KR102254881B1 - 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법 - Google Patents

이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇은, 본체를 이동시키는 주행부; 신호를 이용하여 제어장치와 통신하는 통신부; 제어장치로부터 제1신호가 수신된 것에 응답하여 제어장치와 이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 이동로봇 제어장치를 추종하며 이동하도록 주행부를 제어하는 제어부를 포함한다. 또, 제어부는, 이동로봇 본체가 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 제어장치로부터 제2신호가 수신된 것에 응답하여, 제어장치와 본체 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 본체의 추종을 해제하도록 제어할 수 있다.

Description

이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법{A MOVING ROBOT AND A CONTROLLING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컨트롤러를 이용한 추종 설정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동 로봇은 사용자의 조작 없이도 소정 구역을 스스로 주행하면서 자동으로 소정의 동작을 수행하는 기기이다. 이동 로봇은 구역 내에 설치된 장애물을 감지하여 장애물에 접근하거나 회피하여 동작을 수행한다.
이러한 이동 로봇은 일정 영역을 주행하면서 청소를 수행하거나, 물건을 운반하거나, 길을 안내하는 등의 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
한편, 이러한 서비스 제공을 위해, 이동 로봇이 사용자의 위치를 추종하면서 작업을 수행하거나 또는 복수의 이동 로봇 중 어느 하나가 다른 하나를 추종하면서 작업을 수행하기 위한 개발의 필요성이 대두되고 있다. 예를 들어, 카트용 이동 로봇은 쇼핑하는 고객을 따라다니며, 음성인식 안내, 구매 물품 보관, 결제 기능 등을 제공할 수 있도록, 추종 기능이 적용될 수 있다.
또한, 선행문헌 WO2017-036532호는 마스터(master) 로봇 청소 장치(이하, 마스터 로봇)가 적어도 하나의 슬레이브(slave) 로봇 청소 장치(이하, 슬레이브 로봇)를 제어하는 방법에 대하여 개시한다.
상기 선행문헌은, 마스터 로봇이 장애물 검출 장치를 이용하여 주위의 장애물을 검출하고, 장애물 검출 장치로부터 파생된 위치 데이터를 이용하여 슬레이브 로봇과 관련된 마스터 로봇의 위치를 결정하는 구성에 대하여 개시한다.
상기 선행문헌에 따르면, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇이 정해진 상태에서 마스터 로봇에서 슬레이브 로봇의 위치를 판단하는 것이므로, 누구나 쉽게 추종기능을 이용하는데 한계가 있다. 예를 들어, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇의 역할을 전환시키고자 하는 경우 또는 추종을 끊었다가 재연결하는 경우, 추종의 설정 및 해제가 용이하지 않다.
나아가, 세대 이상의 이동 로봇을 추가로 연결하여, 기 정해진 순서에 따라 어느 하나가 다른 하나를 추종하도록 추종기능을 확장시키는데도 한계가 있다.
이에, 본 발명의 일 목적은, 이동 로봇이 사용자를 추종하거나 또는 복수의 이동 로봇 중 어느 하나가 다른 하나를 추종할 수 있는 추종 기능을 용이하게 설정하고 해제할 수 있는 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 셋 이상의 이동 로봇이 추종 관계를 용이하게 설정할 수 있고, 이 중 특정 이동 로봇의 추종관계나 모든 이동 로봇의 추종관계를 한번에 용이하게 해제할 수 있는 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 컨트롤러와의 무선 통신을 이용하여 이동 로봇에 대한 추종 설정과 추종 설정 해제를 빠르게 수행할 수 있는 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇은, 본체를 이동시키는 주행부; 신호를 이용하여 제어장치와 통신하는 통신부; 상기 제어장치로부터 제1신호가 수신된 것에 응답하여 상기 제어장치와 상기 본체 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 본체가 상기 제어장치를 추종하며 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와 상기 본체 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 본체의 추종을 해제하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부는, UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1신호와 상기 제2신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부는, 복수의 안테나를 추가로 구비하며, 상기 제어부는, UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나와 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 상기 제1신호에 근거하여 상기 제어장치의 위치를 인식하고, 상기 인식된 위치를 추종하며 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 한다
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내인 것으로 감지되면, 상기 제1신호에 대한 응답신호를 상기 제어장치로 전달하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 응답신호를 수신한 상기 제어장치로부터 추종명령에 대응되는 제3신호가 수신된 것에 응답하여 상기 본체의 추종을 개시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 상기 본체와 상기 제어장치 간의 신호거리가 정해진 임계거리를 벗어나면, 상기 본체의 추종을 해제하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 상기 본체와 상기 제어장치 간의 신호거리가 정해진 정지거리 내로 감소된 것에 응답하여, 상기 신호거리가 상기 정해진 정지거리를 초과할 때까지 상기 본체의 주행을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 이동로봇은, 신호를 이용하여 제어장치와 통신하는 제1이동로봇 및 제2이동로봇을 포함하는 복수의 이동로봇으로서, 상기 제1이동로봇은, 상기 제어장치로부터 신호가 수신된 것에 응답하여 상기 제어장치와 상기 제1이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링하고, 상기 제2이동로봇은, 상기 제어장치로부터 신호가 수신된 것에 응답하여 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링하고, 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하도록 상기 제어장치로부터 상기 제1이동로봇의 페어링 주소 정보를 수신하고, 상기 제2이동로봇의 페어링 후, 상기 제1이동로봇과 상기 제2이동로봇이 상호 통신할 수 있도록, 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제1이동로봇과 상기 제어장치의 페어링 후, 상기 제어장치가 상기 제2이동로봇을 향해 이동하는 동안 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치를 추종하지 않도록 제한하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소정보를 수신한 후, 비콘신호를 주기적으로 브로드캐스트하여 상기 제2이동로봇과 상호 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 동안, 제3이동로봇이 상기 제어장치로부터 신호를 수신하면, 상기 제3이동로봇은, 상기 제어장치와 상기 제3이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링하고, 상기 제3이동로봇이 상기 제2이동로봇을 추종하며 이동하도록 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소 정보를 수신하고, 상기 제2이동로봇에는 상기 제어장치로부터 상기 제3이동로봇의 페어링 주소정보가 전달되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제3이동로봇이 상기 제2이동로봇을 추종하며 이동하고 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 동안, 상기 제2이동로봇에 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신되면, 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제2이동로봇의 상기 제1이동로봇에 대한 추종을 해제하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제2이동로봇의 추종 해제시, 상기 제2이동로봇은, 상기 제1이동로봇의 페어링 주소정보를 상기 제3이동로봇에 전달하고, 상기 제3이동로봇의 페어링 주소정보를 상기 제1이동로봇에 전달하고, 상기 제1이동로봇과 상기 제3이동로봇 간의 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제3이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제1이동로봇에 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신되면, 상기 제어장치와 상기 제1이동로봇 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제1이동로봇의 페어링을 해제하고, 상기 제1이동로봇의 페어링이 해제되면, 상기 제2이동로봇은 상기 제1이동로봇을 추종하지 않도록 추종 해제되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 제어방법은, 제어장치와 통신가능한 이동로봇의 제어방법으로서, 제어장치로부터 제1신호를 수신하는 단계; 상기 제어장치와 이동로봇 간의 신호거리를 산출하는 단계; 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 이동로봇이 상기 제어장치를 추종하며 이동하도록 제어하는 단계; 이동로봇이 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 제어장치로부터 제2신호를 수신하는 단계; 상기 제어장치와 상기 이동로봇 간의 신호거리를 산출하는 단계; 및 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 이동로봇의 추종을 해제하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 이동로봇의 제어방법은, 신호를 이용하여 제어장치와 통신하는 제1이동로봇 및 제2이동로봇을 포함하는 복수의 이동로봇의 제어방법으로서, 상기 제어장치로부터 상기 제1이동로봇으로 신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와 상기 제1이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제1이동로봇과 상기 제어장치가 페어링을 수행하는 단계; 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇으로 신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제2이동로봇과 상기 제어장치가 페어링을 수행하는 단계; 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하도록, 상기 제어장치로부터 상기 제1이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 단계; 상기 제1이동로봇과 상기 제2이동로봇이 상호 통신할 수 있도록, 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 단계; 및 상기 제1이동로봇의 이동시, 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법에 따르면, 복잡한 과정이나 구성 추가 없이도, 이동 로봇이 제어장치를 컨트롤하는 사용자를 추종하는 기능을 빠르고 용이하게 설정할 수 있고 또 추종을 해제할 수 있다. 또, 복수의 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서 제3이동로봇이 추가되더라도, 추종 관계는 제1이동로봇과 제2이동로봇, 그리고 제2이동로봇과 제3이동로봇 간에 각각 수행되므로, 몇 개의 이동로봇이라도 용이하게 추가 설정이 가능하다. 나아가, 다수의 이동 로봇의 추종 관계에서 일부에 대한 추종 설정을 해제하거나 또는 추종 관계의 대상이나 순서를 빠르고 용이하게 변경할 수 있다.
도 1a은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일 예로, 카트용 이동 로봇을 보인 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 카트용 이동 로봇과 컨트롤러가 통신하는 모습을 보인 도면이고, 도 1c는 이동 로봇과 컨트롤러의 세부 구성을 보인 예시 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수의 이동 로봇 간의 추종 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 이동 로봇과 컨트롤러 간의 네트워크 통신을 도시한 개념도이고, 도 2c는 본 발명에 따른 추종 기능과 관련된 AoA(Angle of Arrival) 측위 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 추종 설정 및 추종 설정 해제 방법을 설명하기 위한 대표 흐름도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 각 과정을 구체적으로 보여주는 예시 개념도들이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 복수의 이동 로봇의 추종 설정 방법을 설명하기 위한 대표 흐름도이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 각 과정을 구체적으로 보여주는 예시 개념도들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 이동 로봇의 추종 제어와 관련된 개념도들이다.
