KR102262845B1

KR102262845B1 - 이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법

Info

Publication number: KR102262845B1
Application number: KR1020190112881A
Authority: KR
Inventors: 김대희; 서갑호; 오장석; 홍형길; 우성용; 송수환
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-06-09
Also published as: KR20200030477A

Abstract

본 발명은 비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서, 상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 주행방향측을 촬영하는 촬영부, 상기 촬영부에서 촬영한 영상을 분석하여 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 현재 가이드라인으로 하여 그 위치를 파악하고 상기 현재 가이드라인의 위치와 기 저장된 기준위치간의 오차를 파악하는 추적부, 상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화값을 생성하는 자세 감지부, 상기 추적부로부터 수신된 오차값과 상기 자세 감지부로부터 수신된 자세변화값을 수신하고, 수신한 오차값과 자세변화값을 이용하여 상기 이동로봇이 초기 진향 방향으로 계속 직진하도록 하는 자세 제어값을 생성하는 자세 유지부, 상기 비콘 장치로부터 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신부, 수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하고 측정한 신호 강도를 설정치와 비교하여 설정치 이상인지를 파악하며, 설정치 이상이 되면 이동로봇을 선회 시키는선회지점 파악부, 그리고 상기 자세 유지부의 제어에 따라 동작하여 이동로봇의 진행 방향을 조절하여 직진성이 유지되도록 하고, 상기 선회지점 파악부의 선회 제어신호에 따라 다음 작업할 두둑측으로 방향을 선회시키는 조향부를 포함하는 이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법에 관한 것이다.

Description

이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법{Apparatus for controlling movement of mobile robot and thereof method}

본 발명은 노지 환경에서 자율주행으로 작업을 수행하는 이동로봇에 관한 것으로, 이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법에 관한 것이다.

노지 환경에서 농사 작업을 수행하는 이동로봇 중 자율주행을 수행하는 이동로봇은 정해진 작업 영역에서 일정한 작업을 수행하기 위해서 직진성이 유지되어야 하고, 작업을 마친 두둑에서 다음 작업할 두둑으로 선회하여 한다.

만약, 직진성이 유지되지 못하면 정해진 작업 영역을 벗어나게 되거나 계획된 작업을 수행하지 못하게 되고, 또한 선회 지점을 제대로 파악하지 못하면 두둑을 망치게 되거나 작업 경로에서 벗어나는 문제가 발생한다.

따라서, 노지 환경에서 자율주행으로 작업을 수행하는 이동로봇에 대한 직진성을 보장하는 기술 및 선회 지점을 파악하는 기술이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 노지 환경의 작업 영역에서 이동로봇이 직진을 유지하면서 작업을 할 수 있게 하는 이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 노지 환경의 작업 영역에서 작업을 마친 두둑에서 다음 작업할 두둑으로 선회할 지점을 정확히 알리는 이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시 예가 사용될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어장치는, 비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 상기 제1 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서, 상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 주행방향측을 촬영하는 촬영부; 상기 촬영부에서 촬영한 영상을 분석하여 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 현재 가이드라인으로 하여 그 위치를 파악하고 상기 현재 가이드라인의 위치와 기 저장된 기준 가아드라인의 위치간의 오차값을 파악하는 추적부; 상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화값을 생성하는 자세 감지부; 상기 자세 감지부로부터 자세변화값을 수신하면 상기 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇의 몸체 틀어짐을 보상하고, 상기 추적부로부터 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 처리하며, 상기 자세 감지부로부터 자세변화값이 수신되지 않은 상태에서 상기 추적부로부터 위치 오차값을 수신하면, 상기 수신된 위치 오차값을 바탕으로 상기 이동로봇이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 제어하기 위한 조향 제어신호를 생성하는 자세 유지부; 상기 비콘 장치로부터 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신부; 상기 수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하고, 측정한 신호 강도를 설정치와 비교하여 설정치 이상인지를 파악하며, 설정치 이상이 되면 선회 제어신호를 출력하여 이동로봇을 선회시키는 선회지점 파악부; 및 상기 자세 유지부의 제어에 따라 동작하여 이동로봇의 진행 방향을 조절하여 직진성이 유지되도록 하고, 상기 선회지점 파악부의 선회 제어신호에 따라 다음 작업할 두둑측으로 방향을 선회시키는 조향부를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법은 비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서 이동로봇의 두둑 이동제어장치에 있어서, 상기 이동로봇이 상기 제1 두둑 상의 초기작업 위치에서 촬영한 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 기준 가이드라인으로 설정하는 단계; 상기 이동로봇의 이동에 따라 전진방향의 촬영된 영상에서 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 현재 가이드라인으로 하여 위치를 파악하는 단계; 상기 현재 가이드라인의 위치와 상기 기준 가이드라인 간의 위치 오차값을 생성하는 단계; 상기 이동로봇의 이동에 따라 상기 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화에 대한 자세변화값을 생성하는 단계; 상기 자세변화값이 수신된 상태에서 상기 위치 오차값이 수신되면, 상기 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 처리하고, 상기 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇의 몸체 틀어짐을 보상하는 단계; 상기 자세변화값이 수신되지 않은 상태에서 상기 위치 오차값이 수신되면, 상기 수신된 위치 오차값을 바탕으로 상기 이동로봇이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 제어하기 위한 조향 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하여 상기 측정한 신호 강도가 설정치 이상이 되면 이동로봇을 선회시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 이동로봇이 두둑의 경계선을 따라 직진 이동하게 하거나, 육안으로 식별 가능한 레이저광의 가이드라인을 기준으로 직진 이동하게 하여, 자율주행하는 이동로봇이 원하는 작업을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 비콘 신호에 따라 두둑을 벗어나 선회 지점을 파악하고 선회하여 안정적인 작업을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어를 위한 작업 환경을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 예를 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 두둑 이동제어장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 촬영부에서 촬영한 영상을 통해 파악되는 제1 가이드라인 및 위치 오차를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법에 대한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어를 위한 작업 환경을 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 두둑 이동제어장치의 블록 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 촬영부에서 촬영한 영상을 통해 파악되는 제2 가이드라인을 보인 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어장치 및 이의 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어를 위한 작업 환경을 보인 도면이다. 도 1에서는 밭농사를 수행하는 이동로봇을 일 예로 한 것이다. 도 1을 참고하면, 이동로봇(10)은 밭의 두둑 상에 위치한다. 구체적으로 이동로봇(10)의 일측에 설치된 바퀴는 하나의 골에 위치하고, 이동로봇(10)의 타측에 설치된 바퀴는 다른 하나의 골에 위치하며, 일측과 타측에 열결된 본체가 하나의 두둑 상에 위치한다.

