KR101060988B1 - Apparatus and method for tracking moving objects using intelligent signal strength of Zigbee - Google Patents
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Abstract
지그비 신호의 세기를 측정하는 좌우 중앙에 설치된 3개의 지그비 센서와 위치와 거리를 센싱하는 카메라를 장착한 이동로봇이 지그비를 장착한 이동 대상물을 추적하여 따라가게 하기 위하여, 이동로봇을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 이동 대상물의 거리에 따른 지그비 신호 세기의 감쇄율 데이터를 입력받고 대상물의 초기 위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 초기값을 설정하여; 지그비 센서로 수신된 지그비 신호의 세기를 초기값으로 감쇄율을 구하여 위치와 거리를 계산하고; 입력된 상기 지그비 신호의 세기가 이전 지그비 신호의 세기와 기준값 이상의 차이가 발생하면 대신 카메라로 센싱하여 위치와 거리를 계산하고; 계산된 이동 대상물의 위치와 거리에 따라 이동 방향과 속도를 출력하여 이동로봇을 이동시키는 구성을 마련한다.Apparatus for controlling the mobile robot so that the mobile robot equipped with three ZigBee sensors installed at the left and right centers measuring the strength of the Zigbee signal and the camera sensing the position and the distance to track and follow the moving object equipped with the ZigBee; A method comprising: receiving attenuation rate data of a ZigBee signal strength according to a distance of a moving object and measuring an ZigBee signal strength at an initial position of the object to set an initial value; Calculating a position and a distance by calculating attenuation ratio based on the intensity of the Zigbee signal received by the Zigbee sensor as an initial value; If the intensity of the input Zigbee signal is greater than a reference value and the intensity of the previous Zigbee signal, instead of sensing with a camera to calculate the position and distance; According to the calculated position and distance of the moving object to output a moving direction and speed to prepare a configuration for moving the mobile robot.
상기와 같은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법에 의해, 간단한 지그비 모듈과 센서를 이용하여 이동 대상물을 추적하는 이동로봇(또는 이동장치)을 만들 수 있고, 무선통신에서 발생할 수 있는 노이즈를 카메라로 보완함으로써 보다 정확한 제어를 할 수 있다.By the above-described moving object tracking control device and method of the mobile robot, it is possible to make a mobile robot (or mobile device) to track the moving object using a simple Zigbee module and sensors, and to detect noise that may occur in wireless communication. By supplementing with this, more accurate control can be achieved.
이동로봇, 지그비, 카메라, 센서, 노이즈, 추적 Mobile Robot, Zigbee, Camera, Sensor, Noise, Tracking
Description
본 발명은 지그비 신호의 세기를 측정하는 좌우 중앙에 설치된 3개의 지그비 센서와, 위치와 거리를 센싱하는 카메라를 장착한 이동로봇이 지그비를 장착한 이동 대상물을 추적하여 따라가게 하기 위하여, 이동로봇을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.According to the present invention, a mobile robot equipped with three ZigBee sensors installed at right and left centers measuring the strength of a ZigBee signal and a camera sensing a position and a distance to track and follow a moving object equipped with a ZigBee, The present invention relates to an apparatus and a method for controlling the same.
특히, 본 발명은 이동 대상물의 지그비에서 발생하는 신호를 수신하여 수신된 지그비 신호 세기를 측정하여 신호세기에 의해 이동 대상물과의 거리를 추정하는 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a moving object tracking control apparatus and method of a mobile robot for receiving a signal generated from the ZigBee of the moving object and measuring the received ZigBee signal strength to estimate the distance to the moving object based on the signal strength.
또, 본 발명은 지그비 신호가 무선신호로서 잡음으로 인한 오류를 줄이기 위하여 수신된 지그비 신호의 세기가 이전 지그비 신호에 비하여 일정 이상 크거나 작게 발생되면 카메라를 통해 이동 대상물의 위치와 거리를 보다 정확하게 판단하는 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention more accurately determine the position and distance of the moving object through the camera when the intensity of the received ZigBee signal is greater or smaller than the previous ZigBee signal to reduce the error due to noise as the ZigBee signal is a wireless signal It relates to a moving object tracking control device and method of a mobile robot.
일반적으로, 자신의 힘으로 위치를 변화시키며 이동 및 주행이 가능한 로봇을 이동로봇이라 한다. 이러한 이동로봇에게 가장 중요한 기능은 주행 능력으로서, 이동로봇은 원하는 목적지에 도착하기 위해 스스로 주위 환경을 인식하고, 현재 위치를 알아내고 이에 기초하여 경로계획을 수립할 수 있어야 한다.In general, a robot capable of moving and driving while changing its position by its own force is called a mobile robot. The most important function of such a mobile robot is driving ability, and the mobile robot should be able to recognize the surrounding environment, find out its current location, and develop a route plan based on it in order to arrive at a desired destination.
이와 같은 이동로봇은 여러 분야에 걸쳐 사용되고 있다. 예를 들어, 자율이동로봇은 장애자를 도와주는 일, 공장에서 물류이송 작업, 우주탐사, 핵폐기물 처리장 또는 심해와 같이 위험한 환경에서의 작업 등을 인간을 대신하여 수행하고 있다. 뿐만 아니라 자율이동로봇은 무인청소기, 무인 잔디 깎기 등으로도 사용이 가능하다.Such mobile robots are used in various fields. For example, autonomous mobile robots perform tasks on behalf of humans to help people with disabilities, logistical transfers from factories, space exploration, nuclear waste treatment plants or in hazardous environments such as the deep sea. In addition, the autonomous mobile robot can be used as an unmanned vacuum cleaner or unmanned lawn mower.
이러한 자율성을 가진 이동로봇을 개발하기 위하여 로봇이 자신의 위치를 추적하면서 자신의 주변 지역에 대한 지도를 제작하는 등 위치파악(Localization)에 관한 연구개발이 상대적으로 폭넓고 다양하게 진행되어 왔다.In order to develop such autonomous mobile robots, research and development on localization has been carried out in a relatively wide variety of ways, such as robots tracking their location and making a map of their surroundings.
예를 들어 공항에서 서비스 로봇이 공항 내를 움직이면서 고객에게 항공, 날씨 등의 여러 가지 정보를 고객에게 제공한다. 이 서비스 로봇도 자신의 위치를 알기 위해 위치파악(Localization)이 필요하다.For example, at the airport, service robots move inside the airport, providing them with a variety of information, such as flight and weather. This service robot also needs localization to know its location.
공항내의 서비스 로봇이 위치 파악을 하기 위해서는 로봇이 카메라를 이용하 거나 센서를 이용한다. 카메라를 이용하는 방식은 물체의 위치를 인식하는 주변 영상을 촬영하여 물체를 인식하고 거리를 측정할 수 있는 카메라 등을 이용하여 거리를 인식한다. 거리를 측정하는 카메라는 두 개의 카메라를 이용하여 두 영상의 시차를 이용하거나 촬영된 영상의 원근감을 이용하여 거리를 추정한다. 그러나 이 방식은 영상 이미지에서 물체 또는 위치를 인식하기 위해서 복잡한 알고리즘이 이용되어 많은 연산을 필요로 하고, 실시간으로 인식하기 위해서는 그만큼 고사양의 프로세서를 필요로 한다.In order to locate a service robot in an airport, the robot uses a camera or a sensor. In the method of using a camera, a distance is detected by using a camera that can recognize an object and measure a distance by photographing a surrounding image that recognizes the position of the object. The camera for measuring distance estimates distance using two cameras using parallax of two images or perspective of the captured image. However, this method requires a lot of computation because complex algorithms are used to recognize objects or positions in a video image, and it requires a high-end processor to recognize them in real time.
