KR101252096B1 - 대기전력 저감형 이동 로봇 장치 - Google Patents

대기전력 저감형 이동 로봇 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주행이 가능한 이동로봇 장치에 관한 것으로서, 이동로봇의 본체에 설치되어 무선 제어신호를 수신하는 무선 수신부와, 이동 로봇의 본체상에 설치되어 주변 영역을 촬상하는 카메라와, 이동 로봇의 본체에 설치되어 주변 물체와의 상대 위치를 초음파에 의해 검출하는 복수개의 초음파 센서와, 이동로봇의 본체에 설치되어 전력을 공급하는 전원부와, 전원부로부터 초음파 센서 각각으로의 전력공급계통상에 설치되어 초음파 센서 각각으로의 전력공급을 온/오프 하는 복수개의 센서제어스위치와, 이동 로봇의 본체에 설치되어 광을 조사하고 반사된 광을 수광하여 물체에 대한 거리를 측정하는 광거리센서와, 이동 로봇의 바퀴를 구동하는 바퀴 구동부와, 이동 로봇의 본체에 탑재되어 무선수신부를 통해 수신된 신호와 카메라로부터 수신된 신호를 처리하고 제어명령을 송출하는 메인 제어부와, 메인 제어부로부터 수신된 신호를 처리하고 센서제어스위치들을 설정된 순번으로 순차적으로 스위치 온되게 제어하면서 초음파 센서들로부터 수신된 신호를 처리하는 서브 제어부를 구비한다. 이러한 이동 로봇 장치에 의하면, 센서 및 모션 구동 요소에 공급되는 대기 전력을 저감함으로써 전력소비를 저감할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

대기전력 저감형 이동 로봇 장치{robot apparatus}
본 발명은 이동 로봇 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 대기 전력소모를 줄일 수 있도록 구동하는 이동 로봇 장치에 관한 것이다.
최근 로봇의 적용은 공장내에서의 활용에서 벗어나 일반적인 작업으로의 활용으로 확장되고 있다. 특히 원자력 설비 등의 정상적 점검, 건축작업을 위한 미장 가공, 청소 작업, 페인팅 등의 작업의 로봇화가 강력하게 요구되지고 연구되어 지고 있다.
한편, 바퀴를 통해 이동이 가능하면서 작업을 수행할 수 있도록 된 이동 로봇의 경우 내장된 배터리로부터 공급된 전력에 의해 모터, 센서 등을 포함한 전력구동요소들을 구동하는데, 이 경우 전력 소비 효율에 의해 작업가능 지속시간이 결정되기 때문에 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 불필요한 대기전력 소모량을 줄여 작업가능 지속시간을 증가시킬 수 있는 이동 로봇 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동 로봇 장치는 상기 이동로봇의 본체에 설치되어 무선 제어신호를 수신하는 무선 수신부와; 상기 이동 로봇의 본체상에 설치되어 주변 영역을 촬상하는 카메라와; 상기 이동 로봇의 본체에 설치되어 주변 물체와의 상대 위치를 초음파에 의해 검출하는 복수개의 초음파 센서와; 상기 이동로봇의 본체에 설치되어 전력을 공급하는 전원부와; 상기 전원부로부터 상기 초음파 센서 각각으로의 전력공급계통상에 설치되어 상기 초음파 센서 각각으로의 전력공급을 온/오프 하는 복수개의 센서제어스위치와; 상기 이동 로봇의 본체에 설치되어 광을 조사하고 반사된 광을 수광하여 물체에 대한 거리를 측정하는 광거리센서와; 상기 이동 로봇의 바퀴를 구동하는 바퀴 구동부와; 상기 이동 로봇의 본체에 탑재되어 상기 무선수신부를 통해 수신된 신호와 상기 카메라로부터 수신된 신호를 처리하고 제어명령을 송출하는 메인 제어부와; 상기 메인 제어부로부터 수신된 신호를 처리하고 상기 센서제어스위치들을 설정된 순번으로 순차적으로 스위치 온되게 제어하면서 상기 초음파 센서들로부터 수신된 신호를 처리하는 서브 제어부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 광거리센서에서 출력되는 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 상기 서브 제어부에 제공하도록 상기 광거리센서의 출력단과 상기 서브제어부의 입력단 사이에 접속된 저항소자와, 상기 저항소자와 접지 사이에 접속된 커패시터로 된 로우패스필터와; 상기 이동로봇 본체에 관절 운동이 가능하게 마련된 아암을 구동하는 아암구동부와; 상기 이동로봇 본체의 몸체에 대해 움직임이 가능하게 결합된 헤드를 구동하는 헤드 구동부와; 상기 이동로봇 본체의 헤드에 움직임이 가능하게 결합된 눈을 구동하는 아이 구동부와; 상기 서브 제어부에서 전송되는 제어명령을 수신하여 상기 아암구동부와, 상기 헤드 구동부 및 아이구동부로 출력하는 모션 처리부와; 상기 전원부로부터 상기 아암구동부, 상기 헤드 구동부 및 상기 아이구동부 각각으로의 전력공급경로 상에 설치되어 전력공급을 온/오프 하는 복수개의 구동전력제어 스위치와; 상기 서브 제어부와 상기 모션처리부 사이에 설치되어 상기 서브 제어부에서 출력되는 제어신호를 상기 모션처리부와 보조 커넥터중 어느 하나로 선택 접속하여 전송할 수 있도록 된 중계 제어스위치;를 더 구비하고, 상기 서브 제어부는 상기 모션처리부를 통해 상기 아암구동부, 상기 헤드구동부와 상기 아이 구동부 중 어느 하나를 구동할 때는 상기 중계제어스위치가 상기 모션처리부와 접속되게 제어하고, 상기 아암구동부, 상기 헤드구동부와 상기 아이 구동부 중 구동대상에 대응되는 상기 구동전력 제어스위치가 온되게 제어한다.
