KR20070072305A - Localization system for moving object using state group of moving object and method thereof - Google Patents

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KR20070072305A
KR20070072305A KR1020060031585A KR20060031585A KR20070072305A KR 20070072305 A KR20070072305 A KR 20070072305A KR 1020060031585 A KR1020060031585 A KR 1020060031585A KR 20060031585 A KR20060031585 A KR 20060031585A KR 20070072305 A KR20070072305 A KR 20070072305A
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Abstract

A moving object localization system and method are provided to reduce the number of RFID(Radio Frequency Identification) tags for localizing a moving object by improving accuracy in the localization. A moving object localization system perceives movement of a moving object by obtaining position information from a plurality of RFID tags(200). The moving object includes an operation sensing unit(110) for acquiring odometry information while moving the moving object; an operation control unit(120) for driving the operation sensing unit by controlling the speed and direction of the operation sensing unit; an RFID tag reader unit(130) for receiving information stored in the RFID tags through communication with the RFID tags; and a computer unit(140) for controlling the operation sensing unit, the operation control unit and the RFID tag reader unit. The computer unit localizes the moving object by using a plurality of state points having state information of the moving object selected by the periodically received odometry information and tag information from the RFID tag reader unit.

Description

이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 그 추정 방법{Localization System for Moving Object Using State Group of Moving Object and Method Thereof}Localization System for Moving Object Using State Group of Moving Object and Method Thereof}

도 1은 본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템을 도시한 블록도,1 is a block diagram showing a moving object position estimation system to which the moving object state group according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 RFID 태그의 좌표계를 도시한 도면,2 is a view illustrating a coordinate system of an RFID tag according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 위치추정 시스템에서의 오도메트리 좌표계와 RFID 좌표계의 관계를 도시한 도면,3 is a diagram illustrating a relationship between an odometry coordinate system and an RFID coordinate system in a position estimation system according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 이동물체 위치추정 방법을 설명하는 흐름도,4 is a flowchart for explaining a moving object position estimation method according to the present invention;

도 5a는 본 발명에 따른 이동물체의 최초 위치 추정을 도시한 도면,5A is a view showing an initial position estimation of a moving object according to the present invention;

도 5b는 본 발명에 따른 최초 위치 추정 후 이동물체의 이동모양을 도시한 도면,5b is a view showing the movement of the moving object after the initial position estimation according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 태그 인식시의 이동물체의 위치 추정을 도시한 도면,6 is a diagram illustrating a position estimation of a moving object when a tag is recognized according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 태그 비인식시의 이동물체의 위치 추정을 도시한 도면,7 is a view illustrating a position estimation of a moving object when tag is not recognized according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 이동물체의 이동에 따라 선택되는 상태점을 도시한 도면,8 is a view showing a state point selected according to the movement of the moving object according to the present invention;

도 9는 본 발명에 따른 이동물체의 위치추정에 이용될 상태점들의 선택을 도시한 도면.9 is a view showing selection of state points to be used for position estimation of a moving object according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 이동물체 110: 구동감지부100: moving object 110: drive detection unit

120: 구동제어부 130: RFID 리더부120: drive control unit 130: RFID reader unit

140: 컴퓨터부 200: RFID 태그140: computer unit 200: RFID tag

본 발명은 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 그 추정 방법에 관한 것으로, 특히 좌표계 상에서 이동물체의 이동을 인식할 수 있는 영역들의 위치를 알 수 있을 때, 이동물체가 그 영역들 중의 어느 한 곳에 속할 경우 영역의 위치정보와 이동물체의 오도메트리(Odometry) 정보를 이용하여 이동물체의 위치를 추정하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 그 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a moving object position estimation system and a method for estimating the moving object state group, in particular, when the position of the regions that can recognize the movement of the moving object on the coordinate system can be known, The present invention relates to a moving object position estimation system and a method for estimating a moving object state group for estimating the position of a moving object using location information of an area and odometry information of a moving object.

일반적으로 위치추정에는 RFID(Radio Frequency Identification, 무선 주파수 식별)와 오도메트리를 이용한 기술이 사용된다.In general, a technique using radio frequency identification (RFID) and odometry is used for position estimation.

우선, RFID는 일종의 칩(Chip)으로, 전자태그(Tag)를 사물에 부착하여 사물이 주변 상황을 인지하고 기존 IT 시스템과 실시간으로 정보를 교환하고 처리할 수 있는 기술이다. RFID는 안테나와 태그만 있으면 태그가 부착된 사물의 정보를 식별할 수 있으며, 필요한 정보를 삽입할 수도 있다. RFID 시스템은 RFID에 고유정보를 전기적으로 저장하는 태그, 송수신기 역할을 하는 리더기, 그리고 호스트 서버와 응용프로그램 등 크게 세 가지 요소로 구성된다. 기본적인 동작 원리는 RFID의 안테나와 리더기의 안테나가 전파를 통해 통신하여 데이터를 주고 받는 행위를 수행하는 것이다. 우선, RFID 태그 안에 내장된 안테나가 리더기로부터 전파를 수신한다. 전파를 수신한 RFID 안에 내장된 IC 칩은 기동하여 칩 안의 정보를 신호화하고, 태그의 안테나를 통해 신호를 발신한다. 리더기는 RFID 태그로부터 발신된 신호를 리더기 내의 안테나를 통해 수신하여 정보를 전달받으며, 전달된 정보는 유무선 통신방식 의해 서버에 전달된다. RFID는 사용자의 필요에 따라 태그의 간격을 조절함으로써 정밀한 위치 측정 및 소비 절감 효과를 얻을 수 있다. First of all, RFID is a type of chip that attaches an electronic tag to an object so that the object can recognize the surrounding situation and exchange and process information with an existing IT system in real time. RFID can identify information about a tagged object with only an antenna and a tag, and can insert necessary information. The RFID system consists of three elements: a tag that electrically stores unique information in the RFID, a reader that acts as a transceiver, and a host server and an application program. The basic operation principle is that the antenna of the RFID and the antenna of the reader communicate with each other through radio waves to exchange data. First, the antenna embedded in the RFID tag receives radio waves from the reader. The IC chip embedded in the RFID receiving the radio wave starts to signal the information in the chip and transmits the signal through the antenna of the tag. The reader receives the signal transmitted from the RFID tag through the antenna in the reader to receive information, and the transmitted information is transmitted to the server by wired or wireless communication. RFID can achieve precise location measurement and consumption reduction by adjusting tag spacing according to user's needs.

이와 같이 RFID를 이용한 위치측정 기술의 일례가 대한민국 특허 공개공보 제2003-0080436호(2003.10.17 공개, 이동로봇의 위치측정 장치 및 방법 )에 개시되어 있다.As such, an example of a position measuring technology using RFID is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0080436 (published on October 17, 2003, apparatus and method for measuring position of a mobile robot).

상기 대한민국 특허 공개공보 제2003-0080436호에 개시된 기술은 고유의 위치 정보를 갖는 RFID 태그로서 이동로봇의 작업 영역에 설치되는 적어도 하나의 센서 셀과 상기 센서 셀로부터 상기 위치 정보를 획득하여 상기 이동로봇의 현재 위치를 측정할 수 있도록 상기 이동로봇에 장착되는 센서로 구성되며, 하나의 센서 셀을 이동로봇의 작업 영역에 설치한 후, 이동로봇에 장착된 센서를 통해 상기 센서 셀의 위치 정보를 획득하여 이동로봇의 현재 위치와 이동 거리, 이동 방향 등을 정밀하게 측정할 수 있다고 기재되어 있다.The technology disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0080436 is an RFID tag having unique location information, and obtains the location information from at least one sensor cell and the sensor cell installed in a work area of a mobile robot, thereby obtaining the mobile robot. It is composed of a sensor mounted on the mobile robot to measure the current position of the mobile robot, one sensor cell is installed in the working area of the mobile robot, and then the position information of the sensor cell is acquired through the sensor mounted on the mobile robot. It is described that it is possible to accurately measure the current position, the moving distance, the moving direction and the like of the mobile robot.