센서를 이용하는 방식으로는, 주변 환경에 여러 개의 무선신호 모듈을 설치하여 로봇이 이 신호를 인식하여 위치를 파악하거나, 로봇에 초음파 등 무선신호 모듈을 설치하여 반향되는 무선신호를 센싱하는 방식 등이 있다. 센서 방식도 무선신호 모듈 등을 많이 설치해야 하거나 고성능 장비 등을 이용해야하는 문제점들이 있다.The method of using sensors includes installing a plurality of radio signal modules in a surrounding environment and detecting a position by a robot recognizing this signal, or sensing a reflected radio signal by installing a radio signal module such as an ultrasonic wave in the robot. have. There is a problem in that the sensor method has to install a lot of radio signal modules, or use high-performance equipment.
그러나 이러한 방식은 주인을 따라다니는 로봇에는 알맞은 방법이 아니다. 사람이 한 공간에만 있는 것이 아니고 사람이 이동하는 공간 전부에 센서를 설치하는 것도 사실상 아직은 불가능한 일이다. 또, 카메라 비젼을 통해 실시간으로 주인의 위치를 파악하려면, 고성능 장비를 이용해야 하는 단점이 있어 역시 적용하기가 쉽지 않다.But this is not the right way for robots to follow their owners. It is not yet possible to install sensors in all spaces where people move, not just in one space. In addition, in order to determine the location of the owner in real time through the camera vision, there is a disadvantage that requires the use of high-performance equipment is also difficult to apply.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 무선을 이용하여 위치정보를 파악할 수 있도록 한 자율이동로봇의 위치정보 제공 기술이 [한국등록특허 제10-0811887 호(2008.03.10 공개), "단계적 정확도를 갖는 위치 정보를 선택적으로 제공할 수 있는 자율이동로봇의 위치 정보 제공 장치 및 그 방법"](이하 선행기술 1)에 개시되어 있다. 상기 선행기술 1은 적어도 두 개 이상의 상이한 정밀도를 가지는 위치 정보를 측정하는 수단을 가지고, 입력되는 명령을 분석하여 명령하는 정밀도 수준에 따라 측정수단을 선택하여 측정하거나, 먼저 낮은 정밀도로 개략의 위치를 파악하고 높은 정밀도 수준의 측정수단으로 보다 정밀하게 측정하는 기술을 개시하고 있다. 이때 낮은 정밀도의 수준으로 측정하는 수단으로 RFID 무선을 이용하고, 높은 정밀도 수준의 측정수단으로 카메라에 의한 비전으로 측정한다.In order to solve the above problems, the location information providing technology of the autonomous mobile robot which can grasp the location information by using the wireless [Korean Patent No. 10-0811887 (published on March 10, 2008), "Location information with stepwise accuracy Apparatus and method for providing position information of an autonomous mobile robot which can selectively provide "" (hereinafter, referred to as Prior Art 1). The
상기 선행기술은 무선을 이용하여 거리를 측정하는 방식으로, RFID의 신호 세기를 측정하여 신호 세기가 거리의 제곱에 반비례하는 성질을 이용하여, 수신된 신호 세기로부터 거리를 계산하는 방식을 개시하고 있다.The prior art discloses a method of measuring a distance from a received signal strength by measuring a signal strength of an RFID, and measuring a signal strength of an RFID so that the signal strength is inversely proportional to the square of the distance. .
그러나 무선은 주변 환경에 따라 신호 세기가 달라질 수 있어, 실제 이론과는 달리 나타나는 경우가 많다. 또, 주변환경에서 간헐적으로 발생되는 소음에 의한 노이즈로 인하여 상당히 큰 오차가 발생되기도 한다. 상기 선행기술은 이러한 문제점을 해결하고 있지 못하여 실제로 현실에 적용하기 어렵다.However, wireless signal strength may vary depending on the surrounding environment, which is often different from the actual theory. In addition, due to the noise caused by intermittent noise in the surrounding environment, a significant error may occur. The prior art does not solve this problem and is difficult to apply in reality.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지그비 신호의 세기를 측정하는 좌우 중앙에 설치된 3개의 지그비 센서와, 위치와 거리를 센싱하는 카메라를 장착한 이동로봇이 지그비를 장착한 이동 대상물을 추적하여 따라가게 하기 위하여, 이동로봇을 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems described above, the mobile robot equipped with three ZigBee sensors installed in the left and right centers for measuring the strength of the ZigBee signal, and the camera sensing the position and distance is equipped with a ZigBee In order to track and follow a moving object, there is provided an apparatus and method for controlling a mobile robot.
또, 본 발명의 목적은 이동 대상물의 지그비에서 발생하는 신호를 수신하여 수신된 지그비 신호 세기를 측정하여 신호세기에 의해 이동 대상물과의 거리를 추정하는 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a moving object tracking control apparatus and method of a mobile robot for receiving a signal generated from a Zigbee of a moving object and measuring the received Zigbee signal strength to estimate the distance to the moving object based on the signal strength. It is.
또, 본 발명의 목적은 지그비 신호가 무선신호로서 잡음으로 인한 오류를 줄이기 위하여 수신된 지그비 신호의 세기가 이전 지그비 신호에 비하여 일정 이상 크거나 작게 발생되면 카메라를 통해 이동 대상물의 위치와 거리를 보다 정확하게 판단하는 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, the object of the present invention is to determine the position and distance of the moving object through the camera when the intensity of the received ZigBee signal is larger or smaller than the previous ZigBee signal in order to reduce the error due to noise as the ZigBee signal is a wireless signal. It is to provide an apparatus and method for tracking a moving object of a mobile robot to accurately determine.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지그비 신호의 세기를 측정하는 좌우 중앙에 설치된 3개의 지그비 센서와, 위치와 거리를 센싱하는 카메라를 장착하고, 지그비를 장착한 이동 대상물을 추적하여 따라가기 위한, 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 관한 것으로서, 이동 대상물의 거리에 따른 지그비 신호 세기의 기준 감쇄율 데이터를 입력받는 감쇄율 입력부; 대상물의 초기 위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 초기값을 설정하는 초기값 설정부; 상기 지그비 센서에서 수신된 지그비 신호의 세기를 입력받아, 상기 기준 감쇄율 데이터 및 신호세기의 초기값을 이용하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산하는 지그비 추적부; 입력된 상기 지그비 신호의 세기를 이전 지그비 신호의 세기와 비교하여, 기준값 이상의 차이가 발생하는지를 판단하는 노이즈 판단부; 상기 기준값 이상의 차이가 발생한 것으로 판단되면, 상기 카메라로 위치와 거리를 센싱하도록 하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산하는 카메라 추적부; 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에 의해 계산된 이동 대상물의 방향과 거리에 따라 이동 방향과 속도를 출력하여 이동로봇을 이동시키는 로봇이동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is equipped with three ZigBee sensors installed in the left and right centers for measuring the strength of the ZigBee signal, a camera for sensing the position and distance, and to track and follow the moving object equipped with a ZigBee, An apparatus for tracking and controlling a moving object of a mobile robot, the apparatus comprising: a decay rate input unit configured to receive reference decay rate data of a Zigbee signal strength according to a distance of a moving object; An initial value setting unit configured to set an initial value by measuring a Zigbee signal strength at an initial position of an object; A ZigBee tracking unit that receives the ZigBee signal received from the ZigBee sensor and calculates a direction and a distance of a moving object using the reference decay rate data and initial values of the signal strength; A noise determination unit for comparing the input intensity of the Zigbee signal with the strength of the previous Zigbee signal to determine whether a difference of a reference value or more occurs; A camera tracking unit configured to calculate a direction and a distance of a moving object by sensing a position and a distance with the camera when it is determined that a difference is greater than the reference value; And a robot moving controller for outputting a moving direction and a speed according to the direction and distance of the moving object calculated by the Zigbee tracking unit or the camera tracking unit to move the mobile robot.