KR102335101B1

KR102335101B1 - 복수의 교체가 가능한 모듈을 포함하는 자율주행 로봇 시스템

Info

Publication number: KR102335101B1
Application number: KR1020210098519A
Authority: KR
Inventors: 최상천
Original assignee: 주식회사 클레빌
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2021-12-03

Abstract

본 발명에 따른 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템은, 자율주행 로봇의 위치를 공간적으로 감지하고 외부 객체의 위치를 감지하고, 작업 명령을 외부로부터 수신하고 수신한 작업 명령에 따라 주행 모듈 및 결합 모듈을 제어하는 네트워킹 모듈, 네트워킹 모듈의 제어에 따라 주행하는 로봇 액츄에이터를 포함하는 주행 모듈 및 상기 네트워킹 모듈과 결합되고, 상기 제어부의 제어에 따라 기결정된 작업을 수행하는 작업 모듈을 포함하고, 상기 네트워킹 모듈, 주행 모듈 및 작업모듈은 공용화 가능한 표준 플랫폼에 대한 것이다.

Description

복수의 교체가 가능한 모듈을 포함하는 자율주행 로봇 시스템{An Autonomous Robot System comprising a plurality of interchangeable Module}

본 발명은 복수의 교체가 가능한 모듈을 포함하는 자율주행 로봇 시스템 에 관한 것이다.

일반적으로 자율주행 로봇은 사용자의 조작 없이도 소정 구역을 스스로 주행하면서 자동으로 소정의 동작을 수행하는 기기이다. 자율주행 로봇은 구역 내에 설치된 장애물을 감지하여 장애물에 접근하거나 회피하여 동작을 수행한다. 그러나, 통상의 자율주행 로봇은 하나의 작업만 동작하도록 설계되어 있는 경우가 많다. 대표적으로 로봇 청소기가 있으며, 로봇 청소기는 영역을 주행하면서 청소를 수행할 수는 있으나, 청소 이외의 다른 동작을 수행하는 것은 불가능하다. 또는 예를 들어, 무인 로봇이나 드론 기술이 발전하면서 사용자가 인터넷으로 물건을 주문하면 빠른 시간 내에 배송 로봇이 사용자의 집 앞까지 물건을 배달해주는 기술이 개발되고 있으나, 그러한 배송 로봇 역시 배송이라는 특정 목적을 위해 설계된 것으로 다른 기능의 구현은 불가능한 단점이 있다.

자율주행 로봇 기술의 범용성 구현을 위하여 다양한 작업을 수행할 수 있는 자율주행 로봇의 개발이 요구된다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 복수의 교체가 가능한 모듈을 포함하는 자율주행 로봇 시스템을 제공하고자 한다.

일 실시예에 따른, 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템은, 자율주행 로봇의 위치를 공간적으로 감지하고 외부 객체의 위치를 감지하고, 작업 명령을 외부로부터 수신하고 수신한 작업 명령에 따라 주행 모듈 및 결합 모듈을 제어하는 네트워킹 모듈; 네트워킹 모듈의 제어에 따라 주행하는 로봇 액츄에이터를 포함하는 주행 모듈; 및 상기 네트워킹 모듈과 결합되고, 상기 네트워킹 모듈의 제어에 따라 기결정된 작업을 수행하는 작업 모듈;을 포함하고, 상기 네트워킹 모듈, 주행 모듈 및 작업모듈은 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성된다.

상기 네트워킹 모듈은 제1 전자 하드웨어, 제1 기계 하드웨어, 제1 ASW(Application Software), 제1 BSW(Basic Software), 클라우드, 어플리케이션을 포함하고, 상기 제1 전자 하드웨어, 제1 BSW, 클라우드는 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능할 수 있다.

상기 주행 모듈은 제2 전자 하드웨어, 제2 기계 하드웨어, 제2 ASW, 제2 BSW를 포함하고, 상기 제2 전자 하드웨어, 제2 BSW는 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능할 수 있다.

상기 작업 모듈은 제3 전자 하드웨어, 제3 기계 하드웨어, 제3 ASW, 제3 BSW를 포함하고, 상기 제3 전자 하드웨어, 제3 BSW 는 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능할 수 있다.

상기 제1 전자 하드웨어는 지각정보를 바탕으로 주행정보를 산출하는 제어부, 제공받은 센싱 정보를 바탕으로 지각 정보를 생성하는 센서 정보 통합 처리부, 가시광 센서를 통한 센싱 정보를 제공하는 비전 처리부, 라이다 센서를 통한 센싱 정보를 제공하는 라이다 처리부를 포함할 수 있다.

