KR102177164B1 - 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법 및 그에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템 - Google Patents

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이학
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Abstract

본 발명에 따르는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법에 있어서, 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템을 구성하며 다수의 결합면을 가지는 단위 모듈형 모바일 로봇들 중 결합대상들인 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇 각각이, 결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇으로 이동하면서, 다수의 결합면 중 하나인 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들과 반사면들을 이용하여 결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 이격거리들을 측정하고, 이격거리들이 동일해지도록 이동하여 상기 목표 결합면들에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 근접하는 제1단계; 및 상기 목표 결합면들이 밀착되면 상기 목표 결합면들에 구비된 결합부를 통해 결합상대와 결합하는 제2단계;를 구비함을 특징으로 한다.

Description

단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법 및 그에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템{modular unit mobile robot system and automatic combination method therefor}
본 발명은 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결합대상들인 단위 모듈형 모바일 로봇들이 자신의 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 이용하여 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 결합상대의 목표 결합면측으로 이동하여 결합함으로써, 모듈형 모바일 로봇의 결합을 위한 처리절차를 간소화함과 아울러 구성요소를 간소화하여 단가를 절감할 수 있는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법 및 그에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에 관한 것이다.
최근 들어서 다수의 로봇이 협업을 수행하여 다양한 작업 환경 조건에서 안정적인 작업을 이행할 수 있는 기술의 개발이 진행되고 있다.
예를들어 군집 로봇 시스템의 일 예로서 군집 로봇 축구 시스템의 로봇은 상부에 위치 파악용 카메라를 구비하고, 로봇 주변의 기반 시설들에 마커를 설치하여 로봇들의 절대 위치를 측정하고 이를 통해 로봇들 간의 상대 위치를 획득하여 안정적인 군집 로봇의 기능을 이행한다.
그러나 상기한 시스템은 마커가 설치된 기반 시설들이 어떻게 형성되어 있느냐에 따라 성능이 크게 좌우되는 문제가 있었다.
더욱이 상기한 문제는 마커를 제공할 수 없는 환경에서 로봇이 주변 로봇과의 위치를 파악하여 특정 기능을 이행해야 하는 경우에는 더욱 크게 대두되었다.
이를 좀더 설명한다. 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템은 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇이 군집으로 동작하면서 필요에 따라 단독 또는 결합하여 다양한 상황에 부합되는 기능을 수행한다.
상기 단위 모듈형 모바일 로봇이 단독으로 구동하다가 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과 결합하여 동작하고자 하는 경우에는 결합상대인 단위 모듈형 모바일 로봇과 상호 근접후에 미리 정해진 결합면으로 맞닿아 접근하여 결합한다. 이와 달리 결합된 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇이 단독으로 동작하고자 하는 경우에는 상기 결합면에서 분리되어 해체된다.
상기한 단위 모듈형 모바일 로봇의 결합 및 분해 매커니즘 중 결합과정은 다음과 같다. 종래에는 LED와 광센서를 이용하여 상호인식후 전자기적 유도 및 정렬 프로세스를 통해 단위 모듈형 모바일 로봇이 결합면으로 대향되게 정렬한 후에 근접하여 결합하므로, 모듈형 모바일 로봇의 결합을 위한 처리절차가 복잡하여 시간이 많이 소요되고 구성요소가 복잡하여 단가절감이 어려운 문제가 있었다.
대한민국 특허공개 제10-2013-0056586호 대한민국 특허공개 제10-2007-0120780호 대한민국 특허공개 제10-2013-0056586호
본 발명은 결합대상들인 단위 모듈형 모바일 로봇들이 자신의 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 이용하여 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 결합상대의 목표 결합면측으로 이동하여 결합함으로써, 모듈형 모바일 로봇의 결합을 위한 처리절차를 간소화함과 아울러 구성요소를 간소화하여 단가를 절감할 수 있는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법 및 그에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법에 있어서, 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템을 구성하며 다수의 결합면을 가지는 단위 모듈형 모바일 로봇들 중 결합대상들인 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇 각각이, 결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇으로 이동하면서, 다수의 결합면 중 하나인 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들과 반사면들을 이용하여 결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 이격거리들을 측정하고, 이격거리들이 동일해지도록 이동하여 상기 목표 결합면들에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 근접하는 제1단계; 및 상기 목표 결합면들이 밀착되면 상기 목표 결합면들에 구비된 결합부를 통해 결합상대와 결합하는 제2단계;를 구비함을 특징으로 한다.
