KR102628885B1 - 구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템은, 구동형 마킹 장치를 포함하는 구동형 마킹 시스템에 있어서, 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 데이터 수신부, 상기 구동형 마킹 장치에 동력을 제공하는 구동부, 상기 스캔 대상 공간을 스캔하는 센싱부, 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하고, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵(Reference Map) 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간을 스캔하기 위한 스캔 위치를 설정하고, 상기 스캔 위치에서의 상기 스캐닝부의 스캔 각도를 설정하는 스캔 조건 설정부 및 상기 스캔 위치에서 상기 스캐닝부를 통해 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함한다.

Description

구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{Movable Marking System, Controlling Method For Movable Marking Apparatus and Computer Readable Recording Medium}
본 발명은 구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 스캔 신호를 이용하여 공간에서의 자신의 위치를 스스로 보정할 수 있는 구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다.
도면과 실제 해석 사이의 한계 및/또는 문제는, 건축 및/또는 토목 공사의 시공 현장뿐 아니라, 일반적으로 작업면에 특정 내용을 표시하려고 하는 경우에도 나타난다. 즉, 작업면에 광고와 같은 특정 내용을 표시하려고 할 경우에는, 작업자가 원안의 도면을 보고 이를 작업면에 수작업으로 표시하여야 하기 때문에, 모든 작업이 작업자의 숙련도에 좌우될 수 밖에 없다. 이는 정확도가 매우 떨어지고 동일한 내용이 반복하여 표시될 경우에는 더욱 문제가 된다. 이러한 문제는 건축 분야뿐만 아니라, 중공업 분야 또는 도시 계획 분야와 같이 위치 계측에 따른 마킹이 필요한 분야 전반에 걸쳐 발생될 수 있다.
또한, 기계/로봇을 이용하여 작업을 수행하는 경우에는 작업 기계/로봇이 스스로 정확한 위치를 파악하는 기능이 요구된다.
본 발명은 스캔 대상 공간 내지는 작업 대상 공간의 환경을 판단하고 자신의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있는 구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템은, 구동형 마킹 장치를 포함하는 구동형 마킹 시스템에 있어서, 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 데이터 수신부, 상기 구동형 마킹 장치에 동력을 제공하는 구동부, 상기 스캔 대상 공간을 스캔하는 센싱부, 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하고, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵(Reference Map) 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간을 스캔하기 위한 스캔 위치를 설정하고, 상기 스캔 위치에서의 상기 스캐닝부의 스캔 각도를 설정하는 스캔 조건 설정부 및 상기 스캔 위치에서 상기 스캐닝부를 통해 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함한다.
또한, 임의의 기준위치에서 상기 센싱부를 통해 획득된 스캔 데이터로부터 상기 기준 맵을 생성하는 맵 생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 맵은 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면으로부터 생성될 수 있다.
또한, 상기 위치 검출부에서 검출된 상기 구동형 마킹 장치의 위치와 상기 이동 경로를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하는 위치 보정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 위치 보정부는 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상 벗어난 경우 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 상기 이동 경로에 상응하도록 보정할 수 있다.
또한, 상기 구동형 마킹 장치 및 상기 마킹부의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 위치 검출부에서 검출된 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상으로 벗어난 경우 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 상기 이동 경로에 대응하여 조정하고, 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 미리 결정된 범위 미만으로 벗어난 경우 상기 마킹부의 위치를 상기 이동 경로에 대응하여 조정할 수 있다.
또한, 상기 스캔 위치는 상기 이동 경로 상에 존재할 수 있다.
또한, 상기 작업면에 대한 마킹 데이터에 대응하여 마킹 동작을 수행하는 마킹부를 더 포함하고, 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로는 상기 마킹 데이터에 대응하여 설정될 수 있다.
또한, 상기 위치 검출부는 임의의 위치에 설치되는 송신기로부터 출력된 위치 신호를 수신하고, 상기 위치 신호로부터 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 상기 위치 검출부는 상기 마킹 데이터와, 상기 마킹부의 작업 결과에 대응하는 데이터를 비교하여 상기 마킹부의 위치를 판단하고, 상기 구동형 마킹 장치와 상기 마킹부의 거리를 고려하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템은, 구동형 마킹 장치를 포함하는 구동형 마킹 시스템에 있어서, 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 데이터 수신부, 상기 구동형 마킹 장치에 동력을 제공하는 구동부, 상기 스캔 대상 공간을 스캔하는 센싱부 및 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵 (Reference Map) 데이터와 상기 센싱부에서 획득되는 스캔 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함한다.
또한, 상기 위치 검출부는 상기 센싱부를 통해 획득되는 전체 스캔 데이터 중 일부 스캔 데이터를 추출하여 상기 기준 맵 데이터와 비교하되, 상기 일부 스캔 데이터는 해당 스캔 데이터가 획득된 위치에서의 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보량을 고려하여 추출될 수 있다.
또한, 상기 위치 검출부는 상기 스캔 대상 공간에 대해 획득 가능한 정보량을 고려하여 스캔 위치와 상기 스캔 위치에서의 스캔 각도 범위를 결정하고, 결정된 스캔 위치 및 스캔 각도에 대응하는 스캔 데이터를 추출하여 상기 기준 맵 데이터와 비교할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법은, 회전 가능한 스캐닝 센서 및 구동 장치를 포함하는 구동형 마킹 장치의 제어방법으로서, 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하는 단계, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵(Reference Map) 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간을 스캔하기 위한 스캔 위치를 설정하고, 상기 스캔 위치에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도를 설정하는 단계 및 상기 스캔 위치에서 상기 스캐닝 센서를 통해 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 구동형 마킹 장치의 위치와 상기 이동 경로를 비교하고, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하는 단계를 더 포함하고, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하는 단계에서는 상기 위치 판단 단계에서 판단한 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상 벗어난 경우 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 상기 이동 경로에 상응하도록 보정할 수 있다.
또한, 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 단계에서는, 상기 스캔 대상 공간에 포함되는 작업면에 대한 마킹 데이터를 더 수신하고, 상기 이동 경로를 설정하는 단계에서는 상기 마킹 데이터에 대응하여 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정할 수 있다.
또한, 임의의 기준위치에서 상기 스캐닝 센서를 회전시켜 상기 스캔 대상 공간의 스캔 데이터를 획득하는 단계 및 상기 스캔 데이터로부터 상기 스캔 대상 공간의 상기 기준 맵을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 맵은 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면으로부터 생성될 수 있다.
또한, 상기 스캔 위치는 상기 이동 경로 상에 존재할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명은 스캔 대상 공간 내지는 작업 대상 공간의 환경을 판단하고 자신의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있는 구동형 마킹 시스템, 구동형 마킹 장치의 제어방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 스캔 위치 및 스캔 각도를 설정하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 구동형 마킹 장치의 위치를 판단하기 위해 기준 맵 데이터와 스캔 데이터를 비교하는 데이터 변환 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센싱부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 스캐닝 센서, IMU 및 엔코더를 통한 데이터의 획득 주기를 예시적으로 나타낸다.
도 6은 초기 맵과 스캔 데이터를 비교하여 마킹 작업을 수행하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 이동형 마킹 장치의 이동 경로 및 마킹 경로를 결정하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 마킹 데이터를 수정하는 방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 구동형 마킹 시스템이 공간 상에서 위치를 보정하는 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마킹부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마킹 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 평면도를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 다른 구동형 마킹 장치의 이동경로를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치를 통해 획득되는 기준 맵을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센싱부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기준 위치를 이용하는 방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 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. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템(100)은 구동형 마킹 장치(10)를 포함하며, 데이터 수신부(110), 구동부(120), 센싱부(130), 스캔 조건 설정부(140) 및 위치 검출부(150)를 포함한다.
데이터 수신부(110)는 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신한다. 상기 스캔 대상 공간은 구동형 마킹 장치(10)가 작업을 수행하는 공간을 의미하며, 데이터 수신부(110)가 수신하는 정보는 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면, 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 벽, 기둥, 창문 등의 위치와 크기에 관한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 수신부(110)는 구동형 마킹 장치(10)가 상기 스캔 대상 공간에서 수행해야 하는 작업(task)에 관한 정보를 수신할 수 있다.
한편, 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보는 구동형 마킹 장치(10)의 허용 이동 범위에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 스캔 대상 공간은 벽, 기둥, 창문 등이 설치되어야 하는 공간을 포함할 수 있으며, 설치 이전에는 구동형 이동 장치(10)로 하여금 진입하지 못하도록 방지해야 하는 공간이 존재할 수 있다. 벽이 세워지거나, 엘리베이터가 설치되어야 하는 공간은 실제 작업이 이루어지기 전에는 바닥면이 단절되어 있을 수 있으며, 경우에 따라서는 구동형 이동 장치(10)가 추락할 위험이 있을 수 있다.
따라서, 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보는 상기 허용 이동 범위에 관한 정보를 포함하여, 구동형 마킹 장치(10)의 이동 범위를 제한하도록 할 수 있다.
데이터 수신부(110)는 센싱부(130)와 유선 또는 무선으로 연결되어 센싱부(130)로부터 획득되는 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 데이터 수신부(110)는 USB 포트, CD-ROM 등 외부 저장매체가 연결될 수 있는 단자를 포함하여, 상기 외부 저장매체에 저장된 상기 스캔 대상 공간에 대한 데이터를 수신할 수도 있다.
구동부(120)는 구동형 마킹 장치(10)에 동력을 제공한다. 구동부(120)는 구동형 마킹 장치(10)에 동력을 제공하여 이동성을 부여하는 어떠한 형태라도 될 수 있으며, 예컨대, 구동부(120)는 바퀴나 캐터필러를 포함하거나, 날개 또는 프로펠러를 포함할 수 있다.
센싱부(130)는 스캔 대상 공간을 스캔한다. 센싱부(130)는 스캐닝 센서 및 상기 스캐닝 센서의 회전 동작을 제어하는 모터를 포함할 수 있다. 구동형 마킹 장치(10)는 데이터 수신부(110), 구동부(120) 및 센싱부(130)를 포함할 수 있으며, 스캔 조건 설정부(140) 및 위치 검출부(150)는 구동형 마킹 장치(10)와 이격된 위치에 구동형 마킹 장치(10)와 독립적으로 존재할 수 있다.
도 1은 스캔 조건 설정부(140) 및 위치 검출부(150)가 별도의 컴퓨팅 장치(11)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며 반드시 이러한 구성으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 따라서, 컴퓨팅 장치(11)는 구동형 마킹 장치(10)에 결합될 수 있으며, 이때 스캔 조건 설정부(140) 및 위치 검출부(150)는 구동형 마킹 장치(10)의 구성요소로 기능하는 것도 가능하다.
한편, 상기 스캐닝 센서는 사물의 형태를 스캔하는 센서로서, 상기 스캐닝 센서는 레이저를 이용하거나 음파를 이용하여 사물까지의 거리를 측정하거나 형태를 스캔할 수 있다. 상기 스캐닝 센서가 레이저 센서를 포함하는 경우 상기 레이저 센서의 일 예로서 라이더(LiDAR) 센서가 포함될 수 있다.
구동형 마킹 장치(10)는 상기 스캐닝 센서를 이용하여 주변 공간을 스캔할 수 있으며, 상기 스캐닝 센서에서 출력된 스캔 신호가 반사되는 정보를 이용하여 주변 공간에 있는 사물의 위치를 극좌표 형식으로 획득할 수 있다. 상기 모터는 상기 스캐닝 센서를 360˚ 회전할 수 있도록 하며, 상기 스캐닝 센서의 회전 방향은 필요에 따라 다양하게 제어될 수 있다.
한편, 상기 스캐닝 센서는 별도의 구동부에 의하여 수평 회전, 틸트 및/또는 수직 이동이 제어될 수 있다. 상기 스캐닝 센서의 수평 회전, 틸트 및 수직 이동은 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 상기 수평 회전, 틸트 및 수직 이동을 제어하기 위한 제어 신호 또한 독립적으로 생성되어 상기 구동부에 제공될 수 있다.
스캔 조건 설정부(140)는 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하고, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵(Reference Map) 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간 내에서의 스캔 위치를 설정하고, 상기 스캔 위치에서의 상기 스캐닝부의 스캔 각도를 설정한다.
스캔 조건 설정부(140)는 상기 이동 경로를 설정하고, 상기 이동 경로 상의 임의의 지점을 지정하여 지정된 상기 지점을 스캔 위치로 설정한다. 그리고, 상기 스캔 위치는 상기 스캔 대상 공간에 따라 필요한 경우 복수 개의 위치로 설정될 수 있다. 이에 대응하여 구동형 마킹 장치(10)가 상기 스캔 위치에 도달하면 상기 스캐닝 센서는 스캐닝 동작을 수행한다. 그리고 이때, 상기 스캐닝 센서는 스캔 조건 설정부(140)에 의해 설정된 스캔 각도에 따라 회전하게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 스캐닝 센서는 스캔 높이가 조절될 수 있으며, 스캔 조건 설정부(140)는 설정된 스캔 위치에서 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도 및 스캔 높이를 함께 설정할 수 있다.
한편, 상기 스캔 위치와 스캔 각도는 상기 기준 맵 데이터를 고려하여 설정되는데, 예컨대, 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 기둥, 유리창, 장애물 등을 피할 수 있는 위치와 각도로 설정될 수 있다.
또한, 센싱부(130)에서 출력된 스캔 신호를 반사할 물체가 존재하지 않는 공간에서는 스캔 데이터를 획득하기 어려울 수 있으므로, 상기 스캔 위치와 스캔 각도는 상기 스캔 대상 공간 내의 비어있는 공간에 배치되어 기둥이나 장애물 등을 스캔할 수 있는 위치와 각도로 설정될 수 있다.
한편, 상기 스캔 대상 공간의 도면이 존재하는 경우, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 도면을 고려하여 상기 이동 경로, 스캔 위치 및 스캔 위치에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도를 설정할 수 있다.
구동형 마킹 장치(10)는 상기 이동 경로 상에서 특정한 위치에서 스캐닝 동작을 수행하는 것으로 이해할 수 있다. 그리고, 상기 특정한 스캔 위치가 지정되는 것은 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 정확하게 파악하기 위함이다.
상기 특정한 위치는 유한한 개수의 위치로 설정될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 상기 이동 경로 상에서 이동하며 연속적으로 스캐닝 동작을 수행할 수도 있다.
