KR102150119B1 - 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치 - Google Patents

레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치 Download PDF

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Abstract

정확도를 향상시킨 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치가 개시된다. 이러한, 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법은, 방사상으로 레이저를 조사하고, 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들과의 거리를 측정하는 단계와, 타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시키는 단계와, 과원 로봇장치의 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산하는 단계와, 상기 과원 로봇장치의 진행방향으로 상기 과원 로봇장치와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단하는 단계, 및 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료한 후, 선회위치임을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치{METHOD OF HEADLAND RECOGNITION USING 2-DIMENSIONAL LASER SENSOR(LIDAR) AND ORCHARD ROBOT EMPLOYING THE SAME}
본 발명은 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치에 관한 것으로, 보다 상세히, 자율주행을 위한, 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치에 관한 것이다.
일반적으로, 과수원에서는 다수의 과수를 열맞춰 정식한 후 재배하는데, 이러한 과수의 재배과정에서 작업 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, 과수원에서는 동일 면적상에서 보다 많은 양의 과실을 수확하기 위해, 다수의 과수가 빼곡하게 정식되어 재배되기도 한다. 하지만, 이와 같이, 좁은 재배 면적 내 많은 수의 과수가 빼곡하게 정식된 후, 재배하는 과정에서 작업자가 제초 및 병충해 방제작업 또는 과수로부터 과실을 수확하는 등의 각종 농작업의 진행을 위해 과수원 내부를 이동할 때, 과수간의 좁은 이격 간격으로 인해 많은 불편함을 느낀다. 또한, 정식된 과수간의 정식 간격이 기본적으로 좁은 상태에서 일정 시간 동안 어느 정도 과수의 생장이 진행되면, 과수의 잎 또는 줄기 등으로 인해 작업자가 과원 내에서 기본적인 시야 확보의 어려움을 느낀다.
최근에는, 이러한 어려움을 해결하기 위해, 작업자를 대신하여 농작업을 수행하는 주행로봇이 주요 이슈로 대두되고 있다. 이러한 주행로봇은 과수원 내 심어진 과수를 따라 주행하면서 과수에 대한 각종 농작업을 진행하여, 작업자의 노동력 소모를 줄이는 효과를 가진다.
하지만, 이러한 주행로봇은 과수원의 토지상에 열맞춰 재배되는 다수의 과수들을 추종하며 주행하는데, 마지막 과수에 도착한 경우, 선회하여 다음의 과수들에 대한 작업을 진행한다.
이때, 종래의 경우 도 1에서 도시된 것과 같이, 과수열의 시작과 끝단에 테이프를 부착하여, 과원 로봇장치가 선회하여야 함을 인식하였다. 그러나, 테이프를 과수에 부착하는 경우, 과수의 성장에 따른 위치 변화나 가지나 잎에 의해 테이프가 인식되지 못하는 문제점이 발생되며, 별도의 구조물을 세우고, 별도의 구조물에 테이프를 부착하는 경우. 앞의 문제점은 해결되지만 별도의 설치작업이나 관리작업을 요하게 된다.
또한, 과수간의 정식 간격이 좁은 관계로 인해 주행 방향을 변경하는 과정에서, 주변 과수와 부딪쳐 과수 및 과실에 피해를 입히는 등의 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 만약, 과원 내 주행로봇이 주행하는 과정에서 과수 및 과실에 피해를 입히는 사고가 지속적으로 이루어진다면, 과수원 내 과수의 전반적인 과실 생산량은 감소하고, 생산된 과실에 대한 품질 또한 감소하는 등의 문제점이 발생했다.
이러한 문제를 해결하고자, 본 발명자에 의한 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2017-0148574에서는 진행방향에 과수가 존재하지 않는지 판단하여 새머리 구간에서의 선회를 결정하도록 하였으며, 선회방법이 제시되었으나, 과수 존재 판단에 오차가 있어, 이에 대해서 추가적인 연구가 진행되었다.
