KR20060104770A - 이동로봇의 자기위치인식 시스템 및 그 방법 - Google Patents

이동로봇의 자기위치인식 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동로봇이 일정 공간에서 자율적으로 움직이기 위하여 가장 필수적인 자신의 절대위치를 확인하기 위한 시스템과 효과적인 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 이동로봇의 하부프레임 구동바퀴에 속도제어 및 위치감지를 위한 엔코더가 부착된 구동휠과, 앞뒷면에서 상기 이동로봇의 균형을 잡아주는 캐스터와, RFID태그 또는 바코드를 인식하는 RFID리더기 또는 바코드리더기와, 상기 바닥띠의 몸체를 감지하는 근접센서를 포함하는 이동로봇과, 상기 이동로봇의 자율적인 이동이 가능하도록 절대위치표식을 위한 RFID태그 또는 바코드를 일정간격으로 삽입하여 사산법의 오차를 보정할 수 있도록 한 바닥띠를 포함하는 시스템과 이를 이용하여 이동로봇의 자기위치를 확인하는 방법이 제공된다.
이동로봇, 자기위치확인, RFID, 근접센서, 경로설정, 충돌회피

Description

이동로봇의 자기위치인식 시스템 및 그 방법{The localization on the mobile robot}
도 1은 본 발명에 따른 이동로봇의 하부 플랫폼의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 운행경로에 설치되는 바닥띠의 상세도이다.
도 3a은 본 발명에 따른 로봇의 절대각도보정을 위한 바닥띠의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 로봇의 절대각도보정을 위한 바닥띠의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 이동로봇의 하부 플랫폼 11a, 11b : 구동휠
12a, 12b : 지지용 캐스터 13 : RFID리더기 또는 바코드 리더기
14a, 14b : 근접센서(바닥띠 감지) 20 : 바닥띠
21 : 바닥띠의 하부 접착부 22 : RFID태그 또는 바코드
본 발명은 이동로봇이 일정 공간에서 자율적으로 움직이기 위하여 가장 필수적인 자신의 절대위치를 확인하기 위한 시스템과 방법에 관한 것으로서,
더욱 상세하게는 절대위치표식을 위한 RFID태그 또는 바코드를 일정간격으로 삽입한 바닥띠가 제공되고, 이를 이용하는 이동로봇에는 RFID태그 또는 바코드를 인식하는 RFID리더기 또는 바코드리더기와 바닥띠의 몸체를 감지하는 근접센서, 속도제어 및 위치감지를 위한 엔코더가 부착된 구동휠 등이 탑재되어 상기 이동로봇이 자기위치를 효율적으로 인식하여 자율적인 이동이 가능하도록 한 시스템과 방법을 제공한다.
기존의 이동로봇에서는 절대위치를 인식하기 위하여 고가의 레이져스케너를 사용하여 주변의 형상을 추출하고 미리 저장된 맵과 이를 대조하여 자신의 위치를 찾아내는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 환경이 단순하다거나 실내에 이동장애물이 많은 경우에는 적용이 불가능하였다. 또 이의 단점을 보완하기 위하여 천정에 다양한 형상의 랜드마크를 부착하고 이 카메라로 이를 인식하는 기술도 병행하였으나, 이 또한 영상인식의 불확실성 때문에 실제로 현장에 적용하기가 힘들고, 또 로봇이 배치될 장소의 천정의 높이가 높은 경우에도 적용하기가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
최근에는 천정에 초음파 위성 또는 에볼류션로보틱스사에서 제공되는 BORTHSTAR등의 위치확인모듈을 사용하는 방안이 제시되고 있으나 이 또한 천정의 높이가 일정이상 높은 장소에서 사용하기 어렵고 또 천정에 설치되는 구성품들도 각각 전원이 공급되어야 함으로써 높은 단가 및 천정 전원공사가 필수적으로 요구된다는 단점이 있었다.
이러한 방법외에도 약 20년전부터 항만시설이 발달된 네덜란드의 암스테르담항에서는 자동화터미널을 구성하기 위하여 컨테이너를 수송하는 AGV(Automatic Guided Vehicle)에 RFID리더기를 장착하고 항만의 이동경로에 RFID태그를 창작하여 매설된 유도경로와 복합적으로 AGV의 절대위치를 파악하는 방법이 사용되었다. 현재 우리나라에서도 이러한 방법이 1998년부터 광양항 자동화터미널에 적용되기 위하여 개발되었고 2006년경에 실전배치될 예정에 있기도 하다.