다음으로, 오도메트리는 주로 로봇의 위치 및 방향을 인식하는데 사용하는 기술로서, 이동물체의 운동학적인 상태, 위치, 속도, 가속도, 방향 등의 정보를 인식한다. 즉, 이동물체의 주행 거리계(Odometer) 또는 휠 센서(Wheel sensor)를 이용하여 속도 정보를 얻고, 자성 센서 등을 이용하여 방위각 정보를 얻어 이동한 거리 및 방향에 대한 정보를 계산하여 이동물체 자신의 위치와 방향을 인식한다. 오도메트리는 외부로부터 별도의 정보를 입력받지 않고 자체 정보만을 이용한다. 따라서, 높은 샘플링(Sampling) 속도로 위치 정보를 획득하고, 위치 정보의 업데이트(Update) 또한 빠르다. 또한, 짧은 거리에서의 정확도가 높고 비용이 저렴하다. Next, odometry is a technology mainly used to recognize the position and direction of the robot, and recognizes information such as kinematic state, position, speed, acceleration, direction of the moving object. That is, the speed information is obtained by using an odometer or a wheel sensor of the moving object, the azimuth information is obtained by using a magnetic sensor, etc., and the information about the distance and the direction of the moving object is calculated. Recognize location and orientation. Odometry uses only its own information without receiving additional information from the outside. Therefore, the position information is acquired at a high sampling rate, and the update of the position information is also fast. In addition, high accuracy and low cost at short distances.

이와 같은 오도메트리의 단점을 해결하기 위한 위치인식 기술의 일례가 대한민국 특허 공개공보 제2005-0091549호((2005.09.15 공개, 오도메트리를 이용한 이동로봇의 위치 인식 방법)에 개시되어 있다.An example of a position recognition technology for solving the disadvantages of such an odometry is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0091549 (published on September 15, 2005, a method for recognizing a position of a mobile robot using an odometry).

상기 대한민국 특허 공개공보 제2005-0091549호에 개시된 기술은 임의의 이동로봇을 센서기반 주행 경로를 따라 시작 노드에서 종료 노드까지 이동시키는 제 1단계, 상기 이동로봇의 이동에 따른 바퀴 회전수를 검출하여 제 1오도메트리 경로 정보를 획득하는 제 2단계, 종료 노드에 위치한 상기 이동로봇을 센서기반 주행 경로를 따라 반대방향으로 이동시키는 제 3단계, 상기 이동로봇의 반대 방향으로의 이동에 따른 바퀴 회전수를 검출하여 제 2오도메트리 경로 정보를 획득하는 제 4단계, 상기 이동로봇의 오차모델 및 오차변수를 이용하여 상기 제 1 및 제 2오도메트 리 경로 정보를 재계산하여 상기 제 1 및 제 2오도메트리 보정 경로 정보를 각각 획득하는 제 5단계, 상기 제 5단계에서 획득된 상기 제 1 및 제 2오도메트리 보정 경로 정보에 따라 이동로봇의 위치 정보를 결정하는 제 6단계로 이루어지며, GVG(Generalized Voronoi Graph)를 두(2)번 왕복한 후 오차를 최소화시키는 '오차변수'를 정확하게 예측함으로써 이동로봇의 기구학적인 위치 부정확도를 최소화할 수 있으며, '오차변수'를 이용한 정밀도 향상 후 예측 불가능한 오차원인에 의한 오도메트리의 부정확도를 수식적으로 표현할 수 있다고 기재되어 있다.The technique disclosed in the Republic of Korea Patent Publication No. 2005-0091549 is a first step of moving any mobile robot from the start node to the end node along the sensor-based driving path, by detecting the number of wheel revolutions according to the movement of the mobile robot A second step of acquiring first odometry path information, a third step of moving the mobile robot located at an end node in the opposite direction along a sensor-based driving path, and wheel rotation according to movement in the opposite direction of the mobile robot A fourth step of obtaining a number of second geometry path information by detecting a number; recalculating the first and second geometry diagram information using an error model and an error variable of the mobile robot, and calculating the first and second geometry path information. A mobile robot according to a fifth step of acquiring 2 odometry correction path information, and the first and second odometry correction path information obtained in the fifth step The sixth step is to determine the location information, and it is possible to minimize the kinematic position inaccuracy of the mobile robot by accurately predicting the 'error variable' which minimizes the error after reciprocating the GVG (Generalized Voronoi Graph) two (2) times. It is described that the inaccuracy of the odometry due to the unpredictable misdimensional person after the accuracy improvement using the 'error variable' can be expressed mathematically.

그러나 상기 대한민국 특허 공개공보 제2003-0080436호에 개시된 기술에 있어서는 RFID 태그의 분포 밀도에 따라 이동물체의 위치 및 방향 인식의 정밀도가 결정되므로, RFID 태그의 분포밀도가 낮으면 이동물체의 위치 및 방향 인식의 정밀도도 낮고, RFID 태그의 분포밀도가 높으면 RF 신호들간의 상호 간섭에 의해 오류가 발생률이 높아지는 문제가 있었다. However, in the technology disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0080436, since the accuracy of position and direction recognition of a moving object is determined according to the distribution density of the RFID tag, if the distribution density of the RFID tag is low, the position and direction of the moving object If the accuracy of recognition is low and the distribution density of the RFID tag is high, there is a problem that an error occurrence rate is increased due to mutual interference between RF signals.

또, 상기 대한민국 특허 공개공보 제2003-0080436호에 개시된 기술에 있어서는 새로운 위치 및 방향 정보에 대한 업데이트가 느리다는 문제가 있었다.In addition, in the technique disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0080436, there is a problem that the update on the new position and direction information is slow.

또, 상기 대한민국 특허 공개공보 제2005-0091549호에 개시된 기술에 있어서는 위치와 방향을 적분을 이용하여 계산하기 때문에 주행 거리가 증가할수록 측정 오차가 누적되는 문제가 있었다.In addition, the technique disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0091549 has a problem in that measurement errors accumulate as the driving distance increases because the position and the direction are calculated using the integral.

또, RFID와 오도메트리에 관한 종래 기술 및 상기 공보들에 개시된 기술들에 있어서는 위치정보만 보정될 뿐 이동물체의 자세 오차가 보정되지 않는 문제가 있 었다.In addition, in the related arts related to RFID and odometry and the techniques disclosed in the above publications, only the position information is corrected, but the attitude error of the moving object is not corrected.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인식가능한 영역을 나누고 영역의 위치정보와 이동물체의 오도메트리 정보를 이용하여 이동물체의 위치 및 자세 추정의 정확도를 높이는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 즉, 이동물체가 인식 가능한 영역들 중의 어느 한 곳에 속한 후, 오차가 있는 오도메트리만으로 이동하더라도 저장된 이동물체의 좌표이력과 좌표계 상에서 이동물체의 위치와 자세를 표현하고 독립된 이동성을 갖는 이동물체의 상태군을 이용하여 이동물체의 현재 위치를 추정한다.An object of the present invention is to solve the problems described above, the moving object state that divides the recognizable area and improves the accuracy of the position and attitude estimation of the moving object by using the position information of the area and the odometry information of the moving object. It is to provide a moving object location system and method applying the group. That is, even after the moving object belongs to any one of the recognizable areas, the moving object has the coordinate history of the moving object and the position and posture of the moving object on the coordinate system even if the moving object moves only to the errored odometry. The state group is used to estimate the current position of the moving object.

본 발명의 다른 목적은 RFID와 오도메트리로부터 정보를 얻어 양측 기술의 장점이 통합된 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 즉, 오도메트리와 함께 RFID 태그의 절대 위치 정보를 이용하여 이동물체의 위치추정의 오차가 누적되는 단점을 보완한다.Another object of the present invention is to provide a moving object position estimation system and method applying a moving object state group in which the advantages of both technologies are integrated by obtaining information from RFID and odometry. In other words, by using the absolute position information of the RFID tag with the odometry, the error of the position estimation of the moving object is accumulated.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템은 Moving object position estimation system applying the moving object state group according to the present invention to achieve the above object

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In addition, in describing this invention, the same code | symbol is attached | subjected and the repeated description is abbreviate | omitted.

본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템에 대해 도 1 내지 도 3에 따라 설명한다.A moving object position estimation system applying the moving object state group according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a moving object position estimation system to which the moving object state group according to the present invention is applied.

도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 위치 추정 시스템은 이동물체(100)와 고유의 ID(Identification, 식별자)가 저장된 다수들의 RFID 태그(200)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the position estimation system according to the present invention includes a moving object 100 and a plurality of RFID tags 200 in which unique IDs are stored.

