KR20050073674A - 이동 로봇용 자동 충전 시스템 및 이를 이용한 충전스테이션 탐색 방법 - Google Patents

이동 로봇용 자동 충전 시스템 및 이를 이용한 충전스테이션 탐색 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 별도의 외부 전원선이 없는 충전식 배터리를 이용하여 작업 구간을 무경로로 자유롭게 이동 가능한 이동 로봇과, 상기 이동 로봇을 수용하여 충전식 배터리의 충전 작업을 수행하는 충전 스테이션으로 구성되는 이동 로봇용 자동 충전 시스템에서, 상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 장착되는 비시인성 식별 데이터 발신 수단, 상기 이동 로봇의 소정의 부위에 2축 자유도 운동이 가능하도록 장착되어 상기 비시인성 식별 데이터 발신 수단에 의하여 발생되는 식별 데이터를 검출하는 촬영 수단, 상기 촬영 수단에 의한 촬영 화상을 기초로 상기 이동 로봇으로부터 상기 충전 스테이션까지의 거리 및 방향을 산출하는 연산 수단, 및 상기 연산 수단의 산출 결과를 기초로 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션으로 유도하는 탐색수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템에 관한 것이다.

Description

이동 로봇용 자동 충전 시스템 및 이를 이용한 충전 스테이션 탐색 방법{Automatic Charging System for Mobile Robot and Charging Station Search Method using Thereof}
본 발명은 2족 또는 4족 보행을 하는 동물이 갖는 생체 메카니즘의 전부 또는 일부를 모방한 구조를 포함하는 로봇에 관한 것으로서, 작업 공간을 무경로로 자유롭게 이동할 수 있는 이동 로봇에 관한 것이다.
본 발명은 충전식 배터리로 별도의 외부 전원 공급선이 없는 상태의 무선으로 작업 공간을 무경로로 자유럽게 이동 가능한 이동 로봇용 충전 시스템 및 이를 이용한 충전 스테이션 탐색 방법에 관한 것으로서, 특히 자율 작업 진행 중에 이동 로봇 배터리의 잔존 용량이 소정의 수치 이하로 저하되면 이동 로봇은 자동적으로 충전 스테이션에 들러서 충전 작업을 수행하고, 충전 완료와 동시에 충전 스테이션을 이탈하여 작업을 재개하는 것에 관한 것이다.
최근에는 개나 고양이와 같이 4발 보행 동물의 신체 메카니즘이나 그 동작을 모방한 애완형 로봇 혹은 사람이나 원숭이등의 2발 직립 보행을 행하는 동물의 신체 메카니즘이나 동작을 모방한 「사람형상」 혹은 「사람형」인 로봇 등 각식 이동 로봇이나 그 안정 보행 제어에 관한 연구 개발이 진전되고, 실용화로의 기대도 높아지고 있다.
또한, 「사람형상」 혹은 「사람형」이라고 불리는 이동 로봇 (humanoid Robot)은 사람의 주거 환경 하에서 사람과 공존하고, 산업 활동이나 생산 활동 등에서의 각종 단순 작업, 위험 작업 또는 잡다한 작업의 대행을 행할 수 있다.
한편, 개나 고양이 등의 애완 동물을 모방한 엔터테인먼트 지향의 이동 로봇, 다시 말하면 애완형 로봇인 경우, 어려운 작업의 대행 등과 같은 생활 지원형이라기 보다는 생활 밀착형, 즉 사람과의 「공생」이라는 성질이 강하다. 애완형 로봇은 실제 동물을 취급하는 것보다도 용이할 뿐만 아니라 종래의 완구에 비하여 고기능 고부가가치를 가지고 있다.
단순 반복 기능만을 수행하는 종래의 완구 기계와는 달리, 애완형 로봇은 동작 생성의 시계열 모델에 따라 동작을 실행하지만 사용자의 조작 또는 다른 요인에 의한 외부로부터의 자극이 검출되면 이에 응답하는 과정으로 시계열 모델을 변경하는 「학습 효과」가 부여되어 있으므로, 사용자에게 지속적인 흥미를 유발시키고 사용자의 기호에 적응한 동작 패턴을 제공할 수 있다.