비콘 장치(200)는 설정 주파수의 비콘 신호를 출력하는 장치이고, 하나의 두둑에 적어도 한 개가 설치되고, 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한다. 즉, 비콘장치(200)는 두둑의 외부에 위치한다. 양호하게는 비콘장치(200)는 지면에 매설되는 것이 양호하나, 지상에 설치되도록 할 수 있다. 도 1에서는 작업을 최초 시작하는 두둑을 제외한 다른 두둑에 대해 2개의 비콘이 설치된 경우를 도시하였다. 비콘장치(200)는 두둑의 길이방향으로 가운데 부분에 맞춰서 설치되는 것이 양호하나, 그렇지 않아도 무방하다.

이동로봇(10)은 두둑(a1, a2, a3) 이동시에 촬영부를 이용하여 전방을 촬영하고, 촬영된 영상에서 두둑의 가장자리 경계선 중 적어도 하나를 가이드라인으로 추적하여 직진 주행한다. 그런데 두둑의 가장자리 경계선은 두둑의 끝단에서 사라지게 되고 그에 따라 주행 가이드가 없어진다. 이때 이동로봇(10)은 비콘 장치(200)의 비콘 신호를 수신하고 비콘 신호의 세기가 점차 강해지는 쪽으로 향하여 진행하고, 신호세기가 설정치 이상이 되면 선회지점으로 파악하고 선회한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 예를 보인 도면이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇은 4개의 바퀴를 가지고 자율주행하는 농업용 로봇이다. 여기서 이동로봇의 바퀴는 4개가 아닌 양측면에 하나씩 구비된, 즉 2개의 바퀴일 수 있다. 물론 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇은 이외에 다양한 형태를 가진 자율주행 로봇일 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 두둑 이동제어장치의 블록 구성도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 두둑 이동제어장치(100)는 촬영부(110), 제1 추적부(120), 자세 감지부(130), 자세 유지부(140), 비콘 수신부(150), 선회지점 파악부(160) 및 조향부(170)를 포함한다.

촬영부(110)는 이동로봇(10)의 몸체(미도시)에 설치되고 이동로봇(10)의 주행방향측을 촬영하여 촬영한 영상을 제1 추적부(120)에 제공한다. 여기서 몸체는 마주보는 이동로봇(10)의 바퀴 사이에 설치되는 부분이다.

