KR20020008353A

KR20020008353A - 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치/자세 검출방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20020008353A
Application number: KR1020000042250A
Authority: KR
Inventors: 김선호; 박경택
Original assignee: 황해웅; 한국기계연구원
Priority date: 2000-07-22
Filing date: 2000-07-22
Publication date: 2002-01-30
Also published as: KR100494657B1

Abstract

고정체로부터 이동체의 이동위치 및 자세를 비접촉식으로 검출하기 위한 방법으로서, (a) 고정체에서 광을 발생시키는 광발생단계와; (b) 발광된 광원으로부터 슬릿광을 생성하는 슬릿광생성단계와; (c) 생성된 슬릿광을 주기적으로 회전시키는 슬릿광회전단계와; (d) 이동체의 3탐지점으로부터 슬릿광을 인식하는 슬릿광인식단계와; (e) 각 3탐지점에서 인식된 광 반응시간을 산출해내는 광반응시간산출단계; 및 (f) 광반응 시간차에 의해 광원으로부터 3탐지점간의 변화된 각도를 검출하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

슬릿광을 이용한 이동물체의 위치/자세 검출방법 및 그 장치{Position and Pose Detection Method and Apparatus Using Slit Optics Beam for Moving Object}

본 발명은 이동하는 물체의 위치와 자세를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 지상에 설치된 고정체로부터 슬릿광을 발생시키고, 이동물체로부터 변화된 시간차에 의해 광을 인식시켜 위상각도를 검출하여 이동물체의 위치 및 자세를 검출할 수 있도록 한 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치/자세 검출방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이동하는 위치와 자세를 검출하기 위해서는 지상에 설치된 고정체에 검출장치를 두고 이동체의 위치와 자세를 검출하는 방법과, 지상의 고정체에 설치된 신호발생기와 이동체에 설치한 신호검출장치를 이용해 이동체의 위치와 자세를 검출하는 방법이 있다.

전자의 방법은 주로 CCD(전하결합소자 기억장치) 카메라를 이용하게 되는데 이는 카메라의 한정된 분해능, 조명에 대한 영향(밤, 낮 등), 좁은 측정범위 등 때문에 적용에 많은 한계가 있다.

후자의 방법으로는 지리위치 인공위성(GPS), 거리측정기, 자이로가 사용될 수 있는데, GPS의 경우 고정밀 검출을 위해서는 장비비가 고가이며, 거리측정기의 경우 이동구간에 제한을 받는 등 많은 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명에서는 지상의 고정체에 설치되어 주기적으로 발생시키는 슬릿광 발생장치와 이동체에 설치되어 슬릿광을 인식할 수 있는 광 인식장치를 이용해 움직이는 이동체의 위치와 자세를 검출할 수 있도록 한 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치/자세 검출방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

고정체로부터 이동체의 이동위치 및 자세를 검출하기 위한 방법으로서,

(a) 고정체에서 광을 발생시키는 광발생단계와;

(b) 발광된 광원으로부터 슬릿광을 생성하는 슬릿광생성단계와;

(c) 생성된 슬릿광을 주기적으로 회전시키는 슬릿광회전단계와;

(d) 이동체의 3탐지점으로부터 슬릿광을 인식하는 슬릿광인식단계와;

(e) 각 3탐지점에서 인식된 광 반응시간을 산출해내는 광반응시간산출단계; 및

(f) 광반응 시간차에 의해 광원으로부터 3탐지점간의 변화된 각도를 검출하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 고정체로부터 이동체의 이동위치 및 자세를 검출하기 위한 장치로서,

(a) 고정체에서 광을 발생시키는 발광소자와;

(b) 상기 발광부로부터 슬릿광을 생성시키는 슬릿렌즈와;

(c) 상기 슬릿렌즈로부터 생성된 슬릿광을 원거리로 방사하기 위한 초점렌즈와;

(d) 상기 슬릿광을 주기적으로 회전시키기 위한 회전모터와;

(e) 상기 이동체의 3탐지점에 각기 설치되어 슬릿광을 인식하는 광센서; 및

(f) 상기 각 광센서에서 인식된 광 반응시간을 산출하고 동시에 광반응 시간차에 의해 3탐지점간의 변화된 각도를 검출해내는 컨트롤러를 포함한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치 및 자세 검출 장치의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 광발생장치의 구성도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 광인식장치의 구성도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흐름도이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동물체의 위치와 자세를 설명하기 위한 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

13 : 컨트롤러 21,22,23 : 광인식장치

20a : 광센서 20b : 필터

20c : 집광렌즈 100 : 슬릿광발생장치

101 : 발광소자 102 : 슬릿렌즈

103 : 초점렌즈

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치 및 자세검출 장치의 개락도이다.

도시된 바와 같이 도면부호 100은 지상의 고정체(50)에 설치되어 주기적으로 슬릿광을 발생시키는 슬릿광 발생장치를 나타내고, 21,22,23은 이동체(30)에 설치되어 슬릿광을 인식할 수 있는 슬릿광 인식장치를 나타낸다. 여기서 슬릿광이란 광을 렌즈를 통해 직선화한 것을 말한다.

도면부호 3은 이동체를 나타내고, 51은 이동체(50)에 직각으로 놓여있는 고정된 면을 나타낸다. 도면부호 4는 이동체(50)의 기준이 되는 이동물체의 정위치를 나타낸다.

상기 슬릿광 발생장치(100)는 광을 발생시키는 발광소자(101)와, 상기 발광소자(101)로부터 슬릿광을 생성시키는 슬릿렌즈(102)와, 상기 슬릿렌즈(102)로부터 생성된 슬릿광을 원거리로 방사하기 위한 초점렌즈(103)와, 상기 슬릿광을 주기적으로 회전시키기 위한 회전모터(104)를 포함한다.

