KR20050063541A

KR20050063541A - 이동로봇의 위치확인장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050063541A
Application number: KR1020030094952A
Authority: KR
Inventors: 김영기
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-06-28

Abstract

본 발명은 이동로봇의 위치확인장치 및 방법에 관한 것으로, 이동로봇이, 가속도센서를 이용하여 구동바퀴와 바닥과의 슬립을 감지하고, 그 슬립에 따른 이동로봇의 실제 속도를 검출함으로써, 이동로봇이 현재 자신의 위치를 정확하게 확인하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 이동 로봇의 좌륜 및 우륜의 인접 위치에 각기 부착되어, 바닥과의 마찰력에 의한 가속도를 검출하는 제1,제2 가속도 검출수단과; 상기 제1,제2 가속도 검출수단에서 출력되는 제1,제2 가속도값으로, 현재 좌/우륜 속도를 도출하고, 그 현재 좌/우륜 속도를 좌/우륜 지령속도와 비교하여 그 비교결과에 따라 실제 좌/우륜속도를 추정한 다음, 그 실제 좌/우륜 속도로 로봇의 이동속도를 검출하여 위치를 확인 및 보정하는 제어수단을 포함하여 구성한다.

Description

이동로봇의 위치확인장치 및 방법{POSITION CINFIRMATION APPARATUS AND METHOD FOR MOBILE ROBOT}

본 발명은 이동로봇의 위치확인장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동로봇이, 가속도센서를 이용하여 구동바퀴와 바닥과의 슬립을 감지하고, 그 슬립에 따른 이동로봇의 실제 속도를 검출함으로써, 이동로봇이 현재 자신의 위치를 정확하게 확인하도록 한 이동로봇의 위치확인 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 이동로봇의 대표적인 예인, 로봇청소기는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소하는 기기를 말한다.

이러한 로봇청소기는 거리센서를 통해 청소구역내에 설치된 가구나 사무용품, 벽 등의 장애물까지의 거리를 판별하고, 이에 따라 로봇청소기의 좌륜모터와 우륜모터를 선택적으로 구동시킴으로써, 스스로 방향을 전환해가면서 청소구역을 청소한다.

여기서, 상술한 로봇청소기는 주어진 명령에 의해서 자체에 저장되어 있는 맵 정보로 주행하여 청소작업을 수행하는데, 사용자의 명령에 의해 작업을 수행하는 이러한 방식은 레이아웃이 변경되지 않는 한 반복된다.

상술한 맵정보를 생성하기 위한 맵핑동작을 설명한다.

먼저, 로봇청소기는 작업공간의 일정 측면을 따라 이동하여 충전대와의 거리및 방향을 연산하여 위치를 파악하면서 작업공간을 스캔한다.

이때 상기 충전대에서 로봇청소기와 초음파 송신하여 작업공간을 스캔하는 동작을 계속 수행하면서, 상기 로봇청소기와 충전대 사이에 장애물이 존재하는지를 판단하여, 상기 로봇청소기와 충전대 사이에 장애물이 없으면, 계속하여 충전대가 로봇청소기와 초음파로 송수신하여 작업 공간을 스캔하고, 반면에, 상기 로봇청소기와 충전대 사이에 장애물이 있으면, 로봇청소기가 해당 작업 공간을 스캔하다가, 장애물이 없어지면, 충전대에서 로봇청소기와 초음파를 송수신하면서 나머지 작업공간을 스캔한다.

여기서, 상술한 로봇청소기는, 자신의 현재 위치를 바퀴에 설치된 엔코더를이용하여 탐색하게 되는데, 이러한 엔코더를 이용하여 위치를 검출하는 방법은 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 오차가 발생하는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 작업영역에 소정 간격으로 동일한 모양을 갖는 스티커나 반사판을 비컨으로 부착하고, 로봇청소기가 CCD카메라를 이용하여 비컨을 인식하여 바퀴의 미끄러짐이나 공회전에 의해 발생된 오차를 보정하여 로봇 청소기와 충전대 사이의 거리를 인식한다.