애완형 로봇은 일반 가정 내의 방, 거실 등을 작업 공간으로 삼아, 장해물을 적합하게 넘어가거나 우회하면서 자유롭게 자율적으로 탐색하게 된다.
그런데, 이런 각 종 로봇은 모두 전기 전동식 기계 장치이기 때문에 전원 공급을 위한 급전장치가 필요하다.
아암형 로봇과 같이 특정한 장소에 고정적으로 설치되는 타입의 로봇이나 행동 반경 또는 동작 패턴이 한정된 로봇인 경우, 상용 AC 전원으로부터 전원 공급선을 통하여 항상 급전할 수 있으나, 이동 로봇인 경우에는 전원 공급선에 의해서 급전할 경우 전원 공급선에 의하여 행동 반경이 제한되기 때문에, 상용 AC 전원에 의하지 않고 충전식 배터리에 의한 급전 방식이 적용되고 있는 바, 이동 로봇의 이동 자율성의 장점과 함께 배터리의 충전 작업이라는 단점이 필수적으로 수반된다.
이와 같이 이동 로봇의 경우에 필수적으로 수반되는 배터리 충전 작업을 원활하게 수행하기 위하여 「충전 스테이션」이 도입되고 있다. 로봇이 자율적인 작업을 수행하는 도중에 배터리의 잔존 용량이 소정의 수치 이하로 저하된 것을 검출되면 수행하던 작업을 일시 중단하고 스스로 충전 스테이션을 탐색하여 소정의 전기 접속을 통하여 배터리의 충전 작업을 수행하고, 배터리가 소정의 수치 이상으로 충전이 완료되면, 이동 로봇은 충전 스테이션의 전원과의 전기 접속을 해제하고 충전 스테이션을 떠나 중단했던 작업을 재개한다.
그러나, 충전 스테이션을 이용하여 작업 도중에 자동적으로 원활하게 충전 작업을 수행하기 위해서는 이동 로봇을 충전 스테이션으로 정확하게 유도하고 충전 스테이션과의 전기 접속이 정확히 이루어 져야 하나, 이동 로봇이 충전 스테이션의 위치(거리 및 방향)를 정확히 산출하고, 산출된 결과에 의거하여 이동 로봇을 충전 스테이션으로 정확히 유도할 수 있는 기술적 수단이 미비한 문제점이 있었다.
다시 말하면, 이동 로봇용 자동 충전 시스템의 이동 로봇이 충전 스테이션을 탐색하기 위하여 충전 스테이션에서 특정 신호를 발생하고 이동로봇에서 그 신호를 인식하고, 인식된 신호를 기초로 하여 거리 및 방향에 관한 정보를 추출하고, 추출된 정보를 기초로 하여 이동 로봇을 충전 스테이션으로 유도하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
이런 방법에는 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있는데, 비가시 영역의 신호 발생기와 신호 수신기에 의해 거리 및 방향을 인식하는 방법과 가시 영역에서 카메라 와 같은 촬영수단과 카메라가 식별 할 수 있는 칼라성의 식별표를 이용해 거리 및 방향을 인식하는 방법으로 구분 할 수 있다. 전자의 경우는 구현의 용이성이 있지만 원거리에서 거리 및 방향에 관한 정보의 오차가 많으며, 후자의 경우는 고가이지만 원거리에서 거리 및 방향에 관한 정보의 오차가 적다.
