KR101348500B1 - Gps surveying system based on robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 GPS 측량시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GPS 측량부가 설치된 4바퀴 회전형 측량용 로봇과 원격지의 스마트기기 간의 무선 통신을 통해 측량용 로봇의 원격 제어 및 GPS 측량정보를 수신하여 위험 지역의 GPS 측량이 용이하도록 한 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a GPS surveying system, and more particularly, to a dangerous area by receiving remote control and GPS surveying information of a surveying robot through wireless communication between a four-wheel rotating surveying robot equipped with a GPS surveying unit and a remote smart device. The present invention relates to a robot-based automated GPS surveying system that facilitates GPS surveying.
일반적으로 토목, 건축의 설계와 공사 등을 위해서는 선행 작업으로 해당 지형지물을 측지측량(geodetic surveying)하여 지형지물에 대한 수치데이터를 확보해야 하며, 측지측량을 통해 해당 지역에 대한 지리정보를 도면에 수치화하여 표시되어진다.In general, for the design and construction of civil engineering, construction, etc., geodetic surveying of a feature is required as a preliminary work to obtain numerical data on the feature. It is displayed numerically.
하지만, 상기 측지측량은 토탈스테이션(total station), GPS(Global Positioning System, 범지구 위치결정 시스템) 측량기, 표척(staff), 삼각대 등과 같은 측지측량 장비를 소지한 작업자가 측량장소의 시작지점, 중간지점 및 목표지점으로 계속 이동하면서 설치하고 측량하는 과정을 반복하며 주위 지형지물을 측량해야 하므로, 작업 상의 불편함과 측량에 소요되는 시간 및 작업량으로 인해 측량 정확도가 떨어지며, 야간과 같이 주변 환경이 어두울 경우 지형지물을 측량할 수 없는 문제점이 있었다.However, the geodetic survey is performed by a worker having geodetic survey equipment such as a total station, a global positioning system (GPS) instrument, a staff, a tripod, and the like. Since the installation and surveying process is repeated while moving to the point and the target point, and the surrounding features are surveyed, the surveying accuracy and the time and work required for the survey are inferior, and the surrounding environment is dark, such as at night. If there was a problem that can not measure the feature.
또한, 상기 측지측량은 지뢰가 매설된 군사지역, 산사태가 발생하여 낙석이 예상되는 지역, 지반침하가 언제 어디서 다시 발생할지 모르는 재난지역 등과 같이 작업자의 안전을 확보할 수 없는 지역에서도 측량할 필요가 있다.In addition, the geodetic survey needs to be surveyed even in areas where landmines are buried, areas where landslides are expected, and areas where rockfall is expected, and disaster areas where ground subsidence may occur again. have.
이에 따라 위와 같은 종래 측지측량 작업의 문제점을 해결하고자 간단한 작업으로 측지측량을 함은 물론, 정확성 또한 향상된 지형물의 측지 및 측량시스템의 필요성이 제기되고 있다.Accordingly, in order to solve the problems of the conventional geodetic surveying operation, there is a need for a geodetic surveying and surveying system of the terrain as well as geodetic surveying with improved accuracy.
그 일례로, 대한민국 등록특허공보 제10-1223177호(2013. 01. 10.)에는 GPS 인공위성; 지피에스 정보를 수신하여 위치정보로 분석하는 지피에스부(1211), 지피에스 정보를 수신하고 각 기능부를 감시하는 중앙제어부(1212), 위치정보를 저장하는 기록부(1213), 지정된 상대방에게 위치정보를 무선송신하며 이동명령을 수신하는 이동통신부(1214)로 이루어진 측량회로부(1210)와 제 1 내지 제 4 모터부(1221 내지 1224)로 이루어진 구동모터블록(1220)과 상기 측량회로부를 내장하여 외부 충격으로부터 보호하며 원통형상을 하는 회로상자부와 지피에스부와 이동통신부가 공통 사용되는 안테나부와 회로상자부의 하부가 지표면을 향하도록 회동시키는 제 1 회동축과 제 1 회동홀을 형성하고 원 형상을 하는 회동테와 회동테의 외주면에 돌출 설치된 제 2 회동축과 제 2 회동홀을 형성하는 받침부와 사각 형상을 하는 차체부로 이루어진 로봇프레임부로 구성된 스태프 로봇; 스태프 로봇과 이동통신 방식으로 무선접속하는 이동통신시스템 및 스태프 로봇이 이동하는 방향과 거리를 제어하는 이동명령을 원격 입력하고 위치정보를 수신 저장하는 측량서버를 포함하는 자동화 로봇을 이용한 위험지역의 수준측량 시스템이 제안된 바 있다(도 1 참조).For example, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-1223177 (2013. 01. 10.) GPS satellites;
그러나, 상기 제안된 기술은, 지피에스부를 갖는 측량회로부가 구비된 스태프 로봇을 통해 위험지역의 수준 측량이 가능토록 하였으나, 단순히 지피에스부를 통해 수신된 GPS 정보신호만으로 해당 지점의 수준측량 및 스태프 로봇의 위치제어를 수행하기에는 한계가 있으며, 무게중심이 하부에 형성되며 회동축에 의해 좌우로 회동하는 오뚝이 방식의 회로상자부로는 GPS 정보신호의 정확한 수신을 기대할 수 없는 문제점을 여전히 안고 있다.However, the proposed technique allows level surveying of a dangerous area through a staff robot equipped with a surveying circuit unit having a GPS part, but merely a GPS information signal received through the GPS part provides a level measurement and a position of the staff robot. There is a limit to perform the control, the center of gravity is formed at the bottom and still there is a problem that can not expect the accurate reception of the GPS information signal with the stepped circuit box part rotated to the left and right by the rotating shaft.
따라서 본 발명은 상기 제안된 기술의 문제점을 개선하고자, 방위각 검출을 위한 지자기센서와 궤적제어부, 위치보정부로 구성된 GPS 측량부를 통해 측량 정밀도 및 로봇 위치 제어 정밀도를 향상시키고 GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터가 구비된 짐벌부(gimbal unit)가 구성된 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템을 제안한다.