도 8a 내지 도 8e, 도 9a 내지 도 9d는, 추종 관계에 잇는 복수의 이동 로봇 중 적어도 일부의 추종 설정을 해제하는 서로 다른 예시들을 설명하기 위한 개념도들이다.
이하, 본 발명에 관련된 이동 로봇에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다.
먼저, 본 발명에 개시된 "이동 로봇"은, 자율주행이 가능한 '(특정기능)용 로봇', '이동 로봇', '카트용 이동 로봇', "카트 로봇", '자율주행 카트', '스마트 카트'와 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 혼용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또, 본 발명에 개시된 "복수의 이동 로봇"은 "복수의 (특정기능)용 로봇" 또는 "복수의 카트", "복수의 자율주행 카트" 등로 사용될 수 있다. 또, "제1 이동 로봇"은 "제1로봇", 또는 "제1카트'로 명명될 수 있다. 또, "제2 이동 로봇"은 "제2로봇", 또는 "제2카트" 로 명명될 수 있다.
도 1a은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일 예로, 카트용 이동 로봇을 보인 사시도이다. 그리고, 도 1b는 도 1a의 카트용 이동 로봇과 컨트롤러가 통신하는 모습을 보인 도면이고, 도 1c는 이동 로봇과 컨트롤러의 세부 구성을 보인 예시 블록도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 이동 로봇은, 예를 들어 이동 로봇 본체(110), 선반 유닛(111), 휠 유닛(112), 핸들(130), 조작 유닛(160), 디스플레이(미도시) 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 또, 이동 로봇 본체(110)에는 이동 로봇(100)의 제어를 위한 제어부(미도시)를 포함하여 각종 부품들이 내장 또는 장착된다.
이동 로봇 본체(100)는 휠 유닛(111)에 의해 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다. 휠 유닛(111)은 메인 휠과 서브 휠을 포함할 수 있다.
복수의 메인 휠이 이동 로봇 본체(110)의 양측에 각각 구비되어, 제어부의 제어 신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 또, 각각의 메인 휠은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부는 휠 유닛(111)의 구동을 제어한다.
한편, 이동 로봇 본체(110)에는 이동 로봇(100)에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 장착된다. 배터리는 충전 가능하게 구성되며, 이동 로봇 본체(110)의 저면부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
또, 이동 로봇 본체(110)에는 센싱 유닛이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 센싱 유닛은 이동 로봇 본체(110)의 전방에 배치되어, 주행경로에 존재하는 장애물이나 지형지물 등을 감지할 수 있다. 또, 센싱 유닛은 이러한 감지 기능 외의 다른 센싱 기능을 추가로 수행하도록 구성될 수 있으며, 예로서, 주변의 영상을 획득하기 위한 카메라를 포함할 수 있다. 또, 상기 센싱 유닛은, 이동 로봇 본체(110)의 배터리 충전을 수행하는 도킹 기기의 존재를 감지할 수 있다.
선반 유닛(111)은 물건을 거치 및/또는 보관하도록 형성될 수 있다. 또, 상기 선반 유닛(111)에는 거치 및/또는 보관된 물건을 식별하고, 식별된 물건을 확인하고, 확인된 물건을 결제하기 위한 센서들, 디스플레이, 및 통신 모듈을 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 제어부로부터 수신된 제어명령에 의해, 선반 유닛(111)에 놓인 물건을 식별, 확인, 결제하는 서비스 제공을 위한 동작이 수행될 수 있다.
핸들(130)은 사용자의 양 손의 위치에 대응되는 위치에 구비된다. 사용자는 이동 로봇 본체(110)가 자율주행하지 않는 동안, 핸들(130)에 외력을 가하여 이동 로봇 본체(110)를 이동시킬 수 있다. 또, 이동 로봇 본체(110)가 자율주행하는 동안에는, 사용자가 핸들(130)을 잡고 이동 로봇이 안내하는 경로를 따라 쉽게 보행할 수 있도록 보행보조 수단으로서 기능할 수 있다.
조작 유닛(160)은 사용자로부터 이동 로봇에 대한 각종 제어 명령을 입력받는다. 조작 유닛(160)는 하나 이상의 버튼을 포함하여 형성되거나, 또는 터치센서와 레이어된 터치 스크린 형태로 형성될 수 있다.
계속해서, 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 통신모듈(120)을 통해 제어장치(또는, 컨트롤러)(200)와 무선 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어장치(또는, 컨트롤러)(200)의 통신모듈(220)을 통해 송신된 제어신호가 이동 로봇의 통신모듈(120)에 수신되어, 대응되는 동작이 수행될 수 있다. 또, 이동 로봇(100)의 통신모듈(120)을 통해 송신된 응답신호가 제어장치(또는, 컨트롤러)(200)의 통신모듈(220)에 수신되어, 대응되는 제어신호가 생성되게끔 처리될 수 있다. 또한, 이동 로봇(100)과 제어장치(200)는 각 통신모듈(120, 220)을 통해 신호를 주고받아, 페어링될 수 있다.
이하의 도 1c는 도 1b의 이동 로봇과 제어장치의 세부 구성의 예시를 보인 블록도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇(100)은, 입력부(110), 통신부(120), 주행부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 전원부(160), 메모리(170), 제어부(180) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이때, 도 1c에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 이동 로봇이 구현될 수 있음은 물론이다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에서 설명되는 복수의 이동 로봇은 이하에서 설명된 구성요소들 중 일부만 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 이동 로봇이 각각 서로 다른 구성요소로 이루어질 수 있다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
우선, 전원부(160)는 외부 상용 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하여 이동 로봇 내로 전원을 공급한다. 전원부(160)는 이동 로봇에 포함된 각 구성들에 구동 전원을 공급하여, 이동 로봇이 주행하거나 특정 기능을 수행하는데 요구되는 동작 전원을 공급할 수 있다.
이를 위해, 제어부(180)는 배터리의 전원 잔량을 감지한다. 제어부(180)는 전원 잔량이 부족하면, 외부 상용 전원과 연결된 충전대로 이동하도록 제어하여, 충전대로부터 충전 전류를 공급받아 배터리를 충전하게끔 한다. 배터리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어부(180)에 전달될 수 있다. 출력부(150)는 배터리 잔량을 출력부(150)에 표시할 수 있다.
제어부(180)는, 인공 지능 기술에 기반하여 정보들을 처리하는 역할을 수행하는 것으로, 정보의 학습, 정보의 추론, 정보의 지각, 자연 언어의 처리 중 적어도 하나를 수행하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(180)는 머신 러닝(machine running) 기술을 이용하여, 카트용 이동 로봇 내에 저장된 정보, 이동 단말기 주변의 환경 정보, 통신 가능한 외부 저장소에 저장된 정보 등 방대한 양의 정보(빅데이터, big data)를 학습, 추론, 처리 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 그리고, 제어부(180)는 상기 머신 러닝 기술을 이용하여 학습된 정보들을 이용하여, 실행 가능한 적어도 하나의 동작을 예측(또는 추론)하고, 상기 적어도 하나의 예측된 동작들 중 실현성이 가장 높은 동작이 실행되도록 이동 로봇을 제어할 수 있다.
머신 러닝 기술은 적어도 하나의 알고리즘에 근거하여, 대규모의 정보들을 수집 및 학습하고, 학습된 정보를 바탕으로 정보를 판단 및 예측하는 기술이다. 정보의 학습이란 정보들의 특징, 규칙, 판단 기준 등을 파악하여, 정보와 정보 사이의 관계를 정량화하고, 정량화된 패턴을 이용하여 새로운 데이터들을 예측하는 동작이다.
머신 러닝 기술이 사용하는 알고리즘은 통계학에 기반한 알고리즘이 될 수 있으며, 예를 들어, 트리 구조 형태를 예측 모델로 사용하는 의사 결정 나무(decision tree), 생물의 신경 네트워크 구조와 기능을 모방하는 인공 신경망(neural network), 생물의 진화 알고리즘에 기반한 유전자 프로그래밍(genetic programming), 관측된 예를 군집이라는 부분집합으로 분배하는 군집화(Clustering), 무작위로 추출된 난수를 통해 함수값을 확률로 계산하는 몬테카를로 방법(Monter carlo method) 등이 될 수 있다.
머신 러닝 기술의 한 분야로써, 딥러닝 기술은 인공 신경망(Deap Neuron Network, DNN) 알고리즘을 이용하여, 정보들을 학습, 판단, 처리 중 적어도 하나를 수행하는 기술이다. 인공 신경망(DNN)은 레이어와 레이어 사이를 연결하고, 레이어와 레이어 사이의 데이터를 전달하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 딥러닝 기술은 병렬 연산에 최적화된 GPU(graphic processing unit)를 이용하여 인공 신경망(DNN)을 통하여 방대한 양의 정보를 학습할 수 있다.
제어부(180)는 외부의 서버 또는 메모리에 저장된 트레이닝 데이터를 이용하며, 소정의 물체를 인식하기 위한 특징을 검출하는 학습 엔진을 탑재할 수 있다. 이때, 물체를 인식하기 위한 특징에는 물체의 크기, 형태 및 음영 등을 포함할 수 있다.
위와 같은 학습 엔진은 제어부(180)에 탑재될 수도 있고, 외부 서버에 탑재될 수도 있다. 학습 엔진이 외부 서버에 탑재된 경우, 제어부(180)는 분석의 대상인 적어도 하나의 영상을 상기 외부 서버로 전송하도록 통신부(110)를 제어할 수 있다.
주행부(130)는 모터를 구비하며, 상기 모터를 구동함으로써, 좌, 우측 주바퀴를 양 방향으로 회전시켜 본체를 회전 또는 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 좌, 우측 주바퀴는 독립적으로 움직일 수 있다. 주행부(130)는 이동 로봇의 본체를 전후좌우로 진행시키거나, 곡선주행시키거나, 제자리 회전시킬 수 있다.
