KR102234770B1 - 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자율주행로봇의 슬립현상으로 발생된 엔코더부의 오차값을 리얼센서부의 이미지센싱을 통한 위치값으로 보정하여 슬립현상이 발생되더라도 리얼센서부를 통하여 경로를 정위치로 쉽게 재설정하고, 리얼센서부에 다수개의 복수리얼센서를 구비하여 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서를 선택하는 것으로 하나의 리얼센서 보다 정확한 보정값을 산출할 수 있는 효과가 있다.

Description

복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법 { Autonomous driving robot equipped with a plurality of real sensors and driving method }

본 발명은 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 자율주행로봇의 주행시 슬립현상이 발생되더라도 엔코더부의 오차값을 리얼센서부의 이미지센싱을 통한 위치값으로 보정하고, 리얼센서부에서 수집되는 가장 정확한 위치값을 선택할 수 있도록 리얼센서부에 다수개의 복수리얼센서가 구비된 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법에 관한 것이다.

일반적으로 자율주행로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용되어 왔다.

이러한 자율주행로봇을 연구하는 분야는 근래에 들어 최첨단 우주개발산업에 사용되면서 그 기술의 발전을 거듭하여 왔고, 최근에는 인간 친화적인 가정용 로봇으로 개발되어 그 응용분야를 확대하고 있다.

이러한 인간 친화적인 가정용 로봇의 대표적인 예가 바로 청소로봇 또는 물류로봇으로 자율주행 로봇의 하나인 청소로봇은 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역에서 스스로 구동하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 기기이다.

이 같은 청소로봇은 먼지 또는 이물질을 흡입하는 일반적인 진공청소기의 구성이외에 해당 청소로봇을 주행시키는 좌륜 및 우륜모터를 포함하는 주행장치와 청소구역 내에 있는 다양한 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있도록 다수의 감지센서와 장치 전반을 제어하는 마이크로프로세서 등으로 구성되어 있다.

또한, 자율주행 로봇의 하나인 물류로봇은 거대한 물류창고의 내부에서 원하는 물류를 찾아 적재까지 수행하는 로봇으로 이 또한 좌륜 및 우륜모터를 통하여 바퀴구동으로 자율주행을 수행하게 된다.

상술한 바와 같이 좌륜 및 우륜모터를 포함하는 주행장치를 통해 주행하는 자율주행 로봇은 일정한 구역을 스스로 주행하기 때문에, 지정된 이동경로에 따라 주행장치가 정상적인 이동을 하는지 감지하고 제어하는 것이 필수적이다.

따라서. 종래에는 자이로 또는 가속도 센서를 주행장치의 좌륜 및 우륜모터에 설치하고, 해당 모터의 회전상태를 이용하여 자율주행 로봇의 이동경로 및 정상적인 이동을 하고 있는지 감지하였다.

그러나 이와 같은 방법은 주행수단, 즉, 단순히 자율주행 로봇의 구동상태만을 감지하기 때문에 자율주행 로봇이 실제로 이동하는 경로와 구동 상태에 따라 감지되는 이동경로가 달라지는 문제점이 있다.

예를 들어 주행 중에 예를 들어 우륜모터와 연결된 바퀴의 미끄러짐과 같은 장애가 발생하였을 때, 실제로 자이로 또는 가속도 센서에는 정상적인 회전속도로 감지되어 자율주행 로봇은 정상적으로 이동하고 있는 것으로 판단한다.

그러나 우륜바퀴에는 미끄러짐이 발생하기 때문에 자율주행 로봇은 정상적인 이동이 아닌 우측으로 원하는 것보다 더 많이 진행하거나 덜 진행하는 결과를 나타낼 수 있다.

따라서 종래의 방법으로는 주행장치에 이상이 발생하면 실제 이동하는 주행 경로를 감지할 수 없게 되고, 이러한 오차가 점점 누적됨으로 인해 결국에는 경로를 상실하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서 창안된 선행기술문헌으로서 한국등록특허 제10-0645813호는 자율주행 로봇의 이동경로 감지 방법과 그를 이용한 자율주행 로봇으로, 렌즈로부터 입력되는 영상을 촬영하여 출력하는 카메라부와; 상기 카메라로부터 입력되는 영상을 저장하고, 소정 주기로 입력되는 영상과 저장된 영상을 비교하여 상기 자율주행 로봇의 진행방향을 산출하여 출력하는 마이크로프로세서를 포함하고 있다.

