KR101537623B1 - 잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법 - Google Patents

잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법 Download PDF

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남동균
우종진
김동성
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Abstract

본 발명은 잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 경계 와이어에서 발생된 신호를 수신하는 수신 단계; 소정 시간 동안에서 수신된 신호의 최대값과 최소값을 결정하는 결정 단계; 해당 시간 동안에 최대값의 일정 범위 내에 있는 상측 변곡부와, 최대값의 일정 범위 내에 있는 하측 변곡부의 개수를 파악하고, 그 개수를 비교해서 신호를 수신하는 본체의 상기 경계 와이어에 대한 상대적 위치를 판단 단계;를 포함하고, 상기 상측 변곡부는 신호의 파형이 상승에서 하강으로 전환되는 부분을 의미하고, 상기 하측 변곡부는 신호의 파형이 하강에서 상승으로 전환되는 부분을 의미하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법을 제공한다.

Description

잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법{Lawn mower robot and Controlling Method for the same}
본 발명은 잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경계를 기준으로 본체의 위치를 파악할 수 있는 잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
잔디 깎기 장치(lawn mower)는 가정의 마당이나 운동장 등에 심어진 잔디를 다듬기 위한 장치이다. 이러한 잔디 깎기 장치는 가정에서 사용된 가정용과, 넓은 운동장이나 넓은 농장에서 사용되는 트랙터용 등으로 구분되기도 한다.
가정용 잔디 깎기 장치에는 사람이 직접 잔디 깎기를 뒤에서 끌고 다니며 잔디를 깍는 워크 비하인드(walk behind)타입과, 사람이 직접 손으로 들고 다니는 핸드 타입이 존재한다.
그러나, 두 타입의 잔디 깎기 장치 모두 사람이 직접 잔디 깎기 장치를 작동시켜야 하는 번거로움이 있다.
특히, 현대의 바쁜 일상 속에서 잔디 깎기 장치를 사용자가 직접 작동하여 마당의 잔디를 깍기 어려우므로, 잔디를 깎을 외부의 사람을 고용하는 것이 대부분이고, 이에 따른 고용 비용이 발생된다.
따라서, 이러한 추가적인 비용의 발생을 방지하고 사용자의 수고로움을 덜기 위한 자동로봇타입의 잔디 깎기 장치가 개발되고 있다. 이러한 자동로봇타입의 잔디깎기 장치가 원하는 영역 내에 존재하도록 제어하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 경계를 기준으로 본체의 위치를 파악할 수 있는 잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 경계 와이어에서 발생되는 신호를 감지해서 본체가 작업 영역 내부 또는 외부에 있는지를 감지할 수 있는 잔디 깎기 로봇 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 경계 와이어에서 발생된 신호를 수신하는 수신 단계;
소정 시간 동안에서 수신된 신호의 최대값과 최소값을 결정하는 결정 단계;
해당 시간 동안에 최대값의 일정 범위 내에 있는 상측 변곡부와, 최대값의 일정 범위 내에 있는 하측 변곡부의 개수를 파악하고, 그 개수를 비교해서 신호를 수신하는 본체의 상기 경계 와이어에 대한 상대적 위치를 판단 단계;를 포함하고,
상기 상측 변곡부는 신호의 파형이 상승에서 하강으로 전환되는 부분을 의미하고, 상기 하측 변곡부는 신호의 파형이 하강에서 상승으로 전환되는 부분을 의미하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 특정한 신호를 발생시키는 경계 와이어를 구비하는 경계 표시부;
상기 경계 와이어에 의해 발생된 신호를 수신해서, 일정 영역을 주행하는 본체;를 포함하고,
상기 본체는,
상기 경계 와이어에서 발신된 신호를 수신하는 수신부와,
소정 시간 동안 상기 수신부에서 수신된 신호의 파형을 분석해서 최대값과 최소값을 결정하고, 최대값의 일정 범위 내에 있는 상측 변곡부와 최소값의 일정 범위 내에 있는 하측 변곡부의 개수를 파악하고, 상측 변곡부와 하측 변곡부의 개수를 비교해서 상기 본체의 상기 경계 와이어에 대한 상대적인 위치를 판단하는 제어부;를 구비하며,
상기 상측 변곡부는 신호의 파형이 상승에서 하강으로 전환되는 부분을 의미하고, 상기 하측 변곡부는 신호의 파형이 하강에서 상승으로 전환되는 부분을 의미하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇을 제공한다.