한편, 상기 스캔 각도는 각각의 스캔 위치에서 상기 스캐닝 센서의 스캐닝 각도를 의미하며 Degree 또는 Radian 단위로 표현 가능하다. 그리고, 상기 스캔 각도의 크기는 x축을 기준으로 표현되거나, 직전 스캔 위치에서의 스캐닝 동작이 종료된 시점에서의 상기 스캐닝 센서의 각도를 기준으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 상기 스캔 위치에서 구동형 마킹 장치(10)는 정지하며, 상기 스캔 위치에 정지한 상태에서 상기 스캐닝 센서를 회전시켜 주변 공간을 스캐닝 할 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에서 구동형 마킹 장치(10)는 상기 스캔 위치에서 정지하지 않을 수 있으며, 이동하며 상기 스캐닝 센서를 통해 주변 공간을 스캐닝 할 수 있다. 위치 검출부(150)는 상기 복수의 스캔 위치에서 센싱부(130)를 통해 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 검출한다.
상기 기준 맵 데이터는 이미지 프레임에 포함되는 픽셀의 좌표로 표현될 수 있으며, 물체가 존재하는 위치에 대응하는 픽셀의 좌표는 비어있는 위치에 대응하는 픽셀의 좌표와 다른 값을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 데이터는 극좌표 형태로 획득될 수 있으며 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하면, 상기 스캔 대상 공간 내에서의 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 위치 검출부(150) 는 상기 기준 맵 데이터를 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 극좌표 형태의 데이터로 변환하고, 변환된 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 위치 검출부(150)는 임의의 위치에 설치되는 송신기(미도시)로부터 출력된 위치 신호를 수신하고, 상기 위치 신호로부터 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다. 상기 송신기의 위치가 결정되면 상기 송신기는 자신의 위치를 기준으로 하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단하고, 판단된 위치 정보를 위치 검출부(150)에 제공할 수 있다. 또는, 위치 검출부(150)가 구동형 마킹 장치(10)로부터 상기 송신기까지의 거리, 각도 데이터 및 상기 송신기의 위치 정보를 고려하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단하는 것도 가능할 것이다.
위치 검출부(150)가 수행하는 동작은 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 최대한 정확하게 판단하는 것을 목적으로 하며, 상기 송신기는 상기 스캔 대상 공간의 임의의 위치, 예컨대 기둥 또는 벽면에 부착되어 상기 위치 신호를 송신할 수 있다.
다만, 상기 송신기의 위치가 상기 스캔 대상 공간의 내부의 임의의 위치로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 스캔 대상 공간이 오픈된 공간인 경우에는 상기 송신기가 상기 스캔 대상 공간의 외부에 위치하더라도 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 추척할 수 있다.
구동형 마킹 장치(10)는 상기 위치 신호를 수신하여 수신한 상기 위치 신호를 송신한 송신기의 위치 및 상기 송신기까지의 거리 및/또는 각도를 판단할 수 있는 수신기(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 수신기는 복수의 송신기로부터 수신한 위치 신호를 고려하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다.
상기 송신기는 마커(marker) 또는 비콘(beacon)을 통해 구성될 수 있으며, 상기 스캔 데이터와 기준 맵 데이터의 비교를 통해 구동형 마킹 장치(10)의 정확한 위치를 판단하기 용이하지 않은 경우에 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 마커는 특정한 색상이나 모양 또는 미리 결정된 숫자를 표시할 수 있으며, 상기 수신부는 상기 색상, 모양 또는 숫자를 인식함으로써 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
도 2는 스캔 위치 및 스캔 각도를 설정하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 스캔 대상 공간(S)에서의 구동형 마킹 장치(10)의 이동 경로 상에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도에 따른 상기 스캔 데이터 획득량을 고려하여 각각의 스캔 위치에서의 스캔 각도를 설정할 수 있다. 스캔 데이터 획득량이 많을수록 상기 스캔 대상 공간(S)에 대한 보다 정확한 정보를 얻을 수 있기 때문이다.
상기 스캔 대상 공간 내에서 스캔 위치와 스캔 각도가 달라지면 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 상기 스캔 데이터의 데이터 획득량이 달라질 수 있다. 도 2를 참조하면, 위치 A, 위치 B 및 위치 C 는 구동형 마킹 장치(10)의 이동 경로 상에 존재하는 스캔 위치를 예시적으로 나타내며, 위치 A 에서는 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도를 북동향으로 설정하는 경우에 가장 많은 양의 스캔 데이터가 획득될 것으로 예상할 수 있다. 이는 상기 스캐닝 센서의 센싱 범위가 일정 각도로 제한되기 때문으로 이해할 수 있으며, 일 실시예에서 상기 스캐닝 센서의 센싱 범위는 180°일 수 있다. 다만, 상기 스캐닝 센서의 센싱 범위는 180°로 제한되는 것은 아니다.
한편, 위치 B 에서는 스캔 각도를 어느 방향으로 설정하더라도 상대적으로 비슷한 양의 스캔 데이터를 획득할 수 있을 것으로 판단할 수 있으며, 위치 C 에서는 상기 스캔 각도를 북서향으로 설정할 때에 가장 많은 양의 스캔 데이터를 획득할 것으로 예상할 수 있다.
스캔 조건 설정부(140)는 상기 스캔 데이터가 가장 많이 획득될 것으로 예상되는 스캔 각도를 설정할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 스캔 각도는 각각의 스캔 위치에서 다르게 설정될 수 있다.
한편, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 스캔 각도 및 스캔 위치를 설정하기 위하여 상기 기준 맵 데이터를 이용할 수 있으며, 각각의 스캔 위치에서의 스캔 각도를 설정하기 위하여 상기 스캔 위치에서 상기 스캐닝 센서의 센싱 범위를 고려하여 다양한 센싱 각도에 대한 상기 스캔 데이터 획득량을 시뮬레이션할 수 있다.
한편, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 스캔 위치를 결정하기 위해서 구동형 마킹 장치(10)의 속도를 고려할 수 있다. 연속적으로 스캐닝 동작을 수행하는 상기 스캐닝 센서는 구동형 마킹 장치(10)의 속도가 느린 구간에서 보다 정확한 스캔 데이터를 획득할 수 있다. 반대로, 구동형 마킹 장치(10)의 속도가 빠른 구간에서 획득되는 스캔 데이터는 상대적으로 정확도가 떨어질 수 있다.
구동형 마킹 장치(10)의 이동 경로 상의 모든 위치에서 상기 스캔 데이터 획득량에 대한 시뮬레이션을 수행할 수도 있으나, 연산량이 증가하는 경우 작업 속도가 느려질 수 있으므로, 일부 위치를 상기 스캔 위치로 설정할 수 있다.
따라서, 스캔 조건 설정부(140)는 구동형 마킹 장치(10)의 속도가 미리 정해진 값 이상인 지점에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도를 설정할 수 있다.
직선 구간에서의 구동형 마킹 장치(10)의 이동 속도는 곡선 구간에서의 이동 속도보다 빠를 수 있다. 구동형 마킹 장치(10)의 이동 속도는 구동형 마킹 장치(10)의 이동 경로에 대응하여 미리 결정될 수 있으므로, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 이동 경로를 고려하여 상기 스캔 위치를 설정할 수 있다.
도 2에서 위치 A, B 및 C에서의 구동형 마킹 장치(10)의 속도가 미리 정해진 값 이상인 경우, 상기 위치 A, B 및 C는 스캔 위치로 설정될 수 있다. 그리고, 위치 A 에서의 스캔 각도가 45°(북동향)이고, 위치 B 에서의 스캔 각도가 270°(남향)인 경우, 구동형 마킹 장치(10)는 정해진 이동 경로를 따라 위치 A 에서 위치 B로 이동할 수 있고, 이에 대응하여 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도는 45°에서 270°으로 연속적으로 변화할 수 있다. 이때, 상기 스캔 각도의 변화 방향, 즉 상기 스캐닝 센서의 회전 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 제한되지 않으며, 위치 A와 위치 B 사이의 거리, 구동형 마킹 장치(10)의 이동 속도를 고려하여 최대한 많은 양의 스캔 데이터를 획득할 수 있는 방향으로 결정될 수 있다.
도 3은 구동형 마킹 장치의 위치를 판단하기 위해 기준 맵 데이터와 스캔 데이터를 비교하는 데이터 변환 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 기준 맵 데이터는 그리드(Grid) 형식으로 표시될 수 있으며 다른 격자 영역에 비하여 어둡게 표시된 부분은 레이저 센서의 스캔 신호를 반사하는 물체가 있음을 나타낸다. 각각의 격자 영역은 (xm,i, ym,i), (xm,l, ym,l)과 같은 좌표 형식으로 표시될 수 있다.
도 1을 참조로 하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출부(150)는 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단하기 위해 상기 기준 맵 데이터와 스캔 데이터를 비교하는 동작을 수행하는데, 그리드 데이터를 포함하는 상기 기준 맵 데이터와는 달리 상기 스캔 데이터는 물체까지의 거리 및 각도에 관한 데이터를 포함한다. 따라서, 위치 검출부(150)는 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하기 위해 그리드 형식의 상기 기준 맵 데이터를 거리와 각도에 관한 데이터로 변환할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 기준 맵 데이터에서 (xm,i, ym,i) 및 (xm,l, ym,l)의 좌표로 표현되는 위치는, 각각 (Φm,i, dm,i) 및 (Φm,l, dm,l)의 극좌표 형식의 데이터로 변환될 수 있으며 상기 극좌표 데이터는 상기 스캔 데이터의 데이터 형식과 일치한다. 따라서, 위치 검출부(150)는 변환된 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 직접 비교할 수 있으며, 비교 결과를 이용하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다.
다만, 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터가 각각 그리드 형식과 극좌표 형식으로 제한되는 것은 아니며, 두 종류의 데이터를 비교하기 위하여 반드시 그리드 형식의 데이터를 극좌표 형식으로 변환하는 것으로 제한되지 않는다. 따라서, 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터는 그리드 형식, 극좌표 형식 이외의 형태의 데이터로 표현될 수 있으며, 상기 스캔 데이터를 상기 기준 맵 데이터의 형식에 대응하도록 변환하여 두 종류의 데이터를 비교하는 것도 가능하다.
도 3에서 복수의 격자 영역은 디스플레이 장치를 통해 표현되는 경우에 있어서 각각의 화소(pixel)에 대응하는 것으로 이해할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 격자 영역이 복수의 화소 집합체에 대응하는 것일 수 있다. 극좌표 변환을 위한 기준점은 도 3에 도시되는 바와 같이 반드시 원점(0)으로 제한되지 않는다.
한편, 센싱부(130)에서 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 물체에 대한 스캔 데이터가 획득되면, 위치 검출부(150)는 상기 스캔 데이터에 대응하는 거리/각도 데이터와 변환된 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 일치하는 데이터가 존재하는지 판단할 수 있다.
상기 판단 결과에 따라 일치하는 데이터가 여러 개 존재할 수 있으며, 위치 검출부(150)는 복수의 스캔 데이터와 변환된 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 상기 이동체에 대한 위치 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
위치 검출부(150)는 복수의 스캔 데이터 각각을 상기 기준 맵 데이터와 비교함으로써 상기 이동체의 위치로서 가장 신뢰성이 높은 위치를 판단할 수 있다.
예를 들어, 동일한 위치에서 상기 스캐닝 센서를 이용하여 제1 내지 제n 스캔 데이터가 획득되면, 위치 검출부(150)는 상기 제1 스캔 데이터에 대응하는 기준 맵 데이터를 검색할 수 있다. 검색 결과 상기 제1 스캔 데이터에 대응하는 기준 맵 데이터가 m개 존재할 수 있으며, 위치 검출부(150)는 상기 제2 스캔 데이터와 상기 m개의 기준 맵 데이터를 비교하게 된다. 이러한 과정을 반복 수행하게 되면 최종적으로 상기 제1 내지 제n 스캔 데이터를 획득한 위치, 즉 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 검출할 수 있게 된다.
한편, 기준 맵 데이터와 스캔 데이터를 비교하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 검출하기 위해서, 위치 검출부(150)는 가장 최근에 획득된 스캔 데이터를 이용할 수 있다.
도 3에서 위치 a, b, c는 구동형 마킹 장치(10)의 이동 경로 상에 존재하는 일부 위치를 예시적으로 나타내며, 구동형 마킹 장치(10)가 위치 a에서 위치 c 방향으로 이동하고 스캐닝 센서는 위치 a에서 위치 c를 향하는 방향을 바라보는 경우를 상정하여 설명하도록 한다.
상기 스캐닝 센서는 위치 a, b 및 c에서 스캐닝 동작을 수행하여 스캔 데이터를 획득할 수 있는데, 상기 스캐닝 센서가 제한된 범위만을 스캔할 수 있는 경우, 예컨대, 상기 스캐닝 센서가 전방을 기준으로 ±90°로 총 180° 범위를 스캔 가능한 경우, 도 3을 참조하면 각각의 위치 a, b 및 c에서 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 스캔 데이터의 데이터량은 서로 차이가 발생할 수 있다.
예컨대, 위치 a에서 획득되는 스캔 데이터의 데이터량은 위치 c에서 획득되는 스캔 데이터의 데이터량 보다 많을 수 있다. 이때, 구동형 마킹 장치(10)가 위치 c에 존재할 때 기준 맵 데이터와 스캔 데이터를 비교하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 검출함에 있어서, 위치 검출부(150)는 위치 b에서 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교할 수 있다.
위치 a에서 획득되는 스캔 데이터는 위치 b에서 획득된 스캔 데이터보다 많은 양의 데이터를 포함하게 되므로, 위치 b에서 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교함으로써 연산 속도를 빠르게 할 수 있다.
스캐닝 센서는 연속적으로 스캐닝을 수행함으로써 스캔 데이터를 획득하고, 위치 검출부(150)는 상기 스캔 데이터를 이용하여 연속적으로 구동형 마킹 장치(10)의 정확한 위치를 검출할 수 있으므로, 현재 시점에서 가장 가까운 시점에 획득된 데이터를 이용하는 것이 위치 검출의 정확도를 향상시키는 방법이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센싱부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 센싱부(130)는 스캐닝 센서(131), 센서 구동부(132), 제2 센서(133) 및 제3 센서(134)를 포함한다. 스캐닝 센서(131)는 도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 사물의 형태를 스캔하는 센서로서, 레이저를 이용하거나 음파를 이용하여 사물까지의 거리를 측정하거나 형태를 스캔할 수 있다. 센서 구동부(132)는 스캐닝 센서(131)의 동작을 물리적으로 제어하는 기능을 수행하며, 스캐닝 센서(131)의 회전 구동, 틸트 구동 및/또는 상하 구동을 제어할 수 있다.