Therefore, the present invention improves the measurement accuracy and robot position control accuracy through the GPS surveying unit consisting of a geomagnetic sensor, a trajectory control unit, and position correction for azimuth detection to improve the problems of the proposed technique, and the X-axis, Y of the GPS receiver We propose a robot-based automated GPS surveying system consisting of a gimbal unit with two DC motors to control the axes.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 상세하게는 GPS 측량부가 설치된 4바퀴 회전형 측량용 로봇과 원격지의 스마트기기 간의 무선 통신을 통해 측량용 로봇의 원격 제어 및 GPS 측량정보를 수신하여 위험 지역의 GPS 측량이 용이하도록 한 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Therefore, an object of the present invention has been devised to solve the above problems, and more specifically, the remote control of the surveying robot through the wireless communication between the four-wheel rotary surveying robot and a remote smart device equipped with a GPS surveying unit and An object of the present invention is to provide a robot-based automated GPS surveying system that receives GPS surveying information and facilitates GPS surveying of dangerous areas.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 측량용 로봇을 이용한 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템에 있어서, 상기 측량용 로봇(10)은, 원격지의 스마트기기에 의해 측량지점으로 자율주행 또는 수동주행 되도록 원격 제어되는 4개의 바퀴로 이루어진 조향부(110)가 구비된 로봇 몸체부(Robot body, 100)와; 상기 로봇 몸체부의 상부면에 설치된 GPS 수신부(210)를 통해 수신되어진 GPS 위치정보와 지자기센서를 통해 검출된 방위각 데이터에 의해 측량용 로봇의 현재위치와 측량지점으로의 궤적을 산출하여 측량용 로봇이 측량지점으로 주행될 수 있도록 프로그램화 되어진 GPS 측량부(200)와; 상기 GPS 측량부를 통해 측량지점으로 주행되어진 측량용 로봇의 위치오차를 줄여 정확한 측량지점으로 이동시키기 위해 로봇몸체부의 전방 및 밑면을 촬영한 비전정보(vision data)를 원격지의 스마트기기에 제공하는 카메라부(300)와; 상기 GPS 측량부의 프로그램이 내장된 DSP 모듈(digital signal processor module, 410)이 설치되며, 스마트기기와의 무선통신과 전원공급 및 로봇 몸체부 전체를 제어하기 위한 장치들이 설치된 메인보드부(400) 및; 상기 GPS 수신부(210)가 로봇 몸체부(100)의 상부면에 고정될 수 있도록 설치되며 정확한 GPS 위치정보 수신을 위해 GPS 수신부가 수평의 정립상태로 제어되도록 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터(510a,510b)와 각도 조절부(520a,520b)가 구비된 짐벌부(gimbal unit, 500)가 포함되며, 또한, 상기 측량용 로봇(10)의 메인보드부를 통해 카메라부(300)의 비전정보와 GPS 측량부(200)의 GPS 위치정보 및 방위각 데이터를 수신하며 상기 조향부에 원격 제어 명령을 송달하는 스마트기기(600)가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템을 제공한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, using a surveying robot In the robot-based automated GPS surveying system, the
바람직하게는, 상기 GPS 측량부(200)는, 상기 GPS 수신부(210)와 지자기센서(420)를 통해 수신 및 검출된 측량용 로봇의 현재위치와 방향 데이터 및 사전에 입력된 측량지점의 좌표 데이터를 분석하여 측량용 로봇의 현재위치를 인식하고 측량용 로봇이 측량지점으로 자율 주행될 수 있도록 궤적을 제어하는 궤적제어부(220)가 구비되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 GPS 측량부(200)는, 상기 GPS 수신부(210)를 통해 수신 된 측량용 로봇의 현재위치에 대한 위치정보 오차를 보정하기 위해 칼만필터(Kalman filter)를 이용한 위치보정부(230)가 구비되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 카메라부(300)는, 상기 로봇 몸체부(100)의 전방 비전정보를 수집하는 전방 카메라(310)와, 상기 GPS 수신부(210)와 수직선 상에 위치될 수 있도록 로봇 몸체부의 밑면에 설치되며 상기 로봇 몸체부의 밑면 비전정보를 수집하는 밑면 카메라(320)로 구성되며, 상기 전방 카메라와 밑면 카메라는 CCD 이미지 센서(CCD image sensor)를 갖는 RF 무선 카메라인 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 메인보드부(400)는, 측량용 로봇의 방위각을 검출하여 상기 DSP 모듈(410)에 전송하는 지자기센서(420)와, 상기 조향부(110)에 구비된 DC모터의 구동 제어를 위해 모터 드라이버(431)와 통신하는 모터 드라이버 통신부(430)와, 상기 조향부에 구비된 DC모터의 회전수를 측정하는 엔코더(441)의 측정값을 수신하는 엔코더 데이터 수신부(440)와, 스마트기기와 무선통신을 위한 블루투스 모듈(Bluetooth module, 450)과, 로봇 몸체부(100) 전반에 전원공급을 위한 14.6V, 5,600mAh를 갖는 배터리로 구성된 전원부(460)가 더 포함되어 설치되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 짐벌부(gimbal unit, 500)는, 상기 GPS 수신부(210)의 X축, Y축 각도 정보를 검출하기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성측정유닛, 530)와, 상기 IMU의 검출값을 수신하여 X축, Y축의 DC모터(510a,510b)를 제어하여 GPS 수신부가 수평의 정립상태로 제어되도록 하는 MCU(Micro Controller Unit, 마이크로컨트롤러, 541)를 갖는 시스템보드(System board, 540)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 짐벌부(500)는, GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터(510a,510b)를 통한 각도 변화에 의해 로봇 몸체부(100)의 상부면으로부터 GPS 수신부(210) 간의 변화되는 높이를 검출하여 검출값을 상기 메인보드부(400)의 DPS 모듈(410)에 전송하는 높이 검출부(550)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the
본 발명의 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the robot-based automated GPS surveying system of the present invention, the following effects are obtained.
방위각 검출을 위한 지자기센서와 궤적제어부, 위치보정부로 구성된 GPS 측량부와, GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터가 구비된 짐벌부(gimbal unit)가 설치된 측량용 로봇이 원격지의 스마트기기와 무선통신 되도록 구성됨으로써, GPS surveying unit consisting of geomagnetic sensor, trajectory control unit, and position correction unit for azimuth detection, and a robot for surveying equipped with a gimbal unit equipped with two DC motors controlling the X and Y axes of the GPS receiver By being configured to wirelessly communicate with smart devices,
(1) 원격지에서의 제어에 의해 측량용 로봇이 측량지점으로 이동하며 측량을 수행하므로 위험지역의 자동화 측량이 가능하며 측량 인력 및 시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 사전에 측량지점을 선정하여 측량하거나 현장에서 직접 측량용 로봇을 제어하여 측량이 가능하다.(1) As the surveying robot moves to the surveying point and performs the survey by remote control, automated surveying of dangerous area is possible, and the survey manpower and time can be drastically reduced. Surveying is possible by controlling the surveying robot directly in the field.
