KR102466185B1 - 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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한승훈
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Abstract

본 발명은 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스마트팜 내에 정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비되어, 해당 구간에서 해당 방식으로 각 작업수행로봇의 위치를 측정하고 측정된 위치정보를 관리 서버로 전송함으로써, 상기 관리 서버에서 각 작업수행로봇의 실시간 정확도 높은 위치를 확인할 수 있고, 오작동 발생시 즉시 감지 및 대응이 가능하며, 상기 관리 서버의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇이 자신의 현재 위치를 확인하여 작업하고자 하는 정확한 목적지로 이동하는 것이 가능한 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR CONTROLLING OF OPERATIONS IN SMART FARM USING INDOOR POSITIONING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스마트팜 내에 정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비되어, 해당 구간에서 해당 방식으로 각 작업수행로봇의 위치를 측정하고 측정된 위치정보를 관리 서버로 전송함으로써, 상기 관리 서버에서 각 작업수행로봇의 실시간 정확도 높은 위치를 확인할 수 있고, 오작동 발생시 즉시 감지 및 대응이 가능하며, 상기 관리 서버의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇이 자신의 현재 위치를 확인하여 작업하고자 하는 정확한 목적지로 이동하는 것이 가능한 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
스마트팜(Smart Farm)은 농사기술에 정보통신기술(ICT)을 접목하여 자동화한 일종의 지능화된 농장으로서, 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 기술을 이용하여 농작물 재배시설의 온도, 습도, 햇볕 량, 이산화탄소, 토양 등을 측정하여 분석하고, 분석 결과에 따라서 자동화 시스템을 구동하여 적절한 상태로 변화시킬 수 있으며, 스마트폰과 같은 모바일기기를 통한 원격관리도 가능하다.
따라서 자동화 시스템이 적용된 스마트팜은 농업의 생산, 유통, 소비과정에 걸쳐 생산성과 효율성 및 품질 향상 등과 같은 고부가가치를 창출시킬 수 있다.
그러나 종래기술에 따른 스마트팜 자동화 시스템은 전통적인 농장, 즉 토양에 씨를 심고 양분을 공급하여 농작물을 재배하는 전통적인 농장의 재배환경을 자동화하기 위한 시스템에 불과하다.
즉 종래기술에 따른 스마트팜 자동화 시스템은 예컨대, GPS를 이용하여 로봇이 농작물 재배단지를 주행하면서 농작물의 재배를 위한 각종 환경정보를 수신하여 서버로 전송하고, 생육환경에 따라 재배단지 내의 각종 액추에이터를 가동하여 농작물의 재배환경만을 관리 및 제어하고 있다.
한편, 위치기반기술은 특정 위치에 놓인 대상체(사람 또는 사물)의 물리적, 지리적 또는 논리적인 위치 정보를 획득하여 그에 적절하게 반응하는 기술이다. 통상적인 위치 측위 방법으로는 물체 간의 거리의 차이나 각도 또는 방위각을 측정하여 위치를 측정하는 삼각측량법(Triangulation)과 특정 관점(Vantage Point)에서 보이는 풍경을 이용한 장면 분석 방법(Scene Analysis), 그리고 특정 위치에 근접하여 알아내는 근접 방법(Proximity) 등이 있다.
그리고, 무선 통신기술의 발달과 함께 전파식별 시스템은 새로운 무선 네트워크 기술로 각광받고 있으며, 널리 사용되고 있다. 또한 전파식별 시스템을 이용하여 실내 또는 실외에서의 위치를 측정하는 기술의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 기술은 사람이 도달할 수 없는 지역에서 전파식별을 이용하여 데이터를 수집하거나 수집한 데이터를 사용자에게 전송하는 등 다양한 목적으로 활용되고 있다.
통상적인 위치측정기술은 위성항법시스템(Global Positioning System)을 이용한 위치측정기술, 무선신호의 수신 신호강도를 이용한 위치측정기술, 근거리 무선통신을 이용한 위치측정기술 등 다양하다.
GPS를 이용한 위치측정기술은 지구궤도에 떠 있는 GPS 위성에서 보내오는 반송파 신호의 위상을 측정(절대측위)하거나 반송파 신호의 코드를 추적(상대 측위)하여 위성까지의 거리를 측정하는 기술이다. 이러한 GPS를 이용한 위치측정기술은 신호 반경이 넓고 고정된 위성을 통해 안정적인 서비스의 제공이 가능하여 현재 가장 많이 사용되고 있지만, 정밀도가 낮고 GPS 위성 신호의 수신이 어려운 실내나 음영지역에서는 서비스가 불가능한 단점을 가진다.
