KR102291884B1 - 이동 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이동 로봇은, 충전 스테이션이 설치된 일 영역 내에서 주행하는 이동 로봇으로서, 본체를 회전 또는 이동시키는 주행부, 본체에 전원을 공급하는 전원부; 충전 스테이션과 신호를 송수신하는 통신부; 본체가 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 기준거리만큼 이동한 지점의 좌표정보가 저장되는 메모리; 본체가 일 영역을 주행하는 동안 전원부의 상태에 근거하여 충전 스테이션으로 복귀하는 제어명령을 출력하는 제어부를 포함한다. 제어부는, 제어명령이 출력된 것에 응답하여, 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호와 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 본체의 현재 위치로부터 충전 스테이션의 위치를 확인하고, 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하도록 주행부를 제어한다. 또, 이동 로봇이 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에 도달시, 제1신호 및 제2신호에 근거하여 충전 스테이션에 도킹하기 위한 회전각도를 산출하고, 산출된 회전각도에 따라 본체의 헤드가 회전하도록 주행부를 제어한다.

Description

이동 로봇 및 그 제어방법{MOVING ROBOT AND CONTORLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 지정된 영역을 자율주행하는 이동 로봇 및 그 제어방법에 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 영역을 주행하면서 청소를 수행하는 청소로봇은 물론 영역의 바닥면의 잔디를 깎는 잔디깎이 로봇이 포함될 수 있다.
일반적으로 잔디깎이 장치는 사용자가 탑승하여 사용자의 운전에 따라 이동하면서 바닥의 잔디를 깎거나 풀을 제초하는 승용형 장치와, 사용자가 수동으로 끌거나 밀어서 이동하면서 잔디를 깎는 워크비하인드타입 또는 핸드타입의 장치가 있다. 이러한 잔디깎이 장치는 사용자의 직접적인 조작에 의해 이동하며 잔디를 깎는 것으로 사용자의 직접 장치를 작동해야하는 번거로움이 있다.
그에 따라 이동 로봇에 잔디를 깎을 수 있는 수단을 구비한 이동 로봇형의 잔디깎이 장치, 즉 잔디깎이 로봇이 연구되고 있다. 그러나, 잔디깎이 로봇의 경우 실내가 아닌 실외에도 동작하므로 이동할 영역을 사전에 설정해야할 필요성이 있다. 구체적으로, 실외는 실내와는 달리 열린 공간이므로 영역의 지정이 미리 이루어져야하며, 또 잔디가 심어진 곳을 주행하도록 영역을 한정되어야 한다,
이를 위해 대한민국공개특허 2015-0125508에는, 잔디깎이 로봇이 이동할 영역을 설정하기 위해, 잔디가 심어진 곳에 와이어를 매설하여, 이동 로봇이 와이어의 내측 영역에서 이동하도록 제어한다. 그러면, 와이어에 의해 유도된 전압값에 근거하여 이동 로봇에 대한 경계가 설정된다.
그러나 이러한 방식은 와이어를 바닥에 매번 매설해야한다는 문제가 있다. 또한, 한번 설정한 경계를 변경하기 위해서는 매설된 와이어를 제거한 다음 새로 이 와이어를 매설해야하므로, 경계 설정에 시간과 수고가 많아지는 어려움이 있었다.
또한, 미국 Pub. No US 2017/0026818에는, 모바일 잔디깍기 로봇을 비콘(beacon)과 페어링시킨 다음, 비콘과 모바일 잔디깍기 로봇 간의 거리를 결정하여, 그 결정된 거리를 페어링 거리와 비교하여 비콘이 페어링 거리 내에 있는지를 확인한 후에, 이를 네이게이션에 활용하는 것을 개시한다.
최근에는 약 30cm 미만의 정밀도를 갖는 것으로 알려진 저비용의 UWB(Ultra Wideband) 통신 기술을 사용하여 이동 로봇의 주행을 제어하는 방식이 연구되고 있다. UWB(Ultra Wideband)는 정밀한 영역 추정과 물질을 관통하는 성질이 있어서, 다중경로 문제에 영향을 거의 받지 않기 때문에, 실시 간 위치 추적에 적합하다.
이와 같은 UWB(Ultra Wideband) 통신 기술을 사용하여 UWB 측위 범위 내에 존재하는 다른 장치, 예를 들어 UWB 태그의 상대 위치를 계산할 수 있다. UWB(Ultra Wideband) 통신 기술을 이용하여 UWB 태그의 상대 위치를 파악하는 경우, AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 사용할 수 있다.
한편, 이동 로봇은 충전용 배터리를 사용하여 주행을 수행하므로, 배터리 잔존량에 따라 충전을 수행해야한다. 이에, 이동 로봇을 위한 충전 스테이션을 미리 설치해두고, 이동 로봇의 배터리 상태에 따라 스스로 충전 스테이션을 찾아가서 충전을 수행하도록 하는 연구와 상용화가 이루어지고 있다. 그러나, 실외 환경의 경우, 넓게 개방된 공간이라는 점과 다양한 지형의 특성으로 인하여 이동로봇이 충전 스테이션으로 정확하게 복귀하는 것이 쉽지 않다.
이동 로봇이 충전 스테이션의 위치에 도달하더라도 자신의 커넥터와 충전 스테이션의 접속커넥터를 정확하게 접속시키기 위해서는 정확한 도킹 경로의 설정이 필요하다. 이동 로봇이 주행하는 영역의 경계에 와이어가 매설된 경우에는 매설된 와이어를 따라서 충전 스테이션으로 이동하면 되지만, 전술한 바와 같이 경계에 와이어를 매설하는 것은 다른 여러 문제를 야기한다.
또, 대한민국등록특허 10-0902115에는, 카메라와 적외선 센서를 이용하여 이동 로봇을 충전 스테이션으로 정밀하게 유도하는 방법을 제안한다. 그러나, 카메라와 적외선 센서의 경우 이동 로봇이 어느 정도 충전 스테이션에 근접하였을 때 도킹 위치를 정밀하게 유도할 수 있다. 따라서, 실외 환경에서와 같이 넓게 개방된 공간에서 이동 로봇의 충전 스테이션으로의 도킹 경로를 안내하기에는 여러가지 문제가 있다. 또, 이동 로봇이 충전 스테이션의 도킹 방향을 기준으로 후방에 위치하여 다가오는 경우와 같이, 신호(또는 화각)의 사각 지대에 위치하게 되면, 도킹 위치를 유도받기 어려워진다.
이에, 본 발명의 일 목적은, 이에, 이동 로봇이 주행하는 경계에 와이어를 설치하지 않고도 이동 로봇이 현재 위치에서 충전 스테이션으로 정확하게 복귀하여 충전을 위한 도킹을 수행할 수 있는 이동 로봇 및 그것의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 충전 스테이션 주변에 가이드용 와이어 조차 매설할 필요 없이, UWB 신호를 이용하여 이동 로봇의 충전을 위한 도킹 경로를 효율적으로 설정할 수 있는 이동 로봇 및 그것의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동 로봇의 충전 스테이션으로의 도킹 시도시 360도 전방향을 커버리지하여 신호 사각지대를 최소화하고, 자기장 슬램을 사용하지 않고도 정확한 도킹을 수행할 수 있는 이동 로봇 및 그것의 제어방법을 제공하는데 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇은, 충전 스테이션이 설치된 일 영역 내에서 주행하는 이동 로봇으로서, 본체를 회전 또는 이동시키는 주행부; 상기 본체에 전원을 공급하는 전원부; 상기 충전 스테이션과 신호를 송수신하는 통신부; 상기 본체가 상기 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 기준거리만큼 이동한 지점의 좌표정보가 저장되는 메모리; 및 상기 본체가 상기 일 영역을 주행하는 동안 상기 전원부의 상태에 근거하여 상기 충전 스테이션으로 복귀하는 제어명령을 출력하는 제어부를 포함한다. 또, 상기 제어부는, 상기 제어명령이 출력된 것에 응답하여, 상기 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체의 현재 위치로부터 상기 충전 스테이션의 위치를 확인하고, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하도록 상기 주행부를 제어하고, 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에 도달시 상기 제1신호 및 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션에 도킹하기 위한 회전각도를 산출하고, 산출된 회전각도에 따라 상기 본체의 헤드가 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 충전 스테이션은 상기 제1신호를 송신하고 상기 제2신호를 수신하기 위한 한 쌍의 UWB 모듈을 구비하며, 상기 본체의 상기 통신부는 상기 제1신호를 수신하고, 상기 제2신호를 송신하기 위한 한 쌍의 UWB 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부에 구비되는 한 쌍의 UWB 모듈은, 상기 본체의 전방을 기준으로 좌우 대칭되도록 배치되며, 각각 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호를 수신하여 본체의 현재 위치를 기준으로 상기 충전 스테이션의 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하는 동안, 상기 통신부에 구비된 제1UWB 앵커와 상기 충전 스테이션의 제1UWB 태그 간의 거리를 반경으로 하고 상기 제1UWB 앵커를 중심으로 하는 제1원과, 상기 통신부에 구비된 제2UWB 앵커와 상기 충전 스테이션의 제2UWB 태그 간의 거리를 반경으로 하고 상기 제2UWB 앵커를 중심으로 하는 제2원의 두 교점 중에서 상기 본체의 헤드방향과 가까운 교점을 상기 충전 스테이션의 위치로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 본체가 상기 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 기준거리만큼 후진방향으로 이동한 지점의 좌표정보는, 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 제어명령의 출력에 따라 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체의 현재 위치와 상기 충전 스테이션 간의 거리정보 및 각도정보를 산출하여 상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향해 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향한 후 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하는 동안, 복수의 UWB 모듈을 통해 수신되는 상기 제1신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동한 후, 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보에 근거하여 상기 본체의 헤드방향을 결정하고, 결정된 헤드방향에 따라 헤드가 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 결정된 헤드방향에 따라 헤드가 회전한 후, 상기 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호가 상기 본체에 배치된 제1UWB 모듈과 제2UWB 모듈 각각에 수신되는 거리 차이에 근거하여, 상기 결정된 헤드방향의 보정 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제1신호의 상기 제1UWB 모듈에 대한 수신거리와 상기 제1신호의 상기 제2UWB 모듈에 대한 수신거리가 동일한 것으로 판단되면, 현재의 헤드방향이 도킹 방향으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에서 상기 산출된 회전각도에 따라 헤드를 회전한 후에, 상기 기준거리만큼 직진하여 상기 충전 스테이션에 도킹하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점으로 이동하는 동안 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간으로 결정하고, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보로 이동하는 경로 내에 상기 충전 스테이션의 위치가 포함된 경우 상기 충전 스테이션을 피하여 도킹경로를 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 제어명령이 출력된 시점에 상기 본체의 위치정보를 저장하고, 상기 본체가 상기 충전 스테이션에 도킹하여 상기 전원부의 충전이 완료되면, 상기 저장된 위치정보로 상기 본체가 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법은, 충전 스테이션이 설치된 일 영역 내에서 주행하는 이동 로봇의 제어방법으로서, 상기 이동 로봇의 본체가 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 기준거리만큼 이동한 지점의 좌표정보를 미리 저장하는 단계; 상기 본체가 상기 일 영역을 주행하는 동안 상기 본체에 전원을 공급하는 전원부의 상태에 근거하여 상기 충전 스테이션으로 복귀하는 제어명령을 출력하는 단계; 상기 제어명령이 출력된 것에 응답하여, 상기 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호와 상기 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체를 기준으로 상기 충전 스테이션의 위치를 확인하고, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하도록 제어하는 단계; 및 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에 도달시, 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션에 도킹하기 위한 회전각도를 산출하고, 산출된 회전각도에 따라 상기 본체의 헤드가 회전하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하도록 제어하는 단계는, 상기 제어명령의 출력에 따라 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체의 현재 위치와 상기 충전 스테이션 간의 거리정보와 각도정보를 산출하는 단계와, 상기 거리정보와 각도정보에 기초하여 상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향해 회전하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향해 회전한 후, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하는 동안, 상기 본체에 구비된 복수의 UWB 모듈을 통해 수신되는 상기 제1신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간으로 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동한 후, 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보에 근거하여 상기 본체의 헤드방향을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 헤드방향에 따라 헤드를 회전한 후, 상기 충전 스테이션에 도킹을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 및 그 제어방법에 의하면, 이동 로봇이 주행하는 경계에 와이어를 설치하거나 충전 스테이션 주변에 가이드용 와이어를 매설할 필요 없이, 충전을 위한 도킹 경로를 설정할 수 있다. 또, 이동 로봇이 경계 내 어디에 위치하더라도 충전 스테이션으로의 도킹시 360도 전방향을 커버리지할 수 있으므로, 신호 사각지대를 최소화할 수 있고 자기장 슬램을 사용하지 않고도 정확한 도킹을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일 예를 보인 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 이동 로봇이 단말기, 충전 스테이션, 및 서버와 통신하는 모습을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 이동 로봇의 예시 구성을 보인 블록도이고, 도 2c는 본 발명에 따른 이동 로봇과 통신하는 단말기의 예시 구성을 보인 블록도이고, 도 2d는 본 발명에 따른 이동 로봇과 통신하는 충전 스테이션의 예시 구성을 보인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라, 이동 로봇, 단말기, 충전 스테이션, 위치정보송출기, GPS와 통신하는 신호흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따라, 와이어의 매설 없이 이동 로봇에 대한 가상의 경계를 설정하는 것과 관련된 개념도들이다.