본 발명은 단위 모듈형 로봇 시스템을 구성하는 각 단위 모바일 로봇 상호간에 결합대상들인 단위 모듈형 모바일 로봇들이 자신의 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 이용하여 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 결합상대의 목표 결합면측으로 이동하여 결합할 수 있다.
이를 통해, 다른 근접센서에 비해 면대면 거리 측정에서 직진성을 통해 높은 신뢰성을 확보할 수 있고, 양쪽 결합면의 평행 정렬을 동시에 수행할 수 있어, 단위 모듈형 모바일 로봇의 결합을 위한 처리절차를 간소화함과 아울러 구성요소를 간소화하여 단가를 절감할 수 있게 한다.
또한, 결합 이후에 각 로봇에서 유휴 다리가 생성되는지를 체크하고, 유휴 다리가 생성되면 상기 유휴 다리를 사용자가 요청하는 기능으로 동작하도록 전환하거나 결합하고 있던 단위 모듈형 모바일 로봇이 결합해제하면 유휴 다리로서 다른 기능을 수행하던 다리들을 다리의 기능으로 동작하도록 전환하여, 단위 모듈형 모바일 로봇이 구비하는 다리의 기능을 확장할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 모바일 로봇 시스템에서 각 단위 모듈형 로봇의 구성을 나타낸 블럭도,
도 3은 도 1의 단위 모듈형 모바일 로봇의 결합과정을 예시한 도면,
도 4는 도 1의 단위 모듈형 모바일 로봇의 레이저 센서 장착예를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 단위 모듈형 모바일 로봇의 외관을 나타낸 것으로 결합과정에서 결합전과 결합후를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 단위 모듈형 모바일 로봇에서 다리 구성을 보다 상세히 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에서 각 단위 모듈형 로봇의 결합 방법을 나타낸 플로우차트,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에서 각 단위 모듈형 로봇의 결합시의 다족 다리 제어 방법을 나타낸 플로우차트다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에서 자동 결합/분해 메커니즘에 대해 자세히 설명한다.
<단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 구성도>
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템은 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n)과, 원격지에 위치하는 제어센터(100)로 구성된다. 상기한 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n)과 원격지에 위치하는 제어센터(100)는 무선 네트워크를 통해 연결되어 명령 또는 정보의 송수신을 이행한다.
상기 제어센터(100)는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n)이 독립적으로 또는 결합하여 특정 동작을 이행하도록 제어한다.
이때, 상기 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n) 각각은 결합상대와의 결합시에 자신의 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 이용하여 결합상대인 단위 모듈형 모바일 로봇을 검출함과 아울러 검출된 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 서로의 목표 결합면들이 근접되도록 이동하며, 목표 결합면들이 서로 밀착하면 결합부를 구동하여 결합한다. 이로서 모듈형 모바일 로봇의 결합을 위한 처리절차를 간소화함과 아울러 구성요소를 간소화하여 단가를 절감한다.
또한, 단위 모듈형 모바일 로봇들은 다족 로봇 형태로 구성된다. 이때, 상기 제어센터(100)는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 입력하는 명령에 따라 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n)의 유휴 다리에 대한 기능을 선택하는 선택정보를 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n)으로 제공한다. 이어, 상기 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n) 각각은 상호 간의 결합시에 각 로봇에서 유휴 다리가 생성되는지를 체크하고, 유휴 다리가 생성되면 상기 유휴 다리를 사용자가 요청하는 기능으로 동작하도록 전환하여, 단위 모듈형 모바일 로봇이 구비하는 다리의 기능을 확장한다. 또한, 본 발명은 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과 결합하고 있던 단위 모듈형 모바일 로봇이 결합해제하면 유휴 다리로서 다른 기능을 수행하던 다리들을 다리의 기능으로 동작하도록 전환하여, 단위 모듈형 모바일 로봇이 구비하는 다리의 기능을 확장한다.
<단위 모듈형 모바일 로봇의 구성>
전술한 바와 같이, 도 1의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에서 이를 구성하는 각 단위 모듈형 로봇(1021~102n)의 구성 및 동작은 동일하므로, 이들 중 어느 하나의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 구성을 을 도 2를 참조하여, 보다 자세히 설명한다.
즉, 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)은 배터리 등 전원(미도시), 제어장치(200)와, 메모리부(202)와, 통신부(204)와, 기구구동부(206)와, 제1 내지 제4결합부(2081~2084)와, 제1 내지 제4다리부(2101~2104)와, 제1 내지 제4 레이저 센서부(2061~2064) 및 제5 내지 제8 레이저 센서부(20165~2068)의 총 8개의 레이저 센서부로 구성된다. 또한, 제1 내지 제4다리부(2101~2104)는 제1 내지 제4 종단부(2105~2108)을 구비한다.
