KR101143892B1

KR101143892B1 - 자율주행 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101143892B1
Application number: KR1020100139947A
Authority: KR
Inventors: 김성신; 김정민; 도주철
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-05-14

Abstract

본 발명은 카메라와 적외선 센서 바아(bar)를 이용하여 주행 자세 및 주행 경로를 자동으로 검출하고 주행을 제어하는 자율주행 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자율주행 장치의 제어 방법은, 카메라를 통해 자율주행 장치의 이동 경로에 표시된 주행 라인(L)에 대한 영상을 획득하고, 이 영상을 바탕으로 자율주행 장치의 자세를 계산하는 단계(S100); 제1,2적외선 센서 바아를 통해 라인(L)을 검출하여 자율주행 장치의 자세를 계산하는 단계(S200); 지역위치센서를 구성하는 엔코더 및 자이로에 의해 각각 측정된 바퀴의 회전수와 각속도를 통해 자율주행 장치의 상대 자세를 계산하는 단계(S300)와; 상기 카메라를 이용하여 계산된 자세 계산 값과 상기 제1,2적외선 센서 바아들을 이용하여 계산된 자세 계산 값 및, 상기 지역위치센서에 의해 계산된 상대 자세 값을 비교하는 단계와; 상기 비교된 자세를 기반으로 자율주행 장치의 바퀴의 구동을 제어하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자율주행 장치 및 그 제어 방법{Automatic Guided Vehicle and Method for Controlling the Same}

본 발명은 자율주행 장치 및 이 자율주행 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카메라와 적외선 센서 바아(bar)를 이용하여 주행 자세 및 주행 경로를 자동으로 검출하고 주행을 제어하는 자율주행 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

종래의 자율주행 장치의 자세 및 주행 경로를 검출하는 방법은 주로 적외선 센서 바아와 엔코더를 통해 제어하는 광학 유도 방식이 일반적이었다. 이 광학 유도 방식은 바닥에 라인(line)만 표시해두면 자율주행 장치가 이를 인지하여 따라가는 방법으로 설치가 쉽고 비용이 낮아 많은 연구가 이루어졌다.

하지만, 적외선 센서 바아는 이상적인 환경인 바닥과 라인이 각각 검정색과 흰색을 가지며 빛의 영향이 적은 장소에서는 매우 뛰어난 성능을 가졌지만 그렇지 않은 상황에서는 성능 상에 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 카메라를 이용한 유도 방법에 관한 연구가 이루어졌지만 카메라는 외부 빛에 의한 오차가 크게 존재하였으며 반응속도가 느려 자율주행 장치의 유도 장치로는 적합하지 않았다.

이에 자율주행 장치의 유도 장치로는 유도선 유도 방식과 마그네틱 유도 방법을 주로 사용하였다.

하지만, 유도선 유도 방식은 유도선인 전선을 바닥에 매설해야 하는 작업이 필요하고, 이는 설치 문제와 유지 보수 문제로 인해 비용이 많이 소요되는 문제를 발생시킨다.

그리고 마그네틱 유도 방식도 마그네틱을 바닥에 설치해야하는 문제가 있는데, 이는 유선 유도 방식의 전선 매설에 비해 큰 문제가 되지는 않았지만 바닥에 설치한 마그네틱의 훼손 문제와 센서의 특성상 자율주행 장치가 빠르게 주행하기 어려운 문제를 유발하였다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 종래의 광학 유도 방식이 다시 대두되었고, 다양한 방식의 연구가 이루어지고 있는데, 주로 적외선 센서 바아의 성능 향상을 위한 적외선 센서 바아의 회로도에 대한 기술과 영상 처리의 발전에 따라 카메라를 이용한 기술들에 관한 것이었다.

