KR20070109592A - Localization system and the method of the mobile robot using the charging station - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명 시스템의 블록 구성도.1 is a block diagram of a system of the present invention;
도 2는 본 발명 시스템 중 이동로봇의 측면도.Figure 2 is a side view of the mobile robot of the present invention system.
도 3a 및 도 3b는 본 발명 시스템 중 충전스테이션의 정면도 및 측면도.3A and 3B are front and side views of a charging station of the present invention system.
도 4는 본 발명 시스템 중 충전스테이션에 설치된 전방인식 마크 조사부로 사용된 적외선 발광소자와 투광창의 설치 상태 사시도.Figure 4 is a perspective view of the installation state of the infrared light emitting element and the light emitting window used as the front recognition mark irradiation unit installed in the charging station of the present invention system.
도 5는 발광소자들의 배치 예시도.5 is a diagram illustrating arrangement of light emitting devices.
도 6은 천정인식 마크 조사부에 의해 조사된 광에 의해 천정상에 맺힌 광의 형상들에 대한 예시도.Fig. 6 is an illustration of shapes of light formed on the ceiling by light irradiated by the ceiling recognition mark irradiator.
도 7은 전방인식 마크에 의한 충전스테이션 위치인식 영역과 천정인식 마크 를 통한 이동로봇의 위치 인식 가능영역을 도시화한 도면.7 is a view showing the position of the charging station position recognition area by the front recognition mark and the position recognition area of the mobile robot through the ceiling recognition mark.
도 8은 본 발명 방법을 설명하기 위한 메인 플로우챠트.8 is a main flowchart for explaining the method of the present invention.
도 9는 본 발명 방법 중 인식 마크의 위치를 측정하는 단계에 대한 상세 플로우차트.9 is a detailed flowchart of the step of measuring the position of the recognition mark in the method of the present invention.
도 10은 본 발명 중 이동로봇 위치 인식 단계에 대한 상세 플로우챠트.10 is a detailed flowchart of the mobile robot position recognition step of the present invention.
도 11은 배터리 자동 충전 단계에 대한 상세 플로우챠트.11 is a detailed flowchart of the battery automatic charging step.
도 12a 및 도 12b는 충전스테이션의 위치 측정 및 자동 충전 알고리즘이 수행되는 상태도.12A and 12B are state diagrams in which the position measurement and automatic charging algorithm of the charging station is performed.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 이동로봇 2 : 충전스테이션1: Mobile Robot 2: Charging Station
11 : 이동로봇 구동부 12 : 충전부11: mobile robot drive unit 12: charging unit
13, 24 : 통신부 14 : 센서부13, 24: communication unit 14: sensor unit
15 : 카메라부 16, 25 : 전원부15:
17 : 이동로봇 제어부 18 : 배터리17: mobile robot control unit 18: battery
19, 27 : 충전단자 21 : 충전부19, 27: charging terminal 21: charging unit
22 : 전방인식 마크 조사부 23 : 천정인식 마크 조사부22: forward recognition mark irradiation unit 23: ceiling recognition mark irradiation unit
26 : 충전스테이션 제어부 121 : 발광소자26: charging station control unit 121: light emitting device
122 : 투명창 151 : 전방 카메라122: transparent window 151: front camera
152 : 상방 카메라 153 : 비젼보드152: upward camera 153: vision board
본 발명은 충전스테이션을 이용한 이동로봇의 위치 인식방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동로봇에 탑재된 상방 및 전방 카메라로 특정위치에 형성된 적외선 인식 마크를 촬영하여 이동로봇이 현재 자기 위치를 실시간으로 검출할 수 있도록 하여 실내공간상에서 위치인식을 위한 인식마크의 설치 작업이 필요 없이 이동로봇의 위치를 인식할 수 있고, 실내공간상에서 위치인식을 위한 인식마크의 설치 위치 등의 파라메터 측량 작업 및 입력작업이 전자동으로 이루어지며, 또한 실내공간상에서 일반적인 조명변화나 실내 환경 변화에 영향이 적고 빠르고 정확하게 이동로봇의 위치를 인식할 수 있으며, 추가적인 설치 장비가 필요없이도 일반적인 조명변화나 실내 환경 변화에 영향이 적고 넓은 범위를 빠르고 정확하게 자동 충전할 수 있도록 발명한 것이다.The present invention relates to a method and a system for recognizing a position of a mobile robot using a charging station, and more particularly, to capture an infrared recognition mark formed at a specific position with the upper and front cameras mounted on the mobile robot, so that the mobile robot is at the current magnetic position. It can be detected in real time to recognize the position of the mobile robot without the need to install the recognition mark for position recognition in the indoor space, and to measure the parameters such as the installation position of the recognition mark for position recognition in the indoor space. And input work is done automatically, and it is less influenced by general lighting change or indoor environment change in the indoor space and can recognize the position of mobile robot quickly and accurately, and it is possible to change the general lighting change or indoor environment change without additional installation equipment. Fast and accurate automatic charging with low impact and wide range It will be invented so.
일반적으로 이동로봇이 실내공간을 자율주행하며 자동 충전을 하기 위해서는 이동로봇의 현재 위치를 자체에서 인식하는 과정이 필수적이다. In general, in order for the mobile robot to autonomously drive and automatically recharge the indoor space, a process of recognizing the current position of the mobile robot in itself is essential.
이러한 위치인식방법은 다양한 접근법이 존재하며 인식마크를 실내공간상의 특정위치에 설치하여 위치 인식하는 방법이 존재한다.There are various approaches to this location recognition method, and there is a method of location recognition by installing the recognition mark at a specific location in the indoor space.
이와 같은 인식마크 부착방법의 경우 바닥이나 벽면 또는 바닥면 등의 특정위치상에 인식마크를 설치하는 단계를 수반하며, 이러한 설치과정 후 실제공간상 어디에 인식마크가 부착되어있는지의 위치를 정확히 입력해야하는 입력단계를 수반한다. Such a method of attaching a recognition mark involves installing a recognition mark on a specific position such as a floor, a wall, or a bottom surface, and after the installation process, it is necessary to accurately input the position of the recognition mark on the actual space. It involves an input step.
또한 인식마크의 위치 변경의 경우 또다시 인식마크 재설치 작업 및 인식마크 위치 재입력 단계가 필요하기 때문에 설치와 이동작업이 복잡하다.In addition, in the case of changing the position of the recognition mark, installation and movement work is complicated because the operation of re-installing the recognition mark and re-entering the position of the recognition mark is necessary again.
따라서 인식마크의 설치 및 위치 변경이 간단한 위치인식방법에 대한 발명의 필요성이 제기되어왔다.Therefore, the necessity of the invention for the position recognition method that is easy to install and change the position of the recognition mark has been raised.
상기와 같은 자율이동로봇들이 자유롭게 이동하면서 그 기능을 실행하기 위해 전원공급 장치가 충전식 배터리로 내장되며, 상기와 같이 전원공급 장치가 충전식 배터리로 내장된 종래의 이동로봇을 위한 자동 충전 방법은 벽면 추종에 의한 충전스테이션을 찾는 방법이나 고정된 위치에 대해 충전스테이션을 찾는 방법이 사용되어 왔다.As the autonomous mobile robots move freely, the power supply unit is built in a rechargeable battery to execute the function, and the automatic charging method for the conventional mobile robot in which the power supply unit is built in a rechargeable battery is followed by a wall. The method of finding a charging station by means of searching or finding the charging station with respect to a fixed position has been used.
그러나 상기와 같은 종래의 주행방향 감시 카메라를 이용한 이동로봇의 자동 충전 방법은 정해진 제한된 환경 조건상에서는 충전스테이션을 찾아 도킹되어 자동 충전이 가능하나 정해진 제한된 환경 조건이 아닌 예를 들어 충전스테이션이 벽에 위치하지 않거나 조명이 꺼진 경우와 같이 주변 환경적 요인이 변화하였을 때에는 이동로봇이 충전스테이션을 찾지 못하여 자동 충전이 어려워진다는 문제점이 있었다.However, the automatic charging method of the mobile robot using the conventional driving direction monitoring camera as described above is possible to automatically charge by finding and docking the charging station under the limited environmental conditions. When the surrounding environmental factors change, such as when the lights are turned off or the lights are turned off, the mobile robot cannot find the charging station.