또, 미국의 3M사에서도 RFID리더를 이동체에 장착하여 바닥의 매설된 RFID태그를 인식하는 방법을 제안하기도 하였다 (출원번호10-2003-0007782, 국제출원번호US2001/012949).
또, 삼성에서는 최근에 이동로봇에 다수의 RFID리더를 장착하고 로봇이 운용될 바닥에 RFID태그를 매트릭스 형태로 깔아서 로봇의 절대위치 및 각도등을 계산하는 알고리즘을 제시하기도 하였다(특허출원10-2002-0019039, 특허출원10-2002-0032714).
상기의 방법은 바닥에 다수의 TAG를 장착하여야 함으로써 초기 환경구성에 많은 수고와 비용이 소요되며 또 신축중인 건물이 아닌 기존건물에 로봇을 적용하는 경우에는 그 건물의 바닥변경이 불가피한 경우에 적용이 불가능하다는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로, 이동로봇의 절대위치와 각도를 위한 환경조성을 빠르고 적은 비용으로 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있고,
또 다른 목적으로는 이동로봇이 절대위치인식센서 및 근접센서등을 이용하여 이동 중에 간헐적으로 바닥띠의 정보를 감지하고 즉각적으로 자신의 절대위치 및 각도를 알 수 있도록 하는 이동로봇의 절대위치인식 시스템 및 이의 운용방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, RFID태그 또는 바코드등을 일정간격으로 삽입한 바닥띠를 이용하여 자기위치를 정확하게 인식할 수 있는 이동로봇의 자기위치인식 시스템과 방법에 있어서,
상기 이동로봇의 하부프레임 구동바퀴에 속도제어 및 위치감지를 위한 엔코더가 부착된 구동휠과, 앞뒷면에서 상기 이동로봇의 균형을 잡아주는 캐스터와, RFID태그를 인식하는 RFID리더기와, 상기 바닥띠의 몸체를 감지하는 근접센서를 포함하는 이동로봇과,
상기 이동로봇의 자율적인 이동이 가능하도록 절대위치표식을 위한 RFID태그를 일정간격으로 삽입하여 사산법의 오차를 보정할 수 있도록 한 바닥띠 를 포함하 는 이동로봇의 자기위치인식 시스템이 제공되고,
상기 이동로봇이 절대위치와 절대각을 보정하기 위하여 이동로봇의 하부플랫폼의 좌우에 장착된 복수의 근접센서가 상기 바닥띠를 시간차를 두고 감지하는 단계와, 상기 장착된 근접센서의 거리 및 시간차, 이동로봇의 평균이동속도등을 사용하여 바닥띠와의 상대각을 측정하는 각도측정단계와, 상기 측정된 상대각과 기 알고있는 바닥띠의 절대각도에 이를 더하여 이동로봇의 절대각도를 파악하는 각도보정단계를 포함하여 이루어지는 이동로봇의 자기위치인식 방법을 제공함에 의해 달성된다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이동로봇의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 운행경로에 사용되는 바닥띠의 상세도이다. 도 1과 2를 참조하여 본 발명에 따른 구성을 상세하게 설명하면,
상기 이동로봇(10)의 구동장치는 구동휠(11a, 11b)과 전,후의 균형을 유지하기 위한 캐스터(12a, 12g) 및 상기 구동휠에 연결되어 휠을 구동하는 모터, 구동휠의 속도제어 및 속도측정, 이동거리, 위치감지 등을 위한 엔코더등으로 구성된다.
상기 구동휠(11a,11b)은 일반적으로 바퀴의 형상으로 구성되나 경우에 따라서는 트랙 및 기타 구동체로도 가능하다, 상기 구동휠(11a, 11b)은 이동로봇의 하부프레임에 장착되며, 구동모터에 의하여 구동되고 구동속도는 엔코더등의 속도측 정기에 의하여 측정된다.
상기 캐스트(12a, 12b)는 이동로봇의 균형을 잡기위하여 전,후방 또는 전방, 후방만의 설치도 가능하다.