일 실시예로서, 센서 구동부(132)는 스캐닝 센서(131)의 회전 구동, 틸트 구동 및/또는 수직 구동을 제어하기 위한 수평 회전 구동부(미도시), 틸트 구동부(미도시) 및/또는 수직 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 수평 회전 구동부는 스캐닝 센서(131)의 수평 방향 회전 동작을 제어할 수 있으며, 상기 틸트 구동부는 스캐닝 센서(131)의 상하 방향 스캔 각도를 제어할 수 있다. 상기 수직 구동부는 스캐닝 센서(131)를 수직으로 구동시켜 그 높낮이를 조절하도록 제어할 수 있다.
상기 수평 회전 구동부, 틸트 구동부 및 수직 구동부는 서로 독립적으로 구동 가능하며, 어느 하나의 구동부의 동작에 의하여 다른 구동부의 동작이 제한되거나 종속되지 않는다. 따라서, 상기 수평 회전 구동부, 틸트 구동부 및 수직 구동부는 각각 서로 다른 제어 신호에 의해 동작하며, 물리적으로도 독립적으로 구동되는 것으로 이해할 수 있다.
스캐닝 센서(131)의 상하 방향 스캔 각도를 제어함으로써, 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 물체에 대한 상하 방향 스캔을 수행할 수 있다. 상하 방향 스캔 동작은 상기 틸트 구동부 및/또는 수직 구동부에 의해서 이루어질 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 스캐닝 센서가 작업면에 대해 서로 다른 각도로 배치되어 상하 방향 스캔을 수행하는 것도 가능하다.
제2 센서(133) 및 제3 센서(134)는 스캐닝 센서(131)와 다른 형태의 데이터를 측정하는 센서로서 스캐닝 센서(131)에서 획득되는 상기 스캔 데이터와 함께 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 판단하는데 활용되는 데이터를 측정할 수 있다.
일 실시예에서 제2 센서(133)는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 포함하고, 제3 센서(134)는 엔코더(Encorder)를 포함할 수 있다.
IMU는 구동형 마킹 장치(10)의 가속도 및 각속도 데이터를 측정할 수 있으며, 상기 가속도 및 각속도 데이터는 구동형 마킹 장치(10)의 속도와 자세각을 산출하는데 이용될 수 있다. 그리고, 엔코더는 구동형 마킹 장치(10)의 변위를 측정할 수 있는 위치 센서로서 구동형 마킹 장치(10)의 이동 거리에 관한 데이터를 제공할 수 있다.
스캐닝 센서(131)로부터 획득되는 스캔 데이터, IMU로부터 획득되는 각속도와 가속도 데이터, 엔코더로부터 획득되는 변위 데이터는 위치 검출부(150)에 제공될 수 있으며, 위치 검출부(150)는 각각의 측정 데이터를 종합하여 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 검출할 수 있다.
따라서, 일부 측정 데이터의 정확도가 떨어지는 경우에도 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 정확하게 검출하는 효과를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 센싱부(130)는 센서 구동부(132)의 적어도 수평 회전 구동부를 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, 앞서 설명한 바와 같이 360°회전 구동 가능한 스캐닝 센서를 이용하는 경우에는 스캐닝 센서(131) 스스로 회전 구동 가능하므로 스캐닝 센서(131)의 회전 동작을 제어하기 위한 센서 구동부(132)가 필요하지 않을 수 있다. 다만, 이러한 경우에도 상기 틸트 구동부와 수직 구동부는 포함될 수 있다.
도 5는 스캐닝 센서, IMU 및 엔코더를 통한 데이터의 획득 주기를 예시적으로 나타낸다.
도 4를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 센싱부(130)는 스캐닝 센서(131), 제2 센서(예컨대 IMU, 133) 및 제3 센서(예컨대 엔코더, 134)를 포함할 수 있고, 위치 검출부(150)는 구동형 마킹 장치(10)의 정확한 위치를 판단하기 위하여 스캐닝 센서(131)를 통해 획득되는 스캔 데이터와 제2 센서(133)를 통해 획득되는 가속도 및 각속도에 대한 데이터를 함께 고려할 수 있으며, 이와 함께 제3 센서(134)로부터 획득되는 구동형 마킹 장치(10)의 거리 데이터를 고려할 수 있다.
그리고 이때, 스캐닝 센서(131), 제2 센서(133) 및 제3 센서(134)의 측정 정확도를 고려하여 신뢰도 값을 부여할 수 있으며, 상기 신뢰도 값이 반영된 스캔 데이터, IMU 데이터(가속도 및 각속도 데이터) 및 거리 데이터를 사용할 수 있다.
스캐닝 센서(131), IMU(133) 및 엔코더(134)로부터 획득되는 데이터에 대한 신뢰도는 각각의 측정 장치 고유의 사양(specification)에 나타나는 오차율(error rate)을 고려하여 의해 결정될 수 있다. 따라서, 다른 측정 장치들에 비하여 보다 정확한 데이터를 제공하는 측정 장치로부터 제공되는 데이터에는 더 높은 신뢰도 값이 부여될 수 있으며, 이를 통해 구동형 마킹 장치(10)의 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
한편, 상기 신뢰도 값은 시간에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 구동형 마킹 장치(10)가 1m/s의 속도로 이동하도록 설정되어 있는 경우, 구동형 마킹 장치(10)가 1초 동안 움직인 거리는 1m로 측정되어야 한다. 그리고, 상기 1초 동안 엔코더(134)를 통해 측정된 거리 데이터와 상기 엔코더(134)의 사양에 따른 오차율을 고려하여 상기 1초 이후에 상기 거리 데이터에 대한 신뢰도 값을 다르게 적용할 수 있다.
상기 엔코더(134)의 오차율이 ±1%인 경우를 가정하면, 앞선 예시에서 상기 거리 데이터는 99cm~101cm의 범위 내에 존재할 것으로 예상될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 거리 데이터가 99cm~101cm의 범위 내에 존재하지 않는 경우에는 상기 거리 데이터에 대해 더 낮은 신뢰도 값을 부여할 수 있다. 반대로 상기 거리 데이터가 1m에 가까울수록 상기 거리 데이터에 대해 더 높은 신뢰도 값을 부여할 수 있다.
따라서, 상기 거리 데이터가 매 1초 마다 획득된다면, 상기 거리 데이터에 대한 신뢰도 값은 매 1초 마다 갱신되는 것으로 이해할 수 있다.
한편, 상기 스캔 데이터, 상기 IMU 데이터, 그리고 상기 거리 데이터가 획득되는 시간 주기가 서로 상이한 경우, 데이터 획득 주기가 가장 긴 데이터를 기준으로하여 각각의 데이터에 부여되는 신뢰도 값은 최초에 부여된 신뢰도 값으로 재설정될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 엔코더를 통해 획득되는 상기 거리 데이터의 획득 주기가 가장 짧고, 스캐닝 센서(131)를 통해 획득되는 상기 스캔 데이터의 획득 주기가 가장 긴 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 거리 데이터는 가장 짧은 주기로 신뢰도 값이 갱신되며, 상기 스캔 데이터는 가장 긴 주기로 신뢰도 값이 갱신될 수 있다. 또한, 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 데이터 획득 주기가 가장 긴 상기 스캔 데이터가 획득되는 시점에서는 모든 데이터에 대한 신뢰도 값이 최조에 부여된 신뢰도 값으로 재설정될 수 있다.
즉, 시점(t1)과 시점(t5)에서의 각각의 데이터에 대해 부여되는 신뢰도 값은 동일한 것으로 이해할 수 있다.
도 6은 초기 맵과 스캔 데이터를 비교하여 마킹 작업을 수행하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
상기 초기 맵(prior map)은 상기 스캔 대상 공간에 관한 정보 및 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 마킹 데이터를 포함하는 맵을 의미하며, 일 실시예에서 상기 초기 맵은 CAD 도면일 수 있다. 즉, 상기 초기 맵은 상기 마킹 데이터를 포함하는 기준 맵(reference map)으로 이해할 수 있으며, 상기 초기 맵은 센싱부(130)에 의해 상기 스캔 대상 공간에 대한 스캔 데이터가 획득되기 이전에도 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 제공할 수 있다.
도 6(a)는 초기 맵을 나타내며, 스캔 대상 공간에 대한 정보 및 마킹 데이터를 포함할 수 있다. 도 6(a)를 참조하면, 상기 스캔 대상 공간은 벽으로 구분되는 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 포함하고, 제1 공간(S1)은 원형의 마킹 데이터를 포함하고, 제2 공간(S2)은 삼각형의 마킹 데이터를 포함한다.
상기 초기 맵으로부터 획득되는 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보는 실제와 다를 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시에에 따른 구동형 마킹 장치는 마킹 작업을 수행하기 전에 상기 스캔 대상 공간의 어느 한 지점에서 스캐닝 센서를 이용하여 기준 맵(reference map)을 생성할 수 있다.
도 1에서는 상기 기준 맵을 생성하기 위한 상기 스캐닝 센서의 동작을 개시하지 않았으나, 상기 스캐닝 센서는 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단하기 위한 스캔 데이터뿐만 아니라, 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 획득하기 위한 목적으로 상기 스캔 대상 공간에 대하여 스캐닝 동작을 수행하고 이로부터 스캔 데이터를 획득할 수 있다.
도 6(b)는 제1 공간(S1)의 위치 D에서 생성한 기준 맵을 나타내는데, 실선으로 표시되는 공간은 위치 D에서 스캐닝 센서를 통해 획득 가능한 공간을 나타내고, 점선으로 표시되는 공간은 위치 D에서 획득 불가능한 공간을 나타낸다. 따라서, 도 6(b)에 점선으로 표시되는 공간에 대한 정보는 위치 D에서 획득된 스캔 데이터에는 포함되지 않는 것으로 이해할 수 있다.
한편, 위치 D에서 획득된 스캔 데이터와 상기 초기 맵을 비교하면, 제2 공간(S2)에 대한 정보가 일치하지 않게 되고, 따라서 제2 공간(S2)에 대한 정보를 획득하기 위하여 새로운 위치에서의 스캔 데이터 획득이 필요함을 알 수 있다. 일 실시예에서, 상기 구동형 마킹 장치는 제1 공간(S1)에서 마킹 작업을 수행하여 원형을 표시하고, 위치 E로 이동하여 스캐닝 동작을 재차 수행할 수 있다.
위치 E에서 획득되는 상기 새로운 스캔 데이터는 제2 공간(S2)에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 위치 E에서 획득된 상기 새로운 스캔 데이터와 도 6(b)에 대응하는 스캔 데이터를 병합하여 최종적으로 기준 맵을 업데이트할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 기준 맵(reference map)은 스캔 대상 공간에 설치되는 서브 스캐닝 센서(미도시)를 통해 획득되는 서브 스캔 데이터로부터 생성될 수 있다. 상기 서브 스캐닝 센서는 상기 스캔 대상 공간의 특성에 따라 복수 개가 설치될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시되는 바와 같이, 전체 스캔 대상 공간이 두 개의 구분된 공간(S1, S2)을 포함하는 경우에는 두 개의 서브 스캐닝 센서가 설치되어 각각 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)에 대한 서브 스캔 데이터를 획득할 수 있다.
이때, 상기 서브 스캔 데이터는 센싱부(130)에 의한 스캐닝 동작이 수행되지 않더라도 미리 획득되어 있을 수 있으며, 데이터 수신부(110)는 상기 서브 스캔 데이터를 수신하여 상기 기준 맵을 생성할 수 있다. 따라서, 상기 스캔 대상 공간에서 작업을 수행하기 전에 임의의 위치에서 센싱부(130)를 통해 기준 맵을 생성하는 과정이 생략될 수 있다.
그리고, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 서브 스캔 데이터를 통해 생성되는 기준 맵을 고려하여 스캔 위치 및 스캔 각도를 설정할 수 있을 것이다.
또한, 도 6에 도시되는 바와 같이, 한 번의 스캐닝 동작으로 전체 공간에 대한 스캔 데이터를 획득하기 용이하지 않은 경우에도, 전체 공간에 대한 기준 맵을 보다 용이하게 생성 가능하게 하는 효과를 제공할 수 있다.
도 7은 이동형 마킹 장치의 이동 경로 및 마킹 경로를 결정하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7에 도시되는 도형은 마킹 데이터를 예시적으로 나타내며, 앞선 도면들을 참조로 하여 설명한 구동형 마킹 장치는 스캔 대상 공간에서 이동하며 상기 마킹 데이터에 대응하는 작업을 수행할 수 있다.
도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 마킹 데이터에 대응하는 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에서 스캔 조건 설정부(140)는 상기 마킹 데이터를 고려하여 구동형 마킹 장치의 이동 거리를 최소화할 수 있는 마킹 경로를 설정할 수 있다.
스캔 조건 설정부(140)는 데이터 수신부(110)를 통해 수신되는 상기 마킹 데이터에서 적어도 하나 이상의 도형, 라인 등을 추출할 수 있으며 상기 도형, 라인 등의 연결 관계를 고려하여 서로 연결된 복수의 도형, 라인 등을 하나의 그룹으로 지정할 수 있다.
그리고, 스캔 조건 설정부(140)는 하나의 그룹으로 지정된 도형, 라인 등을 가장 빠르게 그릴 수 있는 마킹 경로를 산출할 수 있는데, 일 예로서 상기 마킹 경로를 산출하기 위하여 한 붓 그리기가 가능한 경로(Eulerian path)가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, 좌측의 삼각형과 이에 연결된 라인, 우측의 원형과 이에 연결된 사각형이 존재하므로, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 삼각형과 라인을 하나의 그룹(이하, 제1 그룹)으로 설정하고, 상기 원형과 사각형을 또 다른 하나의 그룹(이하, 제2 그룹)으로 설정할 수 있다.
이후, 스캔 조건 설정부(140)는 각각의 그룹에 대하여 한 붓 그리기가 가능한지 여부를 판단하고, 가능한 경우 마킹 경로를 산출할 수 있다. 도 7에 도시되는 도형들은 모두 한 붓 그리기가 가능하므로, 스캔 조건 설정부(140)는 도 7(b)에 도시되는 바와 같이, 각각의 그룹에 대하여 마킹 경로의 시작 지점과 종료 지점을 설정할 수 있다.