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 지그비에서 가까운 초기위치에서 원거리까지 일정한 간격의 거리에 위치시킨 후 신호의 세기를 측정하고 각 거리에서 측정된 신호의 세기를 초기위치의 신호세기 대비 비율로 구한 감세율을, 기준 감쇄율 데이터로 입력받는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention in the mobile object tracking control device of a mobile robot, the position of the signal from the initial position close to the ZigBee to a distance at a constant interval after measuring the intensity of the signal and the strength of the signal measured at each distance of the initial position It is characterized in that the reduction rate obtained by the ratio of the signal strength is input as reference attenuation rate data.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 초기값 설정부는, 상기 기준 감쇄율 데이터를 구할 때의 초기위치에서 지그비 신호 세기를 측정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control device of a mobile robot, the initial value setting unit, characterized in that for measuring the ZigBee signal strength at the initial position when obtaining the reference attenuation rate data.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 지그비 추적부는, 입력받은 상기 지그비 신호세기를 초기값으로 나누어 측정 감쇄율을 구하고, 상기 측정 감쇄율에 해당하는 거리를 기준 감쇄율 데이터로부터 읽어와서 측정 거리로 인식하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention in the mobile object tracking control device of the mobile robot, the ZigBee tracking unit obtains a measurement attenuation rate by dividing the input ZigBee signal strength by an initial value, and reads the distance corresponding to the measurement attenuation rate from the reference attenuation rate data It is characterized by the recognition of the measured distance.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 기준 감쇄율 데이터에서 측정 감쇄율에 해당하는 감쇄율 값이 없는 경우, 측정 감쇄율보다 크면서 가장 작은 기준 감쇄율과 측정 감쇄율보다 작으면서 가장 큰 기준 감쇄율을 선정하여, 상기 두 개의 선정된 기준 감쇄율에 해당하는 두 개의 거리 사이에서 측 정 감쇄율이 상기 두 개의 기준 감쇄율 내에 위치하는 비율에 의해 측정 거리를 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control device of the mobile robot, when there is no attenuation rate value corresponding to the measured attenuation rate in the reference attenuation rate data, it is larger than the measured attenuation rate and smaller than the smallest reference attenuation rate and the measured attenuation rate, the largest reference attenuation rate It is characterized in that to obtain a measurement distance by the ratio of the measurement attenuation rate is located within the two reference attenuation rate between the two distances corresponding to the two selected reference attenuation rate.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 지그비 추적부는, 상기 지그비 센서들에서 측정되어 입력된 지그비 신호의 세기들 간의 차를 구하고, 상기 지그비 신호의 세기들 간의 차를 이용하여 상기 이동 대상물의 방향을 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control device of a mobile robot, wherein the ZigBee tracking unit, the difference between the strengths of the ZigBee signal measured and input by the ZigBee sensors, and using the difference between the strengths of the ZigBee signal To obtain the direction of the moving object.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 지그비 추적부는, 좌우 지그비 신호의 세기 차의 크기를 구간으로 나누고 각 구간에 따라 정해진 방향의 각도를 정하여, 상기 구한 지그비 신호의 세기 차가 상기 구간 중 해당되는 구간을 찾고 찾은 구간에서의 방향의 각도를 이동 대상물의 방향으로 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control device of a mobile robot, wherein the ZigBee tracking unit, by dividing the magnitude of the difference in the intensity of the left and right ZigBee signal into sections and by setting the angle of the direction determined according to each section, the strength of the obtained ZigBee signal It is characterized in that the car finds a corresponding section among the sections and obtains the angle of the direction in the found section in the direction of the moving object.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 노이즈 판단부는, 측정시각에서 이전에 측정된 지그비 신호의 세기의 평균값을 구하고, 측정된 지그비 신호의 세기와 상기 이전 지그비 신호 세기의 평균값을 비교하여, 기준비율을 초과하는 경우 노이즈가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control device of a mobile robot, wherein the noise determiner, the average value of the intensity of the ZigBee signal previously measured at the measurement time, and the strength of the measured ZigBee signal and the previous ZigBee signal strength By comparing the average value, it is determined that the noise is generated when the reference ratio is exceeded.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 로봇이동 제어부는, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 방향에 따라 로봇의 이동 방향을 정하고, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 거리에 비례하여 속도를 정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control device of a mobile robot, the robot movement control unit determines the moving direction of the robot according to the direction obtained from the Zigbee tracking unit or the camera tracking unit, the Zigbee tracking unit or the camera tracking unit The speed is determined in proportion to the distance obtained from.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 있어서, 상기 로봇 이동 제어부는, 이동 대상물과의 거리를 구간으로 나누어 구간별에 따라 로봇의 주행속도를 정하여 정한 주행속도를 로봇의 속도로 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention in the moving object tracking control device of a mobile robot, the robot movement control unit, by dividing the distance to the moving object by the section to determine the traveling speed of the robot according to each section outputs the traveling speed as the speed of the robot Characterized in that.
또한, 본 발명은 지그비를 장착한 이동 대상물을 추적하여 이동하는 이동로봇에 관한 것으로서, 몸체의 좌우 중앙에 설치되어, 지그비 신호의 세기를 측정하는 3개의 지그비 센서; 몸체의 정면에 장착되여 위치와 거리를 센싱하는 카메라; 상기 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a mobile robot that moves by tracking a moving object equipped with a ZigBee, three ZigBee sensors are installed at the left and right centers of the body, and measure the intensity of the ZigBee signal; A camera mounted on the front of the body to sense a position and a distance; It characterized in that it comprises a moving object tracking control device of the mobile robot.
