KR101754975B1 - 배터리 위치 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 위치 제어 기술에 있어서, 특히 전기자동차에 자동으로 배터리를 교환해 주는 설비에서 배터리 장착 위치를 탐지해주는 배터리 위치 제어 장치에 관한 것으로, 배터리가 장착된 트레이 영역 또는 배터리가 장착될 트레이 영역을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상에서 적어도 하나의 마커를 식별하고, 상기 마커의 위치에 기준하여 상기 트레이 영역의 좌표 값을 산출하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 발명이다.

Description

배터리 위치 제어 장치{apparatus for controlling position of battery}

본 발명은 배터리 위치 제어 기술에 관한 것으로, 특히 전기자동차에 자동으로 배터리를 교환해 주는 설비에서 배터리 장착 위치를 탐지해주는 배터리 위치 제어 장치에 관한 것이다.

최근 전기자동차의 보급이 증가하면서 전기자동차의 배터리를 자동으로 교환해주는 설비가 개발되었다.

배터리 교환장비는 배터리가 장착된 위치 또는 배터리가 장착될 위치로 이동하여 배터리 교환 작업을 자동으로 실시한다. 이때, 보다 빠르고 정확하게 교환 작업이 수행되어야 하는데, 이를 위해 배터리 교환 위치를 빠르고 정확하게 탐지하는 기술이 요구된다.

종래 기술에서는 적어도 2개의 카메라를 사용하여 전기자동차의 진입 경로나 배터리 장착 위치를 여러 방향에서 촬영하고, 그 촬영된 영상들로 배터리 교환 위치를 산출하였다. 이때, 최초 산출된 배터리 교환 위치가 잘못된 경우에는 위치 보정을 통해 배터리 교환 위치를 조정하였다.

이러한 종래 기술에서는 정확한 위치 탐지를 위해 고해상도를 지원하는 고가의 카메라를 적어도 2대 이상 사용하여야 했다. 그에 따라, 전체 장비를 구축하는데 소요되는 비용이 부담되었으며, 고가의 카메라의 교체에 따른 유지 보수 비용도 많았다. 또한, 배터리 교환 위치를 탐지하는데 많은 시간이 소요되는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 전기자동차에 자동으로 배터리를 교환해 주는 설비에서 간단한 구조로 배터리 장착 위치를 탐지해주는 배터리 위치 제어 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고해상도가 요구되지 않는 저가의 카메라 단 1대만으로 전기자동차의 배터리 교환 위치를 탐지해 주는 배터리 위치 제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치의 특징은, 배터리 교환장비의 위치 제어를 수행하는 장치로서, 배터리가 장착된 트레이 영역 또는 배터리가 장착될 트레이 영역을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상에서 적어도 하나의 마커를 식별하고, 상기 마커의 위치에 기준하여 상기 트레이 영역의 좌표 값을 산출하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것이다.

바람직하게, 상기 배터리 교환장비에서 상기 트레이 영역까지의 거리를 측정하는 레이더를 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 제어기는 상기 레이더에서 측정된 거리와 상기 산출된 좌표 값을 조합하여 상기 배터리 교환장비의 이동을 위한 제어명령을 생성할 수 있다.

바람직하게, 상기 마커는 상기 트레이 영역에 표시되거나 상기 트레이 영역에 장착된 배터리에 표시될 수 있다.

바람직하게, 상기 마커는 상기 트레이 영역에 배치되거나 상기 트레이 영역에 장착된 배터리에 배치되는 발광표시소자일 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 카메라는 상기 발광표시소자에서 방출되는 광의 산란을 필터링하는 필터를 구비할 수 있다.

바람직하게, 상기 제어기는 상기 카메라의 촬영 영역에서 상기 트레이 영역의 중심점을 가상으로 지정하고, 상기 카메라에 의해 촬영 영상에서 식별된 하나의 마커를 상기 중심점으로 이동시키는 상기 좌표 값을 산출할 수 있다.