상기 제어장치(200)는 상기 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 각부를 제어하여 로봇이 가진 고유 기능을 수행함은 물론이며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 결합대상인 단위 모듈형 모바일 로봇 상호간을 결합하며, 결합 또는 결합해제 상태에 대응되게 제1 내지 제4다리부(2101~2104)의 기능을 전환한다.
상기 메모리부(202)는 상기 제어장치(200)의 제어 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하며, 결합면들 각각에 대한 유휴 다리들에 대한 정보를 저장한다.
상기 통신부(204)는 제어센터(100) 또는 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과 상기 제어장치(200) 사이의 통신을 담당한다.
상기 기구구동부(206)는 상기 제어장치(200)의 제어에 따라 제1 내지 제4결합부(2081~2084)와 제1 내지 제4다리부(2101~2104)와 제1 내지 제4 종단부(2105~2108)를 구동한다. 이러한 기구 구동부(206)는 연결된 기구를 구동하기 위해 다수개의 모터와 모터 드라이버 등으로 구성될 수 있다.
상기 제1 내지 제4결합부(2081~2084)는 단위 모듈형 모바일 로봇에 구비되는 4개의 결합면들 각각에 설치되어, 상기 기구구동부(206)에 의해 구동한다. 이때, 제1 내지 제4 결합부(2018~2084)는 상기 본체 하우징의 측면에 형성된 사각형인 네개의 결합면들 각각의 중앙에 위치하며, 상기 제어장치(200)의 제어에 따라 결합면이 서로 밀착된 단위 모듈형 모바일 로봇에 자성을 가하거나 훅을 체결하여 상기 결합 대상인 단위 모듈형 모바일 로봇과 자신을 결합하며, 이를 위해 자석 또는 홈/돌기, 후크 형태 등 결합형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제4다리부(2101~2104)는 상기 4개의 결합면들이 서로 만나는 위치들에 각각 위치하며, 보행을 위한 다리 또는 사물의 조작을 위한 조작장치 또는 사물을 집는 집게 등의 다양한 기능을 수행한다. 이때, 제1 내지 제4다리부(2101~2104)는 상기 제어부(200)와 기구 구동부(206)의 제어에 따라 구동하여 단위 모듈형 모바일 로봇을 회전시키거나 이동시키거나 높이를 조절하거나 대향각도를 변경한다. 또한, 제1 내지 제4 종단부(2105~2108)가 사물의 조작을 위한 조작장치 또는 사물을 집는 집게 등의 다양한 기능 전환 기능을 수행한다. 가령, 다양한 기능으로는 촬상 또는 화재 진압, 물품 이송 등이 해당될 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제4 다리부(2101~2104)와 제1 내지 제4 종단부(2105~2108)는 상기 기구구동부(206)에 의해 구동한다.
상기 제1 내지 제4 레이저 센서부(2061~2064)는 상기 단위 모듈형 모바일 로봇의 본체 하우징의 측면에 형성된 사각형인 네개의 결합면들 각각의 어느 한 모서리에 위치하며, 다른 단위 모듈형 모바일 로봇의 유무 및 이격거리를 측정한 정보를 생성하여 상기 제어장치(200)에 제공한다.
상기 제5 내지 제8 레이저 센서부(2065~2068)는 상기 본체 하우징의 측면에 형성된 사각형인 네개의 결합면들 각각의 다른 모서리들 중 상기 제1 내지 제4 레이저 센서부(2061~2068)에 각각 대응되며, 해당 레이저 센서부가 형성된 모서리와 대각선에 위치하는 모서리에 위치하며, 다른 단위 모듈형 모바일 로봇의 유무 및 이격거리를 지시하는 정보를 생성하여 상기 제어장치(200)에 제공한다.
그리고 상기 본체 하우징의 측면에 형성된 사각형인 네개의 결합면들 각각의 나머지 모서리들에는 레이저를 반사하는 반사면들이 형성되나, 도 2에서는 생략한다.
<단위 모듈형 모바일 로봇의 결합면>
상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈형 모바일 로봇의 외관을 도시한 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 단위 모듈형 모바일 로봇의 결합면에 대해 좀더 설명한다.