이동통신을 이용한 위치측정기술은 현재 구축되어 있는 이동통신 시스템을 이용하여 삼각측량법에 의해 이동 단말의 지리적인 위치정보를 구하는 기술로서, 단말의 서비스 셀 영역의 기지국과 주변 기지국 간의 협조에 의해 단말의 위치를 알아내는 네트워크 기반 방식과 기지국과는 별개로 GPS 수신기를 가진 단말이 위치 정보를 네트워크로 전달하는 단말 기반 방식, 그리고 이 둘을 혼합한 혼합 방식 등이 있다. 이러한 기술들은 별도의 인프라 구축이 필요 없고 GPS와 같이 서비스 영역이 넓어 매크로 위치 측위 기술로 많이 활용되고 있다. 그러나 기지국이 위치하는 셀 반경 내나 전파의 수신이 가능한 도심에서만 사용이 가능하고 전파 특성에 의한 회절 및 다중 경로, 신호 감쇄에 의해 실내에서의 정확성이 떨어지는 문제점을 가진다.
이러한 위성통신이나 이동통신을 이용한 위치인식 기술들은 서비스 제공 영역이 넓어 실외에 적합한 반면에 실내나 음영지역에서의 사용에 제약이 따른다.
즉, 스마트팜 내에서 작업수행로봇에게 특정 농산물의 직접적인 관리 및 수확 등의 요청을 하는 경우, 실내 지역에서 작업을 수행하는 작업수행로봇들의 실제 위치를 정확히 측정해야할 필요가 있다.
한국등록특허 [10-2009791]에서는 UWB를 이용한 3차원 측위 시스템이 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-2025089]에서는 IR―UWB 측위 시스템 및 위치 측정 방법이 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-2009791](등록일자: 2019. 08. 06) 한국등록특허 [10-2025089](등록일자: 2019. 09. 19)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스마트팜 내에 정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비되어, 해당 구간에서 해당 방식으로 각 작업수행로봇의 위치를 측정하고 측정된 위치정보를 관리 서버로 전송함으로써, 상기 관리 서버에서 각 작업수행로봇의 실시간 정확도 높은 위치를 확인할 수 있고, 오작동 발생시 즉시 감지 및 대응이 가능하며, 상기 관리 서버의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇이 자신의 현재 위치를 확인하여 작업하고자 하는 정확한 목적지로 이동하는 것이 가능한 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템은, 정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비되는 스마트팜(200); 상기 스마트팜 내에서 실내측위를 이용하여 요청 작업을 수행하는 다수의 작업수행로봇(400); 및 상기 정밀 측위 구간에서 측정되는 상기 작업수행로봇의 위치 및 상기 UWB 측위 구간에서 측정되는 상기 작업수행로봇의 위치를 전달받고, 각 작업수행로봇의 작업을 제어하기 위한 관리 서버(100)를 포함한다.