그러나 후자의 경우는 색깔을 가진 칼라성의 식별표를 사용하게 됨에 따라 주변 환경의 미감에 영향을 미치게 되며, 특히 가정용 이동 로봇의 경우는 실내의 디자인에 손실을 초래할 수 있는 문제점과 함께, 주변 환경(특히 주변의 밝기 정도)에 영향을 많이 받는 문제점도 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 카메라와 같은 촬영수단을 이용하여 충전 스테이션에 발생되는 식별 데이터를 정확하게 검출하고 중거리에서 충전 스테이션의 인식율을 제고함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 충전 스테이션에서 발생되는 식별 데이터를 비가시 영역인 것을 사용하여 실내 디자인의 미감에 영향을 적게 미치는 환경 친화적인 자동 충전 시스템을 제공하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, 이동 로봇이 충전 스테이션에 접근하여 전기 접속을 이루기 위하여 도킹(Docking)하는 방향 및 위치를 결정하는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명은 별도의 외부 전원 공급선이 없는 충전식 배터리를 이용하여 작업 구간을 무경로로 자유롭게 이동 가능한 이동 로봇과, 상기 이동 로봇을 수용하여 충전식 배터리의 충전 작업을 수행하는 충전 스테이션으로 구성되는 이동 로봇용 자동 충전 시스템에서, 상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 장착되는 비시인성 식별 데이터 발신 수단; 상기 이동 로봇의 소정의 부위에 2축 자유도 운동이 가능하도록 장착되어 상기 비시인성 식별 데이터 발신 수단에 의하여 발생되는 식별 데이터를 검출하는 촬영 수단; 상기 촬영 수단에 의한 촬영 화상을 기초로 상기 이동 로봇으로부터 상기 충전 스테이션까지의 거리 및 방향을 산출하는 연산 수단; 및, 상기 연산 수단의 산출 결과를 기초로 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션으로 유도하는 탐색수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템 및 이를 이용한 충전 스테이션 탐색 방법에 관한 것이다.
다시 말하면, 별도의 외부 전원선이 없는 충전식 배터리를 이용하여 작업 구간을 무경로로 자유롭게 이동 가능한 이동 로봇과, 상기 이동 로봇을 수용하여 충전식 배터리의 충전 작업을 수행하는 충전 스테이션으로 구성되며, 상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 상대적으로 높은 위치에 장착되며 광도가 상대적으로 높은 제1적외선 발생기, 및 상기 제1적외선 발생기와 소정의 간격을 유지하면서 상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 상대적으로 낮은 위치에 장착되며 광도가 상대적으로 낮은 제2적외선 발생기로 구성되는 비시인성 식별 데이터 발신 수단; 상기 이동 로봇의 소정의 부위에 2축 자유도 운동이 가능하도록 장착되어 상기 비시인성 식별 데이터 발신 수단에 의하여 발생되는 식별 데이터를 검출하는 촬영 수단; 상기 촬영 수단에 의한 촬영 화상을 기초로 상기 이동 로봇으로부터 상기 충전 스테이션까지의 거리 및 방향을 산출하는 연산 수단; 및, 상기 연산 수단의 산출 결과를 기초로 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션으로 유도하는 탐색수단;을 포함하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템에서 다음과 같은 단계에 의하여 이동 로봇이 충전 스테이션을 탐색하게 된다.
제1단계는 상기 촬영 수단이 2축 자유도 운동을 하면서 상기 제1적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터를 검출한다.
제2단계는 상기 제1적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터 검출 여부를 판단한다.
제3단계는 상기 제2단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되는 경우 검출된 데이터를 이용하여 상기 이동 로봇과 상기 제1적외선 발생기 사이의 거리와 각도를 계산한다.
제4단계는 상기 제2단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되지 않는 경우 상기 이동 로봇을 이동시켜 상기 제1단계를 반복한다.
제5단계는 상기 제3단계에서 계산된 상기 이동 로봇과 상기 제1적외선 발생기 사이의 거리가 소정의 임계치 이내에 해당되는 지 여부를 판단한다.
제6단계는 상기 제5단계에서 계산된 거리가 임계치 이내에 해당하는 경우 상기 촬영 수단이 2축 자유도 운동을 하면서 상기 제2적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터를 검출한다.