바람직하게, 상기 제어기는 상기 카메라의 촬영 영역에서 상기 트레이 영역의 중심점과 외곽 경계지점을 가상으로 지정하고, 상기 카메라에 의해 촬영 영상에서 식별된 제1마커를 상기 중심점으로 이동시키면서 기 카메라에 의해 촬영 영상에서 식별된 제2마커를 상기 외곽 경계지점으로 이동시키는 상기 좌표 값을 산출할 수 있다.

본 발명에 따르면, 단 1대의 카메라를 이용하여 배터리가 장착되는 트레이에 표시 또는 배치되는 마커(발광표시소자)나 트레이에 장착된 배터리에 표시 또는 배치되는 마커(발광표시소자)를 촬영하여 배터리 교환장비의 이동 방향을 제어하고, 또한 레이더를 이용하여 배터리가 장착될 또는 장착된 트레이까지의 거리도 산출할 수 있어서, 보다 정확한 배터리 교환 위치를 탐지해 준다.

본 발명에서는 보다 간단한 구조로 배터리 교환 위치를 탐지하기 때문에, 장비 구축 비용이나 유지 보수 비용을 현저히 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치의 구성을 나타낸 블록다이어그램,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치에서 배터리 교환장비의 이동 방향을 제어하는 일 예를 나타낸 다이어그램,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치에서 배터리 교환장비의 이동 방향을 제어하는 다른 예를 나타낸 다이어그램이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치의 구성을 나타낸 블록다이어그램이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 장치는 배터리 교환장비의 위치 제어를 수행하는 장치로서, 카메라(10)와 레이더(20)와 제어기(30)로 구성된다.

배터리 교환장비(1)는 배터리 교환 위치로 상하좌우 이동하여 전기자동차에 장착된 배터리를 탈거하거나 만충된 배터리를 전기자동차에 장착하기 위한 수단이다.

본 발명의 배터리 위치 제어 장치는 이러한 배터리 교환장비(1)의 이동위치를 정확하고 빠르게 제어하기 위한 것이다. 본 발명에서는 배터리가 트레이 영역에 장착되는 것으로 설명하나 그로만 한정하지는 않으며, 그에 따라 배터리 교환 위치는 배터리가 방전대상과의 전기적 연결을 위해 고정 안착되는 위치로 정의된다.

카메라(10)는 배터리가 장착된 트레이 영역 또는 배터리가 장착될 트레이 영역을 촬영한다. 카메라(10)의 촬영 영역은 고정되는 것이 바람직하다.

특히, 카메라(10)의 촬영 영역에서 일 지점을 트레이 영역의 중심점으로 지정할 수 있는데, 이를 위해 카메라(10)의 광학계에 가늠자와 같은 표시를 구비하거나 촬영 영상의 일 지점을 논리적인 표시자로서 가상으로 지정할 수 있다.

상기한 카메라(10)는 배터리 교환장비(1)를 평면상의 전후좌우 방향으로 이동시키기 위한 영상데이터를 생성하는 수단이다.

관련하여, 레이더(20)는 배터리 교환장비(1)를 평면상의 전후좌우 방향에 대해 수직방향으로 이동시키기 위한 거리 값을 생성하는 수단이다.

즉, 레이더(20)는 신호를 트레이 영역에 방출하고, 그에 반사된 신호를 수신하여 배터리 교환장비(1)에서 배터리가 장착된 또는 장착될 트레이 영역까지의 거리를 측정한다.

제어기(30)는 카메라(10) 및/또는 레이더(20)에서 생성된 데이터를 사용하여 배터리 교환장비의 이동을 위한 제어명령을 생성한다.

제어기(30)는 카메라(10)에 의해 촬영된 영상에서 적어도 하나의 마커(50)를 식별하고, 그 마커(50)의 위치에 기준하여 트레이 영역의 좌표 값을 산출한다.

