KR101870427B1 - 자율주행 플랫폼 - Google Patents

자율주행 플랫폼 Download PDF

Info

Publication number
KR101870427B1
KR101870427B1 KR1020170010137A KR20170010137A KR101870427B1 KR 101870427 B1 KR101870427 B1 KR 101870427B1 KR 1020170010137 A KR1020170010137 A KR 1020170010137A KR 20170010137 A KR20170010137 A KR 20170010137A KR 101870427 B1 KR101870427 B1 KR 101870427B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
platform body
platform
traveling
wheel
traveling wheel
Prior art date
Application number
KR1020170010137A
Other languages
English (en)
Inventor
최동일
석상옥
김인혁
이승준
정진원
박창우
Original Assignee
네이버랩스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 네이버랩스 주식회사 filed Critical 네이버랩스 주식회사
Priority to KR1020170010137A priority Critical patent/KR101870427B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101870427B1 publication Critical patent/KR101870427B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0891—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for land vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K11/00—Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
    • B62K11/007—Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02—Details
    • G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/46—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage
    • G01P3/465—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage by using dynamo-electro tachometers or electric generator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

본 발명은 구조적으로 안정하면서 동적 균형이 가능한 자율주행 플랫폼에 관한 것으로, 플랫폼 바디에 장착되는 하나 이상의 주행 휠; 상기 주행 휠의 움직임을 추종하여 이동하는 하나 이상의 캐스터 휠; 및 자율 주행 시, 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 검출하고, 상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하며, 상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

자율주행 플랫폼{AUTONOMOUS NAVIGATION PLATFORM}
본 발명은 자율주행 플랫폼 및 그 주행 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 자율 주행 시, 구조적으로 안정하면서 동적 균형이 가능한 자율주행 플랫폼 및 그 주행 방법에 관한 것이다.
근래에 많이 사용되는 이륜 밸런싱 플랫폼(가령, 세그웨이)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 바퀴가 탑승자를 기준으로 양 옆에 배치되어 있으며, 탑승자가 발판 위에 올라선 뒤 원하는 방향으로 몸을 조금씩 기울이면 그 방향으로 자동으로 움직이게 된다. 그리고 브레이크가 따로 필요 없이, 탑승자가 몸을 뒤쪽으로 기울이는 동작으로 해당 플랫폼의 주행 정지가 이루어진다.
이러한 이륜 밸런싱 플랫폼은 전/후진 방향이 기본적으로 쓰러질 수 있는 불안정한 시스템이므로, 이를 극복하기 위한 방법으로 모바일 역진자(mobile inverted pendulum)를 이용한 균형 제어 알고리즘을 사용하고 있다. 이때, 탑승자의 중심 이동(즉, 기울어짐)은 밸런싱 플랫폼에게 있어 균형을 방해하는 요소이자, 동시에 전/후진 방향으로의 이동 명령을 해당 플랫폼에 입력하는 요소이다. 그런데, 종래의 이륜 밸런싱 플랫폼은 구조적으로 전/후진 방향에 대한 불안정성이 항상 존재하고, 이는 전원이 꺼진 상황이나 지면에서 바퀴가 미끄러지는 상황에서 안정적 제어가 불가능하다는 한계점이 존재한다.
이러한 한계점을 극복하기 위해, 탑승자에 의해 구동 명령이 입력되는 방식이 아닌, 플랫폼에 의해 구동 명령이 자체적으로 생성되어 주행되는 방식을 적용한 자율 주행 플랫폼에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다, 그런데, 자율 주행 플랫폼의 경우, 해당 플랫폼이 이동함에 따라, 탑승자가 전/후진 방향의 가속력뿐만 아니라 좌/우 방향의 가속력을 지속적으로 받게 되어 균형을 유지하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 구조적으로 안정하면서 동적 균형이 가능한 자율주행 플랫폼을 개발할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 자율 주행 시, 플랫폼의 기울기를 적응적으로 제어하여 탑승자의 동적 균형을 유지시킬 수 있는 자율주행 플랫폼 및 그 주행 방법을 제공함에 있다.
또 다른 목적은 높이 조절이 가능한 캐스터 휠을 플랫폼에 장착하여 해당 플랫폼의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 자율주행 플랫폼 및 그 주행 방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 플랫폼 바디에 장착되는 하나 이상의 주행 휠; 상기 주행 휠의 움직임을 추종하여 이동하는 하나 이상의 캐스터 휠; 및 자율 주행 시, 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 검출하고, 상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하며, 상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하는 제어부를 포함하는 자율주행 플랫폼을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 플랫폼 바디에 장착되는 하나 이상의 주행 휠; 및 자율 주행 시, 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 검출하고, 상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하며, 상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하여 상기 탑승자의 동적 균형을 유지시키는 제어부를 포함하는 자율주행 플랫폼을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 자율 주행 시, 플랫폼 바디의 주행 가속도를 측정하는 단계; 상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하는 단계; 및 상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하는 단계를 포함하는 자율주행 플랫폼의 주행 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 자율 주행 플랫폼 및 그 주행 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 높이 조절이 가능한 캐스터 휠을 플랫폼에 장착하여 해당 플랫폼의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 자율 주행 시, 플랫폼의 기울기 제어를 통해 탑승자에 가해지는 가속력을 상쇄시킴으로써, 탑승자의 동적 균형을 유지시킬 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 자율 주행 플랫폼 및 그 주행 방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 이륜 밸런싱 플랫폼을 도시하는 도면;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 외관을 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 구성을 설명하는 블록도;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 동작을 설명하는 순서도;
도 5는 전진 방향 가속 시, 탑승자의 동적 균형을 유지하는 자율주행 플랫폼의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 6은 후진 방향 가속 시, 탑승자의 동적 균형을 유지하는 자율주행 플랫폼의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 구성을 도시하는 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 구성을 도시하는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은, 자율 주행 시, 구조적으로 안정하면서 동적 균형이 가능한 자율주행 플랫폼을 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 외관을 도시하는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 자율주행 플랫폼(100)은, 크게 플랫폼 바디(10), 지지부(20), 주행 휠(또는 메인 휠, 30), 캐스터 휠(또는 보조 휠, 40)로 구분할 수 있다.
