KR101319045B1 - 무인 화물 이송로봇 - Google Patents

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KR101319045B1
KR101319045B1 KR1020130059357A KR20130059357A KR101319045B1 KR 101319045 B1 KR101319045 B1 KR 101319045B1 KR 1020130059357 A KR1020130059357 A KR 1020130059357A KR 20130059357 A KR20130059357 A KR 20130059357A KR 101319045 B1 KR101319045 B1 KR 101319045B1
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lifting
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KR1020130059357A
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김용태
정동혁
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한경대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따르면, 베이스 프레임을 형성하는 본체부(110); 상기 본체부(110)의 하부에 배치되어 본체부(110)를 이동시키는 구동바퀴(121)와, 상기 구동바퀴(121)를 회전시키는 구동모터(122)를 포함하는 바퀴구동부(120); 상기 본체부(110)에 탑재되고 외부의 장애물을 감지하는 장애물감지센서(131)와, 이동경로상에 배치된 QR랜드마크의 이미지를 촬영하는 QR카메라(132)를 포함하는 센서부(130); 상기 본체부(110)의 상부에 배치되되, 상하로 리프팅 구동하는 리프트구동부(141)와, 상기 리프트구동부(141)의 상단에 장착되어 화물(10)이 적재된 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 지지판(142)을 포함하는 리프팅부(140); 상기 본체부(110)에 탑재되고 호스트단말(200)의 조작신호와 상기 센서부(130)의 감지결과를 송수신하는 무선통신부(150); 상기 본체부(110)에 탑재되고 상기 무선통신부(150)를 통해 수신한 조작신호와, 상기 장애물감지센서(131)의 센서 감지결과 및, 상기 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하는 주제어부(160); 및 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 로봇 움직임을 제어하는 제어신호를 생성하는 모션제어부(170);를 포함하는 무인 화물 이송로봇이 개시된다.

Description

무인 화물 이송로봇{Mobile Robot For Autonomous Freight Transportation}
본 발명은 무인 화물 이송로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화물이 적재된 작업장 내에서 호스트단말의 조작신호에 따라 자동으로 지정된 경로를 따라 적재된 화물을 이송하고 이송한 화물을 정위치에 승하차하는 무인 화물 이송로봇에 관한 것이다.
최근 들어 많은 국내기업들의 물류관리에서 이익 극대화, 효율성 증가를 위해 다양한 방식의 물류시스템을 도입하고 있다. 이에 물류 기술의 관심도와 필요성이 높아지면서 물류이송, 도시물류, 자동화, 효율화, 친환경기술 및 무인화기술 등 관련분야의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 무인이송차량(AGV, Automatic Guided Vehicle)는 생산성을 결정하는 중요한 요소로 자리 잡고 있다.
이러한 무인이송차량의 자율 주행을 위해서는 실시간으로 자기위치를 파악하고, 경로를 추종하는 것이 우선적으로 고려되어야 한다. 대표적인 방법으로 자기-자이로 유도(Magnet-Gyro Guidance), 유선유도(Wire Guidance)와 같은 유도방식이 이용되었으나, 설치 및 유지보수에 대한 비용이 크기 때문에 목적에 따라 유동적으로 작업환경을 변경하기가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 무인이송차량이 화물이 적재된 위치의 하부로 이동하여, 적재된 화물을 리프팅하여 자율주행하여 이송하였는데, 스스로 화물을 리프팅하는 경우 적재된 화물의 무게중심에서 편중된 위치를 지지하게 되면 리프팅된 화물의 밸런싱 상태가 악화되어 리프팅하는 과정 또는 자율주행하며 이송하는 과정에서 리프트상에 적재된 화물이 넘어지면서 사람에 의한 후속조치가 필요한 상황이 발생할 뿐만 아니라 무인이송차량 또는 적재된 화물이 훼손되는 문제점이 발생하였다.
더불어, 무인이송차량의 경우 이동경로의 바닥면 상에 배치된 RFID태그 또는 바코드를 인식하여 위치를 추종하며 자율 주행하게 되는데, 주행하는 무인이송차량 또는 보행자에 의해 RFID태그 또는 바코드가 훼손되는 경우 RFID태그 또는 바코드의 인식이 제한되어 현재 위치를 보정하지 못할 뿐만 아니라, 바코드의 경우 무인이송차량이 배치된 위치에 따라 판독하는 각도가 비틀어질 경우 인식이 어려운 문제점이 있었다.
