KR102171077B1 - 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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이현오
허성우
조영철
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Abstract

본 발명에 의하면, 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법에 있어서, 자율 주행 지게차를 팔레트의 적재 위치로 이동시키는 단계, 카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 위치 정보를 획득하는 단계, 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하고, 위치 오차에 기초하여 가상 링크를 생성하는 단계, 가상 링크에 기초하여 1차 주행을 제어하는 단계, 센서 기반의 2차 주행을 제어하는 단계, 및 탑 팔레트를 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 단계를 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법을 제공할 수 있다.

Description

자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR DOUBLE STACKING OF AUTONOMOUS FORKLIFT AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 자율 주행 지게차가 팔레트(pallet)를 2단으로 적재(stacking)하기 위해 자율 주행 지게차의 움직임을 안전하고 효과적으로 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 부피가 크고 중량이 무거운 화물을 지게차로 들어올려 적재 또는 하역을 하거나 운반 및 보관 시에 화물을 받쳐주기 위해서 팔레트(pallet)가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 팔레트의 이동을 위해 지게차가 주로 사용되고 있으며, 물류 자동화 추세에 따라 무인 이송 장치(autonomous guided vehicle)에 대한 수요가 확대되면서 무인 지게차 또는 자율 주행 지게차에 대한 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
종래에는 팔레트의 홀을 인식하여 팔레트를 지게차에 적재한 후 주변 환경 정보를 통해 목적지까지 팔레트를 이송 및 하역하는 연구가 진행되었다. 이와 같은 기술의 경우 팔레트 1단에 대해서만 진행되었으며, 팔레트 홀의 인식에 초점을 맞추고 있다.
팔레트를 2단으로 적재(double stacking)하기 위해서는 팔레트의 코너점의 특징 검출 및 2단 적재를 위한 경로를 고려할 필요가 있으며, 이를 위한 새로운 방법 및 장치가 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1397342호
본 발명은 자율 지행 지게차를 이용하여 팔레트를 2단으로 적재하기 위한 안전한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가상 링크 추종 1차 주행 제어 및 센서 기반 2차 주행 제어를 통해 보다 빠르고 효율적인 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지게차 상부에 장착된 카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 코너점을 추출하는데 있어, ROI(Region of Interest, 관심 영역) 설정을 통해 데이터 개수와 탐색 범위를 줄여 실시간 검출 및 위치 오차 측정이 가능한 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 위치 오차가 정해진 조건을 만족하지 않아 2단 적재가 위험하다고 판단되는 경우 팔레트를 재인식하여 2단 적재를 수행함으로써 안전성을 확보한 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법에 있어서, 상기 자율 주행 지게차를 팔레트의 적재 위치로 이동시키는 단계; 카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하고, 상기 위치 차에 기초하여 가상 링크를 생성하는 단계; 상기 가상 링크에 기초하여 1차 주행을 제어하는 단계; 센서 기반의 2차 주행을 제어하는 단계; 및 상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 단계를 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차는 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차에 기초하여 생성될 수 있다.
또한, 상기 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하는 경우 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송하는 단계를 더 포함하고, 상기 센서 기반의 2차 주행은 센서 주기마다 측정된 위치 오차에 기초하여 주행 제어가 수행될 수 있다.
또한, 상기 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하지 못하는 경우, 상기 자율 주행 지게차의 후진 제어 후에 상기 가상 링크를 생성하는 단계를 재수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 종방향의 x축 위치 오차가 미리 결정된 기준 이하로 판단되는 경우, 상기 센서 기반의 2차 주행 방식으로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탑 팔레트 및 상기 바텀 팔레트의 위치 정보는 카메라 이미지 데이터 중 미리 설정된 관심 영역(ROI)의 데이터로부터 코너점 좌표를 추출함으로써 생성될 수 있다.
또한, 상기 가상 링크를 생성하는 단계는 상기 자율 주행 지게차가 주행을 정지한 상태에서 수행되며, 상기 센서 기반의 2차 주행을 제어하는 단계 이전에 상기 가상 링크는 한 번만 생성될 수 있다.
