각에서 산출된 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함하되, 상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각은 상기 구 좌표계의 서로 다른 축에 대한 각도인 것을 특징으로 한다.
상기 검출부는, 하나의 강체에서 소정 거리로 이격되어 상기 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하는 3개 이상의 센서를 포함하며, 상기 센서 각각에 대하여 계측된 위치들과 상기 각 센서들이 이격된 거리에 기초하여, 상기 강체의 상기 기준 좌표계에 대한 회전 정보를 생성하는 회전 정보 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 각도 산출부는, 상기 복수의 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차 및 상 기 등속 회전의 회전 각속도에 따라 상기 제1 회전각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 각도 산출부는, 상기 등속 회전의 주기로 방출되는 전방위 신호가 검출되는 시간과 상기 복수의 레이저 평면 신호 중 어느 하나가 검출되는 시간의 시간차를 산출하고, 상기 산출된 시간차와 상기 주기에 기초하여 상기 구 좌표계의 Y축과 이루는 제2 회전각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 위치 결정부는, 제1 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계와 제2 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계의 관계 정보를 독출하고, 상기 독출된 관계 정보에 따라 배치된 상기 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 위치 계측 장치의 위치는 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선이 만나지 않는 경우, 상기 제1 위치 예측 직선과 상기 제2 위치 예측 직선 사이의 거리가 가장 짧은 선분의 중점으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 위치 결정부는, 제1 송신기의 구 좌표계 및 제2 송신기의 구 좌표계의 관계 정보를 더 고려하여, 베이스 좌표계에 따른 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 복수의 송신기 각각으로부터 방출되는 신호를 검출하여, 각 송신기와의 기하학적인 관계를 통하여 정확하게 위치를 계측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 3개 이상의 센서의 위치를 검출하여, 해당 센서들이 포함된 위치 계측 장치의 위치뿐만 아니라 회전 정보도 파악할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 복수의 송신기의 방출 신호를 검출하여, 기하학적인 방법으로 신호 검출 위치, 즉 센서의 위치를 계측하는 방법이다. 본 발명의 위치 계측 시스템은 2개 이상의 송신기, 센서를 포함하는 위치 계측 장치, 위치 계측 장치가 탑재된 로봇을 제어하는 로봇 제어기를 포함한다.
본 명세서는 우선, 도 1을 참조하여 위치 계측 시스템의 구성에 대하여 설명하고, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예인 위치 계측 방법을 기하학적으로 설명한다. 그리고 도 5를 참조하여 위치 계측 과정을 설명하도록 한다.
이하, 도 1을 참조하여 위치 계측 시스템을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 위치 계측 시스템은 로봇 제어기(110), 네트워크(120), 송신기(130), 위치 계측 장치(140)를 포함할 수 있다.
로봇 제어기(110)는 네트워크(120)를 통하여 원격으로 로봇의 동작을 제어한다. 특히, 본 발명의 로봇 제어기(110)는 로봇에 탑재된 위치 계측 장치(140)로부 터 계측된 위치(또는 회전 정보)를 전달받아, 전달된 위치(또는 회전 정보)에 기초하여 로봇의 동작을 제어한다.
또한, 로봇 제어기(110)는 송신기(130)로 회전 속도를 전달하여, 송신기(130)가 전달된 회전 속도에 따라 등속 회전하며 소정의 신호를 방출(이하, 방출 신호라 칭함)하도록 한다.
본 발명은 이러한 방출 신호를 위치 계측 장치(140)가 센서를 통하여 검출하여, 센서의 위치(혹은 위치 계측 장치의 위치)를 계측하는 것으로, 로봇 제어기(110)는 계측된 위치(또는 회전 정보)를 전달받아 보다 정밀하게 로봇을 제어할 수 있다.
네트워크(120)는 로봇 제어기(110)와 위치 계측 장치(140, 혹은 송신기(130)) 사이의 데이터 통신이 가능한 모든 통신망을 포함한다. 예를 들어, 네트워크(120)는 TCP/IP에 따른 유선 인터넷망, 이더넷망뿐만 아니라, 데이터 통신이 가능한 Wibro, WCDMA, 근거리 무선망(예를 들어, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth)) 등의 무선 통신망을 포함한다.
본 발명은 네트워크(120)를 통하여, 위치 계측 장치(140)의 위치 및 회전 정보, 위치 계측 장치(140)가 탑재된 로봇으로의 제어 명령 등의 모든 명령이나 데이터가 송수신된다.
송신기(130)는 소정의 방출 신호를 방출한다. 여기서, 방출 신호는 레이저를 렌즈를 통하여 산란시켜 평면 형태로 방출하는 레이저 평면 신호와 모든 위치의 센서에 검출되도록, 즉 전방위로 방출하는 신호(이하, 전방위 신호라 칭함)를 포함한 다.
송신기(130)는 소정의 구 좌표계(Spherical Coordinate)의 일 축(예를 들어, Z축)을 기준으로 등속 회전한다. 이때, 회전 속도는 상술한 로봇 제어기(110)로부터 수신할 수 있다.