공개특허공보 제2012-0090402호(2012.08.17), 레이저를 이용한 화장장 차량의 무인이송 시스템.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 이동경로상에 배치된 QR랜드마크의 인식을 통해 로봇의 현재위치를 인식 및 연산된 로봇위치를 보정함으로써 설치 및 유지보수 비용을 절감하며, 화물이 파렛트 상에 적재된 밸런싱 상태 또는 지지판상에 적재된 파렛트의 밸런싱 상태를 체크하여 밸런싱 상태를 조정하거나 외부로 경고하여 적재된 화물이 전복되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 무인 화물 이송로봇을 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 화물 이송로봇은, 베이스 프레임을 형성하는 본체부(110); 상기 본체부(110)의 하부에 배치되어 본체부(110)를 이동시키는 구동바퀴(121)와, 상기 구동바퀴(121)를 회전시키는 구동모터(122)를 포함하는 바퀴구동부(120); 상기 본체부(110)에 탑재되고 외부의 장애물을 감지하는 장애물감지센서(131)와, 이동경로상에 배치된 QR랜드마크의 이미지를 촬영하는 QR카메라(132)를 포함하는 센서부(130); 상기 본체부(110)의 상부에 배치되되, 상하로 리프팅 구동하는 리프트구동부(141)와, 상기 리프트구동부(141)의 상단에 장착되어 화물(10)이 적재된 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 지지판(142)을 포함하는 리프팅부(140); 상기 본체부(110)에 탑재되고 호스트단말(200)의 조작신호와 상기 센서부(130)의 감지결과를 송수신하는 무선통신부(150); 상기 본체부(110)에 탑재되고 상기 무선통신부(150)를 통해 수신한 조작신호와, 상기 장애물감지센서(131)의 센서 감지결과 및, 상기 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하는 주제어부(160); 및 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 로봇 움직임을 제어하는 제어신호를 생성하는 모션제어부(170);를 포함한다.
여기서, 상기 센서부(130)는, 상기 지지판(142)의 상부면에 일정간격 이격 배치되어 상기 리프팅부(140)의 리프팅 구동에 따라 상기 지지판(142)이 상기 파렛트(30)의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하는 복수 개의 압력감지센서(143)를 더 포함하고, 상기 주제어부(160)는, 각 압력감지센서(143)의 센서 감지결과에 따라 상기 파렛트(30)를 리프팅하는 밸런싱 상태를 연산하여 이송로봇의 작업계획을 수립하며, 상기 모션제어부(170)는, 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 상기 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 상기 지지판(142)이 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 위치를 조정하거나 외부로 경고표시하도록 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 리프팅부(140)는, 상기 지지판(142)의 상부에 배치되어 상부면에 안착된 파렛트(30)의 위치가 조정되도록 구동하는 레일부(144)를 더 포함하며, 상기 모션제어부(170)는, 상기 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 상기 압력감지센서(143)의 센서 감지결과를 기초로 하여 상기 파렛트(30)가 정위치로 이동하도록 상기 레일부(144)의 구동을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 지지판(142)은, 상기 파렛트(30)의 하부면에 형성된 지지판삽입부(31)와 매칭되어 치합되는 형상으로 형성되어 상기 지지판삽입부(31)에 삽입되면서 상기 파렛트(30)의 하부면을 지지하여 리프팅할 수 있다.
또한, 상기 지지판(142)은, 4개의 돌출부를 갖는 십자형의 판 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 센서부(130)는, 상기 지지판(142)의 각 돌출부의 상부면에 배치되어 상기 리프팅부(140)의 리프팅 구동에 따라 상기 지지판(142)이 상기 화물(10) 또는 파렛트(30)의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하는 압력감지센서(143)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부(130)는, 상기 본체부(110)에 배치되어 상기 지지판(142)의 이미지 및 지지판삽입부(31)의 이미지를 촬영하는 상부카메라(134)를 더 포함하고, 상기 주제어부(160)는, 상기 상부카메라(134)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하며, 상기 모션제어부(170)는, 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 상기 상부카메라(134)의 영상정보를 기초로 하여 상기 지지판(142)이 승강하면서 지지판삽입부(31)에 정합되어 삽입되도록 로봇 움직임을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 QR카메라(132)는, 본체부(110)의 하부에 장착되어 이동경로상의 바닥면에 배치된 QR랜드마크의 이미지를 촬영할 수 있다.
또한, 상기 주제어부(160)는, 상기 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하되, 상기 QR랜드마크에 포함된 위치 정보를 기초로 하여 이송로봇의 현재위치를 보정하여 이송로봇의 작업계획을 수립할 수 있다.
또한, 상기 주제어부(160)는, 상기 QR랜드마크에 포함된 이동경로상의 다음 QR랜드마크의 위치정보를 기초로 하여 이송로봇의 작업계획을 수립할 수 있다.
또한, 상기 장애물감지센서(131)는, 상기 본체부(110)에 배치되어 단거리에 위치한 장애물을 인식하는 초음파센서(131a)와, 상기 본체부(110)의 전방에 배치되어 장거리에 위치한 장애물을 인식하는 LRF센서(131b)를 포함하여 구비될 수 있다.
한편, 상기 주제어부(160)는, 하기의 [수학식 1]에 의해 산출된 로봇 중심의 선속도(υ)와, 하기의 [수학식 2]에 의해 산출된 반시계 방향에 대한 로봇의 각속도(ω)를 이용하여, 이송로봇의 작업계획을 수립할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013046276171-pat00001
[수학식 2]
Figure 112013046276171-pat00002
(여기서, Vr과 Vl은 양측에 구비된 각 구동바퀴(121)의 선속도, ωr, ωl은 각 구동바퀴(121)의 각속도, l1은 양 구동바퀴(121)의 윤거, r은 구동바퀴(121)의 반지름을 각각 의미함.)