상기 센서 정보 통합 처리부는 GPS 데이터, 로봇 자체 센싱 데이터를 더 제공받고 지각 정보를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제어부는,

상기 센서 정보 통합 처리부로부터 제공받은 지각정보를 바탕으로 경로 계획부 및 주행 계획부를 포함하는 계획부; 상기 계획부에서 생성된 경로 계획 및 주행 계획을 바탕으로, 상기 로봇 액츄에이터를 제어하기 위한 제어 정보를 생성하는 로봇 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 로봇 액츄에이터는 로봇 제어부로부터 수신한 제어 정보에 따라 제어되는 휠 모터 및 스티어링 휠 모터를 포함할 수 있다.

상기 주행 모듈은 외부 충전기와 결합되어 충전되는 충전부를 더 포함하고, 상기 충전부가 외부 충전기와 결합되어 있는 상태에서, 상기 네트워킹 모듈의 제어에 따라 상기 작업 모듈과 상기 네트워킹 모듈과의 결합 및 해제를 수행할 수 있다.

상기 네트워킹 모듈이 수신한 작업 명령이 장착된 작업 모듈이 수행할 수 있는 작업 내용과 상이한 경우,

상기 네트워킹 모듈은 주행 모듈을 제어하여 외부 충전기로 자율주행 로봇 시스템을 이동시키고, 상기 충전부를 외부 충전기와 결합시켜 자율주행 로봇 시스템을 고정시키고, 상기 결합 모듈을 제어하여 기존 작업 모듈을 네트워킹 모듈로부터 해제시키고, 수신한 작업 명령과 부합하는 작업 모듈을 장착시킬 수 있다.

상기 네트워킹 모듈, 주행 모듈 및 작업 모듈은 각각 전자 하드웨어를 포함하고, 상기 전자 하드웨어들은 별도의 아날로그/디지털 입력을 받을 수 있는 개별 컨트롤러로 기능하며, 상기 전자 하드웨어가 입력받은 아날로그/디지털 입력값이 수신받은 모듈에 수행가능한 입력일 경우 해당 모듈에서 요청된 입력을 수행하고, 수행 불가능한 입력일 경우 수행 가능한 다른 모듈로 입력을 전달할 수 있다.

본 발명에 따른 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템은 로봇 시스템을 모듈화 하여 자율주행, 네트워킹, 작업 모듈 등으로 나누어 하나의 자율주행 모듈이 작업 모듈 자동 교체하며 작업 공간에서 사용자가 지정한 스케쥴에 따라 다양한 작업을 수행할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템 및 외부 서버, 외부 리프트 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템이 외부에서 가시광 정보, 라이다 정보, GPS 정보, 자체 센서를 통해 센싱한 정보의 처리 과정 및 해당 과정에 참여하는 구성요소를 세부적으로 도시한 도면이다.
도 3은 네트워킹 모듈의 세부 구성 및 교환 가능한 모듈을 도시한 블록도이다.
도 4는 주행 모듈의 세부 구성 및 교환 가능한 모듈을 도시한 블록도이다.
도 5는 작업 모듈의 세부 구성 및 교환 가능한 모듈을 도시한 블록도이다.
도 6은본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템의 소프트웨어 플랫폼 아키텍쳐를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 모듈형 자율주행 로봇 시스템의 플랫폼의 V자형 개발 모델을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템의 작업 모듈 교환 방법을 구체적으로 도시한 순서도이다
도 9 내지 도 12는 도 8에 따른 자율주행 로봇 시스템의 작업 모듈 교환을 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 14는 외부에 마련되는 리프트형 충전기가 리프트 지지대를 통해 작업 모듈을 교환하는 모습을 도시한 도면이다.
도 15는 자율주행 로봇 시스템의 작업 모듈 교환 수행시의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 자율주행 로봇의 일 예시에 따른 주행 경로를 맵핑하는 방법을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 자율주행 로봇의 일 예시에 따른 주행 경로를 맵핑한 도면이다.
도 18은 모듈 간 컨트롤러 자원을 최적화 하는 제어방법을 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명될 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재된 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위 또는 당해 기술 분야에 속한 통상의 기술자가 자명하게 이해할 수 있는 범위 내에서 구체적인 설명은 생략될 수 있다.

이하, 본 개시의 몇몇 실시예들에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템 및 외부 서버, 외부 리프트 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면,자율주행 로봇 시스템(100)은 네트워킹 모듈(110), 주행 모듈(120), 작업 모듈(130), 결합 모듈(140)을 포함한다.

네트워킹 모듈(110)은 자율주행 로봇의 위치를 공간적으로 감지하고 외부 객체 센싱 데이터를 수집하는 센서부, 작업 명령을 외부로부터 수신하는 통신부, 가시광 영역에서 센싱된 데이터를 처리하는 비전 처리부, 라이다 유닛에서 센싱된 데이터를 처리하는 라이다 처리부, 지각 정보를 생성하는 센서 정보 통합 처리부, 및 수신한 작업 명령에 따라 주행 모듈 및 결합 모듈을 제어하는 제어부를 포함한다.

