KR102602743B1 - 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법 - Google Patents

영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 충전단자 도킹 장치는 전기차의 충전구에 구비된 충전단자와 연결되는 커넥터를 구비하는 본체, 본체에 구비되고, 모노 영상 및 스테레오 영상을 수집하는 카메라부, 본체에 구비되고, 전기 에너지를 저장하는 전원부 및 본체에 구비되고, 모노 영상 및 스테레오 영상을 이용하여 충전단자의 위치를 산출하고, 산출된 충전단자의 위치에 커넥터를 도킹하며, 도킹이 완료되면 전원부에 저장된 전기 에너지를 커넥터를 통해 전기차에 공급시키는 제어부를 포함한다.

Description

영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법{Charging terminal docking device and method for electric vehicles using image analysis}
본 발명은 전기차 충전단자 도킹 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테레오 영상을 이용하여 충전단자의 손상 없이 전기차의 도킹을 지원하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 전기차 충전 시스템은 고가의 설치 비용으로 인하여 전체 주차구역 중 한정된 구역에만 설치하여 고정형으로 운영되고 있다. 이러한 고정형 충전 시스템은 수용 가능 대수 이상의 전기차의 충전을 요구하면 모든 전기차의 요구를 만족할 수 없고, 충전공간을 전기차 이외의 다른 차량이 점유하고 있으면 정작 전기차의 충전이 불가능한 문제점이 있다.
국내 스타트업 기업인 EVAR의 이동형 충전시스템은 카트형의 무인 충전 로봇이 사용자의 요구에 따라 자율주행 방식으로 전기차 정면으로 이동한 후, 충전단자를 접속하여 전기차를 충전함으로써, 공간 제약성의 한계를 다소 해결하였다.
하지만 EVAR의 이동형 충전시스템은 X, Y, Z축으로만 이동하기 때문에 측면에서 충전구 앞부분에 장애물이 존재하는 경우 충전을 할 수 없고, 주차 부주의로 충전 로봇의 커넥터와 전기차의 충전구가 수평으로 이루지 못하면 충전단자의 도킹이 불안정하게 됨에 따라 충전단자 전체에 고장이 야기될 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2020-0037548호(2020.04.09.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 영상분석을 이용하여 전기차의 충전구와 로봇암이 연결된 충전기에 대한 도킹이 정밀하게 이루어지도록 지원하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치는 전기차의 충전구에 구비된 충전단자와 연결되는 커넥터를 구비하는 본체, 상기 본체에 구비되고, 모노 영상 및 스테레오 영상을 수집하는 카메라부, 상기 본체에 구비되고, 전기 에너지를 저장하는 전원부 및 상기 본체에 구비되고, 상기 모노 영상 및 상기 스테레오 영상을 이용하여 상기 충전단자의 위치를 산출하고, 상기 산출된 충전단자의 위치에 상기 커넥터를 도킹하며, 상기 도킹이 완료되면 상기 전원부에 저장된 전기 에너지를 상기 커넥터를 통해 상기 전기차에 공급시키는 제어부를 포함한다.