한편, 입력부(110)는 사용자로부터 이동 로봇에 대한 각종 제어 명령을 입력받는다. 입력부(110)는 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있고, 예를 들어, 확인버튼, 설정버튼 등을 포함할 수 있다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 맵 정보를 확인하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이고, 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이다. 또, 입력부(110)는 하드 키나 소프트 키, 터치패드 등으로 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 또, 입력부(110)는 출력부(150)와 함께 터치 스크린의 형태를 가질 수 있다.
출력부(150)는, 배터리 상태, 동작 상태, 주행 방식, 실행가능한 메뉴 등을 화면에 표시할 수 있다. 또한, 출력부(150)는, 센싱부(140)가 검출한 이동 로봇 내부의 상태 정보, 예를 들어 이동 로봇에 포함된 각 구성들의 현재 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력부(150)는 센싱부(140)가 검출한 외부의 상태 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보, 물품 정보 등을 화면에 디스플레이할 수 있다. 출력부(150)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.
출력부(150)는, 제어부(180)에 의해 수행되는 이동 로봇의 동작 과정 또는 동작 결과를 청각적으로 출력하는 음향 출력 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(150)는 제어부(180)에 의해 생성된 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다.
이때, 음향 출력 수단(미도시)은 비퍼(beeper), 스피커 등의 음향을 출력하는 수단일 수 있고, 출력부(150)는 메모리(170)에 저장된 소정의 패턴을 가진 오디오 데이터 또는 메시지 데이터 등을 이용하여 음향 출력 수단을 통해 외부로 출력할 수 있다.
메모리(170)는 이동 로봇을 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 오디오 정보, 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보, 물품 정보 등을 저장할 수 있다. 또, 메모리(170)는 주행 패턴과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
상기 메모리(170)는 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.
한편, 센싱부(140)는, 외부 신호 감지 센서, 전방 감지 센서, 낭떠러지 감지 센서, 2차원 카메라 센서 및 3차원 카메라 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 외부 신호 감지 센서는 이동 로봇의 외부 신호를 감지할 수 있다. 외부 신호 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor), UWB 센서, NFC 센서 등일 수 있다.
한편, 통신부(120)는 특정 영역 내 위치한 타 기기와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 신호와 데이터를 송수신한다. 통신부(120)는 특정 영역 내에 위치한 타 기기와 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 타 기기는 네트워크에 연결하여 데이터를 송수신할 수 있는 장치이면 어느 것이어도 무방하며, 일 예로, 공기 조화 장치, 난방 장치, 공기 정화 장치, 전등, TV, 자동차 등과 같은 장치일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 문, 창문, 수도 밸브, 가스 밸브 등을 제어하는 장치 등일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 온도, 습도, 기압, 가스 등을 감지하는 센서 등일 수 있다.
또한, 통신부(120)는 특정 영역 또는 일정 범위 내에 위치한 다른 이동 로봇(100)와 통신할 수 있다. 또한, 통신부(120)는 소정 거리 또는 일정 범위 내에 위치한 제어장치(200)와 통신할 수 있다.
계속해서 도 1c를 참조하면, 이동 로봇(100)과 통신하는 제어장치(200)는 입력부(210), 통신부(220), 센싱부(240)를 포함할 수 있다.
입력부(210)는 하나 이상의 버튼을 포함하여 이루어질 수 있고, 입력부(210)를 통해 입력된 신호는 통신부(220)를 통해 이동 로봇(100)의 통신부(120)로 수신될 수 있다. 그러면, 이동 로봇(100)은 수신된 신호에 대응되는 응답신호를 송출하거나 또는 그에 대응되는 동작을 수행할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 이동 로봇(100)은 내부에 구비된 통신모듈, 예를 들어 UWB 모듈(120)을 통해 초광대역 신호를 송신함으로써, UWB 모듈(220)을 구비한 제어 장치(200)와 통신을 수행한다. 또, 이동 로봇(100)는 제어 장치(200)의 UWB 모듈(220)로부터 수신되는 초광대역 신호를 수신함으로써, 제어 장치(200)와 통신을 수행한다.
도 1c를 참조하면, 제어 장치(200)는 통신모듈(220) 외에, 센싱부(240)을 더 구비하며, 센싱부(240)는 예를 들어, 자이로 센서, 거리측정 센서을 더 포함할 수 있다.
자이로 센서는 제어 장치(200)의 움직임에 따른 3축값의 변화를 감지할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(200)가 x, y, z 축 값들 중 적어도 하나가 변화하는 움직임에 따른 각속도를 감지할 수 있다.
또한, 자이로 센서는 특정 시점에 감지된 x, y, z 축값을 기준점으로 하고, 소정 입력/소정 시간 경과 후에 기준점을 기준으로 변화한 x', y', z' 축값 감지할 수 있다. 이를 위해, 상기 자이로 센서 외에 자기 센서(미도시) 및 가속도 센서(미도시)가 제어장치(200)에 추가로 구비될 수 있다.
거리측정 센서는 레이저 신호, IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 초광대역 신호 중 적어도 하나를 방사하고, 반사되는 신호를 근거로 제어 장치(200)로부터 해당 신호까지의 거리를 산출할 수 있다. 즉, 이동 로봇과 주고받는 신호의 신호거리를 산출할 수 있다.
이를 위해, 상기 거리측정 센서는, 예를 들어 ToF(Time of Flight) 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, ToF 센서의 경우, 특정 주파수로 변종된 광 신호를 방출하는 발신기와 반사된 신호를 수신 및 측정하는 수신가로 이루어지며, 제어 장치(200)에 설치되는 경우 신호의 영향을 받지 않도록 발신기와 수신기가 서로 이격되게 배치된다.
또, 제어 장치(200)는 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band, UWB)을 사용하여 이동 로봇의 위치를 파악할 수 있다.
구체적으로, 제어 장치(200)의 통신부(220), 즉 UWB 모듈은 초광대역 신호를 방출하는 'UWB 태그(tag)'로 동작하고, 이동 로봇(100)의 통신부(120), 즉 UWB 모듈은 방출된 초광대역 신호를 수신하는 'UWB 앵커(anchor)'로 동작할 수 있다.
상기 거리측정센서는, ToF(Time of Flight) 기술과 같은 거리측정 기술을 사용하여 이동 로봇(100)와 제어 장치(200)의 이격거리를 산출할 수 있다.
구체적으로, 제어 장치(200)에서 방사되는 제1 UWB 신호가 이동 로봇(100)로 송출된다. 상기 제1 UWB 신호는 이동 로봇(100)의 UWB 앵커를 통해 수신될 수 있다. 제1 UWB 신호를 수신한 이동 로봇(100)은 제어 장치(200)로 응답신호를 송출한다. 그러면, 제어 장치(200)는 응답신호에 대한 제2 UWB 신호를 이동 로봇(100)으로 송출할 수 있다.
여기에서, 상기 제2 UWB 신호에는 상기 응답신호를 수신한 시각과 그에 따라 제2 UWB 신호를 발신한 시각을 기초로 산출된 지연시간 정보가 포함될 수 있다.
이동 로봇(100)의 제어부는 응답신호를 송출한 시간과 상기 제2 UWB 신호가 이동 로봇(100)의 UWB 앵커에 도착한 시간과, 상기 제2 UWB 신호에 포함된 지연시간 정보를 기초로, 다음과 같이 이동 로봇(100)와 원격 제어 장치(200) 사이의 거리(Distance)를 산출할 수 있다.
Figure 112019059569895-pat00001
여기에서, t2는 제2 UWB 신호의 도착시간이고, t1은 응답신호의 송출시간이며, treply는 지연시간이며, c는 빛의 속도를 나타내는 상수값이다.
이와 같이 이동 로봇(100)와 제어 장치(200)에 구비된, UWB 태그와 UWB 앵커 사이에서 송수신되는 신호의 시간차를 측정하여, 이동 로봇(100)과 제어 장치(200) 사이의 거리를 파악할 수 있다.
이하, 도 2a는 복수의 이동 로봇 간의 추종 제어를 보인 것으로, 도 2b는 복수의 이동 로봇과 컨트롤러 간의 네트워크 통신을 도시한 개념도이다.
도 2a를 참조하면, 제1이동로봇(100a)은 제2이동로봇(100b)가 제1이동로봇(100a)를 추종하도록 제2이동로봇(100b)를 제어할 수 있다.
이를 위해, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)는 상호 통신이 가능한 특정 영역 내에 존재하며, 제2이동로봇(100b)은 적어도 제1이동로봇(100a)의 상대 위치를 파악할 수 있다.
예로써, 제1이동로봇(100a)의 통신부와 제2이동로봇(100b)의 통신부가 상호 IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 초광대역 신호, BT 신호 등을 교환하고, 삼각측량 등을 통해 이를 분석하여 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b)의 이동변위를 산출함으로써 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b)의 상대 위치를 파악할 수 있다. 다만, 이러한 방식에 한정되지 않고, 전술한 다양한 무선 통신 기술 중 하나를 사용하여 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)의 상대 위치를 파악할 수 있다.
제2이동로봇(100b)은 제1이동로봇(100a)의 주행 경로를 따라 주행할 수 있다. 다만, 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b)의 진행방향이 항상 일치하지는 않는다. 예를 들어, 제1이동로봇(100a)가 상/하/좌/우로 이동하거나 회전하는 경우, 제2이동로봇(100b)는 소정 시간 후에 상/하/좌/우로 이동하거나 회전하므로, 현재 진행방향이 서로 달라질 수 있다.
또한, 제1이동로봇(100a)의 주행 속도(Va)와 제2이동로봇(100b)의 주행 속도(Vb)는 서로 다를 수 있다. 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)의 주행 속도(Vb)는 1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)의 통신가능한 거리를 고려하여 가변될 수 있다.