또 다른 선행기술문헌으로 한국등록특허 제10-0962674호는 자율주행 로봇의 위치 추정 방법 및 이를 위한 이동 로봇으로, GPS 및 오도메트리 좌표계를 이용하여 로봇의 위치를 확인하고 오차를 수정하여 로봇의 주행 경로를 설정하도록 기재되어 있다.

그러나, 상기 영상의 이미지를 비교하거나 GPS 및 오도메트리 좌표계를 이용하는 자율주행로봇은 이미지의 정확한 비교를 통하여 미세한 오차를 발견하는 것이 매우 어렵고, GPS 및 오도메트리 좌표계 또한 정밀한 오차측정을 할 수 없어 물류용 또는 청소용 자율주행로봇을 정밀하게 주행시킬 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 상기 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 등록특허 제10-1705601호가 개시되었고 이는 3D라이더센서(3차원 깊이정보센서)라는 입체센서를 사용하여 보다 정밀한 오차를 측정할 수 있는 자율주행로봇이 개발되었으나 매우 고가의 3D라이더센서를 사용하여 제품을 제작하게 되면 생산단가가 대폭 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 자율주행로봇의 슬립현상으로 발생된 엔코더부의 오차값을 리얼센서부의 이미지센싱을 통한 위치값으로 보정하여 슬립현상이 발생되더라도 리얼센서부를 통하여 경로를 정위치로 쉽게 재설정하고, 리얼센서부에 다수개의 복수리얼센서를 구비하여 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서를 선택하는 것으로 하나의 리얼센서 보다 정확한 보정값을 산출할 수 있는 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법은 정해진 공간에서 원하는 지점으로 자율주행하는 자율주행로봇으로서 박스형상의 로봇본체와; 상기 로봇본체의 하부에 구비되며 지면에 접촉되는 한 쌍의 바퀴와, 상기 바퀴의 축에 연결된 구동모터로 이루어진 구동부와; 상기 로봇본체의 하부 일측에 구비되며 지면에 접촉되어 회전수를 카운팅하는 우측엔코더와, 하부 타측에 구비되며 지면에 접촉되어 회전수를 카운팅하는 좌측엔코더로 이루어져 로봇본체의 위치값을 산출하는 엔코더부와; 상기 로봇본체의 전방에 구비되며 주행하려는 경로이미지를 수집하는 리얼센서와, 상기 리얼센서에서 수집된 이미지를 통하여 로봇본체의 위치값을 산출하는 리얼센서부와; 상기 엔코더부의 위치값과 리얼센서부의 위치값을 대비하여 상기 로봇본체의 위치를 정위치로 보정하는 보정위치값을 산출하고, 상기 보정위치값을 상기 구동모터에 구동신호로 송신하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 리얼센서부에는 상기 엔코더부의 위치값과 대비되는 리얼센서의 위치값이 하나가 아닌 다수개가 대비되어 그 중 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서를 선택하여 보정위치값을 산출할 수 있도록 다수개의 복수리얼센서가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 로봇본체의 하부에 구비되며 주행경로의 바닥면에 부착된 코드의 주행정보를 수집하는 코드수집주행부가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법은 자율주행로봇이 정해진 안내경로를 기반으로 이동하는 주행단계와; 상기 자율주행로봇이 이동하면서 엔코더의 회전수를 감지하여 현재 자율주행로봇의 엔코더위치값을 수집하는 엔코더수집단계와; 상기 자율주행로봇이 이동하면서 전방의 경로를 이미지로 수집하여 현재 자율주행로봇의 리얼센서위치값을 수집하는 리얼센서수집단계와; 상기 자율주행로봇이 이동하면서 일정 시간간격으로 상기 엔코더위치값과 리얼센서위치값을 대비하여 평균값을 산출하는 위치보정값산출단계와; 상기 위치보정값산출단계에서 산출된 평균값에 대한 좌표로 상기 자율주행로봇을 이동시키는 보정주행단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 리얼센서수집단계시 다수개의 리얼센서를 구비하는 것으로 여러개의 리얼센서위치값과 엔코더위치값을 중복적으로 비교하고 그 중 가장 오차가 작은 리얼센서를 선택하여 상기 위치보정값산출단계에 리얼센서위치값을 전달하는 비교산출단계가 포함된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법은 효과는 다음과 같다.