플랫폼 바디(10)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함할 수 있다. 상기 케이스에 의해 형성되는 내부 공간에는 자율 주행을 위한 각종 전자부품들이 배치될 수 있다. 이러한 케이스는 합성수지를 사출하여 형성되거나, 금속, 예를 들어 스테인리스 스틸(STS), 철(Fe), 주석(Tin), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등으로 형성되거나, 혹은 상기 금속들의 합금으로 형성될 수 있다.
플랫폼 바디(10)의 상면은 평평하게 형성되어, 탑승자의 두 발을 안정적으로 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 플랫폼 바디(10)의 하면은, 지면과의 충돌을 최소화하기 위해, 해당 지면과 일정 거리만큼 이격되도록 형성될 수 있다.
지지부(20)는 플랫폼 바디(10)와 착탈 가능하도록 형성되며, 상기 플랫폼 바디(10)에서 지면의 수직 방향으로 연장되어 탑승자의 손잡이 역할을 수행할 수 있다. 또한, 다른 실시 예로, 지지부(20)는 탑승자의 다리, 허벅지 또는 엉덩이 등을 안정적으로 지지하도록 구성될 수 있다.
주행 휠(30)은 구동 모터부(미도시)에 의해 동력원이 전달되어, 자율주행 플랫폼(100)을 목적지 방향으로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 주행 휠(30)은 플랫폼 바디(10)의 제1 측면에 구비되는 제1 주행 휠과, 플랫폼 바디(10)의 제2 측면에 구비되는 제2 주행 휠을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 주행 휠은, 바람직하게는, 탑승자를 기준으로, 플랫폼 바디(10)의 좌/우 방향에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 주행 휠은, 플랫폼 바디의 중심을 기준으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
캐스터 휠(40)은, 별도의 동력원 없이, 주행 휠(30)의 움직임을 추종하여 이동하며, 플랫폼 바디(10)의 구조적 안정성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 캐스터 휠(40)은 플랫폼 바디(10)의 제3 측면에 구비되는 제1 캐스터 휠과, 플랫폼 바디(10)의 제4 측면에 구비되는 제2 캐스터 휠을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 캐스터 휠은, 바람직하게는, 탑승자를 기준으로, 플랫폼 바디(10)의 앞/뒤 방향에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 캐스터 휠은, 플랫폼 바디의 중심을 기준으로, 상기 제1 또는 제2 주행 휠에 직교하도록 플랫폼 바디(10)의 제3 측면에 구비될 수 있고, 상기 제2 캐스터 휠은, 플랫폼 바디의 중심을 기준으로, 상기 제1 캐스터 휠과 마주보도록 배치될 수 있다.
캐스터 휠(40)은, 플랫폼 바디(10)의 기울어짐을 구현하기 위해, 높이 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 캐스터 휠(40)은 전 방향(omni-direction) 이동이 가능하도록 구성될 수 있다. 가령, 일 예로, 캐스터 휠(40)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전 방향 이동이 가능한 바퀴 조립체(41)와, 높낮이 조절이 가능한 연결 수단(또는 높이 조절 수단, 43)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 연결 수단(43)은, 플랫폼 바디(10)와 바퀴 조립체(41) 사이에 장착되어, 상/하 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 연결 수단(43)은 노면에서 발생하는 충격이 플랫폼이나 탑승자에게 직접적으로 전해지지 않도록 충격을 흡수하는 서스펜션(suspension)을 추가로 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 자율주행 플랫폼(100)은 무선 통신부(105), 센싱부(110), 위치 검출부(115), 경로 생성부(120), 장애물 검출부(125), 메모리(130), 전원부(135), 구동 모터부(140), 주행 휠(145), 밸런싱 제어부(150), 캐스터 휠(155), 휠 센서부(160), 입력부(165), 출력부(170), 및 제어부(175)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성요소들은 자율주행 플랫폼(100)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서상에서 설명되는 자율주행 플랫폼(100)은 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
무선 통신부(105)는 이동통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 및 무선 인터넷 모듈 등을 포함할 수 있다.
이동통신 모듈은, 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 이동 단말기, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.
근거리 통신 모듈은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.
무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 자율주행 플랫폼(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다. 무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있다.
센싱부(110)는 자율주행 플랫폼(100) 내 정보, 자율주행 플랫폼(100)을 둘러싼 주변 환경 정보, 및 탑승자 정보 중 적어도 하나를 센싱하고, 이에 대응하는 센싱 신호를 발생시킨다. 제어부(175)는 이러한 센싱 신호에 기초하여, 자율주행 플랫폼(100)의 구동 또는 동작을 제어하거나, 자율주행 플랫폼(100)에 설치된 응용 프로그램과 관련된 데이터 처리, 기능 또는 동작을 수행할 수 있다.
이러한 센싱부(110)는 자율주행 플랫폼 정보, 주변 환경 정보 및 탑승자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(110)는 탑승 감지 센서, 조도 센서(illumination sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라), 레이저 센서(laser sensor), 라이더(lidar), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 열 감지 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 자율주행 플랫폼(100)은, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
탑승 감지 센서는, 플랫폼 바디의 상면에 설치되는 압력 감지 센서로서, 해당 플랫폼 바디의 상면에 인가되는 압력을 감지하여, 탑승자의 탑승 여부를 감지할 수 있다. 제어부(175)는, 탑승자 감지 시, 자율주행 플랫폼(100)의 동작 모드를 대기 모드(standby mode)로 전환할 수 있다.
위치 검출부(115)는 자율주행 플랫폼(100)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈, WiFi(Wireless Fidelity) 모듈, 또는 랜드마크(Landmark) 식별 모듈 등이 있다.
