KR102402889B1

KR102402889B1 - 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치

Info

Publication number: KR102402889B1
Application number: KR1020200156475A
Authority: KR
Inventors: 박재한; 배지훈; 장가람; 이동혁
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-05-27

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치는, 수면 위를 부상할 수 있도록 구성되고, 내부에 배터리 및 제어모듈을 수용하도록 형성된 몸체; 일측이 상기 몸체의 일측과 탈부착 가능하도록 구성되고, 타측에는 상기 몸체의 이동을 위한 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 제1 모터의 제1 회전축과 직교를 이루는 제2 회전축을 중심으로 회전하는 제2 모터가 배치되는 구동유닛; 및 일측이 상기 몸체의 타측과 탈부착 가능하도록 구성되고, 타측에는 상기 제어모듈의 제어신호에 기초하여 수중의 3차원 환경을 인식하는 3차원 센서와, 인식된 상기 3차원 환경에 기초하여 수중 내부 구조물 표면을 살균처리하는 살균장치를 구비하는 살균유닛;을 포함한다.

Description

3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치{AN UNDERWATER STERILIZATION ROBOT BASED ON 3D ENVIRONMENTAL RECOGNITION}

본 발명은 수중살균 로봇장치에 관한 것으로, 구체적으로는 수영장 등의 벽면 또는 바닥 표면을 자동으로 살균 가능한 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치에 관한 것이다.

살균 로봇은 집단 시설, 다중 이용 시설, 거주 공간 등 사람들이 이용하는 공간의 환경 소독을 위하여 물체 또는 환경의 표면에 살균, 소독 작업을 수행하는 로봇이다.

살균, 소독 작업을 수행하기 위해서는 로봇이 대상 환경에 맞춰 작업 동작을 생성해야 하는데, 종래의 경우 작업 현장에서 교시자가 티칭 팬던트와 같은 조종 장비로 직접 로봇을 움직여가며 작업을 생성하는 방법과, 현장에서 로봇을 물리적으로 직접 움직여 작업을 생성하는 직접 교시 방법 등이 있다.

이러한 교시 방법들은 많은 시간이 소요되며 환경이 바뀌면 다시 교시를 수행해야 하므로 환경의 표면에 맞춰 살균 동작을 실시간으로 수행해야 하는 살균 로봇에 활용할 수 없다는 문제점이 있다.

특히 수영장 및 대형욕조 등의 살균 필요성이 증대되고 있는 상황으로, 이때 수중에서 수영장 및 대형욕조 등의 벽면 및 표면의 살균을 위한 로봇이 필요한데, 이 경우 교시 방법에 의한 정확하고 효율적인 살균이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

따라서 센서를 통하여 3차원 환경을 이해하고 그에 맞춰 작업 동작을 실시간으로 스스로 생성할 수 있는 살균 로봇의 개발이 필요한 상황이다.

한편 하기 선행기술문헌에는 바닥부 뿐만 아니라 청소기 상부에 살균부를 부착하여 바닥이 아닌 가구의 밑면을 살균할 수 있는 로봇청소기에 대한 기술을 개시하고 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.

대한민국 공개실용신안공보 제20-2008-0000950호

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

로봇작업 생성을 위한 별도의 교시작업 없이 로봇장치가 스스로 3차원 환경을 검출한 후 이에 기초하여 살균작업을 수행할 수 있는 로봇장치를 제공하는 것이다.