센서부는 카메라유닛, 라이다유닛, 거리센서, IMU센서, GPS센서를 포함할 수 있다.

카메라유닛은 가시광 영역에서 대상체의 인식이 가능하도록 하는 센서 일체를 포함할 수 있다.

라이다유닛은 비가시광 영역에서 대상체와의 거리 인식이 가능하도록 하는 센서 일체를 포함할 수 있다.

IMU센서(Inertial Measurement Unit Sensor)는 관성 측정 장치의 일종으로, 자율주행 로봇의 가속도, 관성, 기울어진 정도를 복합적으로 측정하는 센서 일체를 포함할 수 있다.

GPS 센서(Global Positioning System Sensor)는 자율주행 로봇의 위치 정보를 위성을 통해서 알 수 있는 시스템 일체를 포함할 수 있다.

제어부는 수신한 작업 명령에 따라 주행 모듈 및 결합 모듈을 제어하는 기능을 수행하며 구체적으로 프로세서(미도시), 메모리(미도시) 및 메모리에 저장되며 프로세서에 의해 수행되는 프로그램을 포함할 수 있다.

프로세서는 단말에 구성되는 메모리에 저장된 프로그램 및 데이터를 이용하여 단말의 전반적인 제어 기능을 실행한다. 프로세서는 RAM(random access memory), ROM(read only memory), CPU(central processing unit), GPU(graphic processing unit), 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다. 프로세서는 저장부에 액세스하여, 메모리에 저장된 O/S(operating system)를 이용하여 부팅을 수행할 수 있으며, 메모리에 저장된 프로그램을 이용하여 동작하면서 본 발명에서 설명하는 다양한 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 메모리는 데이터베이스(database, DB)로 구성되거나, 물리적인 하드디스크(hard disk), SSD(solid state drive), 웹하드(web hard) 등과 같은 다양한 저장 수단으로 구성될 수 있다.

통신부는 외부에 위치하는 단말과의 통신을 위한 구성으로 특정 실시예에 한정되지 않는다.

주행 모듈(120)은 네트워킹 모듈(110)의 제어에 따라 자율제어 로봇 시스템(100)을 의도하는 방향/속도로 이동시킬 수 있다.

작업 모듈(130)은 네트워킹 모듈(110)의 제어에 따라 특정 작업을 수행하는 장치 모듈을 의미한다. 작업 모듈(130)은 예를 들어, 청소 모듈, 배송 모듈, 창고 정리 리프팅 모듈 등을 포함할 수 있다.

결합 모듈(140)은 네트워킹 모듈(110), 주행 모듈(120) 및 작업 모듈(130) 간을 서로간에 결합하고 해제할 수 있는 모듈을 나타낸다. 결합 모듈(140)은 네트워킹 모듈(110)의 제어에 따라, 각 모듈 간의 결합과 해제를 수행할 수 있다.

네트워킹 모듈(110), 주행 모듈(120), 작업 모듈(130), 및 결합 모듈(140)은 개별적으로 배터리 유닛을 보유하고, 배터리 유닛은 외부에 위치하는 외부 충전기와 결합하여 개별적으로 충전될 수 있다.

결합 모듈(140)은 네트워킹 모듈(110), 주행 모듈(120), 작업 모듈(130)에 대하여 마그네틱 센서 등으로 상호간의 정확한 위치를 확인하고, 결합 가능 여부를 판별한 뒤 결합가능한 상태일 때 결합을 수행시킬 수 있다.

네트워킹 모듈(110)의 통신부는 외부 서버(200)로부터 작업 요청 정보(info_WL)를 수신할 수 있다. 제어부는 통신부로 수신된 작업 요청 정보가 현재 자율주행 로봇 시스템(100)에 결합되어 있는 작업 모듈(130)을 기준으로 수행가능한 태스크(task)인지를 판별할 수 있다.

제어부가 수행가능한 태스크로 판별한 경우, 제어부는 해당 작업 내역을 작업 모듈(130)로 전달하고, 요청된 태스크를 수행하기 위한 위치로 자율주행 로봇 시스템(100)이 이동되도록 주행 모듈(120)을 제어할 수 있다.

만약, 제어부가 수행가능한 태스크로 판별했다 하더라도, 제어부는 작업 요청 위치 및 작업 내용에 비추어 적어도 하나의 모듈(110,120,130,140)의 배터리 보유량이 작업 완료를 기준으로 기결정된 보유량보다 미치지 못하는지 여부를 추가로 판별하고 배터리 보유량에 여유가 있을 경우 바로 해당 태스크를 수행하고 해당 작업에 대한 정보를 통신부를 통해 외부 서버(200)로 송신할 수 있다.