상기 스마트팜(200)은, 상기 스마트팜 내에 제1 방향의 라인 형태로 구비되는 다수의 배지 트레이(201); 이웃하는 배지 트레이 사이에 제1 방향으로 구비되는 다수의 정밀 측위 구간(202); 각 정밀 측위 구간 상에 구비되어 상기 작업수행로봇이 이동하는 레일(203); 상기 다수의 정밀 측위 구간의 일측에 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 라인 형태로 구비되는 UWB 측위 구간(204); UWB 측위를 수행하기 위해 적어도 3개 이상 구비되는 다수의 앵커(208, 209, 210); 상기 각 정밀 측위 구간에서, 상기 작업수행로봇이 이동하는 구간의 전면 및 후면에 각각 구비되는 레이저센서(205, 206); 및 상기 관리 서버와의 무선통신을 지원하는 스마트팜통신부(207)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 작업수행로봇(400)은, 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 전면에 구비되는 제1레이저센서(401); 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 후면에 구비되는 제2레이저센서(402); 상기 UWB 측위 구간에서 UWB 측위를 측정하기 위해 구비되는 UWB 송수신기(UWB tag)(403); 상기 제1레이저센서, 상기 제2레이저센서 및 상기 UWB 송수신기에서 측정되는 해당 작업수행로봇의 위치를 상기 관리 서버로 전달하기 위한 로봇통신부(404); 및 상기 작업수행로봇이 상기 UWB 측위 구간에서 상기 정밀 측위 구간으로 이동시 라인 트레이싱을 수행하기 위해 구비되는 비전센서(카메라)(405)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1레이저센서에서 측정한 상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제1거리와, 상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제2거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고, 상기 제2레이저센서에서 측정한 상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제3거리와, 상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제4거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 작업수행로봇의 위치를 최종 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜 내의 문제 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 작업수행로봇(400)은 비전센서(카메라)를 이용하여 라인 트레이싱을 수행하여 해당 레일에 안착하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트팜의 운영 상황을 모니터링 및 관리하고, 상기 작업수행로봇의 위치를 표시하거나, 상기 작업수행로봇으로의 작업 지시 요청을 전달하기 위한 관리자단말기(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법은, 스마트팜 내부에 다수의 정밀 측위 구간 및 UWV 측위 구간과 관련되는 설정 데이터를 구축하는 데이터구축단계(S910); 각 정밀 측위 구간에서 각 정밀 측위 구간의 전면 및 후면에 구비되는 레이저센서를 이용하여 각 작업수행로봇의 위치를 측정하는 제1측위단계(S920); 상기 UWB 측위 구간에서 다수의 앵커를 이용하여 각 작업수행로봇의 위치를 측정하는 제2측위단계(S930); 상기 스마트팜 내부에서 측정된 각 작업수행로봇의 정확한 위치가 관리 서버로 전달되는 측위리포팅단계(S940); 상기 관리 서버로부터의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇이 측위 정보를 이용하여 본인의 위치를 정확히 찾아가는 위치탐색단계(S950); 및 상기 스마트팜 내에서 각 작업수행로봇이 본인의 위치에서 상기 관리 서버로부터 요청받은 작업을 수행하는 작업수행단계(S960)를 포함한다.
상기 작업수행로봇은, 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 전면에 구비되는 제1레이저센서 및 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 후면에 구비되는 제2레이저센서를 구비하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1측위단계(S920)는, 상기 제1레이저센서에서 측정한 상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제1거리와, 상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제2거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고, 상기 제2레이저센서에서 측정한 상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제3거리와, 상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제4거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 작업수행로봇의 위치를 최종 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜 내의 문제 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2측위단계(S930)는, 상기 다수의 앵커 중, 적어도 3개 이상의 앵커를 이용한 삼각측량법을 사용하여 상기 작업수행로봇의 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 위치탐색단계(S950)에서, 상기 작업수행로봇은, 비전 센서를 이용하여 라인 트레이싱을 수행하여 상기 UWB 측위 구간에서 상기 정밀 측위 구간으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법을 구현하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램이 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법에 의하면, 스마트팜 내에 정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비되어, 해당 구간에서 해당 방식으로 각 작업수행로봇의 위치를 측정하고 측정된 위치정보를 관리 서버로 전송함으로써, 상기 관리 서버에서 각 작업수행로봇의 실시간 정확도 높은 위치를 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법에 의하면, 측위값에 오차가 발생하는 경우 스마트팜 내에 문제가 발생했음을 바로 알 수 있어 오작동 발생시 즉시 감지 및 대응이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법에 의하면, 상기 관리 서버의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇이 자신의 현재 위치를 확인하여 작업하고자 하는 정확한 목적지로 이동할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜 내의 사진.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 작업수행로봇의 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템에서 정밀 측위 구간에서 작업수행로봇의 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 UWB 측위 방법에 대한 설명도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템에서 UWB 측위 구간에서 작업수행로봇의 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면들.
도 9는 본 발명에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법의 일실시예 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템은, 스마트팜(200), 다수의 작업수행로봇(400) 및 관리 서버(100)를 포함한다.
상기 스마트팜(200)은 정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비된다.
상기 다수의 작업수행로봇(400)은 상기 스마트팜(200) 내에서 실내측위를 이용하여 요청 작업을 수행한다.
상기 관리 서버(100)는 상기 정밀 측위 구간에서 측정되는 상기 작업수행로봇(400)의 위치 및 상기 UWB 측위 구간에서 측정되는 상기 작업수행로봇(400)의 위치를 전달받고, 각 작업수행로봇(400)의 작업을 제어한다.