제7단계는 상기 제5단계에서 계산된 거리가 임계치를 벗어나는 경우 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션 방향으로 이동시켜 상기 제3단계를 반복한다.
제8단계는 상기 제2적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터 검출 여부를 판단한다.
제9단계는 상기 제8단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되는 경우 상기 제1적외선 발생기의 위치와 상기 제2적외선 발생기의 위치를 이용하여 상기 이동 로봇과 상기 충전 스테이션의 도킹 방향 및 도킹 위치를 결정한다.
제10단계는 상기 제8단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되지 않는 경우 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션 방향으로 이동시켜 상기 제7단계를 반복한다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구체적 실시예를 상세히 설명한다.
이동 로봇(100)은 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 2축 자유도를 가지고 회동하는 머리부에 촬영 수단(300)이 장착되어 있다. 따라서 촬영 수단(300)은 상하 회동과 동시에 좌우 회동이 가능하여 자유롭게 촬영 대상을 포착할 수 있다.
촬영 수단(300)은 카메라를 이용하게 되는데 적외선 필터(IR Filter)가 내장되지 않은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 충전 스테이션(600)의 비시인성 식별 데이터 발신 수단(200)으로 적외선을 이용하여 적외선 필터가 내장되지 않은 카메라일수록 비시인성 식별 데이터 발신 수단에서 발생되는 적외선을 보다 용이하게 검출할 수 있기 때문이다.
충전 스테이션(600)은 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 비시인성 식별 데이터 발신 수단을 구비하고 있으며, 첨부 도면에는 상세한 도시를 생략하였으나 이동 로봇(100)의 배터리 충전에 사용되는 전기 접속을 위한 장치가 도킹 위치에 내장되어 있다. 따라서 이동 로봇(100)이 소정의 도킹 방향에서 도킹 위치로 접근하면 자동적으로 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(600) 상호 간에 전기적 접속이 이루어지고 배터리의 충전이 시작된다. 또한 충전 작업이 완료되면 이동 로봇(100)을 도킹 방향과 반대 방향으로 후퇴시키면 자동적으로 전기적 접속이 해제된다.
비시인성 식별 데이터 발신 수단(200)은 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 충전 스테이션(600)에 소정의 간격을 유지하면서 장착되는 제1적외선 발생기(210)와 제2적외선 발생기(220)를 포함하여 구성된다.
환경 친화적인 자동 충전 시스템은 비가시 영역인 적외선를 식별 데이터로 이용함으로써 가능해 진다. 왜냐 하면 적외선은 사람의 눈에는 인식되지 않지만, 카메라로 구성된 촬영 수단(300)에는 검출이 되기 때문이다.
더구나 제1적외선 발생기(210)와 제2적외선 발생기(220)는 발생되는 적외선의 강도 및 발생 신호의 주파수를 임의로 조절할 수 있기 때문에 주변의 환경 변화(주로 빛에 의한 밝기 변화)에 강인한 식별 데이터를 만들 수 있으므로, 촬영 수단(300)이 보다 용이하게 식별 데이터를 검출할 수 있다.
다시 말하면 제1적외선 발생기(210)와 제2적외선 발생기(220) 가운데 적어도 하나는 펄스구동 방식으로 적외선을 발생시키는 것과 같은 방법을 사용할 수 있다.
종래의 시인성 데이터인 칼라성 식별표의 경우는 주변의 조명 변화에 따라 구별이 어려워지는 문제점이 있었으나, 상기한 바와 같이 주변 환경 변화에 강인한 식별 데이터를 만들어 냄으로써 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
도3 및 도4에 도시된 바와 같이 제1적외선 발생기(210)와 제2적외선 발생기(220)는 설치되는 높이의 차이가 있으며, 광도의 차이 또는 점멸 주파수의 차이에 의해서도 상호 구별이 될 수 있다.