송신기(130)는 복수의 예를 들어, 2개의 레이저 평면 신호를 소정의 각도를 유지하며 방출한다. 이때, 송신기(130)가 Z축을 기준으로 등속 회전하므로, 방출되는 2개의 레이저 평면 신호도 소정의 각도를 유지하며 등속 회전한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 송신기(130)가 2개의 레이저 평면 신호(210, 220)를 방출하는 것을 알 수 있다. 레이저 평면 신호 210과 220은 서로 소정의 각도를 유지하며, 송신기(130)의 등속 회전에 따라 회전되며 방출된다. 따라서 위치 계측 장치(140)의 센서는 일정한 시간 간격을 두고 레이저 평면 신호(210, 220)를 검출하게 된다.
또한, 송신기(130)는 소정의 주기로 전방위 신호를 방출한다. 여기서, 전방위 신호는 도 2에 도시하지는 않았지만, 모든 위치에 있는 센서가 검출할 수 있도록 모든 방향으로 방출하는 신호를 의미한다.
이때, 송신기(130)는 등속 회전의 주기에 따라 전방위 신호를 방출할 수 있다. 예를 들어, 송신기(130)는 레이저 평면 신호(210, 220)를 방출하기 시작한 후, 1 주기가 경과한 때에 전방위 신호를 한번, 2 주기 경과한 때에 전방위 신호를 다시 한번 방출할 수 있다. 이 경우, 위치 계측 장치(140)는 전방위 신호를 검출함으로써 해당 송신기(130)의 등속 회전 주기를 검출할 수 있다. 즉, 위치 계측 장 치(140)는 센서가 전방위 신호를 검출한 시간과 다음 전방위 신호를 검출한 시간의 차이로 송신기(130)의 등속 회전 주기를 산출할 수 있다.
한편, 송신기(130)는 고유의 주파수로 방출 신호(레이저 평면 신호와 전방위 신호 포함)를 방출한다. 즉, 복수의 송신기(130)는 각각 고유의 주파수가 할당되어 있고, 할당된 고유의 주파수로 신호를 방출한다. 따라서 방출 신호를 검출하는 센서는 주파수로서 검출된 신호를 방출한 송신기(130)를 구별할 수 있다.
위치 계측 장치(140)는 송신기(130)가 방출한 신호를 검출하여, 자신의 위치를 계측한다. 그리고 위치 계측 장치(140)는 계측된 위치를 로봇 제어기(110)로 전달한다.
이하, 이러한 위치 계측 장치(140)의 동작을 기능별로 구분하여 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서는 발명의 이해와 설명의 편의를 위하여 기능별로 구분하여 설명하나, 위치 계측 장치(140)의 실제 구현은 센서와 프로세서로 구현되는 등 이하에서 설명하는 구분에 구애 받지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
위치 계측 장치(140)는 검출부(141), 각도 산출부(143), 직선 추출부(144), 위치 결정부(145), 회전 정보 생성부(146) 및 저장부(147)를 포함할 수 있다.
검출부(141)는 송신기(130)가 방출하는 레이저 평면 신호 및 전방위 신호를 검출한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 검출부(141)는 포토 검출 센서(Photo Detection Sensor)로 구현될 수 있다. 포토 검출 센서는 레이저 신호를 검출하여, 전기적 신호로 변환한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 검출부(141)는 3개 이상의 센서를 포 함할 수 있다. 여기서, 3개 이상의 센서는 하나의 강체에서 소정 거리로 이격되어 구현될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예의 검출부(141)는 정삼각형의 각 꼭지점에 대응하여 3개의 센서를 위치시킬 수 있다. 이 경우, 3개의 센서는 하나의 강체와 같이 움직인다. 즉, 3개의 센서는 3개의 센서 서로 간의 위치 관계는 항상 동일하게 유지된다.
따라서 본 실시예에서, 3개의 센서 각각의 베이스 좌표계에 대한 위치를 알 수 있는 경우, 해당 강체(로봇이나 위치 계측 장치(140))의 위치를 산출할 수 있다. 상술한 예에서 3개의 센서가 구성하는 정삼각형의 무게 중심의 위치는 각 센서의 위치를 파악한 경우, 응당 산출이 가능하다. 또한, 각 센서들 사이의 위치 관계가 일정하게 유지되므로(하나의 강체), 강체의 회전 정보 역시도 산출이 가능하다.
여기서, 회전 정보는 베이스 좌표계를 구 좌표계 형태로 설정한 경우, Z축과 이루는 각도, X축(혹은 Y축)과 이루는 각도일 수 있다. 또한, 회전 정보는 강체의 회전량일 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라, 검출부(141)에 3개의 센서를 포함하여 각 센서의 위치를 계측한 경우, 위치 계측 장치(140)의 위치 및 회전 정보를 정밀하게 계측할 수 있는 장점이 있다.
각도 산출부(143)는 검출부(143)에서 검출한 복수의 레이저 평면 신호를 이용하여 송신기(130)의 구 좌표계에 대한 제1 회전각을 산출하고, 송신기(130)가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 송신기(130)의 구 좌표계에 대한 제2 회전각을 산출할 수 있다.
여기서, 제1 회전각 및 제2 회전각은 해당 송신기(130)의 구 좌표계의 서로 다른 축에 대한 각도이다. 예를 들어, 제1 회전각은 구 좌표계의 Z축과 이루는 각도이고, 제2 회전각은 구 좌표계의 Y축과 이루는 각도일 수 있다.