대한민국 출원번호 제10-2017-0148574호
그에 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정확도를 향상시킨 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 방법을 채용한 과원 로봇장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법은, 방사상으로 레이저를 조사하고, 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들과의 거리를 측정하는 단계와, 타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시키는 단계와, 과원 로봇장치의 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산하는 단계와, 상기 과원 로봇장치의 진행방향으로 상기 과원 로봇장치와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단하는 단계, 및 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료한 후, 선회위치임을 결정하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시키는 단계에서, 상기 클러스터링은,
Figure 112018123719332-pat00001
(이 식에서, x는 타겟의 위치, μi는 클러스터 Si의 중심점, k는 클러스터 갯 수)의 식을 만족하도록 클러스터 Si를 결정할 수 있다.
예컨대, 상기 n은 4일 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 과원 로봇장치는, 레이저 센서부, 제어부 및 몸체부를 포함한다. 상기 레이저 센서부는 레이저 및 센서를 포함한다. 상기 레이저는 방사상으로 레이저를 조사한다. 상기 센서부는 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들의 거리를 측정한다. 상기 제어부는 상기 레이저 센서부로부터 타겟들의 위치정보를 수신하여, 선회위치임을 결정하여 선회명령을 상기 몸체부에 송신한다. 상기 몸체부는 상기 레이저 센서부 및 상기 제어부가 장착되고, 이송바퀴를 포함한다. 이때, 상기 제어부는 클러스터링부, 과수위치 특정부, 평균거리 계산부, 판단부 및 구동제어부를 포함한다. 상기 클러스터링부는, 상기 레이저 센서부로부터 센싱된 타겟들의 위치정보를 수신하여, 상기 타겟정보들을 클러스터링한다. 상기 과수위치 특정부는 상기 클러스터링부에서 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시킨다. 상기 평균거리 계산부는 상기 과수위치 특정부로부터 특정된 과수위치 정보를 이용하여, 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산한다. 상기 판단부는 상기 과원 로봇장치의 진행방향으로, 상기 과원 로봇장치와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단한다. 상기 구동제어부는 상기 판단부의 판단 결과, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 상기 몸체부를 직선 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료시킨 후, 상기 몸체부를 선회시킨다.
이때 상기 클러스터링부는,
Figure 112018123719332-pat00002
(이 식에서, x는 타겟의 위치, μi는 클러스터 Si의 중심점, k는 클러스터 갯 수)의 식을 만족하도록 클러스터 Si를 결정할 수 있다.
또한, 상기 판단부는, 상기 과원 로봇장치의 진행방향에서 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 4 개의 과수가 존재하는지 판단할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 선회 방식 판단부를 더 포함하고, 상기 선회 방식 판단부는, 과수의 작업 방식에 따라서, U-자형 선회 또는 V-자형 선회를 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치에 의하면, 과수열의 존재를 설정 갯수 이상 확인한 이후, 선회를 판단함으로써, 새머리구간에서의 선회 판단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 하나의 과수로부터 반사되는 다수의 타겟들을 클러스터링함으로써, 과수와의 매핑 정확성을 향상시킬 수 있고, 그에 따라서 과수열에서 각 과수간의 평균거리 예측의 정확성을 높일수 있다.
도 1은 종래 선회를 위한 새머리 구간에 테이프가 부착된 모습을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 과원 로봇장치를 도시한 블럭도이다.