따라서, 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 주행방향 감시 카메라를 이용한 이동로봇의 자동 충전 방법을 개발하여 국내 특허출원 10-2004-3492호로 제시한 바 있다.Accordingly, the present applicant has developed a method for automatically charging a mobile robot using a driving direction monitoring camera to solve the above problems and has proposed as a Korean patent application No. 10-2004-3492.
그런데, 이와 같은 주행방향 감시 카메라를 이용한 이동로봇의 자동 충전 방법은 주행방향 감시 카메라를 이용한 자율이동로봇의 자동 충전방법에 있어서, 이동로봇의 전압이 설정 전압 이하로 떨어지면, 상기 이동로봇에 내장된 이동로봇 제어부에 의해 송신부에서 충전스테이션의 발광 지시등 점멸 신호를 송신하는 단계와, 상기 충전스테이션의 수신부에 의해 수신받은 발광 지시등 점멸 신호에 의해 충전스테이션에 내장된 충전스테이션 제어부가 충전스테이션의 일측면에 소정의 간격으로 설치된 다수개의 발광 지시등을 동시에 점멸시키는 단계와, 상기 이동로봇에 설치된 영상감지장치에 의해 발광 지시등이 점등되었을 때와 소등되었을 때의 영상을 각각 획득하는 단계와, 상기 이동로봇에 내장된 이동로봇 제어부에 의해 발광 지시등의 점등되었을 때의 영상과 소등되었을 때의 영상의 차 영상을 구하는 단계와, 상기 차 영상을 이동로봇에 내장된 이동로봇 제어부에서 영상프로세싱 과정을 통하여 잡음을 제거하는 단계와, 상기 이동로봇 제어부에서 잡음을 제거한 영상상의 각각의 발광 지시등의 위치와 선 입력된 실제 발광 지시등의 위치를 비교하여 영상상의 발광 지시등의 위치와 실제 발광 지시등의 위치의 사이 각을 연산하여 발광 지시등의 위치를 계산하는 단계와, 상기에서 계산된 발광 지시등의 위치에 따라 이동로봇 제어부에 의해 이동로봇에 설치된 이동로봇 구동부가 작동되어 상기 이동로봇이 충전스테이션의 근접 위치로 이동하여 이동로봇에 설치된 이동로봇 충전부가 충전스테이션에 설치된 충전스테이션 충전부에 도킹되어 충전되는 단계로 구성되어 있다.However, the automatic charging method of the mobile robot using the driving direction monitoring camera is an automatic charging method of the autonomous mobile robot using the driving direction monitoring camera. When the voltage of the mobile robot falls below a set voltage, the mobile robot is built in the mobile robot. Transmitting, by the mobile robot controller, a light emitting indicator light blinking signal of the charging station, and a charging station controller built in the charging station by the light emitting signal blinking signal received by the receiving unit of the charging station; Simultaneously flashing a plurality of light emitting indicators installed at predetermined intervals, acquiring an image when the light emitting indicators are turned on and off by the image sensing device installed in the mobile robot, and embedded in the mobile robot; Of the light emission indicator by the mobile robot controller Obtaining a difference image between the image when the image is turned off and the image when the image is turned off, removing the noise through a video processing process by the mobile robot controller embedded in the mobile robot, and removing the noise by the mobile robot controller. Calculating the position of the light emitting indicator by comparing the position of each light emitting indicator on the removed image with the position of the pre-inputted actual light emitting indicator and calculating an angle between the position of the light emitting indicator on the image and the position of the actual light emitting indicator; The mobile robot drive unit installed in the mobile robot is operated by the mobile robot control unit according to the position of the light emitting indicator calculated in the above, and the mobile robot moves to the proximal position of the charging station so that the mobile robot charging unit installed in the mobile robot is installed in the charging station. It is composed of a step of being charged to the charging unit.
따라서, 발광 지시등의 점등된 상태와 소등된 상태의 각 영상의 차 영상을 이용하여 충전스테이션의 정확한 위치정보를 연산하여 이동로봇이 충전스테이션으로 이동하여 자동 충전될 수 있으나, 이와 같은 방법은 충전스테이션이 두 개의 발광 지시등을 설치하고 이동로봇의 전방부에는 하나의 카메라만을 설치하여 그 위치를 검출하는 구성으로 되어 있어 인식 마크 자체가 두 개의 인식마크(즉, 두 개의 발광 지시등)로 이루어지는 1차원 직선열의 형태를 갖게 되므로 카메라의 높이 변 화율에 따라 그 높이를 다시 입력해야하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 조명변화나 실내 환경 변화에 영향이 있는 등의 문제점이 있다. Therefore, by calculating the exact position information of the charging station using the difference image of each image in the lighted state and the lighted off state of the light emitting indicator, the mobile robot can be automatically charged by moving to the charging station. The two light emitting indicators are installed, and only one camera is installed in the front part of the mobile robot to detect its position, so that the recognition mark itself consists of two recognition marks (that is, two light emitting indicators). Since the form of heat has a problem of having to re-enter the height according to the height change rate of the camera, there is a problem such as affecting the lighting change or the indoor environment change.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 첫째 실내공간상에서 위치인식을 위한 인식마크의 설치 작업이 필요 없이 이동로봇의 위치를 인식할 수 있고, 둘째 실내공간상에서 위치인식을 위한 인식마크의 설치 위치 등의 파라메터 측량 작업 및 입력작업이 전자동으로 이루어지며, 셋째 실내공간상에서 일반적인 조명변화나 실내 환경 변화에 영향이 적고 빠르고 정확하게 이동로봇의 위치를 인식할 수 있으며, 넷째 추가적인 설치 장비가 필요없이도 일반적인 조명변화나 실내 환경 변화에 영향이 적고 넓은 범위를 빠르고 정확하게 자동 충전할 수 있는 충전스테이션을 이용한 이동로봇의 위치 인식시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve such a conventional problem, firstly can recognize the position of the mobile robot without the installation work of the recognition mark for the position recognition in the indoor space, and second, the position recognition in the indoor space The parameter surveying and input work such as the installation position of the recognition mark is performed automatically. Third, the position of the mobile robot can be recognized quickly and accurately with little influence on general lighting change or indoor environment change in the indoor space. The purpose of the present invention is to provide a mobile robot location recognition system and method using a charging station that can be automatically and quickly charged in a wide range without affecting general lighting changes or indoor environment changes without the need for equipment.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 시스템은, 이동로봇 제어부의 제어를 받아 이동로봇을 구동하는 이동로봇 구동부와, 충전스테이션의 충전단자와 접속되어 이동로봇 내에 전원을 공급해줌과 동시에 배터리를 충전시켜 주는 충전부와, 리모컨 및 충전스테이션과의 양방향 통신을 수행하는 통신부와, 장애물 감지 및 추락을 방지하기 위한 센서부와, 충전스테이션의 전방 인식마크를 인식하는 어안렌즈가 장착된 전방 카메라와 천정 인식마크를 인식하는 상방 카메라 및 상기 전방 및 상방 카메라의 구동을 제어하는 비젼보드로 이루어진 카메라부와, 이동로봇 내의 각 부에 전원을 공급하는 전원부 및, 정해진 제어프로그램의 수행을 통해 이동로봇의 전반적인 제어기능을 수행하는 이동로봇 제어부로 이루어진 구성을 갖고 상기 전방인식 마크와 천정인식 마크의 촬영을 통해 자기 위치를 산출하는 이동로봇과;The present invention for achieving the above object, the mobile robot drive unit for driving the mobile robot under the control of the mobile robot control unit, and connected to the charging terminal of the charging station to supply power to the mobile robot at the same time to charge the battery The main unit is equipped with a charging unit, a communication unit performing bidirectional communication with a remote controller and a charging station, a sensor unit for preventing obstacle detection and falling, a front camera equipped with a fisheye lens that recognizes a front recognition mark of the charging station, and a ceiling recognition mark. Camera unit consisting of an upper camera to recognize the camera and a vision board for controlling the driving of the front and upper cameras, a power supply unit for supplying power to each unit in the mobile robot, and overall control function of the mobile robot through the execution of a predetermined control program The front recognition mark having a configuration consisting of a mobile robot control unit for performing the A mobile robot for photographing through the jeonginsik mark calculating the self-location and;
이동로봇에 설치되어 있는 배터리에 연결되는 충전단자를 구비하고 이동로봇의 배터리에 전원을 공급하여 충전하는 충전부와, 다수개의 발광소자를 통해 적외선 광을 전방부로 조사시켜 이동로봇이 충전스테이션을 인식할 수 있도록 하는 전방인식 마크 조사부와, 다수개의 레이저 다이오드 통해 레이저 광을 천정부로 조사시켜 이동로봇이 실내공간의 위치를 인식하도록 하는 천정인식 마크 조사부와, 이동로봇으로부터 명령을 받기 위한 통신부와, 충전스테이션의 각부에 전원을 공급시켜 주는 전원부 및, 소정의 제어 프로그램을 통해 충전스테이션의 전반적인 제어기능을 수행하는 충전스테이션 제어부로 이루어진 구성을 갖고 배터리의 충전기능과 전방 및 천정부에 발광 인식 마크를 형성하는 충전스테이션으로 구성된 것을 특징으로 한다.The charging unit is connected to a battery installed in the mobile robot, and the charging unit supplies power to the battery of the mobile robot and irradiates infrared light to the front through a plurality of light emitting devices so that the mobile robot can recognize the charging station. Front recognition mark irradiator to enable, the laser recognition through a plurality of laser diodes ceiling ceiling mark irradiator for the mobile robot to recognize the location of the interior space, a communication unit for receiving commands from the mobile robot, charging station The charging unit has a configuration consisting of a power supply unit for supplying power to each part of the charging station, and the charging station control unit that performs the overall control function of the charging station through a predetermined control program, and forms a light emitting recognition mark on the front and ceiling of the battery. It is characterized by consisting of stations.