또한, 상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 단계는 상기 탑 팔레트의 4개의 코너 중 전방 2개의 코너를 틸팅된 상태로 먼저 내려 놓고 후방 2개 코너를 내려 놓도록 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 제어 장치에 있어서, 카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 위치 정보를 획득하도록 구성된 팔레트 검출부; 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하도록 구성된 위치 오차 측정부; 상기 위치 오차에 기초하여 생성된 가상 링크에 기초하여 1차 주행을 제어하도록 구성된 가상 링크 생성 제어부; 센서 기반의 2차 주행을 제어하도록 구성된 센서 기반 제어부; 및 상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 동작을 제어하도록 구성된 포크 제어부를 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차는 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차에 기초하여 생성될 수 있다.
또한, 상기 센서 기반 제어부의 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하는 경우 상기 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송하고, 상기 센서 기반의 2차 주행은 센서 주기마다 측정된 위치 오차에 기초하여 주행 제어가 수행될 수 있다.
또한, 상기 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하지 못하는 경우, 상기 자율 주행 지게차의 후진 제어 후에 상기 가상 링크 생성 제어부에서 상기 가상 링크를 재생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 종방향의 x축 위치 오차가 미리 결정된 기준 이하로 판단되는 경우, 상기 센서 기반 제어부에 의해 상기 센서 기반의 2차 주행 방식으로 제어되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 팔레트 검출부는 카메라 이미지 데이터 중 미리 설정된 관심 영역(ROI)의 데이터로부터 코너점 좌표를 추출함으로써 상기 탑 팔레트 및 상기 바텀 팔레트의 위치 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 가상 링크의 생성은 상기 자율 주행 지게차가 주행을 정지한 상태에서 수행되며, 상기 가상 링크는 상기 센서 기반의 2차 주행 제어 이전에 한 번만 생성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 포크 제어부는 상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 과정에서, 상기 탑 팔레트의 4개의 코너 중 전방 2개의 코너를 틸팅된 상태로 먼저 내려 놓고 후방 2개의 코너를 내려 놓도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 자율 지행 지게차를 이용하여 팔레트를 2단으로 적재하기 위한 안전한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가상 링크 추종 1차 주행 제어 및 센서 기반 2차 주행 제어를 통해 보다 빠르고 효율적인 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 지게차 상부에 장착된 카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 코너점을 추출하는데 있어, ROI(Region of Interest, 관심 영역) 설정을 통해 데이터 개수와 탐색 범위를 줄여 실시간 검출 및 위치 오차 측정이 가능한 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 위치 오차가 정해진 조건을 만족하지 않아 2단 적재가 위험하다고 판단되는 경우 팔레트를 재인식하여 2단 적재를 수행함으로써 안전성을 확보한 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 적재를 위한 자율 주행 지게차의 모습을 나타내는 예시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔레트의 2단 적재를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔레트의 코너점 좌표를 추출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 링크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양 팔레트의 종방향 및 횡방향의 위치 오차를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예가 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 기술되고, 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있다. 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
또한, 이하의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 적재를 위한 자율 주행 지게차의 모습을 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 자율 주행 지게차(100)의 상부에 장착된 2개의 카메라 센서(110)가 도시되어 있다. 자율 주행 지게차(100)가 이송하는 팔레트의 크기가 크기 때문에, 자율 주행 지게차(100)의 상부에 적어도 2개의 카메라 센서(110)를 이용하여 자율 주행 지게차(100)에 적재된 탑 팔레트와 전방에 위치한 바텀 팔레트를 모두 인식할 수 있다.
각각의 카메라 센서(110)는 3D 깊이 카메라(depth camera)로 구성될 수 있으며, 예컨대 ToF(Time of Flight) 카메라, 구조 관성 패턴 방식의 카메라 또는 3D 레이저 스캐너 방식의 카메라로 구성될 수 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 3D 깊이 카메라의 경우 3D 라이다(Lidar) 센서에 비해 저렴한 비용으로 설치 가능하며, 거리 정보의 정확도도 초음파 센서 등 다른 거리 센서에 비해 높기 때문에 유리하다. 또한, 팔레트의 검출을 위해 전방에 위치한 팔레트에 대해서만 감지가 필요하기 때문에 360도 전방향이 가능한 3D 라이다 센서 대신 3D 카메라 센서를 사용함으로써 제조 원가를 줄일 수 있다. 카메라 센서(110)는 자율 주행 지게차(100)의 천장의 양쪽 끝에 각각 하나씩 배치될 수 있으며, 예컨대 좌측 카메라 센서(110)를 통해 양 팔레트의 좌측 코너점을 인식하고, 우측 카메라 센서(110)를 통해 양 팔레트의 우측 코너점을 인식할 수 있다.