상기 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템은, 상기 스마트팜(200)의 운영 상황을 모니터링 및 관리하고, 상기 작업수행로봇(400)의 위치를 표시하거나, 상기 작업수행로봇(400)으로의 작업 지시 요청을 전달하기 위한 관리자단말기(300)를 더 포함한다.
상기 스마트팜(200), 상기 관리 서버(100), 상기 작업수행로봇(400) 및 상기 관리자단말기(300)간의 통신 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 도시권 통신망(MAN; Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서 말하는 통신 네트워크는 공지의 월드와이드웹(WWW; World Wide Web)일 수 있다.
한편, 상기 작업수행로봇(400)과 상기 관리 서버(100) 사이 및 상기 스마트팜(200)과 상기 관리 서버(100) 사이는 와이파이(WiFi)를 통하여 통신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜 내의 사진이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스마트팜(200)은, 다수의 배지 트레이(201), 다수의 정밀 측위 구간(202), 레일(203), UWB 측위 구간(204), 다수의 앵커(208, 209, 210), 레이저센서(205, 206), 및 스마트팜통신부(207)를 포함한다.
상기 다수의 배지 트레이(201)는 상기 스마트팜(200) 내에 제1 방향의 라인 형태로 구비되어 농작물이 재배되는 공간이다.
상기 다수의 정밀 측위 구간(202)은 이웃하는 배지 트레이 사이에 제1 방향으로 구비되어 상기 작업수행로봇(400)의 정밀 위치가 측정되는 구간이다.
상기 레일(203)은 각 정밀 측위 구간(202) 상에 구비되어 상기 작업수행로봇(400)이 레일을 따라서 전후로 이동한다.
상기 UWB 측위 구간(204)은 상기 다수의 정밀 측위 구간(202)의 일측에 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 라인 형태로 구비되어 UWB를 이용한 위치가 측정되는 구간이다.
상기 다수의 앵커(208, 209, 210)는 UWB 측위를 수행하기 위해 상기 스마트팜(200) 내에 적어도 3개 이상 구비된다.
상기 레이저센서(205, 206)는 상기 각 정밀 측위 구간(202)에서, 상기 작업수행로봇(400)이 이동하는 구간의 전면 및 후면에 각각 구비되어 서로 마주하게 위치한다.
상기 스마트팜통신부(207)는 상기 관리 서버(100)와의 무선통신(WiFi 등)을 지원한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 작업수행로봇의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 작업수행로봇(400)은 제1레이저센서(401), 제2레이저센서(402), UWB 송수신기(403), 로봇통신부(404) 및 비전센서(카메라)(405)를 포함한다.
상기 제1레이저센서(401)는 상기 정밀 측위 구간(202) 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 상기 작업수행로봇(400)의 전면에 구비된다.
상기 제2레이저센서(402)는 상기 정밀 측위 구간(202) 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 상기 작업수행로봇(400)의 후면에 구비된다.
상기 UWB 송수신기(403)는 상기 UWB 측위 구간(204)에서 UWB 측위를 측정하기 위해 구비된다.
상기 로봇통신부(404)는 상기 제1레이저센서(401), 상기 제2레이저센서(402) 및 상기 UWB 송수신기(403)에서 측정되는 해당 작업수행로봇(400)의 위치를 상기 관리 서버(100)로 전달한다.
상기 비전센서(405)는 상기 작업수행로봇(400)이 상기 UWB 측위 구간(204)에서 상기 정밀 측위 구간(202)으로 이동시 라인 트레이싱을 수행하기 위해 구비된다.
즉, 상기 작업수행로봇(400)은 비전센서(405)를 이용하여 라인 트레이싱을 수행하여 해당 레일(203)에 안착한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템에서 정밀 측위 구간에서 작업수행로봇의 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
작업수행로봇(400)의 제1레이저센서(401)에서 측정한 상기 제1레이저센서(401)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(205)와의 제1거리와, 상기 제1레이저센서(401)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(205)가 측정한 상기 작업수행로봇(400)과의 제2거리는 같아야 한다.
또한, 상기 작업수행로봇(400) 제2레이저센서(402)에서 측정한 상기 제2레이저센서(402)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(206)와의 제3거리와, 상기 제2레이저센서(402)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(206)가 측정한 상기 작업수행로봇(400)과의 제4거리는 같아야 한다.
그런데, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리는 어느 정도의 오차가 있으며, 이를 기반으로, 상기 작업수행로봇의 위치를 최종 결정한다.
