KR101185678B1 - Ｒｆｉｄ 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID 태그를 이용한 위치추적 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차원 또는 3차원 좌표값을 가지고 바닥에 매설된 RFID 태그를 인식하고, 인식한 RFID 태그의 좌표값을 평균하여 이동체 및 자재의 위치를 오차없이 추적할 수 있도록 하고, 이동체 및 자재의 자세를 추적할 수 있도록 하는 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적시스템에 관한 것이다.

Description

ＲＦＩＤ 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치 및 방법{The method for tracking the position and posture of a vehicle, a material, or a block by averaging coordinates of RFID Tags}

본 발명은 RFID 태그를 이용한 위치추적 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 간격으로 바닥에 매설된 RFID 태그를 인식하고, 인식한 RFID 태그의 2차원 및 3차원 좌표값을 평균하여 이동체 및 자재의 위치를 오차없이 추적할 수 있도록 하고, 이동체 및 자재의 자세를 추적할 수 있도록 하는 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적시스템에 관한 것이다.

일반적으로 이동체의 위치를 파악하고 인식하기 위해서는 RFID 태그를 이동체와 물건에 장착하고, RFID 리더기를 고정된 위치에 설치하여 이동체와 물건의 위치를 파악한다.

하지만, 차량 및 트랜스포터와 같은 이동체와 자재 및 블록과 같은 물건에 RFID 태그를 부착하고 이를 읽는 경우 RFID 태그를 읽은 리더기의 위치가 파악되기 때문에 이동체와 물건의 대략적인 위치만 파악이 가능한 문제점이 있다.

따라서, 차량 및 트랜스포터와 같은 이동체와 자재 및 블록과 같은 물건의 정확한 위치와 자세를 관측하기 위해서는 리더기가 이동체에 설치되고 태그는 바닥에 매설되어 RFID 태그에 위치정보를 저장하여 위치를 파악할 필요가 있다.

또한, 매우 넓은 지역에서 RFID 기술을 이용하여 물류를 관리할 경우, 리더기를 고정된 위치 곳곳에 설치하는 것은 너무 많은 비용이 소모되므로, 이동체에 리더기를 설치하고 바닥에 좌표값이 입력된 태그를 설치하는 방식을 도입할 필요가 있다.

하지만, 통상적으로 RFID 리더기에 연결된 안테나를 통하여 RFID 태그를 읽고 대략적인 위치만을 판단하기 때문에 이동체와 물류의 정확한 위치를 파악할 수 없어 정확한 관리가 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 기존 RFID 위치측정 방법은 신호의 세기가 가장 큰 특정 태그만 선택하여 위치를 결정할 경우 신호의 세기가 불규칙하게 변화에 따라 선택한 태그가 순간순간 바뀌어 이동체의 위치가 튀는 현상이 발생하므로 위치측정이 불안정해 질수 있어서 복잡한 RFID 리더기 출력 가변제어 방법을 쓰거나 복잡한 필터링 알고리즘이 필요하였다.

또한, 인식거리를 크게 할 수 없어서 RFID를 대량으로 설치하여야 정확한 위치를 얻을 수 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 바닥에 소정의 간격을 두고 삽입되어 있는 RFID 태그의 좌표값을 RFID 리더기를 통하여 인식하되, RFID　리더기를 중심으로 방사형으로 위치한 복수개의 안테나를 사용하여 RFID 인식된 RFID 태그의 좌표값을 평균적으로 구하여 이동체 및 자재의 위치 및 자세를 더 정밀하게 파악할 수 있도록 하는 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지면에 소정간격으로 삽입되어 있으며, 고유 식별번호와 좌표값이 저장되어 있는 RFID 태그; 상기 RFID 태그의 식별번호 및 좌표값을 읽을 수 있는 RFID 리더기; 상기 RFID 태그의 좌표값을 받아 RFID 리더기로 전송할 수 있도록 하며 RFID 리더기에 연결된 여러 개의 안테나; 상기 RFID 리더기로부터 읽은 좌표의 평균값을 구하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 안테나의 인식범위는 리더기의 출력에 따라 조절 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위치파악 방법은 여러 개의 안테나에서 각각 RFID 태그의 좌표를 인식하는 단계; 여러 개의 안테나 각각에서 인식된 RFID 태그의 좌표의 평균값을 구하는 단계; 여러 개의 안테나에서 인식된 좌표의 평균값을 모아 다시 최종 평균값을 구하는 단계; 상기 최종 평균값을 최종 위치로 판단하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 여러 개의 안테나에서 인식된 좌표의 평균값을 구하는 단계; 상기 여러 개의 좌표값을 사용하여 이동체의 자세를 파악하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 RFID 리더기가 2차원(x, y) 또는 3차원(x, y, z) 좌표를 가지는 RFID 태그 여러 개를 읽어 여러 개의 RFID 태그 좌표값을 평균하여 구하기 때문에 위치 오차를 줄일 수 있으며, 리더기의 출력에 따라 RFID 태그의 인식개수의 차이가 있을 수 있으나 RFID 태그가 여러 개 인식되든 한개만 인식되든 좌표평균법을 이용하기 때문에 위치오차를 줄일 수 있고 여러 개의 좌표값을 평균하므로 위치값이 심하게 변하는 현상에 대한 필터링이 필요없다. 그리고 자세측정도 가능한 장점이 있다.