아울러, 수영장, 대형욕조 등의 바닥 및 표면을 용이하게 살균할 수 있는 로봇장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기 몸체의 일측에는 상기 구동유닛에 전원 및 제어신호의 전달을 위한 제1 단자가 형성되고, 상기 구동유닛에는 상기 제1 단자와 대응되는 제2 단자가 형성되고, 상기 구동유닛이 상기 몸체 일측에 슬라이딩 결합되는 경우 상기 제1 단자에 제2 단자가 체결되어 상호 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 구동유닛은, 일측에 상기 제2 단자가 형성되는 구동유닛 결합부; 상기 구동유닛 결합부의 하부에 배치되되, 제1 회전축을 중심으로 회전하는 제1 모터; 상기 제1 모터의 회전에 기초하여 제1 회전축(C1)을 중심으로 회전하는 구동하우징; 상기 구동하우징 내부에 수용되되, 상기 제1 회전축과 직교를 이루는 제2 회전축을 중심으로 회전하는 제2 모터; 및 상기 제2 모터의 회전에 기초하여 회전하는 프로펠러;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 몸체의 타측에는 상기 살균유닛에 전원 및 제어신호의 전달을 위한 제3 단자가 형성되고, 상기 살균유닛에는 상기 제3 단자와 대응되는 제4 단자가 형성되고, 상기 살균유닛이 상기 몸체 타측에 슬라이딩 결합되는 경우 상기 제3 단자에 상기 제4 단자가 체결되어 상호 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 살균유닛은, 일측에 상기 제4 단자가 형성되는 살균유닛 결합부; 일측이 상기 살균유닛 결합부의 하부에 연결되고 적어도 하나의 관절을 포함하는 로봇암; 및 상기 로봇암의 타측에 결합되는 살균하우징;을 포함하고, 상기 3차원 센서 및 살균장치는 상기 살균하우징에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은, 상기 3차원 센서가 획득한 3차원 환경정보를 전달받는 입력유닛; 상기 3차원 환경정보를 전처리하는 환경정보 전처리유닛; 전처리된 3차원 환경정보에 기초하여 살균작업영역을 정의하고, 살균작업경로를 생성하는 작업경로 생성유닛; 생성된 상기 살균작업경로에 기초하여 상기 몸체의 이동경로를 생성하는 이동경로 생성유닛; 생성된 상기 살균작업경로에 기초하여 상기 로봇암의 동작경로를 생성하는 로봇암 동작경로 생성유닛; 생성된 상기 이동경로에 기초하여 상기 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나의 제어신호를 생성하여 상기 구동유닛으로 전달하는 구동유닛 제어유닛; 및 생성된 상기 로봇암의 동작경로에 기초하여 상기 로봇암의 제어신호를 생성하여 상기 로봇암에 전달하는 로봇암 제어유닛;을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 환경정보 전처리유닛은, 상기 3차원 환경정보에 포함된 잡음 성분을 제거하는 노이즈 제거부; 및 상기 3차원 환경정보의 주변 정보 데이터에 기초하여 상기 3차원 환경정보에 포함되지 않은 사각 영역을 보완하는 보간부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 로봇암 동작경로 생성유닛은, 상기 살균작업경로에서의 살균작업을 위한 상기 로봇암의 작용점의 위치 및 방향을 결정하는 작용점 위치 및 방향 결정부; 결정된 상기 로봇암의 작용점의 위치 및 방향이 상기 로봇암이 취할 수 있는 자세인지 여부를 판단하는 로봇암 자세 가능여부 판단부; 상기 로봇암의 이전 위치로부터 상기 작용점 위치 및 방향 결정부에서 결정된 작용점 위치 및 방향으로의 상기 로봇암이 이동시 주변 환경과 충돌 발생 가능성을 판단하는 충돌발생여부 판단부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은, 상기 살균장치의 구동을 제어하는 살균장치 제어유닛;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은, 상기 몸체 내부에 수용된 배터리의 충전상태를 모니터링하는 배터리 관리유닛;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치는, 수중의 3차원 환경을 인식하는 3차원 센서를 이용하여 수중에서의 바닥 및 벽면의 환경을 검출하고, 이에 기초하여 로봇암의 동작경로를 생성한 후 살균처리를 진행함으로써 별도의 교시 없이 정확하고 효율적으로 수중에서의 바닥 및 벽면을 살균할 수 있는 효과가 있다.

또한, 몸체로부터 구동유닛 및 살균유닛을 탈부착 가능하도록 구성함으로써 특정 구성의 고장 발생시 용이한 수리 또는 교체가 가능하며, 이로 인한 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치의 도면이다.
도 2는 도 1에서의 구동유닛의 세부구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서의 살균유닛의 세부구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치의 제어모듈의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4에서의 환경유닛 전처리유닛의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 도 4에서의 로봇암 동작경로 생성유닛의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 도 4에서의 로봇암 동작경로 생성유닛에서의 로봇암 동작경로를 생성하는 방법을 도시한 플로우차트이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치의 구성들에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치는 수영장이나 대형 목욕탕 등의 벽면 및 바닥을 살균처리하기 위한 로봇장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이 몸체(100), 구동유닛(200) 및 살균유닛(300)을 포함하도록 구성된다.