한편, 자율 주행 지게차(100)의 상부 중앙에는 추가로 라이다(Lidar) 센서(120)가 장착될 수 있으며, 라이다 센서(120)는 내부 정밀 지도에 기초하여 실내 위치 측위를 수행하도록 구성될 수 있으며, 예컨대, 자율 주행 지게차(100)가 팔레트의 적재 위치로 이동할 때 사용될 수 있다.
또한, 자율 주행 지게차(100)는 예컨대 리치 타입 또는 카운터 밸런스 타입으로 구성될 수 있으며, 리치 타입의 경우 지게차 포크를 앞뒤로 넣었다 뺐다 이동시킬 수 있어, 비좁은 공간에서 2단 적재에 유리한 장점을 가질 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔레트의 2단 적재를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 2a를 살펴보면, 자율 주행 지게차(100)가 포크를 통해 2단 적재를 위한 팔레트(210)를 적재한 상태를 확인할 수 있으며, 팔레트(210)의 종류는 범용 팔레트로부터 자동차 부품용 특수 팔레트까지 다양한 종류로 구성될 수 있다.
예컨대 도 2a에 도시된 바와 같이, 팔레트(210)의 하단에 2단 적재를 위한 받침 홈부로서 종발이(211)를 포함할 수 있으며, 종발이(211)는 원형 또는 사각형의 홈부를 갖는 형태를 가질 수 있다. 팔레트(210)의 상단에는 종발이(211)가 올려질 수 있는 기둥 형태의 돌출부(212)가 종발이(211)의 홈부 형상과 대응되도록 형성될 수 있으며, 팔레트가 2단으로 적재될 때 종발이(211)의 홈부와 돌출부(212)가 결합 구조를 통해서 안정적으로 고정될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 자율 주행 지게차(100)에 적재된 탑(top) 팔레트 (210)는 1단에 배치되어 있는 바텀(bottom) 팔레트(220) 위에 2단으로 스태킹(stacking)하기 위해 자율 주행 지게차(100)의 포크를 이용하여 바텀 팔레트(220)의 높이만큼 위로 이동시킬 수 있다. 자율 주행 지게차(100)의 주행 제어를 통해 지게차에 적재된 탑 팔레트(210)의 하단의 네 모서리에 있는 종발이(211)와 1단에 위치한 바텀 팔레트(220)의 상단의 네 모서리에 있는 기둥 돌출부의 위치가 맞으면 탑 팔레트(210)를 내려 놓음으로써 2단 적재가 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 자율 주행 지게차의 2단 적재 장치 및 방법에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명될 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 지게차(100)를 위한 2단 적재 제어 처리 장치(300)는 자율 주행 지게차(100) 내에 설치되어, 팔레트 검출부(310), 위치 오차 측정부(320), 가상 링크 추종 제어부(330), 센서 기반 제어부(340) 및 포크 제어부(350)를 포함할 수 있으며, 이들 구성 요소로 한정되지 않는다. 2단 적재 제어 처리 장치(300)는 자율 주행 지게차의 팔레트 2단 적재를 위해 팔레트 검출, 위치 오차 측정, 주행 제어, 포크 제어 등 2단 적재와 관련된 자율 주행 지게차의 각종 제어 및 처리를 실행하도록 구성되며, 예컨대 2단 적재 제어 처리 장치(300)는 중앙 처리 장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP) 등을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있는 메모리를 내부에 포함하거나, 장치 내의 메모리부 또는 필요한 경우 외부 메모리와 통신하여 필요한 정보에 액세스할 수 있다.