본 발명에 따른 이동 로봇 장치에 의하면, 센서 및 모션 구동 요소에 공급되는 대기 전력을 저감함으로써 전력소비를 저감할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일 예를 나타내 보인 정면도이고,
도 2는 도 1의 이동 로봇의 제어 계통 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동 로봇 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일 예를 나타내 보인 정면도이고, 도 2는 도 1의 이동 로봇의 제어 계통 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이동 로봇 장치(100)는 전원부(10), 무선 수신부(110), 카메라(120), 바퀴 구동부(130), 메인 제어부(140), 서브제어부(150), 초음파 센서(160), 광거리센서(170), 위치 인식센서(180), 모션처리부(210), 센서 제어스위치(310), 구동전력 제어스위치(321 내지 324)를 구비한다.
이동 로봇 본체(101)는 바퀴(103)에 의해 주행이 가능하게 형성되어 있다.
도시된 예와 다르게 바퀴(103)는 무한궤도로 회전하는 캐터필러가 적용될 수 있음은 물론이다.
이동 로봇 본체(101)는 관절운동이 가능하게 좌측 아암(104)과 우측아암(105)이 마련된 몸체(101a)와, 몸체(101a)에 대해 상대 운동 가능하게 형성된 헤드(101b) 및 헤드(101b)에 장착되되 헤드(101b)에 대해 상대운동 가능하게 장착된 눈(eye)(102)을 갖는 구조로 되어 있다.
무선 수신부(110)는 본체(101)에 설치되어 사용자의 조작신호를 무선으로 송출하는 원격제어기(미도시)로부터 송출된 무선 제어신호를 수신하여 메인 제어부(140)에 출력한다.
카메라(120)는 본체(101) 상에 설치되어 주변 영역을 촬상하여 메인 제어부(140)에 제공한다.
헤드(101b)에 마련된 눈(102)도 카메라로 구축될 수 있음은 물론이다.
초음파 센서(160)는 본체(101)에 설치되어 주변 물체와의 상대 위치를 초음파에 의해 검출하도록 다수개가 설치되어 있다.
전원부(10)는 본체(101)에 설치된 배터리로 구동요소에 필요한 전력을 공급한다.
센서 제어스위치(310)들은 전원부(10)로부터 다수의 초음파 센서(160) 각각으로의 전력공급계통상에 설치되어 초음파 센서(160)) 각각으로의 전력공급을 서브 제어부(150)에 제어되어 온/오프 할 수 있도록 되어 있다.
광거리센서(170)는 본체(101)에 설치되어 광을 외부로 조사하고 반사된 광을 수광하여 물체에 대한 거리를 측정한다.
광거리센서(170)는 초음파 센서(160)보다 측정정밀도를 높이기 위해 적용되었다.
바퀴 구동부(130)는 이동 로봇(100)의 바퀴(103)를 구동하는 제1 및 제2모터(131)(132)를 메인 제어부(140)에 제어되어 구동한다. 여기서 도면의 복잡성을 피하기 위해 전원부(10)로부터 각 구동요소로 이어지는 전력공급선에 대해서 초음파 센서(310) 및 후술되는 레프트 아암 구동부(331), 라이트 아암 구동부(332), 헤드 구동부(333) 및 아이(EYE) 구동부(334)에 대해서만 도시하였다.
메인 제어부(140)는 메인 보드로서, 이동 로봇(100)의 본체(101)에 탑재되어 무선수신부(110)를 통해 수신된 신호와 카메라(120)로부터 수신된 신호를 처리하고 제어명령을 서브 제어부(150)와 바퀴 구동부(130)에 송출한다.