구 좌표계는 직교 좌표계가 (x, y, z)의 형태로 위치를 표현하는 것과 달리, (r, θ, φ)의 형태로 위치를 표현한다. 즉, 구 좌표계는 원점과의 거리와 서로 다른 두 개의 축에 대한 회전각으로 위치를 표현한다. 여기서, r은 원점과의 거리이고, θ는 Z축과 이루는 회전각이며, φ는 X축과 이루는 회전각이다. 즉, 구 좌표계의 (r, θ, φ)는 직교 좌표계의 (r*sin(θ)*cos(φ), r*sin(θ)*sin(φ), r* cos(θ)과 동일하다.
각도 산출부(143)는 방출 신호가 검출된 위치에 대하여 해당 방출 신호에 대응하는 송신기(130)의 구 좌표계에 대한 두 개의 회전각(제1 회전각 및 제2 회전각)을 산출한다.
각도 산출부(143)는 복수의 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차 및 등속 회전의 회전 각속도에 따라 제1 회전각을 산출한다.
구체적으로, 각도 산출부(143)는 송신기(130)가 방출한 복수의 레이저 평면 신호(송신기(130)는 등속 회전하며, 소정의 각도를 이루는 레이저 평면 신호를 방출)를 이용하여 제1 회전각을 산출한다.
각도 산출부(143)는 복수의 레이저 평면 신호가 검출되는 시간을 확인한다. 그리고 각도 산출부(143)는 2개의 레이저 평면 신호가 검출된 시간의 차이 및 해당 송신기(130)의 등속 회전의 회전 각속도(즉, 등속 회전의 주기)에 따라 제1 회전각 을 산출한다.
이때, 각도 산출부(143)는 해당 주기를 전방위 신호의 검출을 통하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 각도 산출부(143)는 전방위 신호가 검출된 첫번째 시간과 두번째 시간의 차이를 해당 송신기(130)의 회전 주기로 설정할 수 있다.
또한, 각도 산출부(143)는 전방위 신호가 검출되는 시간과 레이저 평면 신호가 검출되는 시가의 차이를 이용하여 제2 회전각을 산출할 수 있다. 즉, 각도 산출부(143)는 등속 회전의 주기로 방출되는 전방위 신호가 검출되는 시간과 복수의 레이저 평면 신호 중 어느 하나가 검출되는 시간의 시간차를 산출한다. 그리고, 각도 산출부(143)는 산출된 시간차와 주기에 기초하여 구 좌표계의 Y축(혹은 X축)과 이루는 제2 회전각을 산출한다.
예를 들어, 전방위 신호가 검출된 후, 3초 후에 레이저 평면 신호가 검출된 경우를 가정하자. 그리고 전방위 신호는 36초의 간격으로 검출되는 것을 가정하자. 이 경우, 각도 산출부(143)는 송신기(130)가 등속 회전하는 한 주기가 36초인 것으로 판단할 수 있다. 주기가 36초라면, 회전 각속도는 10도/초이다. 이때, 각도 산출부(143)는 전방위 신호의 검출 3초 후에 레이저 평면 신호가 검출되었으므로, 레이저 평면 신호가 일 축, 예를 들어 Y축(혹은 X축)으로부터 30도 이동한 후에 검출된 것으로 판단한다. 이와 같이, 각도 산출부(143)는 Y축(혹은 X축)으로부터의 회전각이 30도인 것으로 제2 회전각을 산출할 수 있다.
직선 추출부(144)는 송신기(130)의 구 좌표계를 기준으로 제1 회전각 및 제2 회전각을 만족하는 위치 예측 직선을 추출한다. 여기서, 위치 예측 직선은 해당 구 좌표계 상에서 방출 신호가 검출되는 위치가 존재 가능한 직선이다.
상술한 바와 같이, 구 좌표계는 원점과의 거리(r)와 서로 다른 두 개의 축과의 회전각(θ, φ)으로 위치를 표현한다. 따라서 구 좌표계에서 두 개의 회전각을 만족하는 모든 점은 하나의 직선으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 직선 추출부(144)는 Z축에 대하여 제1 회전각을 이루고, Y축(혹은 X축)에 대하여 제2 회전각을 이루는 모든 점들의 집합으로 위치 예측 직선을 추출할 수 있다. 이에 대한 기하학적 설명은 도 3의 설명에서 자세히 설명하기로 한다.
위치 결정부(145)는 복수의 송신기(130) 각각에서 산출된 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 위치 계측 장치(140)의 위치를 결정한다.
상세하게는, 위치 결정부(145)는 제1 송신기(131)에 대응하여 추출된 위치 예측 직선과 제2 송신기(133)에 대응하여 추출된 위치 예측 직선의 교차점에 따라 위치 계측 장치(140)의 위치로 결정할 수 있다. 이때, 제1 송신기(131)와 제2 송신기(133)는 서로 다른 기준의 구 좌표계를 이용할 수 있다. 따라서 이 경우, 위치 결정부(145)는 각 송신기(130)의 구 좌표계 사이의 관계 정보를 독출한다. 다시 말하면, 위치 결정부(130)는 제1 송신기(131)를 기준으로 구 좌표계와 제2 송신기(133)를 기준으로 구 좌표계의 관계 정보를 독출한다. 그리고 위치 결정부(145)는 독출된 관계 정보에 따라 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선을 배치하여 두 직선의 교차점을 산출한다.