2단 적재 제어 처리 장치(300)의 팔레트 검출부(310), 위치 오차 측정부(320), 가상 링크 추종 제어부(330), 센서 기반 제어부(340) 및 포크 제어부(350)의 구성 요소는 하나 이상의 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있는 프로그램 또는 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. 2단 적재 제어 처리 장치(300)에 포함된 프로그램 또는 프로그램 모듈들은 운영 체제(operating system), 어플리케이션 프로그램(application program) 또는 프로그램 등의 형태로 구성될 수 있으며, 널리 사용되는 다양한 종류의 저장 장치 상에 물리적으로 저장될 수 있다. 이와 같은 프로그램 또는 프로그램 모듈은 하나 이상의 루틴(routine), 서브루틴(subroutine), 프로그램(program), 오브젝트(object), 콤포넌트(component), 명령(instructions), 데이터 구조(data structure) 및 특정 작업(task)을 수행하거나 특정 데이터 유형을 실행하기 위한 다양한 형태를 포함할 수 있으며, 이들 형태로 제한되지 않는다.
먼저 팔레트 검출부(310)는 자율 주행 지게차(100)에 장착된 카메라 센서(110)를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 위치 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 팔레트 검출부(310)는 카메라 이미지 데이터 중 미리 설정된 관심 영역(ROI)의 데이터로부터 코너점 좌표를 추출함으로써 탑 팔레트 및 바텀 팔레트의 위치 정보를 실시간 생성할 수 있다. 예컨대, 카메라 센서를 통해 전방에 촬영되는 탑 팔레트의 하단의 양 코너점의 좌표 및 바텀 팔레트의 상단의 양 코너점의 좌표가 측정될 수 있으며, 코너점의 좌표는 x축 좌표 x, y축 좌표 y, 수평축과 기울어진 각도 θ를 포함할 수 있다.
위치 오차 측정부(320)는 팔레트 검출부(310)에서 획득한 팔레트의 위치 정보에 기초하여 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차는 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차에 기초하여 생성될 수 있다.
가상 링크 추종 제어부(330)은 위치 오차 측정부(320)에서 측정된 위치 오차에 기초하여 생성된 가상 링크에 기초하여 자율 주행 지게차(100)의 1차 주행을 제어하도록 구성될 수 있다. 여기서, 가상 링크의 생성은 자율 주행 지게차(100)가 주행을 정지한 상태에서 수행되며, 가상 링크는 센서 기반의 2차 주행 제어 이전에 한 번만 생성되어, 보다 신속하게 1차 주행 제어가 수행될 수 있다.
가상 링크 생성 시에는 현재 자율 주행 지게차(100)의 상태도 고려하며, 센서 기반의 2차 주행 제어 구간에 진입하기 전까지 생성된 가상 링크를 추종하여 1차 주행이 제어될 수 있다. 가상 링크 추종 제어 시에는 센서 주기마다 경로를 갱신하지 않아도 되므로, 신속하고 효율적인 주행이 가능하다.
센서 기반 제어부(340)는 센서 기반의 2차 주행을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 종방향(자율 주행 지게차가 적재를 위해 진행하는 전방 방향)의 x축 위치 오차가 미리 결정된 기준인 임계값 이하로 판단되는 경우, 센서 기반 제어부(340)에 의해 1차 가상 링크 추종 제어 방식에서 센서 기반의 2차 주행 방식으로 모드가 변경되도록 구성될 수 있다. 센서 기반의 2차 주행은 1차 가상 링크 추종 제어 모드와는 다르게 센서 주기마다 측정된 위치 오차에 기초하여 주행 제어가 수행됨으로써, 안전성을 확보하기 위해 보다 정밀한 주행 제어가 가능하다.
센서 기반의 2차 주행 시, 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준, 예컨대 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차가 미리 정해진 조건을 모두 만족하는 경우 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송할 수 있다. 이때, 위치 오차 데이터가 미리 정해진 조건을 하나라도 만족하지 못하는 경우, 자율 주행 지게차(100)를 후진시킨 후에 팔레트 검출 동작 및 가상 링크 생성 동작을 다시 시작하도록 구성될 수 있다.