제1 그룹은 지점 P1에서 시작하는 경우 한 붓 그리기가 가능하며, 이때, 종료 지점은 지점 P2가 된다. 제2 그룹은 지점 P3이 시작 지점이 되고 동시에 종료 지점이 되므로, 지점 P2에서 지점 P3까지 상기 구동형 마킹 장치는 마킹 작업 없이 이동하도록 이동 경로가 설정될 수 있다.
도 7은 한 붓 그리기가 가능한 도형, 라인 등을 포함하는 마킹 데이터를 예로써 도시하고 있으나, 모든 마킹 데이터에 대하여 한 붓 그리기가 가능한 것은 아니므로, 스캔 조건 설정부(140)는 한 붓 그리기가 가능한 최소의 단위까지 상기 마킹 데이터를 분할할 수 있다.
또한, 서로 연결되어 있지 않은 마킹 데이터 사이의 이동 경로는 상기 구동형 마킹 장치의 이동 거리를 최소화할 수 있는 경로로 설정될 수 있다.
도 8은 마킹 데이터를 수정하는 방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8(a)는 마킹 데이터를 포함하는 스캔 대상 공간(S)을 예시적으로 도시하며, 도 8(b)는 스캐닝 센서를 통해 획득한 스캔 데이터를 통해 수정된 스캔 대상 공간(S')을 도시한다. 즉, 도 8(a)에 도시되는 스캔 대상 공간(S)은 상기 스캔 대상 공간(S)에 대한 정보를 포함하는 초기 맵(prior map, 예컨대 CAD 도면)으로 이해할 수 있다.
도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 상기 스캐닝 센서를 통해 획득한 스캔 데이터에 대응하는 스캔 대상 공간(S')은 상기 초기 맵에 대응하는 스캔 대상 공간(S)과 차이를 가질 수 있다. 상기 초기 맵이 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 포함하고 있기는 하나, 실제 작업 환경과 다른 정보를 포함할 수도 있으며, 이러한 경우에는 상기 스캐닝 센서를 이용하여 획득한 스캔 데이터를 이용하여 상기 초기 맵을 수정/업데이트할 수 있다.
한편, 상기 초기 맵은 마킹 데이터를 포함할 수 있는데, 도 8(a)를 참조하면 상기 스캔 대상 공간(S)의 우측 하단에 사각형의 마킹 데이터가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 스캔 대상 공간(S)에 대한 수정/업데이트 정보를 반영하여 상기 마킹 데이터를 수정할 수 있다.
도 8(c)는 스캔 데이터에 따라 수정된 마킹 데이터를 도시하며, 상기 초기 맵의 스캔 대상 공간(S)과 상기 스캔 데이터에 대응하는 스캔 대상 공간(S')의 크기 차이에 비례하여 상기 마킹 데이터의 크기가 수정된 것을 확인할 수 있다.
또한, 스캔 조건 설정부(140)는 스캔 대상 공간 수정에 대응하여 상기 마킹 데이터의 위치를 수정할 수 있다. 예를 들어, 상기 스캔 대상 공간의 가로 길이가 짧아지는 경우에는 상기 마킹 데이터와 세로 벽 사이의 간격이 좁아지도록 수정할 수 있다.
다른 실시예에서, 스캔 조건 설정부(140)는 상기 스캔 대상 공간의 크기가 달라지더라도 상기 마킹 데이터를 수정하기에 앞서 작업자에게 스캔 대상 공간의 크기가 다르게 측정되었음을 알리고, 상기 작업자로 하여금 상기 마킹 데이터의 크기와 위치를 수정할지 여부를 선택할 수 있도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템(200)은 데이터 수신부(210), 구동부(220), 센싱부(230), 마킹부(240), 맵 생성부(250), 스캔 조건 설정부(260), 위치 검출부(270) 및 위치 보정부(280)를 포함한다.
도 9에서 구동형 마킹 시스템(200)은, 도 1을 참조로 하여 설명한 구동형 마킹 시스템(100)이 마킹부(240), 맵 생성부(250)와 위치 보정부(280)를 더 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서 구동형 마킹 시스템(200)은 마킹부(240), 맵 생성부(250), 또는 위치 보정부(280) 중 하나의 구성요소만을 더 포함할 수도 있다.
마킹부(240)는 작업면에 대한 마킹 데이터에 대응하여 마킹 동작을 수행한다. 상기 작업면은 스캔 대상 공간에 존재하는 마킹의 대상이 되는 면을 의미하며, 상기 작업면은 상기 스캔 대상 공간에 포함될 수 있다. 그리고, 구동형 마킹 장치(20)는 상기 작업면 위에서 이동할 수 있다.
마킹부(240)는 상기 마킹 데이터에 대응하는 내용을 상기 작업면에 마킹하도록 구비된 것으로, 잉크, 감광제, 광, 음파 등과 같이 마킹할 수 있는 도구이면 어떠한 것이든 적용 가능하다. 또한, 상기 작업면에 물리적인 압력을 가하는 방법으로 마킹하는 방법도 적용 가능하다.
상기 마킹 데이터는 도안 데이터와 텍스트 데이터를 포함할 수 있으며, 상기 도안 데이터와 텍스트 데이터는 서로 구분된다. 예컨대, 상기 도안 데이터는 도 6 내지 도 8을 참조로 하여 설명한 도형 등에 관한 정보를 포함할 수 있고, 상기 텍스트 데이터는 상기 도안 데이터에 관하여 작업자에게 정보를 제공할 수 있는 설명, 주석 등에 대응하는 것으로 이해할 수 있다.
마킹부(240)는 1차원 또는 2차원 데이터 중 적어도 하나를 상기 작업면에 마킹할 수 있고, 3차원 데이터를 상기 작업면을 포함하는 상기 스캔 대상 공간에 마킹할 수도 있다. 예컨대, 마킹부(240)는 마킹된 작업면 상에 필요한 횟수만큼 마킹하여 적층 형태로 3차원 데이터를 마킹할 수 있다.
맵 생성부(250)는 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵(Reference Map)을 생성할 수 있으며, 보다 구체적으로 맵 생성부(250)는 임의의 기준위치에서 센싱부(230)에 포함되는 스캐닝 센서를 통해 획득된 스캔 데이터로부터 상기 기준 맵을 생성할 수 있다.
상기 기준위치는 상기 스캔 대상 공간 내의 임의의 위치가 될 수 있으며, 일반적으로는 상기 스캔 대상 공간의 가운데 지점으로 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 유리창에 가까운 위치 또는 근접한 장애물이 존재하는 위치는 상기 기준위치로 적합하지 않을 수 있다. 다만, 필요한 경우에는 상기 기준위치는 상기 스캔 대상 공간 외부의 임의의 위치가 될 수 있다.
유리창에서는 상기 스캐닝 센서에서 출력되는 스캔 신호의 반사가 적절히 일어나지 않을 수 있기 때문에 상기 스캔 데이터를 얻는데 문제가 될 수 있으며, 근접한 위치에 장애물이 존재하는 경우에는 상기 장애물 뒤 공간의 스캔 데이터를 얻기 어려울 수 있기 때문이다.
또한, 상기 스캐닝 센서에서 출력된 스캔 신호를 반사할 물체가 존재하지 않는 공간에서는 스캔 데이터를 획득하기 어려울 수 있으므로, 상기 기준위치는 상기 스캔 대상 공간 내의 비어있는 공간에 배치되어 기둥이나 장애물 등을 스캔할 수 있는 위치로 설정될 수 있다.
한편, 장애물 또는 기둥에 의해 완전한 스캔 데이터를 획득하기 어려운 경우에는 상기 기준위치에서 1차 스캐닝을 수행한 후, 상기 장애물 또는 기둥 뒷편의 임의의 위치를 지정하여 2차 스캐닝을 수행함으로써 보다 완전한 스캔 데이터를 획득할 수 있다.
구동형 마킹 장치(20)가 상기 기준위치에서 정지해 있는 상태에서, 상기 스캐닝 센서는 360˚ 회전하여 상기 스캔 대상 공간을 스캔하여 상기 스캔 데이터를 생성한다. 또한, 필요한 경우 센싱부(230)에 포함되는 스캐닝 센서는 틸트(tilt) 제어 등을 통해 고저 방향으로 스캔 각도가 제어될 수 있다. 다만, 상기 기준 맵을 생성하기 위한 상기 스캔 데이터를 생성하는 과정에서 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 반드시 상기 기준위치로 고정되어 있지 않아도 되며, 미리 정해진 기준 공간 내에서 이동하면서 상기 스캐닝 센서를 회전시켜 상기 스캔 데이터를 생성하는 것도 가능하다.
맵 생성부(250)는 상기 스캔 데이터로부터 상기 스캔 대상 공간의 기준 맵(Reference Map)을 생성하며, 상기 기준위치에서 획득된 상기 스캔 데이터에 SLAM 알고리즘을 적용하여 상기 기준 맵을 생성할 수 있다. SLAM은 Simultaneous Localization and Mapping 의 약자로, CML(Concurrent Mapping and Localization)이라고도 한다. SLAM은 맵(Map)도 주어져 있지 않고, 맵에서의 센서의 위치도 판단할 수 없는 경우에 주변 환경을 상기 센서로 감지해가면서 맵을 생성하고, 상기 맵에서 센서의 위치까지 추정하는 알고리즘을 의미한다.
한편, 상기 기준 맵은 상기 스캔 데이터에 대응하는 이미지 프레임에 포함되는 픽셀의 이미지 데이터로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 스캔 대상 공간이 하나의 프레임으로 표현되는 경우, 사물이 존재하는 위치에 대응하는 픽셀은 검은색(Black)으로 표시되고, 비어있는 공간에 대응하는 픽셀은 흰색(White)으로 표시될 수 있다.
다만, 이는 상기 기준 맵 데이터가 포함할 수 있는 데이터 형식의 일 실시예를 의미하며, 반드시 개별 픽셀에 대한 색상 정보를 포함하는 것으로 한정되지 않으며, 상기 기준 맵 데이터는 벡터, 극좌표 등의 형식으로 표현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 맵 생성부(250)는 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면을 수신하여 상기 기준 맵을 생성할 수 있다. 상기 도면은 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 포함하는 것으로 이해할 수 있으며, 일 실시예에서 상기 도면은 CAD 도면일 수 있다. 따라서, 상기 도면이 존재하는 경우에는 상기 도면이 상기 기준 맵과 같은 역할을 할 수 있다.
다만, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면이 존재한다 하더라도 상기 도면에 나타난 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보가 정확하지 않을 수 있으므로, 맵 생성부(250)는 상기 기준 맵을 새롭게 생성할 수 있다. 이때, 상기 도면과 맵 생성부(250)에서 생성되는 상기 기준 맵이 함께 사용될 수 있다.
한편, 상기 도면과 상기 기준 맵에 포함되는 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보가 일치하지 않는 경우에는 상기 도면과 상기 기준 맵에 각각 가중치를 부여하고, 스캔 조건 설정부(260)에서 사용 가능한 스캔 대상 공간 정보를 제공할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 맵 생성부(250)는 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 포함하는 초기 맵(prior map)과, 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 스캔 데이터를 비교하여 상기 초기 맵을 수정할 수 있다. 그리고, 스캔 조건 설정부(260)는 수정된 초기 맵을 상기 기준 맵(reference map)으로 사용할 수 있다.
예컨대, 상기 초기 맵은 앞서 설명한 바와 같은 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면일 수 있으며, 상기 스캔 대상 공간에서의 마킹 데이터를 포함할 수도 있다.
상기 초기 맵을 통해 표현되는 정보가 상기 스캔 대상 공간의 특성과 일치하지 않을 수 있으며, 이러한 경우에는 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 상기 스캔 데이터가 상기 스캔 대상 공간에 대한 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다.
다만, 상기 초기 맵과 상기 스캔 데이터를 비교한 결과가 미리 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우 맵 생성부(250)는 알람을 출력할 수 있다. 상기 알람은 일종의 오류 보고(error reporting)로 이해할 수 있다. 반대로, 상기 초기 맵과 상기 스캔 데이터를 비교한 결과가 상기 오차 범위 이내인 경우에는 상기 스캔 데이터를 기준으로 상기 초기 맵을 수정할 수 있다.
스캔 조건 설정부(260)는 맵 생성부(250)에서 수정된 초기 맵을 기준 맵으로 사용할 수 있으며, 따라서 상기 기준 맵에 포한된 데이터를 고려하여 구동형 마킹 장치(20)에 대한 스캔 조건을 설정할 수 있다.
한편, 위치 검출부(270)에서 데이터를 변환하고, 변환된 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하는 과정에서 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 위치 검출부(270)에서 판단된 구동형 마킹 장치(20)의 위치가 순간적으로 급격하게 변화하거나 구동형 마킹 장치(20)의 위치가 불연속적으로 변화하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 위치 보정부(280)는 위치 검출부(270)에서 검출된 구동형 마킹 장치(20)의 위치와 스캔 조건 설정부(260)에서 설정된 이동 경로를 비교하여 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 보정할 수 있다.
일 실시예로서 위치 보정부(280)는 센싱부(230)에 포함되는 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성센서)를 이용하여 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 보정할 수 있다. 상기 IMU는 가속도 센서 데이터와 지자계 센서 데이터를 제공할 수 있으며, 위치 검출부(270) 는 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하는 과정에서 발생한 오차를 상기 가속도 센서 데이터와 지자계 센서 데이터를 이용하여 보정할 수 있다.
한편, 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 보정하기 위해 사용되는 장치가 반드시 상기 IMU로 제한되는 것은 아니며, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정할 수 있는 어떠한 종류의 센서도 적용 가능함은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
한편, 스캔 조건 설정부(260)는 상기 마킹 데이터에 대응하여 구동형 마킹 장치(20)의 이동 경로를 설정할 수 있으며, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵(Reference Map) 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간 내에서의 스캔 위치를 설정하고, 상기 스캔 위치에서의 상기 스캐닝부의 스캔 각도를 설정한다.
상기 이동 경로는 상기 마킹 데이터에 따른 문양 또는 선(line)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 구동형 마킹 장치(20)는 특정한 공간 내에서 작업자가 원하는 위치에 특정한 표시를 하기 위해 사용될 수 있으며, 구동형 마킹 장치(20)는 상기 이동 경로를 따라 이동하되, 상기 마킹 데이터에 포함되는 위치에서 마킹부(240)를 이용하여 상기 작업면 위에 표시를 하거나 선을 그릴 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 센싱부(230)는 촬상부(미도시) 및 화상신호 생성부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 촬상부는 CCD 카메라와 같은 카메라 유닛을 포함할 수 있고, 이를 이용하여 상기 작업면을 촬영할 수 있다.