한편, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜(200) 내의 문제 발생여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 제1거리 및 제2거리는 비슷한 값이어야 하는데 매우 큰 차이가 나는 경우, 상기 작업수행로봇(400)이나 레이저센서에 문제가 발생했음을 의미한다.
도 6은 UWB 측위 방법에 대한 설명도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템에서 UWB 측위 구간에서 작업수행로봇의 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
일반적으로, UWB(초광대역 무선기술)는 기존 스펙트럼에보다 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 대용량의 정보를 전송하는 무선통신기술이다. 3.1 ~ 10.6 GHz대의 주파수 대역을 사용하면서 10m ~ 1km의 전송거리를 보장한다. UWB는 1990년대까지 미국 국방부의 '블랙프로젝트' 레이다 기술에 적용돼 왔으며, GHz폭의 주파수 대역을 사용, 초당 100 ~ 500m의 속도로 전송이 가능한 무선통신기술로 커다란 용량의 동영상을 떨림이나 버그없이 완벽하게 전송할 수 있고 전송거리도 블루투스의 100m에 비해 10배나 긴 1km에 달해 완벽한 홈 네트워킹 시스템을 구현할 수 있게 되며 모든 디지털 가전의 선을 없앨 수 있게 되었다. UWB는 하기와 같은 장점을 가지고 있다.
1. 소비전력이 적다.
2. 방해전파에 강하다.
3. 고속통신이 가능하다. 단지, 거리가 길어지면 극단적으로 속도가 저하된다.
4. 위치검출의 정밀도가 높으며 오차도 몇cm이내이다,
5. 이전보다 넓은 주파수대에 확산되어 통신이 이루어진다.
UWB는 실내측위기술에 굉장히 적합한 기술이다. UWB의 장점에서 언급했듯 고속통신이 가능하며, 오차도 cm단위 이므로 실내 측위에 굉장히 적합한 기술이다. UWB는 ToF(Time of Flight)에 의해 결정되며 TDoA(TIme Difference of Arrival) 방식과 TWR(Two Way Ranging) 방식 등이 있다.
TDoA 방식은 GPS와 매우 유사하다. 앵커(Anchor) 라고 하는 고정된 위치의 디바이스가 배치되고 태그(Tag)와 시간이 동기화된다. 태그(Tag)가 블링크(Blink)라는 데이터를 송신하고 앵커들이 Blink를 수신하고 시간을 체크한다. 다수의 앵커는 각각 다른 시간에 Blink를 수신하며 응답 패킷은 태그(Tag)에 전송하지 않는다.
TDoA 방식은 모든 태그와 앵커 간의 동기화(Sync)를 맞춰야하는 기술적인 복잡함이 있지만 한번의 블링크(Blink) 송신만으로 위치 측위가 가능하여, 배터리의 수명이 TWR 방식보다 길다는 장점이 있다.
한편, TWR (Two Way Ranging) 방식은 UWB RF 신호의 비행시간(Time of Flight)을 결정한 다음 시간에 빛의 속도를 곱하여 태그(Tag)와 앵커(Anchor) 간의 거리를 계산한다. 거리를 측정하려면 3개의 메시지를 교환해야한다.
도 7에 도시된 바와 같이, UWB 송수신기(403)(Tag)는 TSP (Time of Sending Poll)를 앵커(Anchor)로 폴(Poll) 메시지를 전송하여 초기화한다. 앵커(Anchor)(208)는 폴링 수신 시간 (TRP)을 기록하고 TSR 시간에 응답 메시지로 응답한다. 응답 메시지 수신시 UWB 송수신기(403)(Tag)는 시간 (TRR)을 기록하고 ID, TSP, TRR, TSF 정보가 포함된 최종 메시지를 작성한다. 최종 메시지 TRF의 시간 수신 및 최종 메시지에 제공된 정보를 바탕으로, 앵커(208)는 UWB ToF(Time of Flight)를 측정할 수 있다.
TWR 방식은 Sync를 맞출 필요가 없어 구현의 복잡성이 TDoA 방식보다 낮으나, 통신이 가능한 모든 앵커(Anchor)와 거리를 계산하기 때문에 배터리의 수명이 효율적이지 않다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 7에서 수행하는 메시지 교환 방식을 적어도 3개의 앵커에 대하여 수행하여 삼각측량법을 이용하여 상기 작업수행로봇(400)의 정확한 위치를 측정한다.