포크 제어부(350)는 탑 팔레트를 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 포크 제어부(350)는 탑 팔레트를 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 과정에서, 탑 팔레트의 4개의 코너 중 전방 2개의 코너를 틸팅(tilting)된 상태로 먼저 내려 놓고 후방 2개의 코너를 내려 놓도록 구성됨으로써, 보다 효과적이고 빠르게 양 팔레트의 얼라인을 맞출 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔레트의 코너점 좌표를 추출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 자율 주행 지게차(100)의 상부에 장착된 2개의 카메라 센서(110)에 획득한 센서 이미지 데이터, 즉 좌측 이미지 데이터 및 우측 이미지 데이터의 데이터량을 줄이기 위해 이미지 데이터 중 관심 영역(ROI)의 데이터만을 처리함으로써 원하는 데이터를 효과적으로 빠르게 추출할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, ROI 설정 및 코너점 추출 알고리즘을 적용하여 팔레트의 코너점 좌표로서 x축 좌표 x, y축 좌표 y, 각도 θ를 추출할 수 있다. 예컨대, 좌측 상단 영역 및 좌측 하단 영역의 코너점 좌표를 추출함으로써 탑 팔레트의 좌측 전방 하단 코너점 및 바텀 팔레트의 좌측 전방 상단 코너점을 추출하고, 우측 상단 영역 및 우측 하단 영역의 코너점 좌표를 추출함으로써 탑 팔레트의 우측 전방 하단 코너점 및 바텀 팔레트의 우측 전방 상단 코너점을 추출할 수 있다. 이와 같이 추출된 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 코너점 좌표들을 이용하여 양 팔레트 간의 위치 오차를 측정할 수 있다.
이와 같이, ROI 설정을 통한 코너점 추출을 통해 데이터 개수와 탐색 범위를 줄임으로써, 실시간 코너점 좌표의 검출이 가능해질 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a를 참조하면, 1단에 위치한 바텀 팔레트의 코너점으로서 좌측 바텀 코너점(left bottom corner point) 좌표 및 우측 바텀 코너점(right bottom corner point) 좌표에 기초하여 이들 중앙의 좌표인 xbot, ybot과 수평축에서 기술어진 각도인 θbot를 구하고, 동일한 방식으로 2단에 적재될 탑 팔레트의 코너점으로서 좌측 탑 코너점(left top corner point) 좌표 및 우측 탑 코너점(right top corner point) 좌표에 기초하여 이들 중앙의 좌표인 xtop, ytop과 수평축에서 기술어진 각도인 θtop를 구할 수 있다.
이와 같이 구해진 좌표값들에 기초하여 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차는 도 5a에 도시된 바와 같이, xerror = xbot - xtop, yerror= ybot - ytop, θerror = θbot - θtop과 같이 결정될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 링크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
위에서 설명한 바와 같이 결정된 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차에 기초하여 탑 팔레트 위치에서 바텀 팔레트 위치로 향하는 가상 링크가 생성될 수 있으며, 가상 링크 생성 시에는 지게차가 잠시 주행을 중지하고, 데이터를 누적하여 팔레트의 위치 오차 정확도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 가상 링크는 전방에 팔레트가 인식될 경우 한 번만 생성하도록 구성됨으로써 센서 데이터 주기마다 매번 경로를 재성성하지 않음으로써 보다 신속하고 효율적으로 가상 링크 추종을 통해 1차 주행 제어가 수행되고, 종방향의 위치 오차가 임계값 이하로 판단되는 경우 센서 기반의 2차 주행 방식으로 변경됨으로써 정밀한 제어를 통해 최종 위치 오차를 효과적으로 최소화시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양 팔레트의 종방향 및 횡방향의 위치 오차를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 2단 적재 시에 탑 팔레트(210)와 바텀 팔레트(220)의 위치 오차 측정의 예시로서 종방향(x축 방향)의 위치 오차 xerror와, 횡방향(y축 방향)의 위치 오차 yerror를 나타낸다. 예컨대, 위치 오차인 xerror가 미리 결정된 기준인 1.2m 이하로 판단되는 경우 센서 기반의 2차 주행 제어로 주행 모드를 변경하도록 설정될 수 있다.