상기 화상신호 생성부는 상기 촬상부와 전기적으로 연결되어 상기 촬상부에서 촬영된 영상을 바탕으로 화상신호를 생성한다. 위치 검출부(270)는 상기 화상신호에 기초하여 상기 마킹 데이터 상에서의 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 계산 및/또는 확인할 수 있다.
상기 촬상부는 마킹부(240)가 상기 마킹 데이터에 대응하여 수행한 작업의 결과를 촬영할 수 있으며, 상기 화상신호는 상기 결과에 대응하는 데이터로서 상기 마킹 데이터와 비교 가능하다. 따라서, 위치 검출부(270)는 상기 화상신호와 상기 마킹 데이터를 비교함으로써 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 판단할 수 있으며, 마킹부(240)가 상기 마킹 데이터에 대응하여 작업자가 원하는 작업을 수행하고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 위치 검출부(270)는 상기 촬상부를 통해 획득한 결과를 작업자에게 제공할 수 있는데, 현재 작업 상태를 상기 화상신호를 통해 제공하거나, 다른 형식의 데이터로 제공할 수 있다.
즉, 상기 마킹 데이터에 대응하는 작업 결과는 상기 촬상부를 통해 획득되는 화상신호의 형태로 작업자에게 제공되거나, 상기 작업 결과를 인식할 수 있는 센서를 통해 획득되는 데이터(예컨대, 상기 작업 결과에 대응하는 위치 데이터, 상기 작업 결과와 상기 마킹 데이터를 비교한 결과를 포함하는 데이터 등)의 형태로 작업자에게 제공될 수 있다.
이러한 구성을 통해 상기 작업자가 구동형 마킹 장치(20)와 이격된 공간에 위치하는 경우에도 구동형 마킹 장치(20)를 통해 수행된 마킹 동작을 실시간으로 확인 가능한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 위치 검출부(270)는 구동형 마킹 장치(20)와 마킹부(240)의 상대적인 위치를 고려할 수 있다. 예컨대, 구동형 마킹 장치(20)의 위치와 마킹부(240)의 위치를 각각 제1 위치 및 제2 위치로 정의할 수 있으며, 구동형 마킹 장치(20)가 동작하지 않는 유휴 상태인 경우에 상기 제1 및 제2 위치는 일치하는 것으로 정의할 수 있다.
마킹부(240)는 구동형 마킹 장치(20)와 독립적으로 이동할 수 있으며, 구동형 마킹 장치(20)가 동작할때에는 상기 제2 위치와 상기 제1 위치가 서로 일치하지 않을 수 있다.
한편, 마킹부(240)는 구동형 마킹 장치(20)와 독립적으로 이동할 수 있으며, 마킹부는 상하, 좌우를 포함하여 다양한 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 따라서, 구동형 마킹 장치(20)가 이동하지 않는 상태에서 마킹부(240)가 수직으로 하강하여 현재 위치에 마킹을 하는 동작 등을 통하여 상기 현재 위치를 기준점(reference point)로 설정하는 기능을 수행할 수 있다.
또는, 마킹부(240)가 고정되어 있는 상태에서 구동형 마킹 장치(20)가 이동하는 경우에는 구동형 마킹 장치(20)의 위치에 대응하여 마킹부(240)의 위치가 종속적으로 변화할 수 있으며, 이때에는 구동형 마킹 장치(20)가 상기 마킹 데이터에 대응하는 이동 경로를 따라 이동할 수 있을 것이다.
또는, 마킹부(240)는 구동형 마킹 장치(20)의 이동 방향과 무관하게 이동할 수 있다. 일 예로서, 구동형 마킹 장치(20)는 미리 정해진 이동 경로를 따라 이동하고, 동시에 마킹부(240)는 상기 이동 경로에 독립적인 상기 마킹 데이터에 대응하는 마킹 작업을 수행할 수 있다. 다른 실시예로서, 구동형 마킹 장치(20)는 움직이지 않는 상태에서 마킹부(240)는 상기 마킹 데이터에 대응하여 마킹 작업을 수행할 수 있다.
한편, 구동형 마킹 장치(20)와 독립적으로 동작하는 마킹부(240)의 위치를 판단하기 위한 서브 센서(미도시)가 포함될 수 있다. 상기 서브 센서는 센싱부(230)에 포함될 수 있으며, 위치 검출부(270)는 상기 서브 센서를 통해 측정되는 데이터를 이용하여 마킹부(240)의 위치(제2 위치)를 판단함으로써, 구동형 마킹 장치(20)와 마킹부(240) 사이의 거리를 계산할 수도 있을 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치(20)와 마킹부(240)는 앞서 설명한 바와 같이 서로 독립적으로 이동 가능하므로 작업 상황에 대응하여 적절하게 동작할 수 있다.
*위치 검출부(270)는 상기 제2 위치 및 구동형 마킹 장치(20)와 마킹부(240) 사이의 거리를 이용하여 구동형 마킹 장치(20)의 위치인 상기 제1 위치를 계산할 수 있으며, 또는 이에 대응하여 상기 제1 위치 및 구동형 마킹 장치(20)와 마킹부(240) 사이의 거리를 이용하여 마킹부(240)의 위치인 상기 제2 위치를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 제2 위치는 마킹부(240)의 위치를 의미하므로, 위치 검출부(270)는 상기 마킹 데이터와, 마킹부(240)에 의해 수행된 작업의 결과를 반영하는 상기 화상신호를 비교함으로써 상기 제2 위치를 판단할 수 있다.
따라서, 상기 맵 데이터와 상기 스캔 데이터의 비교 결과를 통해 판단된 구동형 마킹 장치(20)의 위치가 정확하지 않더라도, 상기 제2 위치를 이용하여 구동형 마킹 장치(20)의 위치 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 위치 검출부(270)는 구동형 마킹 장치(20)의 위치와 상기 이동 경로를 비교하여 불일치하는 경우, 알람을 출력하는 알람 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 알람을 통해 작업자는 구동형 마킹 장치(20)의 위치가 미리 계획된 위치를 벗어난 것을 인지할 수 있으며, 구동형 마킹 장치(20)의 이후 동작을 제어할 수 있다.
위치 보정부(280)는 상기 IMU 또는 마킹부(240)의 위치(제2 위치)를 이용하여 판단된 구동형 마킹 장치(20)의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상으로 벗어난 경우 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 상기 이동 경로에 상응하도록 보정할 수 있다. 이때, 위치 보정부(280)는 구동부(220)를 제어함으로써 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 제어할 수 있다.
즉, 위치 보정부(280)는 구동형 마킹 장치(20)의 위차와 상기 이동 경로의 불일치 정도에 따라 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 보정할지 여부를 결정할 수 있다. 또한, 구동형 마킹 장치(20)에 대한 위치 보정 여부는 상기 알람을 확인한 작업자에 의하여 수행될 수도 있다.
한편, 도 4를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 센싱부(230)는 엔코더(Encorder)를 포함할 수 있으며, 위치 보정부(280)는 상기 엔코터에서 제공되는 구동형 마킹 장치(20)의 변위 데이터를 이용하여 구동형 마킹 장치(20)의 위치를 보정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 마킹부(240)는 상기 촬상부(미도시) 및 상기 화상신호 생성부(미도시)를 이용하여 상기 작업면에 대한 작업 결과를 촬영하고, 데이터 수신부(210)에 입력된 상기 마킹 데이터와 비교할 수 있다. 또는, 상기 작업 결과를 이미지로 획득하는 대신 감광제, 광파 등을 이용하여 다른 형태로 획득할 수 있다.
상기 작업 결과와 상기 마킹 데이터를 비교한 결과 상기 작업 결과에 오류가 있는 경우, 마킹부(240)는 해당 오류가 발생한 지점에서 잘못 마킹된 부분을 삭제하거나, 잘못 마킹된 부분 위에 덧칠하는 형태로 마킹 작업을 다시 수행할 수 있다.
또는, 상기 작업 결과와 상기 마킹 데이터를 비교한 결과를 사용자에게 제공함으로써, 상기 사용자로 하여금 마킹 작업을 다시 실시할지 여부를 결정하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 스캔 조건 설정부(260)는 구동형 마킹 장치(20)가 마킹 작업을 시작하기 전에 센싱부(230)로 하여금 상기 스캔 대상 공간에 대한 2차 스캐닝을 수행하도록 할 수 있다.
예컨대, 상기 스캐닝 센서를 이용하여 상기 기준 맵을 생성하는 경우, 상기 스캔 대상 공간의 작업자를 물체로 인식하는 경우가 발생할 수 있으며, 구동형 마킹 장치(20)가 작업을 수행하는 동안 상기 작업자는 상기 스캔 대상 공간에 존재하지 않을 수 있다.
이때에는, 상기 2차 스캐닝을 통해 획득되는 스캔 데이터를 이용하여 상기 기준 맵을 업데이트하도록 함으로써 불필요한 데이터를 제거한 이후 마킹 작업을 수행할 수 있다.
또는, 센싱부(230)에 촬상 장치를 구비하여 기준 맵 데이터 생성을 위한 스캐닝 동작 중 움직이는 객체가 검출되는 경우에는 스캐닝 동작을 중지하고 일정 시간이 경과한 이후에 스캐닝 동작을 재개하도록 설정할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템(300)은 구동형 마킹 장치(30) 및 컴퓨팅 장치(31)를 포함하며, 구동형 마킹 장치(30)는 데이터 수신부(310), 구동부(320) 및 센싱부(330)를 포함할 수 있다. 그리고, 컴퓨팅 장치(31)는 맵 생성부(340), 스캔 조건 설정부(350) 및 위치 검출부(360)를 포함할 수 있으며, 구동형 마킹 장치(30)는 제어부(370)를 더 포함할 수 있다.
데이터 수신부(310), 구동부(320), 센싱부(330), 맵 생성부(340), 스캔 조건 설정부(350) 및 위치 검출부(360)는 도 9를 참조로 하여 설명한 데이터 수신부(210), 구동부(220), 센싱부(230), 맵 생성부(250), 스캔 조건 설정부(260) 및 위치 검출부(270)와 실질적으로 동일한 기능을 수행하므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
한편, 맵 생성부(340), 스캔 조건 설정부(350) 및 위치 검출부(360)가 별도의 컴퓨팅 장치(31)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며 반드시 이러한 구성으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 따라서, 도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 컴퓨팅 장치(31)는 구동형 마킹 장치(30)에 결합될 수 있으며, 이때 맵 생성부(340), 스캔 조건 설정부(350) 및 위치 검출부(360)는 구동형 마킹 장치(30)의 구성요소로 기능하는 것도 가능하다.
제어부(370)는 구동형 마킹 장치(30)의 위치를 제어하며, 위치 검출부(360)에서 검출된 구동형 마킹 장치(30)의 위치가 미리 설정된 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상으로 벗어난 경우, 구동형 마킹 장치(30)의 위치를 상기 이동 경로에 대응하여 조정할 수 있다.
한편, 도 10에 도시되는 구동형 마킹 시스템(300)이 도 9를 참조로 하여 설명한 마킹부와 같은 구성을 포함하는 경우, 제어부(370)는 상기 마킹부의 위치를 제어할 수 있으며, 구동형 마킹 장치(30)의 위치가 상기 미리 결정된 범위 미만으로 벗어난 경우 상기 마킹부의 위치를 상기 이동 경로에 대응하여 조정할 수 있다.
상기 마킹부는 구동형 마킹 장치(30)와 독립적으로 상하, 좌우를 비롯하여 자유롭게 이동 가능하다. 따라서, 구동형 마킹 장치(30)가 상기 이동 경로에서 다소 벗어난 경우에는 구동형 마킹 장치(30)를 이동시키지 않고 상기 마킹부의 위치를 조정함으로써 상기 이동 경로 상에 존재하는 마킹 데이터에 대응하는 위치에 마킹 작업을 수행할 수 있다.
한편, 구동형 마킹 장치(30)는 복수 개의 마킹부를 포함할 수 있으며, 이때 상기 복수 개의 마킹부는 구동형 마킹 장치(30)에서 분리되어 동시에 서로 다른 위치에서 마킹 작업을 수행하는 것도 가능하다.
제어부(370)가 구동형 마킹 장치(30)의 위치를 조정하는 동작을 수행하는 경우, 도 9를 참조로 하여 설명한 위치 보정부(280)의 기능과 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 제어부(370)는 도 9를 참조로 하여 설명한 IMU 또는 마킹부의 위치(제2 위치)를 이용하여 판단된 구동형 마킹 장치(30)의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상으로 벗어난 경우 구동형 마킹 장치(30)의 위치를 상기 이동 경로에 상응하도록 보정할 수 있다.
이때, 제어부(370)는 구동형 마킹 장치(30)에 동력을 제공하는 구동 장치(미도시)를 제어함으로써 구동형 마킹 장치(30)의 위치를 제어할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 구동형 마킹 시스템이 공간 상에서 위치를 보정하는 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
앞선 도면들을 참조로 하여 설명한 바와 같이 스캔 조건 설정부(140, 260, 350)는 마킹 데이터에 대응하여 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하고, 스캔 대상 공간에 대응하는 기준 맵 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간 내에서의 스캔 위치를 설정하고, 상기 스캔 위치에서의 스캐닝부(130, 230, 330)의 스캔 각도를 설정할 수 있다.
도 11에서 점선은 스캔 조건 설정부(140, 260, 350)에서 설정된 상기 이동 경로를 나타내고, 실선은 상기 구동형 마킹 장치의 실제 이동 경로를 나타낸다. 도 11에 도시되는 이동 경로들은 본 발명의 설명을 위하여 예시적으로 이용되며, 상기 이동 경로들에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
도 9 및 도 10을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 위치 보정부(280)와 제어부(370)는 위치 검출부(270, 360)에서 검출된 상기 구동형 마킹 장치의 위치와 스캔 조건 설정부(260, 350)에서 설정된 이동 경로를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정할 수 있다.
이때, 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 미리 설정된 이동 경로에서 일정 범위 이상 벗어난 경우 위치 보정부(280)와 제어부(370)는 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 미리 설정된 이동 경로에 상응하도록 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 조정할 수 있다.
도 11에서 제1 보정지점(Z1)과 제2 보정지점(Z2)은 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 미리 설정된 이동 경로에서 상기 일정 범위 이상 벗어난 지점을 나타낸다. 위치 검출부(270, 360)는 지속적으로 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출할 수 있으며, 위치 보정부(280)와 제어부(370)는 검출된 상기 위치와 미리 설정된 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 비교할 수 있다.