또한 전기차, 사용자 단말 및 관리서버 중 적어도 하나로부터 전기차의 충전과 관련된 제어 신호를 수신하는 통신부 및 전기차의 충전과 관련된 사용자 입력을 입력받는 입력부 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제어 신호 또는 상기 사용자 입력에 해당하는 제어 신호에 따라 설정된 전기차에 전기 에너지가 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 본체는, 다관절로 형성되고, 상기 다관절의 끝단에 상기 커넥터를 구비하는 로봇암 및 하부에 구비되어 전방향에 대한 이동을 지원하는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 카메라부는, 제1 영상을 촬영하는 제1 카메라 및 제2 영상을 촬영하는 제2 카메라를 포함하고, 상기 모노 영상은 상기 제1 영상이고, 상기 스테레오 영상은 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상을 합성한 영상인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 모노 영상을 이용하여 상기 충전구를 감지하고, 상기 스테레오 영상을 이용하여 상기 충전구의 주변에 표시된 마커를 감지하며, 상기 마커를 이용하여 충전단자 중심, 충전단자 면, 카메라 시야 중심, X축 및 Y축을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 X축, 상기 Y축 및 상기 충전단자 중심을 이용하여 상기 충전단자 중심을 기준으로 카메라 시야 중심의 X축과의 차이인 dx 및 상기 충전단자 중심을 기준으로 카메라 시야 중심의 Y축과의 차이인 dy를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 dx, 상기 dy 및 상기 카메라부의 캘리브레이션 정보를 이용하여 카메라 렌즈에서 상기 카메라 시야 중심까지의 거리인 r, 카메라 렌즈와 상기 카메라 시야 중심을 이어주는 직선 및 상기 충전단자 면이 이루는 각도인 θ, 카메라 렌즈와 상기 카메라 시야 중심을 이어주는 직선을 상기 충전단자 면에 투영시킨 직선 및 X축이 이루는 각도인 를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 커넥터를 상기 dx 및 상기 dy만큼 평행 이동시키고, 상기 θ, 상기 만큼 축 이동시키며, 상기 r만큼 전진시켜 상기 커넥터 및 상기 충전단자의 도킹을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 커넥터 및 상기 충전단자의 최소거리상에 장애물이 존재하면 해당 장애물을 회피하면서 상기 본체의 움직임이 최소가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 방법은 전기차 충전단자 도킹 장치가 모노 영상 및 상기 스테레오 영상을 이용하여 전기차의 충전구에 구비된 충전단자의 위치를 산출하는 단계, 상기 전기차 충전단자 도킹 장치가 상기 산출된 충전단자의 위치에 상기 충전단자와 연결되는 커넥터를 도킹하는 단계 및 상기 전기차 충전단자 도킹 장치가 상기 도킹이 완료되면 기 저장된 전기 에너지를 상기 커넥터를 통해 상기 전기차에 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치 및 방법은 탐색과정에서 습득한 모노영상을 이용하여 충전구의 대략적인 위치를 파악하고, 스테레오 영상을 이용하여 충전구의 주변에 표시된 마커를 감지한 후, 충전단자의 3차원 위상을 산출함으로써, 로봇암의 리치 거리 내에서 정밀한 도킹이 이루어져 안전사고의 가능성을 줄일 수 있다.
또한 이동형 배터리를 견인하여 전기차에 배치된 위치로 이동함으로써, 1:N 방식의 무인 충전시스템의 구현이 가능하여 종래의 무인 전기차 충전시스템에서 충전을 요구한 전기차의 이동과 충전의 역할을 동시에 수행했던 하드웨어를 이송과 충전이라는 두 가지 모듈로 분리할 수 있어 전체 시스템의 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전단자 도킹 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 충전단자 도킹 장치 중 본체를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 2의 충전단자 도킹 장치 중 카메라부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차의 도킹을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 충전단자 도킹 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 7의 S110 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 [표 1]에 기재된 과제의 지원을 받아 출원을 진행하는 것이다.
과제번호 2020-dd-rd-0326
부처명 과학기술정보통신부
과제관리(전문)기관명 (재단)연구개발특구진흥재단
연구사업명 미래부기타사업
연구과제명 (C)전기 구동 플랫폼 활용 지능 제어 기술 및 운영 시스템 개발
과제수행기관명 주식회사 에코스이엔씨
연구기관 2020.06.10. ~ 2023.06.09.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 충전시스템(500)은 영상분석을 이용하여 전기차의 충전구와 로봇암이 연결된 충전기에 대한 도킹이 정밀하게 이루어지도록 지원한다. 충전시스템(500)은 충전단자 도킹 장치(100), 전기차(200), 사용자 단말(300) 및 관리서버(400)를 포함한다.
충전단자 도킹 장치(100)는 전기차(200)에 전기 에너지를 충전시켜주는 장치로써, 제어 신호 또는 사용자 입력에 따라 충전할 전기차(200)를 설정할 수 있다. 충전단자 도킹 장치(100)는 모노 영상 및 스테레오 영상을 이용하여 충전할 전기차(200)의 충전단자의 위치를 산출하고, 산출된 충전단자의 위치에 커넥터를 도킹하며, 도킹이 완료되면 기 저장된 전기 에너지로 전기차(200)를 충전시킨다. 여기서 충전단자 도킹 장치(100)는 이동이 가능하여 전기 에너지를 충전하려는 전기차(200)의 위치로 이동한 후, 충전을 할 수 있다.