센서 기반의 2차 주행 제어를 통해 현재의 위치 오차 값들을 인버스 키네마틱(Inverse Kinematic) 식 등을 통해 자율 주행 지게차의 횡방향 입력을 결정할 수 있다. 탑 팔레트(210)와 바텀 팔레트(220)의 위치 오차가 예컨대, xerror≤20mm, yerror≤15mm, θerror≤1.5°를 모두 만족시키면 2단 적재가 가능하다고 판단하여 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송할 수 있다. 위와 같은 위치 오차 제한 조건을 설정함으로써, 위치 오차 제한 조건을 만족하지 않는 경우 다시 가상 링크 설정 단계에서부터 시작함으로써 안전성을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법에 있어서, 먼저 자율 주행 지게차(100)를 팔레트의 적재 위치로 이동시킨다.(S710) 자율 주행 지게차(100)는 2단에 스태킹할 팔레트를 적재한 상태로 라이다 센서 등을 활용하여 2단 적재를 수행할 바텀 팔레트의 전방 위치로 이동 제어될 수 있다.
자율 주행 지게차(100)가 바텀 팔레트의 전방 위치로 이동한 후, 카메라 센서를 통해 전방에 위치한 탑 팔레트 및 바텀 팔레트를 촬영함으로써 양 팔레트의 위치 정보를 획득할 수 있다.(S720) 이때, 카메라 이미지 데이터 중 미리 설정된 관심 영역(ROI)의 데이터로부터 코너점 좌표를 추출함으로써 탑 팔레트 및 바텀 팔레트의 위치 정보를 생성할 수 있으며, 예컨대, 카메라 센서를 통해 전방에 촬영되는 탑 팔레트의 하단의 양 코너점의 좌표 및 바텀 팔레트의 상단의 양 코너점의 좌표가 측정될 수 있다. 또한, 위치 좌표는 종방향의 x축 좌표, 횡방향의 y축 좌표 및 기울어진 각도 θ 등으로 구성될 수 있다.
획득한 위치 정보에 기초하여 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하고, 위치 오차에 기초하여 가상 링크를 생성할 수 있다.(S730) 여기서, 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차는 예컨대 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차에 기초하여 생성될 수 있으며, 가상 링크의 생성은 자율 주행 지게차가 주행을 정지한 상태에서 수행되며, 센서 기반의 2차 주행을 제어하는 단계 이전에 가상 링크는 한 번만 생성됨으로써 1차적으로 적재 위치를 효율적이고 빠르게 찾아갈 수 있게 한다.
생성된 가상 링크에 기초하여 가상 링크 추종 1차 주행 제어가 수행될 수 있다.(S740) 가상 링크 추종 1차 주행 제어 시에는 센서 데이터 주기마다 매번 경로가 재생성되는 것이 아니라, 두 팔레트 간의 거리가 특정 거리보다 멀 경우 데이터를 누적하여 가상 링크를 통해 빠르게 주행 제어가 이루어질 수 있다.
가상 링크 추종 1차 주행 제어 시, 종 방향의 위치 오차가 임계값 이하로 판단되는 경우 센서 기반의 2차 주행 제어로 주행 모드가 변경될 수 있다.(S750) 예컨대, 가상 링크 추종 1차 주행 제어 중에, 종방향 즉, 팔레트의 진행 방향인 전방 방향을 축으로 발생하는 위치 오차인 xerror가 미리 결정된 기준 예컨대 1m 내지 2m 사이의 어느 하나의 값, 또는 1.2m 또는 1.5m가 이하로 판단되는 경우 센서 기반의 2차 주행 제어로 주행 모드를 변경하도록 설정될 수 있다. 센서 기반의 2차 주행은 센서 주기마다 측정된 위치 오차에 기초하여 정밀하게 주행 제어가 수행됨으로써 안전한 2단 적재를 구현할 수 있다. 또한, 센서 기반의 2차 주행 시, 탑 팔레트와 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하지 못하는 경우, 자율 주행 지게차의 후진 제어 후에 가상 링크를 생성하는 단계를 재수행하도록 구성될 수 있다.