또한, 본 발명은 지그비 신호의 세기를 측정하는 좌우 중앙에 설치된 3개의 지그비 센서와, 위치와 거리를 센싱하는 카메라를 장착한 이동로봇이, 지그비를 장착한 이동 대상물을 추적하여 따라가게 하기 위한, 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 관한 것으로서, (a) 이동 대상물의 거리에 따른 지그비 신호 세기의 기준 감쇄율 데이터를 입력받는 단계; (b) 대상물의 초기 위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 초기값을 설정하는 단계; (c) 상기 지그비 센서에서 수신된 지그비 신호의 세기를 입력받는 단계; (d) 입력된 상기 지그비 신호의 세기를 이전 지그비 신호의 세기와 비교하여, 기준값 이상의 차이가 발생하는지를 판단하는 단계; (e) 상기 기준값 이상의 차이가 발생하지 않는 것으로 판단되면, 상기 기준 감쇄율 데이터 및 신호세기의 초기값을 이용하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산하는 단계; (f) 상기 기준값 이상의 차이가 발생한 것으로 판단되면, 상기 카메라로 방향과 거리를 센싱하도록 하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산하는 단계; (g) 상기 (e)단계 또는 (f)단계에서 계산된 이동 대상물의 방향과 거리에 따라 이동 방향과 속도를 출력하여 이동로봇을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a mobile robot equipped with three ZigBee sensors installed in the left and right centers to measure the strength of the ZigBee signal, and a camera for sensing the position and distance, to track and follow the moving object equipped with ZigBee, A method of controlling a moving object tracking of a mobile robot, the method comprising: (a) receiving reference attenuation rate data of a Zigbee signal strength according to a distance of a moving object; (b) measuring an ZigBee signal strength at an initial position of the object to set an initial value; (c) receiving an intensity of a Zigbee signal received by the Zigbee sensor; (d) comparing the input intensity of the Zigbee signal with the strength of the previous Zigbee signal to determine whether a difference of more than a reference value occurs; (e) calculating a direction and a distance of the moving object by using the reference decay rate data and the initial value of the signal strength when it is determined that a difference greater than the reference value does not occur; (f) calculating a direction and a distance of a moving object by sensing a direction and a distance with the camera when it is determined that a difference greater than the reference value occurs; (g) outputting a moving direction and a speed according to the direction and distance of the moving object calculated in step (e) or (f) to move the mobile robot.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (a)단계는, 지그비에서 가까운 초기위치에서 원거리까지 일정한 간격의 거리에 위치시킨 후 신호의 세기를 측정하고 각 거리에서 측정된 신호의 세기를 초기위치의 신호세기 대비 비율로 구한 감세율을, 기준 감쇄율 데이터로 입력받는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control method of a mobile robot, the step (a), after positioning at a distance of a predetermined interval from the initial position close to the Zigbee to the far distance to measure the strength of the signal and measured at each distance The decay rate obtained by calculating the signal strength as a ratio of the signal strength of the initial position is characterized in that the input of the decay rate data.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (b)단계는, 상기 기준 감쇄율 데이터를 구할 때의 초기위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 기준값으로 정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control method for a mobile robot, the step (b) is characterized in that the ZigBee signal strength at the initial position when obtaining the reference attenuation rate data is determined as a reference value.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (e)단계는, 입력받은 상기 지그비 신호세기를 초기값으로 나누어 측정 감쇄율을 구하고, 상기 측정 감쇄율에 해당하는 거리를 기준 감쇄율 데이터로부터 읽어와서 측정 거리로 인식하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method for tracking a moving object of a mobile robot, wherein the step (e) divides the input ZigBee signal strength by an initial value to obtain a measurement attenuation rate, and uses a distance corresponding to the measurement attenuation rate as reference attenuation rate data. It reads from and recognizes as a measurement distance.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (e)단계는, 기준 감쇄율 데이터에서 측정 감쇄율에 해당하는 감쇄율 값이 없는 경우, 측정 감쇄율보다 크면서 가장 작은 기준 감쇄율과 측정 감쇄율보다 작으면서 가장 큰 기준 감쇄율을 선정하여, 상기 두 개의 선정된 기준 감쇄율에 해당하는 두 개의 거리 사이에서 측정 감쇄율이 상기 두 개의 기준 감쇄율 내에 위치하는 비율에 의해 측정 거리를 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control method of the mobile robot, the step (e), if there is no attenuation rate value corresponding to the measured attenuation rate in the reference attenuation rate data, the reference attenuation rate and the smallest reference attenuation rate larger than the measured attenuation rate A smaller and larger reference decay rate is selected, and the measurement distance is determined by a ratio in which the measured decay rate is located within the two reference decay rates between the two distances corresponding to the two selected reference decay rates.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (e)단계는, 상기 지그비 센서들에서 측정되어 입력된 지그비 신호의 세기들 간의 차를 구하고, 상기 지그비 신호의 세기들 간의 차를 이용하여 상기 이동 대상물의 방향을 구하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a method for tracking a moving object of a mobile robot, wherein the step (e) includes obtaining a difference between the intensities of the Zigbee signals measured and input by the ZigBee sensors, and the difference between the intensities of the ZigBee signals. It is characterized in that for obtaining the direction of the moving object.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (e)단계는, 좌우 지그비 신호의 세기 차의 크기를 구간으로 나누고 각 구간에 따라 정해진 방향의 각도를 정하여, 상기 구한 지그비 신호의 세기 차가 상기 구간 중 해당되는 구간을 찾고 찾은 구간에서의 방향의 각도를 이동 대상물의 방향으로 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control method of a mobile robot, the step (e), the magnitude of the difference in intensity of the left and right ZigBee signal is divided into sections and the angle of the direction determined according to each section, the obtained ZigBee signal The intensity difference of is characterized in that to find a corresponding section of the section and to obtain the angle of the direction in the found section in the direction of the moving object.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (d)단계는, 측정시각에서 이전에 측정된 지그비 신호의 세기의 평균값을 구하고, 측정된 지그비 신호의 세기와 상기 이전 지그비 신호 세기의 평균값을 비교하여, 기준비율을 초과하는 경우 노이즈가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control method of a mobile robot, the step (d), the average value of the intensity of the previously measured ZigBee signal at the measurement time, the strength of the measured ZigBee signal and the previous ZigBee signal By comparing the average value of the intensity, it is characterized in that it is determined that the noise occurs when the reference ratio is exceeded.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (g)단계는, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 방향에 따라 로봇의 이동 방향을 정하고, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 거리에 비례하여 속도를 정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a moving object tracking control method of a mobile robot, the step (g), the movement direction of the robot is determined according to the direction obtained from the ZigBee tracking unit or the camera tracking unit, the ZigBee tracking unit or camera tracking The speed is determined in proportion to the distance obtained from the negative.
또, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 있어서, 상기 (g)단계는, 이동 대상물과의 거리를 구간으로 나누어 구간별에 따라 로봇의 주행속도를 정하여 정한 주행속도를 로봇의 속도로 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, in the moving object tracking control method of the mobile robot, the step (g) divides the distance with the moving object into sections and determines the traveling speed of the robot according to each section to set the traveling speed as the speed of the robot. It is characterized by outputting.
또한, 본 발명은 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.The present invention also relates to a computer-readable recording medium recording a moving object tracking control method of a mobile robot.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법에 의하면, 간단한 지그비 모듈과 센서를 이용하여 이동 대상물을 실시간으로 추적할 수 있어 저렴한 비용으로 이동체(이동로봇)를 만들 수 있는 효과가 얻어진다. 특히, 이것은 대형 할인매장 또는 공항 등에서 지능형 카트를 만드는데 현실적인 비용측면에서 유용하다.As described above, according to the moving object tracking control device and method of the mobile robot according to the present invention, by using a simple ZigBee module and sensors can be moved in real time to make a moving object (mobile robot) at a low cost Effect is obtained. In particular, it is useful in terms of realistic cost for making intelligent carts in large discount stores or airports.
또, 본 발명에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법에 의하면, 무선통신에서 발생할 수 있는 노이즈를 카메라로 보완함으로써 보다 정확한 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.In addition, according to the moving object tracking control device and method of the mobile robot according to the present invention, the effect that can be more precise control is obtained by complementing the noise that may occur in the wireless communication with the camera.
또, 본 발명에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 방법에 의하면, 실제 실험한 감쇄율 데이터를 이용함으로써 이론과 현실의 차이를 극복하여 실제로 이용할 수 있는 기술을 제공하는 효과가 얻어진다.In addition, according to the moving object tracking control device and method of the mobile robot according to the present invention, by using the actual decay rate data experimented, the effect of providing a technology that can be used in practice by overcoming the difference between theory and reality is obtained.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반 복 설명은 생략한다.In addition, in describing this invention, the same code | symbol is attached | subjected and the repeated description is abbreviate | omitted.