본 발명에 따른 무인 화물 이송로봇에 의하면,
첫째, 오염과 손상에 강하며 훼손시 높은 복원율의 특성을 갖는 QR코드 이미지로 이루어진 QR랜드마크를 사용함으로써 설치 및 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, QR랜드마크에 현위치정보를 입력함으로써 로봇의 현재위치 인식 및 위치보정이 용이해질 뿐만 아니라, 상기 QR랜드마크에 이동경로상의 다음 QR랜드마크의 위치정보 등과 같이 로봇의 자율주행에 필요한 데이터를 대량으로 상기 QR랜드마크에 입력할 수 있으므로 보다 정교한 자율주행 제어가 가능해진다.
둘째, 화물이 적재된 파렛트를 리프팅하는 리프팅부에는 파렛트의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하는 복수 개의 압력감지센서가 장착되며, 각 압력감지센서의 센서 감지결과에 따라 화물 또는 파렛트의 밸런싱 상태를 연산하여 리프팅부의 지지위치를 밸런싱 상태가 양호한 정위치로 조정하거나 외부로 경고 표시하여 관리자로 하여금 조치받도록 알림함으로써 적재된 화물이 전복되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
셋째, 파렛트를 리프팅하는 리프팅부의 지지판에는 상부면에 안착된 파렛트의 위치가 조정되도록 구동하는 레일부가 구비되며, 상기 압력감지센서의 센서 감지결과에 따라 파렛트의 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 상기 레일부를 구동제어하여 파렛트를 정위치로 이동시킬 수 있으므로 밸런싱 상태가 양호하지 않은 경우에도 위치조정을 통해 안정적으로 화물을 이송할 수 있다.
넷째, 상기 지지판은 파렛트의 하부면에 형성된 지지판삽입부와 매칭되어 치합되는 형상으로 형성되므로 지지판을 지지판삽입부에 상호 정합되도록 삽입하는 것만으로도 파렛트를 안정적으로 리프팅할 수 있다.
다섯째, 지지판의 이미지 및 지지판삽입부의 이미지를 촬영하는 상부카메라에서 촬영된 영상정보를 이미지 프로세싱함으로써 로봇의 위치를 조정하여 지지판이 승강하면서 지지판삽입부에 정합되도록 삽입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇의 외부 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇의 내부 구성 및 지지판이 파렛트의 지지판삽입부에 삽입되어 지지되는 구성을 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇의 내부 구성을 나타낸 정면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇의 기능적 구성을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇이 호스트단말로부터 조작신호를 수신하는 동작상태를 나타낸 개략도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇의 동작원리를 나타낸 플로우챠트,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇이 자율주행하여야 하는 이동경로의 예시가 도시된 개략도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇의 자율주행 제어를 위한 기구학 모델을 나타낸 개략도,
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇이 목적위치에 도달하여 리프팅위치를 탐색하는 동작원리를 나타낸 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 화물 이송로봇(이하에서는 이송로봇(100)이라 명칭함)은, 이동경로상에 배치된 QR랜드마크의 인식을 통해 로봇(100)의 현재위치를 인식 및 연산된 로봇위치를 보정함으로써 설치 및 유지보수 비용을 절감하며, 화물(10)이 파렛트(30) 상에 적재된 밸런싱 상태 또는 지지판(142)상에 적재된 파렛트(30)의 밸런싱 상태를 체크하여 밸런싱 상태를 조정하거나 외부로 경고하여 적재된 화물(10)이 전복되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 이송로봇으로서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본체부(110), 바퀴구동부(120), 센서부(130), 리프팅부(140), 무선통신부(150), 주제어부(160), 모션제어부(170) 및 배터리(180)를 포함하여 구비된다.
먼저, 상기 본체부(110)는, 이송로봇(100)의 다른 구성이 배치 또는 탑재되는 베이스프레임으로서, 배치 또는 탑재된 다른 구성들을 외부로부터 커버하기 위한 케이싱(111)이 장착되며, 지면과 파렛트(30)가 적재된 테이블(20)의 상부 프레임 사이의 공간에 이동배치될 수 있는 전고를 갖도록 구비된다. 여기서, 도면에서는 본체부(110)의 외형이 사각의 박스형상인 것을 예시하였으나 이에 국한되지 않으며 원형, 타원형, 삼각형 및 오각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 바퀴구동부(120)는, 상기 본체부(110)의 하부에 배치되어 본체부(110)를 이동시키는 구동바퀴(121)와, 상기 구동바퀴(121)를 회전시키는 구동모터(122)를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 바퀴구동부(120)는, 본체부(110)가 평면상에서 병진운동과 회전운동이 가능한 3자유도 구성으로 설계되며, 구동모터(122)의 방향전환이 없는 전후 구동만으로 본체부(110)의 3자유도 운동이 구현되는 옴니휠 또는 메카넘휠 구조로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 구동바퀴(121)는 본체부(110)의 중앙부 양측에 두 개가 배치될 수 있으며, 전단과 후단에는 구동력없이 구동바퀴(121)의 회전에 의해 함께 회전하는 보조바퀴(124)가 구비되어 안정적으로 본체부(110)를 지지할 수 있다. 이때, 상기 보조바퀴(124)는 외력에 의해 방향전환이 자유로운 캐스터 바퀴가 이용되는 것이 바람직하다.
