KR101470761B1 - 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 영상위치센서에서 주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 좌표산출부로 전송하면, 좌표산출부가 이동로봇의 전역좌표정보를 산출하고, 초음파센서에서 발생시킨 초음파로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 거리산출부로 전송하면, 거리산출부는 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출하고, 제어부에서 전역좌표정보 및 거리정보를 퍼지화, 퍼지제어 규칙 적용, 역퍼지화를 통해 명령정보를 출력하여 이동로봇의 자동 주차를 제어한다. 본 발명에 따르면, 주차 단계에서 자동 주차가 이루어지므로 원격조작자의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 퍼지제어를 통한 자동 주차를 수행함으로써 주차 속도와 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법{Parking Control Apparatus and Method for Omni-directional Telepresence Mobile Robot}

본 발명은 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇에 적용된 듀얼센서 감지신호의 퍼지제어를 통해 자동 주차를 수행하는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

텔레프레전스 기술이 발달하면서 다양한 텔레프레전스 플렛폼의 수요가 증대하고 있다.

이러한 요구에 따라 병원의 외진이나 공공장소의 안내 등을 위해 다양한 텔레프레전스 로봇이 개발되고 있으며, 이와 함께 텔레프레전스 로봇을 제어하는 다양한 방법도 제안되고 있다. 그 제어 방법 중 하나로서, 텔레프레전스 로봇을 전(全)방향으로 이동할 수 있게 구성하여 원격으로 제어하는 방법 등이 제안된 바 있다.

그러나, 종래 기술을 이용하여 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 주차 조작할 시에는, 카메라로 보지 못한 지역에 대한 원격 조작의 위험성과, 주차공간 내부에 바르게 주차하지 못하여 생기는 위험성이 존재한다. 즉, 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 정해진 구역에 원격제어를 통해 주차할 경우에는, 원격조작자가 주차 조작에 시간과 노력이 많이 소요된다.

이와 같이, 카메라를 이용하여 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 수동으로 원격조작 하는 방법은 카메라만을 사용하여 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 제어해야 하므로, 정해진 구역으로 주차 조작하는데 많은 시간이 필요할 뿐 아니라 위험성이 높다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0042269호(공개일 2011.04.26.)

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇에 듀얼센서를 적용하고, 듀얼센서의 감지신호를 퍼지제어함으로써 정해진 구역에 안전하고 신속하게 자동 주차할 수 있도록 하는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 제어하는 주제어기로 자동 주차 명령정보를 전달하는 주차 제어 장치에 관한 것으로서, 상기 주차 제어 장치는, 주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지하는 영상위치센서; 상기 영상위치센서로부터 전송된 감지신호로부터 상기 이동로봇의 전역좌표정보를 산출하는 좌표산출부; 발생시킨 초음파로부터 상기 이동로봇의 위치를 감지하는 초음파센서; 상기 초음파센서로부터 전송된 감지신호로부터 상기 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출하는 거리산출부; 및 상기 전역좌표정보와 상기 거리정보에 대해 퍼지제어 규칙에 따라 명령정보를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 명령정보는 상기 주변환경에 설치된 랜드마크의 인식을 통해 생성되는 것이 바람직하다.

상기 초음파센서는 상기 이동로봇의 주변에 방사상으로 다수 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 전역좌표정보를 퍼지화하는 전역좌표정보 퍼지화부; 상기 거리정보를 퍼지화하는 거리정보 퍼지화부; 퍼지화된 전역좌표정보와 거리정보를 퍼지제어 규칙에 적용하는 퍼지제어 규칙적용부; 및 상기 퍼지제어 규칙적용부로부터 출력되는 데이터를 역퍼지화시켜 상기 명령정보를 출력하는 역퍼지화부를 포함한다.