만약, 배터리 보유량이 기결정된 보유량보다 미치지 못하는 경우는, 제어부는 해당 작업 요청 정보에 대한 즉시 착수가 불가능하며 충전이 필요하다는 사실을 통신부를 통해 외부 서버(200)로 전달할 수 있다. 이 경우, 외부 서버(200)에서는 해당 자율주행 로봇 시스템(100)에 대하여 충전 후 작업을 진행할 것을 요청하거나, 또는 다른 자율주행 로봇 시스템에 해당 태스크를 소싱하고, 자율주행 로봇 시스템(100)에는 배터리 보유량을 바탕으로 한 다른 작업 요청 정보를 송신할 수 있다.

만약, 외부 서버(200)에서 자율주행 로봇 시스템(100)에 충전 후 작업을 진행할 것을 요청한 경우, 제어부는 주행 모듈(120)을 제어하여 외부 충전기로 자율주행 로봇 시스템(100)을 이동시키고, 각 모듈(110,120,130,140)을 외부 충전기와 각각 연결하여 모듈을 충전시킨 뒤 요청된 작업을 수행할 수 있다.

만약, 외부서버에서 요청한 작업 요청 정보가 제어부가 결합되어 있는 작업 모듈(130)을 기준으로 수행가능한 태스크 수행 불가능한 태스크로 판별한 경우에는, 제어부는 주행 모듈(120)을 제어하여 외부 충전기로 자율주행 로봇 시스템(100)을 이동시키고, 충전부를 외부 충전기와 결합시켜 자율주행 로봇 시스템(100)을 고정시키고, 결합 모듈(140)을 제어하여 기존 작업 모듈(130)을 네트워킹 모듈로부터 해제시키고, 수신한 작업 명령과 부합하는 작업 모듈(120)을 장착 시킬 수 있다.

통신부는 자율주행 로봇 시스템(100)이 작동하는 공간에 대한 평면도를 외부로부터 수신하고, 제어부는 SLAM(Simultaneous Localization and Map-building)으로 지도를 작성하고 상기 평면도를 대조하여 자율주행 지도를 완성시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 통신부는 실시간으로 자율주행 지도 영역에 대한 객체의 위치 정보 및 움직임 정보를 수신하고, 제어부는 자율주행 지도 영역에 수신한 객체의 위치 정보 및 움직임 정보를 반영하여 주행 모듈(120)을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 통신부는 외부에서 자율주행 금지 구역 정보를 수신하고, 제어부는 수신한 자율주행 금지 구역 정보를 자율주행 지도 영역에 반영하여 상기 주행 모듈을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 센서부는 자율주행 로봇 시스템(100)의 위치를 특정하고, 외부 객체의 위치 및 속도를 특정하고, 제어부는 센싱된 정보를 자율주행 지도 영역에 반영하여 상기 주행 모듈(120)을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 제어부는 센싱된 외부 객체의 위치 및 속도에서 비이상 상태(anomaly condition)가 감지된 경우, 비이상 상태가 감지된 영역을 일시적 이동금지 영역으로 설정하고 주행 모듈(120)을 제어할 수 있다. 이는, 자율 주행 상황에 있어서 통상적인 상황으로 인식되는 것보다 과도하게 많은 객체가 인식되거나, 또는 통상적인 상황으로 인식되는 것보다 빠른 속도의 객체가 인식되거나, 온도, 습도 등에 있어서 통상적인 상황으로 인식되는 것보다 기준치를 넘어서는 데이터가 센싱되는 경우에는 비이상 상태로 판단할 수 있다. 이는, 사고나 급작스러운 상황이 발생했을 때 자율주행 로봇 시스템(100)이 통상적인 작업을 수행함으로 인한 2차 피해의 발생을 제어하고자 함에 있다.

제어부는 비이상 상태 감지 및 일시적 이동금지 영역에 대한 설정 정보를 통신부를 통하여 외부 서버(200)로 송신하고, 비이상 상태에 대한 감지 타당 여부, 일시적 이동금지 영역 설정 해제 여부를 수신하고, 수신된 정보를 바탕으로 주행 모듈(120) 및 작업 모듈(130)을 제어할 수 있다. 이를 통해, 실제로는 비이상 상태가 아닌 경우에는, 외부 서버(200)에서 해당 비이상 상태를 해제함으로써 자율주행 로봇 시스템(100)이 비이상 상태가 아님에도 작업을 수행하지 못하는 것을 예방할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템이 외부에서 가시광 정보, 라이다 정보, GPS 정보, 자체 센서를 통해 센싱한 정보의 처리 과정 및 해당 과정에 참여하는 구성요소를 세부적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 네트워킹 모듈(도 1의 110)이 포함하는 전자 하드웨어(111)는, 제어부(111-1), 비전 처리부(111-2), 라이다 처리부(111-3), 및 센서 정보 통합 처리부(111-4)를 포함한다.

제어부(111-1)는 경로 계획부 및 주행계획부를 포함하는 계획부 및 제어모드 선택기, 수평방향 제어기, 및 수직방향 제어기를 포함하는 로봇 제어부를 포함한다.