(2) 궤적제어부, 위치보정부로 구성된 GPS 측량부와 지자기센서를 통해 GPS 위치정보와 방위각 정보를 동시에 수신, 검출하여 측량 정밀도 및 측량용 로봇의 위치 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.(2) The GPS surveying unit and the geomagnetic sensor composed of the trajectory control unit and the position correction unit can simultaneously receive and detect the GPS position information and the azimuth information to improve the surveying accuracy and the position control precision of the surveying robot.
(3) 2개의 DC모터가 구비된 짐벌부를 통해 GPS 수신부의 정립상태를 제어할 수 있어 정확한 GPS 위치정보 수신이 가능하다.
(3) It is possible to control the position of the GPS receiver through the gimbal provided with two DC motors, so that accurate GPS location information can be received.
도 1은 종래의 자동화 로봇을 이용한 위험지역의 수준측량 시스템을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템의 전체 구성에 대한 블록도를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템의 측량용 로봇에 대한 전체모습 사진을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측량용 로봇의 수납부 내부모습의 사진을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측량용 로봇의 밑면 카메라의 설치 위치를 설명하기 위한 사진을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GPS 측량부의 세부구성을 설명하기위한 직각좌표계에 표현된 측량용 로봇과 측량지점을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메인보드부의 세부구성을 설명하기위한 사진을 나타낸 도면
도 8의 (가), (나)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 짐벌부의 확대 사진과 구동모습을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 짐벌부의 세부 구성에 대한 블록도를 나타낸 도면1 is a view showing a leveling system of a dangerous area using a conventional automated robot
2 is a block diagram showing the overall configuration of a robot-based automated GPS surveying system according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a view showing the overall picture of the robot for surveying robot-based automated GPS surveying system according to a preferred embodiment of the present invention
Figure 4 is a view showing a photograph of the inside of the housing portion of the surveying robot according to an embodiment of the present invention
5 is a view showing a picture for explaining the installation position of the bottom camera of the surveying robot according to an embodiment of the present invention;
6 is a view showing a surveying robot and a surveying point expressed in a Cartesian coordinate system for explaining the detailed configuration of the GPS surveying unit according to a preferred embodiment of the present invention;
7 is a view showing a picture for explaining the detailed configuration of the motherboard according to an embodiment of the present invention
8A and 8B are enlarged photographs and driving views of a gimbal part according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a block diagram showing the detailed configuration of the gimbal portion according to an embodiment of the present invention;
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. Although the same reference numerals are used in the different drawings, the same reference numerals are used throughout the drawings. The prior art should be interpreted by itself. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 2 내지 도 9를 참조하여, 본 발명은 바람직한 실시예에 따른 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템의 주요 기술적 구성수단은, 로봇 몸체부(Robot body, 100), GPS 측량부(200), 카메라부(300), 메인보드부(400), 짐벌부(gimbal unit, 500)가 각각 구성된 측량용 로봇(10), 스마트기기(600)로 이루어진다.2 to 9, the present invention is a main technical configuration means of the robot-based automated GPS surveying system according to a preferred embodiment, the robot body (Robot body, 100),
먼저 도 2를 참조하여, 상기 측량용 로봇(10)의 로봇 몸체부(Robot body, 100)는, 원격지의 스마트기기(600)에 의해 측량지점으로 자율주행 또는 수동주행 되도록 원격 제어되는 4개의 바퀴로 이루어진 조향부(110)가 구비된 차량 형상의 회전형 로봇이다.First, referring to Figure 2, the robot body portion (Robot body, 100) of the surveying
여기서, 상기 조향부는 4개의 바퀴를 구동시키기 위한 4개의 300W급 DC모터(110a 내지 110d)로 구성되며, 상기 DC모터는 모터 구동용 모터 드라이버(431)와 연결되어 원격지 스마트기기의 원격 제어 명령이 상기 모터 드라이버에 송달되어 자율주행 또는 수동주행으로 제어되도록 한다.Here, the steering unit is composed of four 300W class DC motors (110a to 110d) for driving the four wheels, the DC motor is connected to the motor
또한, 상기 로봇 몸체부(100)의 내부에는 후술하는 메인보드부(400)가 내장될 수 있도록 내부에 비어있는 수납부(120)가 형성되며, 상기 수납부의 개폐가 가능하도록 로봇 몸체부의 전면 및 후면에 개폐수단(130a,130b)이 각각 설치되어진다.In addition, the interior of the
다시 도 2를 참조하여, 상기 GPS 측량부(200)는, 상기 로봇 몸체부의 상부면에 설치된 GPS 수신부(210)를 통해 수신되어진 GPS 위치정보와 지자기센서(420)를 통해 검출된 방위각 데이터에 의해 측량용 로봇(10)의 현재위치와 측량지점으로의 궤적을 산출하여 측량용 로봇이 측량지점으로 주행될 수 있도록 프로그램화 되어진 GPS 측량수단이다.Referring back to FIG. 2, the
상기 GPS 수신부(210)는, 정밀측량에 용이한 3주파 GPS 수신수단으로, 지구 상공에 배치된 24개의 GPS(Global Positioning System, 범지구 위치결정 시스템) 위성 중에서 최소 3개 이상의 GPS 위성으로부터 송신되는 GPS 위치정보 전파를 수신하여 현재위치를 확인할 수 있으며, 상기 GPS 위치정보 전파에는 현재위치의 경도(longitude), 위도(latitude), 해발(sea level), 시간(time) 등의 데이터가 포함되어 있다. The
또한, 상기 GPS 측량부(200)는, 상기 GPS 수신부(210)와 지자기센서(420)를 통해 수신 및 검출된 측량용 로봇의 현재위치와 방향 데이터 및 사전에 입력된 측량지점의 좌표 데이터를 분석하여 측량용 로봇의 현재위치를 인식하고 측량용 로봇이 측량지점으로 자율 주행될 수 있도록 궤적을 제어하는 궤적제어부(220)가 구비된다.In addition, the
여기서, 상기 궤적제어부(220)는 이동로봇의 현재위치와 방향은 GPS 위치정보와 지자기센서의 방위각에 의해 벡터 로 표현되며, 측량지점의 위치도 GPS 위치정보에 의해 벡터 로 표현되고, 는 측량용 로봇의 현재위치의 중앙 좌표를 나타내고, 는 기준좌표 축에 대한 측량용 로봇의 방위각을 나타낸다.Here, the
한편, 도 6은, 상기 GPS 측량부(200)의 세부구성을 설명하기위해 직각좌표계에 표현된 측량용 로봇과 측량지점을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a surveying robot and a surveying point expressed in a rectangular coordinate system in order to explain the detailed configuration of the
또한, 측량용 로봇이 측량지점으로 주행 시 측량용 로봇의 주행을 제어하기 위하여 거리와 각도오차에 의한 비례제어기를 사용하며, 이를 통해 상기 조향부의 좌측 바퀴 선속도 과 좌측 바퀴 선속도 은 아래 식 1과 같이 비례제어기로 설정한다.In addition, in order to control the running of the surveying robot when the surveying robot travels to the surveying point, a proportional controller based on a distance and an angle error is used. And left wheel linear speed Set as proportional controller as in
(1) (One)
여기서, 제어변수인 측량지점과 측량용 로봇 간의 거리차이 d와 측량용 로봇과 측량지점 사이의 방위각 차 가 필요하며, 와 는 아래 식 2와 같이 주어진다.Here, the difference in distance between the control point survey point and the surveying robot d and the azimuth difference between the surveying robot and the surveying point And are given by Equation 2 below.
