KR102250541B1

KR102250541B1 - 장애물 극복용 이동 로봇

Info

Publication number: KR102250541B1
Application number: KR1020200006040A
Authority: KR
Inventors: 최윤정; 류제하; 박성수; 윤지현
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-05-11

Abstract

본 발명은 장애물 극복용 이동 로봇에 관한 것으로서, 하단에 복수의 바퀴가 장착된 바디부; 상기 복수의 바퀴 간 이격 거리 이상의 사이즈로 형성되어 로봇의 주행면을 제공하는 레일; 상기 바디부의 일측면에 상기 레일에 대한 그립 기능과 위치 이동 기능을 수행하는 다관절 로봇암; 상기 바디부에 하나 이상의 센서가 장착되고, 로봇의 자세 정보와 로봇의 주행방향에 대한 장애물 정보를 인식하기 위한 환경 정보를 수집하는 센서부; 상기 환경 정보에 기초하여 상기 로봇의 자세 정보에 따라 로봇의 균형 유지를 위한 바퀴 제어 정보를 산출하고, 상기 장애물 정보에 기초하여 상기 레일과 지면과의 레일 각도 정보를 산출하여 로봇의 주행경로를 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에서 산출된 바퀴 제어 정보 또는 로봇의 주행 경로에 따라 상기 복수의 바퀴를 구동하고, 상기 레일 각도 정보에 기초하여 상기 다관절 로봇 암의 각 관절 구동을 수행하는 로봇구동부를 포함할 수 있다.

Description

장애물 극복용 이동 로봇{MOBILE ROBOT FOR OVERCOMING OBSTACLE}

본 발명은 장애물 극복용 이동 로봇에 관한 것으로서, 특히 레일을 그립할 수 있는 이동 로봇을 이용하여 장애물을 극복할 수 있는 기술에 관한 것이다.

현재 우리 주변에는 다양한 로봇들이 존재한다. 가장 기본적인 둥근 바퀴를 가진 로봇, 2개, 4개 또는 그 이상의 다리를 가진 족형 로봇 등이 있다. 이러한 족형 로봇들이 극복할 수 있는 지형은 한정적이며 계단과 같은 험한 지형을 극복하기 위해서는 많은 모션이 필요하며, 제어가 복잡해짐에 따라 시스템이 불안정해질 수 있는 가능성이 존재한다.

특히, 소형 로봇은 무너진 건물더미와 같이 인간이 진입하기에는 어려운 작은 틈새를 통과할 수 있는 장점을 가지고 있다. 많은 수의 소형 로봇들은 이러한 곳에서 구조나, 탐사, 정찰 등의 임무를 효과적으로 수행할 수 있다. 하지만, 로봇의 크기가 작아질수록 주변환경의 상대적인 평탄도가 낮아지고, 거칠기가 증가하는 “사이즈 그레인 가설(Size Grain Hypothesis)” 문제가 발생한다.

일반적으로, 원형바퀴를 사용하는 소형 로봇은 평지에서는 바퀴와 지면 간의 안정적인 접지를 유지하며 높은 주행 성능을 보이지만, 바퀴의 반지름보다 높은 장애물을 넘을 수 없는 근본적인 문제를 가지고 있다. 원형바퀴의 대안으로 제시된 족형 바퀴(legged wheel)는 추가적인 구조 없이 바퀴의 형상만으로 같은 직경의 원형 바퀴가 넘을 수 있는 장애물보다 높은 장애물을 넘을 수 있다. 그러나 모든 종류의 족형 로봇은 바퀴 중심으로부터 바퀴의 둘레까지의 거리가 일정하지 않아 평지 주행 시 로봇의 무게중심이 지면과 수직한 방향으로 계속 변하는 현상이 발생한다. 따라서 일정속도 이상으로 가속시킬 경우, 지면과의 안정적인 접지가 불가능하여 원형바퀴와 비교하여 평지 주행성능이 떨어지게 된다.

한편, 변형 바퀴는 원형바퀴의 평지 주행능력과 족형 바퀴의 장애물 극복 능력을 모두 이용한 바퀴이다. 즉, 평지 주행 시에는 변형 바퀴가 원 형상을 유지하며 안정적으로 지면과 접지하여 주행 성능을 높이고, 장애물을 만나게 되면 족형 바퀴로 변형하여 원 형상의 반지름보다 높은 장애물을 넘어갈 수 있게 된다. 변형 바퀴를 이용한 로봇은 마이크로 서보 모터를 이용하여 바퀴의 형상을 바꾸는 변형바퀴를 사용하고 있어 로봇의 설계, 제어 방법이 매우 복잡하다.