첫째, 자율주행로봇의 슬립현상으로 발생된 엔코더부의 오차값을 리얼센서부의 이미지센싱을 통한 위치값으로 보정함으로써, 슬립현상이 발생되더라도 리얼센서부를 통하여 경로를 정위치로 쉽게 재설정할 수 있어 자율주행로봇이 경로를 이탈하는 것을 미연에 방지할 수 있고,

둘째, 리얼센서부에 다수개의 복수리얼센서를 구비함으로써, 엔코더부의 위치값과 대비되는 리얼센서의 위치값이 하나가 아닌 다수개의 복수리얼센서를 통하여 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서를 선택하는 것으로 하나의 리얼센서 보다 정확한 보정값을 산출할 수 있어 자율주행로봇의 보정경로주행을 보다 정확하게 수행시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행로봇을 나타내 보인 내부구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 복수리얼센서를 나타내 보인 부분 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 자율주행로봇의 주행방법을 나타내 보인 주행순서도이고,
도 4는 본 발명에 따른 비교보정주행단계를 나타내 보인 주행순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 정해진 공간에서 원하는 지점으로 자율주행하는 자율주행로봇(1)로서, 박스형상의 로봇본체(10)와; 상기 로봇본체(10)의 하부에 구비되며 지면에 접촉되는 한 쌍의 바퀴(21)와, 상기 바퀴(21)의 축에 연결된 구동모터(22)로 이루어진 구동부(20)와; 상기 로봇본체(10)의 하부 일측에 구비되며 지면에 접촉되어 회전수를 카운팅하는 우측엔코더(31)와, 하부 타측에 구비되며 지면에 접촉되어 회전수를 카운팅하는 좌측엔코더(32)로 이루어져 로봇본체(10)의 위치값을 산출하는 엔코더부(30)와; 상기 로봇본체(10)의 전방에 구비되며 주행하려는 경로이미지를 수집하는 리얼센서(41)와, 상기 리얼센서(41)에서 수집된 이미지를 통하여 로봇본체(10)의 위치값을 산출하는 리얼센서부(40)와; 상기 엔코더부(30)의 위치값과 리얼센서부(40)의 위치값을 대비하여 상기 로봇본체(10)의 위치를 정위치로 보정하는 보정위치값을 산출하고, 상기 보정위치값을 상기 구동모터(22)에 구동신호로 송신하는 제어부(50)로 구성된다.

한편, 상기 엔코더부(30)와, 리얼센서부(40)에는 각각의 위치값을 산출하는 연산부(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 리얼센서부(40)에는 도 2와 같이 상기 엔코더부(30)의 위치값과 대비되는 리얼센서(41)의 위치값이 하나가 아닌 다수개가 대비되어 그 중 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서(41)를 선택하여 보정위치값을 산출할 수 있도록 다수개의 복수리얼센서(42)가 구비된다.

또한, 도 1과 같이 상기 로봇본체(10)의 하부에 구비되며 주행경로의 바닥면에 부착된 코드(C)의 주행정보를 수집하는 코드수집주행부(60)가 포함된다.

한편, 상기 코드수집주행부(60)는 상기 코드(C)를 센싱하는 코드단말기(미도시)와, 센싱값을 이용하여 현재위치를 인식하고 주행경로값을 산출하는 연산부(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 엔코더부(30)와 리얼센서부(40), 코드수집주행부(60)에 구비된 연산부(미도시)는 상기 제어부(50)에 포함되는 것도 바람직하다.

