KR101303911B1 - 추종 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인체와 같은 이동객체를 거리를 두고 추종할 수 있도록 된 추종로봇에 관한 것으로서, 이동객체에 장착되며 지그비 통신방식으로 무선 추종 신호를 주기적으로 출력하는 객체 단말기와, 자율운동할 수 있으며, 객체 단말기에서 송출되는 무선 추종신호를 수신하고, 수신된 무선추종신호의 세기정보를 이용하여 이동 객체를 추종하는 로봇 본체를 구비한다. 이러한 추종 로봇에 의하면, 근거리 무선통신방식인 지그비 통신방식에 의한 수신 신호세기로 추종하되 짧은 거리에서는 초음파 센서를 이용하여 추종함으로써 추종 정밀도를 높일 수 있고 구조가 간단한 장점을 제공한다.

Description

추종 로봇{user following robot}
본 발명은 추종 로봇에 관한 것으로서, 상세하게는 인체와 같은 이동객체를 거리를 두고 추종할 수 있도록 된 추종로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 자율주행 로봇은 본체 내에 전원 및 센서가 탑재되어 외부로부터 신호와 전원의 공급 없이도 자율적으로 이동이 가능한 로봇을 말한다. 이러한 자율주행 로봇은 일정 공간의 지도 정보를 내장하고 있으며, 일정 공간을 자유롭게 이동하기 위하여 현재 자기 위치를 파악한 후 목적지까지의 이동 경로를 설정하여 센서를 통해 감지되는 장애물을 피해 설정된 목적지로 이동한다.
자율주행 로봇은 실내의 청소를 위한 청소용 로봇 및 외부의 침입자로부터 집안의 경비를 담당하는 보안용 로봇 등 그 응용 범위가 확대되고 있는 추세이다.
한편, 사용자 추종기술은 사용자와의 인터랙션과 주행기술이 결합된 것으로서 사용자 입장에서 다양한 서비스를 받을수 있어서 매우 편리하다. 예를 들어서 길을 알려주거나 물건을 들고 따라오는 등의 일을 시킬 수 있다.
이를 구현하기 위한 종래의 기술은 대부분 매우 고가의 레이저 스캐너와 영상처리를 이용하는 기술로서, 상용화 측면에서 매우 불리하다는 문제점이 있다.
즉, 일반적으로 영상을 이용한 사람 인식 기술은 구성 비용을 증가시키고 복잡한 영상 인식 알고리즘을 이용해야 하며, 또한 영상을 이용한 방법은 사람의 뒤를 보고 추종해야 하는 로봇 시스템에서는 거리, 각도 측정 및 사람의 형상을 인식하는데 어려움이 있다는 문제점이 있다.
또한, 추종하고 있던 사람이 로봇의 인지 범위를 벗어나더라도 사람의 위치를 추정할 수 있어야 하는 어려움이 있으며, 정밀한 스캐너를 통해서 위치와 거리를 보정할 수 있기는 하지만 비용측면에서 상용화는 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 구조가 단순하면서도 추종 정밀도를 향상시킬 수 있는 추종로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 추종로봇은 이동객체에 장착되며 지그비 통신방식으로 무선 추종 신호를 주기적으로 출력하는 객체 단말기와; 자율운동할 수 있으며, 상기 객체 단말기에서 송출되는 무선 추종신호를 수신하고, 수신된 상기 무선추종신호의 세기정보를 이용하여 상기 이동 객체를 추종하는 로봇 본체;를 구비한다.
바람직하게는 상기 로봇 본체는 상기 객체 단말기로부터 송출되는 상기 무선추종신호를 수신하는 수신부와; 제어신호에 따라 상기 로봇본체가 이동하도록 자율운동할 수 있는 주행부를 구동하는 추종구동부와; 상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호의 세기를 이용하여 상기 객체 단말기를 착용한 이동객체와의 이격거리 및 방향을 산출하여 상기 이동객체를 추종하도록 상기 추종 구동부를 제어하는 추종제어부;를 구비한다.
또한, 상기 로봇 본체에는 상기 객체 단말기를 착용한 이동객체를 검출하기 위해 장착된 초음파 센서;를 더 구비하고, 상기 추종제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호의 세기를 이용하여 상기 추종 구동부를 제어하고, 상기 이동객체와의 이격거리가 설정된 미소거리내에 진입된 것으로 판단되면 상기 초음파 센서의 출력정보를 이용하여 상기 이동객체를 추종하도록 상기 추종구동부를 제어한다.
더욱 바람직하게는 상기 객체 단말기는 인체에 착용되는 모자에 장착되어 있으며, 지자기 정보를 검출하는 제1지자기 센서와; 상기 제1지자기 센서로부터 검출된 지자기 정보를 상기 무선추종신호에 포함시켜 송신부를 통해 무선 송출하도록 처리하는 객체 제어부;를 구비하고, 상기 로봇본체는 지자기 정보를 검출하는 제2지자기 센서;를 더 구비하고, 상기 추종 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호에 포함된 상기 객체 단말기의 지자기 정보와 상기 제2지자기 센서의 지자기정보를 이용하여 상기 객체 단말기의 이동 방향을 판단하여 상기 추종구동부를 제어한다.