제1적외선 발생기(210)는 지면으로부터 상대적으로 높은 위치에 장착되고 상대적으로 광도가 높다. 이에 비하여 제2적외선 발생기(220)는 지면으로부터 상대적으로 낮은 위치에 장착되고 상대적으로 광도도 낮다.
제1적외선 발생기(210)는 이동 로봇(100)이 원거리에서 충전 스테이션(600)을 용이하게 발견할 수 있도록 하는 것이 주용도이고, 제2적외선 발생기(220)는 근거리에서 이동 로봇(100)이 충전 스테이션(600)에 전기 접속을 하기 위한 도킹 방향 및 도킹 위치를 결정하기 위하여 사용된다.
충전 스테이션(600)에 있는 제1적외선 발생기(210)는 전(全)방향으로 일정 주파수로 구동되고, 이동 로봇(100)은 촬영 수단(300)인 카메라를 이용하여 제1적외선 발생기(210)의 식별 데이터인 적외선을 검출한다.
촬영 수단(300)은 상하 회동과 동시에 좌우 회동이 가능한 2축 자유도를 가지고 있으므로, 이 자유도를 이용해 제1적외선 발생기(210)의 식별 데이터인 적외선을 영상 이미지 중심으로 이동시킨 후, 상하축의 회동 각도와 좌우축의 회동 각도를 구한다.
연산 수단(400) 및 탐색 수단(500)은 첨부 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않으나, 이동 로봇(100)에 내장되며 다음과 같은 방법으로 이동 로봇(100)으로부터 충전 스테이션(600)까지의 거리 및 방향을 산출하고, 산출된 결과를 기초로 하여 이동 로봇(100)을 충전 스테이션(600)으로 유도한다.
도1에서 상하축의 회동 각도 = Alpha 이고, 도2에서 좌우축의 회동 각도 = Beta 에 해당한다. 도1 및 도2에서 촬영 수단(300)의 카메라를 좌표축의 원점으로 정할 때 원점에서 제1적외선 발생기(210)까지의 수평거리(Dist) = H2 x Tan(Alpha)가 된다. 여기에서 H2는 지면으로부터 이동 로봇(100)의 카메라까지의 높이에서 충전 스테이션(600)의 제1적외선 발생기(210)의 높이를 차감한 것으로서 이동 로봇(100)의 카메라와 충전 스테이션(600)의 제1적외선 발생기(210) 사이의 수직 거리에 해당한다.
도2에서 Beta는 이동 로봇(100)이 자신의 진행 방향(Y축)을 기준으로 좌우측으로 회동하여 제1적외선 발생기(210)를 바라보는 각도이다.
따라서, 촬영 수단(300)의 원점에 대하여 충전 스테이션(600)의 제1적외선 발생기(210)의 좌표는 다음과 같다.
x = Dist x Sin(Beta)
y = Dist x Cos(Beta)
여기서 구한 (x,y)는 원점이 이동 로봇의 촬영 수단(300)에 있고, Y축은 이동 로봇(100)의 진행 방향이고, X축은 이동 로봇의 진행 방향에 대하여 수직 방향이다.
이동 로봇(100)은 충전 스테이션(600)의 위치를 원통 좌표계로 (Dist, Beta), 직각 좌표계로 (x,y)로 구한 다음 이동 방법은 자신의 자리에서 Beta 만큼 회전 후 Dist거리 만큼 직진하여 이동하는 방법을 택하거나, X축 방향으로 x 만큼 옆걸음질 후, Y축 방향으로 y 만큼 앞걸음질 하는 방법 등을 통하여 충전 스테이션(600)쪽으로 이동할 수 있다.
이동 로봇(100)이 상기한 바와 같은 방법으로 충전 스테이션(600)에 접근하게 되면 도4에 도시된 바와 같이 촬영 수단(300)은 제1적외선 발생기(210) 뿐만 아니라 제2적외선 발생기(220)도 검출하게 된다.