전기차(200)는 전기 에너지로 주행을 하는 차량이다. 전기차(200)는 현재 저장된 전기 에너지가 기 설정된 전기 에너지보다 낮아지면 해당 알림 메시지(제어 신호)를 충전단자 도킹 장치(100), 사용자 단말(300) 및 관리서버(400) 중 적어도 하나로 전송할 수 있다. 이를 통해 전기차(200)는 충전단자 도킹 장치(100)로부터 전기 에지가 충전되도록 할 수 있다.
사용자 단말(300)은 사용자로부터 전기차(200)의 충전과 관련된 사용자 입력을 입력받고, 사용자 입력을 관리서버(400)로 전송하여 관리서버(400)가 충전단자 도킹 장치(100)를 제어하도록 하거나, 사용자 입력에 해당하는 제어 신호를 충전단자 도킹 장치(100)로 전송하여 직접 충전단자 도킹 장치(100)를 제어할 수 있다. 또한 사용자 단말(300)은 충전단자 도킹 장치(100), 전기차(200) 및 관리서버(400) 중 적어도 하나로부터 충전에 대한 상태정보를 수신받아 전기차(200)의 충전과 관련된 모니터링을 할 수 있다. 사용자 단말(300)은 스마트폰, 데스크톱, 랩톱, 태블릿 PC, 핸드헬드 PC 등 개인용 컴퓨터 시스템일 수 있다.
관리서버(400)는 사용자 단말(300)로부터 전기차(200)의 충전과 관련된 사용자 입력을 수신한다. 관리서버(400)는 수신된 사용자 입력을 기반으로 충전단자 도킹 장치(100)를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 충전단자 도킹 장치(100)로 전송하여 충전단자 도킹 장치(100)를 제어한다. 여기서 관리서버(400)는 충전단자 도킹 장치(100), 전기차(200) 및 사용자 단말(300) 중 적어도 하나로부터 충전에 대한 상태정보를 수신받아 전기차(200)의 충전과 관련된 모니터링을 할 수 있다. 또한 관리서버(400)는 수신된 상태정보를 기반으로 제어 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 제어 신호를 충전단자 도킹 장치(100)로 더 전송하여 충전단자 도킹 장치(100)를 제어할 수 있다. 관리서버(400)는 서버 컴퓨터, 클러스터 컴퓨터 등 서버용 컴퓨터 시스템일 수 있다.
여기서 충전시스템(500)은 충전단자 도킹 장치(100), 전기차(200), 사용자 단말(300) 및 관리서버(400) 사이에 통신망(550)을 구축하여 서로 간의 통신을 수행할 수 있도록 지원한다. 통신망(550)은 백본망과 가입자망으로 구성될 수 있다. 백본망은 X.25 망, Frame Relay 망, ATM망, MPLS(Multi Protocol Label Switching) 망 및 GMPLS(Generalized Multi Protocol Label Switching) 망 중 하나 또는 복수의 통합된 망으로 구성될 수 있다. 가입자망은 FTTH(Fiber To The Home), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 케이블망, 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth), Wireless LAN(IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n), Wireless Hart(ISO/IEC62591-1), ISA100.11a(ISO/IEC 62734), COAP(Constrained Application Protocol), MQTT(Multi-Client Publish/Subscribe Messaging), WIBro(Wireless Broadband), Wimax, 3G, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 4G 및 5G일 수 있다. 일부 실시예로, 통신망(550)은 인터넷망일 수 있고, 이동 통신망일 수 있다. 또한 통신망(550)은 기타 널리 공지되었거나 향후 개발될 모든 무선통신 또는 유선통신 방식을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전단자 도킹 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 2의 충전단자 도킹 장치 중 본체를 설명하기 위한 블록도이며, 도 4는 도 2의 충전단자 도킹 장치 중 카메라부를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차의 도킹을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 충전단자 도킹 장치(100)는 본체(10), 카메라부(40), 제어부(50) 및 전원부(60)를 포함하고, 통신부(20), 입력부(30) 및 저장부(70)를 더 포함할 수 있다.
