KR20100025607A - 이동체의 공간인식 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동체의 이동시 3차원 공간인식을 정확하게 수행할 수 있는 이동체의 공간인식 제어 장치에 관한 것으로, 이를 위하여 노면상태를 감지하는 센서와, 상기 센서로부터 입력된 노면상태 정보에 따라 미리 설정된 수평 및 수직구동모터에 대한 회전속도와 각도 지령 정보를 수정하여 공간인식모듈의 수평 및 수직구동모터의 회전속도 및 각도를 제어하는 수단을 제공한다.

이동체, 공간인식, 장애물, 수평맥동, 보정제어

Description

이동체의 공간인식 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING OBSTACLE DETECTION OF VEHICLE}

본 발명은 이동체의 공간 인식 장치에 관한 것으로, 특히 이동체의 이동시 3차원 공간인식을 정확하게 수행할 수 있는 이동체의 공간인식 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무인 이동체는 정해진 제어프로그램에 의해 제어되면서 이동하게 된다. 이와 같은 무인 이동체는 운전자가 없이 자동으로 주행되므로 이동체의 전단에 장애물에 대한 위치정보와 크기 등을 검출할 수 있는 공간인식모듈이 설치되며, 공간인식모듈에 의해 검출된 상기 장애물 정보를 이용하여 주행방향을 제어함으로써 장애물과의 충돌 등의 안전사고를 방지할 수 있다.

이러한 점을 감안하여 종래에는 도 1과 같이 무인 이동체(1)의 전단에 레이저와 같은 광송수신수단을 포함하는 공간인식모듈(5)을 설치하여 주행방향에 대한 장애물의 위치정보를 검출해 내었다.

상기 광송수신수단은 광을 조사하여 조사된 광이 장애물로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을 수광하여 장애물에 대한 위치정보를 검출해내는 장치이다. 즉, 조사된 후 반사되어 돌아오는 반사광의 시간 및 파장 등을 검출하여 장애물에 대한 위치정보를 얻게 된다. 이러한 광센서에 의해 검출된 장애물의 위치정보를 이용하여 이동체(1)의 주행방향을 변경하거나 속도를 감속 또는 정지시킴으로써, 이동체가 그 주행방향에 놓인 장애물에 충돌되는 것을 방지하게 된다.

하지만, 이와 같은 무인 이동체는 도 1과 같이 노면이 불균일하거나 기울어져 있을 경우 이동체의 상하 또는 좌우 맥동이 발생되고 이로 인해 장애물의 폭과 높이 등의 감지가 실제와는 달리 오차가 발생함에 따라 장애물의 위치 및 그 크기를 정확하게 인식하기가 어려웠다.

