KR101758736B1 - 감시 경계 로봇 시스템 및 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법 - Google Patents

감시 경계 로봇 시스템 및 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감시 경계 로봇 시스템 및 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법을 개시한다.
본 발명의 감시 경계 로봇 시스템은, 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하고, 상기 주행 경로 상에서 장애물이 검출되면 장애물 검출 정보를 생성하고, 상기 장애물을 회피하며 주행하는 다수의 제1로봇; 및 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하는 중 상기 장애물 검출 정보를 수신하고, 상기 장애물 검출 정보를 기초로 상기 제1로봇의 주행 경로를 추종하는 다수의 제2로봇;을 포함할 수 있다.

Description

감시 경계 로봇 시스템 및 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법{Guard and surveillance robot system and method for travelling of mobile robot}
본 발명은 감시 경계 로봇 시스템 및 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법에 관한 것이다.
로봇이란 사람의 모습을 한 인형 내부에 기계장치를 조립해 넣고, 손발과 그 밖의 부분을 본래의 사람과 마찬가지로 동작하는 자동인형을 말한다. 그러나 최근에는 사람의 모습 여부를 떠나서 자율적으로 어떠한 임무를 수행하는 자동 장치를 통칭하게 되었다. 특히 이동 로봇의 경우 극한 환경 또는 위험 지역에서 사람을 대신하여 작업을 수행할 수 있기 때문에 많은 각광을 받고 있다.
이동 로봇을 이용한 감시 경계 시스템을 운용할 경우, 로봇의 경로 상에 장애물 혹은 예상치 못한 환경의 변화를 감지하기 위하여 이동 로봇에 센서를 설치한다. 이 센서는 정확한 장애물 검출을 위하여 고가이고, 하나의 이동 로봇은 다수개의 센서를 이용한다.
종래에는 다수개의 이동 로봇을 이용한 감시 경계 시스템을 운용할 경우, 동일한 센서를 구비한 동일한 이동 로봇을 다수개 이용하였다. 이 경우 센서가 고가인 관계로 전체 시스템의 가격이 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비용 절감 및 효율적인 감시가 가능한 감시 경계 로봇 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다수의 이동 로봇을 포함하는 감시 경계 로봇 시스템은, 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하고, 상기 주행 경로 상에서 장애물이 검출되면 장애물 검출 정보를 생성하고, 상기 장애물을 회피하며 주행하는 다수의 제1로봇; 및 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하는 중 상기 장애물 검출 정보를 수신하고, 상기 장애물 검출 정보를 기초로 상기 제1로봇의 주행 경로를 추종하는 다수의 제2로봇;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다수의 이동 로봇을 포함하는 감시 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법은, 일정 간격으로 정렬된 다수의 제1로봇 및 다수의 제2로봇이 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하는 단계; 상기 제1로봇이 주행 경로 상의 장애물을 검출하면 장애물 검출 정보를 생성하여 상기 제2로봇으로 전송하고, 상기 장애물을 회피하며 주행하는 단계; 및 상기 제2로봇이 상기 장애물 검출 정보를 수신하고, 상기 장애물 검출 정보를 기초로 상기 제1로봇의 주행 경로를 추종하며 주행하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 감시 경계 시스템에서 운영되고 있는 다수의 로봇들의 기능을 일부 분담시킴으로써, 비용을 절감할 수 있고, 효율적인 감시 경계 시스템의 운용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 경계 로봇 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 경계 로봇 시스템에서 로봇의 주행 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 경계 로봇 시스템의 로봇 주행 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 경계 로봇 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
감시 경계 시스템은 국경선, 국가기반시설 및 공장. 플랜트 등의 특정 장소에 고정식 또는 이동식으로 설치되어 영상을 입력받아 사람 또는 이동 물체를 지속적으로 감시 또는 추적하는 시스템이다. 감시 경계 로봇 시스템은 다수의 로봇이 일정 간격으로 일정한 구역을 이동하면서 특정한 임무를 수행하는 시스템이다.
다수개의 이동 로봇을 이용하여 일정한 구역을 감시정찰 할 경우, 급격한 지형지물의 변화 및 장애물의 출현은 극히 제한된다. 또한 감시경계의 대상이 되는 국경선, 사회기반시설, 공항/항만의 경우, 사람 및 차량의 출입이 제한되므로 이동로봇의 경우 빈번한 장애물의 검지가 필요하지 않다. 그리고, 지형/지물의 변화에 대한 검지는 감시정찰을 위한 주기보다 길어도 문제가 없다. 또한 이런 지역의 경우, 포장도로 및 준포장도로인 경우가 대부분으로 지형지물의 변화가 상대적으로 적다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다수개의 이동 로봇을 사용하는 감시 경계 시스템은, 일부 로봇은 자기위치 인식 기능과 장애물 검출 기능을 동시에 갖게 하여 장애물을 검출하도록 하고, 나머지 로봇은 장애물 검출 기능을 생략하고 자기위치 인식 기능만 갖고, 장애물 검출 기능을 보유한 로봇이 지나간 궤적만을 정확하게 추종하도록 한다. 따라서, 일부의 이동 로봇에는 고가의 센서를 사용하는 장애물 검출 기능을 생략할 수 있어 비용을 절감할 수 있고, 효율적인 감시 경계 시스템의 운용이 가능하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 감시 경계 로봇 시스템은 중앙서버(10)와 다수의 로봇(20)을 포함한다. 중앙서버(10)와 다수의 로봇(20) 사이, 다수의 로봇(10)들 사이에는 유무선 통신이 가능하다.