가령, 일 실시 예로, GPS 모듈을 활용하는 경우, 자율주행 플랫폼(100)은 GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 자율주행 플랫폼(100)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 실시 예로, Wi-Fi 모듈을 활용하는 경우, 자율주행 플랫폼(100)은 Wi-Fi 모듈과 무선 신호를 송수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 자율주행 플랫폼(100)의 위치를 획득할 수 있다. 또 다른 실시 예로, 랜드마크 식별 모듈을 활용하는 경우, 자율주행 플랫폼(100)은 실내 또는 실외에 설치된 하나 이상의 랜드마크를 식별하여 자율주행 플랫폼(100)의 위치를 획득할 수 있다. 한편, 이외에도, 다양한 방식을 이용하여 자율주행 플랫폼(100)의 위치를 획득할 수 있다.
경로 생성부(120)는 메모리(130)에 저장된 맵 데이터(map data)를 기반으로 출발지에서 목적지까지의 최적 경로를 생성할 수 있다. 제어부(175)는 경로 생성부(120)에 의해 생성된 주행 경로를 따라 자율주행 플랫폼(100)을 이동시킬 수 있다.
장애물 검출부(125)는 센싱부(110)에서 출력되는 하나 이상의 센싱 신호를 이용하여 주행 경로 상에 위치하는 장애물을 검출할 수 있다. 가령, 일 실시 예로, 장애물 검출부(125)는 초음파 센서의 초음파 신호(ultrasonic signal) 또는 적외선 센서의 적외선 신호(infrared signal)를 이용하여 장애물을 검출할 수 있다. 다른 실시 예로, 장애물 검출부(125)는 라이더 또는 레이저 센서의 레이저 신호(laser signal)를 이용하여 장애물을 검출할 수 있다. 또 다른 실시 예로, 장애물 검출부(125)는 광 센서(optical sensor) 또는 비전 센서(vision sensor)의 영상 신호를 이용하여 장애물을 검출할 수 있다. 또 다른 실시 예로, 장애물 검출부(125)는 상술한 센싱 신호들의 조합을 통해 장애물을 검출할 수도 있다. 제어부(175)는, 자율 주행 시, 장애물 검출부(125)를 통해 검출된 장애물을 회피하면서 자율주행 플랫폼(100)을 이동시킬 수 있다.
메모리(130)는 자율주행 플랫폼(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(130)는 자율주행 플랫폼(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 자율주행 플랫폼(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.
일 예로, 메모리(130)는 자율주행 플랫폼(100)의 주변 환경에 관한 지도 정보(즉, 맵 데이터)를 저장할 수 있다. 이때, 상기 지도 정보는 점유 격자 지도, 기하 지도, 위상 지도, 3D 지도, 고화질 영상 지도, 고 정밀 지도 등을 포함할 수 있으며 이를 제한하지는 않는다. 제어부(175)는 외부 서버 또는 외부 장치로부터 이러한 지도 정보를 다운로드하여, 메모리(130)에 저장된 지도 정보를 업데이트할 수 있다.
메모리(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
전원부(135)는 자율주행 플랫폼(100)의 구성요소들을 동작하기 위해 필요한 전원을 공급한다. 전원부(135)는 배터리를 포함하며, 배터리는 충전 가능하도록 이루어지는 내장형 배터리가 될 수 있으며, 충전 등을 위하여 플랫폼 바디에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 전원부(135)는 연결포트를 구비할 수 있으며, 연결포트는 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급하는 외부 충전기가 전기적으로 연결되는 인터페이스의 일 예로서 구성될 수 있다. 다른 실시 예로, 전원부(135)는 상기 연결포트를 이용하지 않고 무선 방식으로 배터리를 충전하도록 이루어질 수 있다.
구동 모터부(140)는, 제어부(175)의 제어 명령에 따라, 주행 휠(145)을 회전시키기 위한 동력을 제공한다. 구동 모터부(140)는 제1 주행 휠을 구동시키기 위한 제1 구동 모터와, 제2 주행 휠을 구동시키기 위한 제2 구동 모터로 구성될 수 있다.
주행 휠(145)은 구동 모터부(140)에 의해 동력원(회전력)이 전달되어, 자율주행 플랫폼(100)을 목적지 방향으로 이동시킬 수 있다. 이러한 주행 휠(145)은 플랫폼 바디의 제1 측면에 구비되는 제1 주행 휠(좌륜)과, 플랫폼 바디의 제2 측면에 구비되는 제2 주행 휠(우륜)을 포함할 수 있다.
제1 주행 휠은 제1 구동 모터에 연결(직접 연결, 기어의 조합 또는 밸트 및 풀리 등에 의하여 연결될 수 있음)되어 회전하고, 제2 주행 휠은 제2 구동 모터에 연결되어 회전할 수 있다. 그리고, 제1 주행 휠 및 제1 구동 모터와, 제2 주행 휠 및 제2 구동 모터는 플랫폼 바디 상에서 서로 대칭되는 형태로 구성될 수 있다.
밸런싱 제어부(150)는, 자율 주행 시, 탑승자에게 가해지는 가속력(또는 가속도)을 상쇄시키기 위해 자율주행 플랫폼(100)의 기울기(각도)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 가령, 자율주행 플랫폼(100)이 전진 방향으로 가속 시, 플랫폼(100)의 전단이 아래 방향으로 기울어지도록 제어함으로써, 탑승자의 무게 중심을 앞쪽 방향으로 이동할 수 있다. 반대로, 자율주행 플랫폼(100)이 후진 방향으로 가속 시, 플랫폼(100)의 후단이 아래 방향으로 기울어지도록 제어함으로써, 탑승자의 무게 중심을 뒤쪽 방향으로 이동할 수 있다. 이러한 플랫폼의 기울기 제어를 통해, 탑승자는 종 방향의 가속력 및 횡 방향의 가속력에 의해 균형이 무너지지 않고, 수직 방향으로의 가속력만 받게 되어 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
또한, 밸런싱 제어부(150)는, 플랫폼(100)의 기울기 정보에 따라 캐스터 휠(155)의 높이를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 캐스터 휠(155)의 높이 조절을 통해, 밸런싱 제어부(150)는, 자율주행 플랫폼(100)의 기울기를 안정적으로 제어할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는, 설명의 편의상, 상기 밸런싱 제어부(150)가 제어부(175)와 독립적으로 구성되는 것을 예시하고 있으나, 이를 제한하지는 않으며, 상기 밸런싱 제어부(150)는 상기 제어부(175) 내에서 일체로 형성될 수 있다.