비전 처리부(111-2)는 센서로 수집한 가시광 이미지를 처리하고, 객체를 검출한 뒤, 추적하도록 하는 기능을 수행한다. 추적한 객체 데이터는 센서 정보 통합 처리부(111-4)로 송부된다.

라이다 처리부(111-3)는 센서로 수집한 라이다 정보를 바탕으로, 데이터 클러스터링을 처리하고, 객체를 검출한 뒤, 추적하도록 하는 기능을 수행한다. 추적한 객체 데이터는 센서 정보 통합 처리부(111-4)로 송부된다.

이외의 센서 정보 통합 처리부(111-4)는 실시간 운동학(Real Time Kinematic)을 반영하여 정확도를 향상시킨 GPS 데이터를 수집하고, 로봇 자체 센서에 의한 거리센서 데이터를 수집하여 통합 처리한다.

센서 정보 통합 처리부(111-4)는 가시광 및 라이다 정보로부터 구축한 객체 추적 데이터 및 GPS 데이터, 거리센서 데이터를 통합하여 지각정보(perception information)으로 변환할 수 있다.

센서 정보 통합 처리부(111-4)는 객체에 대한 지각정보 및 자율주행 로봇 시스템 본체의 지각정보를 제어부(111-1)로 송신한다. 제어부(111-1)는 전달받은 지각정보를 바탕으로 경로계획 및 주행계획을 계획부에서 수립하고, 해당 계획들을 로봇 제어부로 전달하여 세부적인 제어 요소에 대한 제어 방법을 구체화한 뒤 주행 모듈(120)으로 전달하여 로봇 액츄에이터의 휠 모터 및 스티어링 휠 모터가 전달된 제어 요소에 따라 제어되도록 하여 수립된 경로계획 및 주행계획에 따라 자율주행 로봇 시스템이 운영되도록 할 수 있다.

도 3은 네트워킹 모듈(110)의 세부 구성 및 교환 가능한 모듈을 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 네트워킹 모듈(110)은 전자 하드웨어(111), 기계 하드웨어(112), ASW(113), BSW(114), 클라우드(115), 어플리케이션(116)을 포함할 수 있다. 네트워킹 모듈(110)은 공용화 가능한 구성에 대해서 표준 플랫폼으로 정의되어, 다양한 모듈(110)에 적용가능하며 그로 인한 로봇 개발 기간 감소 및 비용의 절감, 품질의 향상이 기대된다.

전자 하드웨어(111), BSW (114), 클라우드(115)는 공용화 가능한 구성으로 다른 네트워킹 모듈(110')에 호환 가능할 수 있다.

ASW(113)는 Application Software의 약자로, BSW로부터 가공된 입력 신호를 바탕으로 제어의 연산이 가능한 알고리즘을 포함하며, 출력 명령을 BSW로 요청하는 기능을 수행한다.

BSW(114)는 Basic Software의 약자로, CPU를 통해 하드웨어를 직접 제어하는 드라이버 소프트웨어 및 통신부, 스케쥴러 등을 포함할 수 있다.

전자 하드웨어(111)는 로봇을 구성하는 전자적인 부품인 전자제어 기판, 소자부품 및 커넥터 등을 포함한다.

기계 하드웨어(112)는 로봇을 구성하는 기계 및 기구적인 부품인 하우징, 액츄에이터 등을 포함한다.

공용화 가능한 표준 플랫폼 구성인 전자 하드웨어(111), BSW(114), 클라우드(115)의 경우는 외부 서버로부터 펌웨어 등 소프트웨어 업데이트가 이루어질 수 있다. 이 경우, 비표준 플랫폼 구성인 기계 하드웨어(112), ASW(113), 어플리케이션(116)과의 연동 안정성 문제 및 충돌 문제로 인한 로봇 오작동이 발생할 수 있다.

이러한 안정성 저하 이슈를 보완하기 위하여 전자 하드웨어(111)의 제어부(도 2의 111-1)는 연동안정성 제어유닛(미도시)를 포함할 수 있다. 연동안정성 제어유닛은 표준 플랫폼 구성인 전자 하드웨어(111), BSW(114), 클라우드(115)가 펌웨어 업데이트 등으로 외부에서 강제로 업데이트 된 경우, 비표준 플랫폼 구성과의 안정성을 테스트하는 테스트 런(test run)을 진행할 수 있다.

연동안정성 제어유닛은 자율주행 로봇 시스템의 기 수행되었던 작업 프로토콜 중 에러율이 높은 사례를 복수개 취합하여 비표준 플랫폼 구성에 전가하고 발생하는 안정성 및 신뢰성을 검증할 수 있다.