도 3은 도 2의 제어부가 수행하는 과정을 나타낸 것으로서, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 레이저 센서부에 의해 과수에서 반사된 타겟들을 도시한 개념도이다.
도 5는 실제 과수열의 타겟들에서 반사된 클러스터들을 도시한 사진이다.
도 6 내지 도 9는 최후의 과수열에 다가감에 따라서, 과수열의 타겟들에서 반사된 클러스터들을 도시한 사진이다.
도 10은 도 1의 선회방식 판단부에서 결정된 U-자형 선회의 개념을 도시한 개념도이다.
도 11은 도 1의 선회방식 판단부에서 결정된 V-자형 선회의 개념을 도시한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 과원 로봇장치를 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 과원 로봇장치(100)는 레이저 센서부(110), 제어부(120) 및 몸체부(130)를 포함한다.
상기 레이저 센서부(110)는 레이저(111) 및 센서(112)를 포함한다. 상기 레이저(111)는 방사상으로 레이저를 조사한다. 상기 센서부(112)는 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들의 거리를 측정한다. 예컨대, 상기 레이저 센서부(110)로서, LiDAR가 사용될 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 레이저 센서부(110)로부터 타겟들의 위치정보를 수신하여, 선회위치임을 결정하여 선회명령을 상기 몸체부(130)에 송신한다.
상기 몸체부(130)는 상기 레이저 센서부(110) 및 상기 제어부(120)가 장착되고, 이송바퀴(도시안됨)를 포함한다.
이때, 상기 제어부(120)는 클러스터링부(121), 과수위치 특정부(122), 평균거리 계산부, 판단부(123) 및 구동제어부(125)를 포함한다. 한편, 상기 제어부(120)는 선회 방식 판단부(126)를 더 포함할 수 있다.
상기 클러스터링부(121)는, 상기 레이저 센서부(110)로부터 센싱된 타겟들의 위치정보를 수신하여, 상기 타겟정보들을 클러스터링한다. 이때 상기 클러스터링부(121)는,
Figure 112018123719332-pat00003
(이 식에서, x는 타겟의 위치, μi는 클러스터 Si의 중심점, k는 클러스터 갯 수)의 식을 만족하도록 클러스터 Si를 결정할 수 있다.
상기 과수위치 특정부(122)는 상기 클러스터링부(121)에서 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시킨다.
상기 평균거리 계산부(123)는 상기 과수위치 특정부(122)로부터 특정된 과수위치 정보를 이용하여, 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산한다.
상기 판단부(124)는 상기 과원 로봇장치(100)의 진행방향으로, 상기 과원 로봇장치(100)와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단한다. 예컨대, 상기 판단부(124)는, 상기 과원 로봇장치(100)의 진행방향에서 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 4 개의 과수가 존재하는지 판단할 수 있다.
상기 구동제어부(125)는 상기 판단부(124)의 판단 결과, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 상기 몸체부(130)를 직선 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료시킨 후, 상기 몸체부(130)를 선회시킨다.
이상에서 설명된 제어부(120)의 각 기능들은 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
상기 선회 방식 판단부(126)는, 과수의 작업 방식에 따라서, U-자형 선회 또는 V-자형 선회를 판단할 수 있다.
이러한 선회 방식은 도 10 및 도 11을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 3은 도 2의 제어부가 수행하는 과정을 나타낸 것으로서, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법에 의하면, 먼저, 주행이 시작된 후(단계 S100), 방사상으로 레이저를 조사하고, 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들과의 거리를 측정한다(단계 S110).
도 4는 레이저 센서부에 의해 과수에서 반사된 타겟들을 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 레이저 센서부(110)에서는 일정한 속도로 회전하면서 일정한 시간 간격으로 레이저를 조사하게 되므로, 도시된 바와 같이, 등각도로 방사상으로 레이저를 조사한다.