한편, 본 발명은 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 제어하는 주제어기로 자동 주차 명령정보를 전달하는 주차 제어 방법에 관한 것으로서, 영상위치센서에서 주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 좌표산출부로 전송하면, 상기 좌표산출부가 이동로봇의 전역좌표정보를 산출하는 단계; 초음파센서에서 발생시킨 초음파로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 거리산출부로 전송하면, 상기 거리산출부는 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출하는 단계; 제어부에서 상기 전역좌표정보 및 거리정보를 퍼지화하는 단계; 상기 제어부에서 퍼지화된 전역좌표정보와 거리정보를 퍼지제어 규칙에 적용하는 단계; 상기 제어부에서 퍼지제어 규칙이 적용된 데이터를 역퍼지화시켜 명령정보를 출력하는 단계; 및 상기 제어부에서 상기 명령정보를 상기 주제어기로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 퍼지제어 규칙은 5단계의 전역좌표정보와 5단계의 거리정보로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 명령정보는, X, Y 속도명령으로서 PB(Positive Big), PM(Positive Medium), PS(Positive Small)로 구성되고, θ 속도명령은 PB(Positive Big), PS(Positive Small), ZE(Zero)로 구성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법에 따르면, 주차 단계에서 자동 주차가 이루어지므로 원격조작자의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 퍼지제어를 통한 자동 주차를 수행함으로써 주차 속도와 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 주차 제어 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 주차 제어 장치의 제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 퍼지제어 규칙표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 영상위치센서의 입력에 대한 퍼지화 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파센서의 입력에 대한 퍼지화 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 퍼지제어 규칙에 따른 X, Y 속도명령 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 퍼지제어 규칙에 따른 θ 명령 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 자동 주차의 구상도이다.

본 발명의 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법은, 원격조작자가 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇(이하, "이동로봇"이라 함)을 원격 제어를 수행하다가 주차공간에 도달하면 이동로봇에 적용된 영상위치센서와 초음파센서로부터 생성된 감지신호를 입력으로 구성하여 퍼지제어를 통해 자동 주차를 수행한다. 이에 본 발명은 영상위치센서와 초음파센서로 이루어진 듀얼센서를 구성하고, 듀얼센서로부터 얻은 데이터를 사용하여 퍼지제어를 통해 자동 주차를 하는 기술에 관한 것이다.

한편, 본 발명의 도면 도시에 있어 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일 도면 부호를 부여할 수 있다. 그리고, 명세서 전체에서, 동일하게 반복되는 구성에 대해서는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "구성"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 기억장치를 구비한 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇은, 기본적으로 바퀴에 체결 또는 결합되어 바퀴를 회전시키는 모터(1)와, 바퀴의 회전수 및 회전각을 카운팅하는 엔코더(2)와, 엔코더(2)로부터 입력되는 카운팅값을 모니터링하여 모터(1)를 제어하는 주제어기(3)와, 주제어기(3)로부터 출력되는 제어신호에 대응한 구동신호를 모터(1)로 출력하는 모터 드라이버(4)를 포함한다. 여기서 주제어기(3)에는 본 발명의 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치(5)가 접속되어 있으며, 주차 제어 장치(5)는 명령정보를 생성하여 주제어기(3)로 전달함으로써 이동로봇의 자동 주차가 이루어지게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 주차 제어 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 주차 제어 장치(5)는, 랜드마크를 포함하는 주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지하는 영상위치센서(51)와, 영상위치센서(51)로부터 전송된 감지신호로부터 이동로봇의 전역좌표정보를 산출하는 좌표산출부(52)와, 발생시킨 초음파로부터 이동로봇의 위치를 감지하는 초음파센서(53)와, 초음파센서(53)로부터 전송된 감지신호로부터 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출하는 거리산출부(54)와, 전역좌표정보와 거리정보에 대해 퍼지제어 규칙에 따라 명령정보를 생성하는 제어부(55)를 포함한다.

여기서, 영상위치센서(51)로는 상용화된 스타게이저 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 영상위치센서(51)는 랜드마크를 통해 주차공간을 인식한다.

한편, 초음파센서(53)는 이동로봇의 주변에 방사상으로 다수 설치되는 것이 바람직하며, 사용환경에 대응하여 이동로봇의 일정 높이에 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 주차 제어 장치(5)는 영상위치센서(51)의 감지신호로부터 생성된 전역좌표정보와 초음파센서(53)의 감지신호로부터 생성된 거리정보를 이용하여 이동로봇의 이동제어를 위한 X, Y, θ 명령정보를 출력한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 주차 제어 장치의 제어부의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제어부(55)는, 전역좌표정보를 퍼지화하는 전역좌표정보 퍼지화부(551)와, 거리정보를 퍼지화하는 거리정보 퍼지화부(552)와, 퍼지화된 전역좌표정보와 거리정보를 퍼지제어 규칙에 적용하는 퍼지제어 규칙적용부(553)와, 퍼지제어 규칙적용부(553)로부터 출력되는 데이터를 역퍼지화시켜 X, Y, θ 명령정보를 출력하는 역퍼지화부(554)를 포함한다.