일 예로서, 메인 제어부(104)는 바퀴 구동부(130)에 의해 구동되는 제1및 제2모터(131)(132)의 회전수를 검출하는 엔코더(미도시)로부터 수신된 신호를 이용하여 현재의 위치 및 방향을 산출하고, 미리 설정된 작업경로를 따라 작업을 수행하도록 바퀴 구동부(130)를 제어하고, 서브 제어부(150)를 통해 아암(104)(105), 헤드(101b) 또는 눈(102)의 모션을 수행하는 요소의 구동을 제어한다.
서브 제어부(150)는 메인 제어부(140)로부터 수신된 신호를 처리하고 센서제어스위치(310)들을 설정된 순번으로 순차적으로 스위치 온되게 제어하면서 초음파 센서(160)들로부터 수신된 신호를 처리한다.
서브 제어부(150)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
로우패스필터(175)는 광거리센서(170)에 출력되는 전기적 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 서브 제어부(150)에 제공하도록 광거리센서(170)의 출력단과 서브제어부(150)의 입력단 사이에 접속된 저항소자(176)와, 저항소자(176)와 접지 사이에 접속된 커패시터(177)로 되어 있다. 바람직하게는 로우패스 필터(175)는 1KZ 이하의 신호를 통과시킬 수 있도록 구축된다.
위치인식센서(180)는 작업환경 내에 마련된 마크(미도시)를 인식하여 현재 위치를 판단할 수있도록 적용된 것으로 생략될 수 있음은 물론이다.
아암구동부는 본체(101)에 관절 운동이 가능하게 마련된 아암(104)(105)을 구동할 수 있도록 된 레프트 아암구동부(3310, 라이트 아암구동부(332)로 되어 있고, 수신된 작동신호에 따라 구동요소인 모터 또는 액츄에이터를 구동한다.
헤드 구동부(333)는 본체(101)의 몸체(101a)에 대해 움직임이 가능하게 결합된 헤드(101b)를 수신된 작동신호에 따라 구동요소인 모터 또는 액츄에이터를 구동한다.
아이(EYE) 구동부(334)는 본체(101)의 헤드(101b)에 움직임이 가능하게 결합된 눈(102)를 수신된 작동신호에 따라 구동요소인 모터 또는 액츄에이터를 구동한다.
모션처리부(210)는 서브 제어부(150)에서 중계제어스위치(220)를 통해 전송되는 제어명령을 수신하여 아암구동부(331)(332)와, 헤드 구동부(333) 및 아이구동부(334)로 출력한다.
구동전력 제어스위치(321 내지 324)는 전원부(10)로부터 아암구동부(331)(332), 헤드 구동부(333) 및 아이구동부(334) 각각으로의 전력공급경로 상에 설치되어 서브제어부(150)의 제어신호에 따라 전력공급을 온/오프 한다.
중계 제어스위치(220)는 서브 제어부(150)와 모션처리부(210) 사이에 설치되어 서브 제어부(150)에서 출력되는 제어신호를 모션처리부(210)와 보조 커넥터(230)중 어느 하나로 선택 접속하여 전송할 수 있도록 되어 있다.
여기서 보조 커넥터(230)는 로봇의 기능을 추가하고자 할 때 이용할 수 있도록 마련된 보조 인터페이스이다.
서브 제어부(150)는 모션처리부(210)를 통해 아암구동부(331)(332), 헤드구동부(333)와 아이 구동부(334) 중 어느 하나를 구동할 때는 중계제어스위치(220)가 모션처리부(210)와 접속되게 제어하고, 아암구동부(331)(332), 헤드구동부(333)와 아이 구동부(334) 중 구동대상에 대응되는 구동전력 제어스위치(321 내지 324)가 온되게 제어한다. 즉, 서브 제어부(150)는 헤드(101b)를 몸체(101)에 대해 회전구동시킬 경우 중계 제어스위치(220)가 모션처리부(210)에 접속되게 제어하고, 전원부(10)로부터 헤드 구동부(333)로의 전력공급경로 상에 설치된 구동전력 제어스위치(324)가 스위치 온되게 제어하여 전력공급이 이루어지게 한다. 이 경우 헤드 구동부(333) 전력공급이 이루어지면서 작동이 가능한 상태로 되고, 모션 처리부(210)를 통해 수시된 작동신호에 따라 모터 또는 액츄에이터를 가동한다.