도 1의 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템을 구성하는 각 단위 모듈형 모바일 로봇들, 가령 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)과 제2 단위 모듈형 모바일 로봇(1022)는 육면체의 하우징을 가지며 네 모서리에 각 1개씩의 다리를 가지는 4족로봇으로 다족 로봇 형태이다. 이때, 각 단위 모듈형 모바일 로봇의 각 다리와 다리 사이에 형성되는 네개의 측면은 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과 결합을 위한 결합면들이 된다. 가령, 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 각 다리와 다리 사이에 형성되는 네개의 측면은 제2 단위 모듈형 모바일 로봇(1022)과 결합을 위한 결합면(2071 ~20174)들이 되므로, 각각 4개씩으로 총 8개의 결합면(2071~2078)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)과 제2 단위 모듈형 모바일 로봇(1022)의 결합 방식에 있어, 각 4개의 결합면의 전후좌우(동서남북)으로 각 회전가능하므로, 각 단위 모듈형 로봇의 결합은 상호 연속하지 않는 결합면과의 결합이 가능하며, 결합후에도 90도씩 4번의 회전에 따라 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 네개의 측면이 한번씩 바뀌지만, 결합하는 제2 단위 모듈형 모바일 로봇(1022)은 결합면은 동일한 면에서 결합면의 상호변환이 가능하다.
도 3을 참조하면, 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 네 결합면 중 어느 한 결합면(2071)이 도시되어 있다. 즉, 제1 결합면(2071)의 중앙에는 자석 또는 훅(hook) 형태의 제1 결합부(2081)가 위치하고, 네 모서리 중 대각선에 위치하는 두 모서리에는 제1 및 제5 레이저 센서부(2061, 2065)가 위치하고, 나머지 3개의 결합면에 각각 제2 및 제6 레이저 센서부(2062, 2066), 제3 및 제7 레이저 센서부(2063, 2067), 제4 및 제8 레이저 센서부(2064, 2068)이 위치한다.
즉, 제1 결합면(2071)의 우측 상단에 제1 레이저 센서부(2061)과 좌측 하단에 제5 레이저 센서부(2065)를 대각선 방향으로 2개씩 장착한다. 이때, 제1 레이저 센서부(2061)는 각각 레이저의 송수신을 담당하는 제1 레이저 발광부(2061a)와 제1 레이저 수광부(2061b)로 구성되고, 제5 레이저 센서부(2065)는 각각 레이저의 송수신을 담당하는 제5 레이저 발광부(2065a)와 제5 레이저 수광부(2065b)로 구성된다. 또한, 제1 결합면(2071)의 우측 상단과 좌측 하단에는 다른 단위 모듈형 모바일 로봇으로 제2 단위 모듈형 모바일 로봇(1022)의 제1 결합면에 형성된 제1 및 제5레이저 센서가 조사하는 레이저를 반사시키기 위한 제1 및 제5반사면(2091, 2095)이 위치한다. 따라서, 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 제1 결합면(2071)의 우측 상단에 제1 레이저 센서부(2061)과 좌측 하단에 제5 레이저 센서부(2065)를 대각선 방향으로 2개씩 장착되면, 제1 단위 모듈형 모바일 로봇(1021)과 결합하는 제2 단위 모듈형 모바일 로봇(1022)의 해당 결합면의 우측 상단에는 제1 반사면이 위치하고, 좌측 하단에는 제5 반사면이 위치한다. 즉, 제1 단위 모듈형 로봇(1021)과 제2 단위 모듈형 로봇(1022)의 각 결합면의 대응되는 위치에는 각각 레이저 센서부와 반사면이 한쌍으로 대응되게 형성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 결합면에 둘 이상의 레이저 센서부를 형성하여, 둘 이상의 레이저 센서부가 측정한 거리가 동일한지 여부를 토대로 면대면 정렬을 확인함과 아울러, 둘 이상의 레이저 센서부가 측정한 거리가 0인지를 토대로 면대면 근접을 확인한다. 또한, 상기 둘 이상의 레이저 센서부를 사각형 형태의 결합면에서 대각선상에 위치하는 두 모서리에 위치시키고, 나머지 모서리들에는 반사면을 형성함으로써 결합면과 결합면이 대향될 때에 두 결합면에 각기 설치된 레이저 센서부들이 안정적으로 반사면들을 이용하여 거리를 측정할 수 있게 한다.
이를 통해, 각 단위 모듈형 로봇의 자동 결합이 시작되면 각 로봇의 결합면은 상호 마주보는 면으로 레이저 센싱을 수행하며, 각 레이저센서부가 발사하는 레이저는 마주보는 면에 반사되어 수광부에서 검출되어, 다른 근접센서에 비해 면대면 거리 측정에서 직진성을 통해 높은 신뢰성을 확보할 수 있고, 양쪽 결합면의 평행 정렬을 동시에 수행할 수 있다.