다시 말하면 실험에 의하여 촬영 수단(300)이 제2적외선 발생기(220)를 검출 할 수 있는 임계치 거리를 D1 이라고 할 경우, 이동 로봇(100)이 충전 스테이션(600)에 D1 이내의 거리로 접근하게 되는 경우 이동 로봇(100)의 촬영 수단(300)이 제1적외선 발생기(210)와 제2적외선 발생기(220)를 검출하게 된다.
이동 로봇(100)이 임계치 거리 D1 이내로 접근하여 제1적외선 발생기(210) 및 제2적외선 발생기(220)를 검출하면 연산 수단(400) 다음과 같은 방법으로 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(600)의 전기 접속이 이루어지도록 도킹 방향 및 도킹 위치를 산출하고, 탐색 수단(500)은 연산 수단(400)에 의하여 산출된 도킹 방향 및 도킹 위치에 따라 이동 로봇(100)을 유도하여 전기 접속 및 충전 작업이 수행될 수 있도록 한다.
연산 수단(400)은 제1적외선 발생기(210)의 중심 위치에서 제2적외선 발생기(220)의 중심 위치를 향하는 방향을 도킹 방향으로 결정하고, 탐색 수단(500)은 도킹 방향에 따라 이동 로봇(100)을 유도하여 충전 스테이션(600)에 접근시킨다.
또한 연산 수단(400)은 제1적외선 발생기(210)의 중심 위치와 제2적외선 발생기(220)의 중심 위치를 연결하는 선분의 이등분점을 도킹이 완료되는 도킹 위치로 결정하고, 탐색 수단(500)은 도킹 위치에 도달하면 탐색 기능을 종료한다.
충전 작업이 완료된 후, 이동 로봇(100)은 도킹 방향과 반대 방향으로 후퇴하여 충전 스테이션(600)과의 전기 접속을 해제하게 된다.
본 발명의 구체적 실시예에 의한 이동 로봇(100)의 충전 스테이션(600) 탐색 방법은 도6에 도시된 바와 같다.
제1단계(S100)는 촬영 수단(300)이 2축 자유도 운동을 하면서 제1적외선 발생기(210)에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터를 검출한다.
제2단계(S200)는 연산 수단(400)이 제1적외선 발생기(210)에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터 검출 여부를 판단한다.
제3단계(S300)는 제2단계()에서 비시인성 식별 데이터가 검출되는 경우 연산 수단(400)은 검출된 데이터를 이용하여 이동 로봇(100)과 제1적외선 발생기(210) 사이의 수평 거리(Dist)와 각도 Beta를 계산하고, 촬영 수단(300)의 원점에 대하여 충전 스테이션(600)의 제1적외선 발생기(210)의 좌표를 x = Dist x Sin(Beta), y = Dist x Cos(Beta)로 계산한다.
제4단계(S400)는 제2단계(S200)에서 비시인성 식별 데이터가 검출되지 않는 경우 탐색 수단(500)은 이동 로봇(100)을 이동시켜 제1단계()를 반복한다.
제5단계(S500)에서 연산 수단(400)은 제3단계()에서 계산된 이동 로봇(100)과 제1적외선 발생기(210) 사이의 수평 거리(Dist)가 소정의 임계치(D1) 이내에 해당되는 지 여부를 판단한다.
제6단계(S600)는 제5단계(S500)에서 계산된 거리가 임계치(D1) 이내에 해당하는 경우 촬영 수단(300)이 2축 자유도 운동을 하면서 제2적외선 발생기(220)에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터를 검출한다.
제7단계(S700)는 제5단계(S500)에서 계산된 거리가 임계치(D1)를 벗어나는 경우 탐색 수단(500)은 이동 로봇(100)을 충전 스테이션(600) 방향으로 이동시켜 제3단계(S300)를 반복한다.
제8단계(S800)는 연산 수단(400)은 제2적외선 발생기(220)에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터 검출 여부를 판단한다.