먼저, 본 발명에 따른 이동저장장치를 이용한 자동백업 시스템 및 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대하여 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.First, a configuration of an entire system for implementing an automatic backup system and method using a mobile storage device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템은 이동로봇(20)과 지그비 모듈(10)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the entire system for implementing the present invention is composed of a
지그비 모듈(10)은 지그비 신호를 발생시키는 장치이다. 지그비 모듈(10)은 이동하는 물체(또는 대상물)에 부착시킨다. 이동 대상물(미도시)은 이동하는 물체로서, 예를 들면, 사람 등이 될 수 있다.The
또한, 이동로봇(20)은 지그비 센서(22,23,24)를 장착한 이동체로서 상기 지그비 모듈(10)의 신호를 수신하여 지그비 모듈(10)이 움직이는 쪽으로 이동하는 장치이다. 따라서 이동로봇(20)은 이동체도 포함하는 개념으로 해석된다. 예를 들면, 할인매장이나 공항 등에 짐을 실어 옮기는 카트 등도 이동체로서 본 발명에 적용될 수 있다. 이하에서 편의상 이동로봇(20)으로 기재한다.In addition, the
이동로봇(20)은 지그비 모듈(10)을 따라 이동하므로, 사람이 지그비 모듈(10)을 부착하거나 소지하고 다니면 이동로봇(20)은 결국 사람을 따라 이동한다. 이동로봇(20)은 지그비 모듈(10)은 수신신호세기측정(RSSI : Received Signal Strength Indication) 방식으로 거리를 측정한다. 즉, 특정한 지그비 모듈(10)에서 미리 정해 놓은 신호를 일정한 주기로 보내면 지그비 센서(22,23,24)에서 각각 그 보내는 신호의 세기를 측정하는 것을 말한다.Since the
한편, 지그비 센서는 이동로봇 몸체(21)의 좌측(22), 우측(23), 중앙(24)에 각각 장착한다. 상기와 같이 3개의 지그비 센서를 장착하는 이유는 지그비 모듈(10)이 위치하는 방향을 알아내기 위한 것이다. 구체적인 방법은 이하에서 제어장치 및 방법을 기재할 때 설명한다.On the other hand, the Zigbee sensor is mounted on the left 22, right 23, the
이동로봇(20)은 지그비 센서(22,23,24) 이외에 카메라(25)를 추가적으로 구성한다. 또, 바람직하게는, 초음파 센서(26)를 추가적으로 구성할 수 있다.The
카메라(25)는 이동로봇(25)의 정면에 장착되어 지그비 모듈(10)을 부착한 이동 대상물(또는 사람)을 촬영하는 장비이다. 상기 카메라(25)는 물체 인식 및 물체와의 거리를 측정할 수 있는 장비이다. 카메라(25)로 피사체의 거리를 인식하는 방식은 종래의 컴퓨터 비젼 분야의 기술을 이용한다. 예를 들면, 스테레오 카메라 등으로 촬영된 두 개의 이미지에서 피사체의 시각차를 이용하거나 영상 이미지에서의 원근감을 이용하여 피사체(또는 물체)와의 거리를 계산한다.The
초음파 센서(26)는 이동로봇(10)의 진행방향에 장애물을 인식하기 위한 센서이다. 예를 들면, 이동로봇(20)과 사람(또는 이동 대상물) 사이에 갑자기 다른 사람이 끼어드는 상황 등이 발생하면 이동로봇(10)은 진행 중에 멈추어야 한다. 따라서 이동로봇(20)의 갑자기 나타난 물체를 센싱하기 위한 장비이다.The
또한, 이동로봇(10)은 이동하기 위한 구성요소들을 포함한다. 예를 들면, 이동을 하기 위해 몸체 하단에 휠(wheel) 등이 장착된다.In addition, the
다음으로, 본 발명에 따른 이동로봇의 하드웨어 구성을 도 2를 참조하여 설 명한다. 도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 하드웨어 구성에 대한 블록도이다.Next, a hardware configuration of the mobile robot according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 is a block diagram of a hardware configuration of a mobile robot according to the present invention.
도 2에서 보는 바와 같이, 이동로봇(20)의 하드웨어는 제어장치(30), 지그비 센서 위치부(41), 카메라(25), DSP 제어기(43), 서버모터 제어기(42)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the hardware of the
지그비 센서 위치부(41)는 지그비 센서에서 수신되는 신호를 처리한다.The
제어장치(30)는 지그비 센서(41) 또는 카메라(25) 등으로부터 센싱된 측정 데이터를 입력받아 이동 방향과 속도를 제어한다.The
DSP 제어기(43)는 DC모터 제어기나 인코더 제어기로 구성되어 이동로봇(20)에 장착된 휠(wheel)의 구동을 제어하여 로봇(20)을 이동시키는 제어 신호를 내보낸다.
서버모터 제어기(42)는 2개의 서버모터를 제어하는 장치로서, 각 서버모터는 각각 카메라(25)의 상하 제어와 좌우 제어를 하는 제어기이다. 즉, 이동 대상물이 움직이는 경우 이동 대상물을 따라 카메라(25)의 초점을 이동 대상물에 맞추는 기능을 수행한다.The
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.Next, the configuration of the moving object tracking control device of the mobile robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 추적 제어 장치(30)는 감쇄율 입력부(31), 초기값 설정부(32), 지그비 추적부(33), 노이즈 판단부(34), 카메라 추적부(35), 로봇이동 제어부(36)를 포함한다. 또, 바람직하게는, 필요한 데이터를 저장하기 위한 메모리(37)를 더 포함한다.As shown in FIG. 3, the
감쇄율 입력부(31)는 이동 대상물의 거리에 따른 지그비 신호 세기의 기준 감쇄율 데이터를 입력받는다. 특히, 감쇄율 입력부(31)는 지그비에서 가까운 초기위치에서 원거리까지 일정한 간격의 거리에 위치시킨 후 신호의 세기를 측정하고 각 거리에서 측정된 신호의 세기를 초기위치에서 측정된 신호의 세기 대비 비율로 구한 감세율을, 기준 감쇄율 데이터로 입력받는다.The attenuation
참고로, 감쇄율은 기준 감쇄율과 측정 감쇄율로 구분하여 사용한다. 기준 감쇄율은 이동로봇(20)을 작동하기 이전에 실험데이터로서 구하는 감쇄율을 말하고, 측정 감쇄율은 이동로봇(20)이 작동되어 실시간으로 측정한 지그비 수신신호의 세기로부터 구하는 감쇄율을 말한다. 다만, 문맥 속에서 어느 하나를 지칭하는 것이 명확할 때는 감쇄율로 기재하기로 한다.For reference, the attenuation rate is divided into a reference attenuation rate and a measured attenuation rate. The reference decay rate refers to the decay rate obtained as experimental data before operating the
예를 들면, 도 4a에서 보는 바와 같이, 지그비 모듈(10)에서 50cm, 100cm, ..., 300cm 등 50cm 간격으로 지그비 모듈(10)로부터 거리를 둔 채 수신신호의 세기를 측정한다. 도 4a에서 Y좌표가 지그비 센서(22,23,24)에서 측정되는 신호의 세기를 표시하고 X좌표가 지그비 모듈(10)과의 거리를 나타낸다.For example, as shown in FIG. 4A, the intensity of the received signal is measured at a distance of 50 cm, 100 cm, ..., 300 cm, etc., from the
도 4a와 같이, 거리에 반비례하여 지그비 센서에서 수신하는 신호의 세기는 감쇄한다. 특히 도 4a의 좌표를 보면, 신호의 세기는 거리에 반비례하나, 거리에 제곱근에 반비례하여 신호가 감쇄되는지는 명확하지 않음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4A, the strength of a signal received by a Zigbee sensor decreases in inverse proportion to a distance. In particular, looking at the coordinates of Figure 4a, it can be seen that the signal intensity is inversely proportional to the distance, but it is not clear whether the signal is attenuated inversely to the square root of the distance.
한편, 감쇄율 데이터는 여러 차례 측정한 값을 평균하여 구한다. 먼저 한 번의 횟수에서 측정할 때, 어느 한 순간만을 측정하지 않고, 일정시간동안 수신되는 신호의 세기를 평균하여 구한다. 예를 들면, 50cm 거리에서 3초 동안 수신되는 지 그비 모듈(10)의 신호의 세기를 평균한다. 이 값이 한 번 측정된 값이다. 도 4a의 좌표에서 하나의 점이 한 번의 측정시 구한 값을 표시한 것이다.On the other hand, the decay rate data is obtained by averaging the values measured several times. First, when measuring at one time, it does not measure any one moment but averages the strength of the received signal for a certain time. For example, the intensity of the signal of the
각 거리에서 각각 한 번씩 측정한 것이 1차 평균이고, 다시 상기 측정을 반복한 것이 2차, 3차, 4차 평균이다. 도 4a에서 직선 그래프는 상기 1차 내지 4차의 전체 평균을 하여 각 점을 직선으로 이은 그래프이다.One measurement at each distance is the first average, and the measurements are repeated again, the second, third and fourth averages. In FIG. 4A, a straight line graph is a graph in which each point is connected to a straight line by the overall average of the first to fourth orders.