본 발명에 따른 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법은 도 3 내지 도 4와 같이 자율주행로봇(1)이 정해진 안내경로를 기반으로 이동하는 주행단계(S10)와; 상기 자율주행로봇(1)이 이동하면서 엔코더의 회전수를 감지하여 현재 자율주행로봇(1)의 엔코더위치값을 수집하는 엔코더수집단계(S20)와; 상기 자율주행로봇(1)이 이동하면서 전방의 경로를 이미지로 수집하여 현재 자율주행로봇(1)의 리얼센서위치값을 수집하는 리얼센서수집단계(S30)와; 상기 자율주행로봇(1)이 이동하면서 일정 시간간격으로 상기 엔코더위치값과 리얼센서위치값을 대비하여 평균값을 산출하는 위치보정값산출단계(S40)와; 상기 위치보정값산출단계(S40)에서 산출된 평균값에 대한 좌표로 상기 자율주행로봇(1)을 이동시키는 보정주행단계(S50)로 이루어진다.

이때, 상기 엔코더위치값(오도메트리)을 수집 또는 산출방법으로 non-slipping 조건에 의해 왼쪽 바퀴와 오른쪽 바퀴가 지면과의 접촉시 속도를 산출하는 것은 아래의 식과 같다.

<수학식 1>

VL = r

, VR = r

여기서, V는 로봇 중심의 선속도이고, VL은 왼쪽바퀴의 선속도이며,

는 왼쪽바퀴의 각속도이고, VR은 오른쪽 바퀴의 선속도이며,

은 오른쪽 바퀴의 각속도이고,

는 로봇 중심의 반시계 방향에 대한 각속도이며, r 은 바퀴의 반지름이다.

이때, 상기 V와,

,

,

는 아래와 같은 관계를 가진다.

<수학식 2>

여기서, L은 양 바퀴 사이의 거리이고,

와

거리로서 아래와 같은 기구학식에 연관 관계를 가진다..

<수학식 3>

상기와 같이 X,Y,θ의 위치점을 산출하는 것으로 자율주행로봇(1)의 현재위치를 파악할 수 있게 된다.

한편, 상기 리얼센서수집단계(S30)에는 다수개의 리얼센서를 구비하는 것으로 여러개의 리얼센서위치값과 엔코더위치값을 중복적으로 비교하고 그 중 가장 오차가 작은 리얼센서를 선택하여 상기 위치보정값산출단계(S40)에 리얼센서위치값을 전달하는 비교산출단계(S31)가 포함된다.

여기서, 상기 X,Y,θ의 위치점을 가지고 상기 여러개의 리얼센서위치값과 엔코더위치값을 중복적으로 비교한 후 그 중 가장 작은 오차를 산출하는 방법으로는 아래의 식과 같다.

<수학식 4>

상기의 수학식에 기재된

와

는 엔코더의 X좌표 및 Y좌표와, 리얼센서의 X좌표 및 Y좌표의 거리차로서 이를 계산하여 산출되는 가장 작은 리얼센서위치값을 가지고 평균값을 구하고 상기 자율주행로봇(1)을 보정주행할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇 및 그 주행방법은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 정해진 공간에서 원하는 지점으로 자율주행하는 자율주행로봇(1)에 관한 것이다.

여기서, 상기 자율주행로봇(1)은 정해진 시점마다 슬립으로 인한 경로이탈을 보정하게 되는데 이에 관한 기술구성으로 지면과 접촉되어 위치를 파악하는 엔코더부(30)와, 경로상의 이미지를 수집하여 현재위치를 파악하는 리얼센서부(40)를 동시에 구비함으로써, 상기 엔코더부(30)에서 산출되었지만 슬립으로 인하여 오차가 발생된 엔코더위치값을 상기 리얼센서부(40)에서 파악된 비전적인 위치값과 비교하여 이에 대한 평균값으로 이탈된 경로를 원위치로 복귀시킬 수 있게 된다.

이를 통하여 상기 자율주행로봇(1)의 슬립현상 즉, 바퀴의 미끄러짐으로 발생된 상기 엔코더부(30)의 오차값을 상기 리얼센서부(40)의 이미지센싱을 통한 위치값으로 보정함으로써, 슬립현상이 발생되더라도 리얼센서부(40)를 통하여 경로를 정위치로 재설정할 수 있게 된다.