제9단계(S900)는 제8단계(S800)에서 비시인성 식별 데이터가 검출되는 경우 제1적외선 발생기(210)의 위치와 제2적외선 발생기(220)의 위치를 이용하여 이동 로봇(100)과 충전 스테이션(600)의 도킹 방향 및 도킹 위치를 결정한다. 다시 말하면, 제1적외선 발생기(210)의 중심 위치에서 제2적외선 발생기(220)의 중심 위치를 향하는 방향을 도킹 방향으로 결정하고, 제1적외선 발생기(210)의 중심 위치와 제2적외선 발생기(220)의 중심 위치를 연결하는 선분의 이등분점이 도킹이 완료되는 도킹 위치로 결정한다.
제10단계(S1000)는 제8단계(S800)에서 비시인성 식별 데이터가 검출되지 않는 경우 탐색 수단(500)은 이동 로봇(100)을 충전 스테이션(600) 방향으로 이동시켜 제7단계(S700)를 반복한다.
상기한 바와 같은 방법으로 이동 로봇(100)의 자동 충전이 이루어지게 되는 과정을 바람직한 실시예를 참조로 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시예에 국한되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 이내에서 상기 실시예의 수정 및 변형이 가능함을 밝혀 둔다.
상기한 구성의 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 카메라와 같은 촬영수단을 이용하여 충전 스테이션에 발생되는 식별 데이터를 정확하게 검출하고 중거리에서 충전 스테이션의 인식율을 제고할 수 있다.
둘째, 충전 스테이션에서 발생되는 식별 데이터를 비가시 영역인 것을 사용하여 실내 디자인의 미감에 영향을 적게 미치는 환경 친화적인 자동 충전 시스템을 제공할 수 있다.
셋째, 이동 로봇이 충전 스테이션에 접근하여 전기 접속을 이루기 위하여 도킹(Docking)하는 방향 및 위치를 결정하는 수단을 제공하여 이동 로봇용 자동 충전 시스템의 효율성 및 신뢰도를 제고할 수 있다.
도1은 본 발명을 구성하는 이동 로봇과 충전 스테이션의 주요 구성요소를 도시하는 개략도이다.
도2는 본 발명을 구성하는 이동 로봇과 충전 스테이션의 위치를 표시하는 좌표계이다.
도3은 이동 로봇이 원거리에서 충전 스테이션을 탐색하는 상황을 도시하는 개략도이다.
도4는 이동 로봇이 근거리에서 충전 스테이션을 탐색하는 상황을 도시하는 개략도이다.
도5는 이동 로봇이 충전 스테이션의 제1적외선 발생기와 제2적외선 발생기를 이용하여 이동 로봇의 도킹 방향과 도킹 위치를 결정하는 방법에 대한 개념도이다.
도6은 이동 로봇이 충전 스테이션을 탐색하는 방법을 도시하는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100:이동 로봇 200:비시인성 식별 데이터 발신 수단
210:제1적외선 발생기 220:제2적외선 발생기
300:촬영 수단 400:연산 수단
500:탐색 수단 600:충전 스테이션

Claims (6)

  1. 별도의 외부 전원 공급선이 없는 충전식 배터리를 이용하여 작업 구간을 무경로로 자유롭게 이동 가능한 이동 로봇과, 상기 이동 로봇을 수용하여 충전식 배터리의 충전 작업을 수행하는 충전 스테이션으로 구성되는 이동 로봇용 자동 충전 시스템에서,
    상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 장착되는 비시인성 식별 데이터 발신 수단;
    상기 이동 로봇의 소정의 부위에 2축 자유도 운동이 가능하도록 장착되어 상기 비시인성 식별 데이터 발신 수단에 의하여 발생되는 식별 데이터를 검출하는 촬영 수단;
    상기 촬영 수단에 의한 촬영 화상을 기초로 상기 이동 로봇으로부터 상기 충전 스테이션까지의 거리 및 방향을 산출하는 연산 수단;및,
    상기 연산 수단의 산출 결과를 기초로 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션으로 유도하는 탐색수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 비시인성 식별 데이터 발신 수단은 소정의 간격을 유지하는 제1적외선 발생기 및 제2적외선 발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 제1적외선 발생기 및 상기 제2적외선 발생기는 설치 높이의 차이, 광도의 차이, 또는 점멸 주파수의 차이 가운데 어느 한 가지 이상에 의하여 상호 구별되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에서,
    상기 제1적외선 발생기 및 상기 제2적외선 발생기 가운데 적어도 하나는 펄스구동 방식으로 적외선을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템.