예로써, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)가 일정 거리 이상으로 멀어지면, 제2이동로봇(100b)의 주행 속도(Vb)가 이전보다 빨라질 수 있다. 또, 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b)가 일정 거리 이상으로 가까워지면 제2이동로봇(100b)의 주행 속도(Vb)가 이전보다 느려지거나 또는 일정 시간 정지할 수 있다. 이를 통해, 제2이동로봇(100b)이 제1이동로봇(100a)과 일정 거리를 유지하면 계속 추종할 수 있다.
계속해서 도 2b를 참조하면, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)은 네트워크 통신(50)을 통해 서로 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 자율주행을 수행하는 제1이동로봇(100a) 및/또는 제2이동로봇(100b)은 네트워크 통신(50) 또는 다른 통신을 통해 제어 장치(200)로부터 수신되는 제어명령에 의해 청소 관련 동작을 수행하거나 또는 대응되는 동작을 수행할 수 있다.
즉, 비록 도시되지는 않았지만, 자율주행을 수행하는 복수의 이동 로봇(100a, 100b)이 제1 네트워크 통신을 통해서는 제어 장치(200)와 통신을 수행하고, 제2 네트워크 통신을 통해서는 상호간에 통신을 수행할 수도 있다.
여기에서, 네트워크 통신(50)은 WLAN(Wireless LAN), WPAN(Wireless Personal Area Network), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), Zigbee, Z-wave, Blue-Tooth(BT), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultrawide-Band), Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 등과 같은 무선 통신 기술 중 적어도 하나를 이용한 근거리 통신을 의미할 수 있다.
도시된 네트워크 통신(50)은 서로 통신하고자 하는 이동 로봇의 통신방식이 무엇인지에 따라 달라질 수 있다.
도 2b에서, 자율주행을 수행하는 제1이동로봇(100a) 및/또는 제2이동로봇(100b)은 각각의 센싱 유닛을 통해 센싱된 정보를 네트워크 통신(50)을 통해 제어 장치(200)에 제공할 수 있다. 또한, 제어 장치(200)는 수신된 정보를 기초로 생성된 제어명령을 네트워크 통신(50)을 통해 제1이동로봇(100a) 및/또는 제2이동로봇(100b)에 전달할 수 있다.
또한, 도 2b에서, 제1이동로봇(100a)의 통신부와 제2이동로봇(100b)의 통신부가 직접 무선 통신하거나 다른 공유기(미도시) 등을 매개로 간접 무선 통신하여, 주행 상태에 관한 정보 및 서로의 위치 정보 등을 파악할 수 있다.
일 예에서, 제2이동로봇(100b)은 제1이동로봇(100a)로부터 수신되는 제어명령에 따라 주행 동작을 수행할 수 있다. 이러한 경우, 제1이동로봇(100a)은 마스터로, 제2이동로봇(100b)는 슬레이브로 동작한다고 말할 수 있다. 또는, 제2이동로봇(100b)은 제1이동로봇(100a)을 추종한다고 말할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이동 로봇들(100a, 100b)과 제어 장치(200)는 UWB 모듈(또는 UWB 센서)을 포함하여, 각 UWB 모듈(또는 UWB 센서)을 통해 상호 통신할 수 있다.
UWB 모듈(또는 UWB 센서)은, 제1이동로봇(100a) 및 제2이동로봇(100b)의 통신부(120)에 포함될 수 있다. 또한, UWB모듈이 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)의 상대위치를 센싱하는데 이용된다는 측면에서 보면, 상기 UWB 모듈은, 제1이동로봇(100a) 및 제2이동로봇(100b)의 센싱부(140)에 포함될 수도 있다.
예를 들어, 제1이동로봇(100a)은, 초광대역 신호를 전달하기 위한 발신용 UWB 모듈을 구비할 수 있다. 상기 발신용 UWB 모듈은, 제2 종류의 발신용 센서 또는 “UWB 태그(tag)”로 명명될 수 있다.
또한, 제2이동로봇(100b)은, 제1이동로봇(100a)에 구비된 발신용 UWB 모듈에서 출력된 초광대역 신호를 수신하는 수신용 UWB 모듈을 구비할 수 있다. 상기 수신용 UWB 모듈은, 제2 종류의 수신용 센서 또는 “UWB 앵커(anchor)”로 명명될 수 있다.
UWB 모듈간 송수신되는 초광대역 신호(또는, UWB 신호)는, 특정 공간 이내에서 원활하게 송수신이 가능하다. 이에 따라, 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b) 사이에 장애물이 존재한다 하더라도, 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b)가 특정 공간 이내에 존재하면, 초광대역 신호의 송수신이 가능하다.
제1이동로봇과 제2이동로봇은, UWB 태그와 UWB 앵커 사이에서 송수신되는 신호의 시간을 측정하여, 상기 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b) 간의 이격거리를 파악할 수 있다.
구체적으로, 예를 들어, 복수의 이동 로봇(100a, 100b) 각각에 하나의 UWB 센서를 구비하거나 또는 제1이동로봇(100a)에는 단일의 UWB 센서를 이를 추종하는 제2이동로봇(100b)에는 단일의 UWB 센서 및 하나 이상의 안테나를 구비하거나 또는 적어도 두 개의 UWB 센서를 장착함으로써, 제1이동로봇(100a)는 서로 다른 두 시점(t1, t2)에서 상기 제1이동로봇(100a)로부터 제2이동로봇(100b)까지의 이격거리를 측정할 수 있다.
제1이동로봇(100a)의 UWB 센서와 제2이동로봇(100b)의 UWB 센서는 서로에게 초광대역 신호를 방사하여, 서로를 맞고 반사되어 들어오는 시간인 ToA(Time Of Arrival)을 이용하여 거리 및 상대속도가 측정된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, TDoA(Time Difference of Arrival) 또는 AoA(Angle of Arrival) 측위 기술을 이용하여 복수의 청소기(100a, 100b)의 상대 위치를 파악할 수 있다.
이하에서는, 도 2c를 참조하여 AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 보다 구체적으로 설명하겠다.
구체적으로, AoA(Angle of Arrival) 측위 기술을 이용하여 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)이 서로의 상대 위치를 파악하는 방법은 다음과 같다. AoA(Angle of Arrival) 측위 기술을 이용하기 위해서는 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b) 각각에 별도의 수신기 안테나를 하나 또는 복수개 구비해야한다.
제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b)은 각각에 구비된 수신기 안테나에 수신되는 신호 수신 각도의 차이를 이용하여 서로의 상대 위치를 파악할 수 있다. 이를 위해, 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b) 각각은 수신기 안테나 배열로부터 들어오는 정확한 신호방향을 감지할 수 있어야 한다. 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b) 각각에서 발생한 신호, 예를 들어 UWB 신호 등은 특정 지향성 안테나에만 수신되므로, 서로는 수신된 신호의 각도를 파악할 수 있다.
제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b) 각각에 설치된 수신기 안테나의 위치는 알려져있음을 전제로, 수신기 안테나의 위치와 신호 수신 방향을 근거로 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b) 서로의 상대 위치를 계산할 수 있다. 이때에, 수신기 안테나가 1개 설치된 경우에는 일정한 범위의 공간에서 2D 위치를 계산할 수 있고, 수신기 안테나를 2개 이상을 설치하면 3D 위치를 계산할 수 있다. 후자의 경우 신호 수신 방향을 정확히 파악하기 위해 수신기 안테나 간의 이격거리(d)로 위치 계산에 사용된다.
도 2c를 참조하면, UWB 앵커는 UWB 신호를 수신하기 위한 제1송수신기, 제2송수신기 각각에 안테나(A1, A2)를 구비한다. UWB 태그(T1)는 제3송수신기의 안테나를 통해 UWB 신호를 송출한다(Transmit Signal). 그러면, UWB 앵커측의 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)가 UWB 신호를 수신한다.
이때에, UWB 앵커와 UWB 태그(T1) 간의 이격거리(l)가 UWB 앵커측의 제1안테나(A1) 및 제2안테나(A2) 간의 이격거리(d) 보다 긴 경우, 송신되는 UWB 신호가 평면파 형태인 경우, 도 2c에 도시된 것과 같은 입사 형태를 보이게 된다.
이에, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)로 입사되는 UWB 신호 간에 거리차가 발생한다. 그 거리차는 도 2c에 개시된 p에 해당한다. 또, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)를 연결하는 제1선분이 직교하는 제2선분과 이루는 각도는 θ가 된다. 따라서, 이하의 수학식1을 통해 θ를 구할 수 있다.
[수학식1]
Figure 112019059569895-pat00002
한편, 제1안테나(A1) 또는 제2안테나(A2)와 UWB 태그(T1) 간의 거리는 Two-Way Ranging 을 사용하여 측정할 수 있다. Two-Way Ranging 은 송신기와 수신기가 여러 번 신호를 주고받으면서 자체적으로 갖고 있는 시간정보를 공유하여 시간 오차를 제거함으로써, 거리를 측정하는 방식이다.
이와 같이 제1안테나(A1) 또는 제2안테나(A2)와 UWB 태그(T1) 간의 이격거리(l)를 알고 위에서 설명한 θ 각도를 획득하면, 다음의 수학식2를 통해, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)를 중심으로 UWB 태그(T1)이 상대적으로 어디에 위치하는지를 알 수 있다.
[수학식2]
이미지 첨부
Figure 112019059569895-pat00003
여기에서, α는 UWB 앵커측의 제1송수신기, 제2송수신기에서 수신한 UWB 신호의 위상차를 의미한다.
한편, 본 발명에서는 상호 통신을 통해, 하나의 이동 로봇이 제어 장치를 추종하거나 또는 복수의 이동 로봇 간에 추종 관계가 형성되어 어느 하나가 다른 하나를 추종할 수 있다. 또한 본 발명에서는, 이러한 추종 관계를 쉽고 빠르게 설정, 추가, 해제할 수 있도록 구현하였다.