그러나, 상술한 바와같이, CCD카메라와 비컨을 이용한 로봇 청소기의 위치 검출방법은, 작업영역의 조명 밝기가 변한다거나 스티커나 반사판과 유사한 모양의 사물이 인식되면 오히려 거리 오차를 누적시키고, 또한, 조명밝기가 임계치 이하로 낮아지거나 높아지면 CCD카메라가 비컨을 인식하지 못하여 로봇 청소기가 자신의 위치를 확인하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이동로봇이, 가속도센서를 이용하여 구동바퀴와 바닥과의 슬립을 감지하고, 그 슬립에 따른 이동로봇의 실제 속도를 검출함으로써, 이동로봇이 현재 자신의 위치를 정확하게 확인하도록 한 이동로봇의 위치확인 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동 로봇의 좌륜 및 우륜의 인접 위치에 각기 부착되어, 바닥과의 마찰력에 의한 가속도를 검출하는 제1,제2 가속도 검출수단과; 상기 제1,제2 가속도 검출수단에서 출력되는 제1,제2 가속도값으로, 현재 좌/우륜 속도를 도출하고, 그 현재 좌/우륜 속도를 좌/우륜 지령속도와 비교하여 그 비교결과에 따라 실제 좌/우륜속도를 추정한 다음, 그 실제 좌/우륜 속도로 로봇의 이동속도를 검출하여 위치를 확인 및 보정하는 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 좌/우륜 지령속도에 따라, 이동 로봇이 주행하는 과정과; 좌/우륜에 의한 각 토크의 변화를, 제1,제2 가속도값으로 검출하는 과정과; 상기 제1,제2 가속도값을 이용하여 현재 좌/우륜 속도를 도출하는 과정과; 상기 현재 좌/우륜 속도와 상기 좌/우륜 지령속도를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 실제 좌/우륜 속도를 추정하는 과정과; 상기 실제 좌/우륜 속도를 이용하여, 이동로봇의 이동속도를 검출하는 과정과; 상기 이동로봇의 이동속도로 위치를 확인하여 위치 오차를 보정하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 이동로봇의 위치확인 장치 및 방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명 이동로봇의 위치확인 장치에 대한 실시예의 구성을 보인 개략도이다.

도1에 도시한 바와같이 본 발명은, 이동 로봇의 좌륜(10) 및 우륜(30)의 인접 위치에 각기 부착되어, 바닥과의 마찰력에 의한 가속도를 검출하는 제1,제2 가속도 검출수단(20)(40)과; 상기 제1,제2 가속도 검출수단(20)(40)에서 출력되는 제1,제2 가속도값으로, 현재 좌/우륜 속도를 도출하고, 그 현재 좌/우륜 속도를 좌/우륜 지령속도와 비교하여 실제 좌/우륜속도를 추정한 다음, 그 실제 좌/우륜 속도로 이동로봇의 이동속도를 검출하여 위치를 확인 및 보정하며, 아울러 상기 좌륜 및 우륜의 구동을 제어하기 위한 구동제어신호를 출력하는 제어부(50)와; 상기 제어부(50)의 구동제어신호에 의해, 좌륜(10) 및 우륜(40)을 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동부(70)와; 상기 구동부(70)의 구동신호에 의해, 각기 좌륜 (10) 및 우륜(30)의 회전을 제어하는 좌륜모터(30) 및 우륜모터(50)와; 주행패턴 및 그 주행패턴에 의한 경로와 그 경로에 따른 시간별 좌/우륜 지령속도가 저장되는 저장부(100)로 구성하며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 제어부(50)는,목표점까지의 주행패턴을 설정하고, 그 주행패턴에 따른 경로와, 그 경로에 따른 시간별 좌/우 지령속도를 계산하여, 그 경로에 따른 시간별 좌/우 지령속도를 저장부(100)에 저장한다.

이후, 상기 제어부(50)는 상기 좌/우 지령속도에 따른 이동로봇을 주행시키기 위한 제어신호를 구동부(70)에 인가하고, 이에 따라 상기 구동부(70)는 상기 제어부(50)의 구동제어신호에 의해, 좌륜(10) 및 우륜(40)을 구동시키기 위한 구동신호를 좌륜모터(30)와 우륜모터(50)에 인가한다.

이에 따라, 상기 좌륜모터(30)는 상기 구동부(70)의 구동신호에 의해, 좌륜(10)를 구동시키고, 상기 우륜모터(50)는 상기 구동부(70)의 구동신호에 의해 우륜(40)을 구동시킨다.

이때, 제1,제2 가속도센서(20)(40)는, 이동 로봇의 좌륜(10) 및 우륜(30)의 인접 위치에 각기 부착되어, 바닥과의 마찰력에 의한 가속도를 검출하여 제어부 (80)에 인가한다.

여기서, 상기 제1,제2 가속도센서(20)(40)는 이동로봇의 진행방향과 동일하게 좌륜(10) 및 우륜(30)에 부착된다.