하지만, 적외선 센서 바아의 회로도 중심의 기술들은 상대적으로 크기가 작은 모바일 로봇 혹은 RC-car에는 적합하였지만 중장비인 자율주행 장치에 적용하기에는 무리가 있다. 또한, 적외선 센서 바아와 카메라 유도 방식을 각기 따로 연구함으로써 각각의 단점을 해결하지 못해 성능상에 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 외부 환경에 영향을 많이 받는 적외선 센서 바아와 반응속도가 느리고 정밀도가 낮은 카메라를 융합하여 정확하고 신속한 자세 검출 및 주행 제어를 수행할 수 있는 자율주행 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 바닥을 따라 구름운동하는 복수개의 바퀴 및 상기 바퀴를 구동시키는 구동부가 설치된 본체와; 상기 본체에 설치되어 바닥에 표시된 주행 라인 영상을 획득하는 카메라와; 상기 카메라를 회전시키는 모터와; 상기 본체의 전방 및 후방에 각각 설치되며, 복수개의 적외선 센서들이 일정 간격으로 배열되어 있는 제1적외선 센서 바아 및 제2적외선 센서 바아와; 상기 카메라와 모터, 제1,2적외선 센서 바아, 구동부로부터 측정 데이터를 전송받고 이 데이터를 기반으로 자세를 계산하고, 상기 계산된 자세 계산 값에 따라 상기 바퀴의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 카메라를 통해 자율주행 장치의 이동 경로에 표시된 주행 라인에 대한 영상을 획득하고, 이 영상을 바탕으로 자율주행 장치의 자세를 계산하는 단계; 제1,2적외선 센서 바아를 통해 라인을 검출하여 자율주행 장치의 자세를 계산하는 단계; 상기 계산된 자세 계산 값들을 기반으로 자율주행 장치의 바퀴의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 제어 방법의 한 실시형태에 따르면, 본 발명의 자율주행 장치의 제어방법은 상기 바퀴의 구동을 제어하는 단계를 수행하기 전에, 지역위치센서를 구성하는 엔코더 및 자이로에 의해 각각 측정된 바퀴의 회전수와 각속도를 통해 자율주행 장치의 상대 자세를 계산하는 단계와; 상기 카메라를 이용하여 계산된 자세 계산 값과 상기 제1,2적외선 센서 바아들을 이용하여 계산된 자세 계산 값 및, 상기 지역위치센서에 의해 계산된 상대 자세 값을 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 자율주행 장치를 위한 광학 유도 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 카메라를 통해 정확한 자세 계산을 위해서 HIS 색상 변화를 통해 주행 라인과 배경 라인의 색상의 관계를 줄여 색상 양자화 단계에서 더욱 정확한 주행 라인을 검출할 수 있다.

둘째, 멀리 있는 주행 라인을 보기 위한 카메라는 곡선 혹은 짧은 직선 주행 라인을 볼 수 없는 경우가 매우 빈번하기 때문에 계산된 주행 라인의 각도값과 주행 라인의 호의 각을 비교하여 카메라를 회전시킴으로써 카메라가 주행 라인을 놓치는 경우가 발생하지 않는다.

셋째, 적외선 센서 바아는 정밀도가 높지만 바로 아래 주행 라인만을 계측할 수 있기 때문에 자율주행 장치의 속도가 매우 느린 문제를 카메라로 멀리 있는 주행 라인을 검출하고 주행 목표점을 이동시켜줌으로써 자율주행 장치가 더욱 안정되고 빠르게 주행할 수 있다.

넷째, 산업현장은 일반적으로 바닥의 상태가 좋지 않으며 빛에 의해 적외선 센서 바아가 주행 라인을 놓칠 수 있는 문제를 카메라를 통해 주행 라인과 주변 배경의 색상 밝기를 계산하고 이를 통해 적외선 센서 바아의 감도를 조절함으로써 적외선 센서 바아가 정확히 주행 라인을 계측할 수 있다.

다섯째, 위치측정센서들은 단시간의 주행 동안에는 정밀도가 높지만, 누적 오차의 문제를 가지고 있어 주행 시간이 길어질수록 오차가 커지게 되는 문제가 있으나, 정밀도가 높은 두 개 이상의 적외선 센서 바아가 주행 라인을 검출할 때 자율주행 장치의 자세를 계산하고 갱신해줌으로써 위치측정센서의 오차를 크게 줄일 수 있다.

여섯째, 적외선 센서 바아가 주행 라인을 계측하지 못할 때에도 카메라를 통해 주행 라인을 계측하여 안정된 주행이 가능하다.

일곱째, 적외선 센서 바아를 통해 계산된 주행 라인의 각도를 이용하여 위치측정센서를 통해 주행 라인과 자율주행 장치 간의 상대 자세 값을 계산할 수 있다.