또한, 종래의 무인 이동체는 이동 중 장애물 감지 오차로 인해 정지상태에서 전방 장애물을 감지함에 따라 이동체의 이동속도가 지연되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 이동체의 이동시 노면 상태에 관계없이 장애물의 위치와 크기 등을 정확하게 인식할 수 있는 이동체의 공간인식 제어 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동체의 주행 중에도 전방의 공간정보를 정확히 인식할 수 있음에 따라 이동체의 이동 속도를 향상시킬 수 있는 이동체의 공간인식 제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 노면의 불균일한 상태를 감지하고 그에 따른 맥동레벨 신호를 출력하는 수평맥동센서; 수평 및 수직구동모터의 작동에 따라 미러가 좌우상하로 움직여서 광원의 송신 방향 및 각도를 조절하게 되며, 장애물에 부딪혀 반사된 광원을 통해 전방의 장애물을 인식하는 공간인식모듈; 및 입력된 상기 수평 및 수직구동모터에 대한 회전속도와 각도 지령 정보를, 상기 수평맥동센서로부터 입력된 맥동레벨 정보에 따라 수정하여 상기 공간인식모듈의 수평 및 수직구동모터의 회전속도 및 각도를 제어하는 모터제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 공간인식모듈은, 광원을 송수신하는 광송수신수단; 상기 광송수신수단으로부터 발사된 광원을 전방으로 소정 각도로 반사시키고, 전방의 장애물로부터 반사된 광원을 다시 광송수신수단으로 전달하는 미러; 상기 모터제어기의 제어신호에 따라 미러를 지령된 속도로 수평 회전시키는 수평구동모터; 및 상기 모터제어기의 제어신호에 따라 미러를 지령된 각도로 상하 회전시키는 수직구동모터;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 모터제어기로 미러의 수평 회전속도 및 수직 각도를 제어하는 명령을 출력함과 아울러 수평맥동센서로부터 입력된 맥동레벨 신호를 통해 상기 공간인식모듈을 통해 측정된 공간인식 정보의 정확성을 판단하는 마이크로프로세서를 더 포 함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은, 노면의 불균일한 상태를 감지하고 그에 따른 맥동레벨 신호를 출력하는 수평맥동센서; 노면의 기울기를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하는 자이로센서; 수평 및 수직구동모터의 작동에 따라 미러가 좌우상하로 움직여서 광원의 송신 방향 및 각도를 조절하게 되며, 장애물에 부딪혀 반사된 광원을 통해 전방의 장애물을 인식하는 공간인식모듈; 및 입력된 상기 수평 및 수직구동모터에 대한 회전속도와 각도 지령 정보를, 상기 수평맥동센서와 자이로센서로부터 각기 입력된 노면상태 정보에 따라 수정하여 상기 공간인식모듈의 수평 및 수직구동모터의 회전속도 및 각도를 제어하는 모터제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평맥동센서와 자이로센서는 공간인식모듈에 설치된 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이동체에 노면상태를 감지할 수 있는 센서를 설치하여 노면상태에 따른 보정신호를 생성하여 공간인식모듈을 제어함으로써, 노면 상태에 관계없이 장애물의 위치와 크기 등을 정확하게 인식할 수 있고, 또한 이동체의 주행 중에도 전방의 공간정보를 정확하게 인식할 수 있어 이동 속도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이동체의 공간인식 제어 장치를 나타낸 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명에 적용된 공간인식모듈을 나타낸 도면으로, 공간인식 제어 장치(10)는 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13), 센서모듈(15), 마이크로프로세서(17), 모터제어기(19) 및 공간인식모듈(20)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 수평맥동센서(11)는 이동체의 주행 중 노면의 불균일한 상태를 감지하고 그에 따른 맥동 신호를 출력하고, 자이로센서(13)는 이동체의 주행 중 노면의 기울기를 감지하고 그에 상응하는 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 여기서, 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13)는 이동체의 어느 곳에 설치하여도 무방하나 가능한 장애물 탐지와 같은 공간인식을 하는 공간인식모듈(20)에 설치하는 것이 검출 오차를 더 줄일 수 있어 바람직하다.

아울러, 본 발명의 실시예에서는 이동체의 공간 인식 장치(10)에 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13)를 모두 구비하는 것으로 도시하였지만, 수평맥동센서(11)만 설치하여도 본 발명의 목적 달성이 가능하다.

센서모듈(15)은 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13)로부터 입력된 감지신호를 취합하여 증폭 및 가공한 후 이동체의 맥동 레벨 및 기울임과 같은 노면상태 정보를 출력하도록 구성되어 있다.

마이크로프로세서(17)는 미리 저장된 제어 프로그램에 따라 공간인식모 듈(20)의 각종 동작을 제어함과 아울러 공간인식모듈(20)을 통한 장애물 감지 여부에 따라 이동체의 주행방향 등을 제어하도록 구성되어 있다.

아울러, 마이크로프로세서(17)는 센서모듈(15)을 통해 입력된 노면상태 정보를, 공간인식모듈(20)을 통해 검출된 공간인식 정보의 정확성을 판단하는 기초 자료로 활용할 수도 있다.

모터제어기(19)는 마이크로프로세서(17)부터 입력된 수평구동모터(21) 및 수직구동모터(23)의 회전속도와 각도 지령 정보에 상기 센서모듈(15)로부터 입력된 노면상태 정보를 반영하여 수평 및 수직구동모터(21, 23)의 회전속도 및 각도 등의 구동을 제어하도록 구성되어 있다.

그리고, 공간인식모듈(20)은 도 3과 같이 수평구동모터(21)와 수직구동모터(23), 광송수신수단(25) 및 미러(27) 등을 포함하여 구성되어 있는데, 공간인식모듈(20)은 수평 및 수직구동모터(21, 23)의 작동에 따라 미러(27)가 좌우상하로 움직여 광원의 송수신 방향 및 각도를 조절하게 되며, 장애물에 부딪혀 반사된 광원을 이용하여 전방의 장애물, 즉 3차원 공간을 인식하게 된다.

이와 같은 공간인식모듈(20)은 무인(無人) 이동체에 탑재되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 유인(有人) 이동체에도 장애물 감지를 위한 어시스트 장치로 채용될 수 있음은 당연하다. 아울러, 본 발명이 적용된 이동체는 로봇이나 무인 운반차, 유인 운반차 및 자동차 등을 포함한다.