본체(10)는 충전단자 도킹 장치(100)의 프레임으로써, 전기차(200)의 충전구에 구비된 충전단자와 연결되는 커넥터를 구비한다. 본체(10)는 로봇암(11) 및 이송수단(13)를 포함한다. 로봇암(11)은 다관절로 형성되고, 다관절의 끝단에 충전단자와 연결되는 커넥터가 연결된다. 여기서 로봇암(11)은 X축, Y축, Z축, 롤(roll), 피칭(pitch), 요(yaw) 방향으로 움직일 수 있다. 이송수단(13)은 본체(10)의 하부에 구비되어 전방향에 대한 이동을 지원한다. 예를 들어 이송수단(13)은 복수의 바퀴로 구현될 수 있다.
통신부(20)는 본체(10)에 구비되고, 전기차(200), 사용자 단말(300) 및 관리서버(400) 중 적어도 하나와 통신을 수행한다. 통신부(20)는 전기차(200) 및 관리서버(400) 중 적어도 하나로부터 전기차(200)의 충전과 관련된 제어 신호를 수신하거나, 사용자 단말(300)로부터 사용자 입력을 수신한다. 통신부(20)는 전기차(200)의 충전과 관련된 상태정보를 사용자 단말(300) 및 관리서버(400) 중 적어도 하나로 전송한다.
입력부(30)는 본체(10)에 구비되고, 전기차(200)의 충전과 관련된 사용자 입력을 입력받는다. 입력부(300)는 사용자로부터 사용자 입력을 직접 입력받을 수 있다. 이를 위해 입력부(300)는 키패드, 버튼, 스위치, 터치스크린 등으로 구현될 수 있다.
카메라부(40)는 본체(10)에 구비되고, 모노 영상 및 스테레오 영상을 수집한다. 바람직하게는 카메라부(40)는 로봇암(11)의 끝단에 구비되어 커넥터와 동일한 위치의 영상을 촬영한다. 카메라부(40)는 제1 카메라(41), 제2 카메라(43) 및 조명수단(45)을 포함한다. 제1 카메라(41)는 메인 카메라로써, 제1 영상을 촬영한다. 제2 카메라(43)는 서브 카메라로써, 제1 카메라(41)와 일정 간격이 이격된 상태에 구비되고, 제2 영상을 촬영한다. 이때 모노 영상은 제1 카메라(41)로부터 촬영된 제1 영상이고, 스테레오 영상은 제1 카메라(41) 및 제2 카메라 (43)로부터 촬영된 제1 영상 및 제2 영상을 합성한 영상이다. 조명수단(45)는 야간 또는 어두운 외부 환경에서 조명을 제공하여 영상 촬영을 도와준다. 이때 조명수단(45)는 영상 촬영에 피해가 가지 않는 조도를 유지하면서 조명을 밝힐 수 있다. 바람직하게는 제1 카메라(41), 조명수단(45) 및 제2 카메라(43) 순으로 배치될 수 있다.
제어부(50)는 충전단자 도킹 장치(100)의 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(50)는 본체(10)에 구비되고, 모노 영상 및 스테레오 영상을 이용하여 전기차(200) 중 충전단자의 위치를 산출한다. 제어부(50)는 산출된 충전단자의 위치에 커넥터를 도킹하고, 도킹이 완료되면 기 저장된 전기 에너지를 커넥터를 통해 전기차(200)에 공급시킨다.