여덟째, 위치측정센서를 통해 계산된 자율주행 장치의 자세를 이용하여 적외선 센서 바아의 자세 계산의 정확도를 계산할 수 있고, 이를 통해 자율주행 장치를 제어함으로써 안전하고 신속한 주행이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 2의 자율주행 장치의 제어방법 중 카메라를 통한 자세 계산 단계를 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 자율주행 장치의 카메라를 통해 획득한 주행 라인의 영상을 나타낸다.
도 5는 도 4의 영상을 양자화 기법 및 윤곽선 추적 기법라인을 이용하여 라인 추출한 결과를 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 2의 자율주행 장치의 제어방법 중 적외선 센서 바아를 통한 자세 계산 단계를 설명하는 순서도이다.
도 7은 도 2의 자율주행 장치의 제어방법 중 지역위치센서를 통한 자세 계산 단계를 설명하는 순서도이다.
도 8은 도 2의 자율주행 장치의 제어방법 중 바퀴의 제어 단계를 설명하는 순서도이다.
도 9는 도 3과 도 6 내지 도 8에 나타낸 자율주행 장치의 제어 단계들을 통합하여 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자율주행 장치 및 그 제어 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 장치를 나타낸 것으로, 이 실시예의 자율주행장치는 바닥을 따라 구름운동하는 복수개의 바퀴(50) 및 상기 바퀴(50)를 구동시키는 구동부(미도시)가 설치된 본체(10)와, 상기 본체(10)의 전방에 설치되어 작업장 바닥의 영상을 획득하는 1개의 카메라(20)와, 상기 카메라(20)를 회전시키는 모터(21)와, 상기 본체(10)의 전방 및 후방에 각각 설치되는 제1적외선 센서 바아(31) 및 제2적외선 센서 바아(32)와, 바퀴(50)의 회전을 계측하는 엔코더(41)와 각속도를 계측하는 자이로(42)로 구성된 지역위치센서와, 상기 카메라(20)와 모터(21), 제1,2적외선 센서 바아(31, 32), 엔코더(41), 자이로(42), 구동부(미도시)와 전기적으로 연결되어 측정 데이터를 전송받고 이 데이터값을 기반으로 주행 라인 계측 및 주행 제어를 수행하는 컨트롤러(미도시)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 제1적외선 센서 바아(31) 및 제2적외선 센서 바아(32)에는 수광부와 발광부로 이루어진 복수개(예를 들어 8개)의 적외선 센서들이 일정 간격으로 배열된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 자율주행 장치는 상기 카메라(20)와 제1,2적외선 센서 바아(31, 32) 및 지역위치센서인 엔코더(41)와 자이로(42)의 복합적이고 상보적인 작용에 의해 작업장의 주행 라인(L)을 검출하고, 자세를 제어하여 자율 주행한다.

즉, 본 발명의 자율주행 장치의 컨트롤러(미도시)는 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)로 작업장 바닥에 표시된 주행 라인(L)을 계측하고, 자율주행장치의 중심과 라인(L) 중심 간의 거리 차이를 통해 자세를 계산하여 주행 제어를 수행하되, 상기 카메라(20)를 이용하여 작업장 바닥에 대한 영상을 획득하고, 이 획득된 영상을 통해 주행 라인(L)을 검출하여 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)에 의한 주행 라인(L) 계측 및 자세 계산을 보완한다. 또한, 상기 엔코더(41) 및 자이로(42)를 이용하여 자세 계산 및 제어를 수행하고, 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)에 의해 계산된 자세를 이용하여 누적 오차를 줄인다.

도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 자율주행 장치의 제어 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자율주행 장치의 제어 방법은 크게 카메라(20)를 이용하여 자세를 계산하는 단계(S100)와, 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 이용하여 자세를 계산하는 단계(S200)와, 위치측정센서인 엔코더(41) 및 자이로(42)를 이용하여 자세를 계산하는 단계(S300)와, 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)와 카메라(20) 및 위치측정센서에 의해 계측된 자세를 이용하여 바퀴(50)의 구동을 제어하는 주행 제어 단계(S400)로 구성된다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 카메라(20)를 이용한 자세 계산 단계(S100)에 대해 설명하면, 먼저, 카메라(20)에서 영상을 획득한다(S101).

도 4는 상기 카메라(20)에 의해 획득된 작업장 바닥의 영상(I)의 일례를 나타낸 것으로, 이 영상(I)은 주행 라인(L)과 배경인 큰 잡음(N_L)과 작은 잡음(N_S)으로 이루어진다.

