KR102461220B1 - 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템 및 그 방법 - Google Patents

초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 추종 대상에 탑재 또는 부착되어 무선신호를 출력하는 발신기(20); 및 발신기(20)로부터 송신된 무선신호를 수신하여 실시간으로 위치를 감지하여 추종 대상을 설정된 거리 이내에서 추종하는 모바일 로봇(10); 을 포함하고, 모바일 로봇(10)은 발신기(20)의 무선신호를 수신하여 거리를 측정하는 복수의 수신기; 복수의 구동롤러를 구동시키는 로봇 구동부(130); 및 수신기별로 발신기(20)와의 거리를 측정하고, 수신기별로 산출된 거리에 해당되는 모든 좌표들 중 공통적으로 포함된 좌표를 위치로 결정하여 로봇 구동부(130)를 제어하는 컨트롤러(110); 를 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템을 포함한다.

Description

초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템 및 그 방법{MOBILE ROBOT FOLLOWING SYSTEM USING ULTRA WIDE BAND WIRELESS TECHNOLOGY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 초광대역 무선 기술(UWB: Ultra Wide Band)을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템 그 방법에 관한 것이다.
최근 공항과 같은 공공 자소에서 이용자들에게 각종 서비스를 보다 효과적으로 제공하기 위하여, 모바일 로봇 등이 도입되어 사용되고 있다.
이용자들은 공항에 배치된 모바일 로봇을 통해 공항 내 길 안내 서비스, 탑승 정보 안내 서비스, 기타 멀티미디어 컨텐츠 제공 서비스 등과 같은 각종 서비스를 이용할 수 있다.
하지만, 아직 로봇 스스로 인공 지능으로 자율주행 것은 제한적이다. 이는 아직 로봇의 인공지능이 자율사고의 영역에 도달하지 못하였기 때문이며, 그렇기에 여전히 전반적으로 모바일 로봇은 인간의 공존, 협업을 필요로 한다.
따라서 이러한 모바일 로봇이 인간과의 협업에 유리한 환경을 제공하기 위해 가장 기본적인 추종 기능을 적용할 필요성이 있다.
이 추종을 위해 사용할 수 있는 UWB(Ultra Wide Band: 초광대역 무선 기술)은 실내 위치 추종에서 BLE, 블루투스, Wifi 보다 더 정밀하게 위치 추종을 할 수 있다는 장점을 가진 무선 기술 중 하나이다.
그리고 UWB는 송신 소모 전력이 작아 저전력, 저가격 소형으로 구현이 가능하며, 광대역을 사용하여 협대역 간섭에 강하며 신호의 스펙트럼이 유사 잡음 형태를 보이므로 보안성 또한 향상된다.
그러나, 종래의 UWB(Ultra Wide Band: 초광대역 무선 기술)를 이용한 위치 측정 시스템은 고정된 좌표계 내에서 대상의 위치를 특정하는 RTLS(Real Time Location System)구축의 용도로만 사용되어 왔다.
또한, 종래의 모바일 로봇은 대상의 추종을 위하여 카메라를 이용한 이미지 처리 시스템, 고사양 범위 거리 측정 센서 등의 고비용 장비 또는 AI 시스템과 같이 높은 기술수준이 필요함에 따라 제조비용을 증가시켰다.
한국공개특허공보 제10-2019-0037401호(2019.04.08)
따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상호 이동하는 좌표계에 UWB(Ultra Wide Band: 초광대역 무선 기술) 기술을 적용하여 이동 추종 대상을 추종할 수 있는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 추종 대상에 탑재 또는 부착되어 무선신호를 출력하는 발신기 및 발신기로부터 송신된 무선신호를 수신하여 실시간으로 위치를 감지하여 추종 대상을 설정된 거리 이내에서 추종하는 모바일 로봇을 포함하고, 모바일 로봇은 발신기의 무선신호를 수신하여 거리를 측정하는 복수의 수신기와, 복수의 구동롤러를 구동시키는 로봇 구동부 및 수신기별로 수신된 무선신호를 이용하여 수신기별 발신기와의 거리를 측정하고, 수신기별로 확인된 거리에 해당되는 모든 좌표들중 공통적으로 포함된 좌표를 추종 위치로 결정하여 로봇 구동부를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
위 실시예에서, 컨트롤러는 수신기별 발신기와의 거리를 산출하는 거리 측정 모듈과, 거리 측정 모듈에서 산출된 수신기별 발신기와의 거리 정보를 통하여 추종 대상의 위치를 산출하는 위치 감지 모듈 및 위치 감지 결과를 통하여 로봇 구동부를 제어하는 구동 제어 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 위치 감지 모듈은 수신기별 발신기와의 산출된 거리에 해당하는 좌표 모두를 선으로 연결하여 생성된 복수의 가상 원들의 교점에 해당되는 공통 좌표를 산출하고, 로봇 구동부를 제어하여 설정된 거리 만큼 이동시킨 후 일치된 거리 변화량을 갖는 공통 좌표를 발신기 위치로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 발신기의 무선신호를 수신하는 복수의 수신기가 구비되는 모바일 로봇을 구비하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법에 관한 것으로서, 모바일 로봇이 작동되어 추종 대상의 위치를 감지하는 초기 감지 단계 및 초기 감지 단계에서 감지된 추종 대상의 거리와 위치를 실시간으로 감지하여 설정된 거리를 유지하면서 추종하는 추종 단계를 포함하고, 초기 감지 단계는 a)추종 대상에 부착된 발신기의 송신신호를 수신하는 복수의 수신기별로 발신기와의 거리를 측정하는 단계와, b)수신기별 거리에 해당되는 모든 좌표를 연결하는 가상의 원을 생성하고, 생성된 원들의 교점을 공통 좌표로 산출하는 단계와, c)산출된 공통 좌표와 모바일 로봇의 설정된 기준점을 수직으로 정렬하도록 모바일 로봇을 회전시키는 단계 및 d)추종 대상과 설정된 초기 거리를 유지하도록 이동하는 단계를 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법을 제공할 수 있다.