상세하게는 제어부(50)는 자체적으로 각 모듈이 정상 동작하는지 확인한다. 예를 들어 제어부(50)는 로봇암(11)의 동작 유무를 확인하거나, 충전단자를 검출하는 알고리즘의 리소스를 확인하거나, 카메라부(30)의 캘리브레이션 리소스를 확인하거나, 카메라부(30)의 동작 유무를 확인할 수 있다. 자체 진단이 완료되면 제어부(50)는 통신부(10)로부터 수신된 제어 신호 또는 입력부(20)로부터 입력된 사용자 입력에 따라 전기 에너지를 충전할 전기차(200)를 설정한다. 제어부(50)는 이송수단(13)을 제어하여 설정된 전기차(200)의 위치로 이동한 후, 전기차(200)의 외부를 탐지한다. 제어부(50)는 외부 탐지를 위해 로봇암(11) 및 제1 카메라(41)를 제어한다. 즉 제어부(50)는 로봇암(11)을 이동시키면서 제1 카메라(41)를 구동하여 모노 영상을 수집한다. 제어부(50)는 수집된 모노 영상을 이용하여 충전구(410)의 위치를 대략적으로 감지할 수 있다. 충전구(410)가 감지되면 제어부(50)는 제1 카메라(41) 및 제2 카메라(43)를 구동하여 스테레오 영상을 수집하고, 수집된 스테레오 영상을 이용하여 특징점 찾기 알고리즘을 통해 충전구(410)의 주변에 표시된 마커(420)를 감지한다. 여기서 특징점 찾기 알고리즘은 템플릿 매칭(template matching) 알고리즘일 수 있다. 제어부(50)는 감지된 마커의 중심점을 기반으로 투영변환(perspective transform) 알고리즘을 통해 충전단자 중심(430)을 산출한다. 이와 동일한 방법으로 제어부(50)는 충전단자 면, 제1 카메라 시야 중심(42), X축 및 Y축을 산출할 수 있다. 제어부(50)는 산출된 X축, Y축 및 충전단자 중심(430)을 이용하여 dx 및 dy를 산출한다. 여기서 dx는 충전단자 중심(430)을 기준으로 카메라 시야 중심(42)의 X축과의 차이를 의미하고, dy는 충전단자 중심(430)을 기준으로 카메라 시야 중심(42)의 Y축과의 차이를 의미한다. 또한 제어부(50)는 dx, dy 및 카메라부(40)의 캘리브레이션 정보를 이용하여 r, θ, 를 산출한다. 여기서 r은 제1 카메라(41)의 카메라 렌즈에서 카메라 시야 중심(42)까지의 거리를 의미하고, θ는 제1 카메라(41)의 카메라 렌즈와 카메라 시야 중심(42)을 이어주는 직선 및 충전단자 면이 이루는 각도를 의미하며, 는 제1 카메라(41)의 카메라 렌즈와 카메라 시야 중심(42)을 이어주는 직선을 충전단자 면에 투영시킨 직선 및 X축이 이루는 각도를 의미한다. 제어부(50)는 커넥터를 dx 및 dy만큼 평행 이동시키고, θ, 만큼 축 이동시키며, r만큼 전진시켜 커넥터 및 충전단자의 도킹이 되도록 제어한다. 제어부(50)는 도킹이 완료되면 전원부(60)에 저장된 전기 에너지를 커넥터를 통해 전기차(200)에 공급시킨다. 한편 제어부(50)는 커넥터 및 충전단자의 최소거리상에 장애물이 존재하면 해당 장애물을 회피하면서 로봇암(11)의 움직임이 최소가 되도록 제어할 수 있다.
전원부(60)는 본체(10)에 구비되고, 전기 에너지를 저장한다. 전원부(60)는 배터리 형태 또는 외부 전원으로부터 직접 전기 에너지를 공급받는 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어 충전단자 도킹 장치(100)가 이동 형태인 경우, 전원부(60)는 배터리 형태일 수 있다. 또한 충전단자 도킹 장치(100)가 고정 형태인 경우, 전원부(60)는 배터리 형태 또는 외부 전원으로부터 직접 전기 에너지를 공급받는 형태일 수 있다. 전원부(60)는 커넥터와 연결된 전원 케이블을 포함하며, 전원 케이블을 통해 전기 에너지를 전기차(200)에 공급할 수 있다.