상기 수평구동모터(21)는 모터제어기(19)의 제어신호에 따라 미러(27)의 회전축(22)을 회전시켜 미러(27)가 수평 방향으로 소정의 속도로 회전되도록 한다. 상기 수평구동모터(21)는 미러(27)를 전방 180도 범위내에서 반복 회전시킬 수도 있지만, 이 경우 모터의 회전 방향이 반복적으로 변경됨에 따라 모터에 부하를 주게 되어 전류소모가 많아지므로 모터의 부하를 줄이기 위해 미러(27)의 회전방향의 변경없이 360도 회전되도록 구동할 수도 있다. 물론, 후자의 경우 마이크로프로세서(17)는 일정 각도 범위의 신호만, 즉 전방의 장애물 감지신호만 유효한 공간인식 정보로 처리하게 된다.

수직구동모터(23)는 모터제어기(19)의 제어신호에 따라 미러(27)의 수직구동링크(24)를 상하로 구동시켜 미리가 상하로 소정의 각도로 회전되도록 한다. 상기 수직구동모터(23)의 경우 미러(27)가 상하로 0도 내지 90도 범위 내에서 작동되도록 구동하는 것이 바람직하다.

미러(27)는 광송수신수단(25)으로부터 발사된 광원을 소정 각도로 반사시켜 전방으로 발사되도록 하고, 전방의 장애물로부터 반사된 광원을 다시 반사하여 광송수신수단(25)으로 전달하게 된다.

한편, 상기 광송수신수단(25)은 마이크로프로세서(17)의 제어에 따라 미러(27) 측으로 광원을 발사하며, 미러(27)로부터 전달된 광원을 수신하여 전기신호로 변환한 후 마이크로프로세서(17)로 전달하도록 구성되어 있다. 이에 따라 마이크로프로세서(17)는 광송수신수단(25)으로 입력된 신호를 통해 장애물과의 거리와 폭 및 높이 등의 3차원 공간정보를 파악할 수 있게 된다. 즉, 마이크로프로세서(17)는 광원이 조사된 후 반사되어 돌아오는 반사광의 시간 및 파장 등을 검출하여 장애물과의 거리 및 장애물의 형태를 파악할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 공간인식 제어 장치의 작동 과정을 살펴보면, 먼저 마이크로프로세서(17)는 이동체의 주행 중 또는 정지 상태에서 미리 설정된 제어 프로그램에 따라 미러(27)가 소정의 회전속도와 각도로 회전되도록 모터제어기(19)를 제어하게 된다.

이에 따라 모터제어기(19)는 마이크로프로세서(17)로부터 입력된 지령에 따라 수평 및 수직구동모터(21, 23)를 구동하여 미러(27)가 소정의 회전속도와 각도로 수평 및 수직 회전되도록 제어하게 된다.

아울러, 마이크로프로세서(17)의 제어에 따라 광송수신수단(25)에서 발사된 광원은 미러(27)의 회전 방향에 따라 발사 방향과 각도가 조정되어 전방의 장애물을 탐지하게 되며, 장애물에 부딪혀 반사된 광원은 다시 미러(27)를 통해 광송수신수단(25)으로 반사되게 된다. 이에 따라 마이크로프로세서(17)는 광송수신수단(25)을 통해 입력된 반사 신호를 이용하여 장애물의 거리와 폭과 높이 등을 판단하여 3차원 공간인식을 수행하게 된다.

이와 같이 장애물을 스캐닝하는 상태에서, 센서모듈(15)은 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13)로부터 미리 설정된 기준값 이상의 맥동 레벨 또는/및 기울기 정보가 입력되면 그에 상응하는 노면상태 정보를 모터제어기(19)로 전달하게 된다.

이에 따라 모터제어기(19)는 마이크로프로세서(17)로부터 입력된 회전속도 및 각도 정보를 센서모듈(15)로부터 입력된 노면상태 정보에 따라 회전속도 및 각도 정보를 수정하고, 수정된 회전속도 및 각도 정보로 수평구동모터(21)와 수직구동모터(23)를 구동 제어하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 공간인식 제어 장치는 이동체의 이동 중 발생될 수 있는 노면 상태에 따른 수평 맥동과 기울기에 따라 전방 장애물의 정확한 인식이 어려울 수 있으므로, 이동체의 상하 맥동과 기울기를 감지할 수 있는 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13)를 장착하여 이를 추정 및 연산하여 3차원 공간인식에 반영함에 따라 노면 상태에 따른 공간인식의 오류를 제거할 수 있다.

예컨대, 모터제어기(19)는 마이크로프로세서(17)로부터 입력된 원래의 회전속도 및 각도 지령에 센서모듈(15)로부터 입력된 노면상태 정보를 반영하여 원래의 회전속도 및 각도 정보를 수정하고, 수정된 회전속도 및 각도 정보로 수평구동모터(21)와 수직구동모터(23)의 구동을 제어하게 된다.

