KR102150588B1 - 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치에 따르면, 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 로봇 인식용 지도와 위치 인식 기술에 의해 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 실내/외 골프연습장에 흩어진 골프공을 수거할 수 있도록 하기 위한 것이며, 자율주행 로봇은 UWB(Ultra Wideband) 방식을 이용하여 정확성이 향상되고, 한정적인 공간에 적합하여 설치가 쉽고, 안전(장애물, 낙하)을 위해서 포토센서가 부가적으로 구비되고, 필요시에는 특정 조종기 필요 없이 스마트폰 및 스마트패드와 WiFi 통신으로 수동 조종이 가능하여 골프공 회수에 따른 대기시간의 단축으로 이용고객들에게 편의를 제공하고, 골프공 회수에 따른 인건비를 절감함으로써 골프연습장의 영업이익을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치{Apparatus for Golf Ball Collection using Autonomous Driving Robot}

본 발명은 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이, 로봇 인식용 지도와 위치 인식 기술에 의해 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 실내/외 골프연습장에 흩어진 골프공을 수거할 수 있도록 한 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치에 관한 것이다.

근무환경이 주 5일로 변화함에 따라 골프연습장을 찾는 이들이 나날이 증가하고, 골프(Golf) 스포츠가 점차 대중화됨에 따라 골프연습장 수 또한 급격하게 증가하였다.

일반적으로 골프연습장은 이용고객에게 일정 분량의 골프공을 지급하고, 골퍼가 골프공을 타격하는 타석을 기준으로 전 방향으로 그물망을 설치하여 골퍼가 타격한 공이 골프연습장 외부로 이탈되는 것을 방지하고 있고, 타격된 공은 그물망에 의해 골프연습장의 바닥면에 산재하게 된다.

이에 따라 골프공의 개수가 한정된 관계로 골프연습장의 운영자는 일정 시간마다 골퍼들의 타격을 일시적으로 중지시킨 후 산재된 공을 인력을 통해 수거하고 있는 실정이다.

그러나 이러한 골프공 수거작업은 이용고객의 증가로 골프공을 회수하기 위한 영업중단이 잦아져, 이용고객들이 대기하여야 하는 등 골프연습장 이용에 많은 불편이 발생하고, 골프연습장 필드 곳곳에 흩어져 있는 골프공을 사람이 일일이 회수하여야 하므로 회수시간을 단축하는데 한계가 있었고, 인력을 더 투입할 경우 인건비가 상승하여 골프연습장의 운영 수지를 맞추는데 많은 어려움이 있었다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1339289호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 로봇 인식용 지도와 위치 인식 기술에 의해 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 실내/외 골프연습장에 흩어진 골프공을 수거할 수 있도록 하기 위한 것이며, 자율주행 로봇은 UWB(Ultra Wideband) 방식을 이용하여 정확성이 향상되고, 한정적인 공간에 적합하여 설치가 쉽고, 안전(장애물, 낙하)을 위해서 포토센서가 부가적으로 구비되고, 필요시에는 특정 조종기 필요 없이 스마트폰 및 스마트패드와 WiFi 통신으로 수동 조종이 가능하여 골프공 회수에 따른 대기시간의 단축으로 이용고객들에게 편의를 제공하고, 골프공 회수에 따른 인건비를 절감함으로써 골프연습장의 영업이익을 극대화할 수 있는 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치는 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 실내/외 골프연습장 내의 미리 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 필드에 흩어진 골프공을 수거하여 실내/외 골프연습장의 일측에 위치한 집하장으로 운반하도록 하는 것으로, 자율주행 로봇은 UWB(Ultra Wideband) 안테나가 구비되어 실내/외 골프연습장 주변에 위치한 기지국과 UWB(Ultra Wideband) 방식으로 RF 데이터 통신을 통하여 위치 인식을 수행하고, 사용자 단말기와 연결될 수 있는 WiFi 안테나가 구비되어 사용자 단말기를 통한 모니터링 및 사용자 단말기로부터 제어 명령을 수신 받고, 집하장의 위치를 감지하는 복수의 드롭센서를 구비한 것을 특징으로 한다.

자율주행 로봇의 위치 인식 수행을 위한 기지국과 자율주행 로봇 사이의 거리 측정은, 기지국과 자율주행 로봇끼리 UWB 주파수 대역으로 RF 데이터 통신을 수행할 때의 시간 차이로 계산할 수 있다.

자율주행 로봇은 사용자 단말기와 WiFi 통신으로 연결되어 수동 조종으로 제어될 수 있다.