이때, 상기 카메라부의 비젼보드는 전방 및 상방 카메라로부터 입력된 영상상에서 인식 마크의 위치를 판별하여 충전스테이션의 위치 및 천정인식 마크의 위치를 찾을 수 있으며, 사용되어지는 카메라는 통상적인 일반 카메라에 렌즈와 CCD 사이에 적외선대역 통과 필터를 장착하여 사용하고, 또한 상기 카메라에는 어안렌즈를 장착하여 넓은 범위를 단 한번의 인식 알고리즘 수행을 통해서 이동로봇의 위치를 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.At this time, the vision board of the camera unit may find the position of the charging station and the position of the ceiling recognition mark by determining the position of the recognition mark on the image input from the front and upper cameras, and the camera to be used is a lens of a conventional general camera. An infrared band pass filter is used between the and CCDs, and the camera is equipped with a fisheye lens to measure the position of the mobile robot by performing a single recognition algorithm over a wide range.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 설치공정이 필요치 않은 충전 스테이션에 장착된 인식마크 조사장치를 이용하여 스스로 주행하는 이동로봇이 스스로 인식 마크의 위치를 파악하고 자동주행하며 자동 충전할 수 있는 위치인식방법에 있어서, 전방 및 천정인식 마크 조사부가 장착된 충전스테이션을 설치하는 단계; 인식 마크의 위치를 측정하는 단계; 인식 마크를 통해 이동로봇의 위치를 인식하는 단계; 이동로봇의 위치를 인식하여 자동 주행하는 단계; 배터리 잔량이 한계치 이하이면 자동 충전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, the mobile robot running by itself using the recognition mark irradiation device installed in the charging station that does not require the installation process can automatically identify the position of the recognition mark, automatically drive it, and automatically charge it. A position recognition method, comprising: installing a charging station equipped with front and ceiling recognition mark irradiation units; Measuring the position of the recognition mark; Recognizing a position of the mobile robot through a recognition mark; Recognizing the position of the mobile robot and automatically driving; And automatically charging when the battery level is below a threshold.
이때, 상기 전방 및 천정인식 마크 조사부가 장착된 충전스테이션을 설치하는 단계는, 주행공간 바닥에 충전스테이션을 부착하는 단계와; 충전스테이션의 전원 플러그를 주행공간상의 전원 콘센트에 삽입하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.At this time, the step of installing the charging station equipped with the front and ceiling recognition mark irradiation unit, the step of attaching the charging station to the floor of the traveling space; And inserting a power plug of a charging station into a power outlet on a traveling space.
또, 상기 인식 마크의 위치를 측정하는 단계는, 인식마크 위치측정 명령이 수신되면 천정인식 마크를 인식하는 단계와; 상기에서 인식된 영상상의 인식마크 위치점을 저장하는 단계와; 정해진 거리만큼 직선 주행하는 단계와; 천정인식 마크를 재인식하는 단계와; 재인식된 영상상의 인식마크 위치점을 저장하는 단계와; 이동 전,후의 인식마크 위치점간의 거리차와 주행거리간 비율을 계산하는 단계와; 상기에서 계산된 거리차와 주행거리간 비율을 근거로 천정 높이를 산출하여 저장하는 단계와; 충전스테이션의 위치를 측정하는 단계와; 충전스테이션을 기준으로 하여 천정인식 마크의 위치를 저장하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.The measuring of the position of the recognition mark may include: recognizing a ceiling recognition mark when a recognition mark position measuring command is received; Storing a recognition mark position point on the recognized image; Linearly traveling by a predetermined distance; Recognizing the ceiling recognition mark; Storing the recognition mark position point on the recognized image; Calculating a ratio between the distance difference between the recognition mark position points before and after the movement and the driving distance; Calculating and storing the ceiling height based on the ratio between the distance difference and the driving distance calculated above; Measuring the position of the charging station; And storing the position of the ceiling recognition mark on the basis of the charging station.
또, 상기 이동로봇 위치 인식 단계는, 이동로봇 위치 측정 명령이 수신되면 천정인식 마크 위치인식 영역인지를 판단하는 단계와; 상기에서 판단한 결과 천정 인식 마크 위치인식 영역이면 천정인식 마크 점멸신호를 송신하는 단계와; 이동로봇의 상방 카메라를 통해 점멸 영상을 수신하는 단계와; 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하는지를 판단하는 단계와; 상기에서 판단한 결과 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하면 영상상의 인식 마크 위치를 추출하는 단계와; 인식 마크 위치 추출 값을 근거로 이동로봇의 현재위치를 계산하는 단계와; 상기에서 천정인식 마크 위치인식 영역이 아니거나 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하지 않으면 벽면 추종을 통해 이동로봇을 이동시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.The mobile robot position recognition step may include: determining whether a ceiling recognition mark position recognition area is received when a mobile robot position measurement command is received; Transmitting a ceiling recognition mark blinking signal when the determination result is the ceiling recognition mark position recognition area; Receiving a blinking image through an upper camera of the mobile robot; Determining whether there is a position recognition mark on the ceiling image; Extracting a position of a recognition mark on the image when the position recognition mark is present on the ceiling image as a result of the determination; Calculating a current position of the mobile robot based on the recognition mark position extraction value; Moving the robot by following the wall surface if the position recognition mark is not the position recognition area or the position recognition mark does not exist on the ceiling image.
또한, 상기 배터리 자동 충전 단계는, 자동 충전 명령이 수신되면 충전스테이션의 위치 인식영역인지를 판단하는 단계와; 상기에서 판단한 결과 충전스테이션의 위치 인식영역이면 전방인식 마크에 대한 점멸신호를 송신하는 단계와; 이동로봇의 전방 카메라를 통해 점멸 영상을 수신하는 단계와; 전방에 인식 마크가 존재하는지 판단하는 단계와; 상기에서 판단한 결과 전방에 인식 마크가 존재하면 이동로봇의 현재 위치를 계산하는 단계와; 상기에서 계산된 이동로봇의 현재 위치를 토대로 충전스테이션과 도킹을 위한 이동모션을 계산하는 단계와; 상기 이동모션에 대한 계산값을 근거로 충전스테이션과 도킹을 위해 이동로봇을 이동시키는 단계와; 충전스테이션과 도킹이 되었는지 판단하여 도킹이 되었으면 이동로봇의 배터리를 충전시키고 도킹이 되지 않았으면 이동로봇의 현재 위치를 계산하는 단계로 되돌아가는 단계와; 상기에서 판단한 결과 충전스테이션의 위치 인식영역이 아니거나 전방에 인식마크가 존재하지 않으면 충전스테이션 위치인식 영역으로 이동로봇을 이동시키고 초기단계로 되돌아가는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.The automatic charging of the battery may include determining whether a location of a charging station is recognized when an automatic charging command is received; Transmitting a blinking signal for the forward recognition mark in the position recognition region of the charging station as a result of the determination; Receiving a blinking image through a front camera of the mobile robot; Determining whether a recognition mark exists in front; Calculating a current position of the mobile robot when a recognition mark exists in front of the result determined by the above; Calculating a moving motion for the charging station and the docking based on the calculated current position of the mobile robot; Moving the mobile robot for docking with the charging station based on the calculated value for the mobile motion; Determining whether the docking station is docked with the charging station, and charging the battery of the mobile robot when docked, and returning to calculating the current position of the mobile robot when docked; As a result of the determination, if it is not the location recognition area of the charging station or if there is no recognition mark in the front, the mobile robot moves to the charging station location recognition area and returns to the initial stage.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명 시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 시스템 중 이동로봇의 측면도를 나타낸 것이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명 시스템 중 충전스테이션의 정면도 및 측면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 시스템 중 충전스테이션에 설치된 전방인식 마크 조사부로 사용된 적외선 발광소자와 투광창의 설치 상태 사시도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a block diagram of the system of the present invention, Figure 2 shows a side view of the mobile robot of the present invention, Figures 3a and 3b is a front view and a side view of the charging station of the present invention system, Figure 4 shows a perspective view of the installation state of the infrared light emitting element and the light emitting window used as the front recognition mark irradiation unit installed in the charging station of the present invention system.