여기서, 좌표계와 좌표계의 관계 정보는 양 좌표계의 관계에 대한 것으로서, x, y, z값의 변화량(Px, Py, Pz)과 x축, y축, z축의 각도 변화량(Rx, Ry, Rz)을 포함할 수 있다. 따라서 제1 좌표계와 제2 좌표계의 관계 정보는 양 좌표계를 동일한 공간에서 표현되기 위해서 필요하다. 예를 들어, (1,1,1)은 서로 다른 좌표계에서 서로 다른 위치를 나타내지만, 관계 정보를 이용하여 좌표계를 동일한 공간에 표현한 경우, (1,1,1)은 동일한 위치를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 위치 결정부(145)는 상술한 두 위치 예측 직선의 교차점을 위치 계측 장치(140)의 위치로 판단할 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 위치 결정부(145)는 해당 교차점을 방출 신호를 검출한 센서의 위치로 결정한다. 그리고 위치 결정부(145)는 센서의 위치와 계측을 원하는 지점(로봇의 끝점 위치 등)과의 미리 결정된 관계에 따라 센서의 위치를 해당 계측을 원하는 지점의 위치로 변환하여 해당 변환 위치를 위치 계측 장치(140)의 위치로 결정할 수 있다.
한편, 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선은 다양한 변수에 의하여 한 점에서 만나지 않고 미묘한 차이를 두고 교차할 수 있다. 이 경우, 위치 결정부(145)는 두 직선 사이의 거리가 가장 짧은 선분을 선택한다. 그리고 위치 결정부(145)는 선택한 선분의 양 끝점이나 중점으로 위치를 결정할 수 있다.
본 발명은 두 위치 예측 직선의 교점이 존재하지 않는 경우, 상술한 선분 상의 한 점을 선택하는 등, 다양한 방법으로 미묘한 오차를 무시하는 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 베이스 좌표계는 로봇 제어를 위하여 로봇 제어기(110) 가 위치를 인식하는 좌표계를 의미한다. 본 발명의 베이스 좌표계는 사용자에 의하여 미리 설정된 것으로, 제1 송신기(131)와 동일하게 설정하거나 별도의 기준 좌표계를 설정하는 등 다양한 형태일 수 있음은 당업자에게 자명하다.
회전 정보 생성부(146)는 3개 이상의 센서에 의하여 방출 신호가 검출되는 경우, 각 센서들 사이의 위치에 따라 해당 센서들이 포함된 하나의 강체의 위치 및 회전 정보를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 검출부(141)는 3개의 센서가 하나의 강체에서 소정 거리로 이격되는 것으로 구현될 수 있다.
이 경우, 각 센서들은 일정한 거리를 유지하고, 각 센서의 위치는 상술한 각도 산출부(143), 직선 추출부(144) 및 위치 결정부(145)의 기능에 의하여 결정된다. 따라서 회전 정보 생성부(146)는 각 센서들의 위치를 위치 결정부(145)로부터 전달받으면, 미리 설정된 각 센서들의 이격 거리(혹은 정삼각형 등의 형상)에 따라 원하는 지점, 강체(본 발명의 위치 계측 장치(140)나 위치 계측 장치(140)가 탑재된 로봇의 특정 위치)의 위치를 정밀하게 산출할 수 있다
또한, 회전 정보 생성부(146)는 각 센서 각각에 대하여 계측된 위치들과 각 센서들이 이격된 거리에 기초하여, 강체의 기준 좌표계에 대한 회전 정보를 생성할 수 있다. 다시 말하면, 회전 정보 생성부(146)는 각 센서들을 잇는 선분의 회전 각도를 상술한 각 센서들의 위치 및 각 센서들의 이격 거리(혹은 정삼각형 등의 형상)을 이용하여 산출할 수 있다. 이로써, 회전 정보 생성부(146)는 3개의 센서를 포함하는 강체의 회전 정보(베이스 구 좌표계의 각 축에 대한 회전 각도 등)을 생 성할 수 있다.
저장부(147)는 위치 계측 장치(140)의 전반적인 동작을 제어하는 소정의 프로그램 및 입출력되는 데이터 및 처리되는 각종 데이터를 저장한다. 또한, 저장부(147)는 베이스 좌표계에 대한 정보, 본 명세서에서 적시되는 좌표계들 간의 관계 정보를 저장할 수 있으며, 상술한 각도 산출부(143), 직선 추출부(144), 위치 결정부(145), 회전 정보 생성부(146)의 요청에 따라 필요한 정보를 제공한다.
구체적으로, 저장부(147)는 롬(ROM: Read Only Memory), 플래시 메모리(Flash memory), 램(RAM: Random Access Memory)으로 구성될 수 있다. 롬은 각도 산출부(143) 등의 처리 및 제어를 위한 프로그램과 각종 참조 데이터를 저장한다. 그리고 램은 각도 산출부(143) 등의 워킹 메모리(working memory)를 제공하며, 플래시 메모리는 갱신 가능한 각종 보관용 데이터를 저장하기 위한 영역을 제공한다.
본 명세서에서 위치 계측 장치(140)의 검출부(141), 각도 산출부(143), 직선 추출부(144), 위치 결정부(145), 회전 정보 생성부(146) 및 저장부(147)는 기능적으로 표현하였다. 즉, 각각의 기능부는 분리되어 표현되어 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위함이며, 하나의 회로(하나의 논리부로서 마이크로 회로) 내에 구현될 수 있다. 특히, 각도 산출부(143), 직선 추출부(144), 위치 결정부(145), 회전 정보 생성부(146)는 각각 구분되어 구현되는 것을 설명하였으나, 하나의 회로로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 예측 직선의 추출에 대한 도면이 다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 위치 계측 장치(140)가 제1 송신기(131)로부터 방출 신호를 검출하여 위치 예측 직선(330)을 추출하는 방법을 기하학적으로 설명한다.