위 실시예는 b-1)설정된 거리만큼 이동하고, b)단계에서 복수로 설정된 공통 좌표 중 수신기별 발신기와의 거리가 이동된 거리와 일치되는 변화되는 공통 좌표를 발신기의 위치로 결정하는 단계를 더 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법을 제공한다.
또한, 위 실시예에서 c) 단계는 모바일 로봇을 이동시키는 복수의 구동롤러를 수신기별 발신기의 거리가 일치될 때까지 서로 다른 회전수로서 회전시킬 수 있다.
또한, 위 실시예에서 b-2)발신기의 방향을 포함하는 스위칭 신호가 입력되면, 해당 방향의 공통 좌표를 발신기의 위치로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 위 실시예에서 b-3)발신기의 방향을 포함하는 무선신호가 수신되면, 해당 방향의 공통 좌표를 발신기의 위치로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 UWB 신호의 세기를 통하여 측정된 모바일 로봇과 추종 대상의 거리를 통하여 그 위치를 특정하여 추종이 가능함에 따라 기존에 비하여 추종 대상의 탐지가 용이한 반면 보다 저렴한 비용으로 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2는 컨트롤러의 블럭도이다.
도 3은 로봇 구동부의 블럭도이다.
도 4는 모바일 로봇의 거리 및 방향 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 S100 단계를 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6의 각 단계별 모바일 로봇의 동작을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 거리 및 방향 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있지만, 특정 실시예를 도면에 예시하여 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 서로 다른 방향으로 연장되는 구조물을 연결 및/또는 고정시키기 위한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물중 어느 하나에 해당되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는 본 발명에 따른 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템 및 그 방법의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템을 도시한 블럭도, 도 2는 컨트롤러의 블럭도, 도 3은 로봇 구동부의 블럭도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 추종 대상에 부착 또는 소유하여 UWB(Ultra Wide Band: 초광대역 무선 기술) 신호를 출력하는 발신기(20)와, 발신기(20)의 UWB 신호를 수신하여 거리 및 위치를 측정하고 추종하는 모바일 로봇(10)을 포함한다.
발신기(20)는 추종 대상에 설치 또는 부착되는 UWB 태그(Tag)로서 UWB 신호를 실시간으로 출력한다.
모바일 로봇(10)은 발신기(20)로부터 수신된 UWB 신호를 이용하여 거리를 측정하고, 측정된 거리에 따라 추종 대상의 이동좌표를 산출하여 해당 이동 좌표로 이동한다.
즉, 모바일 로봇(10)은 실내의 고정된 좌표에 따른 추종 대상의 산출이 아닌 이동 좌표 방식을 적용한 것으로 추종 대상과의 위치를 실시간으로 산출하여 해당 위치로 이동하면서 추종 대상과 설정된 추종 거리를 유지하면서 추종할 수 있다.
이를 위하여 모바일 로봇(10)은 UWB 신호를 수신하는 제1수신기(121)와 제2수신기(122), 제1수신기(121)와 제2수신기(122)에서 수신된 신호의 세기를 통하여 거리 및 좌표를 산출하는 컨트롤러(110)와, 컨트롤러(110)의 제어에 따라서 모바일 로봇(10)을 이동시키는 로봇 구동부(130)를 포함할 수 있다.