중앙서버(10)는 로봇(20)으로부터 감시 지역의 영상을 수신하여 모니터링하고, 로봇(20)으로 기동 명령, 주행 명령 등 제어 명령을 전송한다.
로봇(20)은 일정한 구역을 이동하면서 특정한 임무를 수행하는 이동형 로봇으로, 하나 이상의 로봇(20)이 감시 지역을 정해진 주행 경로를 따라 일정 간격으로 이동하면서 감시 지역을 감시 정찰한다.
로봇(20)은 중앙서버(10)로부터 기동 명령을 수신하면 초기화 작업을 수행한 후 정해진 주행 경로를 주행하면서 영상 촬영을 시작한다. 로봇(20)은 중앙서버(10)로부터 주행 명령을 수신하면 주행 명령을 기초로 주행 경로를 조정하고, 조정된 주행 경로를 주행한다. 로봇(20)은 하나 이상의 시나리오에 따라 주행할 수 있다.
로봇(20)은 감시 지역의 영상을 촬영하여 중앙서버(10)로 전송한다. 로봇(20)은 총기 등의 무장 장치를 포함하여 필요한 경우 감지된 침입 표적에 대하여 발포가 가능할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 경계 로봇 시스템에서 로봇의 주행 방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 감시 경계 로봇 시스템에서 제1로봇(A; A1, A2)과 제2로봇(B; B1, B2, B3, B4)은 감시 지역을 정해진 주행 경로를 따라 일정 간격으로 이동하면서 감시 지역을 감시 정찰한다.
여기서, 제1로봇(A)은 전체 정렬 로봇 대열에서 선두 및 일정 간격마다 위치하고, 하나 이상의 제2로봇(B)은 두 개의 제1로봇(A) 사이에 배치된다. 예를 들어, 두 개의 제2로봇(B1, B2)은 두 개의 제1로봇(A1, A2) 사이에 배치될 수 있다.
제1로봇(A)은 자기위치 인식 기능 및 장애물 검출 기능을 갖는다. 제1로봇(A)은 자기위치를 인식하며, 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 감시한다. 그리고, 제1로봇(A)은 주행 경로 상에 장애물이 존재하는지를 판단하고, 장애물이 검출되면 장애물을 회피하기 위해 주행 경로를 일시적으로 변경하고, 다시 정해진 주행 경로를 따라 주행한다. 여기서, 장애물은 감시 지역 내에 고정되어 있는 임의의 물체일 수 있다. 제1로봇(A)은 장애물이 검출되면 장애물 검출 정보를 생성하고, 뒤따라 주행하는 제2로봇(B)으로 장애물 검출 정보를 전송한다. 장애물 검출 정보는 장애물의 위치 및 변경된 임시 주행 경로를 포함한다.
제1로봇(A)은 장애물 검출 정보를 브로드캐스팅하여 주행 경로 상의 모든 로봇들이 장애물 검출 정보를 수신할 수 있도록 하거나, 바로 뒤따르는 제2로봇(B)에게만 장애물 검출 정보를 전송하거나, 다음 제1로봇(A)과의 사이에 존재하는 하나 이상의 제2로봇(B)에게만 장애물 검출 정보를 전송할 수 있다.
제2로봇(B)은 자기위치 인식 기능을 갖고, 앞에서 주행하는 제1로봇(A)의 주행 경로를 추종한다. 제2로봇(B)은 자기위치를 인식하며, 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 감시한다. 그리고, 제2로봇(B)은 앞에서 주행하는 제1로봇(A)들 중 하나로부터 장애물 검출 정보를 수신하고, 장애물 검출 정보를 기초로 수신한 장애물 검출 정보를 전송한 제1로봇(A)이 일시적으로 변경한 임시 주행 경로로 주행하여 장애물을 회피한다.
제2로봇(B)은 뒤따르는 제2로봇(B)에게 수신한 장애물 검출 정보를 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 제1로봇(A)은 주행부(310), 카메라(320), 제어부(330), 저장부(380), 및 통신부(390)를 포함한다.