제1 송신기(131)의 구 좌표계를 기준으로 하여, 위치 계측 장치(140)는 제1 회전각(313) 및 제2 회전각(323)을 산출한다. 여기서, 제1 회전각(313)은 Z축과 이루는 각으로, 제2 회전각(323)은 Y축과 이루는 각으로 가정한다.
위치 계측 장치(140)는 제1 회전각(313)을 만족하는 모든 점들을 고려하여, 제1 위치 예측 면(310)을 추출한다. 제1 위치 예측 면(310)은 도 3에서 도시된 바와 같이, 원뿔의 옆면과 같은 형상을 갖는다.
또한, 위치 계측 장치(140)는 제2 회전각(323)을 만족하는 모든 점들을 고려하여 제2 위치 예측 면(320)을 추출한다. 제2 위치 예측 면(320)은 도 3에서 도시된 바와 같이, Z축을 포함하며 Y축과 제2 회전각(323)을 이루는 평면과 같은 형상이다.
이때, 위치 계측 장치(140)는 제1 회전각(313)과 제2 회전각(323) 모두를 만족하는 위치를 고려하여야 하므로, 제1 위치 예측 면(310)과 제2 위치 예측 면(320)이 공유하는 직선을 제1 위치 예측 직선(330)으로 추출한다.
상술한 과정은 제1 송신기(131)에 대하여 제1 위치 예측 직선(330)을 추출하는 과정을 설명한 것으로, 2개의 송신기(130)에 대하여 2개의 위치 예측 직선을 추출하면 원하는 지점의 위치를 계측할 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 위치 결정 원리에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 결정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 위치 계측 장치(140)가 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선에 따라 위치 계측하는 방법을 기하학적으로 설명한다.
제1 위치 예측 직선은 제1 송신기(131)의 제1 구 좌표계(410)에 대하여 위치 계측 장치(140, 혹은 센서)의 위치가 존재 가능한 점들의 모임이다. 또한, 제2 위치 예측 직선은 제2 송신기(133)의 제2 구 좌표계(420)에 대하여 위치 계측 장치(140, 센서)의 위치가 존재 가능한 점들의 모임이다.
따라서 본 발명의 위치 계측 장치(140)는 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선의 교차점(430)을 계측하고자 하는 위치로 결정할 수 있다.
다만, 상술한 바와 같이, 다른 기준을 갖는 좌표계는 관계 정보에 따라 하나의 기준으로 변환하여야 한다. 예를 들어, 위치 계측 장치(140)는 제2 구 좌표계(420)를 제1 구 좌표계(410)로 변환, 혹은 그 반대로 변환할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 위치 계측 장치(140)는 제1 구 좌표계(410) 및 제2 구 좌표계(420)를 모두 베이스 좌표계로 변환할 수도 있다.
이러한 좌표계 변환 과정을 수행한 후, 위치 계측 장치(140)는 도 3에서 도시된 바와 같이 두 개의 위치 예측 직선을 배치하고, 그 교차점(430)을 계측하고자 하는 위치로 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 과정에 대한 순서도이다.
본 발명의 위치 계측 방법은 제1 송신기(131)가 방출하는 복수의 레이저 평면 신호 및 전방위 신호를 검출하여 제1 위치 예측 직선을 추출하고, 제2 송신기(133)가 방출하는 복수의 레이저 평면 신호 및 전방위 신호를 검출하여 제2 위치 예측 직선을 추출하여, 2개의 위치 예측 직선의 교차점에 기초하여 위치를 계측하는 것이다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 방법을 자세히 설명하도록 한다.
단계 S501에서, 위치 계측 장치(140)는 송신기(130)가 소정의 구 좌표계의 일 축을 기준으로 등속 회전하며 방출하는 복수의 레이저 평면 신호를 검출한다. 즉, 위치 계측 장치(140)는 제1 송신기(131)가 방출하는 2개의 레이저 평면 신호를 검출한다. 이때, 제1 송신기(131)는 Z축(제1 송신기(131)의 구 좌표계)을 기준으로 등속 회전하며, 2개의 레이저 평면 신호를 방출한다. 그리고 2개의 레이저 평면 신호는 소정의 각을 유지하며 방출된다.
이어서, 단계 S503에서, 위치 계측 장치(140)는 복수의 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차 및 등속 회전의 회전 각속도에 따라 제1 회전각을 산출한다. 즉, 위치 계측 장치(140)는 2개의 레이저 평면 신호의 검출 시간 차를 이용하여 제1 송신기(131)의 구 좌표계 Z축에 대한 제1 회전각을 산출한다.
예를 들어, 2개의 레이저 평면 신호의 검출 시간 차가 5초인 경우를 가정하 자. 위치 계측 장치(140)는 제1 송신기(131)의 회전 속도를 고려하여, 제1 송신기(131)의 구 좌표계에서 5초의 검출 시간 차를 가지는 모든 점을 찾는다. 이 경우, 위치 계측 장치(140)는 검출 시간 차가 5초인 모든 점들의 집합이 도 3에서 도시된 위치 예측 면 310과 유사하게, 원뿔의 옆면의 형태를 가짐을 찾을 수 있다.
