KR101418330B1 - 자기 마커 위치 검지 방법 - Google Patents

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홍재성
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Abstract

본 발명은 복수 개의 자기 감지부를 이용하여 자기 마커의 자속 밀도를 검출하는 단계, 자기 감지부 각각에서 검출된 자속 밀도의 합과 차를 이용하여 자속 비율을 계산하는 단계 및 자속 비율에 설정된 자기 마커의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 마커 위치 검지 방법{METHOD FOR DETECTING LOCALIZATION OF A MAGNET MARKER}
본 발명은 자기 마커 위치 검지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 자기 감지부에서 자속 밀도를 감지하고 이를 통해 자기 마커의 위치를 검지하는 자기 마커 위치 검지 방법에 관한 것이다.
도로에 일정한 간격으로 자기 마커를 매설하고 그 자속 밀도를 감지하여 자기 마커의 위치를 추정하는 방법은 저렴한 비용과 간편성으로 인해 무인 운전 등에 널리 연구되어 왔다.
이러한 방법에서는 자기 센서가 사용되는데, 자기 센서의 구성 방안에 따라 3축 센서를 사용하는 3축 센서 방식과 1축 센서를 배열하여 사용하는 1축 센서 배열 방식으로 구분된다.
1축 센서 배열 방식은 지자기의 영향으로 인해 보정이 필요한 3축 센서 방식에 비해 지자기 등 자기 센서에 공통으로 부가되는 오차성분을 쉽게 제거할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 1축 센서 배열 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 2007-0092845호(2007.09.14)의 '자동운송차량 자계안내 시스템의 지자계 제거 방법 및 장치'에 개시되어 있다.
종래의 1축 센서 배열 방식은 1축 자기 센서를 촘촘히 배치하여 정밀도를 향상시켰으나, 상기한 바와 같이 1축 자기 센서를 촘촘히 배치하여야 하므로 자기 센서 자체의 크기와 비용 등의 문제로 한계가 있었다.
이에 따라, 거리에 따라 자기력이 비교적 선형으로 분포하는 구간을 이용하여 보간하는 방안이 제안되었으나 이 방안은 선형 구간에 맞춰서 자기 센서의 간격을 조정해야 하는 문제점이 있었다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수 개의 자석 감지부에서 각각 측정된 자기력의 관계를 이용하여 선형성이 증가된 관계식을 도출하고 이 관계식을 이용하여 자기 감지부 사이에 있는 자기 마커의 위치를 검지하는 자기 마커 위치 검지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자기 마커의 위치를 검지하는 데 소요되는 비용을 감소시킨 자기 마커 위치 검지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 무인 차량이나 로봇 등의 자율 주행 시스템의 운영에 효과적으로 적용될 수 있는 자기 마커 위치 검지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 자기 마커 위치 검지 방법은 복수 개의 자기 감지부를 이용하여 자기 마커의 자속 밀도를 검출하는 단계; 상기 자기 감지부 각각에서 검출된 자속 밀도의 합과 차를 이용하여 자속 비율을 계산하는 단계; 및 상기 자속 비율에 설정된 상기 자기 마커의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 자속 비율은 상기 자속 밀도의 합에 대한 상기 자속 밀도의 차인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 자속 밀도는 상기 자기 마커의 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 자속 비율은 상기 자속 밀도가 상대적으로 가장 큰 2개를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 복수 개의 자기 감지부에서 각각 측정된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도를 이용하여 선형성이 증가된 관계식을 도출하고 이 관계식을 이용하여 자기 감지부 사이에 있는 자기 마커의 위치를 정확하게 검지한다.
본 발명은 자기 감지부에서 측정된 자속 밀도의 관계식과 자기 마커의 위치와의 선형성을 증가시켜 자기 마커 위치 측정 오차를 감소시킬 수 있고, 또는 이 관계식을 쉽게 연산할 수 있어 자기 마커의 위치를 검지하는 데 소요되는 비용을 감소시킨다.