<단위 모듈형 모바일 로봇의 결합전 및 결합후와 결합후의 다기능 구현>
단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에서 각 단위 모듈형 모바일 로봇 상호간의 결합전과 결합후의 구성 및 동작을 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
전술한 바와 같이, 각 단위 모듈형 모바일 로봇(1021, 1022)은 육면체의 본체와 네개의 다리로 구성된다. 상기 육면체의 본체의 4개의 측면들은 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과의 결합을 위한 결합면으로 구성되며, 상기 결합면들 각각에는 결합부가 구비되며, 상기 결합면들 사이에는 각 4개의 다리부가 위치한다.
특히, 상기 단위 모듈형 모바일 로봇이 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과 결합하는 경우에는 유휴 다리가 생성된다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 제1결합면과 제2단위 모듈형 모바일 로봇(1022)의 제2결합면이 서로 결합한다고 가정할 경우에, 제1단위 모듈형 모바일 로봇(1021)의 제1다리와 제2다리, 제2단위 모듈형 모바일 로봇(1022)의 제3다리와 제4다리가 유휴한 다리가 된다. 이 유휴한 다리들은 제어센터(100)를 통한 사용자의 요청에 따라 본 발명에 의해 다리의 기능이 아닌 다른 기능을 수행한다.
가령, 제1 단위 모듈형 로봇(1021)의 제1 다리부 내지 제4 다리부(2101~2104)는 제1 종단부 내지 제4 종단부(2105 ~2108)을 구비한다. 여기서, 상기 단위 모듈형 모바일 로봇의 다리부는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전부(301)와, 다수의 관절(302,304)과, 연결막대부(306,308)와, 종단부(310)로 구성된다. 즉, 지면에 접촉하는 종단부(310)와, 종단부(310)와 다리부의 본체를 연결하는 다수의 연결막대부(306, 308)와, 상기 다수의 연결막대부(306, 308) 사이에 링크 구조로 결합하고 결합된 연결막대부를 움직여 상기 종단부(310)의 위치를 가변하여 종단부(310)가 다리 기능 또는 손 기능을 이행하게 하는 다수의 관절(302, 304)와, 다리부 본체를 좌우 방향에서 소정 각도로 회전시키는 회전부(301)를 구비한다.
이때, 상기 다수의 관절(302,304)은 연결막대부(306,308)를 움직여 종단부(310)의 위치를 가변하면서 보행 또는 지지를 이행하는 다리로서의 움직임이나 사물의 조작을 위한 조작장치 또는 사물을 집는 집게 등으로서의 움직임을 이행한다.
이러한 단위 모듈형 로봇의 다리부에 구비되는 종단부(310)는 단일의 고무팁의 형태로서 구성될 수 있으나, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 다기능을 가지도록 구성될 수도 있다. 도 4의 (b)에 도시한 다기능 종단부(312)는 상기 다기능 종단부(312)는 일측 종단에는 단일의 접촉팁으로서 고무팁(320)이 형성되고 다른 종단에는 집게팁(318)이 형성된 팁부(316)와, 상기 팁부(316)의 외부 하우징 구조로서 케이스(314)와, 회전을 통해 상기 고무팁(320) 또는 집게팁(318)을 선택적으로 상기 케이스(314)의 외부로 노출시키는 힌지부(322)를 구비한다.
여기서, 상기 힌지부(322)는 상기 제어센터(100)를 통한 사용자의 요청에 따라 구동하여 해당 다리가 사용자가 원하는 기능으로 동작하도록 고무팁(320) 또는 집게팁(318)이 선택적으로 외부로 노출시키고, 다른 하나는 하우징팁부(316)의 케이스(314)에 수용되도록 한다. 이를 통해, 상기 힌지부(322)가 상기 집게팁(318)을 외부로 노출시키면 사물의 조작을 위한 조작장치 또는 사물을 집는 집게 등으로서 움직임을 이행하여 손 기능을 수행하고, 상기 집게팁(318)을 케이스(314)에 수용하고 고무팁(320)을 외부로 노출시켜 보행 또는 지지를 이행하는 다리로서의 움직임을 이행한다.
<단위 모듈형 모바일 로봇의 결합방법>
이제 상기한 본 발명에 따르는 단위 모듈형 모바일 로봇의 결합방법을 도 7의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.
제어센터(100)는 사용자 인터페이스를 통한 사용자의 요청에 따라 결합정보를 생성하여 무선 네트워크를 통해 해당 단위 모듈형 모바일 로봇으로 전송한다(400단계). 여기서, 상기 결합정보에는 결합대상로봇식별정보와 결합대상로봇별 결합면 식별정보를 포함한다. 이하 편이상 결합대상 로봇들을 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇으로 칭한다.