종래의 소형 로봇과 같은 무인 이동체는 바퀴 구동용 액추에이터뿐만 아니라 여러 개의 액추에이터를 사용하거나, 하나의 액추에이터로 여러 구동부에 동력을 제공하는 방식을 사용하고 있다. 최근에 6개의 액추에이터를 사용하여 장애물을 극복하는 무인 이동체가 개발되었으나, 전력 소모가 크고 설계가 복잡해지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 균형 로봇의 원리를 이용하여 2륜의 이동 로봇이 레일을 이용하여 장애물을 극복할 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른, 장애물 극복용 이동 로봇은, 하단에 복수의 바퀴가 장착된 바디부; 상기 복수의 바퀴 간 이격 거리 이상의 사이즈로 형성되어 로봇의 주행면을 제공하는 레일; 상기 바디부의 일측면에 상기 레일에 대한 그립 기능과 위치 이동 기능을 수행하는 다관절 로봇암; 상기 바디부에 하나 이상의 센서가 장착되고, 로봇의 자세 정보와 로봇의 주행방향에 대한 장애물 정보를 인식하기 위한 환경 정보를 수집하는 센서부; 상기 환경 정보에 기초하여 상기 로봇의 자세 정보에 따라 로봇의 균형 유지를 위한 바퀴 제어 정보를 산출하고, 상기 장애물 정보에 기초하여 상기 레일과 지면과의 레일 각도 정보를 산출하여 로봇의 주행경로를 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에서 산출된 바퀴 제어 정보 또는 로봇의 주행 경로에 따라 상기 복수의 바퀴를 구동하고, 상기 레일 각도 정보에 기초하여 상기 다관절 로봇 암의 각 관절 구동을 수행하는 로봇구동부를 포함할 수 있다.

상기 센서부는 IMU(Inertial Measurement Unit, IMU), 자이로(Gyroscope) 센서, 텔레메트리(Telemetry), 초음파 센서, 적외선 센서, 3D-LiDAR 센서 중 하나 이상의 센서를 포함하고, 하나 이상의 센서를 통해 로봇의 전체 방향에 대한 환경 정보를 획득하고, 상기 환경 정보에 기초하여 장애물의 상태와 크기에 따른 장애물 정보를 인식할 수 있다.

상기 제어부는 상기 환경 정보를 분석하여 상기 레일의 사이즈에 기초하여 로봇의 통과 영역과 회피 영역을 산출하고, 상기 로봇의 통과 영역에서 상기 장애물 정보에 기초하여 장애물로부터의 안전 거리를 산출하고, 상기 안전 거리를 기준으로 상기 레일의 배치 위치 정보를 결정할 수 있다. 상기 안전 거리는 상기 레일의 사이즈와 상기 로봇 암의 스트레칭 거리에 따라 결정될 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 로봇의 회피 영역을 우회하도록 로봇의 주행경로를 결정할 수 있다.

상기 제어부는, 기계 학습 알고리즘을 이용하여 상기 환경 정보에서 하나 이상의 객체를 식별하고, 상기 식별된 각 객체의 위치를 파악하며, 상기 식별된 객체에 대해 장애물 카테고리로 분류하여 장애물 정보를 출력할 수 있다.

장애물 극복용 이동 로봇은, 무선 통신 기능을 수행하는 통신부를 더 포함하고, 상기 통신부를 통해 사용자 단말로부터 모드 결정 신호가 전송되면, 상기 제어부는 상기 모드 결정 신호에 따라 자율 주행 모드와 원격 조종 모드 중 어느 하나의 모드를 수행할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 센서부로부터 수신한 환경 정보에 대한 분석 및 연산 기능, 기계학습 알고리즘에 기반한 인공지능 연산, 통신 제어, 로봇 구동 제어를 포함한 제반 제어 기능을 수행하는 메인 제어부; 상기 로봇의 자세 정보에 따라 각 바퀴를 구동시키기 위한 휠 모터의 동작을 제어하는 바퀴 제어부; 및 상기 레일의 그립 기능과 위치 이동 기능을 제공하는 그리퍼 모터의 동작을 제어하는 레일 제어부를 포함할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 2륜의 이동 로봇을 소형으로 제작하여 협소한 공간도 통과할 수 있을 뿐 아니라 가벼워 휴대가 용이해질 수 있고, 엑추에이터를 최소한 사용하여 설계가 간단하고, 전력 소모가 적어 기존의 소형 로봇에 비해 장시간 운용할 수 있다.