본 발명은 자기 마커의 위치를 더욱 정확하게 검지하여 무인 차량이나 로봇 등의 자율 주행 시스템의 운영에 더욱 효과적으로 적용될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 장치가 자율 주행 시스템에 적용된 예를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커의 3축 자기 성분을 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 자기 감지부와 제2 자기 감지부에서 감지된 자속 밀도를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예의 z축 방향 자기 성분에 따른 비율이 이용되는 선형 구간을 나타낸 그래프이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법의 순서도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형성 비교 예를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 장치가 자율 주행 시스템에 적용된 예를 개념적으로 도시한 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커의 3축 자기 성분을 도시한 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 자기 감지부와 제2 자기 감지부에서 감지된 자속 밀도를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예의 z축 방향 자기 성분에 따른 비율이 이용되는 선형 구간을 나타낸 그래프이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 위치 검지 장치는 자속 감지 어셈블리(10), 계산부(20) 및 위치 추정부(30)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 위치 검지 장치는 도 2 에 도시된 바와 같이, 주행 도로에 매설된 자기 마커(50)의 위치를 검지하는 것으로써, 검지된 자기 마커(50)의 위치를 기반으로 자율 주행을 수행하는 자율 주행 시스템에 적용될 수 있으며, 이 자율 주행 시스템은 예를 들어, 자율 주행 차량, 로봇 등의 이동체(40)에 설치될 수 있다.
자속 감지 어셈블리(10)는 주행 도로(R)에 매설된 자기 마커(50)의 자속을 감지하는 제1 자기 감지부(11) 및 제2 자기 감지부(12)를 포함한다.
여기서, 자기 마커(50)의 자기 성분은 도 3 에 도시된 바와 같이, x축 방향 자기 성분과 y축 방향 자기 성분 및 z축 방향 자기 성분으로 이루어지는 데, 제1 자기 감지부(11) 및 제2 자기 감지부(12)는 지면으로부터 수직방향인 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도를 각각 감지한다.
이는 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도가 x축 방향 자기 성분과 y축 방향 자기 성분의 자속 밀도에 비해 지구 자기력의 영향을 상대적으로 작게 받기 때문이다. 그 결과, 제1 자기 감지부(11)와 제2 자기 감지부(12)가 x축 방향 자기 성분과 y축 방향 자기 성분에 비해 지구 자기력을 상대적으로 작게 받는 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도를 감지하여 자기 마커(50)의 위치를 더욱 정확하게 검지할 수 있다.
만약, 제1 자기 감지부(11)가 위치가 지점의 좌표를 원점이라고 할 경우, 제1 자기 감지부(11)로부터 주행 도로 등에 매설된 자기 마커(50)의 위치까지의 x, y, z 방향으로의 거리를 각각 x, y, z 라 할 때, 제1 자기 감지부(11)가 감지한 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도는 수학식 1과 같다.
Figure 112013039051343-pat00001
여기서, Bz1는 제1 자기 감지부(11)가 감지한 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도이고, Km은 마그네틱 상수로써 자속 밀도에 비례하는 값이며, offset은 지구 자기장 및 주변 자성물체 등에 발생하는 자속 성분이며, Noise는 제1 자기 감지부(11)가 자속을 측정할 때 발생하는 오차나 노이즈 성분이다.
또한, 제1 자기 감지부(11)로부터 y축 방향으로 거리 d만큼 떨어져 있는 제2 자기 감지부(12)가 감지한 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도는 수학식 2와 같다.
Figure 112013039051343-pat00002
Bz2는 제2 자기 감지부(12)가 감지한 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도이고, Km은 마그네틱 상수로써 자속 밀도에 비례하는 값이며, offset은 지구 자기장 및 주변 자성물체 등에 발생하는 자속 성분이며, Noise는 제2 자기 감지부(12)가 자속을 측정할 때 발생하는 오차나 노이즈 성분이다.
여기서, 제1 자기 감지부(11)에서 감지된 z축 방향의 자속 밀도(Bz1)와 제2 자기 감지부(12)에서 감지된 z축 방향의 자속 밀도(Bz2)는 도 4 의 원점으로부터의 거리에 따라 각각 도 4 에 도시된 바와 같이 나타난다.