또한, 제안된 3차원 좌표를 가지는 RFID 태그의 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치 및 방법은 위치측정이 안정적이며 위치오차가 작고, 또한 위치추적 대상의 모서리부분에 리더기를 복수개를 부착할 경우 위치 추적대상(이동체)의 크기에 구애받지 않고 정확하게 각 리더기의 좌표를 다시 평균하면 중심점의 좌표를 정확하게 구할 수 있어서 크기가 다른 다양한 운반수단의 파라메터(폭, 길이, 안테나 부착 옵셋좌표) 및 필터링 알고리즘 변경없이 적용할 수 있다. 따라서 본 장치 및 방법은 시스템 구축, 운용 및 변경 비용이 적게 드는 장점 때문에 물류운반 추적, 자동창고, 이동형 로봇 등에 적용하면 저비용 고효율의 물류관제 시스템 구축이 가능하기 때문에 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1 은 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치의 리더기와 안테나의 설치위치 및 인식범위를 나타낸 개략도,
도 2 는 이동체가 다른 위치에 있는 실시예에 대한 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치의 리더기와 안테나의 설치위치 및 인식범위를 나타낸 개략도,
도 3 은 3차원 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치가 적용된 물류창고를 나타낸 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 장치의 리더기와 안테나의 설치위치 및 인식범위를 나타낸 것이다.

도 1에서 보는 바와 같이 이동체(100)에는 연산부와, RFID 리더기(110) 1대와, RFID 리더기(110)를 중심으로 X 자 형태로 4개의 안테나(120)가 설치되어 있다. 안테나(120)의 수는 여러 개로 늘릴 수 있으며, 안테나의 인식범위의 조절도 가능하다. 도 1 은 4개의 안테나를 사용한 실시 예를 나타낸 것이다.

한편, 바닥에는 RFID 태그(200)가 일정 간격으로 매설되어 있으며 RFID 태그(200)에는 매설되어 있는 곳의 위치정보와 그에 대한 2차원 혹은 3차원 좌표값을 저장하고 있다.

도면에서 보는 바와 같이 이동체(100)에는 4개의 안테나(120)가 설치되어 있으며, 각각의 안테나는 일정한 인식영역(121)을 검색하여 RFID 태그(100)의 정보를 수집하여 RFID 리더기(110)로 전송하게 된다.

상기 안테나의 인식영역은 리더기의 출력을 조절하여 인식영역 범위를 조절할 수 있으며, 인식범위가 길어져 여러 개의 RFID 태그가 인식되며, 리더기의 출력을 낮추면 안테나와 가장 가까운 RFID 태그 한 개만이 인식된다.

또한, 리더기의 출력조정에 의한 감지거리에 따라 RFID 태그가 여러 개 인식되든 한 개만 인식되든 간에 좌표평균법을 이용하면 위치오차를 줄일 수 있고 자세측정도 가능하다.

상기와 같이 인식영역(121)에 들어온 RFID 태그(200)의 정보를 모두 읽은 후 연산부에서는 그 좌표에 대한 평균값을 구하여 새로운 좌표값(210)을 생성하게 된다.