  5. 별도의 외부 전원선이 없는 충전식 배터리를 이용하여 작업 구간을 무경로로 자유롭게 이동 가능한 이동 로봇과, 상기 이동 로봇을 수용하여 충전식 배터리의 충전 작업을 수행하는 충전 스테이션으로 구성되며,
    상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 상대적으로 높은 위치에 장착되며 광도가 상대적으로 높은 제1적외선 발생기, 및 상기 제1적외선 발생기와 소정의 간격을 유지하면서 상기 충전 스테이션의 소정의 부위에 상대적으로 낮은 위치에 장착되며 광도가 상대적으로 낮은 제2적외선 발생기로 구성되는 비시인성 식별 데이터 발신 수단;
    상기 이동 로봇의 소정의 부위에 2축 자유도 운동이 가능하도록 장착되어 상기 비시인성 식별 데이터 발신 수단에 의하여 발생되는 식별 데이터를 검출하는 촬영 수단;
    상기 촬영 수단에 의한 촬영 화상을 기초로 상기 이동 로봇으로부터 상기 충전 스테이션까지의 거리 및 방향을 산출하는 연산 수단;및,
    상기 연산 수단의 산출 결과를 기초로 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션으로 유도하는 탐색수단;
    을 포함하는 이동 로봇용 자동 충전 시스템에서,
    상기 촬영 수단이 2축 자유도 운동을 하면서 상기 제1적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터를 검출하는 제1단계;
    상기 제1적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터 검출 여부를 판단하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되는 경우 검출된 데이터를 이용하여 상기 이동 로봇과 상기 제1적외선 발생기 사이의 거리와 각도를 계산하는 제3단계;
    상기 제2단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되지 않는 경우 상기 이동 로봇을 이동시켜 상기 제1단계를 반복하는 제4단계;
    상기 제3단계에서 계산된 상기 이동 로봇과 상기 제1적외선 발생기 사이의 거리가 소정의 임계치 이내에 해당되는 지 여부를 판단하는 제5단계;
    상기 제5단계에서 계산된 거리가 임계치 이내에 해당하는 경우 상기 촬영 수단이 2축 자유도 운동을 하면서 상기 제2적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터를 검출하는 제6단계;
    상기 제5단계에서 계산된 거리가 임계치를 벗어나는 경우 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션 방향으로 이동시켜 상기 제3단계를 반복하는 제7단계;
    상기 제2적외선 발생기에 의하여 발생되는 비시인성 식별 데이터 검출 여부를 판단하는 제8단계;
    상기 제8단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되는 경우 상기 제1적외선 발생기의 위치와 상기 제2적외선 발생기의 위치를 이용하여 상기 이동 로봇과 상기 충전 스테이션의 도킹 방향 및 도킹 위치를 결정하는 제9단계;및,
    상기 제8단계에서 비시인성 식별 데이터가 검출되지 않는 경우 상기 이동 로봇을 상기 충전 스테이션 방향으로 이동시켜 상기 제7단계를 반복하는 제10단계;
    를 포함하여 구성되는 이동 로봇의 충전 스테이션 탐색 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 제9단계는 상기 제1적외선 발생기의 중심 위치에서 상기 제2적외선 발생기의 중심 위치를 향하는 방향이 상기 도킹 방향이 되고, 상기 제1적외선 발생기의 중심 위치와 상기 제2적외선 발생기의 중심 위치를 연결하는 선분의 이등분점이 상기 도킹 위치가 되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 충전 스테이션 탐색 방법.
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