이때, 일정간격으로 심어진 과수들(Tr1, Tr2, Tr3)로부터 레이저가 반사되고, 반사되는 지점들이 타겟(Tg1 ~ Tg6)으로 인식된다. 이때, 반사되는 과수와 레이저 센서부(110)과의 거리에 따라서, 타겟의 갯수가 달라지게 된다. 즉, 레이저 센서부(110)와의 거리가 가까운 과수(Tr1)는 예컨대 3개의 점으로 타겟(Tg1 ~ Tg3)으로 인식되고, 그 다음 가까운 과수(Tr2)은 예컨대 2개의 점으로 타겟(Tg4, Tg5)으로 인식되며, 상대적으로 먼 과수(Tr3)은 예컨대 1개의 점으로 타겟(Tg6)이 인식된다. 도 5는 실제 과수열의 타겟들에서 반사된 클러스터들을 도시한 사진이다. 이러한 타겟의 포인트들을 클러스터링하여 하나의 과수와 매핑시키는 작업이 필요하다.
다시 도 3을 참조하면, 이후, 타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시킨다(단계 S120). 이때, 상기 타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 대응시키는 단계에서, 상기 클러스터링은,
Figure 112018123719332-pat00004
(이 식에서, x는 타겟의 위치, μi는 클러스터 Si의 중심점, k는 클러스터 갯 수)의 식을 만족하도록 클러스터 Si를 결정할 수 있다. 이때, 초기의 μi는 설정할 수 있다.
한편, 상기 타겟들을 쿨러스터링 하는 과정에서, 다수의 타겟들이 밀집해 있는 중심 타겟에서 특정거리 이상 이격된 타겟은 노이즈로 판단하여 제거될 수 있다. 즉, 과수의 늘어진 줄기 등에 의해 반사가 진행된 경우나, 또한 과수 근처에 놓여진 각종 물체들에 의해 반사가 진행된 경우, 이들 타겟에 의해 반사된 것은 노이즈로 제거될 수 있다.
또한, 과수들의 중심거리를 예측하기 위해서, 반사위치로부터 일정거리 후방으로 과수의 중심위치를 설정할 수 있다.
이후, 과원 로봇장치의 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산한다(단계 S130).
이후, 과원 로봇장치의 진행방향으로 상기 과원 로봇장치와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단한다(단계 S140). 본 발명의 실시예에서, 상기 n은 4로 설정되었다. 한편, 이러한 설정계수 n은 과수들간의 평균 거리에 따라 달라질 수 있다.
판단결과, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료한 후, 선회위치임을 결정한다(단계 S150).
도 6 내지 도 9는 최후의 과수열에 다가감에 따라서, 과수열의 타겟들에서 반사된 클러스터들을 도시한 사진이다.
도 5에서와 같이, 진행방향으로 계속적으로 과수가 존재하는 경우, 직선주행을 계속하며, 도 6에서와 같이, 4개의 과수가 존재하지 않는다고 판단되면, 도 9와 같이. 최후의 과수에 도달한 이후, 선회를 결정한다. 따라서, 과수가 고사해서 벌목되었거나, 다른 이유도 예측 위치에서 과수가 존재하지 않는 경우에도 선회오류를 방지할 수 있다.
도 10은 도 1의 선회방식 판단부에서 결정된 U-자형 선회의 개념을 도시한 개념도이고, 도 11은 도 1의 선회방식 판단부에서 결정된 V-자형 선회의 개념을 도시한 개념도이다.
도 10에서 도시된 U-자형 선회는 바로 이웃하는 레인은 건너뛰고, 그 다음 레인으로 과원 로봇장치가 진행하게 되고, V-자형 선회는 이웃하는 레인으로 곧바로 주행하게 된다.
이러한 선회는 과원 로봇장치가 수행하는 작업에 따라서 달라질 수 있다.
예컨대, 농약을 살포하는 등의 과수에 대한 작업을 진행하는 경우, 양측 과수열에 존재하는 과수에 모두 살포가 완료되었으므로, U-자형 선회를 수행하면 모든 과수에 대해서 작업을 완료할 수 있다.
이와 다르게, 과수열 사이의 레인의 잡초들을 제거하는 등의 작업을 진행하는 경우, 모든 레인에 대해 작업이 진행되어야 하므로, 이 경우, V-자형 선회를 수행한다.
그러나, 이러한 것은 과수열 사이의 레인 폭이 작은 경우에 해당하고, 레인 폭이 충분히 넓어서, 이웃하는 레인으로 과원로봇 장치의 선회가 가능한 경우, U-자형 선회 및 V-자형 선회 중, 임의의 선회를 채택해도 무방하다.
이와 같이 본 발명에 의한 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법 및 이를 채용한 과원 로봇장치에 의하면, 과수열의 존재를 설정 갯수 이상 확인한 이후, 선회를 판단함으로써, 새머리구간에서의 선회 판단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 과원 로봇장치
110: 레이저 센서부
111: 레이저 112: 센서
120: 제어부
121: 클러스터링부 122: 과수위치 특정부
123: 평균거리 계산부 124: 판단부
125: 구동 제어부 126: 선회방식 판단부
130: 몸체부
Tr1 ~ Tr3: 과수
Tg1 ~ Tg 6: 타겟