현재의 위치 오차와 목표 오차를 비교함으로써(S760), 현재 위치 오차가 목표 오차의 기준을 모두 만족하는 경우 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송할 수 있다. 예컨대, 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차가 각각 xerror≤20mm, yerror≤15mm, θerror≤1.5°를 모두 만족시키면 2단 적재가 가능하다고 판단하여 포크 제어를 통한 2단 적재를 수행할 수 있다. 한편, 2단 적재는 안전성이 요구되는 작업이므로, 예컨대 미리 결정된 시간 구간 동안 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차 조건 중 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않는 경우 지게차를 후진하여 팔레트의 위치 정보를 재 획득하고(S720)하고, 가상 링크 생성 단계(S730)을 다시 수행하도록 할 수 있다.
마지막으로 포크 제어를 통해 탑 팔레트의 적재를 완료할 수 있다.(S770) 이때, 탑 팔레트를 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 단계는 탑 팔레트의 4개의 코너 중 전방 2개의 코너를 틸팅된 상태로 먼저 내려 놓고 후방 2개의 코너를 내려 놓도록 제어함으로써, 보다 효과적이고 빠르게 네 코너점의 얼라인을 맞출 수 있다.
본 명세서에 기재된 다양한 실시예들은 하드웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 소프트웨어 및/또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들은 하나 이상의 주문형 반도체(ASIC)들, 디지털 신호 프로세서(DSP)들, 디지털 신호 프로세싱 디바이스(DSPD)들, 프로그래머블 논리 디바이스(PLD)들, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)들, 프로세서들, 컨트롤러들, 마이크로컨트롤러들, 마이크로프로세서들, 여기서 제시되는 기능들을 수행하도록 설계되는 다른 전자 유닛들 또는 이들의 조합 내에서 구현될 수 있다.
또한, 예를 들어, 다양한 실시예들은 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능한 매체에 수록되거나 인코딩될 수 있다. 컴퓨터-판독가능한 매체에 수록 또는 인코딩된 명령들은 프로그램 가능한 프로세서 또는 다른 프로세서로 하여금 예컨대, 명령들이 실행될 때 방법을 수행하게끔 할 수 있다. 컴퓨터-판독가능한 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 하나의 장소로부터 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 이송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 모두를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수도 있다. 예를 들어, 이러한 컴퓨터-판독가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM　또는 기타 광학디스크 저장 매체, 자기 디스크 저장 매체 또는 기타 자기 저장 디바이스 또는 원하는 프로그램 코드를 컴퓨터에 의해 액세스가능한 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 반송하거나 저장하는데 이용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.
이러한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 등은 본 명세서에 기술된 다양한 동작들 및 기능들을 지원하도록 동일한 디바이스 내에서 또는 개별 디바이스들 내에서 구현될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에서 "~부"로 기재된 구성요소들, 유닛들, 모듈들, 컴포넌트들 등은 함께 또는 개별적이지만 상호 운용가능한 로직 디바이스들로서 개별적으로 구현될 수 있다. 모듈들, 유닛들 등에 대한 서로 다른 특징들의 묘사는 서로 다른 기능적 실시예들을 강조하기 위해 의도된 것이며, 이들이 개별 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 실현되어야만 함을 필수적으로 의미하지 않는다. 오히려, 하나 이상의 모듈들 또는 유닛들과 관련된 기능은 개별 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 수행되거나 또는 공통의 또는 개별의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
특정한 순서로 동작들이 도면에 도시되어 있지만, 이러한 동작들이 원하는 결과를 달성하기 위해 도시된 특정한 순서, 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 또는 모든 도시된 동작이 수행되어야 할 필요가 있는 것으로 이해되지 말아야 한다. 임의의 환경에서는, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 더욱이, 상술한 실시예에서 다양한 구성요소들의 구분은 모든 실시예에서 이러한 구분을 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안되며, 기술된 구성요소들이 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 자율 주행 지게차
110: 카메라 센서 120: 라이다 센서
210: 탑 팔레트 220: 바텀 팔레트
300: 2단 적재 제어 장치
310: 팔레트 검출부 320: 위치 오차 측정부
330: 가상 링크 추종 제어부 340: 센서 기반 제어부
350: 포크 제어부