주행부(310)는 제1로봇(A)의 동력을 제공하는 부분으로, 전후좌우의 이동이 가능하도록 하는 바퀴, 방향 제어 장치, 구동 모터 등으로 구성될 수 있다.
카메라(320)는 피사체로부터 반사되는 빛을 검출하고 이를 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 카메라(320)는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 등의 이미지 센서와, 이미지 센서로 빛을 전달하는 렌즈 등으로 구성될 수 있으며, 제1로봇(A)이 이동하면서 카메라(320)를 통해 주변의 영상을 획득하는 것이 가능하다.
카메라(320)는 좌우 회전 및 상하 회전 기능에 의하여 주행 경로 주변을 촬영할 수 있고, 줌 기능에 의하여 특정 영역에 대한 영상을 확대하여, 더욱 자세히 관찰할 수 있다.
제어부(330)는 제1로봇(A)의 전반적인 동작을 제어하고, 영상 처리부(340), 위치 추정부(350), 장애물 검출부(360), 구동 제어부(370)를 포함한다.
영상 처리부(340)는 카메라(320)가 획득한 영상을 처리하고, 영상으로부터 주변 정보를 추출한다.
위치 추정부(350)는 영상 처리부(340)에서 출력된 영상을 이용하여 자신의 위치를 추정한다. 위치 추정부(350)의 정보 처리 과정은 여러 가지 알고리즘이 사용될 수 있는데, 대표적으로 동시적 위치 추적 및 지도 작성(simultaneous localization and mapping, SLAM) 기법이 사용될 수 있다. SLAM이란 제1로봇(A)이 상대 위치 값과 주변 환경을 이용하여 자신의 공간상 절대 위치를 예측하는 방법을 말한다.
장애물 검출부(360)는 주행 경로를 따라 주행하는 중에 주행 방향의 일정 거리 내에 위치하는 장애물을 검출한다. 장애물 검출부(360)는 제1로봇(A)의 거리측정센서, 초음파 센서, 적외선 센서 등을 이용하여 전방에 장애물이 존재하는지 여부 및 장애물 위치를 판별할 수 있다. 장애물 검출 방법은 다양한 종래의 방법이 사용될 수 있다.
구동 제어부(370)는 위치 추정 결과에 따라 주행 경로를 제1로봇(A)이 이동하는데 필요한 동작을 제어한다. 그리고, 구동 제어부(370)는 장애물 검출 결과에 따라 장애물에 따른 주행 방향을 제어하여 장애물과의 충돌을 방지한다.
저장부(380)는 제1로봇(A)의 동작에 필요한 프로그램들을 저장한다. 저장부(380)는 주행 경로를 포함하는 감시 지역의 맵, 장애물 검출 정보 등을 저장한다.
통신부(390)는 통신 모듈과 안테나로 구성되며, 제어부(330)와 접속되어 영상 처리부(340)의 영상과 장애물 검출부(360)의 장애물 검출 결과에 따라 생성된 장애물 검출 정보를 다른 로봇 및/또는 중앙서버로 전송한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 제2로봇(B)은 주행부(410), 카메라(420), 제어부(430), 저장부(480), 및 통신부(490)를 포함한다.
주행부(410)는 제2로봇(B)의 동력을 제공하는 부분으로, 전후좌우의 이동이 가능하도록 하는 바퀴, 방향 제어 장치, 구동 모터 등으로 구성될 수 있다.
카메라(420)는 피사체로부터 반사되는 빛을 검출하고 이를 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 카메라(420)는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 등의 이미지 센서와, 이미지 센서로 빛을 전달하는 렌즈 등으로 구성될 수 있으며, 제2로봇(B)이 이동하면서 카메라(420)를 통해 주변의 영상을 획득하는 것이 가능하다.
카메라(420)는 좌우 회전 및 상하 회전 기능에 의하여 주행 경로 주변을 촬영할 수 있고, 줌 기능에 의하여 특정 영역에 대한 영상을 확대하여, 더욱 자세히 관찰할 수 있다.
제어부(430)는 제2로봇(B)의 전반적인 동작을 제어하고, 영상 처리부(440), 위치 추정부(450), 및 구동 제어부(460)를 포함한다.
영상 처리부(440)는 카메라(420)가 획득한 영상을 처리하고, 영상으로부터 주변 정보를 추출한다.
위치 추정부(450)는 영상 처리부(440)에서 출력된 영상을 이용하여 자신의 위치를 추정한다. 위치 추정부(450)의 정보 처리 과정은 여러 가지 알고리즘이 사용될 수 있는데, 대표적으로 동시적 위치 추적 및 지도 작성(simultaneous localization and mapping, SLAM) 기법이 사용될 수 있다. SLAM이란 제2로봇(B)이 상대 위치 값과 주변 환경을 이용하여 자신의 공간상 절대 위치를 예측하는 방법을 말한다.