상기 추종 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호의 세기에 대해 주기적으로 검출된 데이터들에 대해 지수이동 평균 산출방식에 의해 상기 이동객체와의 거리를 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 추종 로봇에 의하면, 근거리 무선통신방식인 지그비 통신방식에 의한 수신 신호세기로 추종하되 짧은 거리에서는 초음파 센서를 이용하여 추종함으로써 추종 정밀도를 높일 수 있고 구조가 간단한 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 추종 로봇을 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 추종 로봇의 제어계통에 대한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 추종 로봇을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 추종 로봇을 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 추종 로봇의 제어계통에 대한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 추종 로봇은 객체 단말기(110)와 로봇 본체(200)를 구비한다.
객체 단말기(110)는 이동객체로 적용된 인체(10)에 착용되는 모자(20)에 장착되어 있고, 지그비(ZigBee) 통신방식으로 무선 추종 신호를 주기적으로 출력한다.
객체 단말기(110)는 제1지자기센서(120), 송신부(130), 객체 제어부(140) 및 객체 조작부(150)를 구비한다.
제1지자기 센서(120)는 객체 단말기(110)가 장착된 인체(110)의 현 위치에 대한 방향정보인 지자기 정보를 검출하여 객체 제어부(140)에 제공한다.
송신부(130)는 객체 제어부(140)에 제어되어 안테나(132)를 통해 지그비(ZigBee) 통신방식으로 무선 추종 신호를 주기적으로 출력한다.
객체 조작부(150)는 로봇 본체(200)가 이동객체인 인체(10)를 추종하도록 자동추종모드를 설정하는 로자동추종 버튼, 추종을 중지하고 대기하는 스탠바이버튼 등 지원되는 기능을 설정할 수 있는 버튼들이 마련되어 있다.
객체 제어부(140)는 자동 추종모드인 경우 제1지자기 센서(120)로부터 검출된 지자기 정보를 무선추종신호에 포함시켜 송신부(130)를 통해 주기적으로 무선 송출하도록 처리한다.
로봇 본체(200)는 자율주행할 수 있도록 되어 있고, 객체 단말기(110)에서 지그비 통신방식으로 무선으로 송출되는 무선 추종신호를 수신하고, 수신된 무선추종신호의 세기정보를 이용하여 이동 객체로 적용된 인체(10)를 추종한다.
로봇 본체(200)는 주행부(210), 추종 구동부(220), 수신부(230), 초음파센서(240), 제2지자기센서(250), 추종조작부(260) 및 추종제어부(270)를 구비한다.
주행부(210)는 로봇본체(200)를 이동시킬 수 있도록 되어 있고, 도시된 예에서는 바퀴(211)가 적용되었다.
도시된 예와 다르게, 바퀴(211) 이외에도 캐터필러 또는 관절운동에 의해 이동할 수 있는 구조 등 주행부는 다양한 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.
추종 구동부(220)는 추종 제어부(270)의 제어신호에 따라 로봇본체가 목표하는 방향으로 이동하도록 자율운동할 수 있도록 된 주행부(210)를 구동한다.
수신부(230)는 객체 단말기(110)로부터 송출된 무선추종신호를 되어 안테나(232)를 통해 수신하여 추종 제어부(270)에 제공한다.
여기서 수신부(230)에 적용되는 안테나(232)는 복수개가 적용될 수 있음은 물론이다.
초음파 센서(240)는 추종 제어부(270)에 제어되어 객체 단말기(110)를 착용한 이동객체인 인체(10)에 초음파를 송출하고, 반사된 신호를 검출하여 추종 제어부(270)에 제공한다.
초음파 센서(240)는 다수개가 마련될 수 있음은 물론이다.
제2지자기센서(250)는 로봇본체(200)에 장착되어 현 위치에 대한 방향정보인 지자기 정보를 검출하여 추종 제어부(270)에 제공한다.
추종 조작부(260)는 로봇 본체(200)의 기동 및 정지를 조작하거나 지원되는 기능 예를 들면 이동객체와의 이격거리 유지 간격 등을 조작할 수 있도록 키가 마련될 수 있다.
추종 제어부(270)는 수신부(230)를 통해 수신된 무선추종신호의 세기를 이용하여 객체 단말기(110)를 착용한 이동객체와의 이격거리 및 방향을 산출하여 이동객체를 추종하도록 추종 구동부(220)를 제어한다.
여기서 추종 제어부(270) 내에는 무선추종신호의 세기값에 대응한 이격거리가 기록된 룩업테이블 또는 산출식이 내장되어 있다.
또한, 추종제어부(270)는 수신부(230)를 통해 수신된 무선 추종신호의 세기로부터 판단된 이동객체와의 이격거리가 설정된 미소거리 예를 들면 2미터 이상인 경우에는 수신부를 통해 수신된 무선추종신호의 세기를 이용하여 추종 구동부를 제어하고, 이동객체와의 이격거리가 설정된 미소거리 이내에 진입된 것으로 판단되면 초음파 센서(240)의 출력정보를 이용하여 이동객체를 추종하도록 추종구동부(220)를 제어한다.