또한, 본 발명은 이동 로봇을 자율 주행 모드와 원격 조종 모드로 제어할 수 있어 여러 대의 이동 로봇을 동시에 제어할 수 있고, 레일을 이용하여 장애물을 쉽게 극복할 수 이어 장애물 극복 능력이 향상될 수 있으며, 특히 탐색이나 구조 임무에서 소형 로봇은 여러 대가 동시에 흩어져서 임무를 수행할 경우에 임무의 성취도가 비약적으로 상승할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 극복용 이동 로봇의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 극복용 이동 로봇의 외관을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 상세히 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇 암의 각 관절 구동을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 극복용 이동 로봇이 가로막힘 장애물을 극복하는 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 극복용 이동 로봇이 구멍 장애물을 극복하는 상태를 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.

무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 극복용 이동 로봇의 구성을 설명하는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 극복용 이동 로봇의 외관을 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 장애 극복용 이동 로봇(100)은 바디부(110), 레일(120), 다관절 로봇암(130), 센서부(140), 메모리(150), 제어부(160), 통신부(180) 및 로봇 구동부(170)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.

바디부(110)는 하단에 복수의 바퀴(101)가 장착되고, 내부에 로봇 구동에 필요한 구성요소들이 탑재된다. 이러한 바디부(110)는 방수, 방열, 충격 등에 강한 소재로 패키징되어 있다. 이동 로봇(100)이 2륜 밸런싱 로봇으로 구현되는 경우에 복수의 바퀴(101)는 2개로 구성된다.

레일(120)은 복수의 바퀴(101) 간 이격 거리 이상의 사이즈로 형성되어 이동 로봇(100)에 주행면을 제공한다. 이러한 레일(120)은 이동 로봇(100)의 크기, 장애물의 크기에 따라 여러 사이즈로 변경될 수 있다.

다관절 로봇암(130)은 바디부(110)의 일측면에 레일에 대한 그립 기능과 위치 이동 기능을 수행하는 것으로서, 로봇 암(130)의 각 관절 구동을 담당하는 액추에이터(actuator)와 2개의 로봇 암에 대한 분산 제어가 가능한 제어기(controller)가 일체화된 형태일 수 있다. 또한, 다관절 로봇암(130)의 양끝단에는 레일을 그립 또는 그립해제할 수 있는 그리퍼(131)가 집게 형태로 설치될 수 있다.

센서부(140)는 바디부(110)에 하나 이상의 센서가 장착되어, 로봇의 자세 정보와 로봇의 주행방향에 대한 장애물 정보를 인식한다. 이러한 센서부(140)는 IMU(Inertial Measurement Unit, IMU), 자이로(Gyroscope) 센서, 텔레메트리(Telemetry), 초음파 센서, 적외선 센서, 3D-LiDAR 센서 중 하나 이상의 센서를 포함하고, 하나 이상의 센서를 통해 로봇의 전체 방향에 대한 환경 정보를 획득하고, 환경 정보에 기초하여 장애물의 상태와 크기에 따른 장애물 정보를 인식할 수 있다.

특히, 센서부(140)는 3D-LiDAR 센서를 사용하는 경우에 장애물을 다차원에서 조기에 정확하고 확실하게 식별 및 측정하여 장애물의 크기와 상태를 정확히 인식할 수 있다.

메모리(150)는 장애물 극복용 이동 로봇의 장애물 극복을 위한 제어 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된다. 또한, 제어부(160)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 메모리(150)는 휘발성 저장 매체(Volatile Storage Media) 또는 비휘발성 저장 매체(Non-Volatile Storage Media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(160)는 이동 로봇의 장애물 극복을 위한 제어 방법을 제공하는 전체 과정을 제어하는 것으로서, 로봇의 자세 정보에 따라 로봇의 균형 유지를 위한 바퀴 제어 정보를 산출하고, 장애물 정보에 기초하여 레일과 지면과의 레일 각도(θ) 정보를 산출하여 로봇의 주행경로를 결정한다.

여기서, 제어부(160)는 프로세서(Processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(Processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

로봇 구동부(170)는 제어부(160)에서 산출된 바퀴 제어 정보 또는 로봇의 주행 경로에 따라 복수의 바퀴(101)에 대한 이동 속도, 정지 동작, 회전 동작 등을 실행하고, 레일 각도 정보에 기초하여 다관절 로봇 암(130)의 각 관절 구동을 수행한다.