도 5는 AoA(Angle of Arrival) 측위기술의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 도 5의 측위기술에 따라 충전 스테이션의 위치를 파악하는 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 가이드용 와이드를 이용하여 이동 로봇이 충전 스테이션에 도킹하는 예시를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 대표 흐름도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f는 도 7의 동작들을 구체적으로 설명하기 위한 개념도들이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇이 기존의 사각 지대에 위치한 경우 충전 스테이션에 도킹하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
이하에서는, 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 '로봇', '잔디깎기 이동 로봇', '잔디깎기 로봇', '잔디깍기 장치', '잔디깍기용 이동 로봇'와 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 혼용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명에 따른 잔디깍기용 이동 로봇의 예시이다.
본 발명에 따른 이동 로봇은 아우터 커버(101), 이너 바디(미도시) 및 휠(1092)을 포함하여 구성될 수 있다.
아우터 커버(101)는 이동 로봇의 외관을 형성할 수 있다. 이동 로봇의 외관은 예를 들어 자동차와 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 아우터 커버(101)는 이너 바디(미도시)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
아우터 커버(100)는 이너 바디의 상부를 덮도록 이너 바디의 상부에 장착될 수 있다. 아우터 커버(101)의 내부에 수용부가 형성되고, 수용부에 이너 바디가 수용될 수 있다.
아우터 커버(101)의 전방부에 장애물과의 충돌에 대비하여 범퍼부(102)가 형성될 수 있다. 범퍼부(102)는 충격을 완화할 수 있는 고무재질로 형성될 수 있다.
아우터 커버(101)의 전방 상부에 복수의 초음파 센서 모듈(103)이 장착될 수 있다. 복수의 초음파 센서 모듈(103)은 로봇의 주행 시 전방을 향해 초음파를 방사하고 장애물에 반사된 반사파를 수신하여 전방의 장애물을 감지하도록 구성된다.
복수의 초음파 센서 모듈(103)은 차폭방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 초음파 센서 모듈(103)은 범퍼부(102)로부터 후방으로 일정한 거리에 이격 배치될 수 있다. 또한, 복수의 초음파 센서 모듈(103)은 초임파 센서가 아닌 다른 신호-기반의 센서, 예를 들어 UWB 센서로 대체될 수도 있다.
이동 로봇은 제어부를 포함하고, 초음파 센서 모듈(103)로부터 감지신호를 받아 장애물 감지 시, 이동 로봇의 작동을 멈출 수 있다.
아우터 커버(101)의 상부에는 제1상부커버(105)와 제2상부커버(106)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제1상부커버(105)와 제2상부커버(106) 사이에 스톱스위치(107)가 설치될 수 있다. 스톱스위치(107)는 아우터 커버(101)에 누름 가능하게 장착되어, 비상시 사용자가 스톱스위치(107)를 한 번 누르면 온(ON)되어 이동 로봇의 작동이 멈추고 다시 한 번 되면 이동 로봇의 작동이 재개될 수 있다.
복수의 휠(1092) 각각은 이너바디 내에 위치한 구동모터와 연결되어, 이너 바디(160)의 폭방향으로 양측면에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 복수의 휠(1092) 각각은 구동축에 의해 구동모터와 연결되어, 구동모터로부터 동력을 전달받아 회전될 수 있다.
복수의 휠(1092)은 로봇의 주행을 위한 동력을 제공하되, 복수의 휠(1092) 각각은 제어부에 의해 회전수가 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
또한, 이동 로봇의 운반 시, 사용자가 손으로 파지할 수 있도록 핸들(120)(‘운반손잡이’로도 명명될 수 있음)가 아우터 커버(101)에 설치될 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 이동 로봇(100), 충전 스테이션(300), 단말기(200) 및 서버(500)가 통신하는 모습을 보인 것이다.
본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 네트워크 통신을 통해 충전 스테이션(300) 또는 단말기(200)와 서로 데이터를 주고 받을 수 있다.
또, 이동 로봇(100)은 네트워크 통신 또는 다른 통신을 통해 충전 스테이션(300) 또는 단말기(200)로부터 수신되는 제어명령에 따라 제초 관련 동작을 수행하거나 또는 대응되는 동작을 수행할 수 있다. 충전 스테이션(300)은 네트워크 통신을 통해 단말기(200)와 서로 데이터를 주고 받을 수 있다.
여기에서, 상기 네트워크 통신은 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, RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band), Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 등과 같은 무선 통신 기술 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
또한, 여기서 다른 통신은, 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(300), 이동 로봇(100)과 단말기(200), 충전 스테이션(300)과 단말기(200)가 이동 통신망을 거치지 않고 직접적으로 통신을 수행하는 무선 통신 기술을 의미할 수 있다.
도시된 네트워크 통신은 이동 로봇(100)의 통신방식이 무엇인지에 따라 달라질 수 있다.
도 2a에서, 이동 로봇(100)은 각각의 센싱 유닛을 통해 센싱된 정보를 네트워크 통신을 통해 충전 스테이션(300) 또는 단말기(200)에 제공할 수 있다. 또, 단말기(200)는 수신된 정보를 기초로 생성된 제어명령을 네트워크 통신을 통해 이동 로봇(100)에 전달할 수 있다.
한편, 단말기(200)는 사용자에 의해 조작되어, 이동 로봇(100)의 주행과 관련된 동작을 제어하기 위한, 컨트롤러, 리모콘, 원격 제어기, 또는 단말기로 명명될 수 있다. 이를 위해, 상기 단말기(200)에는 이동 로봇(100)의 주행과 관련된 동작을 제어하기 위한 애플리케이션이 설치될 수 있고, 사용자 조작을 통해 해당 애플리케이션이 실행될 수 있다.
또, 도 2a에서, 이동 로봇(100)의 통신부와 단말기(200)의 통신부가 직접 무선 통신하거나 다른 공유기(미도시) 등을 매개로 간접 무선 통신하여, 이동 로봇의 주행 동작과 관련된 정보 및 서로의 위치 정보 등을 파악할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100), 충전 스테이션(300), 단말기(200) 및 서버(500)는 네트워크를 통해 서로 연결되어 서로 데이터를 교환할 수 있다.
예를 들어, 서버(500)는 이동 로봇(100), 충전 스테이션(300) 및/또는 단말기(200)와 데이터를 교환하여, 이동 로봇(100)에 대하여 설정된 경계와 관련된 정보, 설정된 경계에 근거한 맵(map) 정보, 및 맵(map)상의 장애물 정보를 등록할 수 있다. 또, 서버(500)는, 요청에 따라, 등록된 정보를 이동 로봇(100), 충전 스테이션(300) 및/또는 단말기(200)에 제공해줄 수 있다.
서버(500)는 단말기(200)를 통해 직접 무선 연결될 수 있다. 또는, 서버(500)는 단말기(200)를 통하지 않고 이동 로봇(100)과 연결될 수도 있다.
서버(500)는 프로그램 처리가능한 프로세서를 포함할 수 있으며, 각종 알고리즘을 구비할 수 있다. 예로서, 서버(500)는 머신 러닝(machine learning) 및/또는 데이터 마이닝(data mining)의 수행과 관련된 알고리즘을 구비할 수 있다. 또 예로써, 서버(500)는, 음성 인식 알고리즘을 구비할 수 있다. 이러한 경우, 음성 데이터 수신시, 수신되는 음성 데이터를, 텍스트 형식의 데이터로 변환하여, 출력할 수 있다.
서버(500)는, 이동 로봇(100)에 대한 펌웨어 정보, 운전 정보(코스 정보 등)를 저장하고, 이동 로봇(100)에 대한 제품 정보를 등록할 수 있다. 예를 들어, 서버(300)는, 이동 로봇 제조자가 운영하는 서버이거나 또는 공개된 애플리케이션 스토어 운영자가 운영하는 서버일 수 있다.
이하, 도 2b는 본 발명에 따른 이동 로봇(100)의 예시 구성을 보인 블록도이고, 도 2c는 이동 로봇(100)과 통신하는 단말기(200)의 예시 구성을 보인 블록도이다.
먼저, 도 2b를 참조하여 이동 로봇(100)의 구성을 구체적으로 설명하겠다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 통신부(1100), 입력부(1200), 주행부(1300), 위치감지부(1401) 및 장애물감지부(1402)를 포함한 센싱부(1400), 출력부(1500), 메모리(1600), 제초부(1700), 제어부(1800) 및 전원부(1900)를 포함하여 이루어질 수 있다.
통신부(1100)는, 무선통신 방식으로 단말기(200)과 통신할 수 있다. 또, 통신부(1100)는 소정의 네트워크에 연결되어 외부의 서버 또는 이동 로봇을 제어하는 단말 통신할 수 있다.
통신부(1100)는 생성된 맵(map) 관련 정보를 단말기(200)에 전송할 수 있다. 통신부(1100)는 단말기(200)로부터 명령을 수신할 수 있고, 이동로봇(100)의 동작상태에 관한 데이터를 단말기(200)로 전송할 수도 있다.
통신부(1100)는 지그비, 블루투스 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다. 또한, 통신부(1100)는 초광대역 신호를 송신하는 UWB 모듈을 포함할 수도 있다.
입력부(1200)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드 등의 입력수단을 포함할 수 있다. 또, 출력부(1500)는 디스플레이부, 스피커 등의 출력수단을 포함할 수 있다. 출력부(1500)가 입력수단 및 출력수단으로 동시에 사용되는 경우, 디스플레이부나 스피커를 통해 사용자명령을 입력받고 이동 로봇의 동작상태를 출력할 수 있다.
메모리(1600)에는 입력되는 감지신호가 저장되고, 장애물을 판단하기 위한 기준데이터가 저장되며, 감지된 장애물에 대한 장애물정보가 저장될 수 있다. 또한, 메모리(1600)에는 이동 로봇의 동작을 제어하기 위한 제어데이터 및 이동 로봇의 청소모드에 따른 데이터가 저장된다.
메모리(1600)에는 수집되는 위치정보가 저장되고, 주행영역 및 그 경계에 대한 정보가 저장된다. 예를 들어, 메모리(1600)는, 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(SolidState Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 중 어느 하나일 수 있다.
주행부(1300)는 적어도 하나의 구동모터를 포함할 수 있고, 제어부(1800)의 제어명령에 따라 이동로봇이 이동할 수 있게 한다. 주행부(1300)는 좌륜을 회전시키는 좌륜 구동모터와 우륜을 회전시키는 우륜 구동모터를 포함할 수 있다. 또, 주행부(1300)는 안정적인 지지를 위해 하나 이상의 보조바퀴를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇 본체가 주행하는 경우, 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 같은 방향으로 회전되나, 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 다른 속도로 회전되거나, 서로 반대 방향으로 회전되는 경우에는 본체(10)의 주행 방향이 전환될 수 있다.
제초부(1700)는 이동 로봇의 주행 중에, 바닥면의 잔디를 깎는다. 제초부(1700)는 잔디를 깎기위한 브러쉬 또는 칼날이 구비되어 회전을 통해 바닥의 잔디를 깎는다.
장애물감지부(1402)는 복수의 센서를 포함할 수 있고, 이동 로봇의 전방에 존재하는 장애물을 감지한다. 장애물감지부(1402)는 레이저, 초음파, 적외선, 3D센서 중 적어도 하나를 이용하여 본체의 전방, 즉 주행방향의 장애물을 감지할 수 있다.