(2) (2)
위 식 2에서 는 측량용 로봇이 바라보는 방향과 지구자기장 북극인 자북 사이의 각도이며, 는 측량용 로봇이 바라보아야할 측량지점과 지리상의 기준을 따른 지구의 북쪽인 진북 사이의 각도를 나타내는 것으로, 도 6은 기준좌표 축을 자북 및 진북과 같다는 가정 하에 도시된 것이다.From above expression 2 Is the angle between the surveying robot's direction and the magnetic north pole of the Earth's magnetic field, Is the angle between the survey point that the surveying robot should look at and true north, which is the north of the earth according to geographical standards. It is shown on the assumption that the axis is the same as magnetic north and true north.
또한, 식 2에서 와 는 측량용 로봇과 측량지점 사이의 수평거리와 수직거리이며, 아래 식 3과 같이 주어진다.Also, in Equation 2 Wow Is the horizontal distance and the vertical distance between the surveying robot and the survey point, and is given by Equation 3 below.
(3) (3)
여기서, 와 는 측량지점의 경도와 위도이며, 와 는 측량용 로봇의 경도와 위도이고, R은 지구의 반지름을 나타낸다.here, Wow Is the longitude and latitude of the survey point, Wow Is the longitude and latitude of the survey robot, and R is the radius of the earth.
또한, 와 를 통해 측량지점과 측량용 로봇 사이의 거리 는 아래 식 4와 같이 주어진다.Also, Wow The distance between the survey point and the survey robot is given by Equation 4 below.
(4) (4)
또한, 상기 GPS 측량부(200)는, 상기 GPS 수신부(210)를 통해 수신된 측량용 로봇의 현재위치에 대한 위치정보 오차를 보정하기 위해 칼만필터(Kalman filter)를 이용한 위치보정부(230)가 구비된다.In addition, the
일반적으로, 상기 GPS 수신부(210)를 통해 수신된 GPS의 위치정보에는 GPS의 수신 데이터에 따라 오차범위가 상이한 오차정보도 포함되어 있으므로, 정밀한 GPS 측량을 위해서는 GPS의 위치정보 오차를 보정할 필요성이 있다.In general, since the position information of the GPS received through the
여기서, 상기 위치보정부(230)의 칼만필터는 선형 가우시안 시스템(linear gaussian system)을 위해 사용되고, 자기 자신으로부터 호출되는 재귀함수(recursive function)의 특징을 가지고 있다. Here, the Kalman filter of the
또한, 칼만필터를 적용하기 위해서는 시스템 모델의 모델링이 필요하며, 시스템 모델링은 시스템 방정식과 관측 방정식으로 구성된다. 여기서, 측량용 로봇의 위치정보는 칼만필터를 적용하여 최적화하고자 하는 시스템 상태변수로서 아래 식 5와 같이 주어진다.In addition, in order to apply the Kalman filter, the modeling of the system model is required, and the system modeling consists of the system equation and the observation equation. Here, the position information of the surveying robot is a system state variable to be optimized by applying a Kalman filter, and is given by Equation 5 below.
(5) (5)
또한, 위 식 5에서 주어진 시스템 상태변수를 적용한 칼만필터의 시스템 방정식은 아래 식 6과 같이 주어진다.In addition, the system equation of the Kalman filter applying the system state variable given in Equation 5 is given as Equation 6 below.
(6) (6)
여기서, 은 시스템 상태변수인 측량용 로봇의 위치정보이며, 는 공정오차를 나타내고, 는 시스템의 변화를 표현한다. 그리고 관측방정식은 아래 식 7과 같이 주어진다.here, Is the location information of the surveying robot, a system state variable. Indicates a process error, Represents a change in the system. The observation equation is given by Equation 7 below.
(7) (7)
여기서, 는 측정값을 나타내며, 은 측정된 GPS의 위도와 경도 정보이고, 는 GPS에 의해 측정된 위치정보인 위도와 경도의 오차정보를 나타낸다. 그리고 는 측정값과 상태변수의 관계를 나타낸다. 이러한 시스템 방정식과 관측방정식을 사용하여 예측부분은 아래 식 8과 같이 주어진다.here, Represents the measurement, Is the latitude and longitude information of the measured GPS, Denotes error information of latitude and longitude, which are position information measured by GPS. And Represents the relationship between the measured value and the state variable. Using this system equation and observation equation, the prediction part is given by Equation 8 below.
(8) (8)
여기서, 와 는 각각 위치와 오차 공분산의 예측값을 나타내며, 업데이트 부분은 아래 식 9와 같이 주어진다.here, Wow Denote the predicted values of position and error covariance, respectively, and the update part is given by Equation 9 below.
(9) (9)
여기서, 는 칼만필터의 이득이며, 은 위치정보의 추정값이다. 그리고 는 오차 공분산 값을 나타낸다.here, Is the gain of the Kalman filter, Is an estimated value of location information. And Represents the error covariance value.
한편, 상기 위치보정부(230)의 칼만필터를 적용하기 위해서는 측량용 로봇의 기구학이 필요함은 자명한 사실이다.On the other hand, in order to apply the Kalman filter of the
이와 같이, 궤적제어부, 위치보정부로 구성된 GPS 측량부와 지자기센서를 통해 GPS 위치정보와 방위각 정보를 동시에 수신, 검출하여 측량 정밀도 및 측량용 로봇의 위치 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, GPS position information and azimuth information are simultaneously received and detected through the GPS measurement unit and the geomagnetic sensor configured as the locus control unit and the position correction unit, thereby improving the measurement accuracy and the position control precision of the surveying robot.