제1 추적부(120)는 촬영부(110)에서 촬영한 영상을 분석하여 두둑의 가장자리 경계선을 식별하고 이를 가이드라인으로 파악하며 가이드라인의 위치를 파악한다. 제1 추적부(120)는 해당 두둑에서의 작업시작지점(즉, 이동로봇의 초기 위치)에서 촬영부(110)가 촬영한 영상으로부터 파악한 가이드라인을 기준 가이드라인으로 설정하고 있다. 이에, 제1 추적부(120)는 이동로봇(10)이 이동하면서 촬영된 영상에서 파악한 가이드라인 즉, 현재 가이드라인의 위치을 기준 가이드라인의 위치와 비교하여 위치 오차 발생 여부 및 위치오차 발생시 위치 오차값(즉 오차정도)을 파악한다.

여기서, 가이드라인에 대한 위치 오차에 대하여 도 4를 참조로 하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 촬영부에서 촬영한 영상을 통해 파악되는 제1 가이드라인 및 위치 오차를 보인 도면이다.

도 4를 참고하면, 전체 화면(A)은 촬영부(110)에 의해 촬영된 영상 화면이다. 영상 화면에는 작업중인 두둑(a1 또는 a2 또는 a3)의 가장자리 경계선이 촬영된다. 이때 촬영되는 가장자리 경계선은 양측 2개가 촬영되도록 하거나 하나만 촬영되도록 할 수 있으며, 가이드라인은 양측 2개가 촬영되는 경우 2개 모두를 이용하거나 또는 하나만 이용할 수 있으며, 하나만 촬영되는 경우에 촬영된 하나의 가장자리 경계선을 가이드라인으로 설정한다.

이동로봇(10)은 작업시작지점에서 파악된 가이드라인을 기준 가이드라인(L1, L2 중 적어도 하나)으로 설정하고, 이동로봇(10)의 이동시에 파악되는 가이드라인(L3, L4 중 적어도 하나)과 위치 비교한다. 이때 위치 비교는 기준 가이드라인과 현재 파악한 가이드라인(이하 "현재 가이드라인"이라 함) 간의 픽셀 간격(화면상의 x축 및 y축 간격)을 비교하는 것이다.

제1 추적부(120)는 이러한 픽셀 간격의 비교를 통해 픽셀 간격에 대한 차이값을 위치 오차값(e1)으로 생성한다. 이때 위치 오차값(e1)은 현재 가이드라인이 기준 가이드라인에 비해 어느 정도 거리(거리차이)로 떨어져 있는지, 기준 가이드라인(L1)에 대해 현재 가이드라인의 방향과 기준 가이드 라인에 대한 차이각이 얼마인지를 알 수 있다. 여기서, 거리차이는 이동로봇(10)이 기준 가이드라인으로 복귀해야할 이동로봇(10)의 이동거리를 나타내고, 현재 가이드라인의 방향은 기준 가이드라인으로 복귀해야할 이동로봇(10)의 조향방향(예, 왼쪽 또는 오른쪽)을 파악할 수 있게 하며, 차이각은 기준 가이드라인(L1)으로 복귀해야할 이동로봇(10)의 조향 정도를 나타낸다.

한편, 제1 추적부(120)는 픽셀 간격 이외에 픽셀 간격에 대응하는 별도의 오차값을 생성하여 자세 유지부(140)로 제공할 수 있다.

자세 감지부(130)는 이동로봇(10)의 자세 변화 즉, 이동로봇(10)의 몸체가 상,하,좌,우로 틀어진 정도를 감지하고, 감지한 자세변화에 대응하는 자세변화값을 생성하여 자세 유지부(140)로 제공한다. 자세 감지부(130)는 자이로센서로 구성되거나 IMU(Initial Measurement Unit, 관성측정장치)로 구성되거나, 그 밖에 자세변화를 감지할 수 있는 모든 종류의 센서가 이용될 수 있다.

자세 유지부(140)는 자세 감지부(130)로부터 자세변화값을 수신하면 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇(10)의 몸체 틀어짐을 보상한다. 또한 자세 유지부(140)는 제1 추적부(120)로부터 수신된 위치 오차값을 분석하여 이동로봇(10)이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 하는 자세 제어를 수행한다.

한편, 자세 유지부(140)는 자세 감지부(130)로부터 자세변화값을 수신하면 추적부(120)로부터 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 판단하고, 자세 감지부(130)로부터 자세변화값이 수신되지 않는 경우에 제1 추적부(120)로부터 수신된 위치 오차값을 유효한 정보로 판단하여 위치 오차값에 대응한 자세 제어를 수행할 수 있다. 이러한 이유는, 자세변화값이 발생되었다는 것은 이동로봇(10)의 몸체가 틀어졌다는 것을 의미하고, 이는 몸체에 설치된 촬영부(110)가 틀어진 상태에서 촬영이 되었다는 것을 의미한다. 즉, 자세변화값이 발생되었을 때에 촬영부(110)에서 촬영한 영상은 이동로봇(10)이 초기 진행방향으로 진행하더라도 위치 오차값이 발생되게 된다.