여기서 평균값을 구하는 방법을 살펴보면 RFID 태그(200)의 좌표 (x, y)(도면상에서 2차원으로 설명을 하고 있기 때문에 (x, y)로 표기하겠습니다. 3차원 공간에 관한 설명은 아래 다시 하도록 하겠습니다)로 표시가 되고, 각각의 좌표는 매설된 위치에 따라 다른 값을 가지게 된다. 도 1에서 보면 안테나(120)의 인식영역(121) 안에 4개의 RFID 태그가 인식이 되는 것을 확인할 수 있는데, 평균값은 RFID 태그의 x, y값에 대한 평균값을 구하면 새로운 평균값 좌표(210)가 계산된다.

상기와 같은 방법으로 나머지 안테나에 대하여 평균값을 구하면 평균값 좌표가 모두 4개 생성되게 된다.

이제 다시 4개의 평균값 좌표를 사용하여 다시 평균값을 구하면 최종 좌표(220)가 나타나게 되고, 이것이 RFID 리더기(110)의 위치와 일치하게 되어 이동체의 위치를 알 수 있는 것이다.

한편, 도 2에서 보면 이동체의 전면에 설치된 안테나가 2개의 RFID 태그(200)를 인식하고, 후면에 설치된 2개의 안테나는 4개의 RFID 태그(200)를 인식하는 것을 볼 수 있다.

하지만, 2개의 RFID 태그(200)를 인식하는 경우 2개의 좌표값에 대한 평균값을 구하고 나머지 안테나의 평균값과 최종 좌표를 구하여 보면 RFID 리더기(110)와 같은 위치의 최종 좌표가 나타나는 것을 알 수 있다.

즉, 음영지로 인하여 일부 RFID 태그(200)가 인식되지 않더라도 여러 개의 좌표값을 평균하여 위치를 추적하므로 위치오차는 크게 발생하지 않게 된다.

뿐만 아니라 어떤 특정 태그만 인식하여 위치를 추적할 경우 이동체의 위치가 튀는 현상이 발생하는데 여러 개의 좌표값을 평균하므로 위치가 튀는 현상도 필터링 없이 최소화 가능하다.

또한, 이동체의 자세를 판단할 수 있는데, 이는 4개의 안테나에서 구해지는 평균값을 사용하여 판단할 수 있다. 즉, 4개의 안테나에서 연산되는 평균값을 이용하여 이를 나타내보면 이동차체의 자세 또는 회전된 정도, 방향 등을 알 수 있는 것이다.

한편, RFID 태그에 경위도, TM, ECEF, 일반 직교좌표 등 다양한 좌표를 직접 입력하거나 RFID 태그 ID와 데이터 베이스에 기록된 좌표를 연동시키면 2차원 및 3차원 좌표와 자세각의 측정이 가능하다.

일반적으로 리더기 1개를 설치하면 좌표를, 2개를 설치하면 방위를, 3개 이상을 설치하면 자세각(피치, 롤, 요)을 계산할 수 있다.

한편, 도 3 은 3차원 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 알고리즘이 적용된 물류창고의 예를 나타낸 것으로, x, y, z 의 좌표를 사용함으로서 3차원 공간의 위치를 알 수 있도록 할 수 있다.

즉, 도 3 에서 보는 바와 같이 좌표가 (x, y, z)의 3개의 좌표로 이루어져 있으며, 이에 대한 평균값을 구하는 방식은 2차원 좌표를 사용하여 구하는 방식과 동일하며, 3차원에서 추가된 z축의 값의 평균값을 구하여 추가하면 된다.

상기 알고리즘을 이용하여 이동체의 이동경로, 위치 및 자세 측정이 가능하며, 자재 및 블록의 이동경로, 위치, 자세 측정이 가능하다. 또한 물류창고에서 물건의 이동경로, 위치 및 자세 측정이 가능하다.

또한, 도 3 에서와 같이 자재를 입반출하는 자재창고 등에서 효율적인 공간배치가 가능하다. 미리 입력된 자재정보와 좌표정보를 가진 자재를 지게차나 자동화시스템으로 선반에 두거나, 자재를 선반에 둔 후 리더기로 자재정보와 좌표정보를 입력할 수 있다. 자동으로 자재의 3차원 위치가 서버에 전송되어 물류의 효율적인 관리가 가능하다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1 을 살펴보면, 지면에 소정간격으로 RFID 태그가 삽입되어 있다. 본 실시 예에서는 RFID 태그의 간격은 6m의 간격을 가지고 있다고 가정한다.