자율주행 로봇은 골프공을 수거하여 집하장으로 이동 중 드롭센서를 통하여 바닥이 감지되지 않으면 집하장으로 인식하여 이동이 정지될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치에 따르면, 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 로봇 인식용 지도와 위치 인식 기술에 의해 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 실내/외 골프연습장에 흩어진 골프공을 수거할 수 있도록 하기 위한 것이며, 자율주행 로봇은 UWB(Ultra Wideband) 방식을 이용하여 정확성이 향상되고, 한정적인 공간에 적합하여 설치가 쉽고, 안전(장애물, 낙하)을 위해서 포토센서가 부가적으로 구비되고, 필요시에는 특정 조종기 필요 없이 스마트폰 및 스마트패드와 WiFi 통신으로 수동 조종이 가능하여 골프공 회수에 따른 대기시간의 단축으로 이용고객들에게 편의를 제공하고, 골프공 회수에 따른 인건비를 절감함으로써 골프연습장의 영업이익을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치를 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치의 운용 과정을 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치의 주행 경로를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 한국은 골프 스포츠 강국으로 부상하면서, 이에 따라 2016년 기준 1,230개 이상의 실내/외 골프연습장이 신설 및 운영되고 있다.

실내/외 골프연습장에서 먼 거리는 경사로를 이용하여 골프공을 회수하고 있으나, 가까운 페어웨이 안쪽은 자동 회수가 어려워 인력으로 골프공을 치우고 있고, 공을 수거하는 시간에는 연습이 중단된다.

즉, 실내/외 골프연습장 운영자 입장에서 골프공 수거는 애로사항 중 하나로 현재는 주로 인력 활용으로 처리되나, 앞으로는 이를 대신할 수 있는 장비를 투입하여 시간과 노동 절약이 필요하다.

아울러, 추가 인력을 동원 한다면 인건비가 발생하며, 수거 차량을 이용하면 차량 도입 비용과 무게로 인한 필드의 인조 잔디 손상으로 유지 보수비용이 추가된다.

따라서, 실내/외 골프연습장에서 사용되는 골프공을 자동으로 수거하는 로봇을 개발하여, 필드 파손이 없으면서, 인력을 동원하여 밀대로 공을 치우는 환경을 개선하고 로봇 산업발전에 기여할 수 있다.

<표 1>은 골프공 수거 방법의 비교를 나타낸다.

<표 2>는 골프공 수거 로봇을 적용함에 따른 기대 효과를 나타낸다.

본 발명의 일실시예에 따른 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치는, 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 실내/외 골프연습장 내의 미리 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 필드에 흩어진 골프공을 수거하여 실내/외 골프연습장의 일측에 위치한 집하장으로 운반하도록 하는 것으로, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 자율주행 로봇(100), 사용자 단말기(300), 기지국(530) 및 충전스테이션(550)이 포함되어 구성된다.

자율주행 로봇(100)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 이동몸체(110)와 밀대(150)가 포함되어 구성된다.

이동몸체(110)는 바퀴(111), 구동부(113), UWB 안테나(115), WiFi 안테나(117), 배터리(118) 및 제어보드(119)가 포함되어 구성된다.

바퀴(111)는 전방과 후방에 각각 한 쌍씩 구비되어 이동몸체(110)가 이동되도록 하며, 구동부(113)는 이동몸체(110)의 전방에 구비되는 것으로 모터와 감속기가 포함되어 구성되며 바퀴(111)에 회전력을 제공한다.

UWB 안테나(115)는 이동몸체(110)이 상부에 구비되어 UWB 전파신호를 송/수신하고, WiFi 안테나(117)는 이동몸체(110)의 상부에 구비되어 네트워크에 연결하고, 배터리(118)는 이동몸체(110)의 후방에 구비되어 자율주행 로봇(100)에 전력을 공급하며, 제어보드(119)는 이동몸체(110)의 상부에 구비되어 자율주행 로봇(100)의 구동에 필요한 각종 제어를 수행한다.

밀대(150)는 이동몸체(110)의 전방에 전방으로 이격된 후 일측과 타측으로 연장된 프레임 형태로 구비되는 것으로, 연장된 프레임의 일측과 타측에 각각 보조바퀴(151)가 구비되고, 연장된 프레임의 일측과 타측에 각각 전방센서(153)가 구비되며, 연장된 프레임의 일측과 타측에서 전방센서(153)의 후방에 드롭센서(155)가 각각 구비되고, 자이로 센서가 더 추가되어 구비된다.

연장된 프레임은 상/하로 이격된 형태로 구비되며, 상하의 이격거리는 골프공의 지름보다 작게 형성된다.

보조바퀴(151)는 밀대(150)가 지면과 마찰되지 않도록 지면에 밀착되어 회전하고, 전방센서(153)는 포토센서로 구비되며, 전방의 장애물의 유무를 감지하는 것으로, 진행 방향에 장애물을 감지하면 자율주행 로봇(100)이 바로 정지되도록 한다.