도 1에 도시된 이동물체(100)는 이동물체(100)를 이동시키며 회전량을 측정하는 엔코더(Encoder)를 내장하여 오도메트리 정보를 획득하는 구동감지부(110), 구동감지부(110)의 속도 및 방향을 제어하여 구동감지부(110)를 구동시키는 구동제어부(120), 다수의 RFID 태그(200)의 각각과 통신하여 RFID 태그(200)에 저장된 정보를 수신하는 RFID 리더(Reader)부(130), 상기 구동감지부, 구동제어부 및 RFID 리더부 등 이동물체(100) 전체를 제어하는 컴퓨터(Computer)부(140)를 구비한다. The moving object 100 shown in FIG. 1 includes an encoder for moving the moving object 100 and measuring an amount of rotation, thereby acquiring odometry information, and a driving detecting unit 110 and a driving detecting unit 110. RFID reader for controlling the speed and the direction of the drive driving unit 120 to drive the drive detection unit 110, each of the plurality of RFID tags 200 to receive the information stored in the RFID tag (200) And a computer unit 140 for controlling the entire moving object 100 such as the driving unit 130, the driving detection unit, the driving control unit, and the RFID reader unit.

구동제어부(120)는 컴퓨터부(140)로부터 전달된 속도와 방향에 대한 명령을 받아 구동감지부(110)를 동작시키며, 컴퓨터부(140)는 구동감지부(110)로부터 0.1 초 간격으로 오도메트리 정보를 수신한다. The drive control unit 120 operates the drive detection unit 110 in response to the speed and the direction transmitted from the computer unit 140, the computer unit 140 is misleading from the drive detection unit 110 at 0.1 second intervals. Receive metadata information.

RFID 태그(200)는 이동물체(100)가 이동하는 바닥에 깔아두어 이동물체(100)가 RFID 태그 위를 이동하면서 RFID 리더부(130)에 인식된다. RFID 태그(200)에는 태그의 종류를 나타내는 그룹 ID와 각각의 태그를 구분하는 개별 ID가 저장되어 있으며, 컴퓨터부(140)는 상기 ID에 대응하는 맵(Map)으로 된 태그의 좌표 정보와 인식 가능한 인식범위 정보를 테이블로 저장하고 있다. 이렇게 태그의 종류에 따른 인식범위 데이터를 저장해두면 여러 종류의 태그를 혼용해서 쓰는 경우에 효율적이다. RFID 리더부(130)는 RFID 태그(200)를 감지하기 위하여 0.02초 간격으로 RFID 태그(200)가 인식영역 안에 있는지 확인한다.The RFID tag 200 is placed on the floor on which the moving object 100 moves and is recognized by the RFID reader 130 while the moving object 100 moves on the RFID tag. In the RFID tag 200, a group ID indicating a tag type and an individual ID for distinguishing each tag are stored, and the computer unit 140 recognizes coordinate information and recognition of a tag in a map corresponding to the ID. Possible recognition range information is stored in a table. In this way, storing the recognition range data according to the tag type is effective when several types of tags are mixed. The RFID reader unit 130 checks whether the RFID tag 200 is in the recognition area at an interval of 0.02 seconds to detect the RFID tag 200.

컴퓨터부(140)는 구동감지부(110)와 RFID 리더부(130)로부터 각각 오도메트리 정보와 태그 정보를 주기적으로 수신하여 이동물체(100)의 위치를 추정하는데, 이동물체(100)의 위치는 상태정보를 갖는 다수의 상태점들을 이용하여 추정한다. 상기 상태점은 위치를 나타내는 2차원 좌표(x, y) 및 자세(θ)성분으로 나타낸다.The computer unit 140 periodically receives the odometry information and the tag information from the driving detecting unit 110 and the RFID reader 130 to estimate the position of the moving object 100. The location is estimated using a plurality of status points with status information. The state point is represented by two-dimensional coordinates (x, y) and a posture (θ) component representing a position.

도 2는 본 발명에 따른 RFID 태그의 좌표계를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a coordinate system of an RFID tag according to the present invention.

도 2에서 도시한 바와 같이, 바닥에 깔아둔 RFID 태그(200)들 중에서 현 시점에서 이동물체(100)가 인식한 RFID 태그(200)의 좌표 (XA, YA)가 현재 이동물체(100)의 위치가 된다. 각각의 RFID 태그(200)에는 고유의 ID가 저장되어 있으며, 이동물체(100)의 컴퓨터부(140)에는 이 고유번호에 대응하는 RFID 좌표값이 저장되 어 있다. 이동물체(100)는 RFID 리더부(130)를 통해 RFID 태그(200)를 인식하여 ID를 얻고, 상기 ID에 대응하는 RFID 좌표를 찾아서 위치를 추정한다.As shown in FIG. 2, among the RFID tags 200 laid on the floor, the coordinates (X A , Y A ) of the RFID tag 200 recognized by the moving object 100 at this point in time are the current moving object 100. ) Position. Each RFID tag 200 stores a unique ID, and the computer unit 140 of the moving object 100 stores an RFID coordinate value corresponding to the unique number. The moving object 100 recognizes the RFID tag 200 through the RFID reader 130 to obtain an ID, and finds an RFID coordinate corresponding to the ID to estimate the position.

도 3은 본 발명에 따른 위치추정 시스템에서의 오도메트리 좌표계와 RFID 좌표계의 관계를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a relationship between an odometry coordinate system and an RFID coordinate system in a position estimation system according to the present invention.

도 3에서 도시한 바와 같이, 이동물체(100)가 시간 t에 RFID 좌표계의 (XA, YA) 지점에서 RFID 태그(200)를 발견하고, 시간 t+1에 거리 d만큼 진행한 경우 원점 OR과 이동물체(100)의 중심이 이루는 선분이 오도메트리 좌표계의 X축과 이루는 각을 θAC라 하면, RFID 좌표계에서의 위치는 (YA+d·sinθAC, XA+d·cosθAC)이고, 자세는 θA,t와 θR,t+1을 더한 θA,t+1이 된다.As shown in FIG. 3, when the moving object 100 finds the RFID tag 200 at the point (X A , Y A ) of the RFID coordinate system at time t and proceeds by the distance d at time t + 1, the origin point If the angle between the line segment formed by O R and the center of the moving object 100 and the X axis of the odometry coordinate system is θ AC , the position in the RFID coordinate system is (Y A + d · sin θ AC , X A + d · cosθ AC ), and the attitude is θ A , t + 1 plus θ A, t and θ R, t + 1 .

다음에 본 발명의 실시예에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법에 대해 도 4 내지 도 9에 따라 설명한다.Next, a moving object position estimation method to which the moving object state group according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 4 to 9.

도 4는 본 발명에 따른 이동물체 위치추정 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 5a는 본 발명에 따른 이동물체의 최초 위치 추정을 도시한 도면이고, 도 5b는 본 발명에 따른 최초 위치 추정 후 이동물체의 이동모양을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 태그 인식시의 이동물체의 위치 추정을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 태그 비인식시의 이동물체의 위치 추정을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 이동물체의 이동에 따라 선택되는 상태점을 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 이동물체의 위치추정에 이용될 상태점들의 선택을 도시한 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method for estimating a moving object according to the present invention, FIG. 5A is a view illustrating an initial position estimation of a moving object according to the present invention, and FIG. 5B is a moving object after an initial position estimation according to the present invention. 6 is a diagram illustrating a moving shape of FIG. 6 is a view illustrating a position estimation of a moving object when a tag is recognized according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a position estimation of a moving object when a tag is not recognized according to the present invention. 8 is a view illustrating a state point selected according to a movement of a moving object according to the present invention, and FIG. 9 is a view illustrating selection of state points to be used for estimating a position of a moving object according to the present invention. to be.

이동물체(100)가 위치할 만한 곳에 이동물체(100)의 상태를 갖는 점인 상태점을 임의로 여러개 선정하고, 상기 상태점들을 분석하여 실제 이동물체(100)의 위치를 추정하는 과정은 1 단계 내지 4단계이며, 2단계에서는 RFID 태그(200)의 인식여부에 따라 2-1 단계 또는 2-2 단계를 수행한다. 이동물체(100)의 이동에 따른 위치추정 과정은 다음과 같이 설명한다.The process of estimating the actual position of the moving object 100 by randomly selecting a plurality of state points, which are points having the state of the moving object 100 at a place where the moving object 100 is located, and analyzing the state points may be performed in one step. In step 4, step 2-1 or step 2-2 is performed according to whether the RFID tag 200 is recognized. Position estimation process according to the movement of the moving object 100 will be described as follows.