상기와 같이 영상이 획득되면 HIS 색상 변환을 하게 된다(S102). 일반적으로 카메라(20)는 영상을 RGB(빨강, 초록, 파랑) 혹은 YCbCr(명도, 파랑, 빨강)의 색상 모델로 영상으로 획득하게 된다. 본 발명에서는 효과적인 주행 라인(L) 검출을 위해 아래의 수학식1과 같이 RGB 컬러 모델의 영상을 HIS(색상, 채도, 명도) 컬러 모델로 변환하게 된다.

HIS 컬러 모델로 변환하게 되면, 색의 원색(색상)과 원색 정도(채도)가 명도에 따라 구별되게 된다.

상술한 것과 같이 HIS 컬러 모델로 변환이 완료되면, 획득된 영상(I)에서 큰 잡음(N_L)과 작은 잡음(N_S)들을 효과적으로 제거하기 위해 주행 라인(L)의 대표 색상과 큰 잡음(N_L)의 대표 색상, 작은 잡음(N_S)일 가능성이 큰 흰색, 검정색 등의 색상값을 중심으로 K-means를 통해 양자화를 수행한다(S103).

색상 양자화를 수행하게 되면 도 5의 추출 결과(EI)로서 도시된 것과 같은 주행 라인(L)이 추출되고, 거리별 구간을 가상 라인(VL)으로 라인을 분리하여(S104), 분리된 라인들을 윤곽선(OL) 추적 알고리즘을 통해 추출한다(S105).

상술한 것과 같이 분리된 라인(L)들이 추출되게 되면, 각 라인(L)들의 구간별 각도(IL)를 계산하고(S106), 가장 가까운 라인(L)의 각도(IL)를 이용하여 현재 추출된 라인(L)과 호의 각을 비교한다(S107). 여기서, 호의 각은 선 유도 방식(wired, magnetic, optical 유도 방식 등)의 자율주행 장치의 곡선 주행 시에 라인(L)의 호의 각을 의미하고, 일반적인 선 유도 방식은 곡선 주행 시에 라인(L)의 호의 각은 고정된다.

이 때, 가장 가까운 구간의 각도가 ±호의 각 밖에 존재하게 되면(S107), 카메라(20)의 모터(21)를 동작시켜 카메라(20)를 호의 각으로 회전시킨다(S108). 즉, 카메라(20)는 멀리 있는 라인(L)을 추출하여 자율주행 장치를 빠르고 안전하게 주행시키는 목표로 사용되는데, 멀리 있는 라인(L)을 보게 하면 가까이에 있는 라인(L)을 보지 못하게 되고 멀리 보면 볼수록 라인(L) 추출 정밀도가 떨어지기 때문에 정도를 잘 맞춰야 하는데, 이 경우 카메라(20)가 볼 수 있는 시야가 존재하기 때문에 곡선의 각에 의해서 자율주행 장치가 곡선 주행 라인에 가까워질수록 라인(L)이 보이지 않게 되고 이러한 문제를 해결하기 위해 모터(21)를 이용하여 카메라(20)를 회전시켜 카메라의 각도를 조정한다.

상술한 것과 같이, 라인(L)의 구간별 각도 계산이 모두 이루어지면(S106), 구간별 라인(L)의 각도 변화가 없는 개수를 계산하고, 자율주행 장치의 효과적인 속도를 제어하기 위해 구간별 라인(L)의 각도 변화 개수에 따라 주행 목표점을 앞쪽으로 이동시킨다(S109).

또한, 라인(L)과 배경의 색상값 계산을 통해(S110) 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 감도를 조절한다(S111). 라인(L)과 배경의 색상 값 계산(S110)은 다음 수학식2와 같이 계산된다.

여기서, R_back, G_back, B_back은 각각 영상의 배경의 빨강, 초록, 파랑의 색상 값을 나타내고 R_line, G_line, B_line은 각각 라인의 빨강, 초록, 파랑의 색상 값을 나타내며 H_line와 H_back은 각각 라인과 배경의 색상 값을 나타낸다.