따라서 발광소자(101)로부터 생성된 슬릿광은 도 1과 같이 면(51)에 대하여 직각방향의 성분을 갖는다.

상기 슬릿광 인식장치(21,22,23)는, 도 3에서와 같이 광을 인식할 수 있는광센서(20a)와, 광원에서 발생되는 광의 파장을 제외한 다른 파장 성분을 제거할 수 있는 필터(20b) 그리고 광 량을 모을 수 있는 집광렌즈(20c)를 포함한다.

일반적으로 본 장치를 구성할 때에는 광 인식장치를 가지고 있는 이동체(3)는 지상에서 움직이고, 광발생장치(100)는 이동체(3)에 대해 수평이 되도록 지상의 고정체(50)에 설치된다.

도 1에서 광인식장치(21,22,23)는 최소한 3개로 사용하였는데 이는 이동물체의 위치와 자세를 3탐지점을 통해 동시에 검출하기 위해서이다.

도면 부호 11은 광발생장치(100)로부터 발생된 슬릿광이 이동체(3)위에 투영되어 만들어진 삼각형의 광영역으로, 이 광영역은 상기 회전모터(104)의 회전속도에 따라 주기적으로 이동체(3)상을 지나가게 된다.

도면부호 13은 광인식장치(21,22,23)로부터 수집된 광반응 시간을 검출하여 케이블(12)을 통해 이동체(3)의 위치와 자세를 산출하기 위한 컨트롤러이다.

이와 같이 구성된 장치의 작용을 도 4의 흐름도를 참조하여 설명한다.

고정체(50)의 광발생장치(100)로부터 광을 발생시켜 발광된 광원으로부터 슬릿광을 생성시킨다. (단계 S1)

이 슬릿광은 회전모터(104)에 의해 주기적으로 면(51)에 대해 수직성분으로 회전하게 되면서 삼각형 영역으로 광인식장치(21,22,23)를 지나게 된다. (단계 S2,S3)

이때마다 광인식장치(21,22,23)는 광을 매번 인식하게 되고 인식신호는 케이블(12)을 통해 컨트롤러(13)에 전송된다. (단계 S4)

따라서 컨트롤러(13)는 광 반응시간을 검출하고, 이를 토대로 위상각도를 산출해낸다. (단계 S5,S6)

예로, 슬릿광이 3,000 rpm으로 회전한다고 하면 1회전(360도)하는데 소요되는 시간이 0.02초가 되므로, 광인식장치(21과 22)간의 시간차가 0.001초라면 각도차α는 18도가 된다.

즉, 위상각도차=(360도×시간차)/0.02로서 산출된다.

도 5를 설명하면 본 발명에 따른 이동물체의 위치와 자세를 구하는 방법이 더욱 명료해질 것이다.

도 5에서 31은 기준좌표를 나타내고, 32는 회전 기준좌표를 나타낸다. 도 1에서와 같이 광인식장치(21과 22) 사이의 각도는 α이고, 광인식장치(22와 23) 사이의 각도는 β로 정의한다. 이동물체(33) 위치는 정위치(4)의 기준상에 놓여 있는 것을 나타낸다.

이때 44는 정위치에 도달하지 못한 위치를 나타내고, 이는 도 1에서 정의한 각도 α가 33에서 정의한 각도보다 적게 나타남으로 확인이 가능하다.

35,36은 정위치 34보다 자세가 틀어져 있는 위치를 나타낸다. 이는 도 1에서 정의한 β가 33에서 정의한 값보다 크거나 적게 나타남으로서 확인이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른면, 지상의 고정체에 설치된 슬릿광 발생장치와 이동물체에 설치된 광인식장치를 이용하면 물체의 위치와 자세를 효과적으로 검출할 수 있다. 이러한 장치는 물류시스템에 적용하면 자동화, 무인화시스템을 효과적으로 구성할 수 있다. 특히 무인화된 항만 시스템에서 운영되는 무인운반차와 컨테이너 크레인, 야드 크레인에 설치한다면 훌륭한 독킹 시스템으로 활용할 수 있다.

Claims

고정체로부터 이동체의 이동위치 및 자세를 검출하기 위한 방법으로서,

(a) 고정체에서 광을 발생시키는 광발생단계와;

(b) 발광된 광원으로부터 슬릿광을 생성하는 슬릿광생성단계와;

(c) 생성된 슬릿광을 주기적으로 회전시키는 슬릿광회전단계와;

(d) 이동체의 3탐지점으로부터 슬릿광을 인식하는 슬릿광인식단계와;

(e) 각 3탐지점에서 인식된 광 반응시간을 산출해내는 광반응시간산출단계; 및

(f) 광반응 시간차에 의해 광원으로부터 3탐지점간의 변화된 각도를 검출하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치 및 자세 검출방법.
고정체로부터 이동체의 이동위치 및 자세를 검출하기 위한 장치로서,

(a) 고정체에서 광을 발생시키는 발광소자와;

(b) 상기 발광부로부터 슬릿광을 생성시키는 슬릿렌즈와;

(c) 상기 슬릿렌즈로부터 생성된 슬릿광을 원거리로 방사하기 위한 초점렌즈와;

(d) 상기 슬릿광을 주기적으로 회전시키기 위한 회전모터와;

(e) 상기 이동체의 3탐지점에 각기 설치되어 슬릿광을 인식하는 광센서; 및

(f) 상기 각 광센서에서 인식된 광 반응시간을 산출하고 동시에 광반응 시간차에 의해 3탐지점간의 변화된 각도를 검출해내는 컨트롤러를 포함한 것을 특징으로 하는 슬릿광을 이용한 이동물체의 위치 및 자세 검출장치.