또, 장애물감지부(1402)는 전방을 촬영하여 장애물을 감지하는 카메라를 포함할 수 있다. 카메라는 디지털 카메라로, 이미지센서(미도시)와 영상처리부(미도시)를 포함할 수 있다. 이미지센서는 광학 영상(image)을 전기적 신호로 변환하는 장치로, 다수개의 광 다이오드(photo diode)가 집적된 칩으로 구성되며, 광 다이오드로는 픽셀(pixel)을 예로 들 수 있다. 렌즈를 통과한 광에 의해 칩에 맺힌 영상에 의해 각각의 픽셀들에 전하가 축적되며, 픽셀에 축적된 전하들은 전기적 신호(예를들어, 전압)로 변환된다. 이미지센서로는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등이 잘 알려져 있다. 또, 상기 영상처리부로 DSP 등이 구비될 수 있다.
위치감지부(1401)는 위치정보를 송수신하기 위한 복수의 센서모듈을 포함한다. 위치감지부(1401)는 GPS신호를 송수신하는 GPS모듈, 또는 위치정보송출기(50, 도 3)로부터 위치정보를 송수신하는 위치센서모듈을 포함한다. 예를 들어, 위치정보송출기가 초음파, UWB(Ultra Wide Band), 적외선 중 어느 하나의 방식으로 신호를 송신하는경우, 그에 대응하여 초음파, UWB, 적외선신호를 송수신하는 센서모듈이 구비된다.
UWB(Ultra Wide Band) 센서모듈로 구현되는 경우, 위치정보송출기(50)와 이동 로봇(100) 사이에 장애물이 존재하더라도, 장애물 등을 관통하여 신호가 송수신될 수 있으므로, 일정 영역 내에서는 초광대역 신호(또는, UWB 신호)의 송수신이 원활하게 이루어진다.
본 발명에서는 다른 설명이 없다면, 위치정보송출기(50)와 이동 로봇(100), 위치정보송출기(50)와 단말기(200), 그리고 이동 로봇(100)과 단말기(200)가, 적어도 하나의 UWB센서 모듈을 구비하여, 서로 초광대역 신호(또는, UWB 신호)를 주고받는 가능한 것으로 전제할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)이 단말기(200)를 추종하여 이동하는 경우에도, 전술한 센서모듈을 이용하여 위치를 판단할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇(100)이 단말기(200)를 추종하여 주행하는 경우, 단말과 이동 로봇은 각각 UWB센서를 구비하고, 상호 무선 통신을 수행한다. 단말은 구비되는 UWB센서로부터 신호를 송출하고, 이동 로봇은 UWB센서를 통해 수신되는 단말의 신호를 바탕으로 단말의 위치를 판단하여 단말을 추종하여 이동할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 UWB센서의 초광대역 신호는 장애물을 관통하여 신호를 전송할 수 있으므로 사용자가 단말기를 들고 이동하더라도 신호 전송에 영향을 주지않는다. 다만, 일정크기 이상의 장애물인 경우, 신호가 전송되지 않거나 또는 관통은 하더라도 전송거리가 감소될 수는 있다.
또한, 단말기와 이동 로봇에 각각 구비되는 UWB 센서는 센서 상호 간의 거리를 추정 내지 측정할 수 있다. 이동 로봇이 단말기를 추종하며 주행하는 경우, 이동 로봇은 단말기와의 거리에 따라 소정 거리를 벗어나지 않도록 주행을 제어한다. 즉, 이동 로봇은 단말기와의 이격 거리가 너무 가깝거나 멀지 않도록 적정 거리를 유지하면서 추종 주행할 수 있다.
위치감지부(1401)는 하나 또는 복수의 UWB센서를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 위치감지부(1401)가 두 개의 UWB센서를 구비한 경우, 예를 들어 이동 로봇 본체의 좌측과 우측에 각각 구비되어, 각각 신호를 수신하고, 수신된 복수의 신호를 비교하여 위치를 감지할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇과 단말기의 위치에 따라, 좌측의 센서와 우측의 센서에서 측정되는 거리가 상이한 경우, 이를 바탕으로 이동 로봇과 단말기의 상대적 위치, 이동 로봇의 방향을 판단할 수 있다.
한편, 센싱부(1400)는, 전술한 장애물감지부(1402) 및 위치감지부(1401)외에 본체의 배면에 설치되어 낭떠러지를 감지하는, 낭떠러지 감지센서, 습도나 비오는 날씨 상황을 감지할 수 있는 우중 센서(rain sensor), 근접센서, 터치 센서, RGB 센서, 배터리 게이지 센서, 가속도 센서, 지자기 센서, 중력 센서, 자이로스코프 센서, 조도 센서, 환경 센서(온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등)복수의 360 도 센서, 바닥상태 감지 센서 등의 다양한 센서를 포함할 수 있다.
또한, 센싱부(1400)는 본체의 움직임을 감지하기 위해 적어도 하나의 기울기센서(미도시)를 포함할 수 있다. 기울기센서는 본체의 전, 후, 좌, 우 방향으로 기울어지는 경우, 기울어진 방향과 각도를 산출한다. 기울기센서는 틸트센서, 가속도센서 등이 사용될 수 있고, 가속도센서의 경우 자이로식, 관성식, 실리콘반도체식 중 어느 것이나 적용 가능하다. 또한, 그외에 본체의 움직임을 감지할 수 있는 다양한 센서 또는 장치가 사용될 수 있을 것이다.
제어부(1800)는 데이터의 입출력을 제어하고, 설정에 따라 이동 로봇이 주행하도록 주행부(1300)를 제어한다. 제어부(1800)는 주행부(1300)를 제어하여 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터의 작동을 독립적으로 제어함으로써 본체(10)가 직진 또는 회전하여 주행하도록 한다.
제어부(1800)는 센싱부(1400) 통해 수신되는 신호에 대응하여 주행방향을 결정하여 주행부를 제어한다. 또한, 제어부(1800)는 단말기와의 거리에 따라 이동 로봇이 주행 또는 정지하도록 하고, 주행속도를 가변하도록 주행부(1300)를 제어한다. 그에 따라 이동 로봇은 단말의 위치변화에 대응하는 위치를 추종하며 이동할 수 있게 된다.
또한, 제어부(1800)는 설정 모드에 따라 이동 로봇이 단말기(200)를 추종하여 이동하도록 제어할 수 있다.
또, 제어부(1800)는 단말기(200)로부터 수신되는 위치정보 또는 위치감지부(1401)를 통해 산출된 위치정보를 바탕으로 영역에 대한 가상의 경계를 설정할 수 있다. 또, 제어부(1800)는 설정되는 경계에 의해 형성되는 영역 중 어느 일 영역을 주행영역으로 설정할 수 있다. 제어부(1800)는 불연속적인 위치정보를 선 또는 곡선으로 연결하여 폐루프(closed loop) 형태로 경계를 설정하고, 내부 영역을 주행영역을 설정한다. 또, 제어부(1800)는 경계가 복수로 설정되는 경우에는 경계에 의해 형성되는 영역 중 어느 하나를 주행영역으로 설정할 수 있다.
제어부(1800)는 주행영역 및 그에 따른 경계가 설정되면, 주행영역 내에서 주행하며 설정된 경계를 벗어나지 않도록 주행부(1300)를 제어한다. 제어부(1800)는 수신되는 위치정보를 바탕으로 현재위치를 산출하고, 산출된 현재위치가 경계에 의해 설정된 주행영역 내에 위치하도록 주행부(1300)를 제어한다.
또한, 제어부(1800)는 장애물감지부(1402)에 의해 입력되는 장애물정보를 판단하여, 장애물을 회피하여 주행할 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 장애물정보에 근거하여 필요한 경우, 기 설정된 주행영역을 수정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1800)는 장애물감지부로부터 입력되는 장애물 정보에 대응하여 이동방향 또는 주행경로를 변경하여 장애물을 통과하거나 또는 장애물을 회피하여 주행하도록 주행부(1300)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 낭떠러지가 감지되는 경우 일정거리 이상 접근하지 않도록 설정할 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 감지되는 장애물에 대하여, 주행정보를 단말기(200)로 전송하고 단말에 표시되도록 함으로써, 단말기(200)를 통해 입력되는 사용자의 선택에 따라 주행방향을 변경할 수 있다.
전원부(1900)는 충전가능한 배터리(또는, 배터리 모듈)(미도시)를 포함한다. 상기 배터리는 이동 로봇(100)로부터 탈착가능하게 장착될 수 있다. 센싱부(1400)를 통해, 배터리 게이지가 부족한 것으로 감지되면, 제어부(1800)는 배터리 충전을 위해 충전 스테이션의 위치로 이동하도록 주행부(1300)를 제어할 수 있다. 센싱부(1400)에 의하여 충전 스테이션의 존재가 감지되면, 배터리의 충전이 수행된다.
다음, 도 2c를 참조하여 본 발명에 따른 이동 로봇(100)과 통신하는 단말기(200)의 주요 구성을 설명하겠다.
도 2c를 참조하면, 단말기(200)는 사용자에 의해 이동가능한 이동 단말기를 포함하며, 통신부(210), 입력부(220), UWB 모듈(230), 센싱부(240), 디스플레이부(251), 메모리(260), 및 제어부(280)를 포함하여 이루어질 수 있다.
통신부(210)는 무선통신을 통해 외부의 서버 또는 이동 로봇(100)과 통신할 수 있다. 통신부(210)는 지그비, 블루투스 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다. 또, 통신부(210)는 초광대역 신호를 송신하는 UWB 모듈을 포함할 수도 있다.
입력부(220)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드 등의 입력수단을 포함할 수 있다.
또한, 입력부(220)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 영상 정보의 입력을 위하여, 하나 또는 복수의 카메라(221)를 구비할 수 있다.
카메라(221)는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(251)에 표시되거나 메모리에 저장될 수 있다. 한편, 단말기(200)에 구비되는 복수의 카메라(221)는 매트릭스 구조를 이루도록 배치될 수 있으며, 이와 같이 매트릭스 구조를 이루는 카메라(221)를 통하여, 단말기(100)에는 다양한 각도 또는 초점을 갖는 복수의 영상정보가 입력될 수 있다. 또, 복수의 카메라(221)는 입체영상을 구현하기 위한 좌 영상 및 우 영상을 획득하도록, 스트레오 구조로 배치될 수 있다.
또한, 카메라(221)는 카메라 센서(예를 들어, CCD, CMOS 등), 포토 센서(또는 이미지 센서) 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
카메라(221)와 레이저 센서는 서로 조합되어, 3차원 입체영상에 대한 감지대상의 터치를 감지할 수 있다. 포토 센서는 디스플레이 소자에 적층될 수 있는데, 이러한 포토 센서는 터치 스크린에 근접한 감지대상의 움직임을 스캐닝하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 포토 센서는 행/열에 Photo Diode와 TR(Transistor)를 실장하여 Photo Diode에 인가되는 빛의 양에 따라 변화되는 전기적 신호를 이용하여 포토 센서 위에 올려지는 내용물을 스캔한다. 즉, 포토 센서는 빛의 변화량에 따른 감지대상의 좌표 계산을 수행하며, 이를 통하여 감지대상의 위치정보가 획득될 수 있다.
디스플레이부(251)는 터치센서를 포함하여, 터치 입력을 통하여 제어명령을 입력받도록 이루어질 수 있다. 또, 디스플레이부(251)는 이동 로봇(100)을 제어하기 위한 제어화면, 설정된 경계와 이동 로봇(100)의 위치가 표시된 맵 화면을 출력하도록 이루어질 수 있다.
메모리(260)에는 이동 로봇(100)의 주행과 관련된 데이터들이 저장될 수 있다. 또한, 메모리(260)에는 이동 로봇(100)와 단말기(200)의 위치정보가 저장되고, 이동 로봇의 주행영역 및 그 경계에 대한 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 메모리(1600)는, 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(SolidState Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 중 어느 하나일 수 있다.
센싱부(240)는 위치정보를 송수신하기 위한 위치감지부(미도시)와, 단말기(200)의 공간 움직임의 변화를 센싱하기 위한 자이로 센서 및 가속도 센서, 지자기 센서, IMU(Inertia Measurement Unit) 센서 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이때, 자이로 센서 및 가속도 센서는 3축, 6축, 또는 9축 자이로센서 및 가속도센서 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
위치감지부는 위치정보를 송수신하기 위한 복수의 센서모듈을 포함한다. 예를 들어, GPS모듈, UWB(Ultra Wide Band) 모듈, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 등을 포함하여, 단말기(200)의 현재 위치뿐만 아니라, 기울기 등의 자세 변화를 통해 가리키는 지점의 좌표를 파악할 수 있다.