여기서, 추종 제어부(270)는 설정된 이동 객체와의 유지 최소거리 예를 들면 1미터에 도달하면 1미터를 계속 유지하면서 추종하도록 제어한다.
또한, 추종 제어부(270) 수신부(230)를 통해 수신된 무선추종신호에 포함된 객체 단말기(110)의 지자기 정보와 제2지자기 센서(250)의 지자기정보를 이용하여 객체 단말기(110)의 이동 방향을 판단하여 추종구동부(220)를 제어한다.
바람직하게는 추종 제어부(270)는 수신부(230)를 통해 수신된 무선추종신호의 세기로부터 주기적으로 검출되어 산출된 이동객체와의 이격거리에 대한 데이터들에 대해 지수이동 평균 산출방식에 의해 이동객체와의 거리를 산출한다.
여기서, 지수이동 평균 산출방식은 아래의 수학식1과 같다.
Figure 112011059018290-pat00001
여기서, EMAt은 지수이동 평균거리값, xt는 t시간에 수신된 수신세기에 대해 산출된 거리데이터, α는 0에서 1사이의 값을 갖는 평활상수이다.
또한, 또한, MAt는 데이터 개수 N개에 대한 이동평균으로 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112011059018290-pat00002
여기서, 지수이동 평균의 초기값인 EMAt0는 이전 데이터의 평균값 또는 x0를 적용하면된다.
이러한 지수이동 평균산출방식에 의해 이동객체와의 거리를 산출하면 평활상수(α)의 값에 따라 가중치의 감소추이가 변화하며, 이로 인해 실효 데이터 개수와 반응속도가 결정된다.
바람직하게는 평활상수(α)는 취하는 데이터 개수(N)와 아래의 수학식 3의 관계를 만족하도록 적용한다.
Figure 112011059018290-pat00003
바람직하게는 평활상수의 값은 0.004 내지 0.014를 적용한다.
이러한 지수이동 평균산출방식에 의해 이동객체와의 거리를 추종하면 거리측정 오차를 더욱 줄일 수 있다.
110: 객체 단말기 200: 로봇 본체

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 이동객체에 장착되며 지그비 통신방식으로 무선 추종 신호를 주기적으로 출력하는 객체 단말기와;
    자율운동할 수 있으며, 상기 객체 단말기에서 송출되는 무선 추종신호를 수신하고, 수신된 상기 무선추종신호의 세기정보를 이용하여 상기 이동 객체를 추종하는 로봇 본체;를 구비하고,
    상기 로봇 본체는
    상기 객체 단말기로부터 송출되는 상기 무선추종신호를 수신하는 수신부와;
    제어신호에 따라 상기 로봇본체가 이동하도록 자율운동할 수 있는 주행부를 구동하는 추종구동부와;
    상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호의 세기를 이용하여 상기 객체 단말기를 착용한 이동객체와의 이격거리를 산출하여 상기 이동객체를 추종하도록 상기 추종 구동부를 제어하는 추종제어부와;
    상기 객체 단말기를 착용한 이동객체를 검출하기 위해 장착된 초음파 센서;를 구비하고,
    상기 추종제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호의 세기를 이용하여 상기 추종 구동부를 제어하고, 상기 이동객체와의 이격거리가 설정된 미소거리내에 진입된 것으로 판단되면 상기 초음파 센서의 출력정보를 이용하여 상기 이동객체를 추종하도록 상기 추종구동부를 제어하며,
    상기 객체 단말기는 인체에 착용되는 모자에 장착되어 있으며, 지자기 정보를 검출하는 제1지자기 센서와;
    상기 제1지자기 센서로부터 검출된 지자기 정보를 상기 무선추종신호에 포함시켜 송신부를 통해 무선 송출하도록 처리하는 객체 제어부;를 구비하고,
    상기 로봇본체는
    지자기 정보를 검출하는 제2지자기 센서;를 더 구비하고,
    상기 추종 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호에 포함된 상기 객체 단말기의 지자기 정보와 상기 제2지자기 센서의 지자기정보를 이용하여 상기 객체 단말기의 이동 방향을 판단하여 상기 추종구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 추종 로봇.
  5. 제4항에 있어서, 상기 추종 제어부는
    상기 수신부를 통해 수신된 상기 무선추종신호의 세기에 대해 주기적으로 검출된 데이터들에 대해 지수이동 평균 산출방식에 의해 상기 이동객체와의 거리를 산출하고, 상기 지수이동 평균 산출방식에 의해 산출되는 지수이동 평균거리값(EMAt)은
    Figure 112013001876123-pat00004

    이고, 여기서
    Figure 112013001876123-pat00008
    t는 t시간에 수신된 수신세기에 대해 산출된 거리데이터, 평활상수인
    Figure 112013001876123-pat00009
    는 0.004 내지 0.014를 적용하는 것을 특징으로 하는 추종로봇.
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