참고로, 본 실시예에서는 자속 감지 어셈블리(10)가 제1 자기 감지부(11) 및 제2 자기 감지부(12)를 구비하는 것을 예시로 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 개수의 자기 감지부를 구비하는 것도 포함한다.
이 경우, 자속 감지 어셈블리(10)가 3개 이상의 자기 감지부로 이루어질 경우, 이들 자기 감지부 중 자속 밀도가 가장 큰 2개의 자기 감지부에 의해 감지된 자속 밀도를 이용하여 자기 마커(50)의 위치를 검지한다. 이는 자속 밀도가 크게 감지된 2개의 자기 감지부 중간지점에 자기 2마커가 위치하고 있기 때문이며 또한 자속밀도가 클 수록 상대적으로 노이즈가 작아 자기 마커(50)의 위치를 정확하게 검지할 수 있기 때문이다.
또한, 제1 자기 감지부(11)와 제2 자기 감지부(12)는 이동체(40)의 다양한 위치에 설치될 수 있으나, 자기 마커(50)의 위치 검지시, 실시간으로 변화될 수 있는 이동체(40)의 위치에 따라 이동체(40)의 주행 방향을 즉각적으로 결정할 수 있도록 이동체(40)의 전방에 설치될 수 있다.
제1 자기 감지부(11)에서 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz1)가 감지되고, 제2 자기 감지부(12)에서 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz2)가 감지되면, 계산부(20)는 제1 자기 감지부(11)에서 감지된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz1)와 제2 자기 감지부(12)에서 감지된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz2)의 합에 대한 차의 비율을 계산하여 z축 방향 자속 밀도의 자속 비율(R12)을 계산한다.
z축 방향 자속 밀도의 자속 비율은 하기의 수학식 3과 같이 계산된다.
Figure 112013039051343-pat00003
여기서, R12는 z축 방향 자속 밀도에 따른 자속 비율이고, Bz1는 제1 자기 감지부(11)에서 감지된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도이며, Bz2는 제2 자기 감지부(12)에서 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도이다.
이와 같이, 계산부(20)는 상기한 수학식 3에 나타낸 바와 같이, 제1 자기 감지부(11)에서 감지된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz1)와 제2 자기 감지부(12)에서 감지된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz2)의 합에 대한 차의 비를 통해 자속 비율(R12)을 계산함으로써, 도 5 에 도시된 바와 같이, 자속 비율(R12)의 선형성을 확보(Linear Region)할 수 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이 동그라미로 지시된 영역의 경우 상기한 수학식 3에 의해 산출한 자속 비율(R12)이 비교적 선형에 가깝게 선형을 유지하는 것을 알 수 있다. 이러한 선형성을 확보함으로써, 자속 비율(R12)을 통해 자기 마커(50)의 위치를 정확하게 검지할 수 있게 된다. 즉, 도 5 에서 자속 비율(R12)이 0일 때, 그 선형성에 따라 P점에 대응되는 자기 마커(50)의 위치가 0으로 나타나며, 이때 제1 자속 감지부(11)와 제2 자속감지부(12)의 중간점이 자기 마커(50)와 동일선상에 위치함을 알 수 있다.
위치 추정부(30)는 자속 비율(R12)에 따라 자기 마커(50)의 위치를 추정한다. 여기서, 자기 마커(50)의 위치는 자속 비율(R12)에 따라 각각 결정되는 바, 위치 추정부(30)는 계산부(20)에 의해 자속 비율(R12)이 계산되면 이 자속 비율(R12)에 따라 자기 마커(50)의 위치를 추출한다.
이와 같이, 계산부(20)에 의해 자속 비율(R12)의 선형성이 확보됨으로써, 위치 추정부(30)는 각 자속 비율(R12)에 따른 자기 마커(50)의 위치를 상대적으로 정확하게 추정할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법을 도 6 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법의 순서도이다.
도 6 을 참조하면, 제1 자기 감지부(11)가 수학식 1 과 같은 자기 마커(50)의 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz1)를 감지한다(S10).
제2 자기 감지부(12)가 수학식 2 와 같은 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz2)를 감지한다(S20).