위치감지부에 포함된 또는 별도의 UWB 모듈(230)는 이동 로봇(100) 및/또는 위치정보송출기(50)와 초광대역 신호를 주고받을 수 있다. 그리하여, 단말기(200)의 위치뿐만 아니라, 단말기(200) 기준의 이동 로봇(100)의 위치, 단말기(200) 기준의 위치정보송출기(50)의 위치, 이동 로봇(100) 기준의 특정 위치정보송출기(50) 등을 파악할 수 있다.
가속도 센서는 지구의 중력가속도를 기준으로 물체가 얼마만큼의 힘을 받고 있는지를 측정하는 센서이다. 3축 가속도 센서란 x, y, z 축 방향의 가속도의 크기를 측정할 수 있는 센서를 의미한다. 이러한 가속도 센서는 3축 가속도 센서 하나만 사용될 수도 있고, 2개가 적용된 6축 가속도 센서, 또는 3개가 적용된 9축 가속도 센서로 사용될 수도 있다.
3축 가속도 센서의 센싱값을 이용하여, 롤(roll, x축에 대한 회전)과 피치(pitch, y축에 대한 회전)를 산출할 수 있다. 단위는 [g]을 사용한다. 한편, 중력가속도 방향과 일치하는 z축에 대한 대한 회전, 즉 요(yaw, z축에 대한 회전) 값은 3축 자이로 센서나 지자기 센서(magnetometer)를 추가로 적용해야 산출할 수 있다. 또한, 물체가 정지하지 않은 움직임 상태에서는 3축 가속도 센서만으로 기울기 값을 감지할 수 없다.
3축 자이로 센서는, 물체의 자세 제어를 위한 센서로, x, y, z 축 방향의 각속도를 측정할 수 있는 센서로, 여기서 각속도란 시간당 회전하는 각도를 의미한다. 단위는 [degree/sec]를 사용한다.
IMU(Inertial Measurement Unit) 센서는 3축의 가속도 센서와 3축의 자이로 센서를 조합한 센서이다. 또는, IMU 센서는 축의 가속도 센서와 3축의 자이로 센서와 3축 지자기 센서를 내장한 9축 센서이다. 이와 같은 IMU 센서를 이용하면, 위에서 설명한 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 값을 모두 산출할 수 있다.
UWB 모듈(230)은 이동 로봇(100)에 구비된 UWB 모듈을 통해 초광대역 신호을 송신하거나 수신할 수 있다. 단말기(200)는 이동 로봇(100)과 통신하여, 이동 로봇(100)의 주행 또는 제초 동작을 제어할 수 있다는 점에서, '원격제어장치'의 역할을 수행할 수 있다.
단말기(200)는, UWB 모듈(210)외에거리측정 센서을 더 포함할 수 있다.
거리측정센서는 레이저 광 신호, IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 임펄스 신호 중 적어도 하나를 방사하고, 그로부터 반사되는 신호를 근거로 단말기(200)로부터 해당 신호까지의 거리를 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 수신기로 이루어지며, 단말기(200)에 설치되는 경우 신호의 영향을 받지 않도록 발신기와 수신기가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
이하에서는, 전술한 레이저 광 신호, IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 임펄스 신호, 초광대역 신호를 통칭하여, '신호'로 명명할 수 있다. 본 명세서에서는 장애물에 의한 영향이 거의 없는 '초광대역 신호'를 예시로 설명하였다. 따라서, 거리측정 센서는 단말기(200)로부터 신호가 방사된 지점까지의 거리를 산출하는 역할을 수행한다고 말할 수 있다. 또, 거리측정 센서는 신호를 방사하는 발신기와 반사된 신호를 수신하는 수신기를 하나 또는 복수 개 포함하여 이루어질 수 있다.
다음, 도 2d를 참조하여, 본 발명에 따른 이동 로봇에 구비된 전원부(배터리)를 충전하기 위한 충전 스테이션(300)의 예시 구성을 설명하겠다.
도 2d를 참조하면, 충전 스테이션(300)은, 충전 접촉부(320), 센싱부(330), 통신부(340) 및 제어부(또는 프로세서)를 포함할 수 있다.
충전 스테이션(200)은, 이동 로봇(100)과 전기신호를 송수신하며, 이동 로봇(100)에 구비된 배터리를 충전시키도록 형성된 충전 접촉부(320)를 구비할 수 있다. 이동 로봇(100)에 구비된 커넥터와 상기 충전 접촉부(320)가 접촉되면, 이동 로봇(100)에 구비된 배터리가 충전될 수 있다.
센싱부(330)는 충전 스테이션(200)에 접근하는 이동 로봇(100)의 위치, 주행경로 및 자세(이동 로봇이 바라보는 방향)를 센싱할 수 있다.
이후, 제어부(프로세서)는, 이동 로봇이 충전 스테이션에 제대로 도킹되도록(또는 이동 로봇의 커넥터와 충전 스테이션의 충전 접촉부가 제대로 접촉되도록) 센싱부(330)를 통해 센싱된 정보를 통신부(340)를 통해 이동 로봇(100)으로 전송할 수 있다.
또, 센싱부(330)는, 충전 스테이션(300)의 주변 정보를 센싱하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 센싱부(230)는, 충전 스테이션(300)이 설치된 공간에서 발생되는 이벤트를 센싱할 수 있다.
또한, 센싱부(330)는, 이동 로봇(100)와 관련된 정보 또는 단말기(300)와 관련된 정보를 센싱할 수 있다.
예를 들어, 센싱부(330)는, 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(300) 사이의 거리, 이동 로봇(100)의 위치, 이동 로봇(100)이 위치한 방향(또는 각도), 이동 로봇(100)의 주행경로(또는 주행궤적), 및 이동 로봇(100)의 충전 스테이션(300)으로 접근하는지 여부 등을 센싱할 수 있다.
또한, 센싱부(330)는, 충전 스테이션(300)을 기준으로 단말기(300)가 위치한 위치정보를 센싱할 수도 있다.
이를 위해, 센싱부(330)는, 단말기(300) 또는 이동 로봇(100)에 구비된 UWB 모듈과 초광대역 신호를 주고 받을 수 있는 UWB 모듈을 구비할 수 있다.
이외에도, 센싱부(330)는, 거리 측정센서를 포함할 수 있다.
거리측정센서는 레이저 광 신호, IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 임펄스 신호 중 적어도 하나를 방사하고, 그로부터 반사되는 신호를 근거로 해당 신호까지의 거리를 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 수신기로 이루어지며, 신호의 영향을 받지 않도록 발신기와 수신기가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
통신부(340)는, 무선통신을 통해 외부의 서버(500), 단말기(200) 또는 이동 로봇(100)과 통신할 수 있다. 통신부(310)는 지그비, 블루투스 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다. 또, 통신부(340)는 초광대역 신호를 송신하는 UWB 모듈을 포함할 수도 있다.
또한 통신부(340)는 앞서 설명한 네트워크 통신을 통해 서버(400), 단말기(200) 또는 이동 로봇(100)과 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신부(340)는, 이동 통신망에 무선 연결된 상태일 수 있으며, 이동 통신망을 통해 서버(500) 단말기(200) 또는 이동 로봇(100)과 통신을 수행할 수 있다.
다만, 이에 한정되지 않고, 통신부(340)는, 이동 로봇(100) 또는 단말기(200)와 직접 통신을 수행하도록 형성될 수 있다.
이하, 도 3은 이동 로봇에 대한 경계 설정을 위한 장치들, 예를 들어 이동 로봇(100), 단말기(200), GPS(60), 위치정보송출기(50), 및 충전 스테이션(300)의 신호흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
충전 스테이션(300)에서 송신되는 신호는, UWB(Ultra Wide Band) 신호일 수 있다. 이를 위해, 충전 스테이션(300)은 적어도 하나의 UWB 모듈(UWB 센서)를 구비할 수 있다. 이러한 경우, 이동 로봇(100)은, 상기 충전 스테이션(300)에서 송신된 UWB(Ultra Wide Band) 신호를 수신하여, 이를 근거로 현재 위치를 판단하게 될 수 있다.
또, 상기 충전 스테이션(300)은 GPS모듈을 구비하여, GPS신호를 송신하게 될 수 있다. 이 경우, 상기 충전 스테이션(300)에서 송신된 GPS신호는, 상기 GPS위성이 수신할 수 있다. 상기 GPS위성은, 상기 충전 스테이션(300)로부터 GPS신호를 수신한 수신 결과를 상기 이동 로봇(100)에 전송할 수 있다.
위치정보송출기(50)가 UWB 센서를 구비하여 신호를 송출하는 경우, 단말기(200)에 구비된 UWB 모듈을 통해 위치정보송출기(50)로부터 위치정보와 관련된 신호를 수신할 수 있다. 이때 위치정보송출기(50)의 신호방식과, 이동 로봇(100)과 단말기(200) 간의 신호방식은 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
예를 들어, 단말기(200)가 초음파를 송출하고 이동 로봇(100)이 단말기(200)의 초음파를 수신하여 단말기(200)를 추종하도록 주행할 수 있다. 또 다른 예로, 단말기(200)에 마커를 부착하고, 이동 로봇(100)이 단말기의 주행방향을 촬영하여 단말기(200)에 부착된 마커를 인식함으로써, 이동 로봇(100)이 단말기(200)를 추종하여 주행할 수 있다.
도 3에서, 위치정보는 위치정보송출기(50) 또는 GPS(60)으로부터 수신될 수 있다. 위치정보에 대응되는 신호는 GPS신호, 초음파신호, 적외선신호, 전자기신호 또는 UWB(Ultra Wide Band)신호가 사용될 수 있다.
이동 로봇은, 주행영역과 경계를 설정하기 위해 위치정보를 수집해야한다. 이동 로봇(100)은, 영역의 어느 한 지점을 기준위치로 설정하여 위치정보를 수집할 수 있다. 이때, 초기 시작지점, 충전 스테이션의 위치, 위치정보송출기(50) 중 어느 하나의 위치를 기준위치로 설정할 수 있다. 이동 로봇(100)은 설정된 기준위치를 바탕으로 영역에 대한 좌표 및 지도를 생성하여 저장할 수 있다. 이동 로봇(100)은 지도가 생성되면, 저장된 지도를 바탕으로 이동할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 매 동작 시, 새로운 기준위치를 설정하여, 새로 설정된 기준위치를 바탕으로 영역 내에서의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은, 소정 경로로 이동하는 단말기(200)로부터 수집된 위치정보를 수신할 수 있다. 단말기(200)는 임의로 이동할 수 있고, 이동시키는 주체에 따라 경로가 변경될 수 있으나, 이동 로봇의 주행영역을 설정하기 위한 경우, 주행영역의 외곽을 따라 이동하는 것이 바람직할 것이다.
단말기(200)는 기준위치를 바탕으로 영역 내에서의 위치를 좌표로 산출한다. 또한, 이동 로봇(100)은 단말기(200)를 추종하여 이동하는 중에, 위치정보를 수집할 수 있다.
단말기(200) 또는 이동 로봇(100)이 단독으로 소정 경로를 따라 이동하는 경우, 단말기(200) 또는 이동 로봇(100)은 GPS(60) 또는 위치정보송출기(50)로부터 전송된 신호에 근거하여 현재위치를 산출할 수 있다.
이동 로봇(100)과 단말기(200)는 소정의 영역에 대하여 동일한 기준위치를 설정하여 이동할 수 있다. 기준위치가 매 동작 시 변경되는 경우, 단말기(200)를 기준으로 설정된 기준위치와 그로부터 수집된 위치정보를 이동 로봇(100)으로 전송할 수 있다. 그러면, 이동 로봇(100)은 수신된 위치정보에 근거하여 경계를 설정할 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)과 단말기(200)는 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band, UWB)을 사용하여 서로의 상대 위치를 파악할 수 있다. 이를 위해, UWB 모듈 중 어느 하나는 UWB 앵커가 되고 다른 하나는 UWB 태그가 될 수 있다.
예를 들어, 단말기(200)의 UWB 모듈(230)은 초광대역 신호를 방출하는 'UWB 태그(tag)'로 동작하고, 이동 로봇(100)의 UWB 모듈은 초광대역 신호를 수신하는 'UWB 앵커(anchor)'일 수 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아님을 미리 밝혀둔다. 예를 들어, 단말기(200)의 UWB 모듈(230)이 UWB 앵커로 동작하고 이동 로봇(100)의 UWB 모듈이 UWB 태그로 동작할 수 있다. 또한, UWB 모듈은 하나의 UWB 앵커와 복수의 UWB 태그를 포함하여 이루어질 수도 있다.