캐스터 휠(155)은, 별도의 동력원 없이, 주행 휠(145)의 움직임을 추종하여 이동하며, 자율주행 플랫폼(100)의 구조적 안정성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 캐스터 휠(155)은 플랫폼 바디의 제3 측면에 구비되는 제1 캐스터 휠(전륜)과, 플랫폼 바디의 제4 측면에 구비되는 제2 캐스터 휠(후륜)을 포함할 수 있다.
휠 센서부(160)는 주행 휠(145)에 연결되어, 주행 휠(145)의 회전수를 감지하는 역할을 수행한다. 일 예로, 휠 센서부(160)는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)일 수 있다. 로터리 엔코더는, 자율주행 플랫폼(100)이 이동할 때, 제1 주행 휠과 제2 주행 휠의 회전수를 감지하여 출력할 수 있다. 제어부(175)는 이러한 회전수를 이용하여 제1 및 제2 주행 휠의 회전 속도, 플랫폼(100)의 주행 거리, 플랫폼(100)의 주행 속도, 플랫폼(100)의 주행 가속력 등을 연산할 수 있다. 또한, 제어부(175)는 엔코더 기반의 오도메트리(odometry)를 이용하여 자율주행 플랫폼(100)의 상대적 위치를 연산할 수 있다.
입력부(165)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 영상 신호 입력을 위한 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone), 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(165)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어 명령으로 처리될 수 있다.
출력부(170)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부, 음향 출력부, 햅팁 모듈, 광 출력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 자율주행 플랫폼(100)과 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부로써 기능함과 동시에, 자율주행 플랫폼(100)과 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
제어부(175)는 자율주행 플랫폼(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(175)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(130)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 플랫폼 탑승자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(175)는 메모리(130)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 상술한 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(175)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 자율주행 플랫폼(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
제어부(175)는 위치 검출부(115)를 통해 획득한 위치 정보, 장애물 검출부(125)를 통해 획득한 장애물 정보, 경로 생성부(120)를 통해 획득한 경로 정보, 메모리(130)에 저장된 맵 데이터 등을 이용하여 플랫폼(100)이 목적지까지 자율 주행하도록 제어할 수 있다.
한편, 자율주행 플랫폼(100)이 주변의 환경 정보(즉, 맵 데이터)를 구비하고 있지 않은 경우, 자신의 상대적 위치 이동 값과 주변 환경의 특징점들을 이용하여, 자신의 공간상 절대 위치를 예측하여 이동 경로를 계획하고 동적으로 맵을 작성하는 기술이 필요하다. 자율주행 플랫폼(100)은 이러한 기술로 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘을 사용할 수 있다. 이에 따라, 제어부(175)는 주변의 공간적 정보, 즉 맵 정보를 사전에 알고 있지 않더라도, 주변 정보를 초음파, 레이저 등을 이용하여 얻은 거리정보나 카메라를 이용하여 얻은 영상정보를 활용하여 특징점을 추출하고 맵 정보를 구성할 수 있으며, 이와 동시에 상기 맵 정보를 이용하여 플랫폼(100)의 위치를 알아낼 수 있다.
한편, 상술한 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 자율주행 플랫폼의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 자율주행 플랫폼의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(130)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 자율주행 플랫폼 상에서 구현될 수 있다.
또한, 이하에서 다양한 실시 예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(175)는 탑승자로부터 목적지 정보를 입력 받을 수 있다(S410). 이때, 탑승자는 자신의 음성 명령을 통해 목적지 정보를 입력하거나 혹은 디스플레이부에 표시된 사용자 인터페이스(User Interface) 화면을 통해 목적지 정보를 입력할 수 있다. 또한, 탑승자는 자율주행 플랫폼(100)과 연동된 이동 단말기를 통해 목적지 정보를 입력할 수 있다. 또한, 탑승자는 레이저 포인터를 특정 지점에 조사하여 해당 지점을 목적지 정보로 입력할 수 있다. 이외에도, 탑승자는 다양한 방식을 이용하여 해당 플랫폼의 목적지 정보를 입력할 수 있다.
제어부(175)는, 목적지 정보 입력 시, 자율주행 플랫폼(100)의 현재 위치를 검출하고, 메모리(130)에 저장된 맵 데이터를 이용하여 현재 위치에서 목적지까지의 주행 경로를 생성할 수 있다(S420). 탑승자로부터 주행 개시 명령이 입력되면(S430), 제어부(175)는 자율주행 플랫폼(100)이 상기 생성된 주행 경로를 따라 장애물을 회피하면서 목적지까지 이동하도록 한다(S440).
제어부(175)는, 자율 주행 시, 자율주행 플랫폼(100)의 주행 방향 및 주행 가속력(또는 주행 가속도, A_fo)을 측정할 수 있다(S450). 이때, 제어부(175)는, 자이로스코프 센서 및 가속도 센서 등을 이용하여 해당 플랫폼(100)의 주행 방향 및 주행 가속력을 측정할 수 있다. 다른 실시 예로, 제어부(175)는, 휠 센서부(160)를 이용하여 해당 플랫폼(100)의 속력을 측정하고, 상기 속력을 기반으로 해당 플랫폼(100)의 주행 가속력을 측정할 수 있다.
제어부(175)는, 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력(A_fo)에 대한 반작용으로 탑승자가 느끼게 되는 가속력(이하, 설명의 편의상 '탑승자의 가속력'이라 칭함, A'_fo)을 획득할 수 있다. 여기서, 탑승자의 가속력(A'_fo)은 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력(A_fo)과 반대되는 방향이지만 동일한 절대값을 가질 수 있다. 또한, 탑승자의 가속력(A'_fo)은 주행 환경 또는 플랫폼 성능 등을 고려하여 주행 가속력(A_fo)보다 더 작은 절대값을 가질 수 있으며, 상기 주행 가속력(A_fo)에 비례할 수 있다.