연동안정성 제어유닛은 상기 테스트 런을 통해서 호환 불량으로 인한 고장코드를 수신하는 경우 호환성 문제 발생사실을 외부 서버로 송신할 수 있다. 연동안정성 제어유닛은 외부 서버로부터 개선된 업데이트 모듈이 수신될 때까지 자율주행 로봇 시스템의 펌웨어를 롤백시켜서 자율주행 로봇 시스템이 불완전한 펌웨어 업데이트로 인한 오작동 및 사고를 일으키는 것을 예방할 수 있다.

도 4는 주행 모듈(120)의 세부 구성 및 교환 가능한 모듈을 도시한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 주행 모듈(120)은 전자 하드웨어(121), 기계 하드웨어(122), ASW(123) 및 BSW(124)를 포함한다.

전자 하드웨어(121) 및 BSW(124)는 다른 주행 모듈(120')에서도 호환가능한 공용화 가능한 구성에 대해서 표준 플랫폼으로 정의될 수 있다.

도 5는 작업 모듈(130)의 세부 구성 및 교환 가능한 모듈을 도시한 블록도이다. 도 5를 참조하면, 작업 모듈(130) 전자 하드웨어(131), 기계 하드웨어(132), ASW(133) 및 BSW(134)를 포함한다.

전자 하드웨어(131) 및 BSW(134)는 다른 작업 모듈(130')에서도 호환가능한 공용화 가능한 구성에 대해서 표준 플랫폼으로 정의될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템의 소프트웨어 플랫폼 아키텍쳐를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 모듈형 자율주행 로봇 시스템의 소프트웨어 플랫폼 아키텍쳐가 개시된다. 본 발명에 따른 아키텍쳐는 자동차 시장에서 표준화한 SW플랫폼인 AUTOSAR(Automotive Open System Architecture)가 반영디어 있으며, 확장 및 변경이 가능한 표준 플랫폼으로서 주행, 작업, 인터페이스 플랫폼으로 모듈화하여 다양한 산업의 요구사항에 맞게 빠르게 기능 적용이 가능하다.

도 7은 본 발명에 따른 모듈형 자율주행 로봇 시스템의 플랫폼의 V자형 개발 모델을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 검증단계에서 유효화 단계에 이르기 까지 전 개발 과정이 V자형으로 효율적으로 이루어지고 있으며, 이러한 V자형 개발 방식을 자율주행 로봇 시스템에 적용함에 따라 혁신적 개발 효율 및 품질 향상이 가능하다.

도 8는 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템의 작업 모듈 교환 방법을 구체적으로 도시한 순서도이다. 도 8를 참조하면, 본 발명에 따른 작업 모듈 교환 방법은, 네트워킹 모듈이 외부에서 작업 명령을 수신하는 단계(S110), 네트워킹 모듈이 수신한 작업 명령이 현재 장착된 작업 모듈이 수행할 수 있는 작업 내용과 일치하는지 여부를 판별하는 단계(S120),

수신한 작업 명령이 현재 장착된 작업 모듈이 수행할 수 있는 작업 내용과 일치하는 경우(C1-네), 네트워킹 모듈이 주행 모듈 및 작업 모듈을 제어하여 작업을 수행하는 단계(S170) 및

수신한 작업 명령이 현재 장착된 작업 모듈이 수행할 수 있는 작업 내용과 불일치하는 경우(C1-아니오),

네트워킹 모듈은 주행 모듈을 제어하여 수신한 작업 명령과 부합하는 작업 모듈을 장착시키는 단계(S130 내지 S170)를 포함한다.

작업 모듈을 장착시키는 단계(S130 내지 S170)는,

네트워킹 모듈은 외부 충전기로 자율주행 로봇 시스템을 이동시키는 단계(S130);

충전부를 외부 충전기와 결합시켜 자율주행 로봇 시스템을 고정시키는 단계(S140);

결합 모듈을 제어하여 기존 작업 모듈을 네트워킹 모듈로부터 해제시키는 단계(S150); 및

리프트를 제어하여 수신한 작업 명령과 부합하는 작업 모듈을 장착시키는 단계(S160);를 포함한다.

도 9 내지 도 12은 은 도 8에 따른 자율주행 로봇 시스템(100)의 작업 모듈(130) 교환을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 자율주행 로봇 시스템(100)이 리프트형 충전기(300)과 결합된다. 자율주행 로봇 시스템(100)의 각 모듈, 주행 모듈(120), 작업 모듈(130), 네트워킹 모듈(110)은 각각 충전부(410)를 통해 리프트형 충전기(300)와 결합되어 개별적으로 충전될 수 있다.

도 10을 참조하면, 자율주행 로봇 시스템(100)은 작업 모듈(130)의 변경을 리프트형 충전기(300)로 요청하고, 리프트형 충전기(300)는 별도 유닛을 통해 작업 모듈(130)을 주행 모듈(120)로부터 연직방향으로 이탈시켜 상승시킬 수 있다. 결합 모듈(도 1의 140)은 리프트형 충전기(300)가 주행 모듈(120)을 연직방향으로 상승시키기 이전에 양 모듈 간의 결합을 해제할 수 있다.