몸체(100)는 수면 위에 뜰 수 있도록 구성되며, 몸체(100) 상부는 수면 위에 노출되고, 하부는 수면 아래로 잠길 수 있도록 구성된다.

이러한 몸체(100)는 내부에 배터리(110) 및 제어모듈(120)을 수용하도록 구성되며, 일측 및 타측 하부는 도 1에 도시된 바와 같이 후술할 구동유닛(200) 및 살균유닛(300)이 각각 결합될 수 있도록 결합홈이 형성된다.

특히 결합홈의 상부는 구동유닛(200) 및 살균유닛(300)의 용이한 결합을 담보하기 위하여 레일홈이 형성되고, 구동유닛(200) 및 살균유닛(300)에는 레일홈과 대응되는 레일돌기가 형성되는 것이 바람직하다.

또한 몸체(100)의 일측에는 구동유닛(200)에 전원 및 제어신호의 전달을 위한 제1 단자(130)가 형성되며, 구동유닛(200)에는 제1 단자(130)와 대응되는 제2 단자(210)가 형성되어, 구동유닛(200)이 몸체(100) 일측에 슬라이딩 결합되는 경우 제1 단자(130)에 제2 단자(210)가 체결되어 몸체(100)와 구동유닛(200)이 전기적으로 연결되게 된다.

마찬가지로 몸체(100)의 타측에는 살균유닛(300)에 전원 및 제어신호의 전달을 위한 제3 단자(140)가 형성되고, 살균유닛(300)에는 상기 제3 단자(140)와 대응되는 제4 단자(310)가 형성되어, 구동유닛(300)이 몸체(100) 타측에 슬라이딩 결합되는 경우 제3 단자(140)에 제4 단자(310)가 체결되어 몸체(100)와 살균유닛(300)이 상호 전기적으로 연결되게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치는 몸체(100), 구동유닛(200) 및 살균유닛(300)이 상호 탈부착할 수 있도록 구성되어, 수중살균 로봇장치의 보관 및 이동의 용이성을 담보할 수 있으며, 나아가 특정 기능에 문제가 발생할 경우 해당 기능을 수행하는 구성만의 교체가 가능하므로 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상술한 바와 같이 몸체(100) 내부에는 배터리(110), 제어모듈(120), 제1 단자(130) 및 제3 단자(140 등이 구비되어 있으므로, 몸체(100) 내부에 물이 유입되지 않도록 구성되어야 하며, 특히 구동유닛(200) 및 살균유닛(300) 과의 결합부위를 통하여 물이 유입되는 것을 방지하기 위하여 제1 단자(130)와 제2 단자(210) 사이 및 제2 단자(140)와 제4 단자(310) 사이에는 실링구조가 적용되어야 할 것이다.

구동유닛(200)은 상술한 바와 같이 몸체(100)의 일측에 탈부착 가능하도록 형성되며, 몸체(100)를 이동시키는 기능을 수행하는 구성이다.

이러한 구동유닛(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 구동유닛 결합부(220), 제1 모터(230), 구동하우징(240), 제2 모터(250) 및 프로펠러(260)를 포함하도록 구성된다.

구동유닛 결합부(220)는 몸체(100)의 일측과 결합되는 구성으로, 구동유닛 결합부(220)의 일측에는 몸체(100)의 제1 단자(130)에 결합되는 제2 단자(210)가 형성된다.

제1 모터(230)는 구동유닛 결합부(220)의 하부에 배치되는 구성으로, 제1 회전축(C1)을 중심으로 회전하는 구성이며, 구동하우징(240)은 제1 모터(230)의 회전에 기초하여 제1 회전축(C1)을 중심으로 회전하는 기능을 수행한다.

제2 모터(250) 및 프로펠러(260)는 상술한 구동하우징(240)에 수용되는 구성으로, 제2 모터(250)는 제1 회전축(C1)과 직교를 이루는 제2 회전축(C2)을 중심으로 회전하는 기능을 수행하며, 프로펠러(260)는 제2 모터(250)의 회전에 기초하여 회전하는 기능을 수행한다.

즉 제2 모터(250)의 구동에 의하여 프로펠러(260)가 회전하게 되며, 이로 인하여 몸체(100)가 이동할 수 있게 되며, 나아가 제2 모터(250)를 회전시킴으로써 몸체(100)의 이동방향을 변경시킬 수 있게 된다.