부가적으로, 제어기(30)는 카메라(10)에 의해 촬영된 영상으로부터 산출한 좌표 값에 레이더(20)에 의해 측정된 거리 값을 더 이용하여 트레이 영역의 좌표 값을 산출한다.

즉, 제어기(30)는 상하 이동을 위한 거리 값과 전후좌우 이동을 위한 좌표 값을 조합하여 배터리 교환장비(1)의 이동을 위한 제어명령을 생성한다.

제어기(30)가 카메라(10)에 의해 촬영된 영상에서 식별하는 적어도 하나의 마커(50)는 배터리가 장착되는 트레이 영역에 표시되거나 그 트레이 영역에 장착된 배터리에 표시될 수 있다. 여기서, 트레이 영역에 표시되는 마커와 배터리에 표시되는 마커는 서로 구분될 수 있도록 다른 형상을 가질 수 있다.

특히, 마커(50)는 배터리가 장착되는 트레이 영역에 배치되거나 그 트레이 영역에 장착된 배터리에 배치되는 발광표시소자일 수 있다. 여기서, 트레이 영역에 배치되는 발광표시소자와 배터리에 배치되는 발광표시소자는 서로 구분될 수 있도록 다른 색의 광을 발광하는 소자일 수 있다.

본 발명에서는 마커(50)로서 발광표시소자 이외에 카메라(10)를 통해 인식될 수 있는 능동소자를 사용할 수 있다. 일 예로는, LED나 IR이나 레이저일 수 있다.

한편, 마커(50)로서 발광표시소자를 사용할 경우에 방출 광의 산란에 의해 식별이 어려울 수 있으므로, 카메라(10)가 발광표시소자에서 방출되는 광의 산란을 필터링하는 필터(11)를 더 구비할 수 있다. 필터(11)는 광의 산란을 제거함으로써 마커(50)의 선명도를 높일 수 있도록 해준다.

이상의 본 발명의 장치에서는 제어기(30)가 촬영된 영상에서 식별하는 마커(50)를 하나만 사용할 수도 있고, 2개 이상을 사용할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치에서 배터리 교환장비의 이동 방향을 제어하는 일 예를 나타낸 다이어그램으로, 제어기(30)가 하나의 마커(50)를 사용하여 제어하는 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 제어기(30)는 카메라(10)의 촬영 영역에서 트레이 영역의 중심점을 가상으로 지정한다.

이후에, 카메라(10)에서 촬영된 영상에서 마커(50)가 식별되면, 가상으로 지정된 트레이 영역의 중심점으로부터 그 식별된 마커(50)가 어느 정도 이격된 거리에 위치할 수 있다.

그에 따라, 제어기(30)는 카메라(10)의 촬영 영상에서 식별된 마커(50)를 가상으로 지정된 중심점으로 이동시키기 위한 좌표 값을 산출한다.

도 2의 예라면, 식별된 마커(50)를 A 방향으로 이동시켜 가상 중심점에 일치시키기 위한 좌표 값을 산출한다. 그 산출된 좌표 값으로 배터리 교환장비(1)를 이동시키기 위한 제어명령을 생성한다.

도 2의 예는 배터리의 사이즈를 미리 제어기(30)가 알고 있는 경우와 배터리가 틀어짐 없이 교환 위치로 진입하는 경우에 해당하는 것으로서, 가상으로 지정된 중심점에 마커(50)만을 일치시키는 좌표 값으로 배터리 교환장비(10)의 위치를 제어하는 것이다.

그러나, 다양한 배터리 사이즈에도 적용 가능하고 배터리가 틀어져서 교환 위치로 진입하는 경우에 대비하여, 적어도 2개 이상의 마커(51,52)를 사용하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 위치 제어 장치에서 배터리 교환장비의 이동 방향을 제어하는 다른 예를 나타낸 다이어그램으로, 제어기(30)가 2개의 마커(51,52)를 사용하여 제어하는 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 제어기(30)는 카메라(10)의 촬영 영역에서 트레이 영역의 중심점과 외곽 경계지점을 가상으로 지정한다. 여기서, 가상으로 지정되는 외곽 경계지점이 아닌 가상 중심점과 상이한 지점을 임의대로 정할 수도 있다.