최종적인 기준 감쇄율 데이터는 도 4b와 같다. 도 4b와 같이, 50cm에서 신호의 세기가 기준이 되고 각 신호의 세기를 기준 세기로 나누어 백분율을 한 값이 감쇄율에 해당한다. 따라서 기준 감쇄율 데이터는 각 거리에서의 감쇄율 값을 정한 데이터이다. 도 4b에서는 감쇄율 데이터를 표로 표시하였으나, 이를 데이터로 표시하면, (50, 100%), (100, 99%), (150, 97%), ..., (300, 91%)의 데이터 쌍으로 표시할 수 있다.The final reference decay rate data is shown in Figure 4b. As shown in FIG. 4B, a signal intensity is a reference at 50 cm, and a percentage obtained by dividing the intensity of each signal by the reference intensity corresponds to attenuation rate. Therefore, the reference decay rate data is data that defines the decay rate value at each distance. In FIG. 4B, the attenuation rate data is displayed in a table, but when it is represented as data, data pairs of (50, 100%), (100, 99%), (150, 97%), ..., (300, 91%) Can be displayed as
한편, 상기 기준 감쇄율 데이터는 3개의 지그비 센서(22,23,24) 각각에서 각자 구한다. 즉, 이동로봇(20)이 지그비 모듈(10)로부터 일정한 거리에 있을 때, 각자 측정된 신호의 세기를 이용하여 기준 감쇄율 데이터를 구한다.The reference decay rate data is obtained from each of three
바람직하게는 기준 감쇄율 데이터를 구할 때, 지그비 모듈(10)은 이동로봇(20)의 정면 중앙에 위치하여 측정하는 것이 바람직하다. 특히 정면 중앙에서 가장 가까운 거리, 즉, 기준되는 신호의 세기를 구하는 거리를 초기 위치라고 부르기로 한다. 예를들어, 도 4a의 예에서 50cm가 초기 위치가 된다. 바람직하게는, 이동로봇(20)의 정중앙에서 50cm 떨어진 곳이 초기위치이다.Preferably, when obtaining the reference decay rate data, the
초기값 설정부(32)는 대상물의 초기 위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 초기값을 설정한다. 특히, 초기값 설정부(32)는 상기 기준 감쇄율 데이터를 구할 때의 초기위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 기준값으로 정한다.The initial
앞서 기준 감쇄율 데이터를 구할 때 초기위치에서 지그비 신호 세기를 측정한 값이 초기값이다. 측정된 신호의 세기를 초기값으로 나누어 백분율한 값이 측정된 신호의 감쇄율이다. 즉, 초기값은 측정된 신호의 세기의 감쇄율을 구하기 위한 일종의 측정 기준값이다.When the reference attenuation rate data is obtained, the Zigbee signal strength measured at the initial position is an initial value. The percentage of dividing the measured signal strength by the initial value is the attenuation rate of the measured signal. That is, the initial value is a kind of measurement reference value for determining the attenuation rate of the measured signal strength.
앞서 감쇄율 데이터와 같이, 초기값도 각 지그비 센서(22,23,24)별로 구한다.Like the attenuation rate data, the initial value is also obtained for each
지그비 추적부(33)는 상기 지그비 센서에서 수신된 지그비 신호의 세기를 입력받아, 상기 기준 감쇄율 데이터 및 신호세기의 초기값을 이용하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산한다.The
특히, 지그비 추적부(33)는 입력받은 상기 지그비 신호세기를 초기값으로 나누어 측정 감쇄율을 구하고, 상기 측정 감쇄율에 해당하는 거리를 기준 감쇄율 데이터로부터 읽어와서 측정 거리로 인식한다. 또, 지그비 추적부(33)는 기준 감쇄율 데이터에서 측정 감쇄율에 해당하는 감쇄율 값이 없는 경우, 측정 감쇄율보다 크면서 가장 작은 기준 감쇄율과 측정 감쇄율보다 작으면서 가장 큰 기준 감쇄율을 선정하여, 상기 두 개의 선정된 기준 감쇄율에 해당하는 두 개의 거리 사이에서 측정 감쇄율이 상기 두 개의 기준 감쇄율 내에 위치하는 비율에 의해 측정 거리를 구한다.In particular, the
앞서, 초기값 설정부(32)에서 구한 초기값이 200이고, 지그비 센서에서 수신 된 신호의 세기가 194이라면 이 신호세기를 초기값으로 나누어 백분율한 값 97%(=194/200 * 100 %)이 측정된 신호세기의 감쇄율(또는 측정 감쇄율)이다. 이를 도 4b의 기준 감쇄율 데이터(S1)에 대응해보면, 감쇄율 97%에 해당하는 거리(D1)는 150cm이다.If the initial value obtained by the initial
한편, 초기값 설정부(32)에서 구한 초기값이 200이고, 지그비 센서에서 수신된 신호의 세기가 196이라면 이 신호세기를 초기값으로 나누어 백분율한 값 98%(=196/200 * 100 %)이다. 98%에 해당하는 기준 감쇄율 데이터(또는 감쇄율 데이터의 쌍)가 없으므로, 측정 감쇄율보다 크면서 가장 작은 기준 감쇄율인 99%인 P1과 측정 감쇄율보다 작으면서 가장 큰 기준 감쇄율인 97%에 해당하는 P2를 잇는 직선상에서 거리를 구한다. 즉, 98% 감쇄율(S2)의 직선상 거리인 125cm(D2)가 구해지는 거리이다.On the other hand, if the initial value obtained by the initial
한편, 지그비 추적부(33)는 좌측과 우측의 지그비 센서에서 측정되어 입력된 지그비 신호의 세기의 차를 구하고, 상기 좌우 지그비 신호의 세기 차를 이용하여 상기 이동 대상물의 방향을 구한다.Meanwhile, the
특히, 지그비 추적부(33)는 상기 지그비 센서들에서 측정되어 입력된 지그비 신호의 세기들 간의 차를 구하고, 상기 지그비 신호의 세기들 간의 차를 이용하여 상기 이동 대상물의 방향을 구한다.In particular, the
도 5a에서 보는 바와 같이, 3개의 지그비 센서는 삼각형을 형성하여 위치한다. 좌우 지그비 센서(22,23)에서 동일한 거리가 직선 A이고 직선 A는 양 센서를 연결한 직선 a와 수직이다. 또, 좌측 지그비 센서(22)와 중앙 지그비 센서(24)에서 동일한 거리가 직선 B이고 직선 B는 양 센서를 연결한 직선 b와 수직이고, 우측 지그비 센서(23)와 중앙 지그비 센서(24)에서 동일한 거리가 직선 C이고 직선 C는 양 센서를 연결한 직선 c와 수직이다.As shown in FIG. 5A, the three Zigbee sensors are located in a triangle. The same distance in the left and
따라서 직선 B의 좌측 상향의 위치에 지그비 모듈(10)이 있으면 좌측 지그비 센서(22)에서 측정되는 신호세기가 중앙 지그비 센서(24)에서 측정되는 신호세기 보다 클 것이다. 또, 직선 A와 직선B 사이에 지그비 모듈(10)이 있으면 중앙 지그비 센서(24)에서 측정되는 신호세기가 좌측 지그비 센서(22)의 측정치보다 더 크고, 좌측 지그비 센서(22)에서 측정되는 신호세기가 우측 지그비 센서(23)의 측정치보다 더 크다.Therefore, if the
좌우 중앙의 각 지그비 센서(22,23,24)에서 수신되는(또는 측정되는) 신호세기를 각각 Q22, Q23, Q24라고 하면, 다음과 같이 요약할 수 있다.If the signal strengths received (or measured) at each of the
직선 B의 좌측: Q22 > Q24Left side of straight line B: Q22> Q24
직선 A와 B사이 : Q22 > Q23 and Q22 < Q24Between straight lines A and B: Q22> Q23 and Q22 <Q24
직선 B와 C사이 : Q22 < Q23 and Q23 < Q24Between straight lines B and C: Q22 <Q23 and Q23 <Q24
직선 C의 우측 : Q23 > Q24Right side of straight line C: Q23> Q24
따라서 3개의 지그비 센서에서 수신되는 신호세기의 크기를 비교하는 것만으로 지그비 모듈(10)의 방향을 측정할 수 있다. 앞서 설명에서 신호세기를 이용하는 대신 측정위치의 신호세기를 감쇄율로 변환한 값을 이용해야 하나, 설명의 편의를 위해 신호세기로 기재하였다.Therefore, the direction of the
그런데 지그비 센서의 수신신호가 아주 정확하지 않을 수 있으므로, 일정한 오차를 허용한다. 따라서 일정한 오차를 허용하여, 도 5b와 같이 방향 구간을 설정한다. 각 방향구간 내에 어느 위치에 있는가를 결정할 때 앞서 설명한 바와 같이, 3개의 지그비 센서에서 수신한 신호세기(또는 신호세기의 감쇄율)를 비교한다.However, since the received signal of the Zigbee sensor may not be very accurate, a certain error is allowed. Therefore, a certain error is allowed and a direction section is set as shown in FIG. 5B. As described above, when determining the position within each direction section, the signal strength (or attenuation rate of the signal strength) received by the three Zigbee sensors is compared.