살균유닛(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 살균유닛 결합부(320), 로봇암(330), 살균하우징(340), 3차원 센서(350) 및 살균장치(360)를 포함하도록 구성된다.

살균유닛 결합부(320)는 몸체(100)의 타측과 결합되는 구성으로, 살균유닛 결합부(320)에는 몸체(100)의 제2 단자(140)와 결합되는 제4 단자(310)가 형성된다.

로봇암(330)은 일측이 살균유닛 결합부(320)의 하부에 연결되고, 적어도 하나의 관절을 포함하는 구성이며, 살균하우징(340)은 로봇암(330)의 타측에 결합되는 구성이다.

특히 살균하우징(340)는 3차원 센서(350) 및 살균장치(360)를 구비하는데, 여기에서 3차원 센서(350)는 depth sensing camera, TOF camera, LiDAR scanner 등일 수 있으며, 이를 통하여 작업 환경의 3차원 정보를 획득할 수 있는 구성이다.

살균장치(360)는 수중 내의 벽면 또는 바닥면을 살균처리하기 위한 구성으로, 자외선 조사장치인 것이 바람직하다.

한편, 구동유닛(200) 및 살균유닛(300)은 몸체(100)에 구비된 제어모듈(120)에 의하여 제어되는데, 이하에서는 도 4 내지 7을 참조하여 몸체(100)에 구비된 제어모듈(120)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다.

제어모듈(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 입력유닛(121), 환경정보 전처리유닛(122), 작업경로 생성유닛(123), 이동경로 생성유닛(124), 로봇암 동작경로 생성유닛(125), 구동유닛 제어유닛(126), 로봇암 제어유닛(127), 살균장치 제어유닛(128) 및 배터리 관리유닛(129)을 포함하도록 구성된다.

입력유닛(121)은 3차원 센서(350)가 획득한 3차원 환경정보를 전달받는 기능을 수행하는데, 구체적으로 3차원 센서(350)를 통하여 점군(Point Cloud) 형태의 작업 환경의 3차원 정보를 획득한다.

특히 3차원 센서(350)는 depth sensing camera일 수 있으며, 이러한 depth sensing camera에 의해 작업 환경의 3차원 정보를 생성하되, 구체적으로는 depth image와 RGB image를 융합함으로써 작업 환경에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다.

전처리유닛(122)은 입력유닛(121)이 전달받은 3차원 환경정보를 전처리하는 기능을 수행하는데, 이러한 전처리유닛(122)은 구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이 노이즈 제거부(122a) 및 보간부(122b)를 포함하도록 구성될 수 있다.

노이즈 제거부(122a)는 3차원 환경정보에 포함된 잡음 성분을 제거하는 기능을 수행하며, 보간부(122b)는 3차원 환경정보의 주변 정보 데이터에 기초하여 3차원 환경정보에 포함되지 않은 사각 영역, 즉 빈 공간을 보완하는 기능을 수행한다.

작업경로 생성유닛(123)은 전처리된 3차원 환경정보에 기초하여 살균작업영역을 정의하고 살균작업경로를 생성하는 기능을 수행하는데, 구체적으로 사용자는 3차원 센서(350)의 depth image 또는 RGB image에서 직접 작업영역을 지정할 수 있으며, 이 경우 사용자가 지정한 작업 영역에 대하여 3차원 환경정보를 매칭하여 3차원 공간 상에서 작업경로를 생성하게 된다.

이동경로 생성유닛(124)은 생성된 살균작업경로에 기초하여 몸체(100)의 이동경로를 생성하는 기능을 수행하는데, 즉 현재 몸체(100)의 위치에서 로봇암(330)의 구동만으로는 해당 살균작업영역의 살균이 어려운 상황이라면 이동경로 생성유닛(124)은 몸체(100)를 해당 살균작업영역과 근접하게 이동하기 위한 이동경로를 생성하게 된다.

로봇암 동작경로 생성유닛(125)은 생성된 살균작업경로에 기초하여 로봇암(340)의 동작경로를 생성하는 기능을 수행하며, 구체적으로 살균작업경로에 대하여 로봇암(340)이 작업을 수행할 수 있는지 평가하고 그에 적합한 로봇함(340)의 동작 경로(joint space)를 생성한다.