이후에, 카메라(10)에서 촬영된 영상에서 제1마커(51)와 제2마커(52)가 식별되면, 가상으로 지정된 트레이 영역의 중심점으로부터 그 식별된 제1마커(51)가 어느 정도 이격된 거리에 위치할 수 있고, 또한 가상으로 지정된 트레이 영역의 외곽 경계지점으로부터 그 식별된 제2마커(52)가 어느 정도 이격된 거리에 위치할 수 있다.

그에 따라, 제어기(30)는 카메라(10)의 촬영 영상에서 식별된 제1마커(51)를 가상으로 지정된 중심점으로 이동시키면서 카메라(10)의 촬영 영상에서 식별된 제2마커(52)를 가상으로 지정된 외곽 경계지점으로 이동시키기 위한 좌표 값을 산출한다.

도 3의 예라면, 식별된 제1마커(51)를 B 방향으로 이동시켜 가상 중심점에 일치시키면서 식별된 제2마커(52)를 C 방향으로 이동시켜 가상 외곽 경계지점에 일치시키기 위한 좌표 값을 산출한다. 그 산출된 좌표 값으로 배터리 교환장비(1)를 이동시키기 위한 제어명령을 생성한다. 도 3의 예에서는 제1마커(51)와 제2마커(52)를 가상 중심점과 가상 외곽 경계지점에 일치시킴에 따라 소정 각도만큼 틀어진 경우에도 정확한 배터리 교환 위치를 탐지할 수 있다.

이상의 본 발명의 장치는 충전소에 진입하는 전기자동차를 위해 배터리 교환 위치를 탐지하는데 최적이나, 전기자동차가 충전을 위한 플러그를 탐지하는데도 적용할 수 있고, 드론과 같은 무인비행체가 자동으로 배터리 충전위치에 복귀할 때 착륙위치를 정확하게 탐지하는데도 적용 가능하다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 카메라
20: 레이더
30: 제어기

Claims (8)

1. 배터리 교환장비의 위치 제어를 수행하는 장치에 있어서,
   배터리가 장착된 트레이 영역 또는 배터리가 장착될 트레이 영역을 촬영하는 카메라;
   상기 배터리 교환장비에서 상기 트레이 영역까지의 거리를 측정하는 레이더; 그리고
   상기 카메라에 의해 촬영된 영상에서 적어도 하나의 마커를 식별하고, 상기 마커의 위치에 기준하여 상기 트레이 영역의 좌표 값을 산출하고, 상기 레이더에서 측정된 거리와 상기 산출된 좌표 값을 조합하여 상기 배터리 교환장비의 이동을 위한 제어명령을 생성하는 제어기를 포함하되,
   상기 마커는 상기 트레이 영역에 배치되어 발광하는 제1발광표시소자와, 상기 트레이 영역에 장착된 배터리에 배치되어 발광하는 제2발광표시소자를 포함하고,
   상기 제1발광표시소자와 상기 제2발광표시소자는 서로 구분되도록 다른 색의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 배터리 위치 제어 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 카메라는,
   상기 제1 및 제2 발광표시소자에서 방출되는 광의 산란을 필터링하는 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 위치 제어 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 카메라의 촬영 영역에서 상기 트레이 영역의 중심점을 가상으로 지정하고, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 통해 식별된 하나의 마커를 상기 중심점으로 이동시키는 상기 좌표 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 위치 제어 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 카메라의 촬영 영역에서 상기 트레이 영역의 중심점과 외곽 경계지점을 가상으로 지정하고, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 통해 식별된 제1마커를 상기 중심점으로 이동시키면서 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 통해 식별된 제2마커를 상기 외곽 경계지점으로 이동시키는 상기 좌표 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 위치 제어 장치.

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