더불어, 구동바퀴(121)의 바퀴축(121a)과 구동모터(122)의 모터축(122a)은 구동벨트(123)에 의해 동력전달되도록 연결되어 상기 구동모터(122)의 회전력이 구동바퀴(121)로 전달되도록 구비되며, 상기 구동모터(122)는 모션제어부(170)의 제어신호에 따라 구동바퀴(121)를 구동하게 된다.
상기 센서부(130)는, 본체부(110)에 탑재되고 외부의 장애물 또는 다른 이송로봇(100)을 감지하는 장애물감지센서(131)와, 이동경로상에 배치된 QR랜드마크의 이미지를 촬영하는 QR카메라(132)를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 장애물감지센서(131)는, 본체부(110)의 전방 및 후방에 배치되어 단거리에 위치한 장애물 또는 파렛트(30)가 적재된 테이블(20)을 인식하는 초음파센서(131a)와, 본체부(110)의 전방에 배치되어 장거리에 위치한 장애물을 인식하는 LRF센서(131b)를 포함하여 구비된다.
상기 단거리는 이송로봇(100)이 전진, 후진, 회전 등과 같이 움직일 경우 주변의 장애물과 접촉할 수 있는 근접거리를 의미하며, 상기 장거리는 이송로봇(100)의 이동경로 상에 배치된 장애물을 인식하여 해당 장애물을 회피하여 이동경로를 수정할 수 있도록 일정거리 이격된 거리를 의미한다.
또한, 상기 QR랜드마크는 도 7에 도시된 바와 같이 이동경로 상에 배치되되 이송로봇(100)이 이동하며 위치를 보정하여야 위치마다 배치된 QR코드 이미지로서, 해당 QR랜드마크가 배치된 위치의 위치정보를 포함하여, 이동경로 상의 다음 QR랜드마크의 위치정보를 포함하도록 이미지가 조합되어 형성될 수 있며, 도면에서와 같이 이동경로상의 바닥면에 배치될 수도 있고 벽면이나 주변 물체의 하부 위치에 수직하게 배치될 수도 있다. 따라서, 상기 QR카메라(132)는 QR랜드마크이 바닥면에 배치된 경우 본체부(110)의 하부에 배치되어 하향 촬영하도록 배치되며, QR랜드마크이 측방에 배치된 경우 본체부(110)의 전방에 배치되어 전방을 향해 촬영하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 오염과 손상에 강하며 훼손시 높은 복원율의 특성을 갖는 QR코드 이미지로 이루어진 QR랜드마크를 위치인식의 부수적인 수단으로 이용함으로써, 설치 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 QR랜드마크에 현위치정보를 입력함으로써 이송로봇(100)의 현재위치 인식 및 위치보정이 용이해질 뿐만 아니라, 상기 QR랜드마크에 이동경로상의 다음 QR랜드마크의 위치정보 등과 같이 이송로봇(100)의 자율주행에 필요한 데이터를 대량으로 입력할 수 있으므로 보다 정밀한 자율주행 제어가 가능한 효과를 구현할 수 있다.
따라서, 상기 주제어부(160)는 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하되, 상기 QR랜드마크에 포함된 위치 정보를 기초로 하여 이송로봇(100)의 현재위치를 보정하여 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하며, 더불어, 상기 QR랜드마크에 포함된 이동경로상의 다음 QR랜드마크의 위치정보를 기초로 하여 이송로봇(100)의 작업계획을 수립할 수 있는 것이다.
또한, 상기 센서부(130)에는 본체부(110)의 전방에 배치되어 전방이미지를 촬영하는 전방카메라(133)를 포함하여 구비될 수 있다. 상기 전방이미지는 로봇(100)의 이동경로 상에 배치된 장애물을 회피하는데 이용되기 위한 이미지로서, 상기 주제어부(160)는 상부카메라(134)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하며, 상기 모션제어부(170)는 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 전방카메라(133)의 영상정보를 기초로 하여 상기 전방에 감지된 장애물을 회피하여 주행할 수 있는 제어신호를 생성한다.
상기 리프팅부(140)는, 본체부(110)의 상부에 배치되되 상하로 리프팅 구동하는 리프트구동부(141)와, 상기 리프트구동부(141)의 상단에 장착되어 화물(10)이 적재된 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 지지판(142)을 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 리프트구동부(141)는 통상의 유압 또는 공압의 액츄에이터를 이용할 수 있고, 구동모터와 기어와의 조합된 구성으로 이루어진 동력전달 구조, 상하로 움직이는 X자형 승강프레임으로 구성될 수도 있으며, 이에 한정되지 않으며 제어신호에 의해 화물(10)을 승강할 수 있는 다양한 구성이 적용 가능하다. 한편, 상기 리프트구동부(141)는 모션제어부(170)의 제어신호에 따라 지지판(142)을 위아래로 승강하게 구동한다.