통신부(180)는 통신망과 이동 로봇(100)과 사용자 단말 간의 송수신 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다. 나아가, 통신부(180)는 사용자 단말로부터 데이터 요청을 수신하고, 이에 대한 응답으로서 데이터를 송신하는 역할을 수행할 수 있다. 통신부(180)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.

제어부(160)는 통신부(180)를 통해 사용자 단말()로부터 모드 결정 신호가 전송되면, 모드 결정 신호에 따라 자율 주행 모드와 원격 조종 모드 중 어느 하나의 모드를 수행할 수 있다.

이동 로봇(100)이 원격 조종 모드로 주행되는 경우, 사용자 단말을 통해 여러 대의 이동 로봇(100)을 동시에 제어할 수 있고, 특히 탐색이나 구조 임무에서 이동 로봇(100)은 여러 대가 동시에 흩어져서 임무를 수행할 수 있어 임무의 성취도가 비약적으로 상승할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 상세히 설명하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇 암의 각 관절 구동을 설명하는 도면다.

도 3을 참조하면, 제어부(160)는 메인 제어부(160), 바퀴 제어부(160) 및 레일 제어부(160)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.

메인 제어부(160)는 센서부(140)로부터 수신한 환경 정보에 대한 분석 및 연산 기능, 기계학습 알고리즘에 기반한 인공지능 연산, 통신 제어, 로봇 구동 제어를 포함한 전반적인 제어 기능을 수행한다.

바퀴 제어부(160)는 로봇의 자세 정보에 따라 밸런싱 유지를 위해 각 바퀴(101)를 빠르게 움직이며 회전시키기 위해 휠 모터(172)의 동작을 제어하고, 레일 제어부(160)는 레일(120)의 그립 기능과 위치 이동 기능을 제공하는 그리퍼 모터(173)의 동작을 제어한다.

특히, 메인 제어부(160)는 환경 정보를 분석하여 레일의 사이즈에 기초하여 로봇의 통과 영역과 회피 영역을 산출하고, 로봇의 통과 영역에서 장애물 정보에 기초하여 장애물로부터의 안전 거리를 산출하며, 안전 거리를 기준으로 레일의 배치 위치 정보를 결정한다.

일례로, 메인 제어부(160)는 로봇의 전체 방향에 대한 환경 정보를 획득하고, 로봇의 통과 영역과 회피 영역을 히스토그램을 생성하여 찾게 된다. 이때, 이동 로봇(100)이 장애물에 부딪히지 않고 안전하게 장애물을 극복하기 위해 장애물로부터의 안전거리를 산출한다. 안전거리는 레일의 사이즈와 로봇 암(130)의 스트레칭 거리에 따라 결정된다.

또한, 메인 제어부(160)는 레일(120)의 사이즈에 비해 장애물의 크기가 큰 경우에 로봇의 회피 영역으로 검출하고, 회피 영역을 우회하여 로봇의 주행경로를 결정한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 다관절 로봇 암(130)은 레일의 배치 위치 정보에 따라 각 관절의 구동이 시작되고, 레일 각도 정보에 따라 로봇 암의 스트레칭 거리를 산출하여 레일(120)을 상하좌우 방향으로 위치 이동시킬 수 있다. 즉, 안전 거리를 기준으로 레일이 지면과 'θ' 각도가 되도록 레일(120)을 장애물(200)에 설치하여 장애물을 넘어갈 수 있도록 한다.

한편, 제어부(160)는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 환경 정보에서 하나 이상의 객체를 식별하고, 식별된 각 객체의 위치를 파악하며, 식별된 객체에 대해 장애물 카테고리로 분류하여 장애물 정보를 출력할 수 있다. 카메라를 이용하여 환경 정보를 영상 정보로 획득하고, 장애물과 관련된 학습 데이터를 이용하여 모델에서 장애물 정보를 학습한 후 학습된 모델을 통해 장애물 정보를 예측할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 극복용 이동 로봇이 가로막힘 장애물을 극복하는 상태를 설명하는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 센서부(140)는 장애물(200)의 상태(가로막힘)와 크기를 인지하고, 제어부(160)는 장애물의 상태와 크기에 대한 장애물 정보에 따라 레일 각도 정보(θ)와 장애물로부터의 안전 거리를 산출한다.