상기 제1 보정지점(Z1) 및 제2 보정지점(Z2)에서는 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 미리 설정된 이동 경로에서 일정 범위 이상 벗어난 것으로 판단될 수 있으므로, 위치 보정부(280)와 제어부(370)는 이에 대응하여 상기 구동형 마킹 장치가 미리 설정된 상기 이동 경로에 접근하도록 조정할 수 있다.
상기 구동형 마킹 장치가 마킹 데이터에 대응하여 정확한 마킹 동작을 수행하기 위하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하기 위한 오차 범위는 최대한 좁게 설정되는 것이 바람직하며 또한, 상기 구동형 마킹 장치의 위치 판단의 정확도를 향상시키는 것이 중요하다.
상기 구동형 마킹 장치의 위치를 정확하게 검출하고, 이를 통해 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 조정 또는 보정하기 위해서 본 발명에 따른 구동형 마킹 시스템은 IMU 등의 보조 장치를 이용하거나 상기 구동형 마킹 장치에 포함되는 마킹 유닛의 위치를 이용할 수 있다. 또는, 앞서 설명한 바와 같이 임의의 위치에 설치되는 송신기와 상기 구동형 마킹 장치에 배치 가능한 수신기를 이용하는 것도 가능하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마킹부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마킹부(240)는 제1 마킹 모듈(241)과 제2 마킹 모듈(242)을 포함한다. 도 9를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 마킹부(240)는 마킹 데이터에 대응하여 작업면에서 마킹 동작을 수행하는데, 상기 마킹 데이터는 도안 데이터와 텍스트 데이터를 포함할 수 있다.
제1 마킹 모듈(241)은 상기 도안 데이터에 대응하는 마킹 동작을 수행하고, 제2 마킹 모듈(242)은 상기 텍스트 데이터에 대응하는 마킹 동작을 수행한다. 제1 마킹 모듈(241)과 제2 마킹 모듈(242)은 서로 독립적으로 구동하며, 이를 위해 제1 마킹 모듈(241)과 제2 마킹 모듈(242)은 각각 별도의 구동 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
또한, 도 9를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 마킹부(240)는 잉크, 감광제, 광, 음파 등과 같이 작업면에 마킹 동작을 수행할 수 있는 어떠한 도구도 이용 가능하며, 이는 제1 마킹 모듈(241)과 제2 마킹 모듈(242)에 적용되는 것으로 이해할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마킹 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12를 참조로 설명한 바와 같이, 마킹부(240)는 제1 마킹 모듈(241)과 제2 마킹 모듈(242)을 포함하여, 제1 마킹 모듈(241)은 도안 데이터, 제2 마킹 모듈(242)은 텍스트 데이터에 대응하여 각각 마킹 동작을 수행할 수 있다. 도 13은 제1 마킹 모듈(241)의 구성을 예시적으로 나타내는 것으로, 제2 마킹 모듈(242)의 구성 또한 도 13에 도시되는 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 마킹 모듈(241)은 잉크 공급부(241c), 제1 노즐부(241a)와 제2 노즐부(241b)를 포함한다. 제1 노즐부(241a)는 제1 방향으로의 마킹을 담당하고, 제2 노즐부(241b)는 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로의 마킹을 담당한다.
한편, 제1 마킹 모듈(241)은 제1 및 제2 노즐부(241a, 241b) 이외의 제3 노즐부(미도시), 제4 노즐부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제3 및 제4 노즐부는 각각 상기 제1 및 제2 방향과 다른 방향으로의 마킹을 담당할 수 있다. 따라서, 제1 마킹 모듈(241)은 복수의 서브(sub) 노즐부를 이용하여 다양한 방향으로 마킹 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 복수의 서브 노즐부는 일렬로 배치될 수 있으며 상기 복수의 서브 노즐부 사이의 간격은 고정되지 않고 구동형 마킹 장치(10, 20)의 작업 환경 또는 상기 마킹 데이터의 특성에 따라서 유연하게 변경될 수 있다.
제1 마킹 모듈(241)은 상기 복수의 서브 노즐부 중에서 작업에 필요한 일부의 서브 노즐부를 선택하여 마킹 작업을 수행할 수 있으며, 또는 상기 복수의 서브 노즐부 간의 간격을 조절하여 마킹 작업을 수행할 수도 있다.
도 13에서 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 각각 X축 방향과 Y축 방향을 의미할 수 있으나, 상기 제1 및 제2 방향이 반드시 이로써 한정되는 것은 아니다. 제1 노즐부(241a) 및 제2 노즐부(241b)는 잉크 공급부(241c)에 연결되며 각각 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있다.
제1 마킹 모듈(241)은 잉크과 같이 액체 형태의 안료를 분사하는 것이 한정되지 않으며, 고체 또는 겔 타입의 안료를 분사할 수도 있다. 제1 마킹 모듈(241)은 펜 또는 붓 타입의 유닛을 이용하여 잉크 또는 페이스트(paste)와 같은 유제 혹은 겔 타입의 안료를 작업면에 직접 바르도록 하거나, 고체 형태의 안료를 직접 작업면에 바르도록 할 수 있다.
이 외에 제1 마킹 모듈(241)은 작업면에 물리적인 변화를 가하도록 하여 작업면에 마킹이 이루어지도록 구비된 것일 수 있다. 예컨대, 제1 마킹 모듈(241)은 작업면의 표면에 스크래치를 가해 마킹이 이루어지도록 구비된 것일 수 있다.
이상 설명한 제1 마킹 모듈(241)의 구성 및 동작에 관한 것은 도 12를 참조로 하여 설명한 제2 마킹 모듈(242)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 마킹부(240)는 실제 마킹 작업을 수행하기에 앞서 모의 마킹 작업을 수행할 수 있다. 이때, 마킹부(240)는 실제 마킹 작업을 수행하지 않고, 마킹 데이터에 대응하여 노즐의 위치만 제어할 수 있다.
센싱부(230)는 상기 노즐의 위치를 산출하기 위한 노즐 위치 센서(미도시)를 더 포함할 수 있고, 상기 노즐 위치 센서는 상기 모의 마킹 작업 동안의 상기 노즐의 위치에 관한 데이터를 생성할 수 있다.
마킹부(240)는 상기 마킹 데이터와 상기 노즐의 위치에 관한 데이터를 비교하여, 실제 마킹 작업을 수행하는 동안에 문제가 발생할지를 예측할 수 있다. 예컨대, 상기 마킹 데이터와 상기 노즐의 위치에 관한 데이터가 일치하지 않는 위치에서 마킹부(240)는 모의 마킹 작업을 재차 수행할 수 있다.
미리 설정된 횟수 이상 모의 마킹 작업을 수행한 이후에도 상기 노즐의 위치가 상기 마킹 데이터에 대응하지 않는 경우에는, 마킹부(240)는 오류 알람을 출력할 수 있다. 사용자는 상기 알람에 대응하여 상기 노즐의 위치에 관한 데이터와 상기 마킹 데이터를 비교하여 실제 마킹 작업을 진행할지 여부를 결정할 수 있다. 또는, 마킹부(240)는 상기 알람을 통해 상기 사용자로 하여금 상기 두 개의 데이터가 서로 일치하지 않는 위치에 발생한 문제를 파악하도록 유도할 수 있다.
예컨대, 상기 두 개의 데이터가 서로 일치하지 않는 위치에 작업면이 패여있는 등 고르지 않은 경우에는 해당 작업면에 마킹 작업을 수행하기 위하여 보수 작업이 필요할 수 있으므로, 데이터의 불일치가 발생하는 경우 사용자에게 알람을 출력함으로써 마킹 작업이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
한편, 상기 마킹 데이터와 상기 노즐의 위치에 관한 데이터에 불일치가 발생하여 모의 마킹 작업을 다시 수행할 수 있다. 이에 따라 상기 미리 설정된 횟수 내에 새롭게 획득된 상기 노즐의 위치에 관한 데이터가 상기 마킹 데이터와 일치하게 되면, 마킹부(240)는 일시적인 문제가 발생했던 것으로 판단하고, 실제 마킹 작업을 수행할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 평면도를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 상기 구동형 마킹 장치는 양 측면에 배치되는 한 쌍의 바퀴를 이용하여 이동할 수 있으며, 스캐닝 센서(Scanning Sensor)를 포함할 수 있다. 또한, 도 14에는 도시되어 있지 않지만, 상기 구동형 마킹 장치는 하부에 적어도 하나의 바퀴를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 균형을 유지할 수 있다. 다만, 상기 구동형 마킹 장치는 도 13에 도시되는 구성, 예컨대 상기 한 쌍의 바퀴에 의하여 한정되는 것은 아니며, 상기 구동형 마킹 장치에 동력을 제공하여 임의의 위치로 이동 가능케 하는 어떠한 구성이라도 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 구동형 마킹 장치는 드론(drone)과 같이 비행 가능하게 구성될 수 있으며, 복수 쌍의 구동장치를 통해 구성될 수도 있다.
도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 상기 스캐닝 센서를 통해 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있으므로 상기 구동형 마킹 장치의 위치는 상기 스캐닝 센서의 위치와 실질적으로 동일한 것으로 이해할 수 있다.
또한, 상기 구동형 마킹 장치의 위치, 즉 상기 스캐닝 센서의 위치는 (px, py)의 좌표로 표현될 수 있으며 모터에 의해 회전 가능하다. 그리고, 상기 스캐닝 센서의 회전 방향은 필요에 따라 다양하게 제어될 수 있다. 이때, 상기 스캐닝 센서의 각도는 도 14의 x축을 기준으로 표현될 수 있으며, 상기 스캐닝 센서에 의해 검출되는 물체의 위치는 (θL, d)의 극좌표로 표현될 수 있다. 여기서 d는 검출된 물체까지의 거리를 의미한다.
한편, 상기 구동형 마킹 장치는 하부의 상기 스캐닝 센서에 상응하는 위치에 마킹 유닛(미도시)을 포함한다. 상기 마킹 유닛은 마킹 데이터에 대응하는 작업을 수행하기 위하여 상하, 좌우를 비롯하여 자유롭게 이동할 수 있도록 구비되며 마킹 데이터에 대응하여 작업면의 특정 위치에서 일정한 표시를 하거나 이동 경로 상에 선(line)을 그리는 동작을 수행할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 이동경로를 예시적으로 타나내는 도면이다.
상기 구동형 마킹 장치의 이동경로는 복수의 스캔 위치 및 스캐닝 센서의 스캔 각도에 관한 정보를 포함한다. 도 15를 참조하면, 상기 구동형 마킹 장치는 제1 지점(x1, y1, θ1) 내지 제7 지점(x7, y7, θ7)에서 상기 스캐닝 센서를 이용하여 스캐닝 동작을 수행한다.
도 15에서는 상기 구동형 마킹 장치가 스캐닝 동작을 수행하는 특정한 몇 개의 스캔 위치를 도시하고 있으며, 이는 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 정확하게 파악하기 위함이다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치는 특정한 스캔 위치를 지정하지 않고 설정된 상기 이동경로를 따라 이동하면서 연속적으로 스캐닝 동작을 수행할 수 있다.
한편, 상기 스캔 각도는 각각의 스캔 위치에서 상기 스캐닝 센서의 스캐닝 각도를 의미하며 Degree 또는 Radian 단위로 표현 가능하다. 그리고, 상기 스캔 각도의 크기는 x축을 기준으로 표현되거나, 직전 스캔 위치에서의 스캐닝 동작이 종료된 시점에서의 상기 스캐닝 센서의 각도를 기준으로 표현될 수 있다.
각각의 상기 스캔 위치에서 상기 구동형 마킹 장치는 정지하며, 상기 스캔 위치에 정지한 상태에서 상기 스캐닝 센서를 회전시켜 주변 공간을 스캐닝 한다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 상기 구동형 마킹 장치는 특정한 스캔 위치를 지정하지 않고 설정된 상기 이동경로를 따라 이동하면서 연속적으로 스캐닝 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 스캔 위치에서 정지하는 동작이 수행되지 않는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 상기 스캐닝 동작을 통해 획득되는 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교함으로써 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 이동 경로에 일치하는지 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템을 통해 상기 구동형 마킹 장치는 설정된 이동 경로를 따라 이동하며 마킹 데이터에 따라 해당하는 위치에서 특정한 표시를 하거나 선(line)을 그리는 동작을 수행할 수 있다.
또한, 이와 동시에 복수의 스캔 위치에서 스캐닝 센서를 통한 스캐닝 동작을 통해 스스로의 위치와 미리 설정된 상기 이동 경로와의 일치 여부를 판단하고, 상기 이동 경로와 일치하지 않는 경우에는 상기 이동 경로를 따라 이동하도록 위치가 제어될 수 있다.
한편, 도 15에는 총 7개의 스캔 위치가 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 상기 7개의 스캔 위치로 제한되지 않으며 상기 스캔 위치는 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 기둥, 유리창, 장애물 등의 위치에 의하여 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 상기 스캔 대상 공간 내에 비어있는 공간이 존재하는 경우에는 상기 비어있는 공간에서는 스캔 신호가 반사될 수 없으므로 상기 복수의 스캔 위치와 스캔 각도는 상기 비어있는 공간의 위치를 고려하여 설정될 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치를 통해 획득되는 기준 맵을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 기준위치(reference)에서 스캐닝 센서를 통해 획득한 스캔 데이터를 통해 획득한 기준 맵(Reference Map)을 나타내며, 유리창(glass)이 존재하는 위치에서는 스캔 신호의 반사가 일어나지 않아 상기 유리창(glass)의 위치에서부터 상기 기준위치(reference)까지 정상적인 스캔 데이터가 획득되지 않는 것을 확인할 수 있다.
또한, 기둥(pillar)의 뒷 공간으로부터는 스캔 데이터가 정상적으로 획득되지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 상기 스캔 데이터를 통해 상기 기준 맵을 생성하면 스캔 대상 공간에서 유리창이 존재하는 위치와 기둥 또는 장애물이 존재하는 위치를 대략적으로 판단할 수 있다.
한편, 정지상태의 스캐닝 센서를 회전시켜 획득한 스캔 데이터를 이용하여 상기 기준 맵을 생성하는 경우에는 스캔 대상 공간의 크기에 따라 스캔 거리가 길어지고, 이에 따라 정확도가 떨어질 수 있으며, 따라서 상기 기준 맵은 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로, 스캔 위치 및 스캔 각도를 설정하는데에 참고 데이터로 활용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스캔 대상 공간에 대한 도면이 존재하는 경우에는 상기 도면과 상기 기준 맵을 함께 사용하는 것이 상기 구동형 마킹 장치의 보다 정확한 동작을 구현하는데 도움이 될 수 있다.