제1수신기(121)와 제2수신기(122)는 모바일 로봇(10)의 몸체에서 상호 이격되도록 설치되어 각각 발신기(20)로부터 송신된 UWB 신호를 수신한다. 여기서 제1수신기(121)와 제2수신기(122)는 발신기(20)의 위치에 따라서 서로 다른 세기의 신호를 수신한다. 즉, 제1수신기(121)와 제2수신기(122)는 발신기(20)와의 거리에 따라서 서로 다른 세기로서 발신기(20)의 발신신호를 수신한다.
컨트롤러(110)는 제1수신기(121)와 제2수신기(122)에서 수신된 발신기(20)의 신호를 수신하여 수신기별로 발신기(20)와의 거리 및 발신기(20)의 현재 위치 정보를 산출하여 로봇 구동부(130)를 제어한다.
구체적으로 컨트롤러(110)는 제1수신기(121) 및 제2수신기(122)와 발신기(20) 간의 거리를 산출하는 거리 측정 모듈(111)과, 추종 대상의 위치를 산출하는 위치 감지 모듈(112)과, 거리 및 위치 감지 결과를 통하여 로봇 구동부(130)를 제어하는 구동 제어 모듈(113)을 포함한다.
거리 측정 모듈(111)은, 예를 들면, 제1수신기(121)와 제2수신기(122)에서 각각 수신된 UWB 신호 세기 혹은 수신기와 발신기 사이의 송수신 신호들의 시간차이를 이용하여 거리를 계산한다.
위치 감지 모듈(112)은 제1수신기(121)와 발신기(20)와의 거리, 제2수신기(122)와 발신기(20)와의 거리를 통하여 현재 발신기(20)의 좌표를 산출한다. 이와 같은 위치 감지 모듈(112)의 좌표 산출 과정은 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는모바일 로봇의 위치 감지 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, C1의 중심점인 C11은 제1수신기(121), 반지름 R1은 제1수신기(121)와 발신기(20)와의 계산된 거리이다.
C2의 중심점인 C21은 제2수신기(122), 반지름 R2은 제2수신기(122)와 발신기(20)와의 계산된 거리이다.
또한, A와 A'는 C1과 C2의 교점으로서 참과 거짓의 추종대상에 해당된다.
F1은 교점들과 수직인 중심점으로서 모바일 로봇(10)의 기준점(F1)에 해당된다.
예를 들면, 위치 감지 모듈(112)은 거리 측정 모듈(111)로부터 산출된 제1수신기(121) 및 제2수신기(122)와의 거리만 알 뿐, 그 정확한 위치는 모르는 상태이다.
따라서 위치 감지 모듈(112)은 제1수신기(121)로부터 산출된 거리 R1에 해당하는 좌표 모두를 선으로 연결하여 가상의 원 C1을 생성하고, 제2수신기(122)와 발신기(20) 간의 거리 R2에 해당되는 모든 좌표를 선으로 연결하여 가상의 원인 C2를 생성한다.
추종 대상의 위치는 제1수신기(121)와 발신기(20)와의 거리 R1 만큼 이격된 위치(좌표)와, 제2수신기(122)와 발신기(20)와의 거리 R2 만큼의 이격된 위치에 모두 해당되는 공통 좌표에 위치한다. 여기서 공통 좌표는 두 개의 가상 원의 교점에 해당됨에 따라 2개의 원인 C1과 C2의 교점(A, A')에 해당된다.
따라서 위치 감지 모듈(112)은 수신기(121, 122)들과 발신기(10)간의 거리 이자 C1과 C2의 반지름인 R1, R2를 이용하여 2개의 공통 좌표(A, A')를 산출하고, 해당 공통 좌표(A, A')들 중 참과 거짓을 구별하여 최종 위치를 산출한다.
그리고 위치 감지 모듈(112)은 2개의 공통 좌표(A, A')가 산출되면, 로봇 구동부(130)를 제어하여 설정된 거리 만큼 이동시키도록 로봇 구동부(130)를 제어하고, 공통 좌표들과의 거리 변화를 측정한다.
예를 들면, 위치 감지 모듈(112)은 A 좌표 방향으로 이동 로봇을 이동하도록 로봇 구동부(130)를 제어한 뒤에 R1 및 R2 값의 변화량이 이동 거리와 일치 되면 A 좌표를 참, A' 좌표를 거짓으로 판정한다. 즉, 위치 감지 모듈(112)은 추종 대상의 위치를 A 좌표로 산출하고, A' 좌표를 삭제한다.
구동 제어 모듈(113)은 로봇 구동부(130)를 제어한다. 예를 들면, 구동 제어 모듈(113)은 추종 대상의 좌표(예를 들면, A 좌표)와 모바일로봇의 기준점(F1)이 수직방향으로 정렬되도록 로봇 구동부(130)를 제어하여 모바일 로봇(10)의 방향 및 자세를 조정하고, 로봇 구동부(130)를 제어하여 추종 대상의 위치로 이동하도록 제어한다.