제어부(175)는 탑승자에게 가해지는 반작용 가속력을 상쇄시키기 위한 플랫폼(100)의 기울기를 연산할 수 있다(S460). 즉, 제어부(175)는, 아래 수학식 1을 이용하여 플랫폼(100)의 기울기(θth)를 계산할 수 있다. 여기서, A_fo는 플랫폼(100)의 주행 가속력이고, A'_fo는 탑승자의 가속력이며, A_gr는 중력 가속도이다.
Figure 112017007506101-pat00001
제어부(175)는 자율주행 플랫폼(100)의 주행 방향을 기반으로 플랫폼(100)의 기울기 방향을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(175)는 자율주행 플랫폼(100)의 주행 방향과 동일한 방향을 해당 플랫폼(100)의 기울기 방향으로 결정할 수 있다.
제어부(175)는 플랫폼(100)의 기울기 정보(즉, 기울기의 각도 정보 및 방향 정보)를 기반으로 캐스터 휠(155)의 높이를 조절할 수 있다(S470). 이러한 플랫폼(100)의 기울기 제어를 통해, 플랫폼 탑승자는 종 방향의 가속력에 의해 균형이 무너지지 않고, 수직 방향으로의 가속력만 받게 되어 안정적인 자세를 유지할 수 있다. 즉, 앞/뒤 방향의 가속력에 의해 탑승자에게 가해질 수 있는 가속력을 플랫폼(100)의 기울어짐 각도로 상쇄시킬 수 있다.
가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 자율주행 플랫폼(100)이 전진 방향으로 가속 시, 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력(A_fo)은 플랫폼(100)의 앞쪽으로 발생할 수 있다. 상기 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력(A_fo)에 대한 반작용으로 탑승자에 가해지는 가속력(A'_fo)은 플랫폼(100)의 뒤쪽으로 발생할 수 있다. 이때, 자율주행 플랫폼(100)은 전단이 아래 방향으로 기울어지도록 제어함으로써, 탑승자의 무게 중심을 앞쪽으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 수학식 1을 통해 연산된 각도(θth)로 경사진 플랫폼 상에서 탑승자가 결과적으로 느끼게 되는 가속력(A_vert)은 플랫폼(100)에 수직한 가속력이 되어, 플랫폼 탑승자는 동적 균형을 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 자율주행 플랫폼(100)이 후진 방향으로 가속 시, 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력(A_fo)은 플랫폼(100)의 뒤쪽으로 발생할 수 있다. 상기 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력(A_fo)에 대한 반작용으로 탑승자에 가해지는 가속력(A'_fo)은 플랫폼(100)의 앞쪽으로 발생할 수 있다. 이때, 자율주행 플랫폼(100)은 후단이 아래 방향으로 기울어지도록 제어함으로써, 탑승자의 무게 중심을 뒤쪽으로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 수학식 1을 통해 연산된 각도(θth)로 경사진 플랫폼 상에서 탑승자가 결과적으로 느끼게 되는 가속력(A_vert)은 플랫폼(100)에 수직한 가속력이 되어, 플랫폼 탑승자는 동적 균형을 유지할 수 있게 된다.
제어부(175)는, 자율 주행 시, 광 출력부를 통해 자율주행 플랫폼(100)의 전방 바닥에 광(또는 빔)을 조사하여 주행 경로를 표시할 수 있다. 이에 따라, 탑승자는 전방 바닥에 표시된 주행 경로를 참조하여 자율주행 플랫폼(100)의 주행 가속력에 대응하는 반작용을 미리 대비할 수 있다.
또한, 제어부(175)는, 자율 주행 시, 탑승자에게 가해지는 반작용 가속력을 미리 예측하여 소정의 알림 신호를 출력함으로써, 탑승자로 하여금 반작용 가속력에 미리 대비하도록 할 수 있다. 이때, 상기 알림 신호는 시각적 알림 신호, 촉각적 알림 신호, 및 청각적 알림 신호 중 적어도 하나로 출력될 수 있다.
제어부(175)는, 자율 주행 플랫폼(100)의 주행이 종료될 때까지, 상술한 410 단계 내지 470 단계의 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이, 자율 주행 플랫폼(100)은 높이 조절이 가능한 캐스터 휠을 장착하여 플랫폼의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 캐스터 휠의 높이 조절을 통해 플랫폼의 기울기를 제어하여 탑승자의 동적 균형을 유지시킬 수 있다.
한편, 이상 본 실시 예에서는, 자율 주행 플랫폼(100)의 주행 가속력을 실시간으로 측정하여 해당 플랫폼(100)의 기울어짐을 제어하는 동작을 수행하는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않는다. 즉, 본 발명에 따른 자율 주행 플랫폼(100)은 예상 주행 경로를 기반으로 자율 주행 플랫폼(100)의 주행 가속력을 미리 예측하여 해당 플랫폼(100)의 기울어짐을 제어하는 동작을 수행할 수도 있다.
예상 주행 경로 정보는 목적지까지 도달하기 위한 예상 주행 경로 및 예상 주행 경로 상 특정 지점을 주행할 때 예상되는 자율 주행 플랫폼(100)의 가속도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예상 주행 경로 정보는 예상치 못한 장애물 존재 등에 의하여 실시간/주기적으로 변경될 수 있다. 즉, 예상 주행 경로 및 특정 지점을 주행할 때 예상되는 자율 주행 플랫폼(100)의 가속도는 변경될 수 있다. 예상 주행 경로 정보가 변경되는 경우, 제어부(175)는 변경된 정보를 기반으로 예상 주행 경로 상에 위치하는 특정 지점 및 특정 지점에서의 예상되는 플랫폼(100)의 가속도 정보를 업데이트 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 구성을 도시하는 도면이다. 도 7의 (a)는 자율주행 플랫폼을 상부에서 바라본 도면이고, 도 7의 (b)는 자율주행 플랫폼을 하부에서 바라본 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 자율주행 플랫폼(700)은, 크게 플랫폼 바디(710), 지지부(720) 및 4개의 주행 휠(또는 메인 휠, 730)로 구분할 수 있다.
플랫폼 바디(710)의 상면은 평평하게 형성되어, 탑승자의 두 발을 안정적으로 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 플랫폼 바디(710)의 하면은, 지면과의 충돌을 최소화하기 위해, 해당 지면과 일정 거리만큼 이격되도록 형성될 수 있다.