노이즈 판단부(34)는 입력된 상기 지그비 신호의 세기를 이전 지그비 신호의 세기와 비교하여, 기준값 이상의 차이가 발생하는지를 판단한다.The
특히, 노이즈 판단부(34)는 측정시각에서 이전에 측정된 지그비 신호의 세기를 평균하여 측정된 지그비 신호의 세기와 상기 이전 지그비 신호 세기의 평균값을 비교하여 기준비율을 초과하는 경우 노이즈가 발생한 것으로 판단한다.In particular, the
지그비 신호는 무선신호이므로 주변의 소음이나 전파 등으로 인해 노이즈가 발생할 수 있다. 노이즈가 발생하면 갑자기 수신신호의 세기가 아주 크게 변한다. 따라서 이전에 측정된 신호세기와 비교하여 기준값 이상의 차이가 발생하면 이를 노이즈로 판단한다. 예를 들면, 이전에 측정된 신호보다 20% 또는 30%이상 크거나 작아지면 노이즈가 발생된 것으로 판단한다.Since the Zigbee signal is a wireless signal, noise may occur due to ambient noise or radio waves. When noise occurs, the intensity of the received signal changes suddenly. Therefore, when the difference is greater than the reference value compared with the previously measured signal strength, it is determined as noise. For example, it is determined that noise is generated when the signal is 20% or 30% larger or smaller than the previously measured signal.
비교대상인 이전에 측정된 신호세기는 일정시간, 예를 들면 3초 동안,의 평균값을 이용한다.The previously measured signal strength to be compared uses the average value of a predetermined time, for example, 3 seconds.
카메라 추적부(35)는 상기 기준값 이상의 차이가 발생한 것으로 판단되면, 상기 카메라로 위치와 거리를 센싱하도록 하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산한다.If it is determined that the difference is greater than the reference value, the
노이즈가 발생하면 카메라를 이용하여 보다 정확한 방향과 거리를 계산한다. 카메라로 방향과 거리를 측정하는 방법은 카메라 비전의 방법을 이용한다.If noise occurs, use the camera to calculate more accurate directions and distances. The method of measuring direction and distance with a camera uses the method of camera vision.
로봇이동 제어부(36)는 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에 의해 계산된 이동 대상물의 위치와 거리에 따라 이동 방향과 속도를 출력하여 이동로봇을 이동시킨다. 특히, 로봇이동 제어부(36)는 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 방향에 따라 로봇의 이동 방향을 정하고, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 거리에 비례하여 속도를 정한다.The
앞서 지그비 센서 또는 카메라를 이용하여 방향과 거리를 측정하면 그 방향과 거리로 이동로봇(20)을 이동시켜야 한다. 이때, 거리가 멀면 속도를 빠르게 하고, 가까우면 속도를 느리게 한다. 즉, 지그비 모듈(10)을 장착한 사람(또는 이동물체)을 따라가는 것이므로 멀리 떨어져 있으면 빨리 따라가다가 가까워지면 속도를 낮추 천천히 따라가도록 한다. 또 50cm 등 일정거리 이하로 가까워지면 정지한다. 통상 정지거리는 최초위치의 거리보다 가까워지면 정지한다.If the direction and distance are measured using a Zigbee sensor or a camera, the
한편, 로봇이동 제어부(36)는 이동 대상물과의 거리를 구간으로 나누어 구간별에 따라 로봇의 주행속도를 정하여 정한 주행속도를 로봇의 속도로 출력한다. 이것은 주행속도를 조절할 때 아날로그 형태로 조절하기 보다는 거리를 일정한 구간으로 나누어 제어하는 것이 더 유용하기 때문이다. 즉, 일정한 속도로 주행하도록 명령하고 일정한 거리로 다가오면 다시 속도를 줄이는 명령을 주는 것이, 실시간으로 변경되는 속도로 주행할 것을 명령하는 것보다 제어가 편리하기 때문이다.On the other hand, the robot
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법을 도 6을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 이동 로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법은 지그비 신호의 세기를 측정하는 좌우 중앙에 설치된 3개의 지그비 센서(22,23,24)와, 위치와 거리를 센싱하는 카메라(25)를 장착한 이동로봇이, 지그비(10)(또는 지그비 모듈)를 장착한 이동 대상물을 추적하여 따라가게 하기 위한, 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법이다.Next, a moving object tracking control method of the mobile robot according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Moving object tracking control method of a mobile robot according to the present invention is equipped with three ZigBee sensors (22, 23, 24) installed in the left and right centers for measuring the strength of the ZigBee signal, and the
도 6에서 보는 바와 같이, 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법은 (a) 이동 대상물의 거리에 따른 지그비 신호 세기의 기준 감쇄율 데이터를 입력받는 단계(S10); (b) 대상물의 초기 위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 초기값을 설정하는 단계(S20); (c) 상기 지그비 센서에서 수신된 지그비 신호의 세기를 입력받는 단계(S30); (d) 입력된 상기 지그비 신호의 세기를 이전 지그비 신호의 세기와 비교하여, 기준값 이상의 차이가 발생하는지를 판단하는 단계(S40); (e) 상기 기준값 이상의 차이가 발생하지 않는 것으로 판단되면, 상기 기준 감쇄율 데이터 및 신호세기의 초기값을 이용하여 이동 대상물의 위치와 거리를 계산하는 단계(S50); (f) 상기 기준값 이상의 차이가 발생한 것으로 판단되면, 상기 카메라로 방향과 거리를 센싱하도록 하여 이동 대상물의 방향과 거리를 계산하는 단계(S60); (g) 상기 (e)단계 또는 (f)단계에서 계산된 이동 대상물의 방향과 거리에 따라 이동 방향과 속도를 출력하여 이동로봇을 이동시키는 단계(S70)로 구성된다.As shown in Figure 6, the moving object tracking control method of the mobile robot (a) receiving a reference attenuation rate data of the Zigbee signal strength according to the distance of the moving object (S10); (b) setting an initial value by measuring a Zigbee signal strength at an initial position of the object (S20); (c) receiving an intensity of a Zigbee signal received by the Zigbee sensor (S30); (d) comparing the intensity of the input ZigBee signal with the strength of the previous ZigBee signal to determine whether a difference greater than or equal to a reference value occurs; (e) calculating the position and the distance of the moving object by using the reference decay rate data and the initial value of the signal strength, if it is determined that a difference greater than the reference value does not occur (S50); (f) calculating the direction and the distance of the moving object by sensing the direction and the distance with the camera when it is determined that a difference greater than the reference value occurs (S60); (g) outputting a moving direction and a speed according to the direction and distance of the moving object calculated in step (e) or (f) to move the mobile robot (S70).