이와 같이 구성된 제어부(55)는 듀얼센서로부터 받은 입력을 퍼지화, 퍼지제어 규칙적용, 역퍼지화를 통해 이동로봇에게 명령을 내리기 위한 X, Y, θ 명령을 결정하게 된다.

그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 방법의 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 영상위치센서(51)에서 주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 좌표산출부(52)로 전송하면(S1), 좌표산출부(52)는 이동로봇의 전역좌표정보를 산출한다(S2).

한편, 초음파센서(53)에서 발생시킨 초음파로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 거리산출부(54)로 전송하면(S3), 거리산출부(54)는 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출한다(S4).

이에 제어부(55)에서는 전역좌표정보와 거리정보를 입력받아 퍼지처리를 수행하게 된다.

구체적으로, 전역좌표정보 퍼지화부(551)에서 전역좌표정보를 퍼지화하고, 거리정보 퍼지화부(552)에서 거리정보를 퍼지화한다(S5).

이어서, 퍼지제어 규칙적용부(553)에서는 퍼지화된 전역좌표정보와 거리정보를 퍼지제어 규칙에 적용한다(S6).

그리고, 역퍼지화부(554)에서는 퍼지제어 규칙적용부(553)로부터 출력되는 데이터를 역퍼지화시켜 X, Y, θ 명령정보를 출력한다(S7 ~ S8).

이에 X, Y, θ 명령정보가 주제어기(3)로 전달되고, 주제어기(3)에서는 명령정보에 대응하는 제어신호를 모터(1) 드라이브로 전달하여 모터(1)의 구동이 이루어지도록 제어한다.

한편, 본 발명에서는 센서(51, 53)로부터 들어오는 입력 정보를 주차공간과의 거리에 따라 5단계로 나누어 아주 가깝다, 가깝다, 중간, 멀다, 아주 멀다로 구분하여 퍼지화한다. 입력은 초음파 센서와 위치영상센서에 둘다 같이 적용되며 단계가 반대로 적용된다. 규칙표로부터 퍼지 제어 규칙을 적용하기 위해 각 센서의 입력에 가중치를 주었다. 가중치는 구간 별로 100, 70, 50, 30, 10을 주었으며 다른 센서에는 역순으로 적용된다. 이렇게 가중치가 적용된 값을 X, Y 명령과 θ 명령을 각각 3단계로 나누어 PB, PM, PS와 PB, PS, ZE로 구분하여 역퍼지화한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 퍼지제어 규칙표이다.

도 5를 참조하면, 퍼지제어 규칙표는 영상위치센서(51)와 초음파센서(53)에 의해 생성된 전역좌표정보와 거리정보에 대응하여 이동로봇의 명령정보를 결정하는 규칙을 나타낸 것이다. 총 25개의 규칙이 존재한다. 물론, 규칙의 개수는 전역좌표정보(5단계)와 거리정보(5단계)의 세분화를 통해 더욱 세분화될 수 있다.

한편, X, Y 속도명령은 PB(Positive Big), PM(Positive Medium), PS(Positive Small)로 구성하고, θ 속도명령은 PB(Positive Big), PS(Positive Small), ZE(Zero)로 구성한다. 물론, 명령 레벨은 더욱 세분화될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 영상위치센서의 입력에 대한 퍼지화 그래프이다.

도 6을 참조하면, 퍼지제어 영상위치센서(51) 입력변수에 대한 소속 함수로서, 현재 이동로봇과 주차공간과의 거리에 따라 소속된 값이 다르며, 이를 퍼지제어 규칙에 적용하여 이동로봇의 명령정보를 결정한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파센서의 입력에 대한 퍼지화 그래프이다.

도 7을 참조하면, 퍼지제어 초음파센서(53) 입력변수에 대한 소속 함수로서, 현재 이동로봇과 주차공간과의 거리에 따라 소속된 값이 다르며, 이를 퍼지제어 규칙에 적용하여 로봇의 이동 명령을 결정한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 퍼지제어 규칙에 따른 X, Y 속도명령 그래프이다.