로봇 구동부(130)는 제1구동 롤러(133)와 제2구동 롤러(134), 제1구동 롤러(133)를 회전시키는 제1구동 수단(131), 제2구동 롤러(134)를 회전시키는 제2구동 수단(132)을 포함할 수 있다.
여기서 제1구동 수단(131)과 제2구동 수단(132)은 전동 모터로서 구동 제어 모듈(113)에 의해 설정된 회전수로서 제1구동 롤러(133)와 제2구동 롤러(134)를 각각 구동시킨다. 예를 들면, 구동 제어 모듈(113)은 제1구동 롤러(133)가 제1수신기(121), 제2구동 롤러(134)가 제2수신기(122)와 근접한 위치에 설치되었고, R1이 R2 보다 크다면, 제1구동 롤러(133)가 제2구동 롤러(134) 보다 빠르게 회전되도록 제1구동 수단(131) 및 제2구동 수단(132)을 제어한다.
그러므로 제1구동 수단(131)은 제1구동 롤러(133)를 설정 시간 동안 2 회전 시키고, 제2구동 수단(132)은 동 시간동안 1 회전 시켜 모바일 로봇(10)의 방향을 회전시킬 수 있다.
즉, 구동 제어 모듈(113)은 상술한 모바일 로봇(10)의 기준점(F1)과 산출된 A 좌표가 수직으로 정렬될 수 있는 방향으로 제1구동 수단(131)과 제2구동 수단(132)을 선택적으로 제어한다.
그리고 구동 제어 모듈(113)은 R1과 R2가 동일하면, 제1구동 수단(131)과 제2구동 수단(132)을 동일한 회전수로서 구동시켜 설정된 초기 거리(L1, 도 7의 (e) 참조)를 유지하도록 모바일 로봇(10)을 추종 대상(결정된 공통 좌표)으로 이동 시킨다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명에 다른 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명은 모바일 로봇(10)이 추종 대상의 위치를 특정하고, 설정된 초기 거리(L1, 도 7의 (e) 참조)로 이동하기 위한 S100 단계와, S100 단계에서 감지된 추종 대상을 추종하는 S200 단계를 포함할 수 있다.
S100 단계는 모바일 로봇(10)이 발신기(20)로부터 최초 UWB 신호를 수신하거나, 전원이 인가 되었을 때 추종 대상의 위치를 결정하기 위한 초기 감지 단계이다. 예를 들면, 모바일 로봇(10)은 평시 대기 상태에서 발신기(20)로부터 UWB 신호가 수신되면, 대기 상태를 해제하고, 해당 발신기(20)를 추종하기 위하여 추종 대상의 위치를 감지하여 설정된 초기 거리(L1)를 유지하도록 이동한다. 이와 같은 S100 단계에 대한 상세 설명은 도 6을 참조하여 후술한다.
S200 단계는 초기 감지 단계 이후에 감지 및 설정된 초기 거리(L1) 이내에 위치한 추종 대상을 추종하는 단계이다. 여기서 컨트롤러(110)는 실시간으로 추종 대상의 위치를 감지하여 설정된 추종 거리를 유지하도록 로봇 구동부(130)를 제어할 수 있다. 여기서 추종 거리와 초기 거리(L1)는 동일하거나 차이가 있을 수 있다.
도 6은 S100 단계를 도시한 순서도, 도 7은 S100 단계의 단계별 모바일 로봇(10)의 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 초기 거리(L1)를 측정하는 S110 단계와, 측정된 거리를 이용하여 복수의 공통 좌표를 산출하는 S120 단계와, 복수의 공통 좌표 중 어느 하나를 발신기(20)의 위치로 결정하는 S130 단계와, 공통 좌표와 모바일 로봇(10)의 기준점(F1)을 수직으로 정렬시키는 S140 단계와, 설정된 초기 거리(L1)를 유지하도록 모바일로봇을 추종대상으로이동시키는 S150 단계를 포함한다.
S110 단계는 초기 거리를 측정 하는 단계이다. 컨트롤러(110)는 대기 상태에서 복수의 수신기로부터 발신기(20)의 UWB 신호가 수신되면, 각 수신기별로 발신기(20)와의 초기 거리를 측정한다.
예를 들면, 컨트롤러(110)는, 제1수신기(121)와 발신기(20)(추종 대상)와의 거리 R1과, 제2수신기(122)와 발신기(20)(추종 대상)간의 거리 R2를 산출한다.
S120 단계는 공통 좌표를 산출하는 단계이다. 컨트롤러(110)는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 제1수신기(121)와 발신기(20), 제2수신기(122)와 발신기(20) 간의 거리 값 R1과 R2를 통하여 가상의 원 C1과 C2를 생성하고, 가상 원들간의 교점을 공통 좌표로 산출한다.