다음으로, 계산부(20)가 제1 자기 감지부(11)에서 감지된 자기 마커(50)의 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz1) 및 제2 자기 감지부(12)에서 감지된 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도(Bz2)를 이용하여 수학식 3 을 통해 자속 비율(R12)을 계산한다(S30).
이와 같이, 자속 비율(R12)이 계산되면, 위치 추정부(30)가 자속 비율(R12)을 근거로 자속 비율(R12)에 따라 자기 마커(50)의 위치를 검출한다(S40). 즉, 위치 추정부(30)는 자속 비율(R12)의 선형성을 확보함으로써, 특정 자속 비율(R12)에 대응되는 자기 마커(50)의 위치를 그 선형성에 따라 정확하게 추정할 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형성 비교 예를 나타낸 그래프이다.
도 7 을 참조하면, 종래의 자기 마커 위치 검지 방법(existing)과 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법(proposed)의 선형성을 비교할 수 있다.
제1 자기 감지부(11)와 제2 자기 감지부(12)의 간격이 8cm에서 2cm로 줄었을 경우, 종래의 자기 마커 위치 검지 방법은 선형성이 훼손되는 데 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법은 선형성이 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 자속 비율의 선형성을 확보한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법은 표 1 에 나타난 바와 같이, 종래의 자기 마커 위치 검지 방법에 비해 자기 마커(50)의 위치를 더욱 정확하게 검지할 수 있다.
위치 검지 결과 비교표
x dev y dev mean square
종래 기술 -3.6mm -43-.3mm 5.6mm
본 발명 -2.3mm -2.3mm 3.3mm
참고로, 표 1 은 시속 60km/h로 20°방향으로 이동하는 이동체(40)에 샘플링레이트 1㎑의 제1 자기 감지부(11)와 제2 자기 감지부(12)가 5cm 간격으로 배치되어 자기 마커(50)의 위치를 검지하였을 경우, 종래 기술의 자기 마커 위치 검지 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 위치 검지 방법 간의 오차를 나타내었다.
표 1 을 참조하면, 본 발명의 자기 마커 위치 검지 방법은 종래 기술에 비해 자기 마커(50)의 위치 검지 오차를 크게 감소시켰음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법은 자속 비율(R12)의 선형성을 확보할 수 있어 제1 자기 감지부(11)와 제2 자기 감지부(12) 사이에 있는 자기 마커(50)의 위치를 더욱 정확하게 검지한다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 마커 위치 검지 방법은 자기 감지부(10)의 크기와 개수를 감소시켜 자기 마커(50)의 위치를 검지하는 데 소요되는 비용을 크게 감소시킬 수 있고, 이를 통해 무인 차량이나 로봇 등의 자율 주행 시스템의 운영에 더욱 효과적으로 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 자속 감지 어셈블리 11: 제1 자기 감지부
12: 제2 자기 감지부 20: 계산부
30: 위치 추정부 40: 이동체
50: 자기 마커 R: 주행 도로

Claims (4)

  1. 복수 개의 자기 감지부를 이용하여 자기 마커의 자속 밀도를 검출하는 단계;
    상기 자기 감지부 각각에서 검출된 자속 밀도의 합과 차를 이용하여 자속 비율을 계산하는 단계; 및
    상기 자속 비율에 설정된 상기 자기 마커의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 자기 마커 위치 검지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자속 비율은 상기 자속 밀도의 합에 대한 상기 자속 밀도의 차인 것을 특징으로 하는 자기 마커 위치 검지 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자속 밀도는 상기 자기 마커의 z축 방향 자기 성분의 자속 밀도인 것을 특징으로 하는 자기 마커 위치 검지 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 자속 비율은 상기 자속 밀도가 상대적으로 가장 큰 2개를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 자기 마커 위치 검지 방법.
KR1020130049664A 2013-05-02 2013-05-02 자기 마커 위치 검지 방법 KR101418330B1 (ko)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002169614A (ja) 2000-11-30 2002-06-14 Aichi Steel Works Ltd 車両位置検出装置
JP2010066074A (ja) 2008-09-09 2010-03-25 Toyota Auto Body Co Ltd 磁気マーカー検出装置

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