드롭센서(155)는 포토센서로 구비되며, 지면의 유무를 감지하여, 전방에 지면이 아닌 곳을 감지하면, 자율주행 로봇(100)이 바로 정지되도록 한다.

자이로센서는 방향을 감지하기 위한 것으로, 자율주행 로봇(100)의 진행 방향이 목표지점 방향과 일치하는지 측정한다.

본 발명에서 자율주행 로봇(100)의 위치 측정은 TOA(Time-Of-Arrival)개념을 이용한 거리(Range) 측정 방식을 사용한다.

이는 방향성이 없는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기지국(530)과 자율주행 로봇(100) 사이의 정확한 거리를 측정해서 d1, d2, d3을 얻었다면, 삼각측량법처럼 최소 3개원이 겹치는 부분이 자율주행 로봇(100)의 위치가 된다.

한편, 각각의 기지국(530)과 자율주행 로봇(100) 사이의 정확한 거리 측정은, UWB 안테나(115)를 통하여 기지국(530)과 자율주행 로봇(100)끼리 RF 데이터 통신을 UWB 주파수 대역(3.75GHz ~ 4.25GHz)으로 수행 한다.

기지국(530)과 자율주행 로봇(100)끼리 RF 데이터 통신을 수행할 때 시간 정보를 주게 되는데 시간 차이로 거리를 계산한다.

시간 차이에 의한 거리 계산은 단순하게 전파의 세기만으로 거리를 계산하는 것보다 훨씬 정확하며, 이는 수학식 1에 의해서 구할 수 있다.

여기서, d는 거리, C는 빛의 속도, △t는 시간 차이이다.

참고로, UWB(Ultra Wideband)의 특징은 소비 전력이 적고, 방해 전파에 강하고, 고속 통신이 가능하고, 위치 검출의 정밀도가 높으며 오차도 몇 cm이내이고, 넓은 주파수대에 확산되어 통신이 이루어진다.

WiFi 안테나(117)를 통하여 자율주행 로봇(100)은 스마트폰 및 스마트 패드 등의 사용자 단말기(300)와 네트워크 통신으로 연결될 수 있으며, 사용자 단말기(300)를 통하여 자율주행 로봇(100)의 상태 즉, 배터리 잔량, 작업 예상 시간, 위치 등을 모니터링 할 수 있다.

아울러, 사용자 단말기(300)를 통하여 자율주행 로봇(100)으로 작업 지시 명령, 작업 중단 명령을 전송할 수 있고, 필요에 따라 수동 모드로 전환시켜 원격으로 자율주행 로봇(100)을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이, 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치가 구비되고, 평상시에 자율주행 로봇(100)은 충전스테이션(550)에서 배터리(118)에 전원을 충전한다.

이어서, 미리 설정된 작업 예약 시간이 되면, 자율주행 로봇(100)은 충전스테이션(550)으로부터 출발하여 작업의 시작 위치로 이동한다.

작업의 시작 위치는 필드(500)에서 모서리 부분 등 미리 설정된 위치가 될 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 작업의 시작 위치는 골프장 도면, 또는 미리 설정된 실측 도면을 이용하여 작업할 공간을 결정할 수 있고, 자율주행 로봇(100)의 이동 경로는 밀대(150)의 폭을 감안하며, 미리 설정할 수 있다.

이어서, 자율주행 로봇(100)은 필드(500)에서 미리 설정된 경로를 따라서 이동하면서 밀대(150)로 골프공을 공을 밀어서 집하수로(510)를 향한 후, 골프공을 집하수로(510)에 밀어서 넣는다.

자율주행 로봇(100)은 이동하면서 전방센서(153)에서 장애물이 감지되면, 이동이 정지된다.

한편, 자율주행 로봇(100)이 필드(500)의 일측에 위치한 집하수로(510)에 골프공을 밀어 넣을 때, 위치데이터의 오차로 인해 자율주행 로봇(100)이 집하수로(510)에 빠질 수 있는데, 이때 드롭센서(155)에 의해서 지면이 감지가 안되면 집하수로(510)로 인식되어 자율주행 로봇(100)은 이동이 정지된다.

아울러, 드롭센서(155)는 밀대(150)의 일측과 타측에 각각 구비되므로, 양측의 드롭센서(155) 모두 지면이 감지되지 않아야만 집하수로(510)에 골프공을 완전히 넣었다고 판단한다.