또, 도 5는 발광소자들의 배치 예시도를 나타낸 것이고, 도 6은 천정인식 마크 조사부에 의해 조사된 광에 의해 천정상에 맺힌 광의 형상들에 대한 예시도를 나타낸 것이며, 도 7은 전방인식 마크에 의한 충전스테이션 위치인식 영역과 천정인식 마크 를 통한 이동로봇의 위치 인식 가능영역을 도시화한 도면을 나타낸 것이다.5 shows an exemplary view of arrangement of light emitting devices, FIG. 6 shows an exemplary view of shapes of light formed on the ceiling by light irradiated by the ceiling recognition mark irradiator, and FIG. 7 shows a front recognition mark. Figure 2 shows the position of the charging station position recognition area and the position recognition possible area of the mobile robot through the ceiling recognition mark.
또한, 도 8은 본 발명 방법을 설명하기 위한 메인 플로우챠트를 나타낸 것이고, 도 9는 본 발명 방법 중 인식 마크의 위치를 측정하는 단계에 대한 상세 플로우차트를 나타낸 것이며, 도 10은 본 발명 중 이동로봇 위치 인식 단계에 대한 상세 플로우챠트를 나타낸 것이고, 도 11은 배터리 자동 충전 단계에 대한 상세 플로우챠트를 나타낸 것이며, 도 12a 및 도 12b는 충전스테이션의 위치 측정 및 자동 충전 알고리즘이 수행되는 상태도를 나타낸 것이다.8 shows a main flowchart for explaining the method of the present invention, FIG. 9 shows a detailed flowchart of the step of measuring the position of the recognition mark in the method of the present invention, and FIG. 10 shows the movement of the present invention. A detailed flowchart of the robot position recognition step is shown, and FIG. 11 is a detailed flowchart of the battery automatic charging step. will be.
이에 따르면 본 발명 시스템은, 이동로봇 제어부(17)의 제어를 받아 이동로봇(1)을 구동하는 이동로봇 구동부(11)와, 충전스테이션(2)의 충전단자(19)와 접속되어 이동로봇(1) 내에 전원을 공급해줌과 동시에 배터리(18)를 충전시켜 주는 충전부(12)와, 리모컨 및 충전스테이션(2)과의 양방향 통신을 수행하는 통신부(13)와, 장애물 감지 및 추락을 방지하기 위한 센서부(14)와, 충전스테이션(2)의 전방 인식마크를 인식하는 어안렌즈가 장착된 전방 카메라(151)와 천정 인식마크를 인식하는 상방 카메라(152) 및 상기 전방 및 상방 카메라(151)(152)의 구동을 제어하는 비젼보드(153)로 이루어진 카메라부(15)와, 이동로봇(1) 내의 각부에 전원을 공급하는 전원부(16) 및, 각종 제어프로그램의 수행을 통해 이동로봇(1)의 전반적인 제어기능을 수행하는 이동로봇 제어부(17)로 이루어진 구성을 갖고 상기 전방인식 마크와 천정인식 마크의 촬영을 통해 자기 위치를 산출하는 이동로봇(1)과;Accordingly, the system of the present invention is connected to the mobile robot driver 11 for driving the
이동로봇(1)에 설치되어 있는 배터리(18)에 연결되는 충전단자(27)를 구비하고 이동로봇(1)의 배터리(18)에 전원을 공급하여 충전하는 충전부(21)와, 다수개의 발광소자(221)를 통해 적외선 광을 전방부로 조사시켜 이동로봇(1)이 충전스테이션(2)을 인식할 수 있도록 하는 전방인식 마크 조사부(22)와, 다수개의 레이저 다이오드(231)를 통해 레이저 광을 천정부로 조사시켜 이동로봇(1)이 실내공간의 위치를 인식하도록 하는 천정인식 마크 조사부(23)와, 이동로봇(1)으로부터 명령을 받기 위한 통신부(24)와, 충전스테이션(2)의 각부에 전원을 공급시켜 주는 전원부(25) 및, 각종 제어 프로그램을 통해 충전스테이션(2)의 전반적인 제어기능을 수행하는 충전스테이션 제어부(26)로 이루어진 구성을 갖고 배터리(18)의 충전기능과 전방 및 천정부에 발광 인식 마크를 형성하는 충전스테이션(2)으로 구성된 것을 특징으로 한다.A charging
이때, 상기 카메라부(15)의 비젼보드(153)는 전방 및 상방 카메라(151)(152)로부터 입력된 영상상에서 전방 및 천정인식 마크의 위치를 판별하여 충전스테이션(2)의 위치 및 천정인식 마크의 위치를 찾으며, 사용되어지는 카메라는 통상적인 일반 카메라에 렌즈와 CCD 사이에 적외선대역 통과 필터를 장착하여 사용하고, 또한 상기 전방 카메라(151)에는 어안렌즈를 장착하여 넓은 범위를 단 한번의 인식 알고리즘 수행을 통해서 이동로봇(1)의 위치를 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.At this time, the
한편, 본 발명 방법은 설치공정이 필요치 않은 충전스테이션(2)에 장착된 위치인식 마크 조사장치를 이용하여 스스로 주행하는 이동로봇이 스스로 인식 마크의 위치를 파악하고 자동주행하며 자동 충전할 수 있는 위치인식방법에 있어서, On the other hand, the method of the present invention using the position recognition mark irradiation device mounted on the charging station (2) that does not require the installation process is a position where the mobile robot running by itself can identify the position of the recognition mark, automatically drive and automatically charge In the recognition method,
전방 및 천정인식 마크 조사부(22)(23)가 장착된 충전스테이션(2)을 설치하는 단계(S1);Installing a charging
인식 마크의 위치를 측정하는 단계(S2);Measuring the position of the recognition mark (S2);
인식 마크를 통해 이동로봇의 위치를 인식하는 단계(S3);Recognizing the position of the mobile robot through the recognition mark (S3);
이동로봇(1)의 위치를 인식하여 자동 주행하는 단계(S4);Recognizing the position of the
배터리(18) 잔량이 한계치 이하이면 자동 충전하는 단계(S5);를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a; step (S5) to automatically charge if the remaining battery 18 is less than the threshold.