도 4에서 도시한 바와 같이, 우선 이동물체(100)가 정보를 얻어오기 전에 컴퓨터부(140) 내에 저장된 상기 맵상에서 위치추정을 하고자 하는 모든 영역 내에 상태점들을 고르게 배치시킨다. 구동감지부(110)인 바퀴를 회전시켜 이동물체(100)가 구동하면 구동과 함께 구동감지부(110)에서 오도메트리 정보를 획득하여 컴퓨터부(140)에 0.1초 간격으로 전송한다(ST 4010). 상기 오도메트리 정보는 이동물체(100)의 바퀴(110)의 회전수로부터 획득한다. RFID 리더부(130)가 첫 번째 RFID 태그(200)를 인식하면(ST 4020), 컴퓨터부(140)가 이동물체(100)의 상태정보를 갖는 다수의 상태점들을 컴퓨터부(140)에 저장된 상기 맵에 초기화한다. As shown in FIG. 4, first, even before the moving object 100 obtains information, state points are evenly disposed in all regions to be located on the map stored in the computer unit 140. When the moving object 100 is driven by rotating the wheel which is the drive detecting unit 110, the driving detection unit 110 acquires the odometry information along with the driving and transmits the information to the computer unit 140 at an interval of 0.1 second (ST). 4010). The odometry information is obtained from the rotation speed of the wheel 110 of the moving object 100. When the RFID reader unit 130 recognizes the first RFID tag 200 (ST 4020), the computer unit 140 stores a plurality of state points having state information of the moving object 100 in the computer unit 140. Initialize the map.

초기화 단계인 1단계는 다음과 같다.The first stage, which is the initialization stage, is as follows.

1단계: 초기화Step 1: reset

컴퓨터부(140)가 상기 맵을 생성하고(ST 4030), 구동감지부(110)에서 인식한 RFID 태그(200)의 위치에 해당하는 상기 맵상의 위치(x, y)에 상태점들을 생성한다(ST 4031). 이때 상기 상태점들의 위치가 예상하는 이동물체(100)의 위치가 된다. 즉, 상태점 각각은 이동물체(100)가 있다고 추정되는 예상 후보 위치들 중 하나이다. 상기 상태점들에는 임의의 방향(θ)도 부여하는데(ST 4032), 이는 RFID 태그(200)를 하나만 발견했을 때에는 방향을 알 수 없기 때문이다. The computer unit 140 generates the map (ST 4030), and generates status points at positions (x, y) on the map corresponding to the position of the RFID tag 200 recognized by the driving detection unit 110. (ST 4031). At this time, the position of the state points is the position of the moving object 100 to be expected. That is, each of the state points is one of the expected candidate positions where the moving object 100 is estimated. The state points are also given an arbitrary direction θ (ST 4032) because when one RFID tag 200 is found, the direction is unknown.

도 5에서 도시한 바와 같이, 정사각형 모양으로 배치된 큰 원들은 RFID 태그(200)로서 이동물체(100)가 인식할 수 있는 영역들이고, 그 중 빨간색 원은 이동물체(200)가 현재 인식하고 있는 RFID 태그(200)이다. 그리고, 속이 빈 작은 원은 실제 이동물체(200)의 위치를 나타내며, 이동물체(100)가 최초로 발견한 영역의 가운데 부분에 점들이 모여서 원 모양을 이룬 남색의 점들은 상태점들이다. 이동물체(100)가 첫 번째 RFID 태그(200)를 인식했을 때 RFID 태그(200)의 위치를 중심으로 상태점 군집이 밀집된다. 이때 이동물체(100)의 위치는 알 수 있으나 자세는 알 수 없다. As shown in FIG. 5, large circles arranged in a square shape are areas that can be recognized by the moving object 100 as the RFID tag 200, and red circles of which are currently recognized by the moving object 200. RFID tag 200. In addition, the small hollow circle indicates the position of the actual moving object 200, and the indigo blue dots forming a circle shape by the dots gathered at the center of the area first detected by the moving object 100 are state points. When the moving object 100 recognizes the first RFID tag 200, the state point clusters are concentrated around the position of the RFID tag 200. At this time, the position of the moving object 100 can be known but not the posture.

즉, 인식된 RFID 태그(200)의 중심으로부터 인식범위 내의 영역에만 상태점들을 촘촘히 고르게 배치시키며, 각각의 상태점들은 0o~360o 범위에서 임의의 자세를 갖게 한다. 이는 RFID 센서의 특성상 리더부(130)가 RFID 태그(200)를 발견하면 이동물체(100)가 위치할 수 있는 영역이 확실하게 제한되지만, 방향은 알 수 없기 때문이다. 그리고 각각의 상태점이 가지는 데이터를 다음과 같이 정의한다.That is, the state points are densely and evenly disposed only in the region within the recognition range from the center of the recognized RFID tag 200, and each state point has an arbitrary posture in the range of 0 ° to 360 ° . This is because when the reader unit 130 detects the RFID tag 200 due to the characteristics of the RFID sensor, an area in which the moving object 100 may be located is certainly limited, but the direction is unknown. The data of each status point is defined as follows.

Pi : 포지션(x, y, θ)P i : position (x, y, θ)

Pi는 이동물체(100)의 위치를 추정하고자 이동물체가 활동하는 바닥 공간을 X, Y 좌표로 나타낸 영역에서 i번째 상태점이 위치한 좌표(x, y)와 이동물체의 자세(θ)성분을 나타낸다. 이때 하나의 상태점은 다른 상태점과 같은 위치와 같은 자세를 가질 수 있다.P i is the coordinate (x, y) where the i-th state point is located and the attitude (θ) component of the moving object in the area represented by the X, Y coordinates of the floor space where the moving object is active to estimate the position of the moving object 100. Indicates. At this time, one state point may have the same position as the other state point.

상기 1단계 후에는 바퀴(100)를 회전시켜 이동물체(100)가 다시 구동하고, 오도메트리 정보를 획득하여 컴퓨터부(140)에 0.1초 간격으로 전송한다(ST 4050). 이동물체(100)는 RFID 태그(200)가 인식되는지 여부를 확인하면서(4060) 이동한다. 따라서, 이동물체(100)가 이동하면 이동하는 방향과 거리를 고려하여 상기 맵상의 상태점들도 이동시킨다. 이때 상태점들이 이동하는 방향은 상기 1단계에서 임의로 선택한 방향에 근거하여 오도메트리 정보에서 얻어진 값만큼 방향을 바꾼다. 이동에 따른 이동물체(100)의 새로운 위치를 추정하는 방법은 RFID 태그(200)의 인식 여부에 따라 달라진다. 상기 1단계에서와 같이 이동물체(100)가 첫 번째 RFID 태그(200)를 발견하고 진행할 때에는 위치정보만 알고 자세를 알 수 없기 때문에 도 5b에 도시한 바와 같이 상태점들이 이동물체(100)가 이동한 거리만큼 원모양을 유지하며 퍼져나간다. After the first step, the moving object 100 is driven again by rotating the wheel 100, obtaining the odometry information, and transmitting the information to the computer unit 140 at an interval of 0.1 second (ST 4050). The moving object 100 moves while checking whether the RFID tag 200 is recognized (4060). Therefore, when the moving object 100 moves, the state points on the map are also moved in consideration of the moving direction and distance. At this time, the direction in which the state points move is changed by the value obtained from the odometry information based on the direction arbitrarily selected in the first step. The method of estimating the new position of the moving object 100 according to the movement depends on whether the RFID tag 200 is recognized. As in step 1, when the moving object 100 discovers the first RFID tag 200 and proceeds, only the position information is known and the posture is not known. As shown in FIG. Spread out while keeping the circle shape as far as you have traveled.

상기 1단계 이후 이동물체(100)가 이동하다가 RFID 태그(200)를 인식하면 다음의 2-1단계를 수행한다.If the moving object 100 moves after the step 1 and recognizes the RFID tag 200, step 2-1 is performed.

2-1단계: 태그 인식Step 2-1: Tag Recognition

이동물체(100)가 RFID 태그(200)를 인식하여 어떤 영역을 인식했을 경우에는 인식된 영역의 중심으로부터 영역의 인식범위, 즉 인식 가능한 영역 중에서 중심으로부터 중심과 가장 먼 가장자리 지점까지의 거리의 2배 이내에 존재하는 상태점들은 남기고, 2배보다 멀리 위치한 상태점들은 상기 맵상에서 제거한다(ST 4062).When the moving object 100 recognizes a certain area by recognizing the RFID tag 200, 2 of the recognition range of the area, that is, the distance from the center to the edge point farthest from the center of the recognized area. Status points existing within the ship are left, and state points located more than twice are removed from the map (ST 4062).