UWB 통신 기술을 통해 이동 로봇(100)와 단말기(200)가 서로의 상대 위치를 파악하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 예를 들어 ToF(Time of Flight) 기술과 같은 거리측정 기술을 사용하여 이동 로봇(100)과 단말기(200)의 이격거리를 산출한다.
구체적으로, 단말기(200)에서 방사되는 초광대역 신호인, 제1 임펄스 신호가 이동 로봇(100)로 송출된다. 이를 위해, 단말기(200)의 UWB 모듈은 발신용인 'UWB 태그'로 이동 로봇(100)의 UWB 모듈은 수신용인 'UWB 앵커'로 동작할 수 있다.
여기서, 초광대역 신호(또는, 임펄스 신호)는, 특정 공간 내에서는 장애물이 존재하더라도 원활하게 송수신이 가능하고, 여기에서 상기 특정 공간은 반경이 수십 미터(m)일 수 있다.
제1 임펄스 신호는 이동 로봇(100)의 UWB 앵커를 통해 수신될 수 있다. 제1 임펄스 신호를 수신한 이동 로봇(100)는 단말기(200)로 응답신호를 송출한다. 그러면, 단말기(200)는 응답신호에 대한 초광대역 신호인, 제2 임펄스 신호를 이동 로봇(100)로 송출할 수 있다. 여서, 상기 제2 임펄스 신호에는 상기 응답신호를 수신한 시각과 그에 따라 제2 임펄스 신호를 발신한 시각을 기초로 산출된 지연시간 정보가 포함될 수 있다.
이동 로봇(100)의 제어부는 응답신호를 송출한 시간과 상기 제2 임펄스 신호가 이동 로봇(100)의 UWB 앵커에 도착한 시간과, 상기 제2 임펄스 신호에 포함된 지연시간 정보를 기초로, 다음과 같이 이동 로봇(100)와 단말기(200) 사이의 거리(Distance)를 산출할 수 있다.
Figure 112019044793203-pat00001
여기에서, t2는 제2 임펄스 신호의 도착시간이고, t1은 응답신호의 송출시간이며, treply는 지연시간이며, c는 빛의 속도를 나타내는 상수값이다.
이와 같이 이동 로봇(100)와 단말기(200)에 구비된, UWB 태그와 UWB 앵커 사이에서 송수신되는 신호의 시간차를 측정하여, 이동 로봇(100)과 단말기(200) 사이의 거리를 파악할 수 있다.
또, 이와 동일 또는 유사한 방식으로, 이동 로봇(100)과 위치정보송출기(50)의 이격거리, 단말기(200)와 위치정보송출기(50) 간의 이격거리도 파악할 수 있을 것이다.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 와이어의 매설 없이 위치정보송출기(50)와 단말기(200)를 이용하여, 이동 로봇(100)에 대한 경계를 설정하는 것을 설명하겠다.
이와 같이 와이어의 매설 없이 위치정보송출기(50)와 단말기(200), 이동 로봇(100)을 이용하여 또는 위치정보송출기(50)와 이동 로봇(100)만을 이용하여 주행영역의 기준이 되는 경계를 설정할 수 있다. 그리고, 이러한 경계를 기준으로 구분된 주행영역을 '와이어레스(wireless) 영역'으로 명명될 수 있다.
'와이어레스(wireless) 영역'은 하나 일수도 있고 복수 개일 수도 있다. 또, 하나의 와이어레스(wireless) 영역은 이동 로봇(100)에 의하여 수행되는 잔디깎기 기능이 보다 효율적으로 수행될 수 있도록, 해당 영역 내에 추가로 설정된 복수의 스팟 영역(spot area)을 포함할 수 있다.
이동 로봇(100)은 실외 영역에서 설정된 주행영역을 이동하며 잔디깎기를 수행할 수 있도록, 경계를 설정해주어야 한다. 그리고, 설정된 경계의 내측에 이동 로봇(100)이 주행할 주행영역, 즉 와이어레스(wireless) 영역이 지정된다.
도 4a를 참조하면, 실외에는 도시된 하우스 외에, 다양한 장애물들(10a, 10b, 10c)이 존재할 수 있다. 여기서, 장애물들(10a, 10b, 10c)은 예컨대, 실외에 존재하는 건축물, 바위, 나무, 수영장, 연못, 조각상, 정원 등의 고정 장애물과 움직이는 이동 장애물을 모두 포함할 수 있다. 또, 장애물들(10a, 10b, 10c)의 크기 및 형상도 매우 다양할 수 있다.
장애물이 설정된 경계에 근접하여 존재하는 경우, 처음부터 경계가 이러한 다양한 장애물들(10a, 10b, 10c)을 회피하도록 설정되어야할 것이다.
그러나 도 4a와 같이 경계(R)를 기준으로 설정된 주행영역 내측에 장애물들(10a, 10b, 10c)이 존재하는 경우에는, 경계(R)를 기준으로 안쪽에 주행영역을 설정하는 방법과 동일 또는 유사한 과정을 거쳐 장애물들(10a, 10b, 10c) 각각에 대한 추가 경계를 설정해야하거나 또는 기존의 경계를 변경해주어야할 것이다.
또한, 본 발명에서는, 와이어의 매설 없이 경계를 설정하기 위해, 소정 영역에 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)가 미리 설치될 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 신호를 송출할 수 있다. 구체적으로, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 서로에게 신호를 송출하거나, 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)에 신호를 송출할 수 있다.
여기서, 상기 신호는 예를 들어, UWB 신호, 초음파 신호, 적외선 신호, 블루투스 신호, 지그비 신호 등을 포함할 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 서로 이격되게 적어도 3개 이상 설치될 수 있다. 또한, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는, UWB 센서 미포함시 신호간섭을 최소화하기 위해, 기준높이 이상의 고지점에 설치될 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 설정될 경계에 인접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 설정될 경계의 바깥쪽에 설치될 수도 있고 안쪽에 설치될 수도 있다.
예를 들어, 도 4a에서는 경계(R)의 안쪽에 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)가 설치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 경계(R) 바깥쪽에 설치될 수도 있고, 일부는 경계(R) 안쪽에 나머지는 경계(R) 바깥쪽에 설치되는 것도 가능하다.
위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)가 UWB 센서를 포함한 경우, 소정 영역에 위치한 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)와 초광대역신호를 주고받음으로써, 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)의 위치정보를 산출할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇(100)은 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)의 신호의 양/세기를 비교하여, 각 위치정보송출기를 기준으로 이격된 거리와 방향을 산출함으로써, 이동 로봇(100)의 위치를 산출할 수 있다. 단말기(200)의 위치정보를 산출하는 방법도 이와 유사하게 수행될 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55) 중 적어도 하나는 경계 설정을 위한 기준 위치정보송출기(50M)가 될 수 있다. 기준 위치정보송출기(50M)는 예를 들어 도 4a에 도시된 바와 같이 충전 스테이션(70)이 위치한 곳에 설치될 수 있다.
기준 위치정보송출기(50M)를 기준으로 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)의 좌표값들이 설정될 수 있다. 구체적으로, 기준 위치정보송출기(50M)와 나머지 위치정보송출기(51, 52, 53, 54, 55) 간에 서로 신호를 주고받아, 기준 위치정보송출기(50M)를 영점으로 하는 다른 위치정보송출기들의 위치에 대응되는 x, y 좌표값들이 산출될 수 있다. 그에 따라, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)에 대한 위치정보가 설정될 수 있다.
이동 로봇(100)이 기준 위치정보송출기(50M)가 위치한 충전 스테이션(70)을 작동의 시작지점으로 하는 경우, 매 동작 시, 이동 로봇(100)의 위치를 파악하는 것이 보다 용이해질 수 있다. 또, 이동 로봇(100)의 주행 중 배터리 게이지가 부족한 경우, 충전 스테이션(70)이 위치한 기준 위치정보송출기(50M)으로 이동하여, 배터리를 충전할 수 있다.
이와 같이 충전 스테이션(70)이 위치한 곳에 기준 위치정보송출기(50M)이 설치된 경우, 충전 스테이션(70)의 위치를 별도로 설정해줄 필요가 없다.
한편, 이동 로봇(100)이 주행에 따라 기준 위치정보송출기(50M)로부터 상당히 멀어진 경우, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)로부터 송출되는 신호의 양/세기를 기준으로, 이동 로봇의 현재 위치에 가까운 위치정보송출기를 기준 위치정보송출기로 변경할 수 있다.
한편, 충전 스테이션(70)이 도 4a와 다르게, 경계(R)를 벗어나서 위치한 경우, 즉 충전 스테이션(70)의 안쪽으로 경계가 설정된 경우, 이동 로봇(100)은 배터리 충전을 위해 경계를 벗어나서 충전 스테이션으로 복귀할 수 있다.
다만, 충전 스테이션(70)이 경계를 벗어나서 위치한 경우, 충전 스테이션(70)과 경계 내에 설정된 주행영역 사이에 이동영역(미도시)을 추가 설정해줌으로써, 이동 로봇(100)이 경계 밖에 위치한 충전 스테이션(70)으로 복귀할 수 있게 유도할 수 있다.
이하, 도 4b는 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)와 단말기(200)를 이용하여 이동 로봇(100)을 위한 경계 및 경계를 기준으로 주행영역을 설정하는 방법의 예시를 보인 것이다.
먼저, 단말기(200)가 영역 내에 설치된 위치정보송출기(55)로부터 잔디가 심어진 영역의 외곽을 따라 제1경로(401)로 이동한다. 이때, 단말기(200)는 사람에 의해 이동될 수도 있으나, 드론 등의 또 다른 운송수단에 의해 이동될 수도 있을 것이다.
단말기(200)는 위치정보송출기(55) 또는 GPS 를 통해 현재 위치를 파악할 수 있다. 단말기(200)가 이동함에 따라 또 다른 위치정보송출기(51 내지 54)로부터 송출된 신호에 근거하여, 각 위치정보송출기까지의 거리와 방향을 산출할 수 있다. 그에 따라, 단말기(200)의 위치변화에 대응되는 복수의 지점들의 좌표를 인식할 수 있고, 이를 위치정보로 저장할 수 있다.
이와 관련하여, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55) 각각은 신호를 구분하기 위한 고유정보가 포함된 UWB를 송출할 수 있다. 그에 따라, 단말기(200)는 제1경로(401)로 이동하는 중, 제1위치정보송출기(51)가 송출하는 제1신호(411)와 제1위치정보송출기(52)가 송출하는 제2신호(412), 제1위치정보송출기(53)가 송출하는 제3신호(413)와 제4위치정보송출기(54)가 송출하는 제4신호(414)를 구분하여 분석 및 처리할 수 있다.
이와 함께, 제1 내지 제4위치정보송출기(51 내지 54)는 단말기(200)의 현재 위치에 가까이 있는 위치정보송출기(54)에 서로 신호(421 내지 423)를 송출하고, 이에 대응되는 신호(424)를 단말기(200)에 전송해줌으로써 해당 위치정보송출기(54)의 현재 위치가 기 정의된(초기 설치 지점) 위치와 오차가 없는지 확인할 수 있다.
이에 의하면, 이동 로봇(100)이 주행영역 또는 와이어레스 영역의 설정을 위한 이동시, 위치정보송출기의 위치 오차를 함께 확인할 수 있게 된다.
제1경로(401)에 대응되는 이동이 완료되면, 예를 들어 제1경로(401)가 폐곡선 형상을 이루거나 지정된 종료지점에 도달한 경우, 단말기(200)는 제1경로(401)를 이동하며 저장한 위치정보를 이동 로봇(100)에 전송해준다.
그러면, 이동 로봇(100)은, 단말기(200)가 제1경로(401)를 따라 이동하는 동안 저장된 위치정보를 순차적으로 연결한 선 또는 그 외측선을 경계(R)로 설정할 수 있다. 또, 이동 로봇(100)은, 설정된 경계(R)를 기준으로 제1경로(401)의 내측영역을 주행영역 또는 와이어레스 영역으로 설정할 수 있다.
이동 로봇(100)은 설정된 주행영역 또는 와이어레스 영역을 테스트 주행할 수 있다. 이때, 이동 로봇(100)에 의해 경계 및/또는 주행영역의 일부가 수정될 수도 있다. 예를 들어, 새로운 장애물이 감지된 경우, 기존의 장애물이 제거된 경우, 또는 바닥이 고르지 못하거나 움푹 패인 지점이 감지된 경우, 이동 로봇(100)의 주행 성능으로 인해 주행불가 지점으로 감지된 경우, 수집된 상황 정보를 고려하여, 이동 로봇(100)에 대한 경계 및/또는 주행영역의 일부를 수정할 수 있다.