상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)는 적외선 센서의 성능과 적외선 수광부와 발광부의 거리차, 라인과 적외선 센서 바아 간의 거리, ADC(analog to digital converter)의 성능, 실험 환경 등의 차이로 인해 그 성능이 크게 달라지며, 적외선 센서가 라인(L)의 위에 있는지 없는지 여부의 판단은 흰색과 검정색에서의 차이의 중심값으로 판단한다. 하지만, 실제 환경에서는 빛과 같은 기타 잡음들에 의해 완벽한 흰색과 검정색의 환경을 만들기가 어렵기 때문에 본 발명에서는 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 감도를 카메라(20)의 영상을 통해 조절하게 한다(S111).

좀 더 자세하게 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)는 SI-1KLA 수광, ET-1KL2 발광을 8개씩 사용하고, 수광부와 발광부의 거리차는 0.8cm, 라인과 적외선 센서 바아와의 거리는 2.0cm, ADC는 10bit로 사용하는 것으로 설정하였다.

또한, 이러한 적외선의 값은 흰색에서 평균 4000mV, 검정색에서는 평균 1000mV를 가졌으며, 라인(L)이 검정색일 경우에 적외선의 값이 2000mV 이하이면 라인(L) 위에 있다고 판단하였다.

이 때, 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 감도 조절(S111)은 라인과 배경의 색상 값 계산(S116)을 통해 계산된 값을 통해 다음 수학식3과 같이 비례적으로 조절하였다.

여기서, V_line와 V_back은 각각 라인과 배경의 색상 값을 적외선의 값으로 변환한 값을 나타내고 V는 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 감도 조절 값을 나타낸다. 이 작업이 끝나게 되면 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 이용한 자세 계산을 하게 된다.

도 6은 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 이용한 자세 계산 단계(S200)를 나타낸다.

상기 카메라(20)에 의해 획득된 영상의 색상 값 계산을 통하여 적외선 센서 바아의 감도 조절(S111)이 끝나게 되면, 이를 토대로 제1적외선 센서 바아(31)와 제2적외선 센서 바아(32)를 통해 각각의 라인(L)의 검출 여부를 판단하게 된다(S201 및S202).

만약, 제1적외선 센서 바아(31)와 제2적외선 센서 바아(32)가 모두 라인(L)을 검출하게 되면, 각각의 검출된 라인(L)의 적외선 센서 위치를 통해 라인과 자율주행 장치의 거리 오차와 각도 오차를 통해 정확한 자세 계산을 수행한다(S203).

한편, 자율주행 장치의 카메라(20)와 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 통한 처리를 수행하는 동안에도 엔코더(41)와 자이로(42)를 인터럽트를 통해 100ms 이하의 빠른 속도로 받아 상대 자세를 계산하게 되는데, 이들 위치측정센서들은 누적 오차가 존재하게 되기 때문에 짧은 시간 동안에는 정확한 위치측정이 가능하지만 그렇지 못할 경우에는 오차가 계속적으로 크게 누적된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 제1적외선 센서 바아(31)와 제2적외선 센서 바아(32)를 통해 자세 계산1(S203)이 실행될 경우, 지역위치센서에 의해 계산된 상대 자세 값을 상기 자세 계산1로 갱신한다(S207).

다시 말해서, 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)는 정밀도가 매우 높기 때문에 두 개 이상의 적외선 센서 바아가 라인을 계측하게 되면 상대 각도를 정확하게 구할 수 있으므로 상기 자세 계산1로써 자율주행 장치의 상대 자세를 갱신시키는 것이다(S207).

한편, 상기 제1적외선 센서 바아(31)는 라인(L)을 검출하였지만 제2적외선 센서 바아(32)가 라인을 검출하지 못하는 경우에는 제1적외선 센서 바아(31)의 적외선 센서의 위치를 이용해 자세 계산을 하게 된다(S204).

이와 다르게 제2적외선 센서 바아(32)는 라인(L)을 검출하였지만 제1적외선 센서 바아(31)가 라인(L)을 검출하지 못하는 경우, 제2적외선 센서 바아(32)의 적외선 센서의 위치를 이용해 자세 계산을 하게 된다(S205).

그리고, 만약 제1적외선 센서 바아(31)와 제2적외선 센서 바아(32) 모두가 라인(L)을 검출하지 못하는 경우에는 카메라를 통해 계산된 자세 계산 값(S120)을 이용한다(S206).