Claims (7)

  1. 방사상으로 레이저를 조사하고, 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들과의 거리를 측정하는 단계;
    타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 매핑시키는 단계;
    과원 로봇장치의 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산하는 단계;
    상기 과원 로봇장치의 진행방향으로, 상기 과원 로봇장치와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단하는 단계; 및
    연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료한 후, 선회위치임을 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 n개는 상기 계산된 과수들간의 평균거리에 따라 설정되고,
    상기 타겟들을 클러스터링할 때, 상기 타겟들 중 중심 타겟에서 기설정된 거리 이상 이격된 타겟들은 노이즈로 제거되며,
    상기 각각의 과수에 매핑되도록 클러스터링된 타겟의 개수는 상기 매핑되는 과수와 상기 레이저를 조사하는 레이저 센서부의 거리에 따라 달라지게 되는, 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟들을 클러스터링하여, 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 매핑시키는 단계에서, 상기 클러스터링은,
    Figure 112020024792617-pat00005

    (이 식에서, x는 타겟의 위치, μi는 클러스터 Si의 중심점, k는 클러스터 갯 수)
    의 식을 만족하도록 클러스터 Si를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 n은 4인 것을 특징으로 하는 레이저 센서를 이용한 새머리구간 인식 방법.
  4. 방사상으로 레이저를 조사하는 레이저 및 타겟들로부터 반사된 레이저를 수신하여 타겟들과의 거리를 측정하는 센서를 포함하는 센서를 포함하는 레이저 센서부;
    상기 레이저 센서부로부터 타겟들의 위치정보를 수신하여, 선회위치임을 결정하여 선회명령을 송신하는 제어부; 및
    상기 레이저 센서부 및 상기 제어부가 장착되고, 이송바퀴를 포함하는 몸체부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 레이저 센서부로부터 센싱된 타겟들의 위치정보를 수신하여, 타겟들을 클러스터링하는 클러스터링부;
    상기 클러스터링부에서 클러스터링된 타겟들을 각각 과수에 매핑시키는 과수위치 특정부;
    상기 과수위치 특정부로부터 특정된 과수위치 정보를 이용하여, 진행방향으로 배열된 과수열에 배열된 과수들간의 평균거리를 계산하는 평균거리 계산부;
    과원 로봇장치의 진행방향으로, 상기 과원 로봇장치와 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 n개의 과수가 존재하는지 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부의 판단 결과, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하는 경우, 상기 몸체부를 직선 주행을 계속하고, 연속해서 상기 n개의 과수가 과수열에 존재하지 않는 경우, 최후의 과수에 이르도록 주행을 완료시킨 후, 상기 몸체부를 선회시키는 구동제어부를 포함하고,
    상기 n개는 상기 계산된 과수들간의 평균거리에 따라 설정되고,
    상기 클러스터링부는,,
    상기 타겟들 중 중심 타겟에서 기설정된 거리 이상 이격된 타겟은 노이즈로 제거하고,
    상기 각각 과수에 매핑되도록 클러스터링된 타겟의 개수는 상기 매핑되는 과수와 상기 레이저를 조사하는 상기 레이저 센서부의 거리에 따라 달라지게 되는 것을 특징으로 하는 과원 로봇장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 클러스터링부는,
    Figure 112018123719332-pat00006

    (이 식에서, x는 타겟의 위치, μi는 클러스터 Si의 중심점, k는 클러스터 갯 수)
    의 식을 만족하도록 클러스터 Si를 결정하는 것을 특징으로 하는 과원 로봇장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 과원 로봇장치의 진행방향에서 가장 가까운 과수로부터 평균거리 만큼 이격되는 위치들에, 연속해서 설정된 4 개의 과수가 존재하는지 판단하는 것을 특징으로 하는 과원 로봇장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    선회 방식 판단부를 더 포함하고,
    상기 선회 방식 판단부는, 과수의 작업 방식에 따라서,
    U-자형 선회 또는 V-자형 선회를 판단하는 것을 특징으로 하는 과원 로봇장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2763712B2 (ja) * 1992-06-30 1998-06-11 株式会社クボタ 垣根仕立の果樹用作業車
JP5838901B2 (ja) * 2012-04-25 2016-01-06 トヨタ自動車株式会社 物体識別装置及び物体識別方法
KR101763835B1 (ko) * 2015-10-30 2017-08-03 사단법인 한국온실작물연구소 군락에서 영상이미지를 통한 작물기관별 이미지식별시스템
JP2018102135A (ja) * 2016-12-22 2018-07-05 株式会社クボタ 作業車

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017148574A (ja) 2017-04-28 2017-08-31 株式会社ディ・ライト 遊技機

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2763712B2 (ja) * 1992-06-30 1998-06-11 株式会社クボタ 垣根仕立の果樹用作業車
JP5838901B2 (ja) * 2012-04-25 2016-01-06 トヨタ自動車株式会社 物体識別装置及び物体識別方法
KR101763835B1 (ko) * 2015-10-30 2017-08-03 사단법인 한국온실작물연구소 군락에서 영상이미지를 통한 작물기관별 이미지식별시스템
JP2018102135A (ja) * 2016-12-22 2018-07-05 株式会社クボタ 作業車

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