본 발명에 따르면 경계를 기준으로 본체의 위치를 파악할 수 있다. 특히 경계 와이어에서 발생되는 신호를 감지해서 본체가 작업 영역 내부 또는 외부에 있는지를 감지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 경계 와이어를 기준으로 거리에 상관없이, 본체가 경계 와이어에 의해 구획되는 내부 공간에 있는지 외부 공간에 있는지를 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 잔디 깎기 로봇의 본체의 정면도.
도 2는 도 1의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 제어 흐름도.
도 4는 경계 와이어에 의해서 정의되는 내측 영역에서 수신되는 파형과, 본체와 경계 와이어의 배치를 설명한 도면.
도 5는 경계 와이어에 의해서 정의되는 외측 영역에서 수신되는 파형과, 본체와 경계 와이어의 배치를 설명한 도면.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 잔디 깎기 로봇의 본체의 정면도이고, 도 2는 도 1의 블록도이다. 이하 도 1 및 도 2를 참조해서 설명한다.
잔디 깎기 로봇은 이동이 가능하도록 마련되어서, 잔디를 절삭할 수 있는 본체(10)와 상기 본체(10)가 이동하면서 작업을 하는 작업 영역을 정의하는 경계 표시부(100)를 포함할 수 있다.
상기 경계 표시부(100)는 작업 영역의 경계를 형성하는 경계 와이어(110)를 포함하고, 상기 경계 와이어(110)에 전류를 공급할 수 있는 스테이션을 포함할 수 있다. 즉 상기 경계 와이어(110)는 스테이션에 연결되어서 스테이션에서 공급되는 전류에 의해서 전자기파를 발생시킬 수 있다.
잔디 깎기 로봇의 본체(10)에는 잔디를 절삭할 수 있는 절삭부(50)가 구비될 수 있다. 상기 절삭부(50)에는 날카로운 칼날이 회전되도록 하는 구성이 배치될 수 있다.
상기 본체(10)에는 상기 본체(10)를 원하는 방향으로 이동시키고, 회전시킬 수 있는 구동부(40)가 마련된다. 상기 구동부(40)는 복수 개의 회전가능한 바퀴를 포함할 수 있고, 각각의 바퀴는 개별적으로 회전될 수 있어서, 상기 본체(10)는 원하는 방향으로 회전될 수 있다.
상기 본체(10)에는 상기 경계 와이어(110)에서 발생되는 신호를 수신할 수 있는 수신부(30)를 포함할 수 있다. 상기 수신부(30)는 상기 경계 와이어(110)에 흐르는 전류에 의해서 발생되는 전자기파를 수신해서, 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)에 도달했는지, 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)에 의해서 형성되는 폐곡면 내에 존재하는지, 상기 경본체(10)가 상기 경계 와이어(110)를 따라서 주행하고 있는지 등에 관한 정보를 획득할 수 있다.
상기 본체(10)는 상기 수신부(30)에서 수신된 정보를 이용해서, 상기 구동부(40)를 구동할 수 있다. 즉 상기 제어부(20)는 상기 감지부(30)에서 측정한 정보를 이용해서 상기 본체(10)의 주행을 제어할 수 있다. 또한 상기 제어부(20)는 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)를 따라서 이동하는 동안에 상기 본체(10)의 이동 궤적에 따른 좌표 정보를 획득해서, 상기 경계 와이어(110)에 의해서 정의되는 작업 영역에 관한 지도를 작성하는 것도 가능하다.
특히 상기 제어부(20)는 작업 영역에 관한 좌표 정보를 이용해서, 상기 본체(10)가 작업을 시작하기 전에 이동하기 위한 시작점 등을 설정할 수 있고, 해당 시작점으로 상기 본체(10)가 이동하도록 상기 구동부(40)를 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부(20)는 작업 시작점으로 상기 본체(10)를 이동시킨 후에는 상기 절삭부(50)를 구동해서 잔디를 깎는 작업을 시작하도록 할 수 있다.
한편 상기 제어부(20)는 상기 수신부(30)에서 수신된 신호를 분석하고, 분석된 신호에 따라 상기 경계 와이어(110)에 대한 상기 본체(10)의 상대적인 위치를 판단할 수 있다.
즉 신호를 분석해서, 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)에 의해서 정의되는 작업 영역의 내부(즉 경계 와이어에 의해서 형성되는 폐곡면)에 위치하는지, 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)에 의해서 정의되는 작업 영역의 외부에 위치하는지를 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제어 흐름도이고, 도 4는 경계 와이어에 의해서 정의되는 내측 영역에서 수신되는 파형과, 본체와 경계 와이어의 배치를 설명한 도면이며, 도 5는 경계 와이어에 의해서 정의되는 외측 영역에서 수신되는 파형과, 본체와 경계 와이어의 배치를 설명한 도면이다. 이하 도 3 내지 도 5를 참조해서 설명한다.