또한, 상기 지지판(142)은, 도 2에 도시된 바와 같이 파렛트(30)의 하부면에 형성된 지지판삽입부(31)와 매칭되어 치합되는 형상으로 형성되어 상기 지지판삽입부(31)에 삽입되면서 파렛트(30)의 하부면을 리프팅하도록 구비될 수 있다.
여기서, 상기 지지판삽입부(31)이 파렛트(30) 상에 적재되는 화물(10)의 무게를 감안하여 무게중심에 해당하는 위치에 형성된 경우, 상기 지지판(142)을 지지판삽입부(31)에 삽입하는 것만으로도 무게중심에 부합되는 위치를 지지할 수 있게되므로 지지판(142)에 적재되는 화물(10)의 밸런싱 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
이때, 도면에는 상기 파렛트(30)의 하부에 형성된 지지판삽입부(31)이 파렛트(30)의 하부면 상에서 오목하게 내입된 홈형상인 것을 예시하였으나 이에 국한되지 않으며, 내입되지 않고 상기 지지판삽입부(31)의 테두리부분이 하부방향으로 돌출되게 융기된 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 지지판(142)은 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 돌출부를 갖는 십자형의 판 형상으로 형성될 수 있다.
상기 무선통신부(150)는, 본체부(110)에 탑재되고 호스트단말(200)과 무선통신망으로 신호연결되어 도 5에 도시된 바와 같이 상기 호스트단말(200)의 조작신호를 수신하고, 상기 센서부(130)의 다양한 감지결과를 송신한다.
여기서, 복수 대의 이송로봇(100)은 상호간의 무선통신부(150)를 이용하여 상기 호스트단말(200)의 조작신호를 해당 이송로봇(100)으로 대신하여 전달할 수도 있다. 또한, 상기 호스트단말(200)은 사용자가 화물 운송을 지시하기 위한 조작시호를 이송로봇(100)으로 전송하는 단말장치로서, 통상의 PC를 이용할 수 있다.
상기 주제어부(160)는 본체부(110)에 탑재되고 상기 무선통신부(150)를 통해 수신한 호스트단말(200)의 조작신호와, 상기 장애물감지센서(131)의 센서 감지결과 및, 상기 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇(100)의 작업계획을 수립한다. 여기서, 상기 주제어부(160)를 Linux 기반의 임베디드 보드로 사용하여 운동계획과 영상처리 및 LRF센서(131b)의 데이터처리를 수행하도록 구성하였으나 이에 한정되지 않는다.
상기 모션제어부(170)는, 주제어부(160)의 작업계획에 따라 모터 제어, 리프팅 제어 및 밸런스 제어를 수행하면서 이송로봇(100)의 움직임을 제어하는 제어신호를 생성한다. 여기서, 상기 모션제어부(170)를 ARM사의 Cortex-M3 기반의 프로세서를 사용하여 실시간 모터제어와 각 센서값들을 처리하며, 호스트단말(200)의 어플리케이션과 실시간으로 통신하여 상태모니터링, 간단한 비상정지기능 및 명령전송이 가능하도록 구성하였으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 모션제어부(170)는 센서인터페이스를 구비하여 각 센서에서 감지한 결과를 주제어부(160)로 송신한다.
상기 배터리(180)는 본체부(110)에 탑재되고 이송로봇(100) 제어와 움직임 등에 필요한 전원을 공급한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이송로봇(100)은, 화물(10) 또는 파렛트(30)의 적재된 밸런싱 상태를 감지하여 리프팅부(140)의 지지위치를 밸런싱 상태가 양호한 정위치로 조정하거나 외부로 경고 표시하여 관리자로 하여금 조치받도록 알릴 수 있는데, 이를 위해 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 센서부(130)는 지지판(142)의 각 돌출부의 상부면에 배치되어 상기 리프팅부(140)의 리프팅 구동에 따라 상기 지지판(142)이 화물(10) 또는 파렛트(30)의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하는 복수 개의 압력감지센서(143)를 포함하여 구비된다.
또한, 상기 주제어부(160)는 각 압력감지센서(143)의 센서 감지결과에 따라 상기 파렛트(30)를 리프팅하는 밸런싱 상태를 연산하여 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하며, 상기 모션제어부(170)는 주제어부(160)의 작업계획에 따라 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 지지판(142)이 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 위치를 조정하거나 외부로 경고표시하도록 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 지지판(142)이 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 위치를 조정할 수 있도록, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 리프팅부(140)는 지지판(142)의 상부에 배치되어 상부면에 안착된 파렛트(30)의 위치가 조정되도록 구동하는 레일부(144)를 더 포함하여 구비되며, 상기 모션제어부(170)는 연산된 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 상기 압력감지센서(143)의 센서 감지결과를 기초로 하여 파렛트(30)가 정위치로 이동하도록 레일부(144)의 구동을 제어하는 제어신호를 생성한다.