상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 결합정보를 수신하면(402,404단계), 상기 결합정보에 포함된 결합대상 로봇식별정보를 토대로 자신이 결합대상인지를 체크한다(406,408단계).
상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 자신이 결합대상이면, 상기 결합정보에 포함된 자신에 대한 결합면 식별정보를 토대로 자신의 결합면을 검출하고, 자신의 결합면에 위치하는 제1 및 제2레이저 센서를 구동하여 다른 단위 모듈형 모바일 로봇을 검출함과 아울러 회전을 시작한다(410,412단계). 상기 회전은 제1단위 모듈형 모바일 로봇은 제1방향으로 회전하고, 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 제1방향과 역방향인 제2방향으로 회전하면서, 자신의 결합면들이 서로 대향될 때를 검출한다.
상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 다른 단위 모듈형 모바일 로봇이 검출되면, 자신의 식별정보를 포함하는 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보를 무선 네트워크를 통해 전송함과 아울러 무선 네트워크를 통해 다른 단위 모듈형 모바일 로봇로부터 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보가 수신되는지를 체크하고, 상기 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보가 수신되고 이 검출정보에 포함된 식별정보가 결합상대의 식별정보이면, 두 단위 모듈형 모바일 로봇은 자신의 목표 결합면들이 서로 대향하고 있다고 판단한다(414~428단계).
상기한 바와 달리 다른 단위 모듈형 모바일 로봇이 검출되었어도 결합상대로부터 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보가 제공되지 않으면, 목표 결합면들이 서로 대향되지 않은 것으로 판단하여 회전을 계속하면서 다른 단위 모듈형 모바일 로봇을 검출한다.
상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 결합상대가 검출된 방향으로 이동하면서, 목표 결합면에 설치된 제1 및 제2레이저 센서부를 통해 결합상대와의 이격거리들을 검출하고, 검출된 이격거리들에 대한 정보를 결합상대로 전송한다(430~436단계).
이후 결합상대로부터 이격거리들에 대한 정보가 수신될 때마다 상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 자신이 측정한 제1 및 제2레이저 센서부를 통해 측정된 이격거리들이 동일한지, 자신이 측정한 이격거리들과 결합상대로부터 제공된 이격거리들이 동일한지를 토대로 결합면들에 대한 면대면 정렬이 신뢰도 있게 정상적으로 이루어졌는지를 체크한다(438,440,448,450단계).
상기 면대면 정렬이 정상적으로 이루어진 상태에서 상기 이격거리가 0이 아니면, 상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 결합상대가 위치하는 방향으로 이동을 계속하면서 면대면 정렬이 신뢰도 있게 정상적으로 이루어졌는지를 체크하는 것을 계속한다(430~436,438,440,448,450단계).
상기 면대면 정렬이 정상적으로 이루어진 상태에서 상기 이격거리가 0이면, 상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 결합면이 서로 근접한 것으로 판단하여 결합부를 통해 결합상대와 결합을 이행한다(444,446,454,456단계).
<단위 모듈형 모바일 로봇의 다리 제어 방법>
도 7에서 단위 모듈형 로봇간의 결합 이후에 상기 단위 모듈형 모바일 로봇의 다리 제어 방법을 도 8의 흐름도를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
상기 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇(1021~102n) 중 어느 하나는 제어센터(100)로부터 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과의 결합이 요청되는지를 체크한다(500단계). 상기 단위 모듈형 모바일 로봇은 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과의 결합이 요청되면, 결합요청된 결합면으로 다른 단위 모듈형 모바일 로봇과 결합을 이행한다(502단계). 여기서 500 단계 502 단계는 도 7의 단계의 이행과정에서 수행되는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 7의 444 내지 456 단계를 통해, 상기 면대면 정렬이 정상적으로 이루어진 상태에서 상기 이격거리가 0이면, 상기 제1단위 모듈형 모바일 로봇과 제2단위 모듈형 모바일 로봇은 결합면이 서로 근접한 것으로 판단하여 결합부를 통해 결합상대와 결합을 이행한다( 도 7의 444,446,454,456단계).
이어, 상기 단위 모듈형 모바일 로봇은 결합요청된 결합면에 대한 유휴 다리들을 검출한다(504단계). 여기서 상기 단위 모듈형 모바일 로봇은 결합요청된 결합면에 대한 유휴 다리들에 대한 정보를 미리 테이블화하여 메모리부에 저장한다.
특히 상기 테이블은 결합된 모든 단위 모듈형 모바일 로봇에 대한 결합구조정보를 더 포함하여 유휴 다리들을 결정해둔 유휴 다리 정보를 기록한다.