이때, 전방 및 천정인식 마크 조사부(22)(23)가 장착된 충전스테이션(2)을 설치하는 단계(S1)는, 주행공간 바닥에 충전스테이션(2)을 부착하는 단계(S11)와; 충전스테이션(2)의 전원 플러그를 주행공간상의 전원 콘센트에 삽입하는 단계(S12);로 이루어진 것을 특징으로 한다.At this time, the step (S1) of installing the charging station (2) equipped with the front and ceiling recognition mark irradiator (22) 23, the step of attaching the charging station (2) to the floor of the traveling space (S11); And inserting the power plug of the charging
또, 상기 인식 마크의 위치를 측정하는 단계(S2)는, 인식마크 위치측정 명령이 수신되면 천정인식 마크를 인식하는 단계(S21)와; 상기에서 인식된 영상상의 인식마크 위치점을 저장하는 단계(S22)와; 정해진 거리만큼 직선 주행하는 단계(S23)와; 천정인식 마크를 재인식하는 단계(S24)와; 재인식된 영상상의 인식마크 위치점을 저장하는 단계(S25)와; 이동 전,후의 인식마크 위치점간의 거리차와 주행거리간 비율을 계산하는 단계(S26)와; 상기에서 계산된 거리차와 주행거리간 비율을 근거로 천정 높이를 산출하여 저장하는 단계(S27)와; 충전스테이션(2)의 위치를 측정하는 단계(S28)와; 충전스테이션(2)을 기준으로 하여 천정인식 마크의 위치를 저장하는 단계(S29);로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the step (S2) of measuring the position of the recognition mark may include: recognizing a ceiling recognition mark when a recognition mark position measurement command is received (S21); Storing the recognition mark position point on the recognized image (S22); Linear driving by a predetermined distance (S23); Recognizing the ceiling recognition mark (S24); Storing the recognition mark position point on the re-recognized image (S25); Calculating a ratio between the distance difference between the recognition mark position points before and after the movement and the driving distance (S26); Calculating and storing the ceiling height based on the ratio between the distance difference and the driving distance calculated above (S27); Measuring the position of the charging station 2 (S28); And storing the position of the ceiling recognition mark on the basis of the charging station 2 (S29).
또, 상기 이동로봇 위치 인식 단계(S3)는, 이동로봇(1) 위치 측정 명령이 수신되면 천정인식 마크 위치인식 영역인지를 판단하는 단계(S31)와; 상기에서 판단한 결과 천정인식 마크 위치인식 영역이면(S31에서 Yes) 천정인식 마크 점멸신호를 송신하는 단계(S32)와; 이동로봇(1)의 상방 카메라(152)를 통해 점멸 영상을 수신하는 단계(S33)와; 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하는지를 판단하는 단계(S34)와; 상기에서 판단한 결과 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하면(S34에서 Yes) 영상상의 인식 마크 위치를 추출하는 단계(S35)와; 인식 마크 위치 추출 값을 근거로 이동로봇의 현재위치를 계산하는 단계(S36)와; 상기에서 천정인식 마크 위 치인식 영역이 아니거나(S31에서 No) 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하지 않으면(S34에서 No) 벽면 추종을 통해 이동로봇(1)을 이동시키는 단계(S37);로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the mobile robot position recognition step (S3), if the mobile robot (1) position measurement command is received to determine whether the ceiling recognition mark position recognition area (S31); Transmitting the ceiling recognition mark blinking signal if the ceiling recognition mark position recognition region (Yes in S31) is determined as the determination result; Receiving a blinking image through the
또한, 상기 배터리 자동 충전 단계(S5)는, 자동 충전 명령이 수신되면 충전스테이션(2)의 위치 인식영역인지를 판단하는 단계(S51)와; 상기에서 판단한 결과 충전스테이션(2)의 위치 인식영역이면(S51에서 Yes) 전방인식 마크에 대한 점멸신호를 송신하는 단계(S52)와; 이동로봇(1)의 전방 카메라(151)를 통해 점멸 영상을 수신하는 단계(S53)와; 전방에 인식 마크가 존재하는지 판단하는 단계(S54)와; 상기에서 판단한 결과 전방에 인식 마크가 존재하면(S54에서 Yes) 이동로봇(1)의 현재 위치를 계산하는 단계(S55)와; 상기에서 계산된 이동로봇(1)의 현재 위치를 토대로 충전스테이션(2)과 도킹을 위한 이동모션을 계산하는 단계(S56)와; 상기 이동모션에 대한 계산값을 근거로 충전스테이션(2)과 도킹을 위해 이동로봇(1)을 이동시키는 단계(S57)와; 충전스테이션(2)과 도킹이 되었는지 판단하여 도킹이 되었으면(Yes) 이동로봇(1)의 배터리(18)를 충전시키고 도킹이 되지 않았으면(No) 이동로봇(1)의 현재 위치를 계산하는 단계(S55)로 되돌아가는 단계(S58)와; 상기에서 판단한 결과 충전스테이션의 위치 인식영역이 아니거나(S51에서 No) 전방에 인식마크가 존재하지 않으면(S54에서 No) 충전스테이션(2) 위치인식 영역으로 이동로봇(1)을 이동시키고 초기단계(S51)로 되돌아가는 단계(S59);로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the automatic battery charging step (S5), the step of determining whether the location recognition area of the charging station (2) when the automatic charging command is received (S51); Transmitting the blinking signal for the forward recognition mark (Yes in S51) if the position recognition area of the charging station 2 is determined as above (S52); Receiving a blinking image through the front camera 151 of the mobile robot 1 (S53); Determining whether there is a recognition mark in front (S54); Calculating a current position of the mobile robot 1 when there is a recognition mark in front of the determination result (Yes in S54) (S55); Calculating a moving motion for docking with the charging station (2) based on the current position of the mobile robot (1) calculated above (S56); Moving the mobile robot (1) for docking with the charging station (2) based on the calculated value for the mobile motion (S57); Determining whether the docking station 2 is docked with the charging station 2 (Yes) charging the battery 18 of the mobile robot 1 and calculating the current position of the mobile robot 1 if not docked (No) Returning to step S55 (S58); If the determination result is not the position recognition area of the charging station (No in S51) or if there is no recognition mark in front (No in S54), the mobile robot 1 is moved to the charging station 2 position recognition area and the initial step is performed. And returning to step S51 (S59).
이와 같은 구성 및 단계로 이루어진 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention made of such a configuration and steps as follows.
먼저, 본 발명 시스템은 크게 전방인식 마크와 천정인식 마크의 촬영을 통해 자기 위치를 산출하는 이동로봇(1)과, 상기 이동로봇(1)에 장착되어 있는 배터리(18)의 충전기능과 전방 및 천정부에 발광 인식 마크를 형성하는 충전스테이션(2)으로 구성된 것을 주요 기술 구성으로 하고 있다.First, the system of the present invention includes a
이때, 상기 이동로봇(1)은 이동로봇 구동부(11)와, 충전부(12), 통신부(13), 센서부(14), 카메라부(15), 전원부(16) 및 이동로봇 제어부(17)로 구성되는데, 상기 이동로봇 구동부(11)는 이동로봇 제어부(17)의 제어를 받아 이동로봇(1)을 직접적으로 구동하게 되고, 충전부(12)는 이동로봇 제어부(17)의 제어를 받아 충전스테이션(2)의 충전단자(121)와 접속되어 이동로봇(1) 내에 전원을 공급해줌과 동시에 배터리(18)를 충전시켜 주게 되며, 통신부(13)는 리모컨(도시 생략됨) 및 충전스테이션(2)과의 양방향 통신을 수행하게 되고, 센서부(14)는 장애물의 감지를 포함하여 이동로봇(1)이 낮은 곳으로 추락되는 것을 방지하기 위해 각종 장애물 및 바닥면의 상태를 검출하여 이동로봇 제어부(17)로 전달하게 된다.In this case, the
또한, 상기 카메라부(15)는 충전스테이션(2)의 전방 인식마크를 인식하는 어안렌즈가 장착된 전방 카메라(151)와, 천정 인식마크를 인식하는 상방 카메라(152) 및 상기 전방 및 상방 카메라(151)(152)의 구동을 제어하는 비젼보드(153)로 구성되는데, 이때 상기 카메라부(15)의 비젼보드(153)는 전방 및 상방 카메라(151)(152)로부터 입력된 영상상에서 전방 및 천정인식 마크의 위치를 판별하여 충전스테이션(2)의 위치 및 천정인식 마크의 위치를 찾도록 하게 되고, 사용되어지는 카메라는 통상적인 일반 카메라에 렌즈와 CCD 사이에 적외선대역 통과 필터를 장착하여 사용하고, 또한 상기 전방 카메라(151)에는 어안렌즈를 장착하여 줌으로써 넓은 범위를 단 한 번의 인식 알고리즘 수행을 통해서 이동로봇(1)의 위치를 측정할 수 있게 된다.In addition, the
또, 상기 전원부(16)는 이동로봇(1) 내의 각부에 전원을 공급하여주게 되고, 이동로봇 제어부(17)는 후술하는 각종 제어프로그램의 수행을 통해 이동로봇(1)의 전반적인 제어기능을 수행하게 된다.In addition, the
한편, 상기 충전스테이션(2)은 충전부(21)와, 전방인식 마크 조사부(22), 천정인식 마크 조사부(23), 통신부(24), 전원부(25) 및 충전스테이션 제어부(26)로 구성되는데, 이때 상기 충전부(21)는 충전스테이션 제어부(26)의 제어를 받아 이동로봇(1)의 배터리(18)에 전원을 공급하여 충전해주는 역할을 하게 되고, 전방인식 마크 조사부(22)는 다수개의 발광소자(221)를 통해 적외선 광을 전방부로 조사시켜 이동로봇(1)이 충전스테이션(2)을 인식할 수 있도록 하며, 천정인식 마크 조사부(23)는 다수개의 레이저 다이오드(231)를 통해 레이저 광을 천정부로 조사시켜 이동로봇(1)이 실내공간의 위치를 인식하도록 한다.On the other hand, the charging
또한, 통신부(24)는 이동로봇(1)으로부터 명령을 받아 충전스테이션 제어부(26)에 전달하게 되고, 전원부(25)는 충전스테이션(2)의 각부에 전원을 공급시켜 주게 되며, 충전스테이션 제어부(26)는 각종 제어 프로그램을 통해 충전스테이션(2)의 전반적인 제어기능을 수행하게 된다.In addition, the
한편, 상기한 충전스테이션(2)은 기본적으로 이동로봇(1)의 자동 충전을 목 적으로 하는 장치로서 실내공간상의 바닥면에 놓이며, 또한 충전스테이션(2)에는 전술한 바와 같이 전방 및 천정인식 마크 조사부(22)(23)가 장착되어 있어 이동로봇(1)의 위치인식이 가능하기 때문에 위치인식 마크는 별다른 설치가 필요치 않으며 충전스테이션(2)을 바닥에 놓고 전원만 연결하면 설치가 종료된다.On the other hand, the charging station (2) is basically a device for the purpose of automatic charging of the mobile robot (1) is placed on the floor surface in the indoor space, and also the charging station (2) in front and ceiling as described above Since the recognition mark irradiator (22) and (23) are mounted, the position recognition of the mobile robot (1) is possible. Therefore, the position recognition mark does not need to be installed separately. do.