이와 같이 화물(10) 또는 파렛트(30)의 밸런싱 상태를 연산하여 리프팅부(140)의 지지위치를 밸런싱 상태가 양호한 정위치로 조정하거나 외부로 경고표시하여 관리자로 하여금 조치받도록 알림함으로써 적재된 화물(10)이 리프팅하는 과정 또는 리프팅되어 이송되는 과정에 전복되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 레일부(144)를 구동제어하여 파렛트(30)를 정위치로 이동시킬 수 있으므로 밸런싱 상태가 양호하지 않게 적재되된 상태에서도 안정적으로 화물(10)을 이송할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서부(130)는, 본체부(110)에 배치되어 지지판(142)의 이미지 및 지지판삽입부(31)의 이미지를 촬영하는 상부카메라(134)를 더 포함하고, 상기 주제어부(160)는 상부카메라(134)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하며, 상기 모션제어부(170)는 주제어부(160)의 작업계획에 따라 상부카메라(134)의 영상정보를 기초로 하여 지지판(142)이 승강하면서 지지판삽입부(31)에 정합되어 삽입되도록 이송로봇(100)의 움직임을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 이와 같이 지지판(142)의 이미지 및 지지판삽입부(31)의 이미지를 촬영하는 상부카메라(134)에서 촬영된 영상정보를 이미지 프로세싱함으로써 이송로봇(100)의 위치를 조정하여 지지판(142)이 상승하면서 지지판삽입부(31)에 정합되도록 삽입할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이송로봇(100)의 자율주행 제어를 위한 기구학 모델은 도 8에 도시된 바와 같다. 도 8을 참고하면 이송로봇(100)의 중심점은 (xc,yc) 좌표이고, υ는 로봇 중심의 선속도, Vr과 Vl은 양측에 구비된 각 구동바퀴(121)의 선속도이다. 또한, θ는 이송로봇(100)의 앞부분이 향하는 방향각이다.
간단한 기구학 모델을 얻기 위해 바퀴구동부(120)의 구동바퀴(121)는 미끄러짐이 없다고 가정하면, 하기의 [수학식 1]과 [수학식 2]와 같은 기구학 방정식을 얻을 수 있다. 또한, ω는 반시계 방향에 대한 이송로봇(100)의 각속도를 나타내며, ωr, ωl은 각 구동바퀴(121)의 각속도, l1은 양 구동바퀴(121)의 윤거, r은 구동바퀴(121)의 반지름을 각각 나타낸다.
따라서, 상기 주제어부(160)는, 하기의 [수학식 1]에 의해 산출된 로봇 중심의 선속도(υ)와, 하기의 [수학식 2]에 의해 산출된 반시계 방향에 대한 로봇의 각속도(ω)를 이용하여, 이송로봇의 작업계획을 수립할 수 있는 것이다.
[수학식 1]
Figure 112013046276171-pat00003
[수학식 2]
Figure 112013046276171-pat00004
(여기서, Vr과 Vl은 양측에 구비된 각 구동바퀴(121)의 선속도, ωr, ωl은 각 구동바퀴(121)의 각속도, l1은 양 구동바퀴(121)의 윤거, r은 구동바퀴(121)의 반지름을 각각 의미함.)
다음으로는, 도 6을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이송로봇(100)의 동작원리를 설명하기로한다.
이송로봇(100)이 자율주행하여야 하는 이동경로가 도 7에 도시된 바와 같이 출발위치(△)에서 출발하여 4개의 QR랜드마크를 거쳐 화물(10)이 적재된 파렛트(30)의 위치(◎)를 경유하여 파렛트(30)를 리프팅하고 다시 최종목적지인 출발위치(△)로 복귀하는 경로일 때, 먼저, 사용자가 호스트단말(200)을 통해 화물 운송지시를 입력하면 호스트단말(200)에서 무선통신을 이용하여 이송로봇(100)으로 화물운송을 지시하는 조작신호를 전송한다.
이어서, 무선통신부(150)를 통해 상기 호스트단말(200)로부터 조작신호를 전송받은 이송로봇(100)은 주제어부(160)가 수신된 조작신호에 따른 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하며, 모션제어부(170)는 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 이송로봇(100)의 움직임을 제어하는 제어신호를 생성하여 바퀴구동부(120) 및 센서부(130)로 전송함으로써 이송로봇(100)이 출발위치(△)에서 첫번째 QR랜드마크을 향해 이동하게 된다. 이때, 이동하면서 센서부(130)에 구비된 장애물감지센서(131), QR카메라(132) 및 전방카메라(133)가 동작하여 주변 영상 및 바닥면의 영상을 촬영하며 영상정보를 획득하고 주변장애물을 감지한 센서값을 획득하게 된다.