도 9는 본 발명에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법의 일실시예 흐름도이다.
먼저, 스마트팜(200) 내부에 다수의 정밀 측위 구간 및 UWV 측위 구간과 관련되는 설정 데이터를 구축한다(S910).
이후, 각 정밀 측위 구간에서 각 정밀 측위 구간의 전면 및 후면에 구비되는 레이저센서를 이용하여 각 작업수행로봇(400)의 위치를 측정한다(S920).
상기 작업수행로봇(400)은, 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 전면에 구비되는 제1레이저센서(401) 및 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 후면에 구비되는 제2레이저센서(402)를 구비한다.
상기 제1측위단계(S920)에서, 작업수행로봇(400)의 제1레이저센서(401)에서 측정한 상기 제1레이저센서(401)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(205)와의 제1거리와, 상기 제1레이저센서(401)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(205)가 측정한 상기 작업수행로봇(400)과의 제2거리는 같아야 한다.
또한, 상기 작업수행로봇(400) 제2레이저센서(402)에서 측정한 상기 제2레이저센서(402)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(206)와의 제3거리와, 상기 제2레이저센서(402)와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서(206)가 측정한 상기 작업수행로봇(400)과의 제4거리는 같아야 한다.
그런데, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리는 어느 정도의 오차가 있으며, 이를 기반으로, 상기 작업수행로봇(400)의 위치를 최종 결정한다.
한편, 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜(200) 내의 문제 발생여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1거리 및 제2거리는 비슷한 값이어야 하는데 매우 큰 차이가 나는 경우, 상기 작업수행로봇(400)이나 레이저센서에 문제가 발생했음을 의미한다.
이후, 상기 UWB 측위 구간에서 다수의 앵커(208, 209, 210)를 이용하여 각 작업수행로봇(400)의 위치를 측정한다(S930).
상기 제2측위단계(S930)에서, 상기 다수의 앵커 중, 적어도 3개 이상의 앵커를 이용한 삼각측량법을 사용하여 상기 작업수행로봇(400)의 위치를 측정한다.
이후, 상기 스마트팜 내부에서 측정된 각 작업수행로봇(400)의 정확한 위치가 관리 서버(100)로 전달된다(S940).
상기 측위리포팅단계(S940)에서, 상기 관리 서버(100)는 상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜 내의 문제 발생여부를 판단할 수 있다.
이후, 상기 관리 서버(100)로부터의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇(400)이 측위 정보를 이용하여 본인의 위치를 정확히 찾아간다(S950).
상기 위치탐색단계(S950)에서, 상기 작업수행로봇(400)은, 비전 센서를 이용하여 라인 트레이싱을 수행하여 상기 UWB 측위 구간에서 상기 정밀 측위 구간으로 이동한다.
상기 스마트팜(200) 내에서 각 작업수행로봇(400)이 본인의 위치에서 상기 관리 서버(100)로부터 요청받은 작업을 수행한다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법에 대하여 설명하였지만, 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.
즉, 상술한 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 관리 서버
200: 스마트팜
201: 배지 트레이 202: 정밀 측위 구간
203: 레일 204: UWB 측위 구간
205, 206: 레이저센서 207: 스마트팜통신부
208: 제1앵커 209: 제2앵커
210: 제3앵커
300: 관리자 단말기
400: 작업수행로봇
401: 제1레이저센서 402: 제2레이저센서
403: UWB 송수신기 404: 로봇통신부
405: 비전센서
S910: 데이터구축단계
S920: 제1측위단계
S930: 제2측위단계
S940: 측위리포팅단계
S950: 위치탐색단계
S960: 작업수행단계

Claims (10)

  1. 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템에 있어서,
    정밀 측위 구간 및 초광대역 무선기술(UWB) 측위 구간이 구비되는 스마트팜(200);
    상기 스마트팜 내에서 실내측위를 이용하여 요청 작업을 수행하는 다수의 작업수행로봇(400); 및
    상기 정밀 측위 구간에서 측정되는 상기 작업수행로봇의 위치 및 상기 UWB 측위 구간에서 측정되는 상기 작업수행로봇의 위치를 전달받고, 각 작업수행로봇의 작업을 제어하기 위한 관리 서버(100)
    를 포함하고,
    상기 스마트팜(200)은,
    상기 스마트팜 내에 제1 방향의 라인 형태로 구비되는 다수의 배지 트레이(201);
    이웃하는 배지 트레이 사이에 제1 방향으로 구비되는 다수의 정밀 측위 구간(202);
    각 정밀 측위 구간 상에 구비되어 상기 작업수행로봇이 이동하는 레일(203);
    상기 다수의 정밀 측위 구간의 일측에 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향의 라인 형태로 구비되는 UWB 측위 구간(204);
    UWB 측위를 수행하기 위해 적어도 3개 이상 구비되는 다수의 앵커(208, 209, 210);
    상기 각 정밀 측위 구간에서, 상기 작업수행로봇이 이동하는 구간의 전면 및 후면에 각각 구비되는 레이저센서(205, 206); 및