여기서 컨트롤러(110)는 제1발신기(20)로부터 R1에 해당되는 모든 좌표들이 연결되는 가상의 원 C1과, 제2발신기(20)로부터 R2에 해당되는 모든 좌표가 연결되는 가상의 원 C2를 생성하여 두 가상의 원들이 교차되는 접점인 A와 A'를 공통 좌표로 산출한다.
이때, 공통 좌표는 수신기(121, 122)들의 숫자에 따라 도면에 도시된 바와 같이 복수가될 수 있다.
S130 단계는 컨트롤러(110)가 복수의 공통 좌표 중에서 발신기(20)의 위치를 결정하는 단계이다. 여기서 컨트롤러(110)는 로봇 구동부(130)를 구동시켜 소정의 거리만큼 이동시킨 후 각 수신기별 발신기(20)와의 거리(R1과 R2) 변화량을 감지한다.
예를 들면, 컨트롤러(110)는, 도 7의 (b)와 (c)를 참조하면, 모바일 로봇(10)이 A 좌표 측 방향으로 이동 하고, R1 및/또는 R2 값의 변화량이 이동된 거리와 일치되면 A 좌표를 참으로 판정하고 A' 좌표를 거짓으로 판정한다.
또는, 컨트롤러(110)는 모바일 로봇(10)이 A 좌표 측 방향으로 이동 하고, R1 및/또는 R2 값의 변화량이 이동거리와 일치하지 않으면 A 좌표를 거짓으로 판정하여 대상 좌표를 삭제한다.
S140 단계는 컨트롤러(110)가 모바일 로봇(10)의 기준점(F1)과 공통 좌표를 수직 방향으로정렬시키는 단계이다. 예를 들면, 컨트롤러(110)는, 도 7의 (d)를 참조하면, 제1수신기(121) 와 발신기(20)와의 거리 R1이 제2수신기(122)와 발신기(20)와의 거리 R2 보다 큰값(R1>R2)이 감지되면, R1과 R2가 동일한 값을 갖도록 로봇 구동부(130)를 제어하여 모바일 로봇(10)을 회전시킨다.
이때, 컨트롤러(110)는 지면과 마찰하면서 회전되는 제1구동 롤러(133)와 제2구동 롤러(134)의 회전수를 서로 다르게 제어하여 R1과 R2가 동일한 값을 갖는 방향으로 회전되도록 제어하며, 그 값이 동일하면 구동롤러들의 차별된 제어를 정지한다.
따라서 모바일 로봇(10)은 도 7의 (e)와 같이 A 좌표와 기준점(F1)이 수직으로 정렬된 방향으로 회전될 수 있다.
S150 단계는 컨트롤러(110)가 추종 대상과 설정된 초기 거리(F1)를 유지할 수 있도록 로봇 구동부(130)를 제어하여 이동하는 단계이다. 설정된 초기 거리(F1)는 추종 시작 또는 시작전에 추종 대상과 모바일 로봇(10)간의 최소 거리를 의미한다. 따라서 컨트롤러(110)는 추정 대상과 설정된 초기 거리(F1)를 유지할 수 있도록 로봇 구동부(130)를 제어한다.
그러므로 모바일 로봇(10)은 추종 대상과 설정된 초기 거리(F1) 이내에 위치하도록 이동하고, 이후 추종 대상의 이동이 시작되면 S200 단계를 진행하여 실시간으로 거리와 위치를 감지하여 설정된 추종 거리를 유지한 체로 추종한다.
또한, 본 발명은 3점 측위 방법을 적용하여 추종 대상의 위치를 산출할 수 있다. 이는 도 8과 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면, 도 9는 도 8의 거리 및 방향 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 발신기(20)와의 거리를 각각 산출하여 컨트롤러(110)에 출력하는 제1수신기(121)와 제2수신기(122) 및 제3수신기(123)를 포함한다.
예를 들면, 제1수신기(121)와 제2수신기(122) 및 제3수신기(123)는 발신기(20)로부터 수신된 신호의 세기 또는 송수신 시간차를 통하여 각각 발신기(20)와의 거리(R1, R2, R3)를 산출한다.
그리고 컨트롤러(110)는 산출된 거리에 해당되는 모든 좌표를 연결하여 가상의 원을 생성한다. 즉, 제1수신기는 C1, 제2수신기는 C2, 제3수신기(123)는 C3의 가상 원을 생성하고, 각 원의 반지름(R1, R2, R3)은 발신기(20)와의 거리에 해당된다.