도 5b에서 도시된 원모양의 상태점들은 (ST 4062) 단계에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 위치 추정에 유효한 상태점들만 선택된다. 도 6에서 작은 원의 중심에서 돌기의 끝으로 향하는 방향이 이동물체(100)의 자세를 나타낸다. The circular state points shown in FIG. 5B are selected only by the state points valid for the position estimation as shown in FIG. 6 by the step (ST 4062). In FIG. 6, the direction from the center of the small circle to the end of the protrusion represents the attitude of the moving object 100.

상기 1단계 이후 이동물체(100)가 이동하다가 RFID 태그(200)를 인식하지 못하면 다음의 2-2단계를 수행한다.If the moving object 100 does not recognize the RFID tag 200 after moving to step 1, the following step 2-2 is performed.

2-2단계: 이동물체의 진행Step 2-2: Progress of the moving object

이동물체(100)가 태그를 인식하지 못한 경우에는 컴퓨터부(140)가 상기 맵에 있는 N개의 상태점들을 유효한 상태점들으로 선택하고, 상기 N개의 상태점들을 구동감지부(110)로부터 획득된 오도메트리 정보로부터 얻은 거리, 방향, 임의의 노이즈(Noise)를 고려하여 [수학식 1]에 따라 결정되는 새로운 위치로 이동시킨다(ST 4061).If the moving object 100 does not recognize the tag, the computer unit 140 selects the N state points in the map as valid state points, and obtains the N state points from the driving detection unit 110. The distance, direction, and random noise obtained from the obtained odometry information are taken into consideration and moved to a new position determined by Equation 1 (ST 4061).

Figure 112006024226264-PAT00001
Figure 112006024226264-PAT00001

Figure 112006024226264-PAT00002
Figure 112006024226264-PAT00002

Figure 112006024226264-PAT00003
Figure 112006024226264-PAT00003

Pi, t: 시간 t에서의 i번째 상태점의 위치 및 자세Pi, t: position and attitude of the i-th status point at time t

△l: 이동물체(100)의 이동거리Δl: Moving distance of the moving object 100

Vt: 시간 t에서 이동물체(100)의 이동거리 및 자세의 변화 정도에 비례하는 변수V t : Variable proportional to the degree of change in the moving distance and the attitude of the moving object 100 at time t

rand(): 0~2까지의 수 중 임의의 소수 첫째 자리수를 반환하는 함수rand (): a function that returns any one decimal place from 0 to 2

여기서, 임의의 노이즈는 오도메트리 정보를 읽어올 때 발생하는 오차와 주변환경에 의해서 발생하는 측정 오차이다. 즉, Vt와 rand()는 상기 노이즈의 특성을 표현하기 위한 식의 변수들로서, 변수 Vt는 거리와 자세를 하나로 나타낸 것이며, 함수 rand()가 호출될 때마다 0.0, 0.1, 0.2,…, 0.9,…, 1.0, 1.1,…, 1.9, 2.0 와 같이 0 ~ 2까지의 수를 반환한다.Here, the random noise is an error generated when reading the odometry information and a measurement error caused by the surrounding environment. That is, V t and rand () are variables of the expression for expressing the characteristics of the noise, and the variable V t represents the distance and the attitude as one, and each time the function rand () is called, 0.0, 0.1, 0.2,. , 0.9,… , 1.0, 1.1,… Returns a number between 0 and 2, such as 1.9, 2.0, and so on.

도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 시간 t에 Pi, t에 위치한 상태점이 오도메트리로부터 얻은 거리와 방향만큼 정확히 이동한다면, 시간 t+1에 이 상태점의 위치는 P'i, t+1이 될 것이다. 그러나 오도메트리에는 노이즈가 포함되어 있다. 그러 므로 본 발명에서는 거리에 비례하는 범위에서 임의의 노이즈가 발생하는 것으로 가정한다. 따라서, 이를 고려한 시간 t+1에서의 상태점의 위치는 Pi, t+1이 된다. 이와 같은 상태점들은 도 7의 (b)와 같이 이동한다.As shown in (a) of FIG. 7, if the state point located at Pi, t at time t moves exactly by the distance and direction obtained from the odometry, the position of this state point at time t + 1 is P'i, will be t +1 . However, the odometry contains noise. Therefore, it is assumed in the present invention that random noise occurs in a range proportional to the distance. Therefore, the position of the state point at time t + 1 considering this becomes Pi, t + 1 . Such state points move as shown in FIG.

이동물체(100)가 도 8의 (a)에 도시된 경로와 같이 이동할 경우, 도 8의 (a)의 A지점에서부터 상태점들의 모양은 도 8의 (b)와 같이 변해간다. 즉, A지점에서 이동물체(100)는 정확한 위치를 인식하지 못하며, 상태점들은 널리 분포한다. 이후, RFID 태그(200)를 발견하면 RFID 태그(200)에 가까운 이동물체 앞쪽의 상태점들은 그대로 남고 RFID 태그(200)에서 먼 이동물체(100) 뒤쪽의 상태점들은 조금씩 제거된다. RFID 태그(200)를 벗어날 때는 반대로 앞쪽의 상태점들만 제거되어 이동물체(100)가 RFID 태그(200)를 인식하기 직전에는 이동물체(100)의 위치를 중심으로 원모양으로 상태점들이 생성된다. 그 결과 RFID 태그(200)를 벗어난 직후에는 이동물체(100)가 RFID 태그(200)를 발견하기 전보다 더 정확하게 위치를 추정하게 된다. 이렇듯 이동물체(100)는 이동하면서 RFID 태그(200)를 인식하는 과정과 인식하지 못하는 과정을 계속 반복한다. When the moving object 100 moves along the path shown in FIG. 8A, the shape of the state points changes from the point A of FIG. 8A as shown in FIG. 8B. That is, the moving object 100 does not recognize the exact position at point A, and the state points are widely distributed. Then, when the RFID tag 200 is found, the state points in front of the moving object close to the RFID tag 200 remain and the state points behind the moving object 100 far from the RFID tag 200 are removed little by little. On the contrary, only the front status points are removed when leaving the RFID tag 200, and the status points are generated in a circular shape around the position of the mobile object 100 immediately before the moving object 100 recognizes the RFID tag 200. . As a result, immediately after leaving the RFID tag 200, the moving object 100 estimates the position more accurately than before the RFID tag 200 is discovered. As described above, the moving object 100 continuously repeats the process of recognizing and not recognizing the RFID tag 200 while moving.

상기 2-1단계 또는 상기 2-2단계 후에는 선택된 유효한 상태점들을 3단계의 위치추정 방법을 이용하여 이동물체(100)의 위치(x, y) 및 자세(θ)를 추정한다.After the step 2-1 or step 2-2, the position (x, y) and the posture (θ) of the moving object 100 are estimated by using the position estimation method of the selected valid state points in three steps.

3단계: 위치 추정Step 3: estimate location

컴퓨터부(140)는 상기 맵의 유효한 상태점들을 x축, y축, θ축으로 투영하여 상기 x축, 상기 y축, 상기 θ축에 대한 히스토그램(Histogram, 상태점들의 수 그래프)으로 생성한다(ST 4070). 이렇게 해서 상기 맵에서 상기 유효한 상태점들이 이루는 최대 군집의 위치를 찾는다(ST 4071). 다음으로, 상기 히스토그램의 최대값을 갖는 각 축의 x, y, θ를 Pmax(xmax, ymax , θmax)라 하면, xmax ymax가 이루는 점과의 거리가 L(500mm), θmax와의 각도의 차가 가 K(15˚~20˚) 이하인 상태점들의 평균 위치를 이동물체(100)의 위치로, 상태점들의 평균 자세를 이동물체(100)의 자세로 결정한다. The computer unit 140 generates a histogram (number graph of state points) of the x-axis, the y-axis, and the θ-axis by projecting valid state points of the map on the x-axis, y-axis, and θ-axis. (ST 4070). In this way, the position of the largest cluster of the valid state points in the map is found (ST 4071). Next, if x, y, θ of each axis having the maximum value of the histogram is P max (x max, y max , θ max ), x max and The average position of the state points whose distance between the point formed by y max is L (500mm) and θ max is K (15˚-20˚) or less is the position of the moving object 100, and the average posture of the state points Determine the posture of the moving object (100).