    상기 관리 서버와의 무선통신을 지원하는 스마트팜통신부(207)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 작업수행로봇(400)은,
    상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 전면에 구비되는 제1레이저센서(401);
    상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 후면에 구비되는 제2레이저센서(402);
    상기 UWB 측위 구간에서 UWB 측위를 측정하기 위해 구비되는 UWB 송수신기(UWB tag)(403);
    상기 제1레이저센서, 상기 제2레이저센서 및 상기 UWB 송수신기에서 측정되는 해당 작업수행로봇의 위치를 상기 관리 서버로 전달하기 위한 로봇통신부(404); 및
    상기 작업수행로봇이 상기 UWB 측위 구간에서 상기 정밀 측위 구간으로 이동 라인 트레이싱을 수행하기 위해 구비되는 비전센서(카메라)(405)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1레이저센서에서 측정한 상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제1거리와,
    상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제2거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2레이저센서에서 측정한 상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제3거리와,
    상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제4거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 작업수행로봇의 위치를 최종 결정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜 내의 문제 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작업수행로봇(400)은 비전센서(카메라)를 이용하여 라인 트레이싱을 수행하여 해당 레일에 안착하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스마트팜의 운영 상황을 모니터링 및 관리하고, 상기 작업수행로봇의 위치를 표시하거나, 상기 작업수행로봇으로의 작업 지시 요청을 전달하기 위한 관리자단말기(300)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템.
  7. 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법에 있어서,
    스마트팜 내부에 다수의 정밀 측위 구간 및 UWB 측위 구간과 관련되는 설정 데이터를 구축하는 데이터구축단계(S910);
    각 정밀 측위 구간에서 각 정밀 측위 구간의 전면 및 후면에 구비되는 레이저센서를 이용하여 각 작업수행로봇의 위치를 측정하는 제1측위단계(S920);
    상기 UWB 측위 구간에서 다수의 앵커를 이용하여 각 작업수행로봇의 위치를 측정하는 제2측위단계(S930);
    상기 스마트팜 내부에서 측정된 각 작업수행로봇의 정확한 위치가 관리 서버로 전달되는 측위리포팅단계(S940);
    상기 관리 서버로부터의 작업 요청에 따라 각 작업수행로봇이 측위 정보를 이용하여 본인의 위치를 정확히 찾아가는 위치탐색단계(S950); 및
    상기 스마트팜 내에서 각 작업수행로봇이 본인의 위치에서 상기 관리 서버로부터 요청받은 작업을 수행하는 작업수행단계(S960)
    를 포함하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 작업수행로봇은,
    상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 전면에 구비되는 제1레이저센서 및 상기 정밀 측위 구간 내에서 레이저를 이용하여 위치를 측정하기 위해 후면에 구비되는 제2레이저센서를 구비하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1측위단계(S920)는,
    상기 제1레이저센서에서 측정한 상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제1거리와,
    상기 제1레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제2거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2레이저센서에서 측정한 상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서와의 제3거리와,
    상기 제2레이저센서와 대향하는 면에 구비되는 레이저센서가 측정한 상기 작업수행로봇과의 제4거리는 같아야 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 작업수행로봇의 위치를 최종 결정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 측정된 제1거리, 제2거리, 제3거리, 제4거리를 기반으로, 상기 스마트팜 내의 문제 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2측위단계(S930)는,
    상기 다수의 앵커 중, 적어도 3개 이상의 앵커를 이용한 삼각측량법을 사용하여 상기 작업수행로봇의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 위치탐색단계(S950)에서,
    상기 작업수행로봇은, 비전 센서를 이용하여 라인 트레이싱을 수행하여 상기 UWB 측위 구간에서 상기 정밀 측위 구간으로 이동하는 것을 특징으로 하는 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 방법.
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