즉, 위치 계측 장치(140)는 Z축과 동일한 각도(제1 회전각)를 이루는 점들을 추출하게 된다.
또한, 단계 S505 및 S507에서, 위치 계측 장치(140)는 제1 송신기(131)가 방출하는 전방위 신호를 검출한다(S505). 그리고 위치 계측 장치(140)는 송신기(130)가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 제2 회전각을 산출한다(S507). 구체적으로, 위치 계측 장치(140)는 등속 회전의 주기로 방출되는 전방위 신호가 검출 시간과 복수(2개)의 레이저 평면 신호 중 어느 하나의 검출되는 시간의 시간차를 산출하고, 산출한 시간차와 주기에 기초하여 제1 송신기(131)의 구 좌표계 Y축에 대한 제2 회전각을 산출한다.
여기서, 전방위 신호는 레이저 평면 신호의 회전각이 0도일 때, 즉 제1 송신기(131)가 등속 회전하는 한 주기에 한번씩 방출된다. 따라서 위치 계측 장치(140)는 일정한 시간 간격으로 검출되는 신호를 전방위 신호로 판단할 수 있으며, 해당 시간 간격을 제1 송신기(131)의 등속 회전 주기로 판단할 수 있다.
위치 계측 장치(140)는 회전 주기에 따라 회전 속도(각속도)를 산출할 수 있다. 그리고 위치 계측 장치(140)는 회전 속도를 고려하여, 전방위 신호의 검출 시간과 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차에 따라 Y축과 이루는 각(제2 회전각)을 산출할 수 있다.
이어서, 단계 S509에서, 위치 계측 장치(140)는 제1 송신기(131)의 구 좌표계에 대한 제1 위치 예측 직선을 추출한다.
위치 계측 장치(140)는 제1 회전각과 제2 회전각을 모두 만족하는 제1 위치 예측 직선을 추출할 수 있다. 도 3을 참조하면, 위치 계측 장치(140)는 제1 회전각(313)을 만족하는 점들의 집합을 위치 예측 면 310으로, 제2 회전각(323)을 만족하는 점들의 집합을 위치 예측 면 320으로 추출한다. 이에 따라, 위치 계측 장치(140)는 두 면(310, 320)에 모두 포함된 직선(330)을 위치 예측 직선으로 추출할 수 있다.
이어서, 단계 S511에서, 위치 계측 장치(140)는 제2 송신기(133)에 대해서도, 상기 단계 S501 내지 단계 S509를 수행하여 제2 위치 예측 직선을 추출한다.
이때, 위치 계측 장치(140)는 검출되는 신호의 주파수로 송신기(130)를 구별할 수 있다. 각 송신기(130)는 고유의 주파수가 할당되어 있으며, 각 송신기(130)는 할당된 고유의 주파수로 신호를 방출하기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 송신기(130)는 하나의 고유 주파수를 할당 받을 수 있다. 따라서 제1 송신기(131)가 방출하는 레이저 평면 신호와 전방위 신호는 하나의 고유 주파수로 방출된다. 이 경우, 위치 계측 장치(140)는 일정한 주기로, 즉 일정한 시각 간격으로 반복적으로 검출되는 신호를 전방위 신호로 인지하고, 다른 신호를 레이저 평면 신호로 인지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 송신기(130)는 2개의(혹은 그 이상의) 고유 주파수를 할당 받을 수 있다. 따라서 제1 송신기(131)는 레이저 평면 신호와 전방위 신호를 서로 다른 주파수(물론, 두 주파수 모두 제1 송신기(131)를 식별 가능함)로 방출한다. 위치 계측 장치(140)는 검출된 신호의 주파수만으로 송신기(130)를 식별할 수 있을 뿐만 아니라, 신호의 종류(레이저 평면 신호나 전방위 신호)도 식별할 수 있다.
이와 같이, 위치 계측 장치(140)는 각 송신기(130)마다 구분하여 신호를 검출하고, 제2 송신기(133)로부터 방출된 방출 신호도 상술한 단계 S501 내지 S509의 동작을 반복 수행하여 제2 위치 예측 직선을 추출한다.
이어서, 단계 S513에서, 위치 계측 장치(140)는 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선의 교차점에 기초하여, 방출 신호가 검출된 위치(즉, 위치 계측 장치(240)에 포함된 센서의 위치)를 결정한다.
기하학적으로 설명하면, 위치 계측 장치(140)는 제1 송신기(131)의 구 좌표계(410)와 제2 송신기(133)의 구 좌표계(420)의 관계 정보에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선이 마치 동일한 좌표계 상에 존재하는 것과 같이 배치한다.