저장부(70)는 충전단자 도킹 장치(100)를 구동하기 위한 알고리즘 또는 프로그램이 저장된다. 저장부(70)는 통신부(20)로부터 수신된 제어신호 및 입력부(30)로부터 입력된 사용자 입력이 저장된다. 저장부(70)는 카메라부(40)로부터 수집된 모노 영상 및 스테레오 영상이 저장된다. 또한 저장부(70)는 제어부(50)로부터 산출된 충전단자 중심, 충전단자 면, 카메라 시야 중심, X축, Y축, dx, dy, r, θ, 가 저장된다. 저장부(70)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
또한 도면에는 도시되지 않았지만 충전단자 도킹 장치(100)는 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 출력부는 현재 충전과 관련된 상태정보를 출력한다. 이때 출력부가 터치스크린 기능을 포함하는 경우, 출력부는 입력부와 하나의 모듈로 구현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 충전단자 도킹 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 충전단자 도킹 방법은 충전단자 도킹 장치(100)와 전기차(200) 간에 정밀한 도킹이 이루어져 안전사고의 가능성을 줄일 수 있다.
S110 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 충전구에 포함된 충전단자의 위치를 산출한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 모노 영상 및 스테레오 영상을 이용하여 전기차(200) 중 충전단자의 위치를 산출한다. 이때 충전단자 도킹 장치(100)는 충전단자의 3차원 위치를 산출할 수 있다.
S120 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 산출된 충전단자의 위치에 커넥터를 도킹한다. 여기서 충전단자 도킹 장치(100)는 커넥터 및 충전단자의 최소거리상에 장애물이 존재하면 해당 장애물을 회피하면서 커넥터와 연결된 로봇암의 움직임이 최소가 되도록 한다. 이를 통해 충전단자 도킹 장치(100)는 로봇암에 연결된 전원 케이블이 꼬여지는 현상을 방지할 수 있다.
S130 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 전기차(200)에 전기 에너지를 충전한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 기 저장된 전기 에너지를 전기차(200)로 공급하여 전기 에너지를 충전한다.
도 8은 도 7의 S110 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 충전단자 도킹 장치(100)는 탐색과정에서 습득한 모노영상을 이용하여 충전구의 대략적인 위치를 파악하고, 스테레오 영상을 이용하여 충전구의 주변에 표시된 마커를 감지한 후, 충전단자의 3차원 위상을 산출함으로써, 로봇암의 리치 거리 내에서 정밀한 도킹이 이루어져 안전사고의 가능성을 줄일 수 있다.
S210 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 충전구가 감지되었는지 판단한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 모노 영상을 수집하고, 수집된 모노 영상을 이용하여 충전구의 위치를 대략적으로 감지하면 S220 단계를 수행하고, 감지하지 못하면 S210 단계를 재수행한다.
S220 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 스테레오 영상을 수집한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 충전구가 감지되면 두 개의 카메라를 이용하여 스테레오 영상을 수집한다.
S230 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 마커를 감지한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 수집된 스테레오 영상을 이용하여 특징점 찾기 알고리즘을 통해 충전구의 주변에 표시된 마커를 감지한다. 여기서 특징점 찾기 알고리즘은 템플릿 매칭 알고리즘일 수 있다.
S240 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 충전단자 중심을 산출한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 감지된 마커의 중심점을 기반으로 투영변환 알고리즘을 통해 충전단자 중심을 산출한다. 충전단자 도킹 장치(100)는 충전단자 중심을 산출한 방법과 동일한 방법으로 충전단자 면, 카메라 시야 중심, X축 및 Y축을 산출한다. 여기서 카메라 시야 중심의 카메라는 두 개의 카메라 중 메인 카메라의 시야 중심일 수 있다.
S250 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 dx, dy를 산출한다. 충전단자 도킹 장치는 산출된 X축, Y축 및 충전단자 중심을 이용하여 dx 및 dy를 산출한다. 여기서 dx는 충전단자 중심을 기준으로 카메라 시야 중심의 X축과의 차이를 의미하고, dy는 충전단자 중심을 기준으로 카메라 시야 중심의 Y축과의 차이를 의미한다.