도 2 내지 도 5를 참조하여, 상기 카메라부(300)는, 상기 GPS 측량부(200)를 통해 측량지점으로 주행되어진 측량용 로봇의 위치오차를 줄여 정확한 측량지점으로 이동시키기 위해 로봇몸체부(110)의 전방 및 밑면을 촬영한 비전정보(vision data)를 원격지의 스마트기기(600)에 제공하는 영상신호 제공 수단이다.2 to 5, the
여기서, 상기 카메라부(300)는, 상기 로봇 몸체부의 전방 비전정보를 수집하는 전방 카메라(310)와, 상기 GPS 수신부와 수직선 상에 위치될 수 있도록 로봇 몸체부의 밑면에 설치되며 상기 로봇 몸체부의 밑면 비전정보를 수집하는 밑면 카메라(320)로 구성됨으로써 상기 전방 카메라 및 밑면 카메라의 비전정보를 원격지의 스마트기기를 통해 측량 작업자가 확인하여 로봇 몸체부를 원격 제어함으로써 측량지점에 정확하게 이동될 수 있도록 한다. Here, the
한편, 상기 전방 카메라(310)와 밑면 카메라(320)는 다른 이미지 센서에 비해 화질이 우수하고 노이즈(noise)가 적은 CCD 이미지 센서(CCD image sensor)를 갖는 RF 무선 카메라가 사용되며, 상기 CCD 이미지 센서와 RF 무선 카메라는 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, the
도 2와 도 7을 참조하여, 메인보드부(mainboard, 400)는, 상기 GPS 측량부(200)의 프로그램이 내장된 DSP 모듈(digital signal processor module, 410)이 설치되며, 전원공급 및 로봇 몸체부 전체를 제어하기 위한 장치들이 설치된 회로기판이다.Referring to FIGS. 2 and 7, the
또한, 상기 메인보드부(400)에는, 측량용 로봇의 방위각을 검출하여 상기 DSP 모듈(410)에 전송하는 지자기센서(420)와, 상기 조향부(110)에 구비된 DC모터의 속도와 방향을 제어하는 모터 드라이버(431)와 통신하기 위한 모터 드라이버 통신부(430)와, 상기 조향부에 구비된 DC모터의 회전수를 측정하는 엔코더의 측정값을 수신하는 엔코더 데이터 수신부(440)와, 스마트기기와 무선통신을 위한 블루투스 모듈(Bluetooth module, 450)과, 로봇 몸체부(100) 전반에 전원공급을 위한 14.6V, 5,600mAh를 갖는 배터리로 구성된 전원부(460)가 더 포함되어 설치된다.In addition, the
여기서, 상기 DSP 모듈(digital signal processor module, 410)은, 소수형 데이터를 하드웨어적으로 고속 처리할 수 있는 FPU(Floating-Point Unit)와 데이터 처리에서 CPU의 부담을 줄여줄 수 있는 DMA(Direct Memory Access)가 내장되어 최대 150MHz/150MMACS의 연산능력을 가지고 있으며, 전용 명령어를 통해 최대 300MFLOPS의 소수형 데이터 처리가 가능하다. 이러한 연산능력 및 메모리 기능을 갖는 DSP 모듈은, 본 발명에서는 상기 GPS 측량부의 프로그램이 내장되어 GPS 위치정보를 산출하고 지자기센서를 통해 검출된 방위각 데이터를 수신하여 로봇 몸체부의 현재위치와 측량지점으로의 궤적을 산출하도록 한다. 또한, 상기 DSP 모듈은 후술하는 모터 드라이버 통신부를 통해 수신된 모터 드라이버 데이터를 기초로 상기 조향부에 구비된 4개의 DC모터를 제어하도록 한다.The digital signal processor (DSP)
다시 말해서, 상기 DSP 모듈은 원격지의 스마트기기로부터 수신된 조향부의 원격 제어 명령에 따라 측량용 로봇이 측량지점으로 자율주행 또는 수동주행 되도록 제어하고, 이러한 조향부의 자율주행 또는 수동주행은 스마트기기를 조작하는 작업자에 의해 선택될 수 있다.In other words, the DSP module controls the surveying robot to autonomously or manually drive to a survey point according to a remote control command received from a smart device at a remote location, and such autonomous or manual driving of the steering unit operates a smart device. Can be selected by the operator.
상기 지자기센서(420)는, 측량용 로봇이 진행하는 방향을 알기 위해 방위각을 검출하는 것으로, 직각으로 배치한 두 개의 자기장 센서를 사용하여 지구 자기장의 수직 요소의 방향을 계산하여 검출되며, 검출된 값은 PWM(Pulse Width Modulation), I2C(Inter-Intergrated Circuit)의 인터페이스를 통하여 상기 DSP 모듈에 전송되도록 한다. The
상기 모터 드라이버 통신부(430)와 통신되는 모터 드라이버(431)는, 상기 로봇 몸체부의 수납부(120)에 설치되며 상기 조향부(110)에 구비된 4개의 DC모터(110a 내지 110b)의 구동 제어에 용이하도록 DC모터 제어용 DCDM2430이 사용된다. The
여기서 DCDM2430S는 100W∼700W급의 DC 모터 속도를 제어할 수 있으며, 사용 가능 전압은 15V∼36V이고, 최대 순간 전류는 100A, 최대 연속 전류는 30A인 모터 드라이버로, 300W급 DC모터 2개를 제어할 수 있어 상기 조향부에 구성된 4개의 300W급 DC모터를 제어하기 위해 2개가 구성되어 진다.Here DCDM2430S can control DC motor speed of 100W ~ 700W class. Available voltage is 15V ~ 36V, maximum instantaneous current is 100A, maximum continuous current is 30A, and it controls two 300W DC motors. Two can be configured to control the four 300W class DC motor configured in the steering unit.
또한, 모터 드라이버와 모터 드라이버 통신부 간에는 RS232 인터페이스로 통신된다.In addition, the motor driver and the motor driver communication unit communicate with each other via an RS232 interface.
따라서, 상기 모터 드라이버와 메인보드부에 구비된 모터 드라이버 통신부를 통해 원격지의 스마트기기로부터 수신된 조향부의 원격제어 명령에 따라 측량용 로봇이 원하는 지점, 즉 측량지점으로 이동될 수 있도록 한다. Accordingly, the robot for surveying may be moved to a desired point, that is, a surveying point, according to a remote control command received from a remote device via a motor driver communication unit provided in the motor driver and the main board.