이에 따라, 제어부(80)는 상기 제1,제2 가속도센서(20)(40)에서 출력되는 제1,제2 가속도값으로, 현재 좌/우륜 속도를 도출하고, 그 현재 좌/우륜 속도를 좌/우륜 지령속도와 비교하여 실제 좌/우륜속도를 추정한 다음, 그 실제 좌/우륜 속도로 이동로봇의 이동속도를 검출하여 위치를 확인한후, 현재 위치 오차를 보정하여 주행을 제어한다.

즉, 상기 이동속도는, 하기의 수학식에 의해 구한다.

[수학식]

V(t)=[Vr(t)+Vl(t)]/2

여기서, Vr(t)는 실제 우륜 속도. Vl(t)는 실제 좌륜 속도.

여기서, 상기 제어부(80)는 현재 좌/우륜 속도를, 상기 제1,제2 가속도값을 시간과 승산하고 그 승산한 값을, 이전 좌/우륜 속도에 가산하여 도출하고, 상기 좌/우륜 지령속도와 현재 좌/우륜 속도를 비교하고, 그 비교결과 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정 값 이상이면, 현재 좌/우륜 속도를 실제 좌/우륜 속도로 추정하고, 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정값 이하이면 좌/우륜 지령속도를 실제 좌/우륜 지령속도로 추정한다.

이때, 제3 가속도센서(90)는 이동로봇의 진행방향과 수직이 되는 소정 위치에 부착되어, 이동로봇의 진행방향에 수직으로 작용하는 토크를 가속도값으로 검출여 제어부(80)에 인가하고, 이에 따라 제어부(80)는 진행방향에 수직으로 작용하는 위치오차를 검출한다.

보다 상세하게, 도2를 참조하여 본 발명을 설명한다.

우선, 좌/우륜 지령속도에 따라, 이동 로봇이 주행하는데(SP1~SP4), 즉 목표점까지의 주행패턴을 설정하여 이동경로를 생성한후(SP1,SP2), 상기 이동경로에 따라, 시간별 좌/우륜 지령속도를 계산하여 이동로봇을 주행시킨다(SP3,SP4).

그 다음, 좌/우륜에 의한 각 토크의 변화를, 제1,제2 가속도값으로 검출하고, 그 제1,제2 가속도값을 이용하여 현재 좌/우륜 속도를 도출한다(SP5,SP6).

상기 현재 좌/우륜속도는 제1,제2 가속도값을 각기 시간과 승산하고, 그 각기 승산된 값을 이전 좌/우륜 속도에 각기 가산하여, 현재 좌/우륜 속도를 도출한다.

그 다음, 상기 현재 좌/우륜 속도와 상기 좌/우륜 지령속도를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 실제 좌/우륜 속도를 추정하는데(SP7~SP12), 좌/우륜 지령속도와 현재 좌/우륜 속도를 비교하고, 그 비교결과, 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정값 이상이면, 현재 좌/우륜 속도를 실제 좌/우륜 속도로 추정하고, 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정값 이하이면 좌/우륜 지령속도를 실제 좌/우륜 지령속도로 추정한다.

그 다음, 상기 실제 좌/우륜 속도를 이용하여, 이동로봇의 이동속도를 검출하는데(SP13), 즉 실제 우륜 속도와 실제 좌륜 속도를 가산하여 그 가산한 값의 평균을 연산한 다음, 그 연산값을 이동로봇의 이동속도로 검출한다.

그 다음, 상기 이동로봇의 이동속도로 위치를 확인하여 위치 오차를 보정한다 (SP14).

한편, 상기 이동로봇의 진행방향에 수직으로 작용하는 토크를, 가속도값으로 검출하여, 그 가속도값으로 이동로봇의 진행방향에 수직으로 작용하는 속도를 연산하고, 그 속도에 따른 수평 위치 오차를 보정한다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 이동로봇이, 가속도센서를 이용하여 구동바퀴와 바닥과의 슬립을 감지하고, 그 슬립에 따른 이동로봇의 실제 속도를 검출함으로써, 이동로봇이 현재 자신의 위치를 정확하게 검출하여 작업 영역에 대한 정밀한 맵핑을 수행하는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동로봇의 위치확인장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동로봇의 위치확인방법에 대한 동작흐름도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

10:좌륜 20,60,90:가속도센서

30:좌륜모터 40:우륜

50:우륜모터 70:구동부

80:제어부 100:저장부

Claims

이동 로봇의 좌륜 및 우륜의 인접 위치에 각기 부착되어, 바닥과의 마찰력에 의한 가속도를 검출하는 제1,제2 가속도 검출수단과;

상기 제1,제2 가속도 검출수단에서 출력되는 제1,제2 가속도값으로, 현재 좌/우륜 속도를 도출하고,

그 현재 좌/우륜 속도를 좌/우륜 지령속도와 비교하여 그 비교결과에 따라 실제 좌/우륜속도를 추정한 다음,

그 실제 좌/우륜 속도로 로봇의 이동속도를 검출하여 위치를 확인 및 보정하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치확인장치.
제1 항에 있어서, 이동속도는, 하기의 수학식에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인장치.