구체적으로 본 발명에 따른 이동 로봇은, 제어 장치로부터 제1신호가 수신되면, 신호거리를 산출하여 일정 범위 이내이면 제어 장치의 위치를 추종하며 주행하도록 동작한다. 여기에서, 상기 제1신호는 제어 장치에 구비된 특정 키에 가해진 입력에 대응되는 신호로서, 추종하라는 명령에 대응되는 제어신호를 의미한다. 또, 본 발명에 따른 이동 로봇은, 제어 장치와 추종 관계에 있는 동안, 제어 장치로부터 제2신호가 수신되면, 신호거리를 산출하여 일정 범위 이내이면 제어 장치와의 추종 관계를 해제한다. 여기에서, 상기 제2신호는 상기 제1신호에 대응되는 입력과 다른 입력에 대응되는 신호로서, 추종을 해제하라는 명령에 대응되는 제어신호를 의미한다.
이에 의하면, 제어장치를 소지한 사용자 누구라도 자기 위치에서 가까운 이동 로봇이 자신을 따라오도록 추종 기능을 빠르고 용이하게 설정할 수 있다. 또, 설정된 추종 관계를 복잡한 과정없이 즉시 해제하거나 재설정하는 것이 가능해진다.
이하, 도 3과 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 이동 로봇의 추종 설정 및 추종 설정 해제 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 추종 설정되지 않은 본 발명에 따른 이동 로봇(100)이 통신가능한 제어 장치(200)로부터 제1신호를 수신하는 과정(S10)이 선행된다. 여기에서, 상기 제1신호는 제어 장치(200)에 구비된 제1키에 가해진 입력의 입력신호로서, 추종 설정을 위한 제어신호를 생성하게끔 한다.
이를 위해, 이동 로봇의 통신부는, 구비된 UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 제1신호를 수신할 수 있다.
다음, 이동 로봇(100)은 상기 제1신호에 근거하여 제어장치와 이동 로봇 사이의 신호거리를 산출한다(S20). 여기에서, 상기 신호거리의 산출은, 예를 들어 이동 로봇 또는 제어 장치에 구비된 거리측정센서를 통해 수행될 수 있다. 또, 상기 신호거리의 산출은 신호각도 산출을 포함할 수 있고, 이를 위해 적어도 이동 로봇에는 전술한 AoA 측위 기술의 적용을 위한 하드웨어적 구성과 소프트웨어적 프로그램이 내장된다.
다음, 이동 로봇(100)의 제어부는, 이와 같이 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내인지를 판단한 다음(S30), 정해진 범위 이내이면 이동 로봇이 제어장치를 추종하며 이동하도록 제어한다(S40). 그에 따라, 제어장치와 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된다.
이를 위해, 일 예에서는, 이동 로봇의 제어부는, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내인 것으로 감지되면, 상기 제1신호에 대한 응답신호를 제어장치로 전달하도록 상기 통신부를 제어하고, 응답신호를 수신한 제어장치로부터 추종명령에 대응되는 제3신호가 수신된 것에 응답하여, 즉 제3신호가 수신된 시점에 이동 로봇의 추종을 개시할 수 있다.
이와 같이 추종 관계가 설정되면, 이동 로봇(100)의 제어부는, 제어 장치와 통신을 수행하여, 제어 장치의 위치를 지속적으로 추종한다. 여기서, 제어 장치의 위치는 이동 로봇의 현재 위치를 기준으로 하는 상대 위치를 의미한다.
구체적으로, 이동 로봇의 통신부는, 복수의 안테나를 추가로 구비할 수 있고, 이동 로봇의 제어부는, 상기 통신부에 포함된 UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나와 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 제1신호에 근거하여 제어장치의 위치를 인식한다. 이동 로봇의 제어부는, 인식된 위치를 추종하며 이동하도록 이동 로봇의 주행부를 제어한다.
이와 관련하여, 도 4a를 참조하면, 이동 로봇, 예를 들어 스마트 카트(100)가 제어장치(200)의 특정키(예, 추종 설정 키)에 가해진 입력에 대응되는 신호(a)를 수신한다. 상기 신호(a)는 스마트 카트(100)가 제어장치(200)의 위치를 추종하라는 명령에 대응되는 제어신호를 포함한다.
신호(a)를 수신한 스마트 카트(100)는, 신호(a)의 신호거리를 산출하여 정해진 범위 내에 있는 것으로 판단한 다음, 응답신호(a')를 전송한다.
구체적으로, 산출된 신호거리가 정해진 범위 내로 판단되면, 상기 응답신호(a')로 긍정응답을 생성하여, 제어장치(200)로 전송한다. 그리고, 스마트 카트(100)는 제어장치(200)와의 거리와 각도를 파악하여 제어장치(200)의 위치를 지속적으로 결정하며, 제어장치(200)의 위치변화에 대응되는 복수의 지점들을 순차적으로 추종하며 주행한다. 그에 따라, 사용자는 카트를 직접 이동시킬 필요 없이, 제어장치만 손에 쥐고 자유롭게 쇼핑을 하면서 구매물품을 카트에 담을 수 있다.
한편, 산출된 신호거리가 정해진 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 상기 응답신호(a')로 부정응답을 생성하여 제어장치(200)로 전송하거나 또는 무응답한다. 그에 따라, 상기 스마트 카트(100)는 제어 장치의 위치를 추종하지 않는다.
일 예에서는, 상기 산출된 신호거리가 정해진 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 제어장치(200)가 스마트 카트(100)로 더 가까이 와서 입력신호를 발생시키도록, 가이드 정보(예, '따라오기 기능을 실행하려면 가까이 와서 다시 입력해주세요')가 음성 형태로 출력될 수도 있다.
또한, 이동 로봇(100)의 제어부는, 제어 장치의 상대 위치에 따라, 이동 로봇(100)의 주행방향 및 주행속도를 가변하며 주행한다. 예를 들어, 제어 장치가 특정 위치에 머무는 동안에는, 이동 로봇(100)도 일정 거리를 두고 주행 정지 상태를 유지할 수 있다.
한편, 이와 같이 제어장치와 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서, 이동 로봇이 상기 제어 장치로부터 제2신호를 수신할 수 있다(S50). 여기에서, 상기 제2신호는 제어 장치(200)에 구비된 제2키에 가해진 입력의 입력신호로서, 추종 설정 해제를 위한 제어신호를 생성하게끔 한다. 또, 상기 제2키는 전술한 제1키와 다른 버튼이거나, 토글 기능을 갖는 제1키이거나, 또는 제1키와 다른 키의 조합 키를 의미할 수 있다.
이를 위해, 이동 로봇의 통신부는, 구비된 UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 제1신호를 수신할 수 있다.
다음, 이동 로봇(100)은 상기 제2신호에 근거하여 제어장치와 이동 로봇 사이의 신호거리를 산출한다(S60). 여기에서, 상기 신호거리의 산출은, 예를 들어 이동 로봇 또는 제어 장치에 구비된 거리측정센서를 통해 수행될 수 있다. 또, 상기 신호거리의 산출은 신호각도 산출을 포함할 수 있고, 이를 위해 적어도 이동 로봇에는 전술한 AoA 측위 기술의 적용을 위한 하드웨어적 구성과 소프트웨어적 프로그램이 내장된다.
이동 로봇(100)의 제어부는, 이와 같이 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내인지를 판단한 다음(S70), 정해진 범위 이내이면 제어장치를 추종하던 이동 로봇이 더 이상이 추종하지 않도록 제어한다(S80). 즉, 이동 로봇과 제어 장치 간의 추종 관계를 해제한다.
이와 관련하여, 도 4b를 참조하면, 스마트 카트(100)가 제어장치(200)를 추종하도록 설정된 상태에서, 스마트 카트(100)가 제어장치(200)의 특정키(예, 추종 해제 키)에 가해진 입력에 대응되는 신호(b)를 수신한다. 상기 신호(b)는 스마트 카트(100)의 추종 기능을 종료하라는 명령에 대응되는 제어신호를 포함한다.
신호(b)를 수신한 스마트 카트(100)는, 신호(b)의 신호거리를 산출하여 정해진 범위 내에서 수신된 것인지를 판단한 다음, 응답신호를 전송할 수 있다. 이때, 상기 정해진 범위는, 추종 설정 키에 대응되는 신호의 신호거리보다 좁거나 제한적인 범위일 수 있다. 이는, 제어장치를 쥐고 쇼핑하는 동안 오입력으로 인하여 추종이 해제되어버리는 것을 방지할 수 있다.
또는, 다른 예에서는, 추종 설정시 및 추종 설정 해제시 사용하는 네트워크 통신과, 추종 기능을 수행하는 동안 사용하는 네트워크 통신을 서로 구분하여 적용할 수도 있다.
예를 들어, 추종 설정과 추종 설정 해제시에는, 제어장치(200)가 스마트 카트(100)에 매우 근접한 경우에 신호에 대응되는 동작을 수행하도록, BT 또는 NFC 통신을 이용할 수 있다. 그리고, 추종 설정이 수행된 후, 위치 파악을 위한 통신은 넓은 영역을 커버리지하는 UWB 통신 등을 이용할 수 있다.
산출된 신호거리가 정해진 범위 내로 판단되면, 상기 신호(b)에 따라 스마트 카트(100)의 추종 기능을 종료한다. 이후, 스마트 카트(100)는 더 이상 제어장치(200)의 위치를 파악하지 않고, 제어장치(200)가 이동하더라도 추종하지 않는다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 제어장치와 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서, 전술한 설정 해제 과정을 거치지 않고 또 다른 이동 로봇에 대하여, 제1신호를 송출하여 기존의 이동 로봇과의 추종 관계가 해제될 수도 있을 것이다. 즉, 제2이동 로봇과의 추종 설정 시, 제1이동 로봇과의 추종 관계는 자동 해제될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복잡한 과정이나 구성 추가 없이도, 이동 로봇이 제어장치를 컨트롤하는 사용자를 추종하는 기능을 빠르고 용이하게 설정할 수 있고 또 추종을 해제할 수 있다.