S260 단계에서, 충전단자 도킹 장치(100)는 r, θ, 를 산출한다. 충전단자 도킹 장치는 dx, dy 및 카메라의 캘리브레이션 정보를 이용하여 r, θ, 를 산출한다. 여기서 r은 메인 카메라의 카메라 렌즈에서 카메라 시야 중심까지의 거리를 의미하고, θ는 메인 카메라의 카메라 렌즈와 카메라 시야 중심을 이어주는 직선 및 충전단자 면이 이루는 각도를 의미하며, 는 메인 카메라의 카메라 렌즈와 카메라 시야 중심을 이어주는 직선을 충전단자 면에 투영시킨 직선 및 X축이 이루는 각도를 의미한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로 제공될 수도 있다. 이러한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며, 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media) 및 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 이탈함없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10: 본체
11: 로봇암
13: 이동수단
20: 통신부
30: 입력부
40: 카메라부
41: 제1 카메라
42: 제1 카메라 시야 중심
43: 제2 카메라
45: 조명수단
50: 제어부
60: 전원부
70: 저장부
100: 충전단자 도킹 장치
200: 전기차
300: 사용자 단말
400: 관리서버
410: 충전구
420: 마커
430: 충전단자 중심
500: 충전시스템
550: 통신망

Claims (10)

  1. 전기차의 충전구에 구비된 충전단자와 연결되는 커넥터를 구비하는 본체;
    상기 본체에 구비되고, 모노 영상 및 스테레오 영상을 수집하는 카메라부;
    상기 본체에 구비되고, 전기 에너지를 저장하는 전원부; 및
    상기 본체에 구비되고, 상기 모노 영상 및 상기 스테레오 영상을 이용하여 상기 충전단자의 위치를 산출하고, 상기 산출된 충전단자의 위치에 상기 커넥터를 도킹하며, 상기 도킹이 완료되면 상기 전원부에 저장된 전기 에너지를 상기 커넥터를 통해 상기 전기차에 공급시키는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 모노 영상을 이용하여 상기 충전구의 대략적인 위치를 감지하고, 특징점 찾기 알고리즘인 템플릿 매칭(template matching) 알고리즘을 이용하고 상기 스테레오 영상을 기반으로 하여 상기 충전구의 주변에 표시된 마커를 감지하며, 투영변환(perspective transform) 알고리즘을 이용하고 상기 마커를 기반으로 하여 충전단자 중심, 충전단자 면, 카메라 시야 중심, X축 및 Y축을 산출한 후,
    상기 X축, 상기 Y축 및 상기 충전단자 중심을 이용하여 상기 충전단자 중심을 기준으로 카메라 시야 중심의 X축과의 차이인 dx 및 상기 충전단자 중심을 기준으로 카메라 시야 중심의 Y축과의 차이인 dy를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    전기차, 사용자 단말 및 관리서버 중 적어도 하나로부터 전기차의 충전과 관련된 제어 신호를 수신하는 통신부; 및
    전기차의 충전과 관련된 사용자 입력을 입력받는 입력부; 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제어 신호 또는 상기 사용자 입력에 해당하는 제어 신호에 따라 설정된 전기차에 전기 에너지가 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는,
    다관절로 형성되고, 상기 다관절의 끝단에 상기 커넥터를 구비하는 로봇암; 및
    하부에 구비되어 전방향에 대한 이동을 지원하는 이송수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라부는,
    제1 영상을 촬영하는 제1 카메라; 및
    제2 영상을 촬영하는 제2 카메라;를 포함하고,
    상기 모노 영상은 상기 제1 영상이고, 상기 스테레오 영상은 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상을 합성한 영상인 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 dx, 상기 dy 및 상기 카메라부의 캘리브레이션 정보를 이용하여 카메라 렌즈에서 상기 카메라 시야 중심까지의 거리인 r,
    카메라 렌즈와 상기 카메라 시야 중심을 이어주는 직선 및 상기 충전단자 면이 이루는 각도인 θ,
    카메라 렌즈와 상기 카메라 시야 중심을 이어주는 직선을 상기 충전단자 면에 투영시킨 직선 및 X축이 이루는 각도인 를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 커넥터를 상기 dx 및 상기 dy만큼 평행 이동시키고, 상기 θ, 상기 만큼 축 이동시키며, 상기 r만큼 전진시켜 상기 커넥터 및 상기 충전단자의 도킹을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 커넥터 및 상기 충전단자의 최소거리상에 장애물이 존재하면 해당 장애물을 회피하면서 상기 본체의 움직임이 최소가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 전기차용 충전단자 도킹 장치.
  10. 삭제
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