본 실시예에서 L은 임의로 지정할 수 있지만, 500mm로 지정한 이유는 다음과 같다. 일단 이동물체(100)는 xmax와 ymax가 이루는 점 근처에 위치할 가능성이 있다고 판단한다. 따라서, 상기 xmax와 ymax가 이루는 점으로부터 거리가 너무 떨어진 곳에 위치한 상태점들이 갖는 위치정보는 실제 이동물체(100)의 위치정보와 큰 차이가 있다고 판단하고, 위치를 추정할 때 고려 대상에서 제외한다. 따라서, 일정한 거리 안(xmax와 ymax를 중심으로 하는 원의 내부)에 있는 상태점들만 선택하고, 이때 선택하는 거리(원의 반지름)가 L이 된다. In this embodiment, L can be arbitrarily designated, but the reason for specifying 500 mm is as follows. It is determined that the moving object 100 may be located near a point formed by x max and y max . Therefore, it is determined that the position information of the state points located too far from the point formed by x max and y max has a great difference from the position information of the actual moving object 100, Exclude. Therefore, only state points within a certain distance (inside the circle centered on x max and y max ) are selected, and the distance (radius of the circle) to be selected is L.

또, K는 임의로 지정할 수 있지만, 15˚~20˚로 지정한 이유는 다음과 같다. 본 실시예에서는 θmax의 방향이 이동물체(100)의 방향일 가능성이 높다고 판단하고, 상기 방향으로부터 너무 벗어난 방향성분을 갖는 상태점들은 제외하고 15˚ 정 도의 범위 안에 있는 점들만 선택하여 로봇의 방향을 추정한다. In addition, although K can be arbitrarily designated, the reason for designating it as 15 degrees-20 degrees is as follows. In the present embodiment, it is determined that the direction of θmax is likely to be the direction of the moving object 100, and only the points within the range of 15 ° are selected except the state points having the direction component that is too far from the direction, and the direction of the robot is determined. Estimate

도 9에서 도시한 바와 같이, 원의 중심에 위치한 점은 히스토그램에서 최대값을 갖는 점이다. 이 점(xmax, ymax)을 중심으로 일정한 거리(원) 안의 상태점들을 선택한다(ST 4072). 그리고 이렇게 선택된 상태점들 중에서 다시 θmax-K~θmax+K 사이의 자세를 갖는 상태점들만 선택한다(ST 4073). 따라서, 도 9에서 B, C, D 방향의 상태점들은 유효한 상태점으로 선택되고, A, E, F, G는 버려진다. As shown in FIG. 9, the point located at the center of the circle is the point having the maximum value in the histogram. This point (x max , y max ) center points within a certain distance (circle) are selected (ST 4072). Among the selected state points, only state points having a posture between θ max -K to θ max + K are selected again (ST 4073). Therefore, in FIG. 9, the state points in the B, C, and D directions are selected as valid state points, and A, E, F, and G are discarded.

최종적으로 선택된 유효한 상태점들로부터 [수학식 2]에 의해 이동물체(100)의 위치를 추정한다.Finally, the position of the moving object 100 is estimated by Equation 2 from the selected valid state points.

Figure 112006024226264-PAT00004
Figure 112006024226264-PAT00004

Figure 112006024226264-PAT00005
Figure 112006024226264-PAT00005

P이동물체: 이동물체(100)의 추정된 위치 및 자세P moving object : estimated position and attitude of the moving object 100

Pi: 상기 유효한 상태점들 중 i번째 상태점의 위치 및 자세P i : position and attitude of the i th state point among the valid state points

N: 상기 유효한 상태점들의 총 개수N: total number of valid state points

상기 3단계에서 이동물체(100)의 위치가 추정되면 다음의 4단계를 수행한다.When the position of the moving object 100 is estimated in the third step, the following four steps are performed.

4단계: Step 4: 상태점Status point 추가 Add

3단계의 위치추정 과정을 거치면 상태점의 수가 줄어들기 때문에 줄어든 수만큼 보상해 준다(ST 4080). 최종적으로 추정된 이동물체(100)의 위치를 중심으로 거리

Figure 112006024226264-PAT00006
(Ndim: 제거된 상태점의 수) 이하의 원안에 임의의 위치에 추정된 이동물체(100)의 자세와 같은 자세를 갖는 상태점을 Ndim개 추가 생성한다.The three-step position estimation process reduces the number of status points and compensates for the reduced number (ST 4080). Distance based on the last estimated position of the moving object 100
Figure 112006024226264-PAT00006
(N dim : number of removed state points) An additional N dim state points having the same posture as the posture of the moving object 100 estimated at an arbitrary position are generated in the following circle.

이동물체(100)가 계속 이동함에 따라 2단계 내지 4단계를 반복하면서 이동하는 이동물체(100)의 위치 및 자세를 추정한다.As the moving object 100 continues to move, steps 2 to 4 are repeated to estimate the position and attitude of the moving object 100.

다음에 본 발명에 따른 더욱 구체적인 실시예에 따라 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법을 설명한다.Next, a moving object position estimation method to which a moving object state group is applied according to a more specific embodiment according to the present invention will be described.

본 실시예에서는 RFID 태그(200)를 평평한 바닥에 깔고 이동물체(100)인 로봇이 그 위를 이동하면서 위치를 인식한다고 가정한다. In this embodiment, it is assumed that the RFID tag 200 is placed on a flat floor and the robot, which is the moving object 100, recognizes a position while moving on the robot tag 200.

먼저, 본 발명에 따른 이동물체 위치추정 시스템에 대해 설명한다.First, the moving object position estimation system according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 위치추정 시스템에서는 바닥에 RFID 태그(200)를 정사각형의 격자로 된 망 모양으로 깔아둔다. 이때 각각의 RFID 태그(200)에는 고유의 ID를 부여한다. In the location estimation system according to the present invention, the RFID tag 200 is laid on the floor in a grid of square grids. At this time, each RFID tag 200 is given a unique ID.

로봇(100)은 각각 따로 구동될 수 있는 두 개의 바퀴를 구동감지부(110)로 가지며, 두 바퀴(110)의 중심축은 일직선상에 있다. 그리고 RFID 리더부(130)는 두 바퀴(110)의 중심축에 위치한다. 이때 로봇(100)의 방향을 변경하고자 할 경우에는 두 바퀴(110)의 속도(시간당 회전량)를 다르게 하여 방향을 바꿀 수 있다.The robot 100 has two wheels, each of which can be driven separately, as the driving detection unit 110, and the central axes of the two wheels 110 are in a straight line. And the RFID reader 130 is located on the central axis of the two wheels (110). In this case, when the direction of the robot 100 is to be changed, the directions of the two wheels 110 may be changed by changing the speed (rotation per hour) of the two wheels 110.

또, 로봇(100)의 바퀴(110)에는 각각 엔코더가 있어 회전량을 측정할 수 있다. 두 바퀴(110)에는 모터(Motor)가 있는데, 각각의 모터는 로봇(100)의 구동 제어부(120)에 의해 회전속도가 조절된다. In addition, the wheels 110 of the robot 100 have encoders, respectively, so that the amount of rotation can be measured. Two wheels 110 have a motor (Motor), each of the motor is controlled by the rotation control speed 120 of the robot 100.

또, 로봇(100)에는 컴퓨터부(140)가 있는데 발견한 RFID 태그(200)의 위치 정보와 상기 엔코더로부터 들어온 로봇 바퀴(110)의 속도 정보, 기존의 로봇(100)의 자세 및 위치 정보를 바탕으로 하여 로봇(100)의 위치를 인식한다. In addition, the robot 100 has a computer unit 140, and the position information of the RFID tag 200 found, the speed information of the robot wheel 110 from the encoder, the attitude and position information of the existing robot 100 Based on the position of the robot 100 is recognized.

또, 본 발명에 따른 위치추정 시스템의 초기상태 및 배경은 다음과 같다.In addition, the initial state and background of the position estimation system according to the present invention are as follows.

로봇(100)은 RFID ID에 대한 위치 좌표와 인식 범위에 대한 정보를 알고 있다. 그래서 RFID 태그(200)를 발견하게 되면 발견한 태그(200)의 ID를 읽어 태그(200)의 중심 위치를 알 수 있고, 인식 범위 내에 로봇(100)이 위치한다는 정보를 알 수 있다. 그러나 최초 출발시에는 로봇(100) 자신의 위치와 방향을 알지 못한다.The robot 100 knows the information about the position coordinates and the recognition range for the RFID ID. Therefore, when the RFID tag 200 is found, the ID of the found tag 200 can be read to know the center position of the tag 200 and the information that the robot 100 is located within the recognition range. However, the first start does not know the position and direction of the robot 100 itself.

이와 같은 로봇(100) 자신의 위치 추정과정은 다음과 같다.The position estimation process of the robot 100 itself is as follows.