이하에서는, 도 5와 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 제어장치를 이용하여 복수의 이동 로봇 간의 추종 설정 방법을 구체적으로 설명하겠다.
본 발명에 따른 복수의 이동 로봇 각각은 전술한 AoA 기술이 적용되어 통신시 거리와 각도를 모두 산출할 수 있도록 형성되었다. 또, 본 발명에 따른 제어장치는 상기 복수의 이동 로봇과 통신시, 적어도 거리를 산출할 수 있도록 형성되었다. 이를 위해, 제어장치에는 예를 들어 BT 모듈/UWB 모듈이 내장될 수 있고, 복수의 이동 로봇 각각에는 하나의 UWB 모듈 및 복수의 안테나가 구비되거나 또는 복수의 UWB 모듈이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 복수의 안테나는, 신호를 송수신하는 BT모듈(또는 센서) 또는 UWB모듈(또는 센서)에 전기적으로 연결되며, 상기 BT모듈(또는 센서) 또는 UWB모듈(또는 센서)에서 생성된 신호를 송출하거나, 외부로부터 전송되는 신호를 수신하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 BT모듈(또는 센서) 또는 UWB모듈(또는 센서)은 이동 로봇의 통신부에 포함되는 다양한 통신모듈을 포함하거나 또는 이동 로봇의 센싱부(140)에 포함되는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
또, 상기 복수의 안테나는, 일 예로, 초광대역(Ultra Wide Band, UWB) 신호, 무선 통신 기술 중 하나(예를 들어, 지그비(Zigbee), 지-웨이브(Z-wave), 블루투스(Blue-Tooth) 및 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band) 중 하나)에 의해 출력되는 신호, 적외선 신호, 레이저 신호, 초음파 신호 중 적어도 하나를 송수신하도록 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 제1이동 로봇이 제어장치로부터 신호를 수신하면, 제1이동 로봇과 제어장치 간의 신호거리를 산출한다. 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 제1이동 로봇이 제어장치와 페어링을 수행한다(S510). 여기에서, 상기 페어링은, 블루투스(BT) 통신을 사용하는 복수의 기기를 상호 연결하여 동작할 수 있게 해주는 과정으로 정의될 수 있다.
상기 제어장치는, 페어링 후 제1이동 로봇에 대한 주소정보(이하, “제1이동 로봇의 페어링 주소정보')를 수신하여 저장할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6a를 참조하면, 제어장치(200)를 제1이동로봇, 예를 들어 제1스마트 카트(100a)에 근접시킨 다음 특정 키(예, 추종 설정 키)에 입력을 가하면, 추종 설정을 위해, 제어장치(200)와 제1스마트 카트(100a)를 페어링하라는 명령에 대응되는 제어신호(a)가 송출된다.
다음, 제2이동 로봇이 제어장치로부터 신호를 수신하면, 제2이동 로봇과 제어장치 간의 신호거리를 산출한다. 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 제2이동 로봇이 제어장치와 페어링을 수행한다(S520).
이때, 주의할 점은 제어 장치가 제2이동 로봇과 페어링하기 위해, 제2이동 로봇의 위치로 이동하는 동안, 제1이동 로봇이 제어장치를 추종하지 않는다는 것이다.
상기 제어 장치는, 페이링 후 제2이동 로봇에 대한 주소정보(이하, “제2이동 로봇의 페어링 주소정보')를 수신하여 저장한다. 이제, 상기 제어 장치에는, 제1이동 로봇의 페어링 주소정보와 제2이동 로봇의 페어링 주소정보가 저장되어 있는데, 먼저 저장된 주소정보가 먼저 출력되도록 저장될 수 있다. 이를 위해, 큐(queue) 메모리가 동적 할당될 수 있고, 큐(queue) 메모리 내에 제1이동 로봇의 페어링 주소정보와 제2이동 로봇의 페어링 주소정보가 순차적으로 저장될 수 있다.
이와 같이, 제어 장치와 제2이동 로봇의 페어링이 수행된 후, 상기 제2이동 로봇은 상기 제어 장치로부터 제1이동 로봇의 페어링 주소 정보를 수신한다(S530). 그리고, 제1이동 로봇은 상기 제어 장치로부터 상기 제2이동 로봇의 페어링 주소 정보를 수신한다(S540).
이를 위해, 상기 동적 할당된 큐(queue) 메모리는 2개의 페어링 주소정보가 저장되기만 하면 자동 출력되도록, 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1이동 로봇의 페어링 주소가 저장된 후, 연속하여 제2이동 로봇의 페어링 주소가 저장되면, 선입선출(First-In-First-Out, FIFO) 방식으로 제1이동 로봇의 페어링 주소가 먼저 출력되고, 이어서 제2이동 로봇의 페어링 주소가 출력될 수 있다.
또는, 제2이동 로봇의 페어링 후, 상기 제어 장치에 가해진 기 설정된 입력에 기초하여, 상기 큐 메모리에 저장된 복수의 페어링 주소정보가 기 정해진 순서에 따라 제1이동로봇과 제2이동로봇에 각각 전달될 수 있다.
또한, 상기 제어장치는, 상기 제2이동 로봇에게는 상기 제1이동 로봇의 위치, 구체적으로 거리 및/또는 각도를 산출하는 통신을 개시하라는 명령을 전송할 수 있다. 또, 상기 제어장치는, 상기 제1이동로봇에게 블링크(blink)와 같은 비콘 신호를 주기적으로 브로드캐스트하라는 명령을 전송할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6b를 참조하면, 제1스마트 카트(100a)와 페어링된 제어장치(200)를 제2이동 로봇, 예를 들어 제2스마트 카트(100b)에 근접시킨 다음 특정 키(예, 추종 설정 키)에 입력을 가하면, 제2스마트 카트(100b)의 추종 설정을 위해, 제어장치(200)와 제2스마트 카트(100b)를 페어링하라는 명령에 대응되는 제어신호와 제1스마트 카트(100a)의 페어링 주소에 대응되는 신호(a+c)가 제2스마트 카트(100b)로 송출된다. 그리고, 제1스마트 카트(100a)에는 제2스마트 카트(100b)의 페어링 주소에 대응되는 신호(d)가 수신된다. 이때, 제1스마트 카트(100a)와 제2스마트 카트(100b)의 각 위치는 상호 통신이 가능한 통신거리 범위(Dis) 내에 존재해야한다.
이와 같이, 제1스마트 카트(100a)와 제2스마트 카트(100b) 각각이 제어장치(200)를 통해 서로의 페어링 주소를 인식하고, 정해진 통신거리 범위(Dis) 내에 존재하면, 제2스마트 카트(100b)가 제1스마트 카트(100a)를 추종하며 이동한다. 이때, 제1스마트 카트(100a)는 자율주행하거나 또는 제어장치(200)의 위치를 추종하며 이동할 수 있다.
한편, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 복수의 이동 로봇의 추종 제어를 구체적으로 설명하겠다. 이는, 복수의 이동 로봇 간의 추종 제어뿐만 아니라, 하나의 이동 로봇이 제어장치를 추종하며 주행하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 이동 로봇의 제어부는, 이동 로봇이 제어장치 또는 다른 이동 로봇을 추종하며 이동하는 동안, 제어장치 또는 다른 이동 로봇 간의 신호거리가 정해진 임계 추종거리를 벗어나면, 추종을 해제하도록 제어할 수 있다. 여기에서, 상기 정해진 임계 추종 거리는, 통신이 가능한 최대 이격거리로 정의될 수 있다.
또, 상기 제어부는, 이동 로봇이 제어장치 또는 다른 이동 로봇을 추종하며 이동하는 동안, 제어장치 또는 다른 이동 로봇 간의 신호거리가 정해진 임계 정지거리 내로 감소된 것에 응답하여, 상기 신호거리가 상기 정해진 임계 정지거리를 초과할 때까지 이동 로봇의 주행을 정지시킬 수 있다. 여기에서, 상기 정해진 임계 정지거리는, 이동 로봇의 안전 주행을 위해 (사용자가 쥐고 있는) 제어장치 또는 다른 이동 로봇과 유지해야하는 최소 이격거리로 정의될 수 있다.
한편, 전술한 정해진 임계 추종 거리 또는 정해진 임계 정지 거리에 근접하거나 도달한 경우, 이동 로봇은 출력부를 통해 기설정된 Beep sound를 출력하거나 안내음성을 출력할 수 있을 것이다.
일 실시 예에서, 제어장치를 추종하는 이동 로봇 또는 제1이동 로봇을 추종하는 제2이동 로봇은, 추종 주행을 수행하는 동안, 상기 정해진 임계 추종 거리를 벗어나지 않도록 주행속도를 가변하거나 또는 선두에 있는 제어장치나 제1이동 로봇이 정지/천천히 이동하도록 유도하는 가이드 정보를 출력할 수 있다.
도 7a의 (a)는, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b) 간의 이격거리(D1)가 현재는 임계 정지 거리를 만족하지 않지만, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)의 현재 주행속도(V1, V0)를 기초로 곧 임계 정지 거리에 도달하거나 또는 그 보다 가까워질 것으로 판단된 경우이다.
이때에는, 도 7a의 (b)에 도시된 바와 같이, 임계 정지 거리에서 예상 이격거리를 뺀 값((+)의 값)만큼을 현재 주행속도(V1)에 합산하여, 제1이동로봇(100a)의 주행속도를 변경한다. 그에 따라, 제1이동로봇(100a)이 가속된 주행속도(V2)로 주행함으로써, 제2이동로봇(100b)과의 이격거리(D2)가 멀어지게 된다.