상기 엔코더 데이터 수신부(440)로 DC모터(110a 내지 110d)의 회전수 측정값을 송신하는 엔코더(encoder, 441)는, 조향부(110)에 구비된 4개의 DC모터(110a 내지 110d)에 각각 설치되며, AvaGo의 HEDS-9040 광학식 엔코더가 사용될 수 있고, 엔코더를 통한 DC모터의 회전수 측정은 DC모터의 1회전 당 출력되는 펄스(pulse) 개수로 측정된다.The
상기 블루투스 모듈(Bluetooth module, 450)은, 개인용컴퓨터ㆍ프린터ㆍ전화ㆍ팩스ㆍ휴대전화 등의 정보통신기기 간에 무선 통신이 가능하도록 한 무선 인터페이스로, 본 발명에서는 스마트기기(600)와 측량용 로봇(10)의 메인보드부(400) 간에 무선 통신을 위해 사용되어 상기 조향부(110)의 원격 제어 명령이나 측량지점을 측량용 로봇에 무선으로 전송할 때와, 측량용 로봇의 현재위치 좌표를 스마트기기에 전송하여 위치를 확인할 때 사용된다. 또한, 본발명의 블루투스 모듈은 동작전원이 3.3V이고 RS232인터페이스를 사용하며, 최소통신거리가 100m에서 안테나(451)의 추가연결 시 1,000m까지 연장이 가능한 것으로 사용하도록 한다.The
도 8과 도 9를 참조하여 상기 짐벌부(gimbal unit, 500)는, 상기 GPS 수신부(210)가 로봇 몸체부(100)의 상부면에 고정될 수 있도록 설치되며 정확한 GPS 위치정보 수신을 위해 GPS 수신부를 수평의 정립상태로 제어하는 수단으로, 상기 GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터(510a,510b)와 각도 조절부(520a,520b)가 구비된다. Referring to FIGS. 8 and 9, the
여기서, 상기 짐벌부에 구비된 2개의 DC모터(510a,510b)와 각도 조절부(520a,520b)는, X축 제어를 위한 DC모터(510a)의 회전축과 연결된 각도 조절부(520a)와. Y축 제어를 DC모터(510b)의 회전축과 연결된 각도 조절부(520b)를 통해 2개의 DC모터(510a,510b)의 회전에 따라 각도 조절부(520a,520b)가 각각 구동되어 상기 GPS 수신부가 수평의 정립상태로 제어될 수 있도록 한다(도 7의 (가), (나) 참조). Here, the two DC motors (510a, 510b) and the angle adjuster (520a, 520b) provided in the gimbal portion, and the angle adjuster (520a) connected to the rotating shaft of the DC motor (510a) for the X-axis control. The Y-axis control is driven by the rotation of the two DC motors (510a, 510b) through the angle adjuster (520b) connected to the rotation axis of the DC motor (510b), respectively, so that the GPS receiver It can be controlled to the horizontal upright state (see Fig. 7 (a), (b)).
또한, 상기 짐벌부(500)는, 상기 GPS 수신부의 X축, Y축 각도 정보를 검출하기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성측정유닛, 530)와, 상기 IMU의 검출값을 수신하여 X축, Y축의 DC모터(510a,510b)를 제어하여 GPS 수신부(210)가 수평의 정립상태로 제어되도록 하는 MCU(Micro Controller Unit, 마이크로컨트롤러, 541)를 갖는 시스템보드(System board, 540)가 더 구비된다.In addition, the
상기 IMU(530)는 상기 DC모터(510b)의 회전축과 연결된 각도 조절부(520b)에 고정되며, 시스템보드(540)는 로봇 몸체부(100)의 수납부(120)에 내장되도록 한다.The
또한, 상기 시스템보드(540)에는 짐벌부의 전원공급을 위한 별도의 전원부가 더 구비된다.In addition, the
또한, 상기 짐벌부는, GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터를 통한 각도 변화에 의해 로봇 몸체부의 상부면으로부터 GPS 수신부 간의 변화되는 높이를 검출하여 검출값을 상기 메인보드부의 DPS 모듈(410)에 전송하는 높이 검출부(550)가 더 구비된다.In addition, the gimbal unit, by detecting the change in height between the GPS receiver from the upper surface of the robot body by the angle change through the two DC motors for controlling the X axis and the Y axis of the GPS receiver, and the detected value DPS The
다시 말해서, 상기 짐벌부에 높이 검출부(550)를 구비시킨 이유는, GPS 측량 시 GPS 위성에서 송신된 전파를 GPS 수신부로 수신하여 GPS 위성과 GPS 수신부 간의 거리로 좌표값을 도출하기 때문에 전파 수신에 용이하도록 GPS 수신부를 수평의 정립상태로 유지시킴과 동시에 상기 짐벌부에 구비된 2개의 DC모터에 의해 변화되는 GPS 수신부의 높이 검출값을 DPS 모듈에 전송하여 GPS 측량의 정밀도를 향상시키기 위함이다.In other words, the
마지막으로, 도 2를 참조하여 상기 스마트기기(600)는, 상기 메인보드부(400)의 블루투스 모듈(450)을 통해 카메라부(300)의 비전정보와 GPS 측량부(200)의 GPS 위치정보 및 방위각 데이터를 수신하며 상기 조향부(110)에 원격 제어 명령을 송달하는 기기로서, 원격지에서의 측량용 로봇(10)에 대한 모니터링 및 제어가 가능하도록 한다.Lastly, referring to FIG. 2, the
여기서, 상기 스마트기기는 로봇 몸체부와 무선통신을 위해 블루투스 기능이 내장되어야함은 자명한 사실이며, 스마트폰(smart phone)과, 노트북 컴퓨터(notebook computer)와 같은 휴대가 용이한 PC가 사용되어진다.Here, it is obvious that the smart device has a built-in Bluetooth function for wireless communication with the robot body, and a portable PC such as a smart phone and a notebook computer is used. Lose.
한편, 측량용 로봇의 자율주행 및 수동주행 제어와 관련하여서는, 먼저, 자율주행 제어는 상기 스마트기기를 통해 작업자가 사전에 측량지점의 좌표값을 입력하면 무선통신에 의해 측량용 로봇에 구비된 GPS 측량부의 궤적제어부가 수행되어 측량용 로봇의 현재위치로부터 측량지점으로 자율주행되도록 하고, 수동주행 제어는 상기 카메라부의 비번정보(vision data)를 모니터링하며 작업자가 스마트기기를 조작하여 측량용 로봇의 조향부가 원격 제어되도록 하는 것이다.On the other hand, in relation to autonomous driving and manual driving control of the surveying robot, first, the autonomous driving control is a GPS provided to the surveying robot by wireless communication when the operator inputs coordinate values of the surveying point in advance through the smart device. The trajectory control unit of the surveying unit is performed to autonomously drive from the current position of the surveying robot to the surveying point, and the manual driving control monitors the vision data of the camera unit, and the operator manipulates the smart device to steer the surveying robot. To allow remote control.