지지부(720)는 플랫폼 바디(710)와 착탈 가능하도록 형성되며, 상기 플랫폼 바디(710)에서 지면의 수직 방향으로 연장되어 탑승자의 손잡이 역할을 수행할 수 있다.
주행 휠(730)은 구동 모터부에 의해 동력원이 전달되어, 자율주행 플랫폼(700)을 목적지 방향으로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 주행 휠(730)은 플랫폼 바디(710)의 제1 하부 면에 구비되는 제1 주행 휠(730_1), 플랫폼 바디(710)의 제2 하부 면에 구비되는 제2 주행 휠(730_2), 플랫폼 바디(710)의 제3 하부 면에 구비되는 제3 주행 휠(730_3), 플랫폼 바디(710)의 제4 하부 면에 구비되는 제4 주행 휠(730_4)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은 플랫폼 바디(710)의 측면에 장착되도록 구성될 수 있다.
제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은, 바람직하게는, 탑승자를 기준으로, 플랫폼 바디(710)의 상/하/좌/우 방향에 각각 배치될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은 플랫폼 바디(710)에 배치된 4개의 구동 모터에 각각 연결(직접 연결, 기어의 조합 또는 밸트 및 풀리 등에 의하여 연결될 수 있음)되어 회전할 수 있다.
제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은, 플랫폼 바디(710)의 기울어짐을 구현하기 위해, 높이 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 가령, 제1 및 제2 주행 휠(730_1, 730_2)의 높이 조절을 통해, 플랫폼 바디(710)가 좌/우 방향(즉, 횡 방향)으로 기울어지도록 구현할 수 있다. 또한, 제3 및 제4 주행 휠(730_3, 730_4)의 높이 조절을 통해, 플랫폼 바디(710)가 앞/뒤 방향(즉, 종 방향)으로 기울어지도록 구현할 수 있다.
제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은, 제1 내지 제4 구동 모터에 의해 전달되는 동력원에 따라, 전 방향(omni-direction) 이동이 가능하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은, 전 방향(omni-direction) 이동이 가능한 바퀴 조립체(미도시)와, 높이 조절이 가능한 연결 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 주행 휠(730_1~730_4)은, 노면에서 발생하는 충격이 플랫폼이나 탑승자에게 직접적으로 전해지지 않도록 충격을 흡수하는 서스펜션(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 자율주행 플랫폼(700)은, 자율 주행 시, 해당 플랫폼(700)의 주행 방향 및 주행 가속력(또는 주행 가속도)을 측정할 수 있다. 자율주행 플랫폼(700)은, 상술한 수학식 1을 이용하여, 탑승자에게 가해지는 반작용 가속력을 상쇄시키기 위한 플랫폼(700)의 기울기(즉, 각도 정보)를 연산할 수 있다. 또한, 자율주행 플랫폼(700)은 해당 플랫폼(700)의 주행 방향을 기반으로 기울기의 방향을 결정할 수 있다.
또한, 다른 실시 예로, 자율주행 플랫폼(700)은, 주행 방향 전환 시, 해당 플랫폼(700)의 탑승자에게 가해지는 원심력을 검출할 수 있다. 자율주행 플랫폼(700)은, 탑승자에게 가해지는 원심력을 상쇄시키기 위한 플랫폼(700)의 기울기 및 해당 기울기의 방향을 결정할 수 있다.
자율주행 플랫폼(700)은 해당 플랫폼(700)의 기울기 정보(즉, 기울기의 각도 정보 및 방향 정보)를 기반으로 4개의 주행 휠(730_1~730_4) 중 적어도 하나의 높이를 조절할 수 있다. 이러한 플랫폼(700)의 기울기 제어를 통해, 플랫폼 탑승자는 종 방향 및 횡 방향의 가속력에 의해 균형이 무너지지 않고, 수직 방향으로의 가속력만 받게 되어 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
한편, 이상 본 실시 예에서는, 자율주행 플랫폼(700)이 높이 조절 및 전 방향 이동이 가능한 4개의 주행 휠을 구비하는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 상기 4개의 주행 휠보다 더 작거나 혹은 더 많은 개수의 주행 휠을 구비하도록 구성할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자율주행 플랫폼의 구성을 도시하는 도면이다. 도 8의 (a)는 자율주행 플랫폼을 상부에서 바라본 도면이고, 도 8의 (b)는 자율주행 플랫폼을 하부에서 바라본 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 자율주행 플랫폼(800)은, 크게 플랫폼 바디(810), 지지부(820), 하나의 주행 휠(또는 메인 휠, 830), 4개의 캐스터 휠(또는 보조 휠, 840)로 구분할 수 있다.
플랫폼 바디(810)의 상면은 평평하게 형성되어, 탑승자의 두 발을 안정적으로 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 플랫폼 바디(810)의 하면은, 지면과의 충돌을 최소화하기 위해, 해당 지면과 일정 거리만큼 이격되도록 형성될 수 있다.
지지부(820)는 플랫폼 바디(810)와 착탈 가능하도록 형성되며, 상기 플랫폼 바디(810)에서 지면의 수직 방향으로 연장되어 탑승자의 손잡이 역할을 수행할 수 있다.
주행 휠(830)은 구동 모터부에 의해 동력원이 전달되어, 자율주행 플랫폼(800)을 목적지 방향으로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 주행 휠(830)은 플랫폼 바디(810)의 중앙 하부 면에 구비될 수 있다.
주행 휠(830)은 플랫폼 바디(810)의 중앙에 배치되는 구동 모터에 연결(직접 연결, 기어의 조합 또는 밸트 및 풀리 등에 의하여 연결될 수 있음)되어 회전할 수 있다. 또한, 주행 휠(830)은, 구동 모터에 의해 전달되는 동력원에 따라, 전 방향(omni-direction) 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.