다음, 도 7b의 (a)는, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b) 간의 이격거리(D3)가 현재는 임계 추종 거리에 도달하거나 이를 벗어나지 않았으나, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b)의 현재 주행속도(V1, V0)를 기초로 보건대 곧 임계 추종 거리에 도달하거나 그 보다 멀어질 것으로 판단된 경우이다.
이때에는, 도 7b의 (b)에 도시된 바와 같이, 임계 추종 거리에서 예상 이격거리를 뺀 값((-)의 값)만큼을 현재 주행속도(V1)에 합산하여, 제1이동로봇(100a)의 주행속도를 변경한다. 그에 따라, 제1이동로봇(100a)이 이전보다 감속된 주행속도(V3)로 주행함으로써, 제2이동로봇(100b)과의 이격거리(D4)가 가까워지게 된다.
여기서, 감속된 주행속도(V3)는 '0'을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2이동로봇(100b)의 주행속도가 더 느려진 경우 또는 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b) 간의 이격거리(D3)가 임계 추종 거리를 막 벗어나려고 하는 경우에는 제1이동로봇(100a)이 정지하도록 제어될 수 있다.
다음, 도 7c의 (a)는, 제1이동로봇(100a)과 제2이동로봇(100b) 간의 이격거리(D5)가 곧 임계 정지거리에 도달할 것으로 판단된 것은 도 7a와 동일하나, 제1이동로봇(100a)이 주변상황에 따라 가속하여 주행할 수 없는 경우이다.
이때에는, 도 7c의 (b)와 같이, 제1이동로봇(100a)이 자신의 주행속도는 유지하면서 제2이동로봇(100b)에게 정지명령을 전송할 수 있다. 그리고, 소정 시간 후, 제1이동로봇(100a)와 제2이동로봇(100b) 간의 이격거리(D6)가 멀어지게 되면, 제2이동로봇(100b)에게 구동명령을 전송하여 추종이 계속될 수 있도록 제어할 수 있다.
한편, 주변 상황에 따라서 제2이동로봇(100b)의 진행 경로가 제1이동로봇(100a)의 주행 경로와 달리지는 경우에 있어서, 변경된 주행 경로가 제1이동로봇(100a)와의 이격거리로부터 더 멀어지는 경우이면, 제1이동로봇(100a)가 이러한 상태 정보를 수신하여, 추종이 끊어지지 않도록, 제1이동로봇(100a)의 주행 속도를 감속하거나 또는 소정 시간 정지시킬 수 있다.
이하에서는, 도 8a 내지 도 8e, 도 9a 내지 도 9d를 참조하여, 순차적으로 추종 관계에 잇는 셋 이상의 이동 로봇 중에서 적어도 일부의 추종 설정을 해제하는 서로 다른 예시들을 설명하기로 한다.
먼저, 복수의 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서, 세번째 이동 로봇의 추종 설정 방법을 설명하겠다. 전술한 바와 같이 제1이동로봇과 제2이동로봇 간의 추종 설정에 따라, 제2이동로봇 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 동안, 추종설정하고자 하는 제3이동로봇이 제어장치(200)로부터 신호(이하, '제3신호'라 함)를 수신한다. 여기서, 상기 신호는 제어장치(200)의 특정 키에 가해진 입력에 대응되는 입력신호로서, 제3이동로봇이 직전에 추종 설정된 제2이동로봇을 추종하라는 명령에 대응되는 제어신호를 의미한다.
따라서, 상기 제3이동로봇이 제1이동로봇을 추종하는 제2이동로봇을 순차적으로 추종하기 위해, 상기 제3신호가 제2이동로봇의 추종 설정 후 일정 시간 내(예, 5초인내)에 수신될 것을 조건으로 할 수 있다.
이와 같이 제3신호가 수신되면, 상기 제3이동로봇은, 제어장치(200)와 제3이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 제어장치와 페어링한다. 그리고, 제3이동로봇은 제어장치(200)로부터 상기 제2이동로봇에 대한 페어링 주소정보를 수신하여, 상기 제2이동로봇을 추종하며 이동하도록 구동된다. 이와 함께, 상기 제2이동로봇에도 상기 제어장치(200)로부터 상기 제3이동로봇의 페어링 주소정보가 전달되어, 상기 제2이동로봇과 상기 제3이동로봇이 상호 통신을 수행할 수 있다.
그에 따라, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제2이동로봇(100b)은 계속 제1이동로봇(100a)을 추종하며 이동하고, 새로 추가된 제3이동로봇(100c)은 앞선 제2이동로봇(100b)을 추종하며 이동하게 된다. 제1이동로봇(100a)이 제어장치(200)를 추종하도록 설정되었다고 하였을 때, 사용자가 제어장치(200)를 쥔(grip) 상태에서 목표 장소로 이동하기만 하면, 제1, 제2, 제3이동로봇(100a, 100b, 100c)이 순차적으로 제어장치(200)를 따라오게 된다.
한편, 이와 같이 제3이동로봇이 추가되더라도, 추종 관계는 제1이동로봇과 제2이동로봇, 그리고 제2이동로봇과 제3이동로봇 간에 각각 수행되므로, 몇 개의 이동로봇이라도 용이하게 추가가 가능할 것이다. 또, 시각적 측면과 제어 측면에서도 복잡하지 않고 사용만족감이 향상될 수 있을 것이다.
이하, 도 8b 내지 도 8e를 참조하여, 셋 이상의 이동 로봇이 추종 관계에 있는 상태에서, 일부에 대한 추종 설정 해제시 동작의 예시를 설명하겠다.
도 8a에 도시된 바와 같이 상호 통신(예, UWB/BT 통신)을 통해, 제2이동로봇(100b)이 제1이동로봇(100a)을, 그리고 제3이동로봇(100c)이 제2이동로봇(100b)을 추종하는 동안, 특정 이동 로봇, 예를 들어 제2스마트 카트(100b)가 제어장치(200)로 제2신호, 즉 추종을 해제하라는 명령에 대응되는 신호를 수신할 수 있다.
그러면, 상기 제2이동로봇은, 상기 제2신호를 근거로 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 제2이동로봇의 제1이동로봇에 대한 추종을 해제한다.
이때, 전술한 바와 같이, 제1신호(‘추종 설정 신호’)에 대응되는 동작을 수행하기 위한 신호거리와 상기 제2신호(‘추종 설정 해제 신호’)에 대응되는 동작을 수행하기 위한 신호거리를 다를 수 있다. 예를 들어, 오입력으로 인한 추종 해제를 방지하기 위해, 상기 추종 설정 신호에 대응되는 동작을 수행하기 위한 신호거리 보다 상기 추종 설정 해제 신호에 대응되는 동작을 수행하기 위한 신호거리가 더 짧을 수 있다.
이와 같이, 제1내지 제3이동로봇이 추종 관계가 있는 상태에서, 중간에 위치한 제2이동로봇에 대한 추종 설정의 해제시, 상기 제2이동로봇(100b), 즉 제2스마트 카트(200b)는 저장된 제1이동로봇, 즉 제1스마트 카트(100a)의 페어링 주소정보를 제3이동로봇, 즉 제3스마트 카트(100c)에 전달한다. 또, 상기 제2스마트 카트(200b)는 저장된 제3스마트 카트(100c)의 페어링 주소정보를 제1스마트 카트(100a)에 전달한다.
그에 따라, 제2스마트 카트(200b)의 추종 설정 해제와 동시에 또는 그 이후 제1스마트 카트(100a)와 제3스마트 카트(100c)가 상호 통신을 수행하게 되고, 도 8c에 도시된 바와 같이, 제3스마트 카트(100c)가 이제는 제1스마트 카트(100a)를 추종하며 이동하게 된다.
이때, 비록 도시되지는 않았지만, 제1스마트 카트(100a)와 제3스마트 카트(100c)의 이격거리가 먼 경우, 상호 통신이 가능하도록 제3스마트 카트(100c)가 제1스마트 카트(100a)에 가까워지도록 이동한 후에(예, 제1스마트 카트(100a)와 제3스마트 카트(100c) 간의 이격거리가 전술한 임계 정지거리에 도달한 후에), 제1스마트 카트(100a)가 주행을 개시할 수 있다. 그리고, 제3스마트 카트(100c)가 제1스마트 카트(100a)의 위치를 계속 추종하며 이동할 수 있다.
계속해서, 추종 관계에서 선두에 있는 이동 로봇의 페어링을 해제한 경우의 동작을 설명하겠다. 도 8d를 참조하면, 제3스마트 카트(100c)가 제1스마트 카트(100a)를 추종하며 이동하는 동안, 제1스마트 카트(100a)가 제어장치(200)로부터 상기 제2신호, 즉 추종 설정 해제 신호를 수신할 수 있다. 그러면, 상기 제1스마트 카트(100a)는 제어장치(200)와 상기 제1스마트 카트(100a) 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제1스마트 카트(100a)의 페어링을 해제할 수 있다. 이와 같이, 제1스마트 카트(100a)의 페어링이 해제되면, 제3스마트 카트(100c)의 추종 기능도 자동으로 해제된다. 그에 따라, 도 8e에 도시된 바와 같이, 제3스마트 카트(100c)의 주행이 정지될 수 있다.
위에서는 셋 이상의 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서, 중간에 특정 이동 로봇에 대하여 추종 설정 해제가 수행되더라도, 그 선두의 이동 로봇과 그 후방의 이동 로봇이 상호 통신가능하도록 연결하여 추종 제어가 계속 수행될 수 있었다.
그러나, 또 다른 실시 예에서는, 셋 이상의 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서, 중간에 특정 이동 로봇에 대하여 추종 설정 해제가 수행된 경우, 추종 관계가 분리되거나(예, 이분) 또는 모든 추종 관계가 해제될 수도 있을 것이다.