한편, 자세 유지부(140)는 자세 감지부(130)로부터 자세변화값을 수신하면 자세변화값에 대응하는 동작을 완료하기 전까지 제1 추적부(120)의 동작을 중지시킬 수 있다.

비콘 수신부(150)는 비콘 장치(200)로부터 비콘 신호를 수신한다. 선회지점 파악부(160)는 수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하고 측정한 신호 강도를 설정치와 비교하여 설정치 이상인지를 파악하며, 설정치 이상이 되면 조향부(170)로 선회 제어신호를 출력한다.

조향부(170)는 자세 유지부(140)의 제어에 따라 동작하여 이동로봇(10)의 진행 방향을 조절하여 직진성이 유지되도록 하고, 선회지점 파악부(160)의 선회 제어신호에 따라 다음 작업할 두둑측으로 방향을 선회한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법에 대한 순서도이다. 도 5를 참고하면, 이동로봇(10)을 이용하여 두둑(a1)에서의 작업을 하기 위해 우선 이동로봇(10)을 두둑(a1)의 초기작업 위치에 위치시킨다(S501). 초기작업 위치는 해당 두둑(a1)의 비콘 장치(200)에 반대편 위치이다. 이동로봇(10)이 두둑 상의 초기작업 위치에 서면, 이동로봇(10)의 촬영부(110)는 전방을 촬영한다(S502).

촬영부(110)에 의해 촬영된 영상은 제1 추적부(120)에 의해 분석되는데, 제1 추적부(120)는 촬영 영상에서 직선의 두둑 가장자리 경계선을 파악하고, 그 위치를 파악(산출)한다. 그런 다음 제1 추적부(120)는 파악한 가장자리 경계선을 기준 가이드라인으로 설정하고 기준 가이드라인의 영상 내 위치를 기준위치로 설정한다(S503). 이러한 기준위치의 설정을 완료하면, 이동로봇(10)은 직진 이동을 하고, 동시에 촬영부(110)가 전방 촬영을 한다(S504).

이동로봇(10)이 이동하면, 제1 추적부(120)에서는 촬영부(110)에서 촬영한 영상을 수신하고 촬영 영상에서 두둑 가장자리 경계선을 파악하고 이를 현재 가이드라인으로 하여 현재 가이드라인의 위치를 파악한다(S505). 그리고 제1 추적부(120)는 현재 가이드라인의 위치와 기준 가이드라인의 위치를 비교하여 두개의 가이드라인이 일치하는지를 판단한다(S506).

상기 S506 판단과정에서, 제1 추적부(120)는 현재 가이드라인의 위치와 기준 가이드라인의 위치가 일치하지 않으면 현재 가이드라인의 위치와 기준 가이드라인의 위치 간의 위치 오차값(e1)을 생성하고 위치 오차값을 자세 유지부(140)로 제공한다(S507).

또한, 이동로봇(10)이 이동하면 자세 감지부(130)에서는 이동로봇(10)의 자세 변화 즉, 직진 방향에 대한 자세 틀어짐을 감지하고(S508), 감지한 자세변화에 대한 자세변화값을 생성하여 자세 유지부(140)로 제공한다(S509). 자세 제어부(130)는 이동로봇(10)이 직진 방향으로 진행하여 x축, y축, z축으로의 변화가 없으면 자세변화값을 제공하지 않거나 자세변화가 없음을 알리는 값을 알리도록 할 수 있다.

자세 유지부(140)는 자세 감지부(130)로부터 수신된 자세변화값에 대응하는 자세 유지 제어 동작을 수행하여 몸체의 틀어짐을 보상하고, 제1 추적부(120)로부터 수신된 위치 오차값에 대응하는 조향 제어신호를 조향부(170)에 제공하여, 조향부(170)가 조향 제어신호에 따라 조향휠을 조향하여 이동로봇(10)의 진행 방향이 초기 진향 방향이 되도록 한다(S510).

직진 유지 제어를 수행하는 중에, 이동로봇(10)의 비콘 수신부(150)는 제1 비콘 신호가 수신되는지를 감지하고, 제1 비콘 신호가 감지되면 감지된 비콘 신호를 선회지점 파악부(160)에 제공한다(S511). 상기 제1 비콘 신호는 작업 중인 두둑에 대응하여 설치된 비콘 장치(200)에서 송출한 비콘 신호이다.