제어부(160)는 실시간 로봇의 자세 정보와 레일 각도 정보를 로봇 구동부(170)에 전송하고, 로봇 구동부(170)는 균형을 유지하면서 레일(120)을 로봇의 주행면으로 이용하여 장애물을 이동하여 넘어간다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 극복용 이동 로봇이 구멍 장애물을 극복하는 상태를 설명하는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 센서부(140)를 통해 장애물(200)의 상태(구멍)와 크기가 인지되면, 제어부(160)에서 구멍을 막을 수 있도록 레일의 배치 위치 정보를 산출한다. 이때, 레일 각도 정보는 θ=0°가 된다. 이동 로봇(100)은 로봇 구동부(170)에 의해 균형을 유지하면서 레일(120)을 로봇의 주행면으로 이용하여 장애물을 이동하여 넘어간다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 이동 로봇
101 : 바퀴
110 : 바디부
120 : 레일
130: 다관절 로봇암
140: 센서부
150: 메모리
160: 제어부
170: 로봇 구동부
180: 통신부

Claims

장애물 극복용 이동 로봇에 있어서,
하단에 복수의 바퀴가 장착된 바디부;
상기 복수의 바퀴 간 이격 거리 이상의 사이즈로 형성되어 로봇의 주행면을 제공하는 레일;
상기 바디부의 일측면에 상기 레일에 대한 그립 기능과 위치 이동 기능을 수행하는 다관절 로봇암;
상기 바디부에 하나 이상의 센서가 장착되고, 로봇의 자세 정보와 로봇의 주행방향에 대한 장애물 정보를 인식하기 위한 환경 정보를 수집하는 센서부;
상기 환경 정보에 기초하여 상기 로봇의 자세 정보에 따라 로봇의 균형 유지를 위한 바퀴 제어 정보를 산출하고, 상기 장애물 정보에 기초하여 상기 레일과 지면과의 레일 각도 정보를 산출하여 로봇의 주행경로를 결정하는 제어부; 및
상기 제어부에서 산출된 바퀴 제어 정보 또는 로봇의 주행 경로에 따라 상기 복수의 바퀴를 구동하고, 상기 레일 각도 정보에 기초하여 상기 다관절 로봇 암의 각 관절 구동을 수행하는 로봇구동부를 포함하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제1항에 있어서,
상기 센서부는 IMU(Inertial Measurement Unit, IMU), 자이로(Gyroscope) 센서, 텔레메트리(Telemetry), 초음파 센서, 적외선 센서, 3D-LiDAR 센서 중 하나 이상의 센서를 포함하고, 하나 이상의 센서를 통해 로봇의 전체 방향에 대한 환경 정보를 획득하고, 상기 환경 정보에 기초하여 장애물의 상태와 크기에 따른 장애물 정보를 인식하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 환경 정보를 분석하여 상기 레일의 사이즈에 기초하여 로봇의 통과 영역과 회피 영역을 산출하고, 상기 로봇의 통과 영역에서 상기 장애물 정보에 기초하여 장애물로부터의 안전 거리를 산출하고, 상기 안전 거리를 기준으로 상기 레일의 배치 위치 정보를 결정하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제3항에 있어서,
상기 안전 거리는 상기 레일의 사이즈와 상기 로봇 암의 스트레칭 거리에 따라 결정되는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 로봇의 회피 영역을 우회하도록 로봇의 주행경로를 결정하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 기계 학습 알고리즘을 이용하여 상기 환경 정보에서 하나 이상의 객체를 식별하고, 상기 식별된 각 객체의 위치를 파악하며, 상기 식별된 객체에 대해 장애물 카테고리로 분류하여 장애물 정보를 출력하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제1항에 있어서,
무선 통신 기능을 수행하는 통신부를 더 포함하고,
상기 통신부를 통해 사용자 단말로부터 모드 결정 신호가 전송되면, 상기 제어부는 상기 모드 결정 신호에 따라 자율 주행 모드와 원격 조종 모드 중 어느 하나의 모드를 수행하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 센서부로부터 수신한 환경 정보에 대한 분석 및 연산 기능, 기계학습 알고리즘에 기반한 인공지능 연산, 통신 제어, 로봇 구동 제어를 포함한 제반 제어 기능을 수행하는 메인 제어부;
상기 로봇의 자세 정보에 따라 각 바퀴를 구동시키기 위한 휠 모터의 동작을 제어하는 바퀴 제어부; 및
상기 레일의 그립 기능과 위치 이동 기능을 제공하는 그리퍼 모터의 동작을 제어하는 레일 제어부를 포함하는 것인, 장애물 극복용 이동 로봇.