캐스터 휠(840)은, 별도의 동력원 없이, 주행 휠(830)의 움직임을 추종하여 이동하며, 플랫폼 바디(810)의 구조적 안정성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 캐스터 휠(840)은 플랫폼 바디(810)의 하부 면 중 제1 영역에 구비되는 제1 캐스터 휠(840_1), 상기 하부 면 중 제2 영역에 구비되는 제2 캐스터 휠(840_2), 상기 하부 면 중 제3 영역에 구비되는 제3 캐스터 휠(840_3), 상기 하부 면 중 제4 영역에 구비되는 제4 캐스터 휠(840_4)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 캐스터 휠(840_1~840_4)은, 바람직하게는, 탑승자를 기준으로, 플랫폼 바디(810)의 상/하/좌/우 방향에 각각 배치될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 캐스터 휠(840_1~840_4)은, 노면에서 발생하는 충격이 플랫폼이나 탑승자에게 직접적으로 전해지지 않도록 충격을 흡수하는 서스펜션(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 캐스터 휠(840_1~840_4)은, 플랫폼 바디(810)의 기울어짐을 구현하기 위해, 높이 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 가령, 제1 및 제2 캐스터 휠(840_1, 840_2)의 높이 조절을 통해, 플랫폼 바디(810)가 좌/우 방향(즉, 횡 방향)으로 기울어지도록 구현할 수 있다. 또한, 제3 및 제4 주행 휠(730_3, 730_4)의 높이 조절을 통해, 플랫폼 바디(710)가 앞/뒤 방향(즉, 종 방향)으로 기울어지도록 구현할 수 있다.
이러한 자율주행 플랫폼(800)은, 자율 주행 시, 해당 플랫폼(800)의 주행 방향 및 주행 가속력(또는 주행 가속도)을 측정할 수 있다. 자율주행 플랫폼(800)은, 상술한 수학식 1을 이용하여, 탑승자에게 가해지는 반작용 가속력을 상쇄시키기 위한 플랫폼(800)의 기울기(즉, 각도 정보)를 연산할 수 있다. 또한, 자율주행 플랫폼(800)은 해당 플랫폼(800)의 주행 방향을 기반으로 기울기의 방향을 결정할 수 있다.
자율주행 플랫폼(800)은 해당 플랫폼(800)의 기울기 정보(즉, 기울기의 각도 정보 및 방향 정보)를 기반으로 4개의 캐스터 휠(840_1~840_4) 중 적어도 하나의 높이를 조절할 수 있다. 이러한 플랫폼(800)의 기울기 제어를 통해, 플랫폼 탑승자는 종 방향 및 횡 방향의 가속력에 의해 균형이 무너지지 않고, 수직 방향으로의 가속력만 받게 되어 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
한편, 이상 본 실시 예에서는, 자율주행 플랫폼(700)이 높이 조절 및 전 방향 이동이 가능한 4개의 캐스터 휠을 구비하는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 상기 4개의 캐스터 휠보다 더 작거나 혹은 더 많은 개수의 캐스터 휠을 구비하도록 구성할 수도 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 자율주행 플랫폼 105: 무선 통신부
110: 센싱부 115: 위치 검출부
120: 경로 생성부 125: 장애물 검출부
130: 메모리 135: 전원부
140: 구동 모터부 145: 주행 휠
150: 밸런싱 제어부 155: 캐스터 휠
160: 휠 센서부 165: 입력부
170: 출력부 175: 제어부

Claims (16)

  1. 플랫폼 바디에 장착되는 하나 이상의 주행 휠;
    상기 주행 휠의 움직임을 추종하여 이동하는 하나 이상의 캐스터 휠; 및
    자율 주행 시, 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 검출하고, 상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하며, 상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하여 탑승자의 동적 균형을 유지시키는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 연산된 기울기에 따라 상기 캐스터 휠의 높낮이를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐스터 휠은, 전 방향(omni-direction) 이동이 가능한 바퀴 조립체와, 상기 바퀴 조립체의 높이 조절이 가능한 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주행 휠에 연결되어 상기 주행 휠의 회전수를 감지하고, 상기 감지된 회전수를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 연산하는 휠 센서부를 더 포함하는 자율주행 플랫폼.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 아래 수학식을 이용하여 상기 플랫폼 바디의 기울기를 연산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
    [수학식]
    Figure 112017007506101-pat00002
    ,
    여기서, A_fo는 플랫폼 바디의 주행 가속도, A_gr는 중력 가속도임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주행 휠은, 상기 플랫폼 바디의 제1 측에 구비된 제1 주행 휠과, 상기 제1 주행 휠과 마주보도록 상기 플랫폼 바디의 제2 측에 구비된 제2 주행 휠을 포함하고,
    상기 캐스터 휠은, 상기 플랫폼 바디의 중심을 기준으로, 상기 제1 또는 제2 주행 휠에 직교하도록 상기 플랫폼 바디의 제3 측에 구비된 제1 캐스터 휠과, 상기 제1 캐스터 휠과 마주보도록 상기 플랫폼 바디의 제4 측에 구비된 제2 캐스터 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주행 휠은, 상기 플랫폼 바디의 중앙 하부 면에 구비되는 하나의 주행 휠을 포함하고,
    상기 캐스터 휠은, 상기 플랫폼 바디의 하부 면 중 제1 영역에 구비되는 제1 캐스터 휠, 상기 하부 면 중 제2 영역에 구비되는 제2 캐스터 휠, 상기 하부 면 중 제3 영역에 구비되는 제3 캐스터 휠, 및 상기 하부 면 중 제4 영역에 구비되는 제4 캐스터 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 예상 주행 경로 정보를 기반으로 특정 지점에서의 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 상기 자율주행 플랫폼이 특정 지점에 도달하기 전에 예측하고, 상기 특정 지점에서의 예측된 주행 가속도를 기반으로 상기 특점 지점에서의 상기 플랫폼 바디의 기울기를 연산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자율주행 플랫폼이 상기 특정 지점에 위치할 때, 상기 연산된 특정 지점에서의 플랫폼 바디의 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하는 제어부를 포함하는 자율주행 플랫폼.