도 8을 참조하면, 퍼지제어 X, Y 명령 출력변수에 대한 소속 함수로서, 영상위치센서(51)와 초음파센서(53)에 의해 생성된 전역좌표정보와 거리정보에 대해 퍼지제어 규칙에 따른 연산을 통해 출력되는 X, Y 명령을 소속된 구간에 따라 수치화하여 출력한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 퍼지제어 규칙에 따른 θ 명력 그래프 이다.

도 9를 참조하면, 퍼지제어 θ 명령 출력변수에 대한 소속 함수로서, 영상위치센서(51)와 초음파센서(53)에 의해 생성된 전역좌표정보와 거리정보에 의해 퍼지제어 규칙에 따른 연산을 통해 출력되는 θ명령을 소속된 구간에 따라 수치화하여 출력한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 자동 주차의 구상도이다.

도 10을 참조하면, 자동 주차의 구상도로서, 주차공간을 의미하는 랜드마크(붉은색부분)까지 주행하여 주차공간 앞까지 주행한 후 주차공간 안으로 측면으로 진입하여 주차를 완료한다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

1 : 모터 2 : 엔코더
3 : 주제어기 4 : 모터 드라이버
5 : 주차 제어 장치 51 : 영상위치센서
52 : 좌표산출부 53 : 초음파센서
54 : 거리산출부 55 : 제어부
551 : 전역좌표정보 퍼지화부 552 : 거리정보 퍼지화부
553 : 퍼지제어 규칙적용부 554 : 역퍼지화부

Claims (7)

1. 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 제어하는 주제어기로 자동 주차 명령정보를 전달하는 주차 제어 장치로서,
   상기 주차 제어 장치는,
   주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지하는 영상위치센서;
   상기 영상위치센서로부터 전송된 감지신호로부터 상기 이동로봇의 전역좌표정보를 산출하는 좌표산출부;
   발생시킨 초음파로부터 상기 이동로봇의 위치를 감지하는 초음파센서;
   상기 초음파센서로부터 전송된 감지신호로부터 상기 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출하는 거리산출부; 및
   상기 전역좌표정보와 상기 거리정보에 대해 퍼지제어 규칙에 따라 명령정보를 생성하는 제어부를 포함하는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 명령정보는 상기 주변환경에 설치된 랜드마크의 인식을 통해 생성되는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 초음파센서는 상기 이동로봇의 주변에 방사상으로 다수 설치되는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 전역좌표정보를 퍼지화하는 전역좌표정보 퍼지화부;
   상기 거리정보를 퍼지화하는 거리정보 퍼지화부;
   퍼지화된 전역좌표정보와 거리정보를 퍼지제어 규칙에 적용하는 퍼지제어 규칙적용부; 및
   상기 퍼지제어 규칙적용부로부터 출력되는 데이터를 역퍼지화시켜 상기 명령정보를 출력하는 역퍼지화부를 포함하는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 장치.
   
5. 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇을 제어하는 주제어기로 자동 주차 명령정보를 전달하는 주차 제어 방법으로서,
   영상위치센서에서 주변환경의 영상으로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 좌표산출부로 전송하면, 상기 좌표산출부가 이동로봇의 전역좌표정보를 산출하는 단계;
   초음파센서에서 발생시킨 초음파로부터 이동로봇의 위치를 감지한 감지신호를 거리산출부로 전송하면, 상기 거리산출부는 이동로봇과 물체와의 거리정보를 산출하는 단계;
   제어부에서 상기 전역좌표정보 및 거리정보를 퍼지화하는 단계;
   상기 제어부에서 퍼지화된 전역좌표정보와 거리정보를 퍼지제어 규칙에 적용하는 단계;
   상기 제어부에서 퍼지제어 규칙이 적용된 데이터를 역퍼지화시켜 명령정보를 출력하는 단계; 및
   상기 제어부에서 상기 명령정보를 상기 주제어기로 전달하는 단계를 포함하는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 퍼지제어 규칙은 5단계의 전역좌표정보와 5단계의 거리정보로 구성되는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 명령정보는,
   X, Y 속도명령으로서 PB(Positive Big), PM(Positive Medium), PS(Positive Small)로 구성되고, θ 속도명령은 PB(Positive Big), PS(Positive Small), ZE(Zero)로 구성되는 전방향 구동형 텔레프레전스 이동로봇의 주차 제어 방법.

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