도면에 나타난 중앙부에 있는 9개의 RFID 태그(200)중 중앙에 있는 RFID 태그의 좌표를 이해를 쉽게 하기 위해 z 좌표를 생략하고 2차원 좌표로 단순하게 표현하여 (0m, 0m)이라고 하면, RFID 태그를 6m 간격으로 배치하였다면 중앙에 있는 RFID 태그를 중심(0, 0)으로 가로방향(x축) 좌측으로는 -6, 우측으로는 6, 그리고 세로방향(y축) 위로는 6, 아래로는 -6의 좌표위치를 가지도록 하여 RFID 태그의 좌표를 지정하면 도면에 나타난 것과 같은 좌표로 나타낼 수 있다.

이때, RFID 리더기를 탑재한 이동체가 진입을 할 경우 4개의 안테나는 안테나 범위에서 인식되는 RFID 태그의 좌표를 모두 읽고 x, y 좌표값의 평균값을 각각 구한다.

예를 들어, 1번 안테나의 좌표 평균값을 살펴보면, 1번 안테나는 (x1, y1), (x2, y2), (x4, y4), (x5, y5)가 인식되고, 인식된 좌표의 값을 살펴보면 (-6, 6), (0, 6), (-6, 0), (0, 0)가 된다.

이때 x, y 좌표값 각각의 평균값을 얻기 위해 x, y 별로 좌표값을 모두 더한 후 더해진 좌표값의 개수로 나누면 [(x1+x2+x4+x5)/4, (y1+y2+y4+y5)/4)]와 같이 되고 1번 안테나의 평균값좌표 (-3, 3) 가 계산되어 진다.

상기와 같은 방식으로 4개의 안테나에 대한 평균값을 모두 구하면 각각의 안테나에 대한 4개의 좌표값이 계산되어진다. 2번, 3번 및 4번 안테나의 좌표를 1번 안테나 계산방법과 같이 좌표평균법으로 계산하면 (3, 3), (-3,-3), (3, -3)이 된다.

상기와 같이 계산되어진 4개의 좌표값에 대하여 다시 합을 구하고 평균 좌표값을 구하면 이동체의 중심에 있는 RFID 리더기의 좌표가 나오게 되고 값은 (0, 0)이 정확하게 계산된다.

한편, 도 2 에서 보는 바와 같이 이동체의 위치에 따라 안테나가 잡는 RFID 태그의 개수가 달라질 수 있는데, 2개의 RFID 태그를 인식한 안테나의 평균값을 보면 (-6, 0), (0, 0) 의 평균값이므로 (-3, 0)의 평균값 좌표가 나타나게 된다. 나머지 안테나에 대해서도 RFID 태그의 인식 개수에 상관없이 평균값을 구하고 최종 좌표를 구하게 되면 구하고자 하는 이동체의 위치를 알 수 있는 것이다.

상기의 설명에서는 이해하기 쉽게 1개의 안테나로 4개의 RFID 태그를 읽을 수 있는 것으로 가정하였지만 액티브 RFID 방식의 장거리 인식장치를 이용하면 실제로는 더 먼 거리에 있는 많은 수의 RFID 태그를 읽을 수 있다.

이와 같이 인식되는 RFID 태그의 개수에 상관없이 그 개수에 따른 평균 좌표값을 구하고, 복수개의 안테나에서 계산되는 좌표값에 대한 평균을 구하여 최종 좌표를 구하기 때문에 기존의 RFID 태그를 이용한 위치측정방법에 비해 위치오차가 대폭 줄어들게 된다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

100: 이동체 110: RFID 리더기
120: 안테나 121: 안테나 인식영역
200: RFID 태그 210: 평균 좌표
220: 최종 좌표

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 여러 개의 안테나에서 각각 RFID 태그의 좌표를 인식하는 단계; 여러 개의 안테나 각각에서 인식된 RFID 태그의 좌표의 평균값을 구하는 단계; 여러 개의 안테나에서 인식된 좌표의 평균값을 모아 다시 최종 평균값을 구하는 단계; 상기 최종 평균값을 최종 위치로 판단하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 방법.
   
4. 청구항 3 에 있어서,
   상기 여러 개의 안테나에서 인식된 좌표의 평균값을 구하는 단계; 상기 여러 개의 좌표값을 사용하여 이동체의 자세를 파악하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 인식태그 좌표평균법을 이용한 위치 및 자세 추적 방법.

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