구동 제어부(460)는 위치 추정 결과에 따라 주행 경로를 제2로봇(B)이 이동하는데 필요한 동작을 제어한다. 그리고, 구동 제어부(460)는 제1로봇(A)이 전송한 장애물 검출 정보를 수신하고, 장애물 위치 및 장애물 회피를 위한 임시 주행 경로를 추출한다. 구동 제어부(460)는 장애물이 위치하는 영역에서 추출한 임시 주행 경로로 주행 방향을 제어하여 장애물과의 충돌을 방지한다.
저장부(470)는 제2로봇(B)의 동작에 필요한 프로그램들을 저장한다. 저장부(470)는 주행 경로를 포함하는 감시 지역의 맵, 장애물 검출 정보 등을 저장한다.
통신부(480)는 통신 모듈과 안테나로 구성되며, 제어부(430)와 접속되어 영상 처리부(440)의 영상을 다른 로봇 및/또는 중앙서버로 전송한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 경계 로봇 시스템의 로봇 주행 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 실시예의 감시 경계 로봇 시스템은 자기위치 인식 기능 및 장애물 검출 기능을 갖는 제1로봇과 자기위치 인식 기능만을 갖는 제2로봇이 일정 간격으로 정렬되어 감시 지역을 주행하며 감시 정찰한다.
제1로봇은 전체 정렬 로봇 대열에서 선두 및 일정 간격마다 위치하고, 제2로봇은 제1로봇들 사이에 일정 간격으로 위치한다.
제1로봇과 제2로봇은 주행 경로를 따라 주행을 하면서 감시 지역을 감시 정찰한다(S510).
제1로봇은 주행 경로 상에서 장애물을 검출하면 장애물 검출 정보를 생성하여 제2로봇으로 전송하고, 장애물을 회피하며 주행한다(S530). 장애물은 상기 감시 지역 내에 고정된 물체이다.
제2로봇은 제1로봇으로부터 장애물 검출 정보를 수신하고, 장애물 검출 정보를 기초로 수신한 장애물 검출 정보를 전송한 제1로봇의 주행 경로를 추종하며 주행한다(S550).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 다수의 이동 로봇들을 포함하는 감시 경계 로봇 시스템에 있어서,
    전체 정렬 로봇 대열에서 선두 및 일정 간격마다 위치되고, 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하고, 상기 주행 경로 상의 장애물을 검출하고, 상기 장애물을 회피하며 주행하는 다수의 제1로봇들; 및
    상기 다수의 제1로봇들 중 적어도 하나에 후행하고, 상기 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하는 중 상기 다수의 제1로봇들 중 하나로부터 상기 장애물의 위치 및 임시 주행 경로를 포함하는 장애물 검출 정보를 수신하고, 상기 수신한 장애물 검출 정보를 기초로 상기 제1로봇들 중 상기 수신한 장애물 검출 정보를 전송한 제1로봇의 주행 경로를 추종하는 다수의 제2로봇들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 경계 로봇 시스템.
  2. [청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제1항에 있어서, 상기 제1로봇들 각각은,
    상기 장애물 검출 정보를 생성하는 장애물 검출부; 및
    장애물이 검출되면, 상기 장애물을 회피하기 위한 임시 주행 경로로 주행 방향을 변경하는 구동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 경계 로봇 시스템.
  3. [청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제1항에 있어서, 상기 제2로봇들 각각은,
    상기 수신한 장애물 검출 정보로부터 상기 제1로봇들 중 상기 수신한 장애물 검출 정보를 전송한 제1로봇의 임시 주행 경로를 검출하고, 상기 임시 주행 경로로 주행 방향을 변경하는 구동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 경계 로봇 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 다수의 이동 로봇들을 포함하는 감시 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법에 있어서,
    전체 정렬 로봇 대열에서 선두 및 일정 간격으로 위치된 다수의 제1로봇들 및 상기 다수의 제1로봇들 중 적어도 하나에 후행하는 다수의 제2로봇들이 미리 정해진 주행 경로를 따라 감시 지역을 주행하는 단계;
    상기 제1로봇들이 주행 경로 상의 장애물을 검출하고, 상기 장애물의 위치 및 임시 주행 경로를 포함하는 장애물 검출 정보를 후행하는 상기 제2로봇들 중 적어도 하나로 전송하고, 상기 장애물을 회피하며 주행하는 단계; 및
    상기 제2로봇들이 상기 다수의 제1로봇들 중 하나로부터 상기 장애물 검출 정보를 수신하고, 상기 수신한 장애물 검출 정보를 기초로 상기 제1로봇들 중 상기 수신한 장애물 검출 정보를 전송한 제1로봇의 주행 경로를 추종하며 주행하는 단계;를 포함하는 감시 경계 로봇 시스템에서 이동 로봇의 주행 방법.
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