또한, 상기 충전스테이션(2)에 설치되는 전방인식 마크 조사부(22)는 충전스테이션(2)의 전면부에 위치하며, 이와 같은 전방인식 마크 조사부(22)는 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 발광소자(221)와 이를 보호하기 위한 투명창(222)으로 구성되어 있다.In addition, the front recognition
이때, 상기 발광소자(221)는 이동로봇(1)의 제어 신호에 따라 점멸 작동되며, 상기 이동로봇(1)은 전방 카메라(151)를 통해 충전스테이션(2) 상의 전방 인식마크의 점멸 영상을 획득하여 인식마크 인식 알고리즘을 통해 이동로봇(1)의 위치를 측정하게 된다. At this time, the
그리고, 상기 전방인식 마크 조사부(22)에 적용되는 발광소자(221)는 파장이 75㎚이상인 근적외선 대역의 적외선 발광다이오드로 구성되고, 또한 발광소자(221)의 전면부에는 전술한 바와 같이 발광소자 보호를 위한 투명창(222)이 부착된다. The
이때, 상기 투명창(222)은 투명 아크릴 소재에 투명 무광의 라바톤 소프트 필 도료를 사용함으로써 발광소자(221)의 광투과성은 최대화하고 외부 광원에 의한 반사성은 최소화할 수 있다.In this case, the
또한, 상기 충전스테이션(2)에 설치되어 있는 전방인식 마크 조사부(22)에 의해 형성되는 전방인식 마크의 배치는 이동로봇(1)의 주행공간 바닥이 불균일하므 로 전방 및 상방 카메라(151)(152)의 높이 변화에 대응하기 위해 두 개 이상의 직선열 배열을 통한 발광 인식 마크를 장착하는 것을 기본으로 함으로써 상기 충전스테이션(2)의 위치 측정이 가능하게 된다.In addition, the arrangement of the front recognition mark formed by the front
도 5는 상기 전방인식 마크 조사부(22)에 의해 형성되는 전방인식 마크에 대한 다양한 실시 예를 나타낸 것으로서 3개 또는 4개의 적외선 발광소자를 역삼각형 또는 삼각형으로 배열할 수도 있고, 또한 4개를 사각형의 형태로 배열할 수 있음은 물론 5개 중 2개 또는 3개를 각각 상,하부로 일정 간격을 두고 배치할 수도 있고, 6개를 상,하부로 배치할 수도 있는데, 이와 같은 배치 형태는 단순히 예시에 불과한 것으로 이에 한정하는 것은 아니다.FIG. 5 shows various embodiments of the front recognition mark formed by the front
상기에 있어서 이동로봇(1)이 실내공간을 주행할 때 위치 인식을 위한 천정인식 마크를 형성시켜 주는 천정인식 마크 조사부(23)는 충전스테이션(2)의 상면에 장착되어 천정을 향하여 일정 각도로 광을 조사하게 되는데, 이때 사용된 광원은 파장이 750㎚ 이상인 근적외선 레이저 다이오드를 사용하며, 천정에 조사된 광이 이동로봇(1)의 상방 카메라(152)에 의해 관측될 정도의 광량을 갖는다.In the above, the ceiling recognition
본 발명에서는 상기 근적외선 레이저 다이오드의 출력광이 0.8mW인 것을 사용하였는데, 이에 한정하는 것은 아니다.In the present invention, the output light of the near-infrared laser diode is 0.8 mW, but is not limited thereto.
또한, 상기 천정인식 마크 조사부(23)에 의해 조사되어 맺히는 광의 형성은 도 6에 도시한 바와 같이 다양한 형태를 가질 수 있는데, 이 역시 이에 한정하는 것은 아니며 또 다른 다양한 형태를 제시할 수도 있다.In addition, the formation of the light irradiated by the ceiling
그리고, 도 7은 전방인식 마크에 의한 충전스테이션(2)의 위치인식 영역과 천정인식 마크 조사부(23)에 의해 천정상에 광이 맺혀서 만들어진 천정인식 마크를 통해 이동로봇(1)의 위치 인식 가능영역을 도시화한 것으로, 본 발명에서는 상기 충전스테이션(2)의 위치인식 영역을 충전스테이션(2)을 기준으로 반경 2m, 각도 90도의 부채꼴 영역으로 설정하고, 이동로봇(1)의 위치인식 영역은 천정인식 마크를 기준으로 직경 6m의 원형 영역으로 설정하였으나 이 또한 이에 한정하는 것은 아니다.And, Figure 7 is possible to recognize the position of the
한편, 본 발명 방법은 도 8에 도시된 바와 같이 공지된 위치인식방법에 있어서, 주행공간 바닥에 충전스테이션(2)을 부착하고(S11), 충전스테이션(2)의 전원 플러그를 주행공간상의 전원 콘센트에 삽입하는 단계(S12)로 이루어지는 전방 및 천정인식 마크 조사부(22)(23)가 장착된 충전스테이션(2)을 설치하고(S1), 이어서 인식 마크의 위치를 측정하며(S2), 또 인식 마크를 통해 이동로봇의 위치를 인식(S3) 후 이동로봇(1)의 위치를 인식하여 자동 주행하고(S4), 배터리(18) 잔량이 한계치 이하이면 자동 충전하는 단계(S5)로 이루어진다.On the other hand, the method of the present invention in the known position recognition method as shown in Figure 8, the charging
이때, 상기 인식 마크의 위치를 측정하는 단계(S2)는 도 9에 도시된 바와 같이, 인식마크 위치측정 명령이 수신되면 천정인식 마크를 인식하고(S21), 상기에서 인식된 영상상의 인식마크 위치점을 저장(S22) 다음, 정해진 거리(예를 들어 1M)만큼 직선 주행을 실시(S23) 후 천정인식 마크 조사부(23)에 의해 형성된 천정인식 마크를 재인식(S24)한 다음 재인식된 영상상의 인식마크 위치점을 저장하고(S25), 이동 전,후의 인식마크 위치점간의 거리차와 주행거리간 비율을 계산(S26) 후 상기에서 계산된 거리차와 주행거리간 비율을 근거로 천정 높이를 산출하여 저장(S27) 한 다음 충전스테이션(2)의 위치를 측정하고(S28), 충전스테이션(2)을 기준으로 하여 천정인식 마크의 위치를 저장(S29)하게 된다.At this time, the step of measuring the position of the recognition mark (S2), as shown in Figure 9, when the recognition mark position measurement command is received and recognize the ceiling recognition mark (S21), the position of the recognition mark on the recognized image After storing the point (S22), and then linearly traveling by a predetermined distance (for example, 1M) (S23), after recognizing the ceiling recognition mark formed by the ceiling recognition mark irradiator 23 (S24) and recognizing the recognized image After storing the mark position point (S25), calculating the ratio between the distance difference between the recognition mark position point before and after the movement and the driving distance (S26) and calculating the ceiling height based on the ratio between the distance difference and the driving distance calculated above. After storing (S27) to measure the position of the charging station (2) (S28), based on the charging station (2) to store the position of the ceiling recognition mark (S29).