이후, 무인 화물 이송로봇(100)이 이동을 지속하다 어떠한 장애물도 감지되지 않으면 첫번째 QR랜드마크까지 이동하게 되고, 이동경로 상에 임의의 장애물이 감지된 경우, 상기 주제어부(160)는 이송로봇(100)의 이동을 일시적으로 정지하여 일정시간 동안 대기하도록 제어한다. 이후, 해당 장애물이 경로상에서 사라질 경우 이동을 재개하되 해당 장애물이 지속적으로 존재하는 경우 다른 경로를 탐색하여 탐색된 경로로 이송로봇(100)이 이동하도록 제어한다.
이어서, 이동을 지속하다 QR카메라(132)에서 획득된 영상정보에서 첫번째 QR랜드마크가 인식된 경우, 주제어부(160)는 첫번째 QR랜드마크에 포함된 위치 정보를 기초로 하여 이송로봇(100)의 현재위치를 보정하여 이송로봇(100)의 작업계획을 수립하며, 상기 QR랜드마크에 이동경로상의 다음 QR랜드마크의 위치정보가 포함된 경우 이를 반영하여 작업계획을 수립한다.
이와 같은 장애물 감지 및 QR랜드마크 인식, 위치보정 절차를 반복하여 네번째 QR랜드마크를 통과한 이송로봇(100)은, 네번째 QR랜드마크에 포함된 위치 정보 및 파렛트(30)의 위치정보를 기초로 하여 작업계획을 수립하여 모션제어부(170)에 의해 이송로봇(100)이 파렛트(30)가 배치된 위치(◎)를 향해 이동되도록 제어된다.
이후, 파렛트(30)가 배치된 위치에 도달하여 센서부(130)의 각 카메라 및 센서들에 의해 파렛트(30) 또는 파렛트(30)가 적재된 테이블(20)을 인식하게 되면, 도 9에 도시된 바와 같이 이송로봇(100)은 테이블(20)에 구비된 4개의 다리가 배치된 위치를 인식하여 테이블(20)상에 적재된 파렛트(30)를 지지하기 위한 적절한 위치를 탐색하게 된다.
이때, 센서부(130)에 구비된 상부카메라(134)에서 촬영된 지지판(142)의 이미지 및 파렛트(30)의 하부에 형성된 지지판삽입부(31)의 이미지에 대한 영상정보를 주제어부(160)가 이미지 프로세싱하여 작업계획을 수립하며, 모션제어부(170)는 리프트구동부(141)를 구동제어함과 동시에, 주제어부(160)의 작업계획에 따라 상부카메라(134)의 영상정보를 기초로 하여 지지판(142)이 승강하면서 지지판삽입부(31)에 정합되어 삽입되도록 바퀴구동부(120)를 구동제어하여 이송로봇(100)의 움직임을 제어한다.
이어서, 상기 지지판(142)이 지지판삽입부(31)에 정합되도록 삽입되면 모션제어부(170)는 리프트구동부(141)를 구동제어하여 파렛트(30)를 리프팅하게 되는데, 이때, 센서부(130)에 구비된 압력감지센서(143)가 파렛트(30)의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하며, 주제어부(160)는 각 압력감지센서(143)의 센서 감지결과에 따라 파렛트(30)를 리프팅하는 밸런싱 상태를 연산하며, 모션제어부(170)는 연산된 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 레일부(144)를 구동제어하여 파렛트(30)가 밸런싱 상태가 임계치 이상인 정위치로 이동하도록 하거나, 외부로 경고표시하여 관리자로 하여금 조치받도록 알릴 수 있다. 이때, 모션제어부(170)에 의한 경고내용은 무선통신부(150)을 통해 호스트단말(200)로 전송됨으로써 호스트단말(200)의 화면창에 해당 경고내용이 표시되도록 하여 관리자가 즉각적으로 인식되도록 할 수 있다.