즉, 도 1과 같이 이동체가 앞으로 기울어져 있는 상태에서는 수직구동모터(23)의 회전각도를 더 크게 하여야만 장애물의 유무와 그 크기를 정확하게 검출 및 스캐닝할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 기존과는 달리 이동하면서 발생되는 이동체의 기울임과 맥동의 외부적 요인에 의해 발생되는 정보 등을 모터제어기(19)와 마이크로프로세서(17)에 전달하여 정확한 3차원 공간 인식이 이루어지도록 한다.

본 발명의 실시예에서 수평맥동센서(11)와 자이로센서(13)를 모두 설치한 것을 예로 하였지만, 이동체의 공간 인식 장치(10)에 자이로센서(13)를 설치하지 않고 수평맥동센서(11)만 설치하여도 본 발명의 목적 달성은 가능하다.

상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 이동체의 공간인식을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이동체의 공간인식 제어 장치를 나타낸 기능 블록도이다.

도 3은 본 발명에 적용된 공간인식모듈을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11: 수평맥동센서 13: 자이로센서

15: 센서모듈 17: 마이크로프로세서

19: 모터제어기 20: 공간인식모듈

21: 수평구동모터 23: 수직구동모터

25: 광송수신수단 27: 미러

Claims (6)

1. 노면의 불균일한 상태를 감지하고 그에 따른 맥동레벨 신호를 출력하는 수평맥동센서;

   수평 및 수직구동모터의 작동에 따라 미러가 좌우상하로 움직여서 광원의 송신 방향 및 각도를 조절하게 되며, 장애물에 부딪혀 반사된 광원을 통해 전방의 장애물을 인식하는 공간인식모듈; 및

   입력된 상기 수평 및 수직구동모터에 대한 회전속도와 각도 지령 정보를, 상기 수평맥동센서로부터 입력된 맥동레벨 정보에 따라 수정하여 상기 공간인식모듈의 수평 및 수직구동모터의 회전속도 및 각도를 제어하는 모터제어기;를 포함하는 이동체의 공간인식 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 공간인식모듈은,

   광원을 송수신하는 광송수신수단;

   상기 광송수신수단으로부터 발사된 광원을 전방으로 소정 각도로 반사시키고, 전방의 장애물로부터 반사된 광원을 다시 광송수신수단으로 전달하는 미러;

   상기 모터제어기의 제어신호에 따라 미러를 지령된 속도로 수평 회전시키는 수평구동모터; 및

   상기 모터제어기의 제어신호에 따라 미러를 지령된 각도로 상하 회전시키는 수직구동모터;로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동체의 공간인식 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 모터제어기로 미러의 수평 회전속도 및 수직 각도를 제어하는 명령을 출력함과 아울러 수평맥동센서로부터 입력된 맥동레벨 신호를 통해 상기 공간인식모듈을 통해 측정된 공간인식 정보의 정확성을 판단하는 마이크로프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 공간인식 제어 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 수평맥동센서는 공간인식모듈에 설치된 것을 특징으로 하는 이동체의 공간인식 제어 장치.
5. 노면의 불균일한 상태를 감지하고 그에 따른 맥동레벨 신호를 출력하는 수평맥동센서;

   노면의 기울기를 감지하여 그에 상응하는 신호를 출력하는 자이로센서;

   수평 및 수직구동모터의 작동에 따라 미러가 좌우상하로 움직여서 광원의 송 신 방향 및 각도를 조절하게 되며, 장애물에 부딪혀 반사된 광원을 통해 전방의 장애물을 인식하는 공간인식모듈; 및

   입력된 상기 수평 및 수직구동모터에 대한 회전속도와 각도 지령 정보를, 상기 수평맥동센서와 자이로센서로부터 각기 입력된 노면상태 정보에 따라 수정하여 상기 공간인식모듈의 수평 및 수직구동모터의 회전속도 및 각도를 제어하는 모터제어기;를 포함하는 이동체의 공간인식 제어 장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 공간인식모듈은,

   광원을 송수신하는 광송수신수단;

   상기 광송수신수단으로부터 발사된 광원을 전방으로 소정 각도로 반사시키고, 전방의 장애물로부터 반사된 광원을 다시 광송수신수단으로 전달하는 미러;

   상기 모터제어기의 제어신호에 따라 미러를 지령된 속도로 수평 회전시키는 수평구동모터; 및

   상기 모터제어기의 제어신호에 따라 미러를 지령된 각도로 상하 회전시키는 수직구동모터;로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동체의 공간인식 제어 장치.

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