즉, 상기 인식 마크의 위치를 측정하는 단계(S2)는 천정의 높이와 천정상의 인식마크의 위치를 측정하게 되는데, 이때 천정인식 마크 조사부(23)에서 조사되어진 광은 천정에 상을 맺히지만 상의 위치는 설치공간의 높이에 따라 변경되어지기 때문에 이동로봇(1)은 천정인식 마크 위치 측정 단계를 통해 천정상의 인식마크의 위치를 측정한다.That is, in the step (S2) of measuring the position of the recognition mark, the height of the ceiling and the position of the recognition mark on the ceiling are measured. In this case, the light irradiated from the ceiling recognition mark irradiator 23 forms an image on the ceiling but Since the position is changed according to the height of the installation space, the
다시 말해서, 상기 이동로봇(1)은 천정인식 마크 위치인식 영역하에서 인식마크를 인식한 후 일정거리를 이동한 후 인식마크를 재인식하고, 이를 통해 이동 시작점에서 측정한 인식마크의 영상상의 위치와 이동 후의 영상상의 인식마크의 위치간 차와 실제 이동한 거리간의 비에 의하여 천정의 높이가 측정된 후 이동로봇(1)은 전방인식 마크를 인식하여 천정인식 마크의 위치를 인식하게 된다.In other words, the
또한, 상기 이동로봇 위치 인식 단계(S3)는 도 10에 도시된 바와 같이, 이동로봇(1) 위치 측정 명령이 수신되면 천정인식 마크 위치인식 영역인지를 판단하고(S31), 그 결과 천정인식 마크 위치인식 영역이면(S31에서 Yes) 천정인식 마크 점멸신호를 송신(S32)하여 이동로봇(1)의 상방 카메라(152)를 통해 점멸 영상을 수신(S33)한 다음, 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하는지를 판단하고(S34), 그 결과 천정 영상상에 위치인식 마크가 존재하면(S34에서 Yes) 영상상의 인식 마크 위치를 추출하여(S35) 이를 근거로 이동로봇의 현재위치를 계산(S36)하되, 상기에서 천정인식 마크 위치인식 영역이 아니거나(S31에서 No) 천정 영상상에 위치인식 마 크가 존재하지 않으면(S34에서 No) 벽면 추종을 통해 이동로봇(1)을 이동(S37)게 된다.In addition, the mobile robot position recognition step (S3), as shown in FIG. 10, determines that the ceiling recognition mark position recognition area is received when the
즉, 이동로봇(1)의 위치 인식 단계(S3)에서는 천정인식 마크를 이동로봇(1)의 카메라부(15)를 통해 인식하여 이동로봇(1)의 실내공간상의 위치를 측정하는 단계로서 먼저 이동로봇(1)이 위치인식 명령을 수신할 경우 이동로봇 제어부(17)는 현재의 위치가 천정인식 마크 위치인식 영역 내부인지를 확인하여 천정인식 마크 위치인식 영역이면 천정인식 마크 점멸신호를 충전스테이션(2)에 송신한 후 이동로봇(1)의 상방 카메라(152)를 통해 점멸신호를 수신하여 영상상의 인식마크의 위치를 추출하여 이동로봇(1)의 현재 위치를 측정하되, 점멸신호를 수신하지 못한 경우에는 이동로봇(1)은 자율주행하여 천정인식 마크 인식영역으로 이동한 후 재촬영하여 이동로봇(1)의 위치를 측정하게 됨으로써 이동로봇(1)의 위치를 정확히 인식할 수 있는 것이다.That is, in the position recognition step (S3) of the
한편, 상기 배터리 자동 충전 단계(S5)는 도 11에 도시된 바와 같이, 자동 충전 명령이 수신되면 충전스테이션(2)의 위치 인식영역인지를 판단(S51)하고, 그 결과 충전스테이션(2)의 위치 인식영역이면(S51에서 Yes) 전방인식 마크에 대한 점멸신호를 송신(S52)하고, 이동로봇(1)의 전방 카메라(151)를 통해 점멸 영상을 수신(S53)한 후 전방에 인식 마크가 존재하는지 판단(S54)하고, 이어서 상기에서 판단한 결과 전방에 인식 마크가 존재하면(S54에서 Yes) 이동로봇(1)의 현재 위치를 계산(S55)한 다음 상기에서 계산된 이동로봇(1)의 현재 위치를 토대로 충전스테이션(2)과 도킹을 위한 이동모션을 계산(S56)하고, 상기 이동모션에 대한 계산값을 근거로 충전스테이션(2)과 도킹을 위해 이동로봇(1)을 이동(S57)시킨 후 충전스테이션(2)과 도킹이 되었는지 판단하여 도킹이 되었으면(Yes) 이동로봇(1)의 배터리(18)를 충전시키고 도킹이 되지 않았으면(No) 이동로봇(1)의 현재 위치를 계산하는 단계(S55)로 되돌아가되(S58), 상기에서 판단한 결과 충전스테이션의 위치 인식영역이 아니거나(S51에서 No) 전방에 인식마크가 존재하지 않으면(S54에서 No) 충전스테이션(2) 위치인식 영역으로 이동로봇(1)을 이동시키고 초기단계(S51)로 되돌아가게 된다(S59).On the other hand, the automatic battery charging step (S5), as shown in Figure 11, when the automatic charging command is received, it is determined whether the location of the charging station (2) (S51), and as a result of the charging station (2) If the position recognition area (Yes in S51) transmits a blinking signal for the front recognition mark (S52), and receives a blinking image through the
즉, 자동 충전단계(S5)에서는 이동로봇(1)을 충전스테이션(2)으로 이동시켜 충전스테이션(2)의 충전단자(27)에 이동로봇(1)의 충전단자(19)를 도킹(Docking : 접합)시킨다. That is, in the automatic charging step S5, the
이때, 상기 이동로봇(1)은 자동 청소 등의 기능을 수행하며 지속적으로 전원부(16)에서 배터리(18)의 잔량을 체크하며 배터리(18)의 잔량이 한계점 이하가 되거나 도시 생략된 리모컨에 의한 자동 충전 명령을 수신하는 경우 또는 수행중인 기능이 완료되면 상기 이동로봇 제어부(17)에서는 자동 충전 모드를 가동하게 된다.At this time, the
이와 같이 자동 충전 모드가 가동되면 상기 이동로봇 제어부(17)에서는 수행중인 자동주행 및 기능 수행의 정지명령을 이동로봇 구동부(11)에 전달한 후, 도 11a와 같이 천정인식 마크를 통한 이동로봇(1)의 위치를 측정하여 충전스테이션(2)의 예상 위치로 이동로봇(1)을 이동시키게 되는데, 이때 상기 이동로봇 제어부(17)에서는 충전스테이션(2)의 통신부(24)에 전방인식 마크 점멸신호를 송신하며 카메 라부(15)에 영상데이터 획득을 요청한다. When the automatic charging mode is activated as described above, the mobile robot control unit 17 transmits the autonomous driving and the stop command of the function execution to the mobile robot drive unit 11, and then moves the
또한, 상기 인식마크 점멸신호를 송신한 충전스테이션(2)의 통신부(24) 상에서는 충전스테이션 제어부(26)를 통해 인식 마크를 일정시간 간격으로 점멸하고 이동로봇(1)의 카메라부(15)에서는 인식 마크의 점멸 영상을 생성하여 비젼보드(153)로 보내며, 상기 비젼보드(153)에서는 입력된 인식 마크 점멸 영상으로부터 마크 인식 알고리즘 처리과정을 통해서 충전스테이션(2)을 기준으로 하는 이동로봇(1)의 현재 위치 및 각도 정보를 이동로봇 제어부(17)로 출력한다.In addition, on the
이후, 상기 이동로봇 제어부(17)에서는 입력된 이동로봇(1)의 현재 위치와 각도 정보를 이용하여 도 12b와 같이 충전 도킹 위치로 이동로봇(1)을 주행 보정하여 이동로봇(1)의 충전단자(19)를 충전스테이션(2)의 충전단자(27)에 도킹한다.Subsequently, the mobile robot controller 17 uses the current position and angle information of the inputted
이때, 이동로봇(1)이 이동되고 있는 도중 상기 카메라부(15)는 일정 시간 간격으로 인식 마크 영상을 획득하여 비젼보드(153)에 송신하고, 이를 입력받은 상기 비젼보드(153)는 이동로봇(1)의 현재 위치를 주기적으로 이동로봇 제어부(17)에 송신한다. At this time, while the
또한, 상기 이동로봇(1)의 충전부(12)는 충전단자(19)의 도킹 여부를 지속적으로 체크하며, 도킹 성공시 상기 이동로봇 제어부(17)에 충전 도킹 성공 신호를 송신하므로, 상기 이동로봇 제어부(17)에서는 충전이 완료되거나 구동 명령이 수신되기 전까지 이동로봇 구동부(11) 및 센서부(14)의 기능을 중지시키고 이동로봇(1)의 배터리(18)를 충전하게 된다.Also, the charging
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.Although the above-described embodiments have been described with respect to the most preferred embodiments of the present invention, it is not limited to the above embodiments, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 첫째 종래의 위치 인식 장치의 경우 충전을 위한 충전스테이션을 설치하고 추가적으로 위치 인식 마크 장비를 설치하여야 하는 공정의 복잡성이 존재한 반면 본 발명은 전방 및 천정인식 마크 조사부가 충전스테이션에 장착되어 있으므로 위치 인식을 위한 추가 설비가 불필요하다.As described above, according to the present invention, first, in the case of the conventional position recognition device, there is a complexity of the process of installing a charging station for charging and additionally installing the position recognition mark equipment. Since the irradiation unit is installed in the charging station, no additional equipment for position recognition is required.