1. 로봇(100)이 첫 번째 RFID 태그(200)를 발견하기 직전까지는 단지 태그(200)를 발견하기 위해 운행한다(ST 4010).1. Until the robot 100 finds the first RFID tag 200, the robot 100 operates only to find the tag 200 (ST 4010).

2. 로봇(100)이 첫 번째 RFID 태그(200)를 발견하면 1단계의 초기화 과정을 수행한다. 즉, 컴퓨터부(140)상에서 맵을 만들고(ST 4030), 인식한 RFID 태그(200)의 위치에 해당하는 상기 맵상의 위치에 상태점들을 생성한다(ST 4031). 이때 점들의 위치가 예상하는 로봇(100)의 위치가 된다. 즉, 점 하나하나는 로봇(100)이 있다고 추정되는 예상 후보 위치들 중 하나이다. 이 점들은 또한 로봇(100)의 방향 정보도 포함하는데 최초에는 각 상태점마다 임의의 방향을 부여한다(ST 4032). 이는 RFID 태그(200)를 하나만 발견했을 때에는 방향을 알 수 없기 때문이다. 2. When the robot 100 finds the first RFID tag 200, it performs the initialization process of step 1. That is, a map is created on the computer unit 140 (ST 4030), and state points are generated at the location on the map corresponding to the position of the recognized RFID tag 200 (ST 4031). At this time, the position of the points becomes the position of the robot 100 to be expected. That is, each point is one of the expected candidate positions where the robot 100 is estimated. These points also include direction information of the robot 100, initially giving an arbitrary direction for each state point (ST 4032). This is because the direction is not known when only one RFID tag 200 is found.

3. 이 상태에서 로봇이 진행하면(ST 4050), 진행하는 방향과 거리를 고려하여 상태점들을 이동시킨다. 이때 상태점들이 이동하는 방향은 1단계에서 임의로 선택한 방향에 근거하여 상기 엔코더에서 얻어진 값만큼 방향을 바꾸게 된다. 그리고 이동한 거리에 비례하여 상태점들도 이동하게 된다. 이때 상태점은 엔코더에 얻어진 값에 약간의 임의성분을 고려하여 이동시키는데 그 방법은 위의 2-2단계와 같다(ST 4061).3. When the robot proceeds in this state (ST 4050), the state points are moved in consideration of the direction and distance to proceed. At this time, the direction in which the state points move is changed by the value obtained by the encoder based on the direction arbitrarily selected in step 1. The state points also move in proportion to the distance traveled. At this time, the state point moves to a value obtained by the encoder in consideration of some arbitrary component, and the method is the same as step 2-2 above (ST 4061).

1단계에서 로봇(100)의 방향을 임의로 정했기 때문에 이때 각 상태점들은 도넛 모양을 형성하며 흩어지게 된다. 이는 아직 로봇(100)의 방향을 알지 못하기 때문이다.Since the direction of the robot 100 is arbitrarily determined in step 1, each state point is scattered while forming a donut shape. This is because the direction of the robot 100 is not known yet.

4. 두 번째 RFID 태그(200)를 발견하면 인식한 태그로부터 인식범위의 2배까지의 거리에 있는 상태점만을 남기고 나머지 상태점들은 제거한다(ST 4062). 이렇게 남은 상태점들은 최초 임의로 선택된 방향이 실제 로봇(100)의 방향과 유사했던 것들이므로 지금의 로봇(100)의 위치와 방향을 잘 표현하고 있는 것들이 된다.4. When the second RFID tag 200 is found, only the state points at a distance of up to twice the recognition range from the recognized tag are left, and the remaining state points are removed (ST 4062). The remaining state points are those that express the position and direction of the robot 100 now because the first randomly selected directions are similar to those of the actual robot 100.

이렇게 선태된 상태점들로부터 상기 3단계의 위치 추정방법에 의해 로봇(100)의 위치를 추정하고(ST 4070 ~ ST 4074), 줄어든 상태점의 수만큼 보상해 준다(ST 4080).The positions of the robots 100 are estimated from the selected state points by the three-step position estimation method (ST 4070 to ST 4074), and compensated by the number of reduced state points (ST 4080).

5. 두 번째 태그를 찾은 이후 로봇(100)이 다시 진행하면 다시 2-2단계에서와 같이 진행하며, 0.1초 간격으로 다시 3단계의 위치추정방법에 의해 매시간 로봇(100)의 위치를 추정하고(ST 4070 ~ ST 4074), 줄어든 상태점의 수만큼 보상해 준다(ST 4080).5. After finding the second tag, if the robot 100 proceeds again, it proceeds as in step 2-2 again, and estimates the position of the robot 100 every hour by the position estimation method of step 3 again at intervals of 0.1 second. (ST 4070 to ST 4074), compensates for the reduced number of status points (ST 4080).

6. 이후 다른 RFID 태그(200)를 발견하면 앞의 4, 5의 과정을 반복한다.6. After the other RFID tag 200 is found, the above 4 and 5 are repeated.

상술한 과정의 반복에 의해 본 발명에 따른 이동물체의 위치추정 방법이 완료된다.By repeating the above process, the method for estimating the position of the moving object according to the present invention is completed.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 방법에 의하면, 이동물체의 위치 및 자세 추정의 정확도를 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the moving object position estimation system and method applying the moving object state group according to the present invention, the effect that the accuracy of the position and attitude estimation of the moving object can be improved.

또, 본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 방법에 의하면, 종래의 다른 방법에 비해 위치 추정의 정확도가 높아 이동물체의 위치를 추정하기 위해 단위 넓이당 필요한 RFID 태그와 같은 인식 장치의 수를 줄일 수 있어 비용면에서 경제적이다는 효과도 얻어진다.Further, according to the moving object position estimation system and method applying the moving object state group according to the present invention, the position estimation accuracy is higher than other conventional methods, such as an RFID tag required per unit width in order to estimate the position of the moving object. The number of recognition devices can be reduced, so that the effect of cost is economical.

또, 본 발명에 따른 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템 및 방법에 의하면, RFID와 오도메트리로부터 정보를 얻어 양측 기술의 단점을 보완하고 장점을 취한다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the moving object position estimation system and method applying the moving object state group according to the present invention, it is also possible to obtain the information from the RFID and odometry to compensate for the disadvantages of both technologies and to take advantage.

Claims (11)