이 경우, 두 직선의 교점(430)이 존재하는 경우, 해당 교점(430)을 센서의 위치로 결정하고, 교점(430)이 존재하지 않는 경우(환경이나 신호 검출 과정의 오차 등에 따른 미묘한 차이가 있을 수 있음), 두 직선 사이의 거리가 가장 짧은 선분의 중점(혹은 양 끝점 중 하나)을 센서의 위치로 결정한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서의 위치를 위치 계측 장치(140)의 위치로 결정할 수 있다. 그러나 다른 실시예에 따르면, 센서의 위치와 사용자가 계측하고자 하는 위치(위치 계측 장치(140)의 중심 위치나 로봇의 끝점 위치 등)가 다른 경우, 위치 계측 장치(140)는 센서의 위치로부터 일정한 관계, 예를 들어 x축으로 3만큼 y축으로 2만큼 z축으로 0만큼 이동(베이스 좌표계 기준)의 관계를 고려하여, 위치 계측 장치(140)의 정밀한 위치(계측을 원하는 위치)를 결정할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 하나의 강체에서 소정 거리로 이격되어 송신기(130)로부터 방출되는 신호를 검출하는 3개(혹은 그 이상의 개수)의 센서 각각에 대하여 위치를 계측한 경우, 각 계측된 위치들과 각 센서들이 이격된 거리에 기초하여 위치 계측 장치(140)(즉 강체)의 회전 정보를 더 생성할 수 있다.
이때, 3개의 센서는 하나의 강체로 구현된 위치 계측 장치(140)에 포함되어야 한다. 즉, 3개의 센서는 하나의 강체로서 위치 계측 장치(140)의 이동이나 회전에도 불구하고, 서로 간의 위치 관계가 동일하게 유지된다.
예를 들어, 3개의 센서가 하나의 강체로 형성되고, 정삼각형의 각 꼭지점에 대응하도록 위치한 경우를 가정하자. 각 센서의 베이스 좌표계에 대한 위치가 계측되면, 위치 계측 장치(140)는 정삼각형의 무게 중심의 좌표를 산출할 수 있다. 또한, 각 이격 거리를 일정하게 유지되므로(하나의 강체로 구현), 각 센서를 잇는 3개의 선분을 추출할 수 있다. 이때, 위치 계측 장치(140)가 탑재된 로봇이 이동 및 회전하는 경우, 위치 계측 장치(140)는 선분의 회전을 고려하여 회전 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 회전 정보는 베이스 좌표계의 각 축과 이루는 각도는 물론이며, 회 전량과 같은 다양한 정보를 포함할 수 있다.
즉, 위치 계측 장치(140)는 하나의 강체로 구현된 3개 이상의 센서의 위치를 이용하여, 위치 계측 장치(140)의 회전량, 회전 각도 등을 포함하는 회전 정보를 더 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 위치 계측 장치(140)가 계측한 위치, 생성한 회전 정보는 네트워크(120)를 통하여 로봇 제어기(110)로 전달되어, 로봇의 정밀한 제어에 이용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 예측 직선의 추출에 대한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 결정 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 과정에 대한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 로봇 제어기 120: 네트워크
130: 송신기 131: 제1 송신기
133: 제2 송신기 140: 위치 계측 장치
141: 검출부 142: 통신부
143: 각도 산출부 144: 직선 추출부
145: 위치 결정부 146: 회전 정보 생성부
147: 저장부 210, 220: 레이저 평면 신호
310, 320: 예측 평면 330: 예측 직선
313: 제1 회전각 323: 제2 회전각
410: 제1 송신기의 구 좌표계 420: 제2 송신기의 구 좌표계
430: 교차점

Claims (14)

  1. 위치 계측 장치가 하나 이상의 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하여 위치를 계측하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 송신기가 소정의 구 좌표계(Spherical Coordinate)의 일 축을 기준으로 등속 회전하며 방출하는 복수의 레이저 평면 신호를 검출하는 단계;
    (b) 상기 검출된 복수의 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차 및 상기 등속 회전의 회전 각속도에 따라 제1 회전각을 산출하는 단계;
    (c) 상기 송신기가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 제2 회전각을 산출하는 단계;
    (d) 상기 구 좌표계에서 상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각을 만족하는 위치 예측 직선을 추출하는 단계; 및
    (e) 상기 하나 이상의 송신기 각각에서 산출된 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각은 상기 구 좌표계의 서로 다른 축에 대한 각도인 것을 특징으로 하는 위치 계측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    하나의 강체에서 소정 거리로 이격되어 상기 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하는 3개 이상의 센서 각각에 대하여 계측된 위치들과 상기 각 센서들이 이격된 거리에 기초하여, 상기 강체의 상기 기준 좌표계에 대한 회전 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 위치 계측 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 등속 회전의 주기로 방출되는 전방위 신호가 검출되는 시간과 상기 복수의 레이저 평면 신호 중 어느 하나가 검출되는 시간의 시간차를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 시간차와 상기 주기에 기초하여 상기 구 좌표계의 Y축과 이루는 제2 회전각을 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    제1 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계와 제2 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계의 관계 정보를 독출하는 단계; 및
    상기 독출된 관계 정보에 따라 배치된 상기 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 위치 계측 장치의 위치는 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선이 만나지 않는 경우, 상기 제1 위치 예측 직선과 상기 제2 위치 예측 직선 사이의 거리가 가장 짧은 선분의 중점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 위치 계측 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    제1 송신기의 구 좌표계 및 제2 송신기의 구 좌표계의 관계 정보를 더 고려하여, 베이스 좌표계에 따른 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 것을 특징으 로 하는 위치 계측 방법.