이를 위하여 로봇암 동작경로 생성유닛(125)은 구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 작용점 위치 및 방향 결정부(125a), 로봇암 자세 가능여부 판단부(125b) 및 충돌발생여부 판단부(125c)를 포함하도록 구성될 수 있다.

작용점 위치 및 방향 결정부(125a)는 살균작업경로에서의 살균작업을 위한 로봇암(340)의 작용점의 위치 및 방향을 결정하는 기능을 수행하는데, 구체적으로 이웃하는 영역의 점군 정보를 활용하여 부분적으로 해당 공간을 평면으로 근사화하고 평면의 법선 벡터를 추정한다.

이후 법선 벡터 정보를 이용하여 살균을 위한 거리 등의 작업 조건을 위한 위치 및 방향 등의 로봇암(340)의 작용점 자세를 계산한다.

로봇암 자세 가능여부 판단부(125b)는 결정된 로봇암(340)의 작용점의 위치 및 방향이 로봇암(340)이 취할 수 있는 자세인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.

즉, 로봇암(340)의 작용점 자세에 대하여 역기구학을 계산하여 해가 도출되는지를 판단하고, 해가 존재하지 않는다면 도 7에 도시된 바와 같이 작용점 자세 조건을 완화하여 다시 역기구학을 계산하는 방식으로 진행되며, 해가 존재하면 이후 단계가 진행된다.

충돌발생여부 판단부(125c)는 로봇암(340)의 이전 위치로부터 상기 작용점 위치 및 방향 결정부(125a)에서 결정된 작용점 위치 및 방향으로의 상기 로봇암(340)이 이동시 주변 환경과 충돌 발생 가능성을 판단하는 기능을 수행한다.

즉, 이전 경우점에서 현재의 자세로 로봇암(340)의 움직임을 시뮬레이션하여 주변 환경과의 충돌 발생여부를 확인하며, 충돌이 발생하는 것으로 판단되면 도 7에 도시된 바와 같이 작용점 자세의 조건을 완화하여 다시 로봇암 자세 가능여부를 판단하는 과정을 수행하게 된다.

구동유닛 제어유닛(126)은 이동경로 생성유닛(124)이 생성한 몸체(100)의 이동경로에 기초하여 제1 모터(240) 및 제2 모터(250) 중 적어도 하나의 제어신호를 생성하여 구동유닛(200)으로 전달하는 기능을 수행한다.

로봇암 제어유닛(127)은 로봇암 동작경로 생성유닛(125)에서 생성된 로봇암(340)의 동작경로에 기초하여 로봇암(340)의 제어신호를 생성하여 로봇암(340)에 전달하는 기능을 수행한다.

살균장치 제어유닛(128)은 살균장치(128)의 구동을 제어하는 기능을 수행하며, 평상시에는 살균장치(128)를 OFF 상태로 유지하다가 로봇암(340)이 실제 살균작업경로 중 최초 위치로 이동하였을 때 ON 시킨 후 살균작업경로 중 최종 위치에 도착하였을 때 다시 OFF 시키도록 함으로써 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있게 된다.

마지막으로 배터리 관리유닛(129)은 몸체(100) 내부에 수용된 배터리(110)의 상태를 모니터링하는 기능을 수행하며, 제어모듈(120)에서 몸체(100)의 이동경로 생성 및 로봇암(340)의 동작경로를 생성시 배터리(110)의 충전률을 고려하여 생성하는 것도 가능할 것이다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 몸체
200: 구동유닛
300: 살균유닛