한편, 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로, 스캔 위치 및 스캔 각도는 상기 스캔 대상 공간에 대한 정확한 스캔 데이터를 획득할 수 있도록 설정되며, 도 9에서는 상기 기준위치(reference)를 포함하여 유리창(glass)과 기둥(pillar)에서 최대한 이격되는 위치와 각도가 설정될 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법은, 정보 수신 단계(S110), 이동 경로 설정 단계(S120), 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S130), 마킹 장치 위치 판단 단계(S140), 마킹 장치 위치 보정 단계(S150)를 포함한다.
본 발명에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법에 따라 제어 가능한 구동형 마킹 장치는 동력을 제공하는 구동 장치(미도시)를 통해 이동할 수 있으며 스캐닝(Scanning) 센서를 포함할 수 있다. 상기 구동 장치는 구동형 마킹 장치에 동력을 제공하여 임의의 위치로 이동 가능케 하는 어떠한 형태라도 가능하며, 예컨대 상기 구동형 마킹 장치는 드론(drone)과 같이 비행 가능하게 구성되거나, 복수 쌍의 구동 장치를 통해 구성될 수도 있다.
한편, 상기 스캐닝 센서는 사물의 형태를 스캔하는 센서로서, 상기 스캐닝 센서는 레이저 등의 광파를 이용하거나 음파를 이용하여 사물까지의 거리를 측정하거나 형태를 스캔할 수 있다. 상기 스캐닝 센서가 레이저 센서를 포함하는 경우 상기 레이저 센서의 일 예로서 라이더(LiDAR) 센서가 포함될 수 있다.
상기 구동형 마킹 장치는 상기 스캐닝 센서를 이용하여 주변 공간을 스캔할 수 있으며, 상기 스캐닝 센서에서 출력된 스캔 신호가 반사되는 정보를 이용하여 주변 공간에 있는 사물의 위치를 극좌표 형식으로 획득할 수 있다. 상기 모터는 상기 스캐닝 센서를 360˚ 회전할 수 있도록 하며, 상기 스캐닝 센서의 회전 방향은 필요에 따라 다양하게 제어될 수 있다.
상기 정보 수신 단계(S110)에서는 스캔 대상 공간에 대한 정보를 수신한다. 상기 스캔 대상 공간은 상기 구동형 마킹 장치가 작업을 수행하는 공간을 의미하며, 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 정보는 도면, 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 벽, 기둥, 창문 등의 위치와 크기에 관한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보는 상기 구동형 마킹 장치가 상기 스캔 대상 공간에서 수행해야 하는 작업(task)에 관한 정보를 포함할 수 있다.
한편, 상기 정보 수신 단계(S110)에서는 상기 스캔 대상 공간에 포함되는 작업면에 대한 마킹 데이터를 수신할 수 있다. 상기 마킹 데이터는 상기 구동형 마킹 장치로 하여금 상기 작업면에 특정한 문양을 표시하거나 그리도록 하는 데이터를 의미하며, 상기 구동형 마킹 장치는 별도의 마킹 유닛(미도시)을 이용하여 상기 작업면에 상기 마킹 데이터에 대응하는 표시를 하거나 선을 그리는 동작 등을 수행할 수 있다.
상기 이동 경로 설정 단계(S120)에서는 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정한다. 상기 이동 경로는 상기 구동형 마킹 장치의 작업 특성을 고려하여 결정될 수 있으나, 일 실시예에서 상기 이동 경로는 상기 마킹 데이터에 따른 문양 또는 선(line)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 구동형 마킹 장치는 특정한 공간 내에서 작업자가 원하는 위치에 특정한 표시를 하기 위해 사용될 수 있으며, 상기 구동형 마킹 장치는 상기 이동 경로를 따라 이동하되 상기 마킹 데이터에 포함되는 위치에서 상기 마킹 유닛을 이용하여 상기 작업면 위에 표시를 하거나 선을 그릴 수 있다.
그리고, 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S130)에서는 기준 맵(Reference Map) 데이터를 고려하여 상기 스캔 대상 공간 내에서의 복수의 스캔 위치 및 각각의 스캔 위치에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도를 설정한다.
상기 기준 맵은 상기 스캔 대상 공간의 형상을 나타내는 지도로 이해할 수 있으며, 일 실시예에서 상기 기준 맵은 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 평면도일 수 있다.
상기 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S130)는 상기 스캔 대상 공간 내에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 조건을 설정하는 단계이다. 상기 이동 경로 설정 단계(S120)에서 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로가 설정되면 상기 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S130)에서는 상기 이동 경로 상의 임의의 지점을 지정하여 지정된 상기 지점을 스캔 위치로 설정한다. 이에 대응하여 상기 구동형 마킹 장치가 상기 스캔 위치에 도달하면 상기 스캐닝 센서는 스캐닝 동작을 수행한다. 그리고 이때, 상기 스캐닝 센서는 상기 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S130)에서 설정된 스캔 각도에 따라 회전하게 된다.
한편, 스캔 위치와 스캔 각도는 상기 기준 맵 데이터를 고려하여 설정되는데, 예컨대, 상기 스캔 대상 공간에 존재하는 기둥, 유리창, 장애물 등을 피할 수 있는 위치와 각도로 설정될 수 있다. 또한, 상기 스캔 대상 공간 내에 비어있는 공간이 존재하는 경우에는 상기 비어있는 공간에서는 스캔 신호가 반사될 수 없으므로 상기 복수의 스캔 위치와 스캔 각도는 상기 비어있는 공간의 위치를 고려하여 설정될 수 있다.
상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S140)에서는 상기 스캔 위치에서 상기 스캐닝 센서를 통해 획득된 스캔 데이터와 상기 기준 맵 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단한다.
상기 기준 맵 데이터는 이미지 프레임에 포함되는 픽셀의 좌표로 표현될 수 있으며, 물체가 존재하는 위치에 대응하는 픽셀의 좌표는 비어있는 위치에 대응하는 픽셀의 좌표와 다른 값을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 데이터는 극좌표 형태로 획득될 수 있으며 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하면, 상기 스캔 대상 공간 내에서의 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
한편, 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터가 각각 픽셀의 좌표에 관한 데이터 및 극좌표 형태의 데이터로 한정되는 것은 아니며, 상기 기준 맵 데이터 또한 벡터, 극좌표 형식의 데이터를 포함할 수 있으며, 상기 스캔 데이터 역시 그리드 형식의 데이터를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S140)에서는 상기 기준 맵 데이터를 상기 스캐닝 센서를 통해 획득되는 극좌표 형태의 데이터로 변환하고, 변환된 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교할 수 있다.
한편, 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S140)에서는 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성센서)를 이용하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있다. 상기 IMU는 가속도 센서 데이터와 지자계 센서 데이터를 제공할 수 있으며, 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S140)에서는 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하는 과정에서 발생한 오차를 상기 가속도 센서 데이터와 지자계 센서 데이터를 이용하여 보정할 수 있다.
한편, 상기 기준 맵 데이터와 상기 스캔 데이터를 보정하기 위해 사용되는 장치가 반드시 상기 IMU로 제한되는 것은 아니며, 상기 구동형 마킹 장치의 변위 데이터를 제공할 수 있는 엔코더(Encorder)가 활용될 수 있다. 다시 말해, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정할 수 있는 어떠한 종류의 센서도 적용 가능함은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
한편, 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S140)에서는 임의의 위치에 설치되는 송신기로부터 출력된 위치 신호를 수신하고, 상기 위치 신호로부터 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S140)에서 수행되는 동작은 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 최대한 정확하게 판단하는 것을 목적으로 하며, 상기 송신기는 상기 스캔 대상 공간의 임의의 위치, 예컨대 기둥 또는 벽면에 부착되어 상기 위치 신호를 송신할 수 있다.
다만, 상기 송신기의 위치가 상기 스캔 대상 공간의 내부의 임의의 위치로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 스캔 대상 공간이 오픈된 공간인 경우에는 상기 송신기가 상기 스캔 대상 공간의 외부에 위치하더라도 구동형 마킹 장치의 위치를 추척할 수 있다.
상기 구동형 마킹 장치는 상기 위치 신호를 수신하여 수신한 상기 위치 신호를 송신한 송신기의 위치 및 상기 송신기까지의 거리 및/또는 각도를 판단할 수 있는 수신기를 포함할 수 있으며, 상기 수신기는 복수의 송신기로부터 수신한 위치 신호를 고려하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
상기 송신기는 마커(marker) 또는 비콘(beacon)을 통해 구성될 수 있으며, 상기 스캔 데이터와 기준 맵 데이터의 비교를 통해 상기 구동형 마킹 장치의 정확한 위치를 판단하기 용이하지 않은 경우에 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 마커는 특정한 색상이나 모양 또는 미리 결정된 숫자를 표시할 수 있으며, 상기 수신부는 상기 색상, 모양 또는 숫자를 인식함으로써 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 장치의 제어방법은, 정보 수신 단계(S210), 이동 경로 설정 단계(S220), 스캔 데이터 획득 단계(S230), 기준 맵 생성 단계(S240), 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S250), 마킹 장치 위치 판단 단계(S260) 및 마킹 장치 위치 보정 단계(S270)를 포함한다.
정보 수신 단계(S210), 이동 경로 설정 단계(S220), 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S250), 마킹 장치 위치 판단 단계(S260) 및 마킹 장치 위치 보정 단계(S270)에서는 도 17을 참조로 하여 설명한 정보 수신 단계(S110), 이동 경로 설정 단계(S120), 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S130) 및 마킹 장치 위치 판단 단계(S140) 에서 수행되는 동작과 실질적으로 동일한 동작이 수행될 수 있으므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
스캔 데이터 획득 단계(S230)에서는 스캔 대상 공간 내의 임의의 기준위치에서 상기 구동형 마킹 장치의 스캐닝 센서를 회전시켜 상기 스캔 대상 공간의 스캔 데이터를 획득한다.
상기 기준위치는 상기 스캔 대상 공간 내의 임의의 위치가 될 수 있으며, 일반적으로는 상기 스캔 대상 공간의 가운데 지점으로 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 다만, 상기 기준위치가 반드시 상기 스캔 대상 공간 내의 위치로 제한되는 것은 아니며, 필요한 경우 상기 기준위치는 상기 스캔 대상 공간 외부로 선택될 수 있다.
유리창에 가까운 위치 또는 근접한 장애물이 존재하는 위치는 상기 기준위치로 적합하지 않을 수 있다. 유리창에서는 상기 스캐닝 센서에서 출력되는 스캔 신호가 반사되지 않을 확률이 높기 때문에 상기 스캔 데이터를 얻는데 문제가 될 수 있으며, 근접한 위치에 장애물이 존재하는 경우에는 상기 장애물 뒤 공간의 스캔 데이터를 얻기 어려울 수 있기 때문이다.
또한, 상기 스캐닝 센서에서 출력된 스캔 신호를 반사할 물체가 존재하지 않는 공간에서는 스캔 데이터를 획득하기 어려울 수 있으므로, 상기 기준위치는 상기 스캔 대상 공간 내의 비어있는 공간에 배치되어 기둥이나 장애물 등을 스캔할 수 있는 위치로 설정될 수 있다.
상기 구동형 마킹 장치가 상기 기준위치에서 정지해 있는 상태에서, 상기 스캐닝 센서는 360° 회전하여 상기 스캔 대상 공간을 스캔하여 상기 스캔 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 필요한 경우 상기 스캐닝 센서는 틸트(tilt) 제어 등을 통해 고저 방향으로 스캔 각도가 제어될 수 있다.
기준 맵 생성 단계(S240)에서는 상기 스캔 데이터로부터 상기 스캔 대상 공간에 대한 기준 맵을 생성한다. 상기 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S250)에서는 상기 기준 맵 생성 단계(S240)에서 생성되는 상기 기준 맵을 고려하여 상기 구동형 마킹 장치의 스캔 조건을 설정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 기준 맵 생성 단계(S240)에서는 상기 스캔 데이터에 SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) 알고리즘을 적용하여 상기 기준 맵을 생성할 수 있다.
한편, 상기 기준 맵은 상기 스캔 데이터에 대응하는 이미지 프레임에 포함되는 픽셀의 이미지 데이터로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 스캔 대상 공간이 하나의 프레임으로 표현되는 경우, 사물이 존재하는 위치에 대응하는 픽셀은 검은색(Black)으로 표시되고, 비어있는 공간에 대응하는 픽셀은 흰색(White)으로 표시될 수 있다.
다만, 이는 상기 기준 맵 데이터가 포함할 수 있는 데이터 형식의 일 실시예를 의미하며, 반드시 개별 픽셀에 대한 색상 정보를 포함하는 것으로 한정되지 않으며, 상기 기준 맵 데이터는 벡터, 극좌표 등의 형식으로 표현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 스캔 데이터 획득 단계(S230)를 생략하고 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 도면을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 도면은 상기 스캔 대상 공간에 대한 정보를 포함하는 것으로, 상기 도면이 존재하는 경우에는 상기 도면이 상기 기준 맵과 같은 역할을 할 수 있으며, 상기 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S250)에서는 상기 도면을 고려하여 복수의 스캔 위치 및 각각의 스캔 위치에서의 상기 스캐닝 센서의 스캔 각도를 설정할 수 있다.
상기 도면이 존재하는 경우에는 스캔 데이터로부터 상기 기준 맵을 생성하는 과정이 필요하지 않을 수 있으나, 본 발명에서는 상기 도면과 상기 기준 맵을 함께 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 도면의 정확도를 충분히 신뢰할 수 없는 경우에는 상기 스캔 데이터를 이용하여 생성되는 상기 기준 맵과 상기 도면을 동시에 사용할 수 있다.
따라서, 상기 스캔 위치 및 스캔 각도 설정 단계(S250)에서는 상기 기준 맵과 상기 도면을 함께 고려하여 상기 구동형 마킹 장치의 스캔 위치와 상기 스캔 위치에서의 스캔 각도를 설정할 수 있다.
또한, 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S260)에서는 상기 스캔 위치에서 획득되는 스캔 데이터와 상기 기준 맵, 그리고 상기 도면을 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있다.
마킹 장치 위치 보정 단계(S270)에서는 상기 구동형 마킹 장치와 상기 이동 경로를 비교하고, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정한다.