도 7은 상기 엔코더(41) 및 자이로(42)로 구성된 위치측정센서를 이용한 상대 자세 계산 단계(S300)를 나타낸다.

바퀴 회전을 계측할 수 있는 엔코더(41)와 각속도를 계측할 수 있는 자이로(42)를 이용하면 짧은 시간동안에는 정밀도가 높은 지역 위치 측정이 가능하다.

따라서, 바퀴 회전과 각속도를 계측하게 되면(S301 및 S302), 자율주행 장치의 자세를 계산할 수 있는데, 자율주행 장치를 제어하기 위해서는 주행 라인(L)과 자율주행 장치 간의 상대적인 자세를 계산해야 하므로 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 통해 계산된 자세 계산 값을 이용한다(S220).

이 때, 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 통해 계산된 자세 계산 값은 두 개 이상의 적외선 센서 바아(31, 32)가 주행 라인(L)을 계측하여 계산된 라인의 값을 이용하고, 주행 라인과 자율주행 장치의 상대적인 자세를 계산하게 된다(S320).

도 7은 상술한 자세 계산 값을 이용하여 자율주행 장치의 바퀴(50)의 구동을 제어하는 단계(S400)를 나타낸다.

상술한 것과 같이, 두 개 이상의 적외선 센서 바아를 이용해 계산된 자세 값(자세 계산1; 도 2의 단계 S203)을 이용한 제어와, 자율주행 장치의 전방에 위치한 제1적외선 센서 바아(31) 하나에 의한 자세 계산 값(자세 계산2; 도 2의 단계 S204)을 이용한 제어는 주행 정밀도가 높다.

하지만, 자율주행 장치의 후방에 위치한 제2적외선 센서 바아(32) 하나에 의한 자세 계산값(자세 계산3; 도 2의 단계 S205)만 이용하거나, 카메라를 이용한 자세 계산 값(자세 계산4; 도 2의 단계 S206)을 제어에 사용할 경우에는 주행 정밀도가 나쁘지는 않지만 중장비인 자율주행 장치의 사고는 대형 사고로 이어질 수 있기 때문에 이를 방지해야 한다.

따라서, 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 자세 계산 값과 지역위치센서의 자세 계산 값을 비교하여 적외선 센서 바아들의 자세 계산 값을 이용하거나, 혹은 이전에 저장된 자세 계산 값을 이용할지를 판단한다(S401).

만약, 자세 값의 차이가 크지 않으면, 예를 들어 10°이하이면, 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 통한 자세 계산 값을 이용하여 바퀴(50)를 PID 제어하며(S402 및 S406), 그렇지 않을 경우에는 이전에 저장된 자세 계산 값을 이용하여 바퀴(50)를 PID 제어한다(S403 및 S406).

이 때, 이전에 저장된 자세 계산 값은 시간이 흘러 잘못된 정보가 발생될 수 있기 때문에 일정 시간(예컨대 3초) 이상 연속으로 이전에 저장된 자세 계산 값을 이용하게 될 경우, 또는 정지 플래그(flag)를 켰을 때에는 자율주행 장치를 정지 시키고(S404 및 S405), 그렇지 않을 경우 PID 제어 통해 자율주행 장치를 주행시킨다(S406).

전술한 본 발명에 따른 자율주행 장치 및 그 제어 방법의 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제안된 것으로 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.

10 : 본체 20 : 카메라
21 : 모터 31 : 제1적외선 센서 바아
32 : 제2적외선 센서 바아 41 : 엔코더
42 : 자이로 50 : 바퀴
L : 라인