좀더 설명하면, 단위 모듈형 모바일 로봇이 도 5의 예와 같이, 두개만 결합한 경우에는 결합면에 인접한 두 다리가 유휴 다리들로 판단될 수 있다. 그러나 단위 모듈형 모바일 로봇이 셋 이상 직렬연결된 경우에는 로봇의 하중을 고려하여 결합면에서 일부의 다리는 로봇의 안정적인 지지를 위해 유휴 다리가 아닌 다리 기능을 수행하는 다리로 사용되도록 판단될 수 있다.
또한, 다섯개의 단위 모듈형 모바일 로봇이 십자형태로 결합한 경우에는 중심에 위치하는 모듈형 모바일 로봇의 안정적인 지지를 위해 일부 다리는 유휴 다리가 아닌 다리 기능을 수행하는 다리로 사용되도록 판단될 수 있다.
또한. 상기 결합구조를 감안하여 유휴 다리를 판별하기 위해 상기 제어센터는 결합요청시에 단위 모듈형 모바일 로봇에 대한 전체 결합 구조에 대한 정보를 상기 단위 모듈형 모바일 로봇에 제공한다.
이를 위해 본 발명은 결합면 정보 및 단위 모듈형 모바일 로봇에 대한 결합구조정보에 따라 각기 다르게 선택된 유휴 다리를 선택한 테이블을 정보를 메모리부에 기록한다.
상기 결합요청된 결합면에 대한 유휴 다리들이 검출되면, 상기 단위 모듈형 모바일 로봇은 제어센터(100)를 통해 사용자가 유효 다리의 기능 변경을 요청하는지를 체크한다(506단계). 상기 유휴 다리의 기능 변경이 요청되면, 상기 단위 모듈형 모바일 로봇은 결합요청된 결합면에 대한 유휴 다리들이 기능을 선택된 기능으로 변경한다(508단계).
그리고 단위 모듈형 모바일 로봇은 제어센터(100)를 통해 사용자가 결합되었던 단위 모듈형 모바일 로봇과의 결합해제를 요청하는지를 체크한다(510단계). 상기 단위 모듈형 모바일 로봇은 결합되었던 단위 모듈형 모바일 로봇과의 결합해제를 요청하면, 결합해제 요청된 결합면에 대한 유휴 다리들을 검출하고(512단계), 상기 결합해제 요청된 결합면에 대한 유휴 다리들을 다리로서의 기능으로 기능을 변경한다(514단계). 상기한 다리기능으로의 기능변경후에 선택된 단위 모듈형 모바일 로봇과의 결합을 해제한다(516단계).
상기한 바와 같이 본 발명은 결합시에는 결합한 후에 유휴 다리들에 대한 기능을 변경하고, 결합해제시에는 유휴 다리들을 다리로서의 기능으로 기능을 변경한 후에 결합해제함으로써, 다리기능의 변경시에도 단위 모듈형 모바일 로봇이 안정적으로 동작할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 결합대상들인 단위 모듈형 모바일 로봇들이 자신의 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 이용하여 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 결합상대의 목표 결합면측으로 이동하여 결합함으로써, 모듈형 모바일 로봇의 결합을 위한 처리절차를 간소화함과 아울러 구성요소를 간소화하여 단가를 절감한다.
특히, 본 발명은 목표 결합면에 대해 두개 이상의 레이저 센서들을 이용하여 이격거리를 측정하고, 그 두개 이상의 레이저 센서들의 측정거리가 동일한지 여부를 통해 결합상대의 결합면과의 면대면 대칭을 확인하고, 또한 결합상대측에서 측정한 두개 이상의 레이저 센서들의 측정한 측정거리와도 동일한지 여부를 통해 상기 면대면 대칭을 검증한다. 이렇듯 본 발명은 면대면 대칭 상태를 신뢰도 있고 안정적으로 확인할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 두개 이상의 레이저 센서들만으로 결합상대와의 면대면 대칭과 이격거리 측정을 동시에 이행하므로 적은 수의 구성요소만을 요구한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 사각형의 결합면만을 예시하였으나 본 발명은 두개 이상의 레이저 센서들과 반사면들을 형성할 수 있는 그 어떠한 다면체의 결합면에도 적용될 수 있음은 본 발명에 의해 당업자에게 자명하다.