또는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 단말기(200)가 제1경로(401)를 이동하는 동안, 이동 로봇(100)이 소정의 이격거리를 두고 단말기(200)의 위치를 추종함으로써, 추가적인 테스트 주행 없이 이동 로봇(100)에 대한 경계 및/또는 주행영역의 설정이 가능하다.
이때에는 단말기(200)가 이동한 제1경로(401)와, 단말기(200)를 추종하는 이동 로봇(100)의 경로에 차이가 있을 수 있다. 즉, 단말기(200)가 이동한 제1경로(401)상의 궤적의 위치 중 이동 로봇(100)이 추종할 수 없는 위치는 무시하거나 제거하면서 이동할 수 있다. 이러한 경우, 이동 로봇(100)은 대응되는 위치변화를 저장할 수 있고, 위치변화에 대응되는 지점을 기준으로 단말기(200)의 현재 위치를 계속 추종할 수 있다.
이동 로봇(100)이 장애물 회피 등의 이유로 주행속도가 느려져서 단말기(200)와 이동 로봇(100)가 소정의 이격거리를 초과하는 경우, 단말기(200)를 이동시키는 사용자 등이 이를 인지하여 이동을 중단할 수 있도록, 이동 로봇(100)에서 정해진 경고음('제1경고음')이 출력될 수 있다.
이후, 이동 로봇(100)이 장애물 등을 정해진 방식으로 회피한 다음 다시 주행을 시작하고, 정지 상태인 단말기(200)와의 이격거리가 다시 정해진 범위 이내로 좁혀지면, 단말기(200)를 이동시키는 사용자 등이 이를 인지하여 이동을 수행할 수 있도록, 이동 로봇(100)에서 대응되는 경고음('제2경고음')이 출력될 수 있다.
한편, 도 4b에서는, 주행영역 또는 와이어레스 영역의 설정을 위한 이동시 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)에 의하여 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)의 위치정보를 산출하는 것을 예시로 설명하였으나, GPS를 통해 위치정보를 산출할 수 있음은 물론이다.
도 4c는 이와 같이 설정된 경계(R)와 경계(R)를 기준으로 내측에 설정되는 주행영역(또는, 와이어레스 영역)(410)이 설정된 상태에서, 주행영역(410) 내측에 존재하는 복수의 장애물들(10a, 10b, 10c)에 대한 추가 경계가 설정된 것을 보여주는 예시 도면이다.
도 4c에서, 설정된 주행영역(410) 내측에 일정 크기 이상의 장애물(10a, 10b, 10c)이 존재하면, 감지된 장애물(10a, 10b, 10c)에 대한 추가 경계를 설정할 수 있다.
이동 로봇(100)(또는, 단말기(200)와 이동로봇(100), 또는 단말기(200))은, 도 4b를 참조하여 위에서 설명한 방법과 동일 또는 유사한 방식으로, 장애물(10a, 10b, 10c)의 외곽을 따라 이동하여 추가 경계 및 추가 경계를 기준으로 한 주행영역을 설정할 수 있다.
도 4c에서, 장애물(10a, 10b, 10c)의 외곽에 형성된 점선이 추가 경계를 의미할 수 있다. 도 4b에서 설정된 경계와 다르게, 설정된 추가 경계를 기준으로 내측이 주행불가영역으로 설정되고, 외측이 주행가능영역으로 설정된다.
이와 같이 추가 경계의 설정으로 인한 주행영역의 변경은, 기존의 경계 및 주행영역의 수정에 반영될 수 있다. 또, 이로 인하여 기존의 경계 및 주행영역에 대응되는 맵(map)이 수정될 수 있을 것이다.
이동 로봇(100)은 주행영역 내의 주행가능영역을 이동하며 제초 등의 동작을 수행할 수 있다. 또, 이동 로봇(100)은 주행영역 내의 주행가능영역을 이동하는 동안, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 서로에게 신호, 예컨대, UWB 신호(○1)를 송출하여 서로의 위치를 파악한다. 또, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 이동 로봇(100)에 신호 예컨대, UWB 신호(○2)를 송출하여, 이동 로봇(100)이 주행영역 내의 현재 위치를 파악할 수 있게끔 한다.
한편, 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은, 위치정보송출기나 충전 스테이션으로부터 송출되는 UWB 신호에 근거하여, 위치정보송출기나 충전 스테이션의 상대위치를 파악할 수 있다.
여기에서, UWB 신호를 송출하는 위치정보송출기 또는 충전 스테이션은 "UWB 태그"로 명명될 수 있다. 또, 위치정보송출기나 충전 스테이션으로부터 송출되는 UWB 신호를 수신하여 위치를 파악하는 이동 로봇(100)은 "UWB 앵커"로 명명될 수 있다. UWB 앵커가 UWB 태그의 위치를 파악하기 위한 측위기술의 하나로 AoA(Angle of Arrival) 측위기술이 사용될 수 있다.
이동 로봇(100)은 AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 사용하여, 위치정보송출기의 상대 위치를 파악한다. 이하, 도 5a를 참조하여 AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 구체적으로 설명하겠다.
도 5a를 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 5a에 도시된 것과 같은 입사 형태를 보이게 된다.
이에, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)로 입사되는 UWB 신호 간에 거리차가 발생한다. 그 거리차는 도 5a의 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 112019044793203-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]
　
Figure 112019044793203-pat00003
여기에서, α는 UWB 앵커측의 제1송수신기, 제2송수신기에서 수신한 UWB 신호의 위상차를 의미한다.
이와 같이, UWB 앵커는 UWB 태그와 신호를 주고받음으로써, UWB 태그의 상대 위치를 파악할 수 있다.
도 6a을 참조하면, 전술한 와이어레스 영역의 경계(R) 내에는, 이동 로봇(100)을 충전하기 위한 충전 스테이션(300)이 설처될 수 있다. 이러한 충전 스테이션(300)에도 통신부(340)가 구비되어, 위치를 알리는 신호, 예를 들어 UWB 신호를 송신할 수 있다.
영역 내에 위치한 이동 로봇(100)이 충전이 필요한 것으로 판단되면, 충전 스테이션이 설치된 지점으로 다가가기 위해, 충전 스테이션(300)과 신호, 예를 들어 UWB 신호를 송수신하여 서로의 상대 위치를 파악해야 한다. 구체적으로, 이동 로봇(100)의 현재 위치에서 충전 스테이션(300)까지의 거리정보(d)와 이동 로봇(100)의 현재 위치와 충전 스테이션(300)의 충전 접촉부가 이루는 각도정보(θ)를 알아야한다.
한편, 이동 로봇(100)이 충전 스테이션(300)에 계획없이 다가가게 되면, 이동 로봇(100)의 전방에 위치한 충전 커넥터가 충전 스테이션(300)의 충전 접촉부에 정확하게 접속하는 것을 기대하기 어렵다. 따라서, 정확한 접속, 즉 도킹을 고려하여 계획된 도킹 경로를 설정할 필요가 있다.
영역의 경계가 와이어(wire)로 구분된 경우에는, 이동 로봇이 경계의 와이어를 따라서 충전 스테이션으로 다가갈 수 있으나 전술한 바와 같이 영역의 경계를 와이어로 설정하는 경우, 비용, 관리, 재설치 등의 여러 문제가 있다.
이에, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이 충전 스테이션 가까이에 일정 길이의 가이드용 와이어를 매설하는 것을 고려할 수 있다.
가이드용 와이어(610)를 이용한 도킹방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 이동 로봇(100)이 현재 위치에서 지자기 센서(compass sensor)의 자기값과 충전 스테이션(300)의 신호송신모듈(341, 342)로부터 송신되는 신호에 근거하여 충전 스테이션(300)을 향한 헤딩방향(R)을 인식하여, 헤드를 회전시킨다(P1).
신호송신모듈(341, 342)로부터 송신되는 신호에 근거하여 이동 로봇(100)의 현재 위치에서 충전 스테이션(300)까지의 이격거리(distance)(l)를 파악할 수 있다. 이때, 이격거리(l)를 연결한 선분과 충전 스테이션(300)의 매설위치와의 직교선분이 만나는 지점의 각도(θ)를 확인할 수 있다.
계속해서, 이동 로봇(100)은, 도 6c에 도시된 바와 같이, 충전 스테이션(300)에 연결된 가이드용 와이어의 설치를 고려하여, 충전 스테이션(300)을 기준으로 d만큼 이격된 지점, 예를 들어 2m 이격된 지점으로 이동하도록(P2) 제어된다.
한편, 이와 같은 도킹 방식은 가이드용 와이어의 매설이 필요하며, 충전 스테이션(300)이 설치된 지점을 기준으로 180도 까지만 커버리지 되어, 이동 로봇(100)이 신호 사각지대에서 도킹을 시도하는 경우 문제가 발생된다. 또, 정확한 도킹을 위해서는 자기장 슬램 등을 활용해야만 한다.
이에, 본 발명에서는 경계에 와이어를 설치하거나 충전 스테이션 주변에 가이드용 와이어를 매설할 필요 없이 도킹 경로를 설정할 수 있는 이동 로봇 및 그것의 제어방법을 구현하였다. 또, 360도 전방향을 커버리지 하고 자기장 슬램을 사용하지 않고도 정확한 도킹을 수행할 수 있는 이동 로봇 및 그것의 제어방법을 구현하였다.
이하, 도 7과 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 구체적으로 설명하겠다. 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 충전 스테이션이 설치된 일 영역 내에서 주행하도록 구현되었으며, 이동 로봇의 주행영역은 위에서 설명한 와이어레스 영역으로 대체될 수 있다.
도 7에서, 먼저 이동 로봇(100)의 본체가 충전 스테이션(300)에 접촉된 상태에서 기준거리만큼 이동한 지점의 좌표정보가 미리 저장된다(S10).
구체적으로, 이동 로봇(100)의 충전 커넥터가 충전 스테이션(300)의 충전 접촉부에 접촉된 상태에서, 이동 로봇(100)이 일정 거리(r1)만큼 후진 이동한다. 이때, 일정 거리(r1)는 기준 거리로 명명될 수 있으며, 이동 로봇 본체의 반경에 해당하는 정도의 길이(약 30cm)일 수 있다. 그리고, 이동 로봇(100)은 충전 스테이션에서 기준 거리만큼 후진 이동한 지점에서 정지한 후, 해당 지점의 좌표정보를 저장한다.
이를 위해, 이동 로봇(100)은 본체가 충전 스테이션(300)의 충전 접촉부에서 접촉 해제되는 시점부터 충전 스테이션(300)과 신호(예, UWB 신호)를 주고받으며, 실시간으로 자신의 이동 위치를 확인하여 해당 지점(이하, '복귀 기준 지점'이하 함)의 좌표정보를 결정할 수 있다.
구체적으로, 이동 로봇 본체에 구비된 2개의 UWB 모듈(또는, UWB 센서)이 충전 스테이션(300)으로부터 송신되는 UWB 신호(이하, '제1신호'라 함)를 각각 수신한다. 또, 충전 스테이션(300)에 구비된 2개의 UWB 모듈(또는, UWB 센서)가 이동 로봇(100)으로부터 송신되는 UWB 신호(이하, '제2신호'라 함)를 각각 수신한다. 충전 스테이션(300)과 이동 로봇(100)은 각각 UWB 모듈과 전기적으로 연결된 복수의 안테나를 구비할 수 있다.
또, 이동 로봇(100)에 구비된 복수의 UWB 모듈은, 이동 로봇 본체의 전방을 기준으로 좌우 대칭되도록 배치될 수 있고, 각각 상기 충전 스테이션(300)으로부터 수신되는 제1신호를 수신하여 본체의 현재 위치를 기준으로 한 충전 스테이션의 위치를 결정할 수 있다.
이때, 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(300) 각각의 UWB 모듈에는 복수의 안테나가 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 충전 스테이션(300)이 이동 로봇(100) 본체의 헤드방향을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지를 즉시 판단할 수 있다. 그에 따라, 후술할 헤드의 회전방향을 쉽게 파악할 수 있다.
일 실시 예에서, 이동 로봇(100) 본체가 충전 스테이션(300)에 접촉된 상태에서 기준 거리(r1)만큼 후진방향으로 이동한 지점, 즉 '복귀 기준 지점'의 좌표정보는, 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보가 포함될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 복귀 기준 지점에 위치한 이동 로봇(100)은 충전 스테이션(300)과 UWB 신호를 주고받기 위한 복수의 UWB 모듈(또는, UWB 센서)(111, 112)을 구비한다. 이동 로봇 측의 복수의 UWB 모듈(또는, UWB 센서)(111, 112)은 이동 로봇의 헤드를 기준으로 전방에 좌우방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 다만 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다.