따라서 컨트롤러(110)는 3개의 가상 원(C1, C2, C3)의 교점(A)을 확인하고, 해당 교점(A)을 추종 대상의 위치로 결정한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예는 3점 측위 방식을 적용 함에 따라 앞서 설명한 2 이상의 공통 좌표(A, A')의 참과 거짓을 판별하는 과정을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 실시예에서 A좌표와 A' 좌표의 참과 거짓을 판정하는 과정 대신 추종 대상(예를 들면, 사용자 또는 추종 대상의 관리자)의 수동 조작으로 위 과정을 생략함도 가능하다. 이는 도 10과 도 11을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명은 추종 대상에 부착 또는 소유하여 UWB(Ultra Wide Band: 초광대역 무선 기술) 신호를 출력하는 발신기(20)(예를 들면, UWB 태그)와, 발신기(20)의 UWB 신호를 수신하여 거리 및 위치를 측정하고 추종하는 모바일 로봇(10)을 포함한다.
여기서 모바일 로봇(10)은 UWB 신호를 수신하는 제1수신기(121)와 제2수신기(122), 제1수신기(121)와 제2수신기(122)에서 수신된 신호의 세기를 통하여 거리 및 좌표를 산출하는 컨트롤러(110)와, 컨트롤러(110)의 제어에 따라서 모바일 로봇(10)을 이동시키는 로봇 구동부(130)와, 추종 대상의 방향 선택 신호를 출력하는 제1스위치(141)와 제2스위치(142)를 포함할 수 있다.
이중, 제1스위치(141)와 제2스위치(142)는 각각 서로 다른 방향으로 방향 선택 신호를 출력한다.
예를 들면, 사용자는 상술한 실시예의 S110 단계 내지 S130 단계에서 모바일 로봇(10)과 발신기(20)가 부착된 추종 대상(사용자 자신 또는 타인 , 별도의 이동장치 중 어느 하나)의 현재 위치한 방향을 확인하여 해당 방향의 선택 신호를 출력하도록 설정된 스위치를 스위칭한다.
예를 들면, 제1스위치(141)는 제1방향의 선택 신호를 출력하고, 제2스위치(142)는 제2방향의 선택 신호를 출력한다.
여기서 스위치의 숫자는 한정된 것이 아니며, 방향을 보다 세분화할 경우에 제3방향과 제4방향 또는 그 이상의 방향을 설정할 수 있는 스위치가 추가될 수있다.
따라서 컨트롤러(110)는 제1스위치(141)가 온되면 제1방향 또는 제2스위치(142)가 온 되면 제2 방향에 추종 대상이 위치한 것으로 감지하여 그외 방향의 좌표를 삭제하고, 해당 방향의 좌표를 추종 대상(발신기(20))의 위치로 결정한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예는 일실시예에서 모바일 로봇(10)을 이동시킨 후 거리 변화량을 통하여 복수의 공통 좌표 중 어느 하나로 추종 대상의 위치를 특정하는 과정을 사용자의 수동 조작으로 간략화 시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 위와 같은 초기 위치 감지 과정을 간략화하기 위하여 또 다른 실시예를 포함할 수 있다. 이는 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 간략 도시한 블럭도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 제1수신기(121)와 제2수신기(122)와 컨트롤러(110), 로봇 구동부(130)를 포함하는 모바일 로봇(10)과, 발신기(20), 사용자의 수동 명령을 송신하는 모바일 단말(30)을 포함한다.
여기서 모바일 로봇(10)은 모바일 단말(30)과 송수신하는 무선 통신부(150)를 더 포함한다.
모바일 단말(30)은 스마트폰, 노트북, PDA, 태블릿 PC와 같은 무선 통신이 가능한 휴대용 단말로서 추종 대상의 위치를 선택할 수 있는 메뉴가 포함된 앱이 설치될 수 있다.
또한, 무선 통신부(150)는 모바일 단말(30)로부터 수신된 추종 대상의 방향이 포함된 방향 선택 신호를 컨트롤러(110)에 출력한다.
따라서 컨트롤러(110)는 무선 통신부(150)로부터 수신된 방향 선택 신호에 따라 해당 방향의 공통 좌표를 추종 대상의 초기 위치로 결정한다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예는 사용자가 추종 대상의 방향을 수동 조작으로 선택 입력하되, 무선 통신이 가능한 단말로서 모바일 로봇(10)과 무선 통신을 실행하여 진행하는 것을 특징으로 한다.
여기서 모바일 단말(30)은 모바일 로봇(10)의 컨트롤러(110)와 데이터의 송수신이 가능한 어플리케이션에 의해 실행되는 앱을 통하여 구현된 메뉴를 통하여 모바일 로봇(10)의 초기 감지 단계에서의 초기 거리와, 추종 단계에서의 추종 거리를 임의대로 설정할 수 있다.