고유의 ID(Identification) 및 위치정보가 저장된 다수의 RFID 태그(Radio Frequency Identification Tag)로부터 위치정보를 인식하여 이동물체의 이동을 인식하는 위치추정 시스템에 있어서,In a location estimation system for recognizing the movement of a moving object by recognizing the location information from a plurality of RFID tags (Radio Frequency Identification Tag) stored unique ID (ID) and location information, 상기 이동물체는The moving object 상기 이동물체를 이동시키며 오도메트리(Odometry) 정보를 획득하는 구동감지부,A driving detecting unit which moves the moving object and obtains Odometry information; 상기 구동감지부의 속도 및 방향을 제어하여 상기 구동감지부를 구동시키는 구동제어부,A drive controller for driving the drive detector by controlling the speed and direction of the drive detector; 상기 다수의 RFID 태그 각각과 통신하여 상기 태그에 저장된 정보를 수신하는 RFID 리더부,An RFID reader unit communicating with each of the plurality of RFID tags to receive information stored in the tag; 상기 구동감지부, 구동제어부 및 RFID 리더부를 제어하는 컴퓨터부를 포함하며,It includes a computer unit for controlling the drive detection unit, the drive control unit and the RFID reader, 상기 컴퓨터부는 주기적으로 수신되는 상기 오도메트리 정보와 상기 RFID 리더부로부터 수신된 태그 정보에 의해 선택된 상기 이동물체의 상태정보를 갖는 다수의 상태점을 이용하여 상기 이동물체의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템.The computer unit estimates the position of the moving object using a plurality of state points having the state information of the moving object selected by the odometry information periodically received and the tag information received from the RFID reader unit. Moving object position estimation system applying a moving object state group. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컴퓨터부는 상기 RFID 태그의 ID에 대응하는 좌표 정보와 인식 가능한 인식범위 정보를 테이블 형태로 저장하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템.And the computer unit stores the coordinate information and the recognizable recognition range information corresponding to the ID of the RFID tag in the form of a table. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상태점은 2차원 좌표 및 자세성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 시스템.The state point is a moving object position estimation system applying a moving object state group, characterized in that it comprises a two-dimensional coordinates and attitude components. 이동물체를 이동시키며 오도메트리 정보를 획득하는 구동감지부, 상기 구동감지부의 속도 및 방향을 제어하여 상기 구동감지부를 구동시키는 구동제어부, 고유의 ID가 저장된 다수의 RFID 태그들과 통신하여 태그 정보를 수신하는 RFID 리더부, 상기 RFID 태그의 ID에 대응하는 맵으로 된 좌표 정보와 인식 가능한 인식범위 정보를 테이블 형태로 저장하며 상기 이동물체 전체를 제어하는 컴퓨터부를 구비하고 상기 이동물체의 위치정보를 상기 RFID 태그로부터 인식하는 위치추정 방법에 있어서,A drive detection unit for moving the moving object and obtaining odometry information, a drive control unit for driving the drive detection unit by controlling the speed and direction of the drive detection unit, and communicating with a plurality of RFID tags in which unique IDs are stored. An RFID reader unit for receiving the information, the computer and the computer unit for controlling the entire moving object to store the coordinate information and the recognizable recognition range information of the map corresponding to the ID of the RFID tag in the form of a table and the position information of the moving object In the location estimation method to recognize from the RFID tag, (a) 상기 구동감지부가 구동하면서 상기 오도메트리 정보를 상기 컴퓨터부에 주기적으로 전송하는 단계,(a) periodically transmitting the odometry information to the computer unit while driving the drive detection unit; (b) 상기 RFID 리더부가 첫 번째 상기 RFID 태그를 인식하는 단계,(b) the RFID reader unit recognizing the first RFID tag; (c) 상기 컴퓨터부가 상기 이동물체의 상태정보를 갖는 다수의 상태점들을 상기 맵에 초기화하는 단계,(c) the computer unit initializing a plurality of state points having state information of the moving object in the map; (d) 상기 구동감지부의 구동에 따라 상기 컴퓨터부가 상기 RFID 태그의 인식 여부를 확인하여 위치추정에 유효한 상태점들을 상기 맵에서 선택하는 단계,(d) checking, by the computer unit, whether the RFID tag is recognized according to the driving of the driving detection unit, and selecting status points valid for position estimation from the map; (e) 상기 컴퓨터부가 상기 유효한 상태점들로부터 상기 이동물체의 위치(x, y) 및 자세(θ)를 추정하는 단계,(e) the computer unit estimating the position (x, y) and attitude (θ) of the moving object from the valid state points, (f) 상기 맵에서 상태점을 추가하는 단계를 포함하고,(f) adding a status point in the map, 상기 이동체의 구동이 멈출때까지 상기 (d) 단계 내지 (f) 단계를 반복하면서 상기 이동체의 이동에 따른 위치 및 자세를 추정하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.The method of estimating a moving object state group, wherein the position and attitude of the moving object are estimated while repeating the steps (d) to (f) until the driving of the moving object stops. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (c) 단계는Step (c) is 상기 컴퓨터부가 상기 맵을 생성하는 단계,Generating, by the computer unit, the map; 상기 RFID 태그의 위치에 해당하는 상기 맵상의 위치에 상기 상태점들을 생성하는 단계,Generating the status points at a location on the map corresponding to a location of the RFID tag; 상기 상태점들에 방향(θ)을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.Moving object position estimation method using a moving object state group comprising the step of giving a direction (θ) to the state points. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (d) 단계에서 상기 태그를 인식하지 않으면If the tag is not recognized in the step (d) 상기 컴퓨터부가 상기 맵의 상태점들을 유효한 상태점들으로 선택하고, 상기 유효한 상태점들을 상기 구동감지부로부터 획득된 오도메트리 정보로부터 얻은 거리, 방향, 노이즈를 고려하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.The computer unit selects the state points of the map as valid state points, and moves the valid state points in consideration of distance, direction, and noise obtained from the odometry information obtained from the driving detection unit. Moving object location estimation method using object state group. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 유효한 상태점들이 이동할 위치 및 자세는 식The position and posture to which the valid state points are to be moved are
Figure 112006024226264-PAT00007
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Figure 112006024226264-PAT00008
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Figure 112006024226264-PAT00009
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의 실행에 의해 연산되며,Is computed by the execution of 상기 Pi,t는 시간 t에서의 i번째 상태점의 위치 및 자세이고, 상기 △l은 상기 이동물체의 이동거리이고, 상기 Vt는 시간 t에서 상기 이동물체의 이동거리 및 자세의 변화 정도에 비례하는 변수이고, 상기 rand()는 0~2까지의 수 중 하나를 택하여 소수 첫째 자리수를 반환하는 함수이며, 상기 Vt와 rand()는 상기 노이즈의 특성을 표현하기 위한 변수인 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.P i, t is the position and attitude of the i-th state point at time t, Δl is the moving distance of the moving object, V t is the degree of change of the moving distance and attitude of the moving object at time t Rand () is a function that takes one of the numbers from 0 to 2 and returns the first decimal place, and V t and rand () are variables for expressing the characteristics of the noise. Moving object position estimation method applying the moving object state group characterized in that.
제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (d) 단계에서 상기 태그를 인식하면If the tag is recognized in the step (d) 상기 컴퓨터부가 상기 맵에서 상기 인식한 영역의 중심으로부터 상기 영역의 인식범위의 2배 이내에 존재하는 상태점들을 유효한 상태점으로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.The moving object position estimation method according to claim 1, wherein the computer unit selects, as a valid state point, state points existing within two times the recognition range of the area from the center of the recognized area on the map. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (e) 단계는Step (e) is (e1) 상기 맵의 유효한 상태점들을 x축, y축, θ축으로 투영하여 상기 x축, 상기 y축, 상기 θ축에 대한 히스토그램(Histogram)으로 생성하는 단계,(e1) generating valid histograms of the map on the x-axis, y-axis, and θ-axis to generate a histogram of the x-axis, the y-axis, and the θ-axis, (e2) 상기 맵에서 상기 유효한 상태점들이 이루는 최대 군집의 위치를 찾는 단계,(e2) finding a location of the largest cluster of the valid state points in the map, (e3) 상기 히스토그램의 x축 최대값(xmax)과 y축 최대값(ymax)이 이루는 점을 원의 중심으로 하여 상기 맵에서 상기 중심점으로부터 미리 지정된 거리(L) 안의 상태점들을 선택하는 단계,(e3) selecting state points within a predetermined distance (L) from the center point in the map using a point formed between the maximum value of the x-axis maximum value (x max ) and the y-axis maximum value (y max ) of the histogram as the center of the circle; step, (e4) 상기 (e3) 단계에서 선택된 상태점들 중에서 상기 히스토그램의 θ축 최대값(θmax)-미리 지정된 각도(K) ~ θ축의 최대값(θmax)+미리 지정된 각도(K) 사이의 자세를 갖는 상태점들을 유효한 상태점으로 선택하는 단계,(e4) Among the state points selected in step (e3), between the maximum value of the histogram (θ max ) -the predetermined angle (K) to the maximum value of the (θ-axis) (θ max ) + the predetermined angle (K) Selecting status points having a posture as valid state points, (e5) 상기 (e4) 단계에서 선택된 유효한 상태점들로부터 상기 이동물체의 위치(x, y) 및 자세(θ)를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.(e5) a moving object position to which the moving object state group is applied, comprising estimating a position (x, y) and a posture (θ) of the moving object from the valid state points selected in the step (e4). Estimation method. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 (e5) 단계는 식Step (e5) is the formula
Figure 112006024226264-PAT00010
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의 실행에 의해 연산되며,Is computed by the execution of 상기 P이동물체는 상기 이동물체의 추정된 위치 및 자세이고, 상기 Pi는 상기 유효한 상태점들 중 i번째 상태점의 위치 및 자세이고, 상기 N은 상기 유효한 상태점들의 총 개수인 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법. Wherein the P moving object is an estimated position and attitude of the moving object, P i is a position and attitude of an i-th state point among the valid state points, and N is a total number of valid state points. Moving object position estimation method applying the moving object state group.
제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (f) 단계는 상기 이동물체의 추정된 위치를 중심으로 거리
Figure 112006024226264-PAT00012
이하의 원안에 상기 이동물체의 자세와 동일한 자세를 갖는 상태점을 Ndim개를 추가로 생성하며, 상기 Ndim은 상기 (d) 단계 및 (e) 단계에서 제거된 상태점의 수인 것을 특징으로 하는 이동물체 상태군을 적용한 이동물체 위치추정 방법.
Step (f) is a distance based on the estimated position of the moving object
Figure 112006024226264-PAT00012
In the following rounds to generate a state that it has the same position and posture of said moving object by adding N dim more, and the N dim is characterized in that the number of the state point removed in the step (d) and (e) Moving object position estimation method applying the moving object state group.
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