또, 도 8a에 도시된 바와 같이, 이동 로봇과 마주보고 있는 충전 스테이션(300)도 이동 로봇(100)과 UWB 신호를 주고받기 위한 복수의 UWB 모듈(또는, UWB 센서)(341, 342)을 구비한다.
이동 로봇(100)측의 제1UWB 모듈(111)로부터 송신된 UWB 신호는 충전 스테이션(300)측의 제1UWB 모듈(341)과 제2UWB 모듈(342)의 안테나에 각각 수신된다. 또, 충전 스테이션(300)측의 제1UWB 모듈(341)로부터 송신된 UWB 신호는 이동 로봇(100)측의 제1UWB 모듈(111)과 제2UWB 모듈(112)의 안테나에 각각 수신된다.
이를 통해, 이동 로봇(100)의 제어부는, 이동 로봇(100)측의 제1UWB 모듈(111)이 충전 스테이션(300)의 제1UWB 모듈(341) 및 제2UWB 모듈(342)과 이루는 제1각도정보(θ2)를 획득할 수 있다. 또, 이동 로봇(100)의 제어부는, 이동 로봇(100)측의 제2UWB 모듈(112)이 충전 스테이션(300)의 제1UWB 모듈(341) 및 제2UWB 모듈(342)과 이루는 제2각도정보(θ3) 를 획득할 수 있다.
이때에 이동 로봇(100)은, 충전 스테이션(300)과 접촉하였다가 그대로 후진 이동하여 복귀 기준 지점에 위치한 것이므로, 충전 스테이션(300)과 평행한 상태/자세를 유지한다. 따라서, 제1각도정보(θ2)와 제2각도정보(θ3) 는 동일값을 갖게 된다. 다만, 상기 동일값은, 제1각도정보(θ2)와 제2각도정보(θ3)가 완전히 동일하지 않더라도 허용된 범위내의 오차/차이가 있는 정도의 범위를 포함하며, 이는 도킹 허용 범위 내로 제한된다.
또, 이와 함께 상기 이동 로봇(100)의 제어부는, 복귀 기준 지점에서, 이동 로봇(100)에 구비된 지자기 센서(compass sensor) 또는 IMU 센서 통해, 자북 방향 기준의 이동 로봇(100)의 헤드방향의 값(즉, 헤딩값)을 센싱한다(P1). 이동 로봇의 제어부는, 본체가 복귀 기준 지점에 위치하였을 때 헤딩값과 자북 방향의 헤딩값의 사이각(θ1)을 획득할 수 있다. 이러한 정보는 제3각도정보로 저장될 수 있다.
이와 같이, 이동 로봇(100)이 충전 스테이션(300)으로부터 복귀 기준 지점에 소정 시간 정지한 후에는, 정해진 주행경로를 따라 일 영역을 주행한다.
이동 로봇(100) 본체가 상기 일 영역을 주행하는 동안, 이동 로봇의 제어부는, 본체에 전원을 공급하는 전원부의 상태에 근거하여, 상기 충전 스테이션(300)으로 복귀하는 제어명령을 출력할 수 있다(S20).
구체적으로, 이동 로봇의 제어부는, 전원부의 배터리 잔존량이 기준범위에 도달하면, 상기 충전 스테이션으로 복귀하라는 제어명령을 출력할 수 있다. 여기서, 상기 기준범위는 이동 로봇의 배터리 잔존 량이 충전 스테이션으로 복귀하기 위한 주행과 도킹을 수행할 수 있는 정도인 것을 의미한다.
한편, 일 예에서는 이동 로봇의 제어부에 의해 출력된 상기 제어명령이 충전 스테이션으로 전송될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 제어명령을 수신한 충전 스테이션(300)은 이동 로봇(100)의 현재 위치를 탐색하기 위한 신호, 충전 가능 상태인지를 알리는 신호, 및/또는 이동 로봇(100)의 복귀를 가이드하는 신호 등을 이동 로봇(100)으로 송신할 수 있다.
다음, 이동 로봇의 제어부는 상기 제어명령이 출력된 것에 응답하여, 충전 스테이션(300)으로부터 송신되는 제1신호와 이동 로봇(100) 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여, 이동 로봇(100)의 현재 위치로부터 상기 충전 스테이션(300)의 위치를 확인한다. 이와 함께, 이동 로봇(100) 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치, 즉 복귀 기준 지점으로 이동하도록 주행을 제어할 수 있다(S30).
구체적으로, 도 8b를 참조하면, 일 영역의 주행 중에 충전 스테이션(300)으로 복귀하라는 제어명령이 출력되면, 이동 로봇(100)은 제1UWB 모듈(111) 및 제2 UWB 모듈(112)을 통해 충전 스테이션(300)에 신호(즉, '제1신호')를 전송할 수 있다. 그리고, 충전 스테이션(300)에서도 제1 UWB 모듈(341) 및 제2 UWB 모듈(342)을 통해 이동 로봇(100)에 신호(즉, '제2신호')를 전송할 수 있다.
이동 로봇(100)측에서는, 상기 제1신호와 제2신호에 근거하여, 충전 스테이션(300)의 위치를 결정하는 것이므로, 이동 로봇(100)이 UWB 앵커로 동작하고, 충전 스테이션(300)은 UWB 태그로 동작한다고 말할 수 있다. 또, 충전 스테이션(300)측에서는, 상기 제1신호와 제2신호에 근거하여, 이동 로봇(100)의 위치를 파악하므로, 이동 로봇(100)이 UWB 태그로 동작하고 충전 스테이션(300)이 UWB 앵커로 동작한다고 말할 수 있다.
이와 같이 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(300)은 서로의 상대 위치를 파악할 수 있으므로, 이동 로봇(100)은 현재 위치에서 충전 스테이션이 위치한 지점을 향해 헤드를 회전시킬 수 있다(P2).
구체적으로, 이동 로봇(100)의 제어부는, 상기 제어명령의 출력에 따라 상기 충전 스테이션(300)으로부터 송신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여, 이동 로봇 본체의 현재 위치와 충전 스테이션(300) 간의 거리정보 및 각도정보를 산출하여, 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점, 즉 복귀 기준 지점을 향해 회전하도록 주행부를 제어할 수 있다.
제어부는, 본체의 헤드 회전 후 이동 로봇(100)의 현재 위치에서 충전 스테이션(300)까지의 거리 정보(l1)를 획득할 수 있다.
그리고, 이동 로봇(100)측의 제1 UWB 모듈(111)과 충전 스테이션(300)의 제1 UWB 모듈(341) 간의 신호거리와 복귀 기준 지점과 충전 스테이션(300) 간의 가상선분이 만나는 지점의 각도(θ5)와 이동 로봇(100)측의 제2UWB 모듈(112)과 충전 스테이션(300)의 제2 UWB 모듈(342) 간의 신호거리와 복귀 기준 지점과 충전 스테이션(300) 간의 가상선분이 만나는 지점의 각도(θ6)에 근거하여, 복귀 기준 지점(G)의 위치 및 이동 로봇(100)의 현재 위치에서 복귀 기준 지점(G)까지의 거리정보(l2)를 획득할 수 있다(P3).
이후, 도 8c에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)의 제어부는, 복귀 기준 지점(G)을 향해 헤드방향을 회전하여, 복귀 기준 지점(G)으로 이동한다.
이때에, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 복귀 기준 지점(G)으로 이동하는 동안 충전 스테이션(300)의 위치 및 이동 로봇(100)의 현재 위치에서 충전 스테이션(300)까지의 거리(l1)를 실시간으로 확인할 수 있다. 이와 함께, 상기 제어부는, 이동 로봇(100)의 현재 위치에서 복귀 기준 지점(G)까지의 거리(l2)도 실시간으로 확인하며 이동할 수 있다.
또, 비록 도시되지는 않았지만, 충전 스테이션(300)까지의 거리(l1)가 기준범위 내로 가까워지면, 즉 이동 로봇(100)이 충전 스테이션(300)에 근접하면 충전 스테이션(300)에 LED 깜빡임 신호 등을 출력하고, 이에 대응되는 신호를 이동 로봇(100)에 전송해줄 수 있다.
이와 같이, 이동 로봇(100)이 충전 스테이션의 위치를 기준으로 복귀 이동을 수행하지 않고, 전술한 복귀 기준 지점(G)을 찾아서 그 지점을 기준으로 이동할 수 있으므로, 이동 로봇(100)이 도 8a 내지 도 8c와 달리 충전 스테이션의 후방으로부터 다가오는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 8d는 이동 로봇(100)이 탐지한 복귀 기준 지점(G)을 향해 이동하면서 충전 스테이션(300)의 위치를 실시간으로 확인하는 예시를 보인 것이다.
구체적으로, 이동 로봇(100)의 제어부는, 이동 로봇 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치, 즉 복귀 기준 지점으로 이동하는 동안, 통신부에 구비된 제1UWB 앵커와 충전 스테이션(300)측의 제1UWB 태그(341) 간의 거리를 반경으로 하고 상기 제1UWB 앵커를 중심으로 하는 제1원과, 상기 통신부에 구비된 제2UWB 앵커와 상기 충전 스테이션(300)의 제2UWB 태그(342) 간의 거리를 반경으로 하고 상기 제2UWB 앵커를 중심으로 하는 제2원의 두 교점(C1, C2) 중, 이동 로봇 본체의 헤드방향과 가까운 교점(C2)을 충전 스테이션(300)의 위치로 결정한다.
또, 제어부는, 이동 로봇(100)이 복귀 기준 지점에 정확하게 도달하기 위해, 충전 스테이션(300)의 위치와 상기 저장된 좌표정보에 포함된 각도정보, 예를 들어 각도들(θ1, θ2, θ3)와 충전 스테이션을 향한 헤드방향 회전 후 획득된 각도정보(θ5, θ6)를 이용하여, 이동 로봇(100) 본체의 헤드방향을 계속 수정하며 이동할 수 있다. 이러한 수정은, 도 8d에 도시된 바와 같이 이동 로봇(100)의 현재 위치로부터 충전 스테이션(300)까지의 이격거리를 반경으로 하는 가상원(820)에 도달하거나 근접한 시점에 수행될 수 있다.
이동 로봇(100)의 제어부는, 본체가 복귀 기준 지점에 도달한 경우, 충전 스테이션(300)으로부터 송신되는 제1신호와 이동 로봇(100) 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여, 상기 충전 스테이션(300)에 도킹하기 위한 회전각도를 산출한다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 이동 로봇 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동한 후, 충전 스테이션(300)으로부터 수신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보에 근거하여, 이동 로봇 본체의 헤드방향을 결정한다. 그리고 결정된 헤드방향에 따라 헤드가 회전하도록 상기 주행부를 제어한다.
도8e를 참조하면, 이동 로봇(100)이 복귀 기준 지점이 도달하면, 해당 좌표정보의 저장시 지자기센서(compass sensor)를 통해 측정된 자북방향 기준의 헤딩값(θ1)과 상기 자북방향 대비 현재 헤딩값(θ7)에 근거하여, 도킹을 위해 현재 현재 헤딩값에서 회전해야할 헤드방향의 각도(θ8)을 획득할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 자지기센서(compass sensor)를 사용하지 않고 현재 헤딩값에서 회전해야할 헤드방향의 각도(θ8)를 산출할 수도 있다.
구체적으로, 이동 로봇(100)의 헤드방향이 도킹방향과 일치하지 않는 경우, 충전 스테이션(300)의 제1 및 제2 UWB 모듈(341, 342)로부터 이동 로봇(100)측의 제1 UWB 모듈(111)에 안테나에 수신되는 UWB 신호의 신호수신거리와, 충전 스테이션(300)의 제1 및 제2 UWB 모듈(341, 342)로부터 이동 로봇(100)측의 제2UWB 모듈(112)에 안테나에 수신되는 UWB 신호의 신호수신거리에 차이가 발생한다. 이러한 신호수신거리의 차이는, 동일 신호수신거리를 나타내는 가상 선분과 이동 로봇(100)측의 제1 및 제2 UWB 모듈(111, 112)의 현재 배치 방향에 따른 선분이 만나는 지점의 각도차이를 발생시키는데, 이는 하나의 UWB 모듈(111)(신호수신거리가 더 짧은 UWB 모듈/안테나)을 기준으로 다른 UWB 모듈(112)이 회전해야할 각도값(θ8)이 된다.
또, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 복귀 기준 지점에 위치한 이동 로봇(100)이 상기 결정된 헤드방향에 따라 헤드가 회전한 후에도, 상기 충전 스테이션(300)으로부터 송신되는 제1신호가 이동 로봇(100) 본체에 배치된 제1및 제2UWB 모듈(111, 112) 각각에 수신되는 거리 차이에 근거하여, 상기 결정된 헤드방향의 보정 여부를 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 결정된 헤드방향에 따라 이동 로봇의 헤드가 회전한 후, 이동 로봇의 제1 UWB 모듈(111)의 안테나로 수신되는 UWB 신호와 이동 로봇의 제2 UWB 모듈(112)의 안테나로 수신되는 UWB 신호의 수신거리가 차이가 있으면, 그 차이에 대응되는 각도만큼 헤딩값을 보정하기 위해 헤드를 회전한다. 확인 결과, 전술한 두 수신거리 간에 차이가 없으면(또는, 차이가 없는 것으로 볼 정도이면) 추가 보정을 수행하지 않는 것으로 결정한다.
예를 들어, 도 8f를 참조하면, 결정된 헤드방향이 올바른 도킹방향인 경우, 상기 저장된 좌표정보에 포함된 각도정보(θ1, θ2)와, 현재 헤드방향을 기준으로 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 산출된 각도값이 차이가 없음을 확인한 후에, 이동 로봇(100)이 충전 스테이션(300)을 향해 r1 거리만큼 직진한다.
이때에, 비록 도시되지는 않았지만, 일 실시 예에서는 충전 스테이션(300)측에서도 이동 로봇(100)으로부터 송신되는 신호를 복수의 UWB 모듈의 안테나를 통해 각각 수신한 다음, 수신거리의 차이가 없음이 확인되면, 도킹 개시 신호를 이동 로봇(100)으로 전송할 수 있다.
한편, 결정된 헤드방향의 보정시 복귀 기준 시점을 일시적으로 벗어날 수 있다. 즉, 이동 로봇(100)의 헤드방향을 보정하기 전에 현재 위치에서 일정 거리만큼 후진/전진/좌회전주행/우회전주행을 수행할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어부는, 이동 로봇(100)이 변경된 위치에서 다시 복귀 기준 지점으로 이동하도록 주행 제어할 수 있다.
이와 같이, 충전 스테이션(300)으로부터 수신되는 상기 제1신호의 이동 로봇(100) 측의 제1UWB 모듈(111)에 대한 수신거리와 제2UWB 모듈(112)에 대한 각 수신거리가 동일한 것으로 판단되면, 현재의 헤드방향이 도킹 방향으로 결정된다. 그에 따라, 이동 로봇(100)에 구비된 충전 커넥터가 충전 스테이션(300)에 구비된 충전 접촉부에 접속(connect)될 때까지 직진주행을 수행한다.
이와 같이 다음, 상기 제어부는 산출된 회전각도에 따라 이동 로봇의 헤드를 회전한 후 충전 스테이션(300)에 도킹을 수행한다(S40).
도킹 이후 배터리 충전이 완료되면, 상기 제어부는, 상기 제어명령이 출력된 시점에 이동 로봇의 위치로 복귀하도록 제어한다. 이를 위해, 상기 제어부는, 상기 제어명령이 출력된 시점에 이동 로봇 본체의 위치정보를 저장하고, 상기 본체의 전원부의 충전이 완료되면, 상기 저장된 위치정보로 본체가 이동하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이동 로봇에 구비된 복수의 UWB 모듈(또는, UWB 센서)와 충전 스테이션에 구비된 복수의 UWB 모듈을 이용하여, 이동 로봇이 충전 스테이션을 기준으로 360도 전방향 어디에 위치하더라도 충전 스테이션으로 복귀하는 것이 가능하다.
이와 같이 이동 로봇이 충전 스테이션을 기준으로 360도 전방향 어디에 위치하더라도 충전 스테이션으로 복귀할 수 있으므로, 본 발명에서는 UWB의 신호 사각 지대를 최소화할 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참조하면, 충전 스테이션(300)이 설치된 영역의 지형에 따라, 그리고 이동 로봇(100)의 주행경로에 따라 충전 스테이션(300)의 충전 접촉부를 기준으로 후방에서 이동 로봇(100)이 도킹을 위해 다가오는 경우가 있다. 이때에는, 복귀 기준 지점(G)이 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(300)의 사이에 위치하지 않고, 충전 스테이션에 의해 가려지게 된다. 가이드 와이어가 설치되어 있지 않다면, 도시된 지점들(BP1, BP)은 신호 사각 지대의 지점들이 된다.
이 지점들(BP1, BP)에서 도킹경로의 설정은 크게 두 가지로 구현될 수 있다.
하나는, 복수의 UWB 모듈들을 통해 송수신되는 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 이동 로봇(100) 자신의 현재 위치와 충전 스테이션(300)의 위치를 실시간으로 파악하면서, 충전 스테이션(300)을 중심으로 이동 로봇(100)까지의 이격거리를 반경으로 하는 가상원(920)을 따라 이동하도록 도킹 경로를 설정하는 것이다. 이때, 상기 가상원(920) 내에 복귀 기준 지점(G)이 포함되어야하므로, 상기 이격거리는 적어도 충전 스테이션(300)으로부터 복귀 기준 지점(G)까지의 거리, 즉 r1보다 크거가 같아야한다.
다른 하나는, 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 복귀 기준 지점의 좌표를 정확하게 결정한 다음, 해당 좌표를 향해 바로 이동하도록 도킹경로를 설정하는 것이다. 이와 같이, 저장된 좌표정보에 대응되는 지점(G)으로 이동하는 동안 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간으로 결정할 수 있다. 또, 이동 로봇 본체가 상기 저장된 좌표정보로 이동하는 경로 내에 상기 충전 스테이션의 위치가 포함된 경우에는 충전 스테이션(300)을 피하여 도킹경로를 재설정할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 및 그 제어방법에 의하면, 이동 로봇이 주행하는 경계에 와이어를 설치하거나 충전 스테이션 주변에 가이드용 와이어를 매설할 필요 없이, 충전을 위한 도킹 경로를 설정할 수 있다. 또, 이동 로봇이 경계 내 어디에 위치하더라도 충전 스테이션으로의 도킹시 360도 전방향을 커버리지할 수 있으므로, 신호 사각지대를 최소화할 수 있고 자기장 슬램을 사용하지 않고도 정확한 도킹을 수행할 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 이동 로봇의 제어부(1800)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 (17)

  1. 한 쌍의 UWB 모듈을 구비한 충전 스테이션이 설치된 일 영역 내에서 주행하는 이동 로봇으로서,
    본체를 회전 또는 이동시키는 주행부;
    상기 본체에 전원을 공급하는 전원부;
    한 쌍의 UWB 모듈을 구비하고, 상기 충전 스테이션과 신호를 송수신하는 통신부;
    좌표정보가 저장되는 메모리; 및
    상기 본체가 상기 일 영역을 주행하는 동안 상기 전원부의 상태에 근거하여 상기 충전 스테이션으로 복귀하는 제어명령을 출력하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 해제된 후 기준 거리만큼 후진하는 동안, 상기 통신부의 UWB 모듈과 상기 충전 스테이션의 UWB 모듈이 주고받는 신호에 기초하여 상기 기준 거리만큼 후진한 지점의 좌표정보를 결정하여 상기 메모리에 저장하고,
    상기 일 영역을 주행하는 동안 상기 제어명령이 출력된 것에 응답하여, 상기 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체의 현재 위치로부터 상기 충전 스테이션의 위치를 확인하면서, 상기 본체의 헤드를 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치를 향해 회전하고,, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보의 위치로 이동하도록 상기 주행부를 제어하고,
    상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에 도달시 상기 제1신호 및 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션에 도킹하기 위한 회전각도를 산출하고, 산출된 회전각도에 따라 상기 본체의 헤드가 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통신부에 구비되는 한 쌍의 UWB 모듈은,
    상기 본체의 전방을 기준으로 좌우 대칭되도록 배치되며, 각각 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호를 수신하여 본체의 현재 위치를 기준으로 상기 충전 스테이션의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하는 동안,
    상기 통신부에 구비된 제1UWB 앵커와 상기 충전 스테이션의 제1UWB 태그 간의 거리를 반경으로 하고 상기 제1UWB 앵커를 중심으로 하는 제1원과,
    상기 통신부에 구비된 제2UWB 앵커와 상기 충전 스테이션의 제2UWB 태그 간의 거리를 반경으로 하고 상기 제2UWB 앵커를 중심으로 하는 제2원의 두 교점 중에서 상기 본체의 헤드방향과 가까운 교점을 상기 충전 스테이션의 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체가 상기 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 기준거리만큼 후진방향으로 이동한 지점의 좌표정보는, 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제어명령의 출력에 따라 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체의 현재 위치와 상기 충전 스테이션 간의 거리정보 및 각도정보를 산출하여 상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향해 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향한 후 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하는 동안, 복수의 UWB 모듈을 통해 수신되는 상기 제1신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간 확인하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동한 후, 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 통신부에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보에 근거하여 상기 본체의 헤드방향을 결정하고, 결정된 헤드방향에 따라 헤드가 회전하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 헤드방향에 따라 헤드가 회전한 후,
    상기 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호가 상기 본체에 배치된 제1UWB 모듈과 제2UWB 모듈 각각에 수신되는 거리 차이에 근거하여, 상기 결정된 헤드방향의 보정 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1신호의 상기 제1UWB 모듈에 대한 수신거리와 상기 제1신호의 상기 제2UWB 모듈에 대한 수신거리가 동일한 것으로 판단되면, 현재의 헤드방향이 도킹 방향으로 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에서 상기 산출된 회전각도에 따라 헤드를 회전한 후에, 상기 기준거리만큼 직진하여 상기 충전 스테이션에 도킹하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점으로 이동하는 동안 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간으로 결정하고,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보로 이동하는 경로 내에 상기 충전 스테이션의 위치가 포함된 경우 상기 충전 스테이션을 피하여 도킹경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제어명령이 출력된 시점에 상기 본체의 위치정보를 저장하고, 상기 본체가 상기 충전 스테이션에 도킹하여 상기 전원부의 충전이 완료되면, 상기 저장된 위치정보로 상기 본체가 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  14. 한 쌍의 UWB 모듈을 구비한 충전 스테이션이 설치된 일 영역 내에서 주행하는 한 쌍의 UWB 모듈을 구비한 이동 로봇의 제어방법으로서,
    상기 이동 로봇의 본체가 충전 스테이션에 접촉된 상태에서 해제된 후 기준거리만큼 후진하는 동안, 상기 이동 로봇에 구비된 UWB 모듈과 상기 충전 스테이션에 구비된 UWB 모듈이 주고받은 신호에 기초하여 상기 기준거리만큼 후진한 지점의 좌표정보를 결정하여 저장하는 단계;
    상기 본체가 상기 일 영역을 주행하는 동안 상기 본체에 전원을 공급하는 전원부의 상태에 근거하여 상기 충전 스테이션으로 복귀하는 제어명령을 출력하는 단계;
    상기 제어명령이 출력된 것에 응답하여, 상기 충전 스테이션으로부터 송신되는 제1신호와 상기 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체를 기준으로 상기 충전 스테이션의 위치를 확인하면서, 상기 본체의 헤드를 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치를 향해 회전하고, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보의 위치로 이동하도록 제어하는 단계; 및
    상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치에 도달시, 상기 제1신호와 상기 제2신호에 근거하여 상기 충전 스테이션에 도킹하기 위한 회전각도를 산출하고, 산출된 회전각도에 따라 상기 본체의 헤드가 회전하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하도록 제어하는 단계는,
    상기 제어명령의 출력에 따라 상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 상기 본체의 현재 위치와 상기 충전 스테이션 간의 거리정보와 각도정보를 산출하는 단계와,
    상기 거리정보와 각도정보에 기초하여 상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향해 회전하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 본체의 헤드가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 지점을 향해 회전한 후, 상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동하는 동안,
    상기 본체에 구비된 복수의 UWB 모듈을 통해 수신되는 상기 제1신호에 근거하여 상기 충전 스테이션의 위치를 실시간으로 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 본체가 상기 저장된 좌표정보에 대응되는 위치로 이동한 후,
    상기 충전 스테이션으로부터 수신되는 제1신호와 상기 본체에 의해 송신되는 제2신호에 근거하여 산출된 각도정보에 근거하여 상기 본체의 헤드방향을 결정하는 단계; 및
    결정된 헤드방향에 따라 헤드를 회전한 후, 상기 충전 스테이션에 도킹을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
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