컨트롤러(110)는 이와 같은 모바일 단말(30)의 설정 명령을 수신 및 저장하여 변경된 명령에 따라 로봇 구동부(130)를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예들에 추종 대상을 감지할 수 있어 복수의 공통 좌표의 산출 후 이중 어느 하나를 특정하는 과정을 생략할 수 있도록 추종 대상을 감지할 수 있는 감시 장치를 더 포함할 수 있다. 이는 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 제1방향의 추종 대상을 감지하는 제1감지센서(161)와, 제2방향의 추종 대상을 애물을 감지하는 제2감지(162)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1감지센서(161)와 제2감지센서(162) 중 어느 하나는 지향 방향 내에서 추종 대상을 감지하여 컨트롤러(110)에 감지신호를 출력한다.
그러므로 컨트롤러(110)는 제1감지센서와 제2감지센서 중 어느 하나로부터 감지신호가 수신되면 로봇 구동부(130)를 제어하여 해당 방향의 공통 좌표를 추종 대상의 초기 위치로 결정한다.
이와 같은 감지센서(161, 162)들의 구성은 앞서 설명한 실시예들 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명은 스위칭 신호 또는 무선 신호를 통하여 추종 대상의 위치를 특정하였고, 이에 더하여 모바일 로봇(10)의 주행 방향 및/또는 추종 대상의 위치를 지정함도 가능하다. 이는 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 모바일 로봇의 주행 방향 및/또는 추종 대상의 초기 위치를 지정하고, 지정된 방향 및 위치로 추종 대상이 위치하도록 하여 추종 방향을 감지내는 과정을 생략할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 본 발명의 또 다른 실시예는 모바일 로봇의 고정된 주행 방향 및/또는 추정 대상의 위치를 표시 및/또는 안내할 수 있도록 방향 표시부(170)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 방향 표시부(170)는 컨트롤러(110)의 제어에 의해 발광 표시하는 디스플레이 또는 발광소자, 음성 안내문을 출력하는 스피커 중 적어도 하나로서 모바일 로봇(10)의 주행 방향과, 추종 대상의 초기 위치를 안내 및 표시한다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예는 모바일 로봇(10)의 주행 방향을 고정함에 따라 추종 대상의 초기 위치(방향)를 지정하고, 지정된 위치(방향)를 표시할 수 있다. 따라서 추종 대상은 모바일 로봇(10)이 켜진 이후에 방향 표시부(170)를 통해 출력된 방향으로 위치를 이동한다.
그러면, 컨트롤러(110)는 수신기를 통해 추종 대상으로부터 설정된 초기 거리를 유지하도록 이동한 뒤에 추종 대상이 이동을 시작하면 실시간으로 위치를 감지하면서 추종한다.
또는, 방향 표시부(170)는 컨트롤러(110)에 의해 발광 표시되는 디스플레이가 아닌 유색상을 갖는 표시장치 일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 종래와 달리 고가의 비용이나 복잡한 장치 구성을 추가하지 않더라도 대상을 추종할 수 있도록 모바일 로봇(10)을 제어할 수 있어 저렴한 비용으로 제작이 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 모바일 로봇 20 : 발신기
30 : 모바일 단말 110 : 컨트롤러
111 : 거리 측정 모듈 112 : 위치 감지 모듈
113 : 구동 제어 모듈 121 : 제1수신기
122 : 제2수신기 123 : 제3수신기
130 : 로봇 구동부 131 : 제1구동 수단
132 : 제2구동 수단 133 : 제1구동 롤러
134 : 제2구동 롤러 141 : 제1스위치
142 : 제2스위치 150 : 무선 통신부
161, 162 : 감지센서 170 : 방향 표시부

Claims (17)

  1. 추종 대상에 탑재 또는 부착되어 무선신호를 출력하는 발신기(20); 및
    발신기(20)로부터 송신된 무선신호를 수신하여 실시간으로 위치를 감지하여 추종 대상을 설정된 거리 이내에서 추종하는 모바일 로봇(10); 을 포함하고,
    모바일 로봇(10)은
    발신기(20)의 무선신호를 수신하여 거리를 측정하는 복수의 수신기;
    복수의 구동롤러를 구동시키는 로봇 구동부(130); 및
    수신기 별로 발신기(20)와의 거리를 측정하고, 수신기별로 측정된 거리에 해당되는 모든 좌표들 중 공통적으로 포함된 좌표를 발신기의 위치로 결정하여 로봇 구동부(130)를 제어하는 컨트롤러(110); 를 포함하고,
    컨트롤러(110)는
    수신기별 발신기(20)와의 거리를 산출하는 거리 측정 모듈(111);
    거리 측정 모듈(111)에서 산출된 수신기별 발신기(20)와의 거리 정보를 통하여 추종 대상의 위치를 산출하는 위치 감지 모듈(112); 및
    위치 감지 결과를 통하여 로봇 구동부(130)를 제어하는 구동 제어 모듈(113); 을 포함하고,
    위치 감지 모듈(112)은
    수신기별 발신기(20)와의 산출된 거리에 해당하는 좌표들을 선으로 연결하여 생성된 복수의 가상 원들의 교점에 해당되는 공통 좌표를 산출하고,