상기 경계 표시부(100)에서 상기 경계 와이어(110)에 일정한 주기를 가지는 교류 전류를 공급할 수 있다. 교류 전류는 일정한 파형을 가지기 때문에, 상기 경계 와이어(110)에는 일정한 주기를 가지는 신호, 즉 전자기파가 발생할 수 있다.
한편 상기 경계 와이어(110)는 교류 전류가 흐를 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 수신부(30)에서는 상기 경계 와이어(110)에서 발생되는 신호를 수신할 수 있다(S10).
상기 경계 와이어(110)에는 교류 전류가 흐르기 때문에, 주위에 전자기장이 형성될 수 있다. 따라서 상기 수신부(30)가 상기 경계 와이어(110)에 다가가게 되면 상기 수신부(30)에 상기 경계 와이어(110)로부터 유도 전압이 발생될 수 있다.
소정 시간 동안에 상기 수신부(30)에서 수신된 신호의 최대값과 최소값을 결정할 수 있다(S20).
상기 수신부(30)에서는 소정 시간 동안에 신호를 수신한 후에, 해당 신호를 상기 제어부(20)에 제공할 수 있다. 이때 소정 시간은 최소한 신호의 한 주기 이상이 획득될 수 있는 시간인 것이 바람직하다.
한편 주기가 대략 100회 정도 반복되는 정도의 데이터를 획득하는 것도 가능한데, 이러한 경우 소정 시간은 대략 1ms를 의미할 수 있다. 물론 이는 해당 신호의 특성상 다양하게 변화되는 것도 가능하다.
도 4(a) 또는 도 5(a)에서와 같이 해당 신호의 파형에서 최대값과 최소값은 획득된 유도 전압의 수치에 의해서 결정된다. 각각의 도면에서 신호의 최대값은 세로축의 가장 위쪽에 위치하는 값이고, 신호의 최소값은 세로축의 가장 아래쪽에 위치하는 값이다.
이때 상기 수신부(30)에서 수신된 전압은 모두 0보다 큰 양의 값을 가지기 때문에, 최대값과 최소값은 모두 0보다 큰 값을 가진다.
본 발명에서 최대값과 최소값을 하나로 선택하지 않고, 수신한 신호에 따라 결정하는 것은 상기 수신부(30)는 발생된 유도 전압에 의해서 신호를 획득하고, 해당 신호의 크기는 상기 경계 와이어(110)와 상기 본체(10)의 거리에 따라 달라지기 때문이다. 즉 최대값과 최소값을 하나로 선택해서 매 상황에서 일괄적으로 적용하면, 잘못된 정보를 획득할 수 있다는 문제가 있을 수 있다.
최대값과 최소값을 결정하면, 해당 시간 동안에 최대값의 일정 범위 내에 있는 상측 변곡부와, 최대값의 일정 범위 내에 있는 하측 변곡부의 개수를 파악한다(S30).
상기 상측 변곡부는 신호의 파형이 상승에서 하강으로 전환되는 부분을 의미하고, 상기 하측 변곡부는 신호의 파형이 하강에서 상승으로 전환되는 부분을 의미한다.
본 발명에서는 수신된 신호의 파형을 분석하고, 위상을 x축으로 하고, 진폭을 y축으로 설정했을 때에, 기울기의 상승 또는 하강의 패턴을 분석한다.
즉 상기 상측 변곡부는 신호가 상승하는 기울기에서 하강하는 기울기를 가지는 부분이고, 상기 하측 변곡부는 신호가 하강하는 기울기에서 상승하는 기울기를 가지는 부분을 의미한다.
이때 최대값과 최소값을 기준으로 10% ~ 30%의 범위 내에 존재하는 파형에 있어서, 상측 변곡부와 하측 변곡부의 개수를 파악하는 것이 가능하다. 물론 일정 범위라 함은 다양하게 변형되는 것이 가능하다.
따라서 도 4(a)에 도시된 것처럼, 최대값의 일정 영역(일정 범위)에 해당하는 부분, 즉 신호의 상측에 위치하는 부분 내에 존재하는 상측 변곡부는 8개로 파악될 수 있다.
반면에 최소값의 일정 영역(일정 범위)에 해당하는 부분, 즉 신호의 하측에 위치하는 부분 내에 존재하는 하측 변곡부는 3개로 파악될 수 있다.
그리고 상기 상측 변곡부의 개수와 상기 하측 변곡부의 개수를 서로 비교한다(S40). 이때 비교된 개수를 이용해서 상기 본체(10)의 상기 경계 와이어(110)에 대한 상대적인 위치를 결정할 수 있다.
도 4(a)와 같은 신호가 수신되어서, 상기 상측 변곡부의 개수가 상기 하측 변곡부의 개수보다 크면, 경계 와이어에 의해서 정의되는 작업 영역의 내측에 상기 본체가 위치하는 것으로 판단할 수 있다(S42).
이러한 상태의 상기 본체(10)와 상기 경계 와이어(110)의 상대적인 위치는 도 4(b)에 도시된다. 즉 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)의 내측 공간에 있으면, 상측 변곡부의 개수가 하측 변곡부의 개수보다 많도록 상기 수신부(30)로 신호가 수신될 수 있다.
반면에, 도 5(a)와 같은 신호가 수신되어서, 상기 하측 변곡부의 개수가 상기 상측 변곡부의 개수보다 크면, 경계 와이어에 의해서 정의된 작업 영역의 외측에 상기 본체가 위치하는 것으로 판단할 수 있다(S44).
이러한 상태의 상기 본체(10)와 상기 경계 와이어(110)의 상대적인 위치는 도 5(b)에 도시된다. 즉 상기 본체(10)가 상기 경계 와이어(110)의 외측 공간에 있으면, 상측 변곡부의 개수가 하측 변곡부의 개수보다 작도록 상기 수신부(30)로 신호가 수신될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
10: 본체 20: 제어부
30: 수신부 40: 구동부
50: 절삭부
100: 경계 표시부
110: 경계 와이어