선회지점 파악부(160)는 수신된 제1 비콘 신호의 세기를 측정하고(S512), 측정한 신호 세기를 설정값과 비교하여 측정한 신호 세기가 설정값 이상인지를 판단한다(S513).

측정한 신호 세기가 설정값 미만이면, 선회지점 파악부(160)는 이동로봇(10)이 계속해서 직진 이동을 하고, 측정한 신호 세기가 설정값 이상이면 조향부(170)를 제어하여 이동 방향을 선회시킨다(S514).

1차 선회 이동에 의해, 이동로봇(10)은 다음 작업할 두둑으로 진행하게 되고, 비콘 수신부(150)는 제2 비콘 신호를 수신하게 되며, 그에 따라 선회지점 파악부(160)는 제2 비콘 신호의 세기를 측정한다(S515). 여기서, 제2 비콘 신호는 작업 중인 두둑에 이웃하는 두둑 즉, 다음 작업할 두둑에 설치된 비콘 장치(200)에서 송출한 비콘 신호이다. 하나의 두둑에 2개의 비콘 장치가 설치되어 있는데, 이때 제2 비콘 신호를 송출하는 비콘 장치는 제1 비콘 신호를 송출하는 비콘 장치에 근접하여 설치된 비콘 장치이다. 제1 비콘신호와 제2 비콘신호는 서로 다른 식별정보를 포함하고 있으며, 선회지점 파악부(160)는 각 비콘신호에 포함된 식별정보를 통해 각 비콘장치에서 송출하는 비콘신호를 구별한다.

선회지점 파악부(160)는 제2 비콘 신호의 신호 세기를 설정값과 비교하여 측정한 신호 세기가 설정값 이상인지를 판단한다(S516). 제2 비콘 신호의 세기가 설정값 미만이면 계속해서 직진 이동이 되도록 하고, 설정값 이상이 되면 조향부(170)를 제어하여 이동로봇(10)을 직진시킨다(S517).

이후, 이동로봇은 다음 작업할 두둑의 초기 작업 위치에 위치하게 되고, S501 과정 내지 S517 과정을 반복한다.

한편, 이동로봇의 두둑 이동제어장치(100)는 제1 추적부(120)를 통해 화면상에 두둑 가장자리 경계선이 끝나는 지점을 발견하는 시점부터 비콘 신호의 세기를 측정하도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법에 대한 순서도이다. 설명에 앞서, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법에서 S501 과정 내지 S503 과정이 동일하므로 설명을 생략한다.

도 6을 참조하면, 이동로봇(10)은 직진 이동을 하고, 동시에 촬영부(110)가 전방 촬영을 한다(S601).

이동로봇(10)이 이동하면, 자세 감지부(130)에서는 이동로봇(10)의 자세 변화 즉, 몸체의 틀어짐을 감지하고(S602), 자세변화가 감지되면 감지한 자세변화에 대한 자세변화값을 생성하여 자세 유지부(140)에 제공한다(S603). 한편 자세 감지부(130)는 이동로봇(10)이 직진 방향으로 진행하여 x축, y축, z축으로의 변화가 없으면 자세변화값을 제공하지 않거나 자세변화가 없음을 자세 유지부(140)에 알리도록 할 수 있다.

자세 감지부(130)의 동작과 더불어, 제1 추적부(120)에서는 촬영부(110)에서 촬영한 영상을 수신하고 촬영 영상에서 현재 가이드라인의 위치를 파악하고, 파악한 현재 가이드라인의 위치와 기준 가이드라인의 위치를 비교하며, 이를 통해 현재 가이드라인의 위치와 기준 가이드라인의 위치간에 위치 오차가 발생하였는지를 감지한다(S605).

이러한 감지를 통해 제1 추적부(120)는 현재 가이드라인의 위치와 기준 가이드라인의 위치가 일치하지 않으면 현재 가이드라인의 위치와 기준 가아드라인의 위치 간의 위치 오차값을 생성하고 위치 오차값을 자세 유지부(140)에 제공한다(S606).

자세 유지부(140)는 자세 감지부(130)로부터 수신된 자세변화값에 대응하는 자세 유지 제어 동작을 수행하여 몸체의 틀어짐을 보상하는 동작을 수행한다. 그러나 자세 유지부(140)는 몸체에 대한 자세 변화가 발생되었으므로 제1 추적부(120)로부터 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 판단하여 위치 오차값에 대응하는 동작을 수행하지 않는다(S607).