이후, 파렛트(30)를 리프팅한 이송로봇(100)은 테이블(20)로부터 파렛트(30)를 이탈시킨 후 상술한 장애물 감지 및 QR랜드마크 인식, 위치보정 절차를 반복하여 최종목적지인 출발지 위치(△)까지 화물(10)을 이송하면서 복귀할 수 있는 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100...이송로봇 110...본체부
120...바퀴구동부 121...구동바퀴
130...센서부 131...장애물감지센서
131a...초음파센서 131b...LRF센서
132...QR카메라 133...전방카메라
134...상부카메라 140...리프팅부
141...리프트구동부 142...지지판
143...압력감지센서 144...레일부
150...무선통신부 160...주제어부
170...모션제어부

Claims (12)

  1. 베이스 프레임을 형성하는 본체부(110);
    상기 본체부(110)의 하부에 배치되어 본체부(110)를 이동시키는 구동바퀴(121)와, 상기 구동바퀴(121)를 회전시키는 구동모터(122)를 포함하는 바퀴구동부(120);
    상기 본체부(110)에 탑재되고 외부의 장애물을 감지하는 장애물감지센서(131)와, 이동경로상에 배치된 QR랜드마크의 이미지를 촬영하는 QR카메라(132)를 포함하는 센서부(130);
    상기 본체부(110)의 상부에 배치되되, 상하로 리프팅 구동하는 리프트구동부(141)와, 상기 리프트구동부(141)의 상단에 장착되어 화물(10)이 적재된 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 지지판(142)을 포함하는 리프팅부(140);
    상기 본체부(110)에 탑재되고 호스트단말(200)의 조작신호와 상기 센서부(130)의 감지결과를 송수신하는 무선통신부(150);
    상기 본체부(110)에 탑재되고 상기 무선통신부(150)를 통해 수신한 조작신호와, 상기 장애물감지센서(131)의 센서 감지결과 및, 상기 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하는 주제어부(160); 및
    상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 로봇 움직임을 제어하는 제어신호를 생성하는 모션제어부(170);를 포함하고,
    상기 센서부(130)는, 상기 지지판(142)의 상부면에 일정간격 이격 배치되어 상기 리프팅부(140)의 리프팅 구동에 따라 상기 지지판(142)이 상기 파렛트(30)의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하는 복수 개의 압력감지센서(143)를 더 포함하고,
    상기 주제어부(160)는, 각 압력감지센서(143)의 센서 감지결과에 따라 상기 파렛트(30)를 리프팅하는 밸런싱 상태를 연산하여 이송로봇의 작업계획을 수립하며,
    상기 모션제어부(170)는, 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 상기 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 상기 지지판(142)이 파렛트(30)의 하부면을 지지하는 위치를 조정하거나 외부로 경고표시하도록 제어하는 제어신호를 생성하고,
    상기 리프팅부(140)는, 상기 지지판(142)의 상부에 배치되어 상부면에 안착된 파렛트(30)의 위치가 조정되도록 구동하는 레일부(144)를 더 포함하며,
    상기 모션제어부(170)는, 상기 밸런싱 상태가 임계치 이하일 경우 상기 압력감지센서(143)의 센서 감지결과를 기초로 하여 상기 파렛트(30)가 정위치로 이동하도록 상기 레일부(144)의 구동을 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지지판(142)은, 상기 파렛트(30)의 하부면에 형성된 지지판삽입부(31)와 매칭되어 치합되는 형상으로 형성되어 상기 지지판삽입부(31)에 삽입되면서 상기 파렛트(30)의 하부면을 지지하여 리프팅하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 지지판(142)은, 4개의 돌출부를 갖는 십자형의 판 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 센서부(130)는, 상기 지지판(142)의 각 돌출부의 상부면에 배치되어 상기 리프팅부(140)의 리프팅 구동에 따라 상기 지지판(142)이 상기 화물(10) 또는 파렛트(30)의 하부면을 지지하면서 가해지는 압력을 감지하는 압력감지센서(143)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 센서부(130)는, 상기 본체부(110)에 배치되어 상기 지지판(142)의 이미지 및 지지판삽입부(31)의 이미지를 촬영하는 상부카메라(134)를 더 포함하고,
    상기 주제어부(160)는, 상기 상부카메라(134)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로세싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하며,
    상기 모션제어부(170)는, 상기 주제어부(160)의 작업계획에 따라 상기 상부카메라(134)의 영상정보를 기초로 하여 상기 지지판(142)이 승강하면서 지지판삽입부(31)에 정합되어 삽입되도록 로봇 움직임을 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 QR카메라(132)는, 본체부(110)의 하부에 장착되어 이동경로상의 바닥면에 배치된 QR랜드마크의 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 주제어부(160)는, 상기 QR카메라(132)에서 입력받은 영상정보의 이미지 프로싱 결과에 따라 이송로봇의 작업계획을 수립하되,
    상기 QR랜드마크에 포함된 위치 정보를 기초로 하여 이송로봇의 현재위치를 보정하여 이송로봇의 작업계획을 수립하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 주제어부(160)는, 상기 QR랜드마크에 포함된 이동경로상의 다음 QR랜드마크의 위치정보를 기초로 하여 이송로봇의 작업계획을 수립하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 장애물감지센서(131)는,
    상기 본체부(110)에 배치되어 단거리에 위치한 장애물을 인식하는 초음파센서(131a)와, 상기 본체부(110)의 전방에 배치되어 장거리에 위치한 장애물을 인식하는 LRF센서(131b)를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
  12. 제 1항, 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주제어부(160)는,
    하기의 [수학식 1]에 의해 산출된 로봇 중심의 선속도(υ)와, 하기의 [수학식 2]에 의해 산출된 반시계 방향에 대한 로봇의 각속도(ω)를 이용하여, 이송로봇의 작업계획을 수립하는 것을 특징으로 하는 무인 화물 이송로봇.
    [수학식 1]
    Figure 112013085430086-pat00005

    [수학식 2]
    Figure 112013085430086-pat00006

    (여기서, Vr과 Vl은 양측에 구비된 각 구동바퀴(121)의 선속도, ωr, ωl은 각 구동바퀴(121)의 각속도, l1은 양 구동바퀴(121)의 윤거, r은 구동바퀴(121)의 반지름을 각각 의미함.)
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