Claims (13)

  1. 경계 와이어에서 발생된 신호를 수신하는 수신 단계;
    소정 시간 동안에서 수신된 신호의 최대값과 최소값을 결정하는 결정 단계;
    해당 시간 동안에 최대값의 일정 범위 내에 있는 상측 변곡부와, 최대값의 일정 범위 내에 있는 하측 변곡부의 개수를 파악하고, 그 개수를 비교해서 신호를 수신하는 본체의 상기 경계 와이어에 대한 상대적 위치를 판단 단계;를 포함하고,
    상기 상측 변곡부는 신호의 파형이 상승에서 하강으로 전환되는 부분을 의미하고, 상기 하측 변곡부는 신호의 파형이 하강에서 상승으로 전환되는 부분을 의미하고,
    상기 수신 단계에서는,
    상기 경계 와이어에 일정한 주기를 가지는 교류가 흐를 때에 발생되는 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결정 단계에서의 최대값과 최소값은 전압값이고, 모두 0보다 큰 양의 값인 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    최대값과 최소값은 상기 경계 와이어와 상기 본체의 거리에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판단 단계에서는,
    상기 상측 변곡부의 개수가 상기 하측 변곡부의 개수보다 크면, 경계 와이어에 의해서 정의되는 작업 영역의 내측에 상기 본체가 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 판단 단계에서는,
    상기 상측 변곡부의 개수가 상기 하측 변곡부의 개수보다 작으면, 경계 와이어에 의해서 정의되는 작업 영역의 외측에 상기 본체가 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇의 제어 방법.
  7. 작업 영역의 경계와 대응되도록 설치된 경계 와이어에서 발신된 신호를 수신하는 수신부와,
    소정 시간 동안 상기 수신부에서 수신된 신호의 파형을 분석해서 최대값과 최소값을 결정하고, 최대값의 일정 범위 내에 있는 상측 변곡부와 최소값의 일정 범위 내에 있는 하측 변곡부의 개수를 파악하고, 상측 변곡부와 하측 변곡부의 개수를 비교해서 신호를 수신하는 본체의 상기 경계 와이어에 대한 상대적인 위치를 판단하는 제어부;를 구비하며,
    상기 상측 변곡부는 신호의 파형이 상승에서 하강으로 전환되는 부분을 의미하고, 상기 하측 변곡부는 신호의 파형이 하강에서 상승으로 전환되는 부분을 의미하고,
    상기 경계 와이어에는 일정한 주기를 가지는 교류가 공급되어, 신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 경계 와이어에서 제공하는 신호에 의해서 발생된 유도 전압을 감지하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수신부에서 감지된 전압은 0보다 큰 양의 값인 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇.
  11. 제7항에 있어서,
    최대값과 최소값은 상기 경계 와이어와 상기 본체의 거리에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상측 변곡부의 개수가 상기 하측 변곡부의 개수보다 크면, 경계 와이어에 의해서 정의되는 작업 영역의 내측에 상기 본체가 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 상측 변곡부의 개수가 상기 하측 변곡부의 개수보다 작으면, 경계 와이어에 의해서 정의되는 작업 영역의 외측에 상기 본체가 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 잔디 깎기 로봇.
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