Claims (16)

  1. 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 방법에 있어서,
    상기 자율 주행 지게차를 팔레트의 적재 위치로 이동시키는 단계;
    카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하고, 상기 위치 오차에 기초하여 가상 링크를 생성하는 단계;
    상기 가상 링크에 기초하여 1차 주행을 제어하는 단계;
    센서 기반의 2차 주행을 제어하는 단계; 및
    상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 단계
    를 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차는 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차에 기초하여 생성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하는 경우 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송하는 단계를 더 포함하고, 상기 센서 기반의 2차 주행은 센서 주기마다 측정된 위치 오차에 기초하여 주행 제어가 수행되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하지 못하는 경우, 상기 자율 주행 지게차의 후진 제어 후에 상기 가상 링크를 생성하는 단계를 재수행하는 단계를 더 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 종방향의 x축 위치 오차가 미리 결정된 기준 이하로 판단되는 경우, 상기 센서 기반의 2차 주행 방식으로 변경하는 단계를 더 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탑 팔레트 및 상기 바텀 팔레트의 위치 정보는 카메라 이미지 데이터 중 미리 설정된 관심 영역(ROI)의 데이터로부터 코너점 좌표를 추출함으로써 생성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가상 링크를 생성하는 단계는 상기 자율 주행 지게차가 주행을 정지한 상태에서 수행되며, 상기 센서 기반의 2차 주행을 제어하는 단계 이전에 상기 가상 링크는 한 번만 생성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 단계는 상기 탑 팔레트의 4개의 코너 중 전방 2개의 코너를 틸팅된 상태로 먼저 내려 놓고 후방 2개의 코너를 내려 놓도록 제어되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 방법.
  9. 자율 주행 지게차의 2단 적재를 위한 제어 장치에 있어서,
    카메라 센서를 통해 탑(top) 팔레트 및 바텀(bottom) 팔레트의 위치 정보를 획득하도록 구성된 팔레트 검출부;
    상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차를 계산하도록 구성된 위치 오차 측정부;
    상기 위치 오차에 기초하여 생성된 가상 링크에 기초하여 1차 주행을 제어하도록 구성된 가상 링크 생성 제어부;
    센서 기반의 2차 주행을 제어하도록 구성된 센서 기반 제어부; 및
    상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 동작을 제어하도록 구성된 포크 제어부
    를 포함하는 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차는 종방향의 x축 오차, 횡방향의 y축 오차 및 기울어진 각도 θ의 오차에 기초하여 생성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 센서 기반 제어부의 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하는 경우 상기 포크 제어부에 적재 제어 신호를 전송하고, 상기 센서 기반의 2차 주행은 센서 주기마다 측정된 위치 오차에 기초하여 주행 제어가 수행되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 센서 기반의 2차 주행 시, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 위치 오차가 미리 결정된 기준을 만족하지 못하는 경우, 상기 자율 주행 지게차의 후진 제어 후에 상기 가상 링크 생성 제어부에서 상기 가상 링크를 재생성하도록 구성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 탑 팔레트와 상기 바텀 팔레트의 종방향의 x축 위치 오차가 미리 결정된 기준 이하로 판단되는 경우, 상기 센서 기반 제어부에 의해 상기 센서 기반의 2차 주행 방식으로 제어되도록 구성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 팔레트 검출부는 카메라 이미지 데이터 중 미리 설정된 관심 영역(ROI)의 데이터로부터 코너점 좌표를 추출함으로써 상기 탑 팔레트 및 상기 바텀 팔레트의 위치 정보를 생성하는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 가상 링크의 생성은 상기 자율 주행 지게차가 주행을 정지한 상태에서 수행되며, 상기 가상 링크는 상기 센서 기반의 2차 주행 제어 이전에 한 번만 생성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 포크 제어부는 상기 탑 팔레트를 상기 바텀 팔레트의 상단에 내려 놓는 과정에서, 상기 탑 팔레트의 4개의 코너 중 전방 2개의 코너를 틸팅된 상태로 먼저 내려 놓고 후방 2개의 코너를 내려 놓도록 구성되는 것인, 자율 주행 지게차의 2단 적재 제어 장치.
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