한편, 몸체의 자세 변화가 없는 상태에서 제1 추적부(120)가 위치 오차값을 발생하여 자세 유지부(140)에 제공하면(S608), 자세 유지부(140)는 위치 오차값에 대응하는 조향 제어신호를 생성하여 조향부(170)에 제공하고(S609), 조향부(170)는 수신된 조향 제어신호에 따라 조향휠을 조향하여 이동로봇(10)의 진행 방향이 초기진향 방향이 되도록 한다(S611).

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 자세 유지부(140)는 S604 과정을 통해서 자세 감지부(130)로부터 수신된 자세변화값을 수신하면 추적부(120)로 동작 비활성화 신호를 출력하여 제1 추적부(120)가 동작하지 않게 하고, 자세 감지부(130)로부터 수신된 자세변화값을 수신되지 않거나 자세변화값에 대응하는 보상 동작을 완료하면 제1 추적부(120)로 동작 활성화 신호를 출력하도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어를 위한 작업 환경을 보인 도면이다. 도 7에서는 밭농사를 수행하는 이동로봇을 일 예로 한 것이다.

도 7을 참고하면, 이동로봇(10)은 밭의 두둑 상에 위치한다. 구체적으로 이동로봇(10)의 일측에 설치된 바퀴는 하나의 골에 위치하고, 이동로봇(10)의 타측에 설치된 바퀴는 다른 하나의 골에 위치하며, 일측과 타측에 열결된 본체가 하나의 두둑 상에 위치한다.

광원(300)은 육안으로 식별이 가능하고 직진하는 광, 예컨대 레이저광을 조사하는 장치이다. 광원(300)은 하나의 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한다. 즉, 광원(300)은 두둑의 외부에 위치한다.

광원(300)은 두둑의 길이방향으로 가운데 부분에 맞춰서 설치되는 것이 양호하나, 그렇지 않아도 무방하다. 광원(300)은 이동로봇(10)에 설치된 촬영부보다 낮은(높이 기준) 위치에 위치되는 것이 양호하다.

광원(300)은 고정수단(b)에 의해 고정된다. 고정수단(b)는 사물이나 사람일 수 있다. 사람의 경우에는 작업자(b)가 광원(300)을 잡고 서 있게 되고, 사물인 경우에 고정 설치된 기구물(b)에 광원이 설치된다.

따라서, 이동로봇(10)은 두둑(a1, a2, a3) 이동시에 촬영부를 이용하여 전방을 촬영하고, 촬영된 영상에서 광원(300)에서 조사한 광의 직선(이하 "가이드라인"이라 함)을 파악하며 광에 의해 생성된 가이드라인을 추적하여 직진한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 두둑 이동제어장치의 블록 구성도이다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어장치(100)는 촬영부(110), 제2 추적부(120a), 자세 감지부(130), 자세 유지부(140), 비콘 수신부(150), 선회지점 파악부(160) 및 조향부(170)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어장치(100)는 본 발명의 제1 실시 예와 거의 동일한 구성으로 이루어져 있으며, 제2 추적부(120a)의 동작이 제1 실시 예와 차이가 난다. 따라서 동일한 기능의 구성 요소는 본 발명의 제1 실시 예와 동일한 도면 부호를 부여하였다.

제2 추적부(120a)는 촬영부(110)에서 촬영한 영상을 분석하여 광원(200)에서 조사된 직선의 레이저광 즉, 레이저광 가이드라인을 식별하고, 영상내 가이드라인의 위치를 파악한다. 제2 추적부(120a)는 해당 두둑에서의 작업시작지점(즉, 이동로봇의 초기 위치)에서 촬영부(110)가 촬영한 영상에서 파악한 레이저광 가이드라인을 기준 가이드라인으로 설정하고 있다. 이에, 제2 추적부(120a)는 이동로봇(10)이 이동하면서 촬영된 영상에서 얻은 레이저광 가이드라인을 기준 가이드라인과 비교하여 위치 오차 발생 여부 및 위치오차 발생시 오차정도 즉, 위치 오차값을 파악한다.

레이저광 가이드라인에 대한 위치 오차에 대하여 도 9를 참조로 하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 촬영부에서 촬영한 영상을 통해 파악되는 제2 가이드라인을 보인 도면이다.

도 9를 참고하면, 전체 화면(A)은 촬영부(110)에 의해 촬영된 영상 화면이다. 영상 화면(A)에는 작업중인 두둑(a1 또는 a2 또는 a3)이 촬영되고, 레이저광 가이드라인이 촬영된다. 이동로봇(10)의 작업시작지점을 레이저광 가이드라인이 화면의 중앙에 오도록 한 경우이면, 도 9와 같이 화면의 중앙에 위치한 직선이 기준 가이드라인(L1)이 된다.