    로봇 구동부(130)를 제어하여 설정된 거리 만큼 이동시킨 후 수신기들과 일치된 거리 변화량을 갖는 공통 좌표를 발신기(20) 위치로 결정하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 모바일 로봇(10)은
    추종 대상이 위치된 방향을 결정하는 방향 선택 신호를 출력하는 복수의 스위치(141, 142); 를 더 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 추종 대상의 방향을 결정하는 방향 선택 신호를 송신하는 모바일 단말(30); 을 더 포함하고,
    모바일 로봇(10)은
    모바일 단말(30)의 추종 대상의 방향 선택 신호를 수신하여 컨트롤러(110)에 출력하는 무선 통신부(150); 을 더 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 구동 제어 모듈(113)은
    모바일 로봇(10)의 설정된 기준점(F1)과, 공통 좌표가 수직방향으로 정렬되도록 로봇 구동부(130)를 제어하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 로봇 구동부(130)는
    서로 다른 구동수단에 의해 회전되어 모바일 로봇(10)을 이동시키는 복수의 구동롤러;를 포함하고,
    구동 제어 모듈(113)은
    수신기별 발신기(20)와의 거리가 동일할 때 까지 복수의 구동롤러(133, 134)를 서로 다른 회전수로 회전 하도록 제어하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 수신기는 컨트롤러에 발신기와의 거리를 각각 출력하는 제1 내지 제3수신기(121, 122, 123)를 포함하고,
    컨트롤러(110)는 3점 측위 방법으로서 발신기의 위치를 산출 하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 모바일 로봇(10)은
    추종 대상의 위치를 감지하여 컨트롤러에 감지신호를 출력하는 하나 이상의 감지센서(161, 162); 를 더 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 모바일 로봇(10)은
    설정된 주행 방향 또는 설정된 추종 대상의 방향을 안내 또는 표시하는 방향 표시부(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 시스템.
  11. 발신기(20)의 무선신호를 수신하는 복수의 수신기가 구비되는 모바일 로봇(10)을 구비하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법은
    모바일 로봇(10)이 온 되어 추종 대상의 위치를 감지하는 초기 감지 단계; 및
    초기 감지 단계에서 감지된 추종 대상의 거리와 위치를 실시간으로 감지하여 설정된 거리를 유지하면서 추종하는 추종 단계; 를 포함하고,
    초기 감지 단계는
    a)추종 대상에 부착된 발신기(20)의 송신신호를 수신하는 복수의 수신기별로 발신기(20)와의 거리를 측정하는 단계;
    b)수신기별 거리에 해당되는 모든 좌표를 연결하는 가상의 원을 생성하고, 생성된 원들의 교점을 공통 좌표로 산출하는 단계;
    c)산출된 공통 좌표와 모바일 로봇(10)의 설정된 기준점(F1)을 수직으로 정렬하도록 모바일 로봇(10)을 구동하는 단계; 및
    d)추종 대상과 설정된 초기 거리를 유지하도록 이동하는 단계; 를 포함하고,
    b) 단계는
    b-1)설정된 거리만큼 이동하고, b)단계에서 복수로 설정된 공통 좌표 중 수신기별 발신기(20)와의 거리가 이동된 거리와 일치되는 변화되는 공통 좌표를 발신기(20)의 위치로 결정하는 단계; 를 더 포함하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 11에 있어서, c) 단계는
    수신기별 발신기(20)의 거리가 일치될 때까지 모바일 로봇(10)을 이동시키는 복수의 구동롤러를 서로 다른 회전수로서 회전시키는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, b)단계는
    발신기(20)의 방향을 포함하는 스위칭 신호가 입력되면, 해당 방향의 공통 좌표를 발신기(20)의 위치로 결정하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, b)단계는
    발신기(20)의 방향을 포함하는 무선신호가 수신되면, 해당 방향의 공통 좌표를 발신기(20)의 위치로 결정하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법.
  16. 청구항 11에 있어서, b)단계는
    3점 측위 방법으로서 발신기의 위치를 산출하는 것; 을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법.
  17. 청구항 11에 있어서, 초기 감지 단계는
    모바일 로봇의 주행 방향 또는 추종 대상의 방향이 설정된 것을 특징으로 하는 초광대역 무선 기술을 이용한 모바일 로봇의 추종 방법.
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KR20210075948A (ko) * 2019-02-20 2021-06-23 엘지전자 주식회사 복수의 자율주행 이동 로봇

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