둘째, 종래의 위치 인식 장치의 경우 천정이나 벽면 또는 바닥상에 위치 인식 마크를 정확한 위치상에 고정하고 이동로봇에게 위치인식 마크의 위치를 입력해 주어야 하는 복잡한 설치 공정이 필요한 반면 본 발명에서는 충전스테이션을 바닥면에 위치시킨 후 전원을 공급하면 되므로 설치 공정이 간단하게 완료된다.Second, in the case of the conventional position recognition device, a complicated installation process of fixing the position recognition mark on the ceiling or the wall or the floor on the correct position and inputting the position of the position recognition mark to the mobile robot requires a charging station in the present invention. Is placed on the floor and power is supplied, so the installation process is simple.
셋째, 종래의 위치 인식 장치의 경우 천정이나 벽면 또는 바닥상에 위치 인식 마크를 고정한 후, 위치 인식 마크의 공간상의 위치를 파악하기 위하여 천정의 높이 또는 벽면상의 위치를 수동 입력해 주어야만 이동로봇이 위치를 인식하는 번거로움이 존재한 반면 본 발명은 이동로봇 스스로 위치 인식 마크의 주행 공간상의 위치를 설정할 수 있는 인식 마크 위치 측정 단계를 통해 수동 조정이 불필요하다.Third, in the case of the conventional position recognition device, after fixing the position recognition mark on the ceiling, the wall or the floor, in order to grasp the position on the space of the position recognition mark, the robot must be manually inputted to the height of the ceiling or the position on the wall. While the inconvenience of recognizing the present invention, the mobile robot does not need manual adjustment through the recognition mark position measuring step of setting the position on the driving space of the position recognition mark itself.
넷째, 위치 인식 마크의 설치 위치를 변경할 경우에도 충전스테이션의 설치 위치만을 옮김으로써 인식 마크 위치 변경 작업 종료되고, 천정의 높이가 변화될시 에도 인위적인 수동 조작과정이 불필요하며, 인식 마크 오프셋(offset) 측정 방법을 통해 이동로봇 스스로 높이 변화를 인식하게 된다.Fourth, even when the installation position of the position recognition mark is changed, only the installation position of the charging station is changed, thereby changing the recognition mark position change operation, and even when the height of the ceiling is changed, no manual manual operation is required, and the recognition mark offset is offset. Through the measuring method, the mobile robot recognizes the height change by itself.
다섯째, 종래의 위치 인식 장치의 경우 주행 공간 맵 생성시 충전스테이션의 위치를 수동 입력해야 하는 불편함이 존재하지만 본 발명에서는 위치인식 마크가 충전스테이션에 부착되어 있기 때문에 충전스테이션 위치의 추가 입력작업이 불필요하다.Fifth, the conventional location recognition device has the inconvenience of manually inputting the location of the charging station when generating the driving space map, but in the present invention, since the location recognition mark is attached to the charging station, the additional input operation of the charging station location is It is unnecessary.
여섯째, 종래의 위치 인식 장치의 경우 단지 인식 마크로부터 이동로봇까지의 떨어진 상대적인 위치좌표 즉, 위치인식장치를 기준으로 한 직각 좌표계인 경우 위치점에 대한 x,y좌표값만이 출력되지만 본 발명에서는 위치 측정 단계의 출력 데이터는 충전스테이션을 원점으로 한 직각 좌표계 상에서 이동로봇이 위치하는 좌표점(x,y) 뿐만 아니라 이동로봇과 충전스테이션 간의 기울어진 각도 정보까지 출력되므로 즉, 위치 측정단계에서는 이동로봇의 중심 위치와 이동로봇의 현재 방향 정보를 포함한 벡터 정보를 출력한다.Sixth, in the case of the conventional position recognition device, only the x, y coordinate values of the position points are output in the case of the relative position coordinates away from the recognition mark to the mobile robot, that is, the rectangular coordinate system based on the position recognition device. The output data of the position measuring step outputs not only the coordinate point (x, y) where the mobile robot is located on the rectangular coordinate system with the charging station as origin, but also the inclination angle information between the mobile robot and the charging station. Outputs vector information including the center position of the robot and the current direction of the mobile robot.
일곱째, 적외선 레이저 광원을 이용함으로써 사람의 눈에는 보이지 않기 때문에 외관상 혐오감을 주지 않는다.Seventh, the use of an infrared laser light source does not give a disgusting appearance because it is invisible to the human eye.
여듭째, 주변 조도 변화와 무관하게(즉, 밤이나 낮이나 실내조명이 꺼진 상태에서도) 충전스테이션의 위치를 인식할 수 있다.Fourth, it is possible to recognize the position of the charging station regardless of the change in ambient illumination (i.e. night or day or even when the indoor lighting is turned off).
아홉째, 어안렌즈가 장착된 전방 카메라를 사용함으로써 넓은 범위를 한번에 인식할 수 있어 인식 시간을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 인식 범위를 대폭 확장ㅎ할 수 있다.Ninth, by using a front camera equipped with a fisheye lens, it is possible to recognize a wide range at once, thereby reducing the recognition time and significantly expanding the recognition range.
열째, 천정에 맺힌 고휘도 반사광만을 인식하기 때문에 마치 위치 인식 마크를 천정상에 부착하는 방식과 동일한 인식율을 갖게 되어 종래 적외선 발광다이오드를 통한 조사광을 천정에 조사시키는 방법에 비해 반사광에 의한 오인식율을 없앨 수 있다.Tenth, since only the high luminance reflected light formed on the ceiling is recognized, it has the same recognition rate as the method of attaching the position recognition mark on the ceiling, and thus the false recognition rate due to the reflected light is reduced compared to the method of irradiating the ceiling with the infrared light emitting diode. I can eliminate it.
열한 번째, 충전스테이션 위치인식 마크 조사부 이외에 위치인식 마크 부만을 주행 공간상에 복수 개를 설치함으로써 이동로봇의 위치 인식 범위를 대폭 확장할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.Eleventh, it is a very useful invention such that the location recognition range of the mobile robot can be greatly expanded by installing a plurality of position recognition mark parts in addition to the charging station position recognition mark irradiator.
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