특히, 상기 (a)단계는, 지그비에서 가까운 초기위치에서 원거리까지 일정한 간격의 거리에 위치시킨 후 신호의 세기를 측정하고 각 거리에서 측정된 신호의 세기를 초기위치의 신호세기 대비 비율로 구한 감세율을, 기준 감쇄율 데이터로 입력받는다.Particularly, in the step (a), the signal strength is measured after positioning the signal at a predetermined distance from the initial position close to the Zigbee to the distance, and the signal strength measured at each distance is calculated as a ratio of the signal strength at the initial position. The tax rate is input as reference decay rate data.
상기 (b)단계는, 상기 기준 감쇄율 데이터를 구할 때의 초기위치에서 지그비 신호 세기를 측정하여 기준값으로 정한다.In the step (b), the Zigbee signal strength is measured at an initial position when the reference attenuation rate data is obtained, and is determined as a reference value.
상기 (e)단계는, 입력받은 상기 지그비 신호세기를 초기값으로 나누어 측정 감쇄율을 구하고, 상기 측정 감쇄율에 해당하는 거리를 기준 감쇄율 데이터로부터 읽어와서 측정 거리로 인식한다.In the step (e), the measured Zigbee signal strength is divided by an initial value to obtain a measurement attenuation rate, and the distance corresponding to the measurement attenuation rate is read from reference attenuation rate data and recognized as a measurement distance.
상기 (e)단계는, 기준 감쇄율 데이터에서 측정 감쇄율에 해당하는 감쇄율 값이 없는 경우, 측정 감쇄율보다 크면서 가장 작은 기준 감쇄율과 측정 감쇄율보다 작으면서 가장 큰 기준 감쇄율을 선정하여, 상기 두 개의 선정된 기준 감쇄율에 해당하는 두 개의 거리 사이에서 측정 감쇄율이 상기 두 개의 기준 감쇄율 내에 위치하는 비율에 의해 측정 거리를 구한다.In the step (e), if there is no attenuation rate value corresponding to the measured attenuation rate in the reference attenuation rate data, the two selected reference attenuation ratios larger than the measured attenuation rate and the smallest reference attenuation rate smaller than the measured attenuation rate are selected. The measurement distance is determined by the ratio in which the measurement decay rate is within the two reference decay rates between the two distances corresponding to the reference decay rates.
상기 (e)단계는, 좌측과 우측의 지그비 센서에서 측정되어 입력된 지그비 신호의 세기의 차를 구하고, 상기 좌우 지그비 신호의 세기 차를 이용하여 상기 이동 대상물의 방향을 구한다.In the step (e), the difference between the strengths of the zigbee signals measured and input by the left and right Zigbee sensors is obtained, and the direction of the moving object is obtained using the strength differences of the left and right Zigbee signals.
상기 (e)단계는, 상기 지그비 센서들에서 측정되어 입력된 지그비 신호의 세기들 간의 차를 구하고, 상기 지그비 신호의 세기들 간의 차를 이용하여 상기 이동 대상물의 방향을 구한다.In the step (e), the difference between the intensities of the Zigbee signals measured and input by the Zigbee sensors is obtained, and the direction of the moving object is obtained using the differences between the intensities of the Zigbee signals.
상기 (d)단계는, 측정시각에서 이전에 측정된 지그비 신호의 세기를 평균하여 측정된 지그비 신호의 세기와 상기 이전 지그비 신호 세기의 평균값을 비교하여 기준비율을 초과하는 경우 노이즈가 발생한 것으로 판단한다.In the step (d), the noise is generated when the reference ratio is exceeded by comparing the intensity of the measured ZigBee signal with the average value of the previous ZigBee signal intensity by averaging the intensity of the ZigBee signal previously measured at the measurement time. .
상기 (g)단계는, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 방향에 따라 로봇의 이동 방향을 정하고, 상기 지그비 추적부 또는 카메라 추적부에서 구한 거리에 비례하여 속도를 정한다.In the step (g), the moving direction of the robot is determined according to the direction obtained by the Zigbee tracking unit or the camera tracking unit, and the speed is determined in proportion to the distance obtained by the Zigbee tracking unit or the camera tracking unit.
상기 (g)단계는, 이동 대상물과의 거리를 구간으로 나누어 구간별에 따라 로봇의 주행속도를 정하여 정한 주행속도를 로봇의 속도로 출력한다.In the step (g), the distance between the moving object is divided into sections, the traveling speed of the robot is determined according to each section, and the determined driving speed is output as the speed of the robot.
상기 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법에 대한 설명 중 미흡한 부분은 앞서 설명한 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치에 대한 설명을 참고한다.For the insufficient description of the method for controlling the moving object tracking control of the mobile robot, refer to the description of the moving object tracking control device of the mobile robot described above.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example, Of course, a various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
본 발명은 지그비 모듈을 장착한 이동 물체가 이동하면 상기 이동 물체를 따라가는 이동로봇 등의 제어 시스템을 개발하는데 적용이 가능하다. 특히, 대형 할인매장에서 짐을 싣는 카트를 사람이 끌고 다니지 않고 스스로 따라오게 만들게 하거나, 공항에서 무거운 카트를 사람이 끌지 않고 스스로 따라오게 하는 지능형 카트를 제조하는데 적용이 가능하다.The present invention is applicable to the development of a control system such as a mobile robot that follows the moving object when the moving object equipped with the Zigbee module is moved. In particular, it can be applied to manufacture intelligent carts that allow a cart to be loaded at a large discount store to be followed by a person without carrying, or to follow a heavy cart at the airport without a person.
도 1은 본 발명에 따른 이동로봇이 이동 대상물을 추적하는 전체 시스템의 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of the entire system for the mobile robot to track the moving object according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 하드웨어 구성에 대한 블록도이다.2 is a block diagram of a hardware configuration of a mobile robot according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치의 구성에 대한 블록도이다.Figure 3 is a block diagram of the configuration of a moving object tracking control device of a mobile robot according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 대상물의 거리에 따른 지그비 신호 세기의 감쇄율 데이터를 좌표로 표시한 일례를 도시한 것이다.4 illustrates an example in which the attenuation rate data of the Zigbee signal strength according to the distance of the moving object according to an embodiment of the present invention is displayed as coordinates.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 대상물의 방향을 구간으로 나눈 각 도들의 일례를 도시한 것이다.5 illustrates an example of the angles divided by the direction of the moving object according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a moving object tracking control method of a mobile robot according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 지그비, 지그비 모듈 20 : 이동로봇10: Zigbee, Zigbee Module 20: mobile robot
21 : 몸체 22, 23, 24 : 좌우 중앙의 지그비 센서21:
25 : 카메라 26 : 초음파 센서25
30 : 추적제어장치 31 : 감쇄율 입력부30: tracking control device 31: attenuation rate input unit
32 : 초기값 설정부 33 : 지그비 추적부32: initial value setting unit 33: Zigbee tracking unit
34 : 노이즈 판단부 35 : 카메라 추적부34: noise determining unit 35: camera tracking unit
36 : 로봇이동 제어부 37 : 메모리36: robot movement control unit 37: memory
41 : 지그비 42 : 카메라제어 모터41: Zigbee 42: camera control motor
43 : 이동 콘트롤러 43: move controller
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