Claims

수면 위를 부상할 수 있도록 구성되고, 내부에 배터리 및 제어모듈을 수용하도록 형성된 몸체;
일측이 상기 몸체의 일측과 탈부착 가능하도록 구성되고, 타측에는 상기 몸체의 이동을 위한 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 제1 모터의 제1 회전축과 직교를 이루는 제2 회전축을 중심으로 회전하는 제2 모터가 배치되는 구동유닛; 및
일측이 상기 몸체의 타측과 탈부착 가능하도록 구성되고, 타측에는 상기 제어모듈의 제어신호에 기초하여 수중의 3차원 환경을 인식하는 3차원 센서와, 인식된 상기 3차원 환경에 기초하여 수중 내부 구조물 표면을 살균처리하는 살균장치를 구비하며 상기 살균장치의 일측에 로봇암을 구비하는 살균유닛;
을 포함하고,
상기 제어모듈은,
상기 3차원 센서가 획득한 3차원 환경정보를 전달받는 입력유닛;
상기 3차원 환경정보를 전처리하는 환경정보 전처리유닛;
전처리된 3차원 환경정보에 기초하여 살균작업영역을 정의하고, 살균작업경로를 생성하는 작업경로 생성유닛;
생성된 상기 살균작업경로에 기초하여 상기 몸체의 이동경로를 생성하는 이동경로 생성유닛;
생성된 상기 살균작업경로에 기초하여 상기 로봇암의 동작경로를 생성하는 로봇암 동작경로 생성유닛;
생성된 상기 이동경로에 기초하여 상기 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나의 제어신호를 생성하여 상기 구동유닛으로 전달하는 구동유닛 제어유닛; 및
생성된 상기 로봇암의 동작경로에 기초하여 상기 로봇암의 제어신호를 생성하여 상기 로봇암에 전달하는 로봇암 제어유닛;
을 포함하는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 1에 있어서,
상기 몸체의 일측에는 상기 구동유닛에 전원 및 제어신호의 전달을 위한 제1 단자가 형성되고, 상기 구동유닛에는 상기 제1 단자와 대응되는 제2 단자가 형성되고,
상기 구동유닛이 상기 몸체 일측에 슬라이딩 결합되는 경우 상기 제1 단자에 제2 단자가 체결되어 상호 전기적으로 연결되는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 2에 있어서, 상기 구동유닛은,
일측에 상기 제2 단자가 형성되는 구동유닛 결합부;
상기 구동유닛 결합부의 하부에 배치되되, 제1 회전축을 중심으로 회전하는 제1 모터;
상기 제1 모터의 회전에 기초하여 제1 회전축(C1)을 중심으로 회전하는 구동하우징;
상기 구동하우징 내부에 수용되되, 상기 제1 회전축과 직교를 이루는 제2 회전축을 중심으로 회전하는 제2 모터; 및
상기 제2 모터의 회전에 기초하여 회전하는 프로펠러;
를 포함하는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 1에 있어서,
상기 몸체의 타측에는 상기 살균유닛에 전원 및 제어신호의 전달을 위한 제3 단자가 형성되고, 상기 살균유닛에는 상기 제3 단자와 대응되는 제4 단자가 형성되고,
상기 살균유닛이 상기 몸체 타측에 슬라이딩 결합되는 경우 상기 제3 단자에 상기 제4 단자가 체결되어 상호 전기적으로 연결되는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 4에 있어서, 상기 살균유닛은,
일측에 상기 제4 단자가 형성되는 살균유닛 결합부;
일측이 상기 살균유닛 결합부의 하부에 연결되고 적어도 하나의 관절을 포함하는 로봇암; 및
상기 로봇암의 타측에 결합되는 살균하우징;
을 포함하고,
상기 3차원 센서 및 살균장치는 상기 살균하우징에 구비되는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 환경정보 전처리유닛은,
상기 3차원 환경정보에 포함된 잡음 성분을 제거하는 노이즈 제거부; 및
상기 3차원 환경정보의 주변 정보 데이터에 기초하여 상기 3차원 환경정보에 포함되지 않은 사각 영역을 보완하는 보간부;
를 포함하는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 1에 있어서, 상기 로봇암 동작경로 생성유닛은,
상기 살균작업경로에서의 살균작업을 위한 상기 로봇암의 작용점의 위치 및 방향을 결정하는 작용점 위치 및 방향 결정부;
결정된 상기 로봇암의 작용점의 위치 및 방향이 상기 로봇암이 취할 수 있는 자세인지 여부를 판단하는 로봇암 자세 가능여부 판단부;
상기 로봇암의 이전 위치로부터 상기 작용점 위치 및 방향 결정부에서 결정된 작용점 위치 및 방향으로의 상기 로봇암이 이동시 주변 환경과 충돌 발생 가능성을 판단하는 충돌발생여부 판단부;
를 포함하는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어모듈은,
상기 살균장치의 구동을 제어하는 살균장치 제어유닛;을 더 포함하는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.
청구항 9에 있어서, 상기 제어모듈은,
상기 몸체 내부에 수용된 배터리의 충전상태를 모니터링하는 배터리 관리유닛;을 더 포함하는 3차원 환경인식 기반 수중살균 로봇장치.