한편, 도 9a 내지 도 9d는 복수의 이동 로봇의 추종 설정의 대상을 변경하는 예시를 보인 것이다. 먼저, 도 9a를 참조하면, 제2스마트 카트(100b)가 제1스마트 카트(100a)를 추종하도록 설정된 상태에서, 제1스마트 카트(100a)를 추종하는 카트를 변경하려는 경우, 도 9b에 도시된 바와 같이 먼저, 제어장치(200)를 제2스마트 카트(100b)에 근접시켜 제2신호를 송출함으로써, 제2스마트 카트(100b)의 추종 설정을 해제한다.
이후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 제어장치(200)를 추종 관계에서 선두로 지정할 제1스마트 카트(100a)에 근접시켜서 제1신호, 즉 추종 설정 신호를 송출한다. 그 다음, 도 9d에 도시된 바와 같이, 제어장치(200)를 추종 로봇으로 지정할 제3스마트 카트(100c)에 근접시켜서 상기 제1신호, 즉 추종 설정 신호를 송출한다. 그러면, 제1스마트 카트(100a)와 제3스마트 카트(100c) 간에 추종 관계가 생성되어, 이제는 제3스마트 카트(100c)가 제1스마트 카트(100a)를 추종하며 이동하게 된다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 도 9b에서 제2스마트 카트(100b)의 추종 설정 해제 후, 제3스마트 카트(100c)를 선두로 지정할 수도 있다. 이러한 경우, 제어장치(200)를 제3스마트 카트(100c)에 먼저 근접시켜서 제1신호를 송출하고, 그 다음 제1스마트 카트(100a)에 근접시켜서 제1신호를 송출한다. 그러면, 이제는 제1스마트 카트(100a)가 제3스마트 카트(100c)를 추종하며 이동하게 된다.
한편, 위에서 설명한 이동 로봇(또는, 스마트 카트)는 다른 이동 디바이스로 대체될 수 있다. 여기서, 상기 이동 디바이스(100)는 운반 기능을 구비하지 않을 수 있다. 또, 주행 기능을 구비한 것이라면 어떠한 전자 디바이스도 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 이동 디바이스(100)는 주행 기능을 구비한 제습기, 가습기, 공기청정기, 공기조화기, 스마트 TV, 인공지능 스피커, 디지털 촬영장치 등의 제한되지 않는 다양한 종류의 홈 디바이스 또는 기타 전자 디바이스를 모두 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 및 이동 로봇의 추종 설정 방법에 따르면, 복잡한 과정이나 구성 추가 없이도, 이동 로봇이 제어장치를 컨트롤하는 사용자를 추종하는 기능을 빠르고 용이하게 설정할 수 있고 또 추종을 해제할 수 있다. 또, 복수의 이동 로봇 간에 추종 관계가 설정된 상태에서 제3이동로봇이 추가되더라도, 추종 관계는 제1이동로봇과 제2이동로봇, 그리고 제2이동로봇과 제3이동로봇 간에 각각 수행되므로, 몇 개의 이동로봇이라도 용이하게 추가 설정이 가능하다. 나아가, 다수의 이동 로봇의 추종 관계에서 일부에 대한 추종 설정을 해제하거나 또는 추종 관계의 대상이나 순서를 빠르고 용이하게 변경할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 제어장치 또는 다른 이동로봇을 추종하는 이동로봇으로서,
    본체를 이동시키는 주행부;
    신호를 이용하여 상기 제어장치, 또는 상기 다른 이동로봇과 통신하는 통신부; 및
    상기 제어장치로부터 제1신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와 상기 본체 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링을 수행하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부가 상기 페어링을 수행한 다음, 상기 이동로봇이 상기 제어장치를 추종하는 경우, 상기 이동로봇은, 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치의 추종을 해제하고,
    상기 제어부가 상기 페어링을 수행한 다음, 상기 이동로봇이 상기 다른 이동로봇을 추종할 경우, 상기 이동로봇은, 상기 다른 이동로봇을 추종하며 이동하도록, 상기 제어장치로부터 상기 다른 이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하고,
    상기 제어부가 상기 페어링을 수행한 다음, 상기 이동로봇을 상기 다른 이동로봇이 추종할 경우, 상기 이동로봇은, 상기 다른 이동로봇과 통신할 수 있도록, 상기 제어장치로부터 상기 다른 이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는, 이동로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1신호와 상기 제2신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통신부는, 복수의 안테나를 추가로 구비하며,
    상기 제어부는,
    UWB(Ultra-wideband) 모듈 및 BT(Bluetooth) 모듈 중 적어도 하나와 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 상기 제1신호에 근거하여 상기 제어장치의 위치를 인식하고,
    상기 인식된 위치를 추종하며 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내인 것으로 감지되면, 상기 제1신호에 대한 응답신호를 상기 제어장치로 전달하도록 상기 통신부를 제어하고,
    상기 응답신호를 수신한 상기 제어장치로부터 추종명령에 대응되는 제3신호가 수신된 것에 응답하여 상기 본체의 추종을 개시하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 상기 본체와 상기 제어장치 간의 신호거리가 정해진 임계거리를 벗어나면, 상기 본체의 추종을 해제하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 제어장치를 추종하며 이동하는 동안, 상기 본체와 상기 제어장치 간의 신호거리가 정해진 정지거리 내로 감소된 것에 응답하여, 상기 신호거리가 상기 정해진 정지거리를 초과할 때까지 상기 본체의 주행을 정지시키는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  7. 신호를 이용하여 제어장치와 통신하는 제1이동로봇 및 제2이동로봇을 포함하는 복수의 이동로봇으로서,
    상기 제1이동로봇은,
    상기 제어장치로부터 신호가 수신된 것에 응답하여 상기 제어장치와 상기 제1이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링하고,
    상기 제2이동로봇은,
    상기 제어장치로부터 신호가 수신된 것에 응답하여 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링하고, 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하도록 상기 제어장치로부터 상기 제1이동로봇의 페어링 주소 정보를 수신하고,
    상기 제2이동로봇의 페어링 후, 상기 제1이동로봇과 상기 제2이동로봇이 상호 통신할 수 있도록, 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 복수의 이동로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1이동로봇과 상기 제어장치의 페어링 후, 상기 제어장치가 상기 제2이동로봇을 향해 이동하는 동안 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치를 추종하지 않도록 제한하는 것을 특징으로 하는 복수의 이동로봇.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1이동로봇이 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소정보를 수신한 후, 비콘신호를 주기적으로 브로드캐스트하여 상기 제2이동로봇과 상호 통신하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 동안, 제3이동로봇이 상기 제어장치로부터 신호를 수신하면,
    상기 제3이동로봇은, 상기 제어장치와 상기 제3이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치와 페어링하고, 상기 제3이동로봇이 상기 제2이동로봇을 추종하며 이동하도록 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소 정보를 수신하고,
    상기 제2이동로봇에는 상기 제어장치로부터 상기 제3이동로봇의 페어링 주소정보가 전달되는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3이동로봇이 상기 제2이동로봇을 추종하며 이동하고 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 동안,
    상기 제2이동로봇에 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신되면, 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제2이동로봇의 상기 제1이동로봇에 대한 추종을 해제하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2이동로봇의 추종 해제시,
    상기 제2이동로봇은,
    상기 제1이동로봇의 페어링 주소정보를 상기 제3이동로봇에 전달하고, 상기 제3이동로봇의 페어링 주소정보를 상기 제1이동로봇에 전달하고,
    상기 제1이동로봇과 상기 제3이동로봇 간의 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제3이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 것을 특징으로 하는 복수의 이동로봇.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1이동로봇에 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신되면, 상기 제어장치와 상기 제1이동로봇 사이의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제1이동로봇의 페어링을 해제하고,
    상기 제1이동로봇의 페어링이 해제되면, 상기 제2이동로봇은 상기 제1이동로봇을 추종하지 않도록 추종 해제되는 것을 특징으로 하는 복수의 이동로봇.
  14. 제어장치 또는 다른 이동로봇을 추종하는 이동로봇의 제어방법으로서,
    상기 제어장치로부터 제1신호를 수신하는 단계;
    상기 제어장치와 상기 이동로봇 간의 신호거리를 산출하는 단계; 및
    산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제어장치와 페어링을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 페어링을 수행하는 단계 이후에,
    상기 이동로봇이 상기 제어장치를 추종하는 경우, 상기 이동로봇은, 상기 제어장치로부터 제2신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면 상기 제어장치의 추종을 해제하는 단계;
    상기 이동로봇이 상기 다른 이동로봇을 추종할 경우, 상기 이동로봇은, 상기 다른 이동로봇을 추종하며 이동하도록, 상기 제어장치로부터 상기 다른 이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 단계; 또는
    상기 이동로봇을 상기 다른 이동로봇이 추종할 경우, 상기 이동로봇은, 상기 다른 이동로봇과 통신할 수 있도록, 상기 제어장치로부터 상기 다른 이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 단계
    를 더 포함하는, 이동로봇의 제어방법.
  15. 신호를 이용하여 제어장치와 통신하는 제1이동로봇 및 제2이동로봇을 포함하는 복수의 이동로봇의 제어방법으로서,
    상기 제어장치로부터 상기 제1이동로봇으로 신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와 상기 제1이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제1이동로봇과 상기 제어장치가 페어링을 수행하는 단계;
    상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇으로 신호가 수신된 것에 응답하여, 상기 제어장치와 상기 제2이동로봇 간의 신호거리를 산출하고, 산출된 신호거리가 정해진 범위 이내이면, 상기 제2이동로봇과 상기 제어장치가 페어링을 수행하는 단계;
    상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하도록, 상기 제어장치로부터 상기 제1이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 단계;
    상기 제1이동로봇과 상기 제2이동로봇이 상호 통신할 수 있도록, 상기 제1이동로봇이 상기 제어장치로부터 상기 제2이동로봇의 페어링 주소정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제1이동로봇의 이동시, 상기 제2이동로봇이 상기 제1이동로봇을 추종하며 이동하는 단계를 포함하여 이루어지는 복수의 이동로봇의 제어방법.
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