만약, 촬영된 영상에서 레이저광 가이드라인(L2)와 같이 현재 가이드라인(L2)이 화면의 중앙에서 좌측에 위치하면, 추적부(120)는 위치 오차가 발생하였다고 판단하고, 레이저광 가이드라인(L2)와 기준 가이드라인(L1)간의 픽셀 간격(화면상의 x축 및 y축 간격을 파악하고 픽셀 간격을 위치 오차값(e1)으로 자세 유지부(140)에 제공한다. 상기 위치 오차값(e1)은 도 4를 참조로 설명한 위치 오차값과 동일하다.

이때 위치 오차값(e1)은 현재 가이드라인(L2)이 기준 가이드라인(L1)에 비해 어느 정도 거리(거리차이)로 떨어져 있는지, 또한 기준 가이드라인(L1)에 대해 현재 가이드라인(L2)의 방향과 기준 가이드 라인(L1)에 대한 차이각이 얼마인지를 알 수 있다. 여기서, 거리차이는 이동로봇(10)이 기준 가이드라인(L1)으로 복귀해야할 이동로봇(10)의 이동거리를 나타내고, 현재 가이드라인의 방향은 기준 가이드 라인(L1)으로 복귀해야할 이동로봇(10)의 조향방향(예, 왼쪽 또는 오른쪽)을 파악할 수 있게 하고며, 차이각은 기준 가이드라인(L1)으로 복귀해야할 이동로봇(10)의 조향 정도를 나타낸다.

다른 예로, 촬영된 영상에서 레이저광 가이드라인(L30)와 같이 화면의 중앙에서 우측에 위치하면 제2 추적부(120a)는 위치 오차가 발생하였다고 판단하고, 레이저광 가이드라인(L30)와 기준 가이드라인(L10)간의 픽셀 간격(화면상의 x축 및 y축 간격)을 파악하고 픽셀 간격을 위치 오차값(e2)으로 자세 유지부(140)에 제공한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동로봇의 두둑 이동제어방법의 전반적인 동작은 본 발명의 제1 실시 예와 동일하고, 당업자라면 제1 실시 예에 따른 방법으로 제2 실시 예에 따른 방법을 용이하게 유추할 수 있다고 판단되므로, 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명의 실시에에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

10 : 이동로봇 100 : 이동로봇의 직진성 유지장치
200 : 비콘 장치 110 : 촬영부
120 : 추적부 130 : 자세 감지부
140 : 자세 유지부 150 : 비콘 수신부
160 : 선회지점 파악부 170 : 조향부
300 : 광원