도 11을 참조하면, 자율주행 로봇 시스템(100)은 별도의 작업 모듈(130')을 마련하고, 도 6을 참조하면, 결합 모듈(도 1의 140)은 작업 모듈(130')을 하강시켜 주행 모듈(120) 및 네트워킹 모듈(110)과 결합시킬 수 있다.

현재 도시된 도면 상으로는 주행 모듈(120) 상에 작업 모듈(130) 및 네트워킹 모듈(110)이 순차적으로 적층되고 결합되는 것으로 도시되어 있으나 이는 일 실시예에 불과하고, 주행 모듈(120) 상에 네트워킹 모듈(110)이 먼저 적층되고, 작업 모듈(130)이 순차적으로 적층되는 것도 가능함은 물론이다.

도 13 내지 도 14는 외부에 마련되는 리프트형 충전기가 리프트 지지대를 통해 작업 모듈을 교환하는 모습을 도시한 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면 리프트형 충전기가 자율주행 로봇 시스템의 작업 모듈을 교환하는 경우의 평면도 및 측면도가 도시된다.

도 13을 살피면, 자율주행 로봇 시스템 상의 네트워킹 모듈에 카메라부, 라이다부, GPS 센서, IMU 센서 등이 분포한 모습이 도시된다.

도 14을 참조하면, 작업모듈의 교환시에 작업모듈의 양 측면으로 리프트 지지대가 결합되고, 해당 리프트 지지대가 리프트형 충전기의 리프트에 의해 연직 방향으로 승강하는 모습이 도시된다.

도 15는 자율주행 로봇 시스템의 작업 모듈 교환 수행시의 단면을 나타낸 단면도이다. 도 15를 참조하면, 리프트형 충전기(300)가 리프트 부재(310)을 통해 작업 모듈(130) 및 네트워킹 모듈(110)을 주행 모듈(120)로부터 이탈시켜 연직방향으로 상승시키는 모습이 도시되나, 이는 일실시예에 불과하다.

도 16은 본 발명에 따른 자율주행 로봇의 일 예시에 따른 주행 경로를 맵핑하는 방법이 도시된 도면이다.

도 17은 본 발명에 따른 자율주행 로봇의 일 예시에 따른 주행 경로를 맵핑한 도면이다.

도 17은 자율주행 로봇의 일 예시에 따른 주행 경로를 맵핑한 도면이다. 통신부는 자율주행 로봇 시스템(100)이 작동하는 공간에 대한 평면도(Floor Plans data)를 외부로부터 수신하고, 제어부는 SLAM(Simultaneous Localization and Map-building)으로 지도를 작성하고 상기 평면도를 대조하여 자율주행 지도를 완성시킬 수 있다.

구체적으로, 도 16을 참조하면, 자율주행 로봇 시스템은 이동을 원하는 위치(Desired position)에 대한 신호를 전송 받고, 오차계산기(Error Calculator)를 통해 현재의 주행 위치를 특정하고 주행 위치 계산기(Odometry postion calculator)는 오차가 반영된 현재의 주행 위치(Previous odometry position) 및 이전의 주행 위치(Previous odometry position) 기록을 이용하여 주행 위치를 계산(Odometry position calculator)한다. 이후, 이동 지점 추적기(Closest point finder)는 가장 정확한 이동 지점(closest point)을 설정함에 있어, 로봇에 부착된 레이저 스캐너로 현재 위치에 대한 정보를 획득하고, 수신된 평면도(Floor Plans data)를 절대좌표 지도 생성기(Absolute Coordinates Map Generation)를 통해 절대좌표화 한 데이터를 레이저 스캐너로 특정된 위치(Feature Extraction)에 대한 데이터와 조합(Data Association)하여 생성한 자율주행 지도 데이터를 반영하여 최적의 주행 종착지를 추정 위치 측정기(Position estimator)를 통해 도출해 낼 수 있다.

도 18은 모듈 간 컨트롤러 자원을 최적화 하는 제어방법을 나타낸 블록도이다.

도 18을 참조하면, 자율주행 로봇 시스템(100)에 인가되는 입력이 특정 모듈의 특정 제어부로 제한되는 것이 아니라, 네트워킹 모듈(110), 주행 모듈(120), 작업 모듈(130) 등 각 모듈 각각이 입력값을 받을 수 있고, 서로 제공받은 입력값을 해당 명령하기 위한 다른 모듈로 전달하여 출력할 수 있다.

자율주행 로봇 시스템(100)의 경우 컨트롤러를 단일화 하는 경우 pin의 부족으로 인해 단일 입력으로 제한되어야 하는 문제가 발생하나, 본 발명에 따른 자율주행 로봇 시스템(100)은 교체가능한 다수의 모듈(110,120,130,140)로 구성되어 있어, 복수의 입력이 가능한 컨트롤러의 구현이 가능하여 다수의 아날로그/디지털 인풋을 제어에 활용할 수 있다.