이어서, 양측의 드롭센서(155)가 모두 지면이 감지되지 않으면, 자율주행 로봇(100)은 후진하여 다음 작업 위치의 시작 위치로 이동한 후, 골프공을 밀어서 집하수로(510)에 넣은 후 드롭센서(155) 모두 지면이 감지되지 않으면 후진하는 과정을 반복한다.

이어서, 골프공 수거를 완료하여 작업이 종료되면, 자율주행 로봇(100)은 충전스테이션(550)으로 이동한 후, 충전스테이션(550)과 도킹하여 배터리(118)를 충전하면서 대기한다.

자율주행 로봇(100)이 골프공 수거 작업 중, 배터리 잔량이 10% 이하가 되어 잔량 부족이 감지되면, 충전스테이션(550)으로 이동한 후, 충전스테이션(550)과 도킹하여 배터리(118)를 충전한다.

이어서, 배터리(118)이 충전이 완료되면, 골프공 수거 작업 중이던 위치로 이동하여 골프공 수거 작업을 다시 수행 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치에 따르면, 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 로봇 인식용 지도와 위치 인식 기술에 의해 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 실내/외 골프연습장에 흩어진 골프공을 수거할 수 있도록 하기 위한 것이며, 자율주행 로봇은 UWB(Ultra Wideband) 방식을 이용하여 정확성이 향상되고, 한정적인 공간에 적합하여 설치가 쉽고, 안전(장애물, 낙하)을 위해서 포토센서가 부가적으로 구비되고, 필요시에는 특정 조종기 필요 없이 스마트폰 및 스마트패드와 WiFi 통신으로 수동 조종이 가능하여 골프공 회수에 따른 대기시간의 단축으로 이용고객들에게 편의를 제공하고, 골프공 회수에 따른 인건비를 절감함으로써 골프연습장의 영업이익을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

현재 미래형 이동 로봇의 수요가 급증하는 것에 맞춰서 로봇 주행 기술의 글로벌 표준화가 이루어지고 있는 상황이다.

세계 시장의 공략을 위한 로봇 표준화의 요소 기술의 확보와 상용화가 시급하고, 고령화 대비, 노동 비용 절감, 생산성 제고, 편의 생활 등 패러다임 변경에 있어서 뚜렷한 목적과 시장이 있어 현재의 기술을 보다 경제적이며 편리한 시스템으로 연구 개발하는 것이 필요하다.

자율주행이 적용된 육/해/공 로봇은 요소 기술이 거의 같아 다른 분야에 적용이 가능하여 외산 로봇이 속속 개발되고 있다.

외국 기업이 소규모의 틈새시장마저 장악하기 전에 조기 개발이 시급하고, 소규모 및 단순 로봇을 상용화하여 중/대형 시장 진입의 기반 기술을 확보하며, 이동 로봇은 농업, 물류, 재난/방재, 국방 용도에 맞게 기능적인 구조만 변경한다면 전용 로봇 개발로 이어지는 교두보에 있어 기술 개발이 필요하다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

100: 자율주행 로봇 300: 사용자 단말기
500: 필드 510: 집하수로
530: 기지국 550: 충전스테이션

Claims (4)

1. 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 로봇이 실내/외 골프연습장 내의 미리 계획된 작업 경로를 따라 주행하면서 필드에 흩어진 골프공을 수거하여 실내/외 골프연습장의 일측에 위치한 집하장으로 운반하도록 하는 것으로,
   자율적으로 이동 가능한 자율주행 로봇은 UWB(Ultra Wideband) 안테나가 구비되어 실내/외 골프연습장 주변에 위치한 기지국과 UWB(Ultra Wideband) 방식으로 RF 데이터 통신을 통하여 삼각측량법에 따라 위치 인식을 수행하고, 사용자 단말기와 연결될 수 있는 WiFi 안테나가 구비되어 사용자 단말기를 통한 모니터링 및 사용자 단말기로부터 제어 명령을 수신 받고, 바닥 감지 여부에 따라 집하장의 위치를 감지하는 복수의 드롭센서를 구비한 것을 특징으로 한 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 자율주행 로봇의 위치 인식 수행을 위한 기지국과 자율주행 로봇 사이의 거리 측정은, 기지국과 자율주행 로봇끼리 UWB 주파수 대역으로 RF 데이터 통신을 수행할 때의 시간 차이로 계산하는 것을 특징으로 한 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 자율주행 로봇은 사용자 단말기와 WiFi 통신으로 연결되어 수동 조종으로 제어되는 것을 특징으로 한 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 자율주행 로봇은 골프공을 수거하여 집하장으로 이동 중 드롭센서를 통하여 바닥이 감지되지 않으면 집하장으로 인식하여 이동이 정지되는 것을 특징으로 한 자율주행 로봇을 활용한 골프공 수거 장치.

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