상기 바닥띠(20)는 이동로봇에 장착되는 근접센서(14a, 14b)의 종류와 밀접하게 관련되어 결정된다. 예를 들면 오염이 심한 곳에서는 근접센서로서 금속을 감지하는 종류를 사용하고 상기 바닥띠(20)의 종류도 스테인레스스틸등을 사용할 수 있다. 또 오염의 정도 및 회손의 가능성이 적은 장소라면 빛을 반사시키는 반사테이프 또는 흡수시키는 검정띠등으로 구성되어 빛센서(포토센서)종류의 근접센서와 같이 사용될 수 있다.
상기 바닥띠(20)에는 절대위치를 표시하기 위하여 일정간격으로 절대위치 표식(22)으로 RFID태그 또는 바코드등을 삽입할 수 있다. 여기서 RFID태크를 사용하는 경우에는 대개 100mm단위가 적당하며 이동로봇이 상기 바닥띠(20)를 지나치는 경우에 항상 그 절대값을 읽을 수가 있게 된다. 또한 상기 바닥띠(20)는 설치 및 제거가 쉽도록 각 단위 바닥띠(20)의 길이는 대략 1m 정도 및 폭 50mm정도로 설계하는 것이 적합하고 밑면에 접착테이프를 부착하여 현장에서 쉽게 사용할 수 있도록 구성한다.
상기 바닥띠(20)를 감지하기 위한 근접센서(14a, 14b)는 로봇의 바닥면에 배치되며 바닥띠를 로봇이 지나칠때의 로봇의 각도를 측정하기 위하여 최대한 서로간의 거리를 멀게하여 각각을 배치시킨다. 여기서 2개이상의 근접센서를 장착하는 것도 가능하다 하겠다.
또 상기 바닥띠(20)에 일정간격으로 분포되어 있는 절대위치표식을 감지하기위한 절대위치인식기(13)로서 이동로봇의 바닥중심부에 RFID리더기 또는 바코드리더기 등이 장착될 수 있다.
바닥에 설치되는 상기 바닥띠(20)의 재질 및 두께는 오염 및 충격에 파손되지 않도록 현장의 상황에 따라서 적절히 구성하여야 할 것이다.
절대위치를 인식하기 위하여 이동로봇이 배치된 영역의 바닥전체에 절대위치표식을 설치하는 것은 너무도 큰 공사를 요구하게 되므로 실제현장에 배치되기는 어렵다 하겠다. 본 발명에서는 이러한 점을 극복하고 간단히 몇개의 바닥띠의 설치만으로 로봇의 절대위치인식이 가능한 것이다.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 이동로롯의 절대각도보정을 위한 바닥띠의 사용방법을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하여 이동로봇의 자기위치인식 방법을 상세하게 설명하면,
먼저 상기 설명된 바닥띠(20)는 상기 이동로봇이 지나치는 경로의 적절한 위치에 일정간격으로 경로와 직각방향으로 설치되어 이동로봇의 각도 및 절대위치를 보정하게 된다.
상기 이동로봇이 바닥띠(20)를 이동로봇이 그림과 같은 경로(31)로 지나칠 때에는 절대위치(x, y)는 절대위치표식 및 이의 인식기 (RFID리더기 또는 바코드리더기)에 의하여 알 수 있으며 그때의 이동로봇의 절대각도는 이동로봇의 양쪽에 배치된 근접센서의 입력시간차(32) 및 근접센서간의 거리(33) 그리고 입력시간차(32) 동안의 이동로봇의 평균속도(34)에 의하여 바닥띠(20)와의 상대각도(35)를 구할 수 있으므로 바닥띠의 절대각도를 이와 더하면 이동로봇의 절대각도의 결정이 가능하다.
Ltanθ = V·△t
θ = tan -1 (V·△t/L)
또 다른 바닥띠와 이동로봇간의 상대각도(39) 설정방법으로는 바닥띠를 평행하게 적절한 거리(38)로 2개를 배치하는 경우에 각각의 바닥띠(20)를 감지한 시간차(36)와 그때의 이동로봇의 평균속도(37) 및 바닥띠의 수평거리(38)에 따라서 다음과 같이 계산된다.