구체적으로는 네트워킹 모듈(110)의 전자 하드웨어(111), 주행 모듈(120)의 전자 하드웨어(121), 작업 모듈의 전자 하드웨어(131)은 각각 독립적인 입력값을 받을 수 있는 컨트롤러로 작동하며, 인가받은 인풋값이 해당 모듈에서 이용되는 입력 데이터인지를 판별하고, 적정한 입력 데이터이면 해당 모듈에서 입력값에서 요청되는 작업을 수행하고, 타모듈 입력 데이터면 해당 입력값을 인접 모듈로 전달하여 요청되는 작업을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 자율주행 로봇 시스템
110 : 네트워킹 모듈
120 : 주행 모듈
130 : 작업 모듈
140 : 결합 모듈

Claims

작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템은,
자율주행 로봇의 위치를 공간적으로 감지하고 외부 객체의 위치를 감지하고, 작업 명령을 외부로부터 수신하고 수신한 작업 명령에 따라 주행 모듈 및 결합 모듈을 제어하는 네트워킹 모듈;
네트워킹 모듈의 제어에 따라 주행하는 로봇 액츄에이터, 외부 충전기와 결합되어 충전되는 충전부 및 상기 충전부가 외부 충전기와 결합되어 있는 상태에서, 상기 네트워킹 모듈의 제어에 따라 상기 작업 모듈과 상기 네트워킹 모듈의 결합 및 해제를 수행하는 결합 모듈을 포함하는 주행 모듈; 및
상기 네트워킹 모듈과 결합되고, 상기 네트워킹 모듈의 제어에 따라 기결정된 작업을 수행하는 작업 모듈;을 포함하고,
상기 네트워킹 모듈, 주행 모듈 및 작업 모듈은 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되며,
상기 네트워킹 모듈, 주행 모듈 및 작업 모듈은 각각 전자 하드웨어를 포함하고, 상기 전자 하드웨어들은 별도의 아날로그/디지털 입력을 받을 수 있는 개별 컨트롤러로 기능하는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 네트워킹 모듈은 제1 전자 하드웨어, 제1 기계 하드웨어, 제1 ASW(Application Software), 제1 BSW(Basic Software), 클라우드, 어플리케이션을 포함하고, 상기 제1 전자 하드웨어, 제1 BSW, 클라우드는 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 주행 모듈은 제2 전자 하드웨어, 제2 기계 하드웨어, 제2 ASW, 제2 BSW를 포함하고, 상기 제2 전자 하드웨어, 제2 BSW는 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템.
제3 항에 있어서,
상기 작업 모듈은 제3 전자 하드웨어, 제3 기계 하드웨어, 제3 ASW, 제3 BSW를 포함하고, 상기 제3 전자 하드웨어, 제3 BSW 는 공용화 가능한 표준 플랫폼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 모듈의 교체가 가능한 자율주행 로봇 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 제1 전자 하드웨어는 지각정보를 바탕으로 주행정보를 산출하는 제어부, 제공받은 센싱 정보를 바탕으로 지각 정보를 생성하는 센서 정보 통합 처리부, 가시광 센서를 통한 센싱 정보를 제공하는 비전 처리부, 라이다 센서를 통한 센싱 정보를 제공하는 라이다 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 센서 정보 통합 처리부는 GPS 데이터, 로봇 자체 센싱 데이터를 더 제공받고 지각 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 센서 정보 통합 처리부로부터 제공받은 지각정보를 바탕으로 경로 계획부 및 주행 계획부를 포함하는 계획부;
상기 계획부에서 생성된 경로 계획 및 주행 계획을 바탕으로, 상기 로봇 액츄에이터를 제어하기 위한 제어 정보를 생성하는 로봇 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 로봇 액츄에이터는 로봇 제어부로부터 수신한 제어 정보에 따라 제어되는 휠 모터 및 스티어링 휠 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇 시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 네트워킹 모듈이 수신한 작업 명령이 장착된 작업 모듈이 수행할 수 있는 작업 내용과 상이한 경우,
상기 네트워킹 모듈은 주행 모듈을 제어하여 외부 충전기로 자율주행 로봇 시스템을 이동시키고, 상기 충전부를 외부 충전기와 결합시켜 자율주행 로봇 시스템을 고정시키고, 상기 결합 모듈을 제어하여 기존 작업 모듈을 네트워킹 모듈로부터 해제시키고, 수신한 작업 명령과 부합하는 작업 모듈을 장착시키는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 전자 하드웨어가 입력받은 아날로그/디지털 입력값이 수신받은 모듈에 수행가능한 입력일 경우 해당 모듈에서 요청된 입력을 수행하고,
수행 불가능한 입력일 경우 수행 가능한 다른 모듈로 입력을 전달하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇 시스템.