상기 자율주행 및 수동주행 제어는 측량지점 좌표의 입력 여부에 따라 자동으로 선택되거나, 모드 선택부와 같은 입력수단을 두어 작업자가 수동으로 용이하게 선택 제어하도록 할 수도 있으며, 이를 통해 작업자가 사전에 측량지점을 선정하여 측량하거나 현장에서 직접 측량용 로봇을 제어하여 측량이 가능하다. The autonomous driving and manual driving control may be automatically selected according to the input of the survey point coordinates, or may have an input means such as a mode selector to allow the operator to manually select and control the manual manually. Surveying can be done by selecting and surveying a point or by controlling a surveying robot directly in the field.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템은, 방위각 검출을 위한 지자기센서와 궤적제어부, 위치보정부로 구성된 GPS 측량부와, GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터가 구비된 짐벌부(gimbal unit)가 설치된 측량용 로봇이 원격지의 스마트기기와 무선통신 되도록 구성됨으로써, 원격지에서의 제어에 의해 측량용 로봇이 측량지점으로 이동하며 측량을 수행하므로 위험지역의 자동화 측량이 가능하며 측량 인력 및 시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 사전에 측량지점을 선정하여 측량하거나 현장에서 직접 측량용 로봇을 제어하여 측량이 가능하다. As such, the robot-based automated GPS surveying system according to a preferred embodiment of the present invention is configured to control a GPS surveying unit consisting of a geomagnetic sensor, a trajectory control unit, and a position correction unit for detecting azimuth, and an X-axis and a Y-axis of the GPS receiver. Since the surveying robot equipped with a gimbal unit equipped with two DC motors is configured to communicate wirelessly with a remote smart device, the surveying robot moves to the surveying point by remote control and performs a survey. Automated surveying of the area is possible, and the survey manpower and time can be drastically reduced. Survey points can be selected in advance or surveyed by controlling the surveying robot directly in the field.
또한, GPS 측량부와 지자기센서를 통해 GPS 위치정보와 방위각 정보를 동시에 수신, 검출하여 측량 정밀도 및 측량용 로봇의 위치 제어 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 2개의 DC모터가 구비된 짐벌부를 통해 GPS 수신부의 정립상태를 제어할 수 있어 정확한 GPS 위치정보 수신이 가능하여 측량 정밀도 향상에 용이한 효과가 있다.In addition, GPS location information and azimuth sensor can simultaneously receive and detect GPS location information and azimuth information to improve the measurement accuracy and positioning control accuracy of the robot for surveying. It is possible to control the upright state of the receiver, so that accurate GPS location information can be received, thereby improving the measurement accuracy.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10: 측량용 로봇 100: 로봇 몸체부(Robot body)
110: 조향부 110a 내지 110d: 4개의 DC모터
120: 수납부 130a,130b: 개폐수단
200: GPS 측량부 210: GPS 수신부
220: 궤적제어부 240: 위치보정부
300: 카메라부 310: 전방 카메라
320: 밑면 카메라 400: 메인보드부
410: DSP 모듈(digital signal processor module)
420: 지자기센서 430: 모터 드라이버 통신부
431: 모터 드라이버 440: 엔코터 데이터 수신부
441: 엔코더 450: 블루투스 모듈
451: 안테나 460: 전원부
500: 짐벌부(gimbal unit) 510a,510b: 2개의 DC모터
520a,520b: 각도 조절부
530: IMU(Inertial Measurement Unit)
541: MCU(Micro Controller Unit)
540: 시스템보드(System board)
550: 높이 검출부 600: 스마트기기10: surveying robot 100: robot body (Robot body)
110:
120: accommodating
200: GPS measurement unit 210: GPS receiver
220: trajectory control unit 240: position correction
300: camera unit 310: front camera
320: bottom camera 400: motherboard
410: DSP module (digital signal processor module)
420: geomagnetic sensor 430: motor driver communication unit
431: motor driver 440: encoder data receiver
441: encoder 450: Bluetooth module
451: antenna 460: power supply
500:
520a, 520b: angle adjuster
530: Inertial Measurement Unit (IMU)
541: micro controller unit (MCU)
540: system board
550: height detection unit 600: smart device
Claims (7)
상기 측량용 로봇(10)은, 원격지의 스마트기기에 의해 측량지점으로 자율주행 또는 수동주행 되도록 원격 제어되는 4개의 바퀴로 이루어진 조향부(110)가 구비된 로봇 몸체부(Robot body, 100)와;
상기 로봇 몸체부의 상부면에 설치된 GPS 수신부(210)를 통해 수신되어진 GPS 위치정보와 지자기센서를 통해 검출된 방위각 데이터에 의해 측량용 로봇의 현재위치와 측량지점으로의 궤적을 산출하여 측량용 로봇이 측량지점으로 주행될 수 있도록 프로그램화 되어진 GPS 측량부(200)와;
상기 GPS 측량부를 통해 측량지점으로 주행되어진 측량용 로봇의 위치오차를 줄여 정확한 측량지점으로 이동시키기 위해 로봇몸체부의 전방 및 밑면을 촬영한 비전정보(vision data)를 원격지의 스마트기기에 제공하는 카메라부(300)와;
상기 GPS 측량부의 프로그램이 내장된 DSP 모듈(digital signal processor module, 410)이 설치되며, 스마트기기와의 무선통신과 전원공급 및 로봇 몸체부 전체를 제어하기 위한 장치들이 설치된 메인보드부(400) 및;
상기 GPS 수신부(210)가 로봇 몸체부(100)의 상부면에 고정될 수 있도록 설치되며 정확한 GPS 위치정보 수신을 위해 GPS 수신부가 수평의 정립상태로 제어되도록 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터(510a,510b)와 각도 조절부(520a,520b)가 구비된 짐벌부(gimbal unit, 500)가 포함되며,
또한, 상기 측량용 로봇(10)의 메인보드부를 통해 카메라부(300)의 비전정보와 GPS 측량부(200)의 GPS 위치정보 및 방위각 데이터를 수신하며 상기 조향부에 원격 제어 명령을 송달하는 스마트기기(600)가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템.