또한, 상기 리얼센서부(40)에는 다수개의 복수리얼센서(42)가 구비됨으로써, 상기 엔코더부(30)의 위치값과 대비되는 리얼센서의 위치값이 하나가 아닌 다수개가 대비되어 그 중 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서(41)를 선택하는 것으로 하나의 리얼센서(41) 보다 정확한 보정값을 산출할 수 있어 상기 자율주행로봇(1)을 정확한 경로로 보정주행시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 자율주행로봇 10 : 로봇본체
20 : 구동부 21 : 바퀴
22 : 구동모터 30 : 엔코더부
31 : 우측엔코더 32 : 좌측엔코더
40 : 리얼센서부 41 : 리얼센서
42 : 복수리얼센서 50 : 제어부
60 : 코드수집주행부 S10 : 주행단계
S20 : 엔코더수집단계 S30 : 리얼센서수집단계
S31 : 비교산출단계 S40 : 위치보정값산출단계
S50 : 보정주행단계

Claims (5)

1. 정해진 공간에서 원하는 지점으로 자율주행하는 자율주행로봇(1)에 있어서,
   박스형상의 로봇본체(10)와;
   상기 로봇본체(10)의 하부에 구비되며 지면에 접촉되는 한 쌍의 바퀴(21)와, 상기 바퀴(21)의 축에 연결된 구동모터(22)로 이루어진 구동부(20)와;
   상기 로봇본체(10)의 하부 일측에 구비되며 지면에 접촉되어 회전수를 카운팅하는 우측엔코더(31)와, 하부 타측에 구비되며 지면에 접촉되어 회전수를 카운팅하는 좌측엔코더(32)로 이루어져 로봇본체(10)의 위치값을 산출하는 엔코더부(30)와;
   상기 로봇본체(10)의 전방에 구비되며 주행하려는 경로이미지를 수집하는 리얼센서(41)와, 상기 리얼센서(41)에서 수집된 이미지를 통하여 로봇본체(10)의 위치값을 산출하는 리얼센서부(40)와;
   상기 엔코더부(30)의 위치값과 리얼센서부(40)의 위치값을 대비하여 상기 로봇본체(10)의 위치를 정위치로 보정하는 보정위치값을 산출하고, 상기 보정위치값을 상기 구동모터(22)에 구동신호로 송신하는 제어부(50)로 구성되고;
   상기 리얼센서부(40)에는 상기 엔코더부(30)의 위치값과 대비되는 리얼센서(41)의 위치값이 다수개가 대비되어 그 중 가장 작은 오차를 가지는 리얼센서(41)를 선택하여 보정위치값을 산출할 수 있도록 다수개의 복수리얼센서(42)가 구비되며;
   상기 로봇본체(10)의 하부에 구비되며 주행경로의 바닥면에 부착된 코드(C)의 주행정보를 수집하는 코드수집주행부(60)가 포함된 것을 특징으로 하는 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 자율주행로봇(1)이 정해진 안내경로를 기반으로 이동하는 주행단계(S10)와;
   상기 자율주행로봇(1)이 이동하면서 엔코더의 회전수를 감지하여 현재 자율주행로봇(1)의 엔코더위치값을 수집하는 엔코더수집단계(S20)와;
   상기 자율주행로봇(1)이 이동하면서 전방의 경로를 이미지로 수집하여 현재 자율주행로봇(1)의 리얼센서위치값을 수집하는 리얼센서수집단계(S30)와;
   상기 자율주행로봇(1)이 이동하면서 일정 시간간격으로 상기 엔코더위치값과 리얼센서위치값을 대비하여 평균값을 산출하는 위치보정값산출단계(S40)와;
   상기 위치보정값산출단계(S40)에서 산출된 평균값에 대한 좌표로 상기 자율주행로봇(1)을 이동시키는 보정주행단계(S50)로 이루어지고;
   상기 리얼센서수집단계(S30)시 다수개의 리얼센서가 구비되어 여러개의 리얼센서위치값과 엔코더위치값을 중복적으로 비교하고 그 중 가장 오차가 작은 리얼센서를 선택하여 상기 위치보정값산출단계(S40)에 리얼센서위치값을 전달하는 비교산출단계(S31)가 포함된 것을 특징으로 하는 복수개의 리얼센서가 구비된 자율주행로봇의 주행방법.
5. 삭제

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