Claims

비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 상기 제1 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서,
상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 주행방향측을 촬영하는 촬영부;
상기 촬영부에서 촬영한 영상을 분석하여 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 현재 가이드라인으로 하여 그 위치를 파악하고 상기 현재 가이드라인의 위치와 기 저장된 기준 가아드라인의 위치간의 오차값을 파악하는 추적부;
상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화값을 생성하는 자세 감지부;
상기 자세 감지부로부터 자세변화값을 수신하면 상기 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇의 몸체 틀어짐을 보상하고, 상기 추적부로부터 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 처리하며, 상기 자세 감지부로부터 자세변화값이 수신되지 않은 상태에서 상기 추적부로부터 위치 오차값을 수신하면, 상기 수신된 위치 오차값을 바탕으로 상기 이동로봇이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 제어하기 위한 조향 제어신호를 생성하는 자세 유지부;
상기 비콘 장치로부터 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신부;
상기 수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하고, 측정한 신호 강도를 설정치와 비교하여 설정치 이상인지를 파악하며, 설정치 이상이 되면 선회 제어신호를 출력하여 이동로봇을 선회시키는 선회지점 파악부; 및
상기 자세 유지부의 제어에 따라 동작하여 이동로봇의 진행 방향을 조절하여 직진성이 유지되도록 하고, 상기 선회지점 파악부의 선회 제어신호에 따라 다음 작업할 두둑측으로 방향을 선회시키는 조향부;
를 포함하는 이동로봇의 두둑 이동제어장치,
비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 육안으로 식별 가능한 직선의 제1 광을 조사하는 광원이 상기 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되며, 상기 비콘 장치 및 상기 광원이 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서,
상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 주행방향측을 촬영하는 촬영부;
상기 촬영부에서 촬영한 영상 내에 상기 제1 광에 의해 형성된 직선의 가이드라인(이하 "현재 가이드라인"이라 함)의 위치를 파악하고 상기 현재 가이드라인의 위치와 기 저장된 기준 가이드라인의 위치 간의 오차값을 파악하는 추적부;
상기 제1 두둑 상을 이동하는 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화값을 생성하는 자세 감지부;
상기 자세 감지부로부터 자세변화값을 수신하면 상기 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇의 몸체 틀어짐을 보상하고, 상기 추적부로부터 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 처리하며, 상기 자세 감지부로부터 자세변화값이 수신되지 않은 상태에서 상기 추적부로부터 위치 오차값을 수신하면, 상기 수신된 위치 오차값을 바탕으로 상기 이동로봇이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 제어하기 위한 조향 제어신호를 생성하는 자세 유지부;
상기 비콘 장치로부터 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신부;
수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하고 측정한 신호 강도를 설정치와 비교하여 설정치 이상인지를 파악하며, 설정치 이상이 되면 선회 제어신호를 출력하여 이동로봇을 선회시키는 선회지점 파악부; 및
상기 자세 유지부의 제어에 따라 동작하여 이동로봇의 진행 방향을 조절하여 직진성이 유지되도록 하고, 상기 선회지점 파악부의 선회 제어신호에 따라 다음 작업할 두둑측으로 방향을 선회시키는 조향부
를 포함하는 이동로봇의 두둑 이동제어장치,
삭제
삭제
비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서 이동로봇의 두둑 이동제어장치에 있어서,
상기 이동로봇이 상기 제1 두둑 상의 초기작업 위치에서 촬영한 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 기준 가이드라인으로 설정하는 단계;
상기 이동로봇의 이동에 따라 전진방향의 촬영된 영상에서 상기 제1 두둑의 가장자리 경계선을 현재 가이드라인으로 하여 위치를 파악하는 단계;
상기 현재 가이드라인의 위치와 상기 기준 가이드라인 간의 위치 오차값을 생성하는 단계;
상기 이동로봇의 이동에 따라 상기 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화에 대한 자세변화값을 생성하는 단계;
상기 자세변화값이 수신된 상태에서 상기 위치 오차값이 수신되면, 상기 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 처리하고, 상기 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇의 몸체 틀어짐을 보상하는 단계;
상기 자세변화값이 수신되지 않은 상태에서 상기 위치 오차값이 수신되면, 상기 수신된 위치 오차값을 바탕으로 상기 이동로봇이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 제어하기 위한 조향 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하여 상기 측정한 신호 강도가 설정치 이상이 되면 이동로봇을 선회시키는 단계
를 포함하는 이동로봇의 두둑 이동제어방법.
비콘 신호를 송출하는 비콘 장치가 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되고, 육안으로 식별 가능한 직선의 제1 광을 조사하는 광원이 상기 제1 두둑에 대해 적어도 하나가 설치되며, 상기 비콘 장치 및 상기 광원이 두둑의 길이방향 연장선상에 위치한 상태에서 이동로봇의 두둑 이동제어방법에 있어서,
상기 이동로봇이 상기 제1 두둑 상의 초기작업 위치에서 촬영한 상기 제1 광에 의해 형성된 직선의 가이드라인을 기준 가이드라인으로 설정하는 단계;
상기 이동로봇의 이동에 따라 전진방향의 촬영된 영상에서 상기 제1 광에 의해 형성된 직선의 가이드라인(이하 "현재 가이드라인"이라 함)의 위치를 파악하는 단계;
상기 현재 가이드라인의 위치와 상기 기준 가이드라인 간의 위치 오차값을 생성하는 단계;
상기 이동로봇의 이동에 따라 상기 이동로봇의 자세 변화를 감지하고, 감지한 자세변화에 대한 자세변화값을 생성하는 단계;
상기 자세변화값이 수신된 상태에서 상기 위치 오차값이 수신되면, 상기 수신된 위치 오차값을 유효하지 않는 정보로 처리하고, 상기 자세변화값에 대응하는 동작을 수행하여 이동로봇의 몸체 틀어짐을 보상하는 단계; 및
상기 자세변화값이 수신되지 않은 상태에서 상기 위치 오차값이 수신되면, 상기 수신된 위치 오차값을 바탕으로 상기 이동로봇이 초기 진행 방향으로 계속 직진하도록 제어하기 위한 조향 제어신호를 생성하는 단계; 및
수신된 비콘 신호의 신호 강도를 측정하여 상기 측정한 신호 강도가 설정치 이상이 되면 이동로봇을 선회시키는 단계
를 포함하는 이동로봇의 두둑 이동제어방법.