Claims

바닥을 따라 구름운동하는 복수개의 바퀴(50) 및 상기 바퀴(50)를 구동시키는 구동부가 설치된 본체(10)와;
상기 본체(10)에 설치되어 바닥에 표시된 주행 라인(L)의 영상을 획득하는 카메라(20)와;
상기 카메라(20)를 회전시키는 모터(21)와;
상기 본체(10)의 전방 및 후방에 각각 설치되며, 복수개의 적외선 센서들이 일정 간격으로 배열되어 있는 제1적외선 센서 바아(31) 및 제2적외선 센서 바아(32)와;
상기 카메라(20)와 모터(21), 제1,2적외선 센서 바아(31, 32), 구동부로부터 측정 데이터를 전송받고 이 데이터를 기반으로 자세를 계산하고, 상기 계산된 자세 계산 값에 따라 상기 바퀴의 구동을 제어하는 컨트롤러와;
상기 본체에 설치되어 상기 바퀴의 회전을 계측하는 엔코더(41)와 각속도를 계측하는 자이로(42)로 구성된 지역위치센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 카메라에 의해 획득된 영상의 라인(L)과 배경의 색상값을 계산하고, 이 계산된 색상값에 의해 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제1적외선 센서 바아(31) 및 제2적외선 센서 바아(32) 모두가 라인을 검출하지 못할 경우 상기 카메라(20)에 의해 획득된 자세 계산 값을 이용하여 바퀴의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치.
카메라를 통해 자율주행 장치의 이동 경로에 표시된 주행 라인(L)에 대한 영상을 획득하고, 이 영상을 바탕으로 자율주행 장치의 자세를 계산하는 단계(S100);
제1,2적외선 센서 바아를 통해 라인(L)을 검출하여 자율주행 장치의 자세를 계산하는 단계(S200);
지역위치센서를 구성하는 엔코더 및 자이로에 의해 각각 측정된 바퀴의 회전수와 각속도를 통해 자율주행 장치의 상대 자세를 계산하는 단계(S300)와;
상기 카메라를 이용하여 계산된 자세 계산 값과 상기 제1,2적외선 센서 바아들을 이용하여 계산된 자세 계산 값 및, 상기 지역위치센서에 의해 계산된 상대 자세 값을 비교하는 단계와;
상기 계산된 자세 계산 값들을 기반으로 자율주행 장치의 바퀴의 구동을 제어하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
삭제
제5항에 있어서, 상기 S100 단계에서는,
카메라를 통해 획득된 영상을 HIS(색상, 채도, 명도) 컬러 모델로 변환 후(S102), HIS 컬러 모델에서 양자화 기법을 통해 주행 라인(L)을 추출하고(S103), 거리별 구간을 가상 라인(VL)으로 분리하며(S104), 윤곽선 추적 기법을 통해 구간별 윤곽선(OL)을 추출하는 것(S105)에 의해 구간별 주행 라인을 검출하는 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 S100 단계에서 구간별 주행 라인이 검출되면, 각 라인(L)들의 구간별 각도(IL)를 계산하고(S106), 구간별 라인(L)의 각도 변화 개수에 따라 주행 목표점을 이동시키는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제8항에 있어서, 상기 S100 단계에서 검출된 가장 가까운 구간의 각도가 곡선 주행 구간의 호의 각 밖에 존재하게 되면(S107), 카메라의 모터를 이용하여 카메라를 회전시켜 카메라의 각도를 조정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 S100 단계는, 상기 라인 검출을 통해 계산된 영상의 배경 잡음과 라인의 밝기 차를 통해(S110) 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 S200 단계에서 제1,2적외선 센서 바아(31, 32) 모두가 라인을 검출할 경우, 상기 S400 단계에서 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)를 통해 계산된 자세 계산 값으로 바퀴의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 S200 단계에서 제1,2적외선 센서 바아(31, 32) 모두가 라인을 검출할 경우, 지역위치센서를 이용하여 계산된 자율주행 장치의 상대 자세 값을 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)에 의해 계산된 자세 계산 값으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 S200 단계에서 제1,2 적외선 센서 바아 중 한 개만 라인을 검출할 경우, 상기 제1,2적외선 센서 바아(31, 32)의 자세 계산 값과 지역위치센서의 자세 계산 값을 비교하여(S401), 자세 값의 차이가 설정 각도 이하이면 제1적외선 센서 바아(31) 또는 제2적외선 센서 바아(32)를 통한 자세 계산 값을 이용하여 바퀴(50)를 제어하며(S402 및 S406), 자세 값의 차이가 설정 각도보다 크면 이전에 저장된 자세 계산 값을 이용하여 바퀴를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 S200 단계에서 제1,2적외선 센서 바아 모두가 라인을 검출하지 못한 경우, 카메라를 통해 계산된 자세 계산 값(S120)을 이용하여 바퀴의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.
제14항에 있어서, 제1,2적외선 센서 바아 모두가 일정 시간 연속으로 라인을 검출하지 못하거나 정지 플래그 킨 경우 자율주행 장치를 정지시키는 것을 특징으로 하는 자율주행 장치의 제어 방법.