[수학식]

V(t)=[Vr(t)+Vl(t)]/2

여기서, Vr(t)는 실제 우륜 속도. Vl(t)는 실제 좌륜 속도.
제1 항에 있어서, 제어수단은,

목표점까지의 주행패턴을 설정하여 그 주행패턴에 의한 경로를 생성하고, 그 경로에 따른 시간별 좌/우륜 지령속도를 계산하여 저장하는 저장수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인장치.
제1 항에 있어서, 제어수단은, 현재 좌/우륜 속도를,

상기 제1,제2 가속도값을 시간과 승산하고 그 승산한 값을, 이전 좌/우륜 속도에 가산하여 도출하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인장치.
제1 항에 있어서, 제어수단은,

좌/우륜 지령속도와 현재 좌/우륜 속도를 비교하고, 그 비교결과 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정 값 이상이면, 현재 좌/우륜 속도를 실제 좌/우륜 속도로 추정하고,

현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정값 이하이면 좌/우륜 지령속도를 실제 좌/우륜 지령속도로 추정하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인장치.
제1 항에 있어서, 제1,제2 가속도 검출수단은, 이동로봇의 진행방향과 동일하게 좌륜 및 우륜에 부착되는 것을 특징으로 이동로봇의 위치 확인장치.
제1 항에 있어서, 이동로봇의 진행방향과 수직이 되는 소정 위치에 부착되어, 이동로봇의 진행방향에 수직으로 작용하는 토크를 가속도값으로 검출하는 가속도 검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인장치.
좌/우륜 지령속도에 따라, 이동 로봇이 주행하는 과정과;

좌/우륜에 의한 각 토크의 변화를, 제1,제2 가속도값으로 검출하는 과정과;

상기 제1,제2 가속도값을 이용하여 현재 좌/우륜 속도를 도출하는 과정과;

상기 현재 좌/우륜 속도와 상기 좌/우륜 지령속도를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 실제 좌/우륜 속도를 추정하는 과정과;

상기 실제 좌/우륜 속도를 이용하여, 이동로봇의 이동속도를 검출하는 과정과;

상기 이동로봇의 이동속도로 위치를 확인하여 위치 오차를 보정하는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인방법.
제8 항에 있어서, 좌/우륜 지령속도에 따라, 이동 로봇이 주행하는 과정은,

목표점까지의 주행패턴을 설정하여 이동경로를 생성하는 단계와;

상기 이동경로에 따라, 시간별 좌/우륜 지령속도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인방법.
제8 항에 있어서, 상기 제1,제2 가속도값을 이용하여 현재 좌/우륜 속도를 도출하는 과정은,

상기 제1,제2 가속도값을 시간과 승산하는 단계와;

상기 승산한 값을 이전 좌/우륜 속도에 가산하여 현재 좌/우륜 속도를 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인방법.
제 8항에 있어서, 상기 현재 좌/우륜 속도와 상기 좌/우륜 지령속도를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 실제 좌/우륜 속도를 추정하는 과정은,

좌/우륜 지령속도와 현재 좌/우륜 속도를 비교하는 단계와;

상기 비교결과, 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정 값 이상이면, 현재 좌/우륜 속도를 실제 좌/우륜 속도로 추정하는 단계와;

상기 비교결과, 현재 좌/우륜 속도와 좌/우륜 지령속도의 차이에 대한 절대값이 소정값 이하이면 좌/우륜 지령속도를 실제 좌/우륜 지령속도로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인방법.
제 8항에 있어서, 상기 실제 좌/우륜 속도를 이용하여, 이동로봇의 이동속도를 검출하는 과정은,

실제 우륜 속도와 실제 좌륜 속도를 가산하는 단계와;

상기 단계에서 가산한 값의 평균을 연산한후, 그 연산값을 이동로봇의 이동속도값으로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인방법.
제 8 항에 있어서, 이동로봇의 진행방향에 수직으로 작용하는 토크를, 가속도값으로 검출하고, 그 가속도값으로 이동로봇의 진행방향에 수직으로 작용하는 속도를 연산하여 그 속도에 따른 위치 오차를 보정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 위치 확인방법.