상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S260)에서 데이터를 변환하고, 변환된 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하는 과정에서 오차가 발생할 수 있는데, 예를 들어, 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S260)에서 판단된 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 순간적으로 급격하게 변화하거나 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 불연속적으로 변화하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우 상기 구동형 마킹 장치가 상기 이동 경로를 벗어나게 될 수 있다.
마킹 장치 위치 보정 단계(S270)에서는 상기 마킹 장치 위치 판단 단계(S260)에서 판단한 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상으로 벗어난 경우 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 상기 이동 경로에 상응하도록 보정할 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템(400)은 데이터 수신부(410), 구동부(420), 센싱부(430) 및 위치 검출부(440)를 포함한다.
도 19에 도시되는 구동형 마킹 시스템(400)은, 도 1을 참조로 하여 설명한 구동형 마킹 시스템(100)에서 스캔 조건 설정부(140)가 제외된 구성을 갖는다. 즉, 스캔 대상 공간에서의 구동형 마킹 장치의 스캔 위치, 스캔 각도를 설정하는 구성을 포함하지 않는다.
도 19에서 센싱부(430)는 제한된 각도 범위를 갖지 않고 360° 회전하면서 스캔 데이터를 획득하는 스캐닝 센서를 포함한다. 제한된 각도 범위 내에서만 스캔 데이터를 획득 가능한 스캐닝 센서를 사용하는 경우에는, 스캐닝 센서가 바라보는 방향에 따라서 획득되는 스캔 데이터의 양이 달라질 수 있기 때문에, 최대한 많은 양의 데이터를 획득하기 위한 스캔 위치와 각각의 스캔 위치에서의 스캔 각도를 설정하는 과정이 필요하다.
반면에, 스캐닝 센서가 360° 회전 가능한 경우에는 모든 위치에서 상기 스캔 대상 공간에 대응하는 스캔 데이터를 획득할 수 있으므로, 상기 스캔 위치와, 스캔 각도를 설정하지 않아도 무방하다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동형 마킹 시스템(400)은, 데이터 수신부(410), 구동부(420), 센싱부(430) 및 위치 검출부(440)만을 포함할 수 있다.
한편, 센싱부(430)는 상기 스캐닝 센서의 스캔 높이를 제어하는 수직 구동부(미도시)를 포함할 수 있으며, 구동형 마킹 장치의 위치에 따라 상기 스캐닝 센서의 높이를 제어할 수 있다. 따라서, 도 1을 참조로 하여 설명한 스캔 조건 설정부(140)에 의해 스캔 각도 및 스캔 위치가 미리 설정되지 않는 경우에도 상기 스캐닝 센서의 높이는 제어 가능한 것으로 이해할 수 있다.
위치 검출부(440)는 센싱부(430)에서 획득되는 스캔 데이터 중 일부 스캔 데이터를 추출하여 구동형 마킹 장치의 위치를 검출할 수 있는데, 이때 추출되는 스캔 데이터는 상기 스캔 대상 공간에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있는 스캔 데이터로 이해할 수 있다.
한편, 위치 검출부(440)는 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출하기 위해 필요한 스캔 데이터를 추출하는 데이터 추출 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 데이터 추출 모듈은 센싱부(430)를 통해 획득되는 스캔 데이터 중 보다 정확한 정보를 제공할 수 있는 스캔 데이터를 추출하기 위하여, 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같은 방법을 이용할 수 있다.
예컨대, 상기 스캔 대상 공간 내에서 보다 많은 양의 스캔 데이터를 획득할 수 있는 위치와 스캐닝 센서의 스캔 각도 범위를 고려할 수 있다. 다시 도 2를 참조하면, 상기 구동형 마킹 장치가 위치 A 에서 위치 B 를 거쳐 위치 C 로 이동하는 경우, 위치 A 에서 획득된 스캔 데이터 중 135°~ -45° 범위 내의 스캔 데이터가 추출될 수 있다.
마찬가지로, 위치 B 에서 획득된 스캔 데이터 중에서는 0°~ 180° 범위 내의 스캔 데이터가 추출될 수 있으며, 위치 C 에서 획득된 스캔 데이터 중에서는 45°~ 225° 범위 내의 스캔 데이터가 추출될 수 있다.
이상 설명한 방법은, 360°회전 가능한 스캐닝 센서를 이용하는 경우에 일부의 스캔 데이터를 추출하기 위해 사용할 수 있는 일 실시예에 불과하며, 상기 기재한 방법으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 따라서, 일부의 스캔 데이터를 추출하는 과정이 반드시 필요한 것은 아니며, 일부의 스캔 데이터를 추출하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
한편, 도 19에는 도시되지 않았으나, 구동형 마킹 시스템(400)은 스캐닝 센서의 상하 방향의 스캐닝이 가능하도록 조절할 수 있는 틸트 구동부 및/또는 수직 구동부를 포함할 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센싱부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센싱부(430)는 스캐닝 센서(431) 및 제4 센서(432)를 포함한다. 스캐닝 센서(431)는 앞선 도면들을 참조로 하여 설명한 스캐닝 센서와 동일한 동작을 수행한다.
제4 센서(432)는 스캔 대상 공간에 설정된 기준 위치를 인식한다. 상기 기준 위치는 상기 스캔 대상 공간에 대한 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있는 정보를 제공한다.
앞선 도면들을 참조로 하여 설명한 구동형 마킹 시스템은 스캐닝 센서를 통해 획득되는 스캔 데이터로부터 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단할 수 있는데, 상기 스캔 대상 공간의 임의의 위치에 설정되는 상기 기준 위치는 상기 스캔 데이터 획득 여부와 관계없이 위치 검출부(440)로 하여금 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출할 수 있도록 한다.
상기 기준 위치는 상기 스캔 대상 공간의 바닥면, 벽면 및/또는 천정의 임의의 위치로 설정될 수 있으며, 상기 기준 위치에는 제4 센서(432)로 인식할 수 있는 표식, 통신 장치가 설치될 수 있다.
예컨대, 제4 센서(432)는 카메라일 수 있으며, 상기 카메라를 통해 상기 스캔 대상 공간의 바닥면에 표시된 표식을 촬영하고, 위치 검출부(440)는 촬영된 표식의 형태, 크기 등을 분석하여 상기 표식을 촬영한 위치를 검출할 수 있다. 이를 위해, 위치 검출부(440)는 상기 기준 위치에서 촬영된 상기 표식의 이미지를 저장하고 있을 수 있다. 위치 검출부(440)는 상기 기준 위치에서 촬영된 상기 표식의 이미지와, 상기 스캔 대상 공간의 임의의 위치에서 촬영된 상기 표식의 이미지를 비교하여 두 개의 이미지의 크기와 형태가 동일한 경우에는, 이때 상기 구동형 마킹 장치가 상기 기준 위치에 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 스캔 대상 공간에서 이동하면서 스캐닝 동작을 비롯한 다양한 작업을 수행하는 상기 구동형 마킹 장치의 이동 거리가 길어짐에 따라 위치 판단 오차가 누적되어 증가하는 문제가 발생할 수 있는데, 상기 기준 위치를 인식하는 제4 센서(432)를 통해 주기적으로 또는 사용자의 요청에 따라 상기 기준 위치를 인식하도록 함으로써, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하는 효과를 제공할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기준 위치를 이용하는 방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 21(a)는 스캔 대상 공간(S)의 바닥면에 기준 위치를 표시하는 예를 나타낸다. 도 21(a)를 참조하면, 상기 스캔 대상 공간(S)의 바닥면에 기준 위치 R 이 표시될 수 있고, 도 20을 참조로 하여 설명한 제4 센서(432)는 상기 기준 위치 R 을 인식할 수 있다.
상기 기준 위치 R 의 상기 스캔 대상 공간 내에서의 좌표 또는 상대적인 위치는 위치 검출부(440)에 저장되어 있을 수 있고, 상기 기준 위치 R 를 기준으로 구동형 마킹 장치가 작업을 수행하는 도중에, 주기적으로 또는 사용자의 요청에 따라 상기 구동형 마킹 장치를 상기 기준 위치 R 로 이동시킬 수 있다.
상기 기준 위치 R 에서 제4 센서(432)를 통해 상기 기준 위치 R 에 표시된 표식을 촬영하고, 촬영된 이미지와 위치 검출부(440)에 저장된 상기 표식의 이미지를 비교함으로써 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출할 수 있다.
도 21(b)는, 스캔 대상 공간(S)에 설치된 복수 개의 기준 위치를 예시적으로 나타낸다. 도 21(b)를 참조하면, 상기 스캔 대상 공간(S)에는 4개의 기둥이 설치되며, 각각의 기둥은 상기 스캔 대상 공간(S) 내에서의 기준 위치가 된다. 상기 각각의 기둥에는 제4 센서(432)와 통신 가능한 통신 장치가 설치될 수 있다. 제4 센서(432)는 상기 각각의 기둥과의 거리를 산출하여, 산출된 거리에 관한 정보를 위치 검출부(440)에 전송할 수 있다.
위치 검출부(440)는 상기 거리에 관한 정보와, 상기 각각의 기둥의 상기 스캔 대상 공간(S)에서의 위치 정보를 이용하여 구동형 마킹 장치의 위치를 검출할 수 있다.
도 21(a) 및 21(b)에 개시된 실시예를 통해 상기 구동형 마킹 장치를 상기 스캔 대상 공간(S)의 임의의 지점(예컨대, 상기 스캔 대상 공간(S)의 중앙)에 위치하도록 제어할 수 있으며, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 리셋(reset)한 후 상기 구동형 마킹 장치가 다음 작업을 수행하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 구동형 마킹 시스템
110, 210, 310, 410: 데이터 수신부
120, 220, 320, 420: 구동부
121, 221, 321: 마킹 유닛
122, 222, 322: 구동 유닛
130, 230, 330, 430: 센싱부
131, 431: 스캐닝 센서
132: 센서 구동부
133: 제2 센서
134: 제3 센서
432: 제4 센서
240: 마킹부
241: 제1 마킹 모듈
242: 제2 마킹 모듈
250, 340: 맵 생성부
140, 260, 350: 스캔 조건 설정부
150, 270, 360, 440: 위치 검출부
280: 위치 보정부
370: 제어부
10, 20, 30: 구동형 마킹 장치

Claims (12)

  1. 구동형 마킹 장치를 포함하는 구동형 마킹 시스템에 있어서,
    대상 공간에 대한 정보를 수신하는 데이터 수신부;
    상기 구동형 마킹 장치에 동력을 제공하는 구동부;
    상기 대상 공간을 센싱하는 센싱부;
    상기 구동형 마킹 장치가 이동할 경로를 설정하는 센싱 조건 설정부; 및
    상기 대상 공간에 대응하는 맵 데이터와 상기 센싱부에서 획득되는 센싱 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 검출하는 위치 검출부;
    를 포함하고,
    상기 맵 데이터는 이전 센싱 과정에서 얻어진 상기 대상 공간에 대한 도면으로부터 생성된 데이터를 포함하고,
    상기 구동형 마킹 장치는 임의의 위치에 설치되는 송신기로부터 출력되는 위치 신호를 수신하는 수신기를 포함하고,
    상기 위치 검출부는 상기 위치 신호로부터 상기 송신기의 위치 정보, 상기 송신기까지의 거리 정보 또는 상기 송신기까지의 각도 정보 중 적어도 하나를 판단하도록 구비되는 구동형 마킹 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출부에서 검출된 상기 구동형 마킹 장치의 위치와 상기 이동 경로를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하는 위치 보정부를 더 포함하는 구동형 마킹 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대상 공간에 대한 정보는 상기 대상 공간에 대한 마킹 데이터를 포함하고,
    상기 마킹 데이터에 대응하여 마킹 동작을 수행하는 마킹부; 및
    상기 구동형 마킹 장치 및 상기 마킹부의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 위치 검출부에서 검출된 상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 이동 경로에서 미리 결정된 범위 이상으로 벗어난 경우 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 상기 이동 경로에 대응하여 조정하고,
    상기 구동형 마킹 장치의 위치가 상기 미리 결정된 범위 미만으로 벗어난 경우 상기 마킹부의 위치를 상기 이동 경로에 대응하여 조정하는 구동형 마킹 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로는 마킹 데이터에 대응하여 설정되는 구동형 마킹 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부가 상기 대상 공간을 센싱하는 위치는 상기 이동 경로 상에 존재하는 구동형 마킹 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출부는 상기 송신기의 위치 정보, 상기 송신기까지의 거리 정보 또는 상기 송신기까지의 각도 정보 중 적어도 하나로부터 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단하는 구동형 마킹 시스템.
  7. 센서 및 구동 장치를 포함하는 구동형 마킹 장치를 포함하는 구동형 마킹 시스템의 제어방법으로서,
    상기 구동형 마킹 시스템이 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 구동형 마킹 시스템이 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하는 단계;
    상기 구동형 마킹 시스템이, 상기 대상 공간에 대응하는 맵 데이터와 상기 구동형 마킹 장치의 센서에 의해 상기 대상 공간을 센싱한 센싱 데이터를 비교하여 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 판단하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 맵 데이터는 이전 센싱 과정에서 얻어진 상기 대상 공간에 대한 도면으로부터 생성된 데이터를 포함하고,
    상기 구동형 마킹 장치는 임의의 위치에 설치되는 송신기로부터 출력되는 위치 신호를 수신하는 수신기를 포함하고,
    상기 구동형 마킹 시스템은 상기 위치 신호로부터 상기 송신기의 위치 정보, 상기 송신기까지의 거리 정보 또는 상기 송신기까지의 각도 정보 중 적어도 하나를 판단하도록 구비되는, 구동형 마킹 시스템의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동형 마킹 시스템은, 상기 구동형 마킹 장치의 위치와 상기 이동 경로를 비교하고, 상기 구동형 마킹 장치의 위치를 보정하는 단계를 더 포함하는 구동형 마킹 시스템의 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 대상 공간에 대한 정보를 수신하는 단계에서는, 상기 구동형 마킹 시스템이, 상기 대상 공간에 포함되는 작업면에 대한 마킹 데이터를 더 수신하고,
    상기 이동 경로를 설정하는 단계에서는 상기 구동형 마킹 시스템이 상기 마킹 데이터에 대응하여 상기 구동형 마킹 장치의 이동 경로를 설정하는 구동형 마킹 시스템의 제어방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 대상 공간을 센싱하는 위치는 상기 이동 경로 상에 존재하는 구동형 마킹 시스템의 제어방법.
  12. 제7항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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