L = V·△t·cosθ
θ = cos -1 (L/V·△t)
이동로봇은 기본적으로 엔코더의 거리정보를 사용하여 사산법에 의하여 자신의 현재위치를 측정하나 이는 누적오차로 인하여 일정이상의 거리를 주행하는 경우는 로봇의 절대위치에 큰 오차가 발생할 수 있다. 이러한 오차를 피하기 위하여 상기 바닥띠(20)는 로봇의 사산법에 의한 오차가 일정이상 커지지 않는 거리내에서 상기한 절대위치 및 각도를 보정할 바닥띠(20)를 인지하여 자신의 위치를 보정하게 된다. 여기서, 상기 바닥띠(20)의 적절한 간격은 시험에 의하여 설정되어질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 이동로봇은 저가의 비용으로 로봇의 이동경로에 적당한 간격을 가지는 몇 개의 바닥띠를 배치하여 자신의 절대위치를 인식할 수 있으므로, 기존의 고가의 자기위치인식시스템을 적용한 이동로봇보다 훨씬 탄력적으로 현장배치가 가능하고 또 이러한 시스템을 공장등에 적용하는 경우에는 자동물류시스템의 구축이 용이한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. RFID태그 또는 바코드등을 일정간격으로 삽입한 바닥띠를 이용하여 자기위치를 정확하게 인식할 수 있는 이동로봇의 자기위치인식 시스템에 있어서,
    상기 이동로봇의 하부프레임 구동바퀴에 속도제어 및 위치감지를 위한 엔코더가 부착된 구동휠과, 앞뒷면에서 상기 이동로봇의 균형을 잡아주는 캐스터와, RFID태그를 인식하는 RFID리더기와, 상기 바닥띠의 몸체를 감지하는 근접센서를 포함하는 이동로봇; 및
    상기 이동로봇의 자율적인 이동이 가능하도록 절대위치표식을 위한 RFID태그를 일정간격으로 삽입하여 사산법의 오차를 보정할 수 있도록 한 바닥띠; 를 포함하는 이동로봇의 자기위치인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RFID리더기는 바코드를 인식하는 바코드리더기로 대체가 가능한 것을 특징으로 하는 이동로봇의 자기위치인식 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바닥띠는 일반적으로 유지보수 및 내구성을 고려하여 금속의 띠 또는 환경이 좋은 곳에서는 기타 유연한 재질로서 제작되며 밑면은 바닥에 쉽게 탈착이 가능한 접착테이프가 부착되고 또 로봇이 경로를 따라서 주행할 때에 이동로봇의 이동경로에 수직방향으로 설치되어 로봇이 지나치는 경우에 하나 이상의 절대위치표식(RFID태그 또는 바코드)을 감지하도록 일정거리간격으로 절대위치표식을 장착하여 구성되어 이동로봇의 절대위치 보정이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 자기위치인식 시스템.
  4. RFID태그 또는 바코드등을 일정간격으로 삽입한 바닥띠를 이용하여 자기위치를 정확하게 인식할 수 있는 이동로봇의 자기위치인식 방법에 있어서,
    (a) 상기 이동로봇이 절대위치와 절대각을 보정하기 위하여 이동로봇의 하부플랫폼의 좌우에 장착된 복수의 근접센서가 상기 바닥띠를 시간차를 두고 감지하는 단계와;
    (b) 상기 장착된 근접센서의 거리 및 시간차, 이동로봇의 평균이동속도등을 사용하여 바닥띠와의 상대각을 측정하는 각도측정단계와;
    (c) 상기 측정된 상대각과 기 알고있는 바닥띠의 절대각도에 이를 더하여 이동로봇의 절대각도를 파악하는 각도보정단계; 를 포함하여 이루어지는 이동로봇의 자기위치인식 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (c)단계는 근접한 위치의 복수의 바닥띠를 이동로봇이 일정한 시간간격으로 직선으로 통과하는 경우 그때의 각 바닥띠와의 수평거리와 로봇이 각각의 바닥띠를 감지하는 시간차 및 로봇의 평균속도를 사용하여 바닥띠와의 상대각을 측정 하여 기 알고있는 바닥띠의 절대각도에 이를 더하여 이동로봇의 절대각도를 파악하는 각도보정단계를 더 포함하여 이루어지는 이동로봇의 자기위치인식 방법.
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KR101106265B1 (ko) * 2010-11-05 2012-01-18 한국생산기술연구원 Ｒｆｉｄ를 이용한 이동 로봇의 위치측정 장치 및 위치측정 방법
CN105929834A (zh) * 2016-06-27 2016-09-07 中国计量大学 基于辅助定位装置的视觉导引车定位方法及视觉导引车

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