또한, 본 발명은 결합후 유휴 다리의 선정시에 단위 모듈형 모바일 로봇의 결합면만을 고려하는 것이 아니라, 단위 모듈형 모바일 로봇의 전체 결합구조를 고려함으로써, 단위 모듈형 모바일 로봇의 안정적인 보행과 지지 상태를 유지하면서도 다리를 이용하여 다기능을 수행할 수 있게 한다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 제어센터
1021~102n : 다수의 단위 모듈형 모바일 로봇
200 : 제어장치
202 : 메모리부
204 : 통신부
206: 기구구동부
2061~2064 : 제1 내지 제4 레이저 센서부
2065~2068 : 제5 내지 제8 레이저 센서부
2081~2084 : 제1 내지 제4결합부
2101~2104 : 제1 내지 제4다리부
2105~2106: 제1 내지 제4종단부

Claims (12)

  1. 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법에 있어서,
    단위 모듈형 모바일 로봇 시스템을 구성하며 다수의 결합면을 가지는 단위 모듈형 모바일 로봇들 중 결합대상들인 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇 각각이,
    결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇으로 이동하면서,
    다수의 결합면 중 하나인 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들과 반사면들을 이용하여 결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 이격거리들을 측정하고, 이격거리들이 동일해지도록 이동하여 상기 목표 결합면들에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 근접하는 제1단계; 및
    상기 목표 결합면들이 밀착되면 상기 목표 결합면들에 구비된 결합부를 통해 결합상대와 결합하는 제2단계;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇은,
    다수의 결합면 중 하나인 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 구동한 상태에서
    서로 역방향으로 회전하면서 주변의 다른 단위 모듈형 모바일 로봇을 검출하는 단계;
    주변의 다른 단위 모듈형 모바일 로봇이 검출되면 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보를 외부로 전송하는 단계; 및
    외부로부터 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보가 수신되면, 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면이 서로 대향한 것으로 판단하고 상기 제1단계로 진입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇은,
    상기 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보에 자신의 식별정보를 포함시키며,
    상기 외부로부터 수신된 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보에 결합상대의 식별정보가 포함되어 있으면, 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면이 서로 대향한 것으로 판단함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결합면에는 다수의 모서리가 구비되며,
    상기 다수의 모서리 중 일부에 레이저 센서들이 위치하고,
    상기 레이저 센서들이 레이저를 조사하는 부분들에 대향되는 결합면의 모서리 부분들에는 반사면들이 위치함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇은,
    상기 이격거리들이 0일 때에, 상기 결합부를 구동하여 결합함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합부는 자석 또는 훅 형태임을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템의 자동 결합 방법.
  7. 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템에 있어서,
    다수의 결합면을 가지는 단위 모듈형 모바일 로봇들로 구성되며,
    상기 단위 모듈형 모바일 로봇들 중 결합대상들인 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇 각각이,
    결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇으로 이동하면서,
    다수의 결합면 중 하나인 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들과 반사면들을 이용하여 결합상대인 다른 단위 모듈형 모바일 로봇의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면에 대한 이격거리들을 측정하고, 이격거리들이 동일해지도록 이동하여 상기 목표 결합면들에 대한 면대면 정렬을 이행하면서 근접하고,
    상기 목표 결합면들이 밀착되면 상기 목표 결합면들에 구비된 결합부를 통해 결합상대와 결합하며,
    상기 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇은,
    다수의 결합면 중 하나인 목표 결합면에 형성된 레이저 센서들을 구동한 상태에서
    서로 역방향으로 회전하면서 주변의 다른 단위 모듈형 모바일 로봇을 검출하고,
    주변의 다른 단위 모듈형 모바일 로봇이 검출되면 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보를 외부로 전송하고,
    외부로부터 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보가 수신되면, 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면이 서로 대향한 것으로 판단하고,
    결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면이 서로 대향된 상태에서 상기 면대면 정렬을 이행하면서 근접함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇은,
    상기 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보에 자신의 식별정보를 포함시키며,
    상기 외부로부터 수신된 단위 모듈형 모바일 로봇 검출정보에 결합상대의 식별정보가 포함되어 있으면, 결합상대의 목표 결합면과 자신의 목표 결합면이 서로 대향한 것으로 판단함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 결합면에는 다수의 모서리가 구비되며,
    상기 다수의 모서리 중 일부에 레이저 센서들이 위치하고,
    상기 레이저 센서들이 레이저를 조사하는 부분들에 대향되는 결합면의 모서리 부분들에는 반사면들이 위치함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2단위 모듈형 모바일 로봇은,
    상기 이격거리들이 0일 때에, 상기 결합부를 구동하여 결합함을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결합부는 자석 또는 훅 형태임을 특징으로 하는 단위 모듈형 모바일 로봇 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130056586A (ko) 2011-11-22 2013-05-30 한국전자통신연구원 군집 지능 로봇을 이용한 지도 구축 방법 및 그 장치
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