  8. 하나 이상의 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하여 위치를 계측하는 위치 계측 장치에 있어서,
    상기 송신기가 소정의 구 좌표계(Spherical Coordinate)의 일 축을 기준으로 등속 회전하며 방출하는 복수의 레이저 평면 신호를 검출하는 검출부;
    상기 검출된 복수의 레이저 평면 신호의 검출 시간의 차 및 상기 등속 회전의 회전 각속도에 따라 제1 회전각을 산출하고, 상기 송신기가 소정의 주기로 방출하는 전방위 신호를 이용하여 제2 회전각을 산출하는 각도 산출부;
    상기 구 좌표계에서 상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각을 만족하는 위치 예측 직선을 추출하는 직선 추출부; 및
    상기 하나 이상의 송신기 각각에서 산출된 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함하되,
    상기 제1 회전각 및 상기 제2 회전각은 상기 구 좌표계의 서로 다른 축에 대한 각도인 것을 특징으로 하는 위치 계측 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 검출부는,
    하나의 강체에서 소정 거리로 이격되어 상기 송신기로부터 방출되는 신호를 검출하는 3개 이상의 센서를 포함하며,
    상기 센서 각각에 대하여 계측된 위치들과 상기 각 센서들이 이격된 거리에 기초하여, 상기 강체의 상기 기준 좌표계에 대한 회전 정보를 생성하는 회전 정보 생성부를 더 포함하는 위치 계측 장치.
  10. 삭제
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 각도 산출부는,
    상기 등속 회전의 주기로 방출되는 전방위 신호가 검출되는 시간과 상기 복수의 레이저 평면 신호 중 어느 하나가 검출되는 시간의 시간차를 산출하고,
    상기 산출된 시간차와 상기 주기에 기초하여 상기 구 좌표계의 Y축과 이루는 제2 회전각을 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 장치.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 위치 결정부는,
    제1 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계와 제2 송신기를 기준으로 하는 구 좌표계의 관계 정보를 독출하고,
    상기 독출된 관계 정보에 따라 배치된 상기 복수의 위치 예측 직선들 간의 교차점에 기초하여 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위치 계측 장치의 위치는 제1 위치 예측 직선과 제2 위치 예측 직선이 만나지 않는 경우, 상기 제1 위치 예측 직선과 상기 제2 위치 예측 직선 사이의 거리가 가장 짧은 선분의 중점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 위치 계측 장치.
  14. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 위치 결정부는,
    제1 송신기의 구 좌표계 및 제2 송신기의 구 좌표계의 관계 정보를 더 고려하여, 베이스 좌표계에 따른 상기 위치 계측 장치의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 장치.
KR1020090037333A 2009-04-28 2009-04-28 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치 KR101052529B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090037333A KR101052529B1 (ko) 2009-04-28 2009-04-28 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090037333A KR101052529B1 (ko) 2009-04-28 2009-04-28 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100118468A KR20100118468A (ko) 2010-11-05
KR101052529B1 true KR101052529B1 (ko) 2011-07-29

Family

ID=43404773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090037333A KR101052529B1 (ko) 2009-04-28 2009-04-28 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101052529B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2853685B2 (ja) 1996-12-03 1999-02-03 日本電気株式会社 飛行経路測定装置
KR19990017468A (ko) * 1997-08-23 1999-03-15 김영환 상대 위치 측정장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2853685B2 (ja) 1996-12-03 1999-02-03 日本電気株式会社 飛行経路測定装置
KR19990017468A (ko) * 1997-08-23 1999-03-15 김영환 상대 위치 측정장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100118468A (ko) 2010-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7334239B2 (ja) 拡張現実及びデジタルツインのためのロボット較正
EP3723423B1 (en) Method and chip for monitoring pet on the basis of robot employing grid map
US11253991B1 (en) Optimization of observer robot locations
US11820001B2 (en) Autonomous working system, method and computer readable recording medium
JP2004212400A (ja) ロボット用位置方向推定システム
KR20140094259A (ko) 상대 장치의 위치 측정 장치 및 상대 장치의 위치 측정 방법
CN116563491B (zh) 一种数字孪生场景建模及标定方法
EP4052103B1 (en) Object handling in an absolute coordinate system
CN109983299A (zh) 工业机器人的测量系统和方法
CN113014658B (zh) 设备控制及装置、电子设备、存储介质
CN106403946A (zh) 一种用于热网运检人员的智能微惯导三维定位系统
JP2004230539A (ja) ロボットによる物体の位置と姿勢検出方法及び検出装置
CN105818145A (zh) 仿人机器人的分布式控制系统及方法
KR101052529B1 (ko) 송신기로부터 방출되는 신호를 이용하는 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치
CN115194770A (zh) 转换参数的获取方法、装置、机械臂及存储介质
KR101019189B1 (ko) 위치 계측 방법 및 위치 계측 장치
CN108422436A (zh) 检测机器人与物体的接合
Cheng et al. Development of an indoor positioning platform for iRobot create 2
KR101662610B1 (ko) 실내 위치 인식 시스템
Fernau et al. On the Precision of Single-Receiver Ultra-Wideband Tracking using Combined Distance and Angle of Arrival Measurement
US20230375343A1 (en) Photogrammetry system
WO2022185761A1 (ja) 情報処理システム、情報処理方法および情報処理装置
KR101339899B1 (ko) 스마트폰 기반 로봇위치 자가 측위 방법
KR101524050B1 (ko) 비접촉 제스쳐 조작장치
KR20100089691A (ko) 로봇 제어 시스템 및 오류 검출 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140701

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150710

Year of fee payment: 5