또한, 서브 제어부(150)는 센서제어스위치(310)들을 설정된 순번으로 순차적으로 스위치 온되게 제어하면서 초음파 센서(160)들로부터 수신된 신호를 처리한다. 즉, 초음파 센서(160)가 8개가 마련된 경우 서브 제어부(150)는 첫번째 초음파 센서(160)에 대응하는 센서제어스위치(310)만 스위치온 시켜 수신된 신호를 처리하고, 다음으로 두번째 초음파 센서(160)에 대응하는 센서제어스위치(310)만 스위치온 시켜 수신된 신호를 처리하는 과정을 수행하고, 이러한 과정을 통해 마지막 순번의 초음파 센서(160)에 대응하는 센서제어스위치(310)만을 스위치온 시켜 수신된 신호를 처리한 다음 다시 첫번때 초음파 센서(160)에 대응하는 센서제어스위치(310)만을 스위치온 시키는 과정을 반복한다.
이 경우 초음파 센서(160) 모두가 전력을 공급받는 것에 비해 전력소모를 줄일 수 있다.
이러한 이동로봇 장치(100)에 의하면, 센서요소 및 작동요소에 대해 상시 전력을 공급하지 않고, 작동시에만 전력을 공급하며 센서들에 대해서도 순차적으로 전력을 공급하면서 신호를 처리하는 방식을 적용함으로써 불필요한 대기전력소모를 줄일 수 있다.
10: 전원부 110: 무선 수신부
120: 카메라 130: 바퀴 구동부
140: 메인 제어부 150: 서브제어부
160: 초음파 센서 160: 광거리센서
310: 센서 제어스위치
321 내지 324: 구동전력 제어스위치

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 주행이 가능한 이동로봇 장치에 있어서,
    상기 이동로봇의 본체에 설치되어 무선 제어신호를 수신하는 무선 수신부와;
    상기 이동 로봇의 본체상에 설치되어 주변 영역을 촬상하는 카메라와;
    상기 이동 로봇의 본체에 설치되어 주변 물체와의 상대 위치를 초음파에 의해 검출하는 복수개의 초음파 센서와;
    상기 이동로봇의 본체에 설치되어 전력을 공급하는 전원부와;
    상기 전원부로부터 상기 초음파 센서 각각으로의 전력공급계통상에 설치되어 상기 초음파 센서 각각으로의 전력공급을 온/오프 하는 복수개의 센서제어스위치와;
    상기 이동 로봇의 본체에 설치되어 광을 조사하고 반사된 광을 수광하여 물체에 대한 거리를 측정하는 광거리센서와;
    상기 이동 로봇의 바퀴를 구동하는 바퀴 구동부와;
    상기 이동 로봇의 본체에 탑재되어 상기 무선수신부를 통해 수신된 신호와 상기 카메라로부터 수신된 신호를 처리하고 제어명령을 송출하는 메인 제어부와;
    상기 메인 제어부로부터 수신된 신호를 처리하고 상기 센서제어스위치들을 설정된 순번으로 순차적으로 스위치 온되게 제어하면서 상기 초음파 센서들로부터 수신된 신호를 처리하는 서브 제어부와;
    상기 광거리센서에서 출력되는 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 상기 서브 제어부에 제공하도록 상기 광거리센서의 출력단과 상기 서브제어부의 입력단 사이에 접속된 저항소자와, 상기 저항소자와 접지 사이에 접속된 커패시터로 된 로우패스필터와;
    상기 이동로봇 본체에 관절 운동이 가능하게 마련된 아암을 구동하는 아암구동부와;
    상기 이동로봇 본체의 몸체에 대해 움직임이 가능하게 결합된 헤드를 구동하는 헤드 구동부와;
    상기 이동로봇 본체의 헤드에 움직임이 가능하게 결합된 눈을 구동하는 아이 구동부와;
    상기 서브 제어부에서 전송되는 제어명령을 수신하여 상기 아암구동부와, 상기 헤드 구동부 및 아이구동부로 출력하는 모션 처리부와;
    상기 전원부로부터 상기 아암구동부, 상기 헤드 구동부 및 상기 아이구동부 각각으로의 전력공급경로 상에 설치되어 전력공급을 온/오프 하는 복수개의 구동전력제어 스위치와;
    상기 서브 제어부와 상기 모션처리부 사이에 설치되어 상기 서브 제어부에서 출력되는 제어신호를 상기 모션처리부와 보조 커넥터중 어느 하나로 선택 접속하여 전송할 수 있도록 된 중계 제어스위치;를 구비하고,
    상기 서브 제어부는 상기 모션처리부를 통해 상기 아암구동부, 상기 헤드구동부와 상기 아이 구동부 중 어느 하나를 구동할 때는 상기 중계제어스위치가 상기 모션처리부와 접속되게 제어하고, 상기 아암구동부, 상기 헤드구동부와 상기 아이 구동부 중 구동대상에 대응되는 상기 구동전력 제어스위치가 온되게 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 장치.

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