Using a surveying robot In robot-based automated GPS surveying system,
The surveying robot 10 includes a robot body 100 having a steering unit 110 made up of four wheels remotely controlled to be autonomous or manual driving to a surveying point by a remote smart device. ;
The surveying robot calculates a trajectory to the current position and the surveying point of the surveying robot by using the GPS position information received through the GPS receiver 210 installed on the upper surface of the robot body and the azimuth data detected by the geomagnetic sensor. A GPS surveying unit 200 programmed to travel to a surveying point;
Camera unit that provides vision information (vision data) photographing the front and bottom of the robot body to the remote device to reduce the position error of the surveying robot driven to the surveying point through the GPS surveying unit to move to the accurate surveying point. 300;
The DSP module (410) with the program of the GPS surveying unit is installed, and the main board unit 400 is provided with devices for wireless communication, power supply, and overall control of the robot body with the smart device. ;
The GPS receiver 210 is installed to be fixed to the upper surface of the robot body portion 100 and two DC to control the X-axis, Y-axis so that the GPS receiver is controlled in a horizontal upright state for accurate GPS position information reception A gimbal unit 500 including motors 510a and 510b and angle adjusters 520a and 520b is included.
In addition, smart to receive the vision information of the camera unit 300, the GPS position information and the azimuth angle data of the GPS measurement unit 200 through the main board of the surveying robot 10, and transmits a remote control command to the steering unit. Robot-based automated GPS surveying system, characterized in that the device further comprises 600.
상기 GPS 측량부(200)는, 상기 GPS 수신부(210)와 지자기센서(420)를 통해 수신 및 검출된 측량용 로봇의 현재위치와 방향 데이터 및 사전에 입력된 측량지점의 좌표 데이터를 분석하여 측량용 로봇의 현재위치를 인식하고 측량용 로봇이 측량지점으로 자율 주행될 수 있도록 궤적을 제어하는 궤적제어부(220)가 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템.
The method according to claim 1,
The GPS surveying unit 200 surveys by analyzing current position and direction data of a surveying robot received and detected through the GPS receiver 210 and the geomagnetic sensor 420 and coordinate data of a surveying point previously input. Robot-based automated GPS surveying system characterized in that the trajectory control unit 220 for recognizing the current position of the robot for controlling the trajectory so that the surveying robot can autonomously travel to the survey point.
상기 GPS 측량부(200)는, 상기 GPS 수신부(210)를 통해 수신 된 측량용 로봇의 현재위치에 대한 위치정보 오차를 보정하기 위해 칼만필터(Kalman filter)를 이용한 위치보정부(230)가 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 자동화 GPS 측량시스템.
The method according to claim 1,
The GPS survey unit 200 is provided with a position correction unit 230 using a Kalman filter to correct the position information error of the current position of the surveying robot received through the GPS receiver 210. Robot-based automated GPS surveying system, characterized in that.
상기 카메라부(300)는, 상기 로봇 몸체부(100)의 전방 비전정보를 수집하는 전방 카메라(310)와, 상기 GPS 수신부(210)와 수직선 상에 위치될 수 있도록 로봇 몸체부의 밑면에 설치되며 상기 로봇 몸체부의 밑면 비전정보를 수집하는 밑면 카메라(320)로 구성되며, 상기 전방 카메라와 밑면 카메라는 CCD 이미지 센서(CCD image sensor)를 갖는 RF 무선 카메라인 것을 특징으로 하는 로봇기반의 GPS 측량시스템.
The method according to claim 1,
The camera unit 300 is installed on the bottom of the robot body so that the front camera 310 to collect the front vision information of the robot body 100 and the GPS receiver 210 can be located on a vertical line. A robot-based GPS surveying system comprising a bottom camera 320 for collecting the bottom vision information of the robot body, wherein the front camera and the bottom camera are RF wireless cameras having a CCD image sensor. .
상기 메인보드부(400)는, 측량용 로봇의 방위각을 검출하여 상기 DSP 모듈(410)에 전송하는 지자기센서(420)와, 상기 조향부(110)에 구비된 DC모터의 구동 제어를 위해 모터 드라이버(431)와 통신하는 모터 드라이버 통신부(430)와, 상기 조향부에 구비된 DC모터의 회전수를 측정하는 엔코더(441)의 측정값을 수신하는 엔코더 데이터 수신부(440)와, 스마트기기와 무선통신을 위한 블루투스 모듈(Bluetooth module, 450)과, 로봇 몸체부(100) 전반에 전원공급을 위한 14.6V, 5,600mAh를 갖는 배터리로 구성된 전원부(460)가 더 포함되어 설치되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 GPS 측량시스템.
The method according to claim 1,
The main board unit 400 is a geomagnetic sensor 420 for detecting the azimuth angle of the surveying robot and transmitting it to the DSP module 410, and the motor for controlling the drive of the DC motor provided in the steering unit 110 A motor driver communication unit 430 for communicating with the driver 431, an encoder data receiving unit 440 for receiving a measured value of the encoder 441 for measuring the rotational speed of the DC motor provided in the steering unit, and a smart device; Bluetooth module for wireless communication (450) and a power supply unit 460 consisting of a battery having a 14.6V, 5,600mAh for supplying power to the overall robot body portion 100 is further included and installed Robot-based GPS surveying system.
상기 짐벌부(gimbal unit, 500)는, 상기 GPS 수신부(210)의 X축, Y축 각도 정보를 검출하기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성측정유닛, 530)와, 상기 IMU의 검출값을 수신하여 X축, Y축의 DC모터(510a,510b)를 제어하여 GPS 수신부가 수평의 정립상태로 제어되도록 하는 MCU(Micro Controller Unit, 마이크로컨트롤러, 541)를 갖는 시스템보드(System board, 540)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 GPS 측량시스템.
The method according to claim 1,
The gimbal unit 500 receives an IMU (Inertial Measurement Unit) for detecting X and Y axis angle information of the GPS receiver 210 and a detection value of the IMU. System board (540) having an MCU (Micro Controller Unit, microcontroller, 541) to control the DC motor (510a, 510b) of the X-axis, Y-axis so that the GPS receiver is controlled in a horizontal upright position. Robot-based GPS surveying system, characterized in that provided.
상기 짐벌부(500)는, GPS 수신부의 X축, Y축을 제어하는 2개의 DC모터(510a,510b)를 통한 각도 변화에 의해 로봇 몸체부(100)의 상부면으로부터 GPS 수신부(210) 간의 변화되는 높이를 검출하여 검출값을 상기 메인보드부(400)의 DPS 모듈(410)에 전송하는 높이 검출부(550)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇기반의 GPS 측량시스템.The method of claim 6,
The gimbal unit 500 is a change between the GPS receiver 210 from the upper surface of the robot body 100 by the angle change through the two DC motors (510a, 510b) for controlling the X-axis, Y-axis of the GPS receiver. Robot-based GPS surveying system, characterized in that the height detection unit 550 is further provided for detecting the height to be transmitted to the DPS module (410) of the main board unit 400.
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