  10. 플랫폼 바디에 장착되는 하나 이상의 주행 휠; 및
    자율 주행 시, 상기 플랫폼 바디의 주행 가속도를 검출하고, 상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하며, 상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하여 탑승자의 동적 균형을 유지시키는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 연산된 기울기에 따라 상기 주행 휠의 높낮이를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주행 휠은, 전 방향(omni-direction) 이동이 가능한 바퀴 조립체와, 상기 바퀴 조립체의 높이 조절이 가능한 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 플랫폼 바디의 주행 방향을 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울기 방향을 결정하고, 상기 기울기 방향에 대응하는 주행 휠의 높낮이를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 주행 휠은, 상기 탑승자를 기준으로, 상기 플랫폼 바디의 좌측에 구비된 제1 주행 휠과, 상기 플랫폼 바디의 우측에 구비된 제2 주행 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 주행 휠은, 상기 탑승자를 기준으로, 상기 플랫폼 바디의 좌측에 구비된 제1 주행 휠, 상기 플랫폼 바디의 우측에 구비된 제2 주행 휠, 상기 플랫폼 바디의 앞쪽에 구비된 제3 주행 휠, 및 상기 플랫폼 바디의 뒤쪽에 구비된 제4 주행 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼.
  16. 자율 주행 시, 플랫폼 바디의 주행 가속도를 측정하는 단계;
    상기 주행 가속도에 의해 야기되는 반작용 가속도를 상쇄시키기 위한 플랫폼 바디의 기울기를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 기울기를 기반으로 상기 플랫폼 바디의 기울어짐을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어 단계는, 상기 연산된 기울기에 따라 상기 플랫폼 바디에 장착된 주행 휠 또는 캐스터 휠의 높낮이를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행 플랫폼의 주행 방법.
KR1020170010137A 2017-01-23 2017-01-23 자율주행 플랫폼 KR101870427B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170010137A KR101870427B1 (ko) 2017-01-23 2017-01-23 자율주행 플랫폼

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170010137A KR101870427B1 (ko) 2017-01-23 2017-01-23 자율주행 플랫폼

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101870427B1 true KR101870427B1 (ko) 2018-06-22

Family

ID=62768266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170010137A KR101870427B1 (ko) 2017-01-23 2017-01-23 자율주행 플랫폼

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101870427B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060092517A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 최대석 직립형 외륜 구동 이동장치
KR20090120522A (ko) * 2000-10-13 2009-11-24 데카 프로덕츠 리미티드 파트너쉽 운반장치 및 그 모터식 구동기 제어 방법, 조향 장치, 정지 마찰 유지 방법, 차량의 휠 미끄러짐 교정 장치, 운반장치의 전기 모터 제어 방법, 속도 제어기, 및 운반장치의 요 제어 방법
WO2010053740A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-14 Segway, Inc. Apparatus and method for control of a dynamically self-balancing vehicle
KR20100074929A (ko) * 2008-12-24 2010-07-02 부산대학교 산학협력단 외바퀴 로봇의 제어시스템 및 그 설계방법
KR20140147618A (ko) * 2013-06-20 2014-12-30 주식회사 스타플릿 자가균형 이륜 이동차
US9010474B2 (en) * 2011-06-17 2015-04-21 Universite Paris-Sud 11 “Hubless” self-balancing human transporter
KR20160056711A (ko) * 2014-11-12 2016-05-20 현대자동차주식회사 자율주행차량의 주행경로 생성장치 및 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090120522A (ko) * 2000-10-13 2009-11-24 데카 프로덕츠 리미티드 파트너쉽 운반장치 및 그 모터식 구동기 제어 방법, 조향 장치, 정지 마찰 유지 방법, 차량의 휠 미끄러짐 교정 장치, 운반장치의 전기 모터 제어 방법, 속도 제어기, 및 운반장치의 요 제어 방법
KR20060092517A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 최대석 직립형 외륜 구동 이동장치
WO2010053740A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-14 Segway, Inc. Apparatus and method for control of a dynamically self-balancing vehicle
KR20100074929A (ko) * 2008-12-24 2010-07-02 부산대학교 산학협력단 외바퀴 로봇의 제어시스템 및 그 설계방법
KR101063889B1 (ko) * 2008-12-24 2011-09-08 부산대학교 산학협력단 외바퀴 로봇의 제어시스템 및 그 설계방법
US9010474B2 (en) * 2011-06-17 2015-04-21 Universite Paris-Sud 11 “Hubless” self-balancing human transporter
KR20140147618A (ko) * 2013-06-20 2014-12-30 주식회사 스타플릿 자가균형 이륜 이동차
KR20160056711A (ko) * 2014-11-12 2016-05-20 현대자동차주식회사 자율주행차량의 주행경로 생성장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190250619A1 (en) Autonomous bicycle
US20120166048A1 (en) Inverted pendulum type moving body
US11077847B2 (en) Moving body
JP6724349B2 (ja) 自律移動装置、自律移動方法及びプログラム
US20190250615A1 (en) Autonomous Skateboard
JP5065206B2 (ja) 移動体、倒立型移動体、及びその制御方法
JP6569342B2 (ja) 移動ロボット
CN106020198B (zh) 一种体感车载物的方法和体感车
JP2011209845A (ja) 自律移動体、自己位置推定方法、地図情報作成システム
KR101504063B1 (ko) 이동 가방
JP2014092861A (ja) 追従台車システム
Kim et al. Control of a two-wheel robotic vehicle for personal transportation
JP2009174898A (ja) 移動体および環境情報作成方法
US20190009163A1 (en) Configurable transportation structure
US11630456B2 (en) Autonomous travelling cart system
KR101870427B1 (ko) 자율주행 플랫폼
JP7295654B2 (ja) 自走式ロボット
KR101061066B1 (ko) 지형감지 센서 조립체 및 이를 구비한 자율 이동 차량
US20230166728A1 (en) Traveling body and non-transitory recording medium
US10816340B2 (en) Self-stabilizing autonomous devices and use thereof in autonomous vehicles
JP2014092863A (ja) 追従台車
CN111443698A (zh) 姿态自调整的移动平衡装置、方法、电子终端及存储介质
JP5228560B2 (ja) 倒立走行ロボット及びその制御方法
KR102109112B1 (ko) 캐리어 부착형 제어장치 및 이를 포함하는 스마트 캐리어
KR102530702B1 (ko) 자율 주행 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant