KR20100086093A - 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각각의 ID를 갖는 마스터(master) 로봇 및 이에 종속된 다수의 종속(slave) 로봇들로 구성되는 군집로봇과; 상기 군집로봇을 제어하는 제어부로 이루어지며, 상기 각 로봇의 전, 후, 좌, 우 사면에 위치 검출 및 식별을 위한 마커가 부착됨으로써, 군집로봇이 운영되는 환경에서 최소한의 위치검출 마커로도 각 로봇의 자기 위치를 인식할 수 있으며, 이를 통해 군집 로봇 운영비용을 최소화하고 1대의 로봇으로 불가능한 기능들을 여러 대의 로봇으로 수행케 하는 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템을 제공한다.

Description

자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템{location control system of autonomous group robot}

본 발명은 군집로봇에 관한 것으로, 특히 군집을 이루는 다수의 자율주행 로봇들에 대한 위치 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 군집로봇 시스템은 군집을 이루는 로봇들 간의 협동을 통하여 단일 로봇보다 나은 성능을 구현함을 목적으로 한다.

최근 들어서 특정한 운영 환경 내에서 위치 인식용 태그 없이 로봇간 협동을 수행할 수 있도록 하는 다양한 알고리즘들에 대한 연구가 진행되고 있으나, 관련 기술의 90% 이상이 하드웨어 기반 없이 컴퓨터 상에서 시뮬레이션만으로 구현되어 실생활에 적용된 예가 거의 없다.

또한, 기존의 군집로봇 시스템의 일 예로서 군집로봇 축구 시스템처럼 상부에 위치 파악용 카메라가 구비되고, 로봇 주변의 기반 시설들에 마커를 설치하여 로봇들의 절대 위치를 측정하고 이를 통해 로봇들 간의 상대 위치를 다시 계산하는 시스템이 있으나, 이는 상기 마커가 설치된 기반시설들이 어떻게 형성되어 있느냐가 시스템 성능에 큰 영향을 미치고, 이러한 기반 시설을 형성하는데 많은 비용과 시간이 소요된다는 단점이 있다.

또한, 엔터테인먼트용으로 활용되는 이족로봇 타입 군집로봇 시스템은 로봇들이 한번 설정해 놓은 위치에서 거의 벗어나지 않기 때문에 실질적인 군집로봇의 위치 제어 시스템으로 보기 어렵다.

결과적으로 기존의 군집로봇 시스템으로는 실생활에 필요한 제품화라는 단계까지는 기술적이나 비용적인 면에서 너무 요원하다는 문제가 있다.

본 발명은 각각의 ID를 갖는 마스터(master) 로봇 및 이에 종속된 다수의 종속(slave) 로봇들로 구성되는 군집로봇과; 상기 군집로봇을 제어하는 제어부로 이루어지며, 상기 각 로봇의 전, 후, 좌, 우 사면에 위치 검출 및 식별을 위한 마커가 부착됨으로써, 군집로봇이 운영되는 환경에서 최소한의 위치검출 마커로도 각 로봇의 자기 위치를 인식할 수 있으며, 이를 통해 군집 로봇 운영비용을 최소화하고 1대의 로봇으로 불가능한 기능들을 여러 대의 로봇으로 수행케 하는 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템은, 군집로봇을 구성하며 각각의 ID를 갖는 다수의 로봇들과; 상기 각각의 로봇을 제어하는 제어부로 구성되며, 상기 다수의 로봇들은 하나의 마스터 로봇과, 상기 마스터(master) 로봇으로부터 위치 정보 등을 수신하여 이에 종속된 주행 동작을 수행하는 다수의 종속(slave) 로봇들로 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 각각의 로봇은, 좌, 우측 바퀴를 통해 이동하는 몸체부와; 상기 몸체부 하단의 4면에 각각 다수개로 구비되고, 자신 또는 인접한 로봇들에 대한 위치를 검출하는 마커들과; 상기 몸체부의 정면에 위치하고 비전 인식을 위해 구비되는 비전 센서로서의 카메라와; 상기 카메라 상측 및 몸체부의 측면에 위치하며, 운영 환경 상에 위치하는 물체 및 인접한 로봇과의 거리를 인식하는 초음파 거리 센서 송신부 및 수신부와; 인접한 로봇 또는 제어부와의 데이터 송수신을 위해 구비되는 무선통신모듈과; 자신의 위치 제어를 위해 구비되는 엔코더 및 자이로 센서와; 상기 엔코더에 의해 수행된 데이터, 자이로 센서에 의해 감지된 데이터 및 초음파 거리 센서에 의해 감지된 데이터를 처리하는 메인 프로세서와; 상기 몸체부 상단에 위치한 다수의 LED를 구비하는 LED 패널을 포함하여 구성되며, 상기 마커들은 로봇의 자율 주행에 따른 이동 방향에 활용되는 방향마커들과, 각 로봇의 ID를 인식하기 위한 ID 마커들로 구분됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 군집로봇을 이루는 각 로봇의 전, 후, 좌, 우 사면에 위치 검출 및 식별을 위한 마커가 부착됨으로써, 군집로봇이 운영되는 환경에서 최소한의 위치검출 마커로도 각 로봇의 자기 위치를 인식할 수 있으며, 이를 통해 군집 로봇 운영비용을 최소화하고, 장소에 구애 받지 않고 군집 로봇의 자율 주행 시나리오를 구현할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 각각의 로봇이 군집을 이룰 때 로봇 간의 인식하는 모습을 색깔이나 도형 등으로 LED 모듈에 나타내어 로봇의 동작을 확인할 수 있고, 각 로봇의 실시간 위치 및 진행방향을 인식하여 원격지 제어부로 구현되는 Host PC에서 프로그램 상으로 로봇 위치를 체크할 수 있으며, 이와 같은 군집로봇 위치 제어 시스템을 통하여 엔터테인먼트적인 효과와 함께 이것을 광고 또는 홍보용으로 활용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템의 개략적인 구성 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템(100)은, 군집로봇을 구성하는 다수의 로봇들(120, 122)과; 상기 각각의 로봇을 제어하는 제어부(110)로 구성된다.

이때, 상기 다수의 로봇들은 각각의 ID를 가지고 있으며, 이는 하나의 마스터 로봇(Master)(120)과, 상기 마스터 로봇(120)으로부터 위치 정보 등을 수신하여 이에 종속된 주행 동작을 수행하는 다수의 종속 로봇들(Slave1 ~ n)(122)로 구성된다. 상기 다수의 종속 로봇들(122)도 각각의 ID를 갖는다.

또한, 상기 제어부(110)는 상기 군집 로봇과 이격되어 위치된 원격지의 호스트 PC로 구현될 수 있으며, 상기 마스터 로봇(120) 및 종속 로봇들(122)을 제어하는 다양한 제어신호를 송수신하는 역할을 한다.

즉, 상기 제어부(110)는 군집로봇들이 주행하는 운영환경에 대한 전체 맵 정보와 기준 마커의 위치 데이터가 입력되어 있고, 상기 군집 로봇 포메이션 동작 프로그램을 운영하고, 시나리오에서 각 로봇의 위치추정에 필요한 데이터가 저장되어 있다.

도 2는 도 1에 도시된 로봇의 외형을 나타내는 사시도이다.

여기서, 도 2에 도시된 로봇(200)은 마스터 로봇(120) 또는 종속 로봇(122) 을 도시한 것으로, 실질적으로 마스터 로봇과 종속 로봇은 동일한 구성으로 구현되나, 사용자의 선택에 의해 로봇 들 중 하나가 마스터 로봇으로 설정된다.

즉, 각각의 ID를 갖는 로봇 들 중 사용자가 지정한 특정 ID를 갖는 로봇이 마스터 로봇이 되며, 제어부(110)는 이러한 특정 ID를 갖는 로봇을 마스터 로봇으로 설정하게 된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 로봇(200)은, 좌, 우측 바퀴(212)를 통해 이동하는 몸체부(210)와; 상기 몸체부(210) 하단의 4면에 각각 다수개로 구비되고, 자신 또는 인접한 로봇들에 대한 위치를 검출하는 마커들(220)과; 상기 몸체부(210)의 정면에 위치하고 비전 인식을 위해 구비되는 비전 센서로서의 카메라(230)와; 상기 카메라 상측 및 몸체부의 측면에 위치하며, 운영 환경 상에 위치하는 물체 및 인접한 로봇과의 거리를 인식하는 초음파 거리 센서 송신부(244) 및 수신부(242)와; 인접한 로봇 또는 제어부(도 1의 110)와의 데이터 송수신을 위해 구비되는 무선통신모듈(미도시)과; 자신의 위치 제어를 위해 구비되는 엔코더(미도시) 및 자이로 센서(미도시)와; 상기 엔코더(미도시)에 의해 수행된 데이터, 자이로 센서에 의해 감지된 데이터 및 초음파 거리 센서(240)에 의해 감지된 데이터를 처리하는 메인 프로세서(미도시)와; 상기 몸체부(210) 상단에 위치한 다수의 LED(252)를 구비하는 LED 패널(250)을 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 마커들(220)은 로봇의 자율 주행에 따른 이동 방향에 활용되는 방향마커들(222)과, 각 로봇의 ID를 인식하기 위한 ID 마커들(224)로 구분된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의해 마스터 로봇에 따른 종속 로봇들의 위치 제어가 수행되는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

각 로봇의 동작은 맵 데이터인 절대좌표 값으로 추측항해를 수행하면서 센서와 카메라를 통해 계산된 상대좌표 값과 비교하여 최대한 실제 위치에 가까운 위치로 이동한다.

로봇의 포메이션 동작의 수행은, 마스터 로봇(120)이 제어부(110)로부터 로봇이 운영되는 장소의 저장된 맵 데이터를 넘겨받아, 포메이션 프로그램의 시나리오에 따라 다른 종속 로봇들(122)에 우선하여 움직이면서 로봇의 거리센서와 엔코더와 자이로센서 값을 토대로 맵과 비교하면서 기준 마커가 지정된 위치까지 이동하여 카메라(230)로 마커의 위치를 찾아 제어부(110)의 DB와 비교해서 정위치를 수정한 후, 포메이션 동작에 필요한 위치까지 이동하여 정지한다.

이에 종속 로봇(122)은 상기 마스터 로봇(120)이 움직인 주행 데이터를 넘겨받아 마스터 로봇(120)까지 접근하여 카메라(230)로 마스터 로봇(120)에 있는 마커의 패턴과 로봇의 엣지를 DB와 비교하여 정위치를 수정한 후, 포메이션 동작에 필요한 위치까지 이동하여 정지하고, 다음 순위의 종속 로봇은 이전 순위의 종속 로봇이 움직인 주행 데이터를 넘겨받아 이전순위의 종속 로봇까지 접근하여 카메라로 이전순위로봇에 있는 마커의 패턴과 로봇의 엣지를 DB와 비교하여 정위치를 수정한 후, 포메이션 동작에 필요한 위치까지 이동하여 정지하는 식으로 다른 종속 로봇들도 움직인다.

선순위 종속 로봇의 마커를 후순위 종속 로봇이 인지하는 과정은, 먼저 선순위 종속 로봇의 ID 마커를 카메라로 인식하여 DB와 비교해 선순위 종속 로봇을 인식한 후, 선순위 종속 로봇의 방향 마커를 인식해서 포메이션 시나리오에 기준이 되는 방향으로 움직여서 선순위 로봇의 엣지를 카메라로 검출하면서 초음파센서의 거리 데이터도 같이 DB와 비교하여 정위치를 수정한 후 다음으로 포메이션 동작에 필요한 위치까지 이동하여 정지한다.

로봇의 거리센서인 초음파 센서(240)는 여러 대의 로봇이 동시에 초음파를 쏘면 신호가 섞여서 동작이 안되므로, 움직이는 로봇만이 센서 송수신을 하여 물체 및 거리를 체크한다.

또한, 본 발명의 실시예의 경우 위와 같은 형식으로 모든 로봇들이 포메이션을 이루면서 각 로봇의 상단부에 위치한 LED 패널(250)에 디스플레이되는 형상을 조합하여 다양한 문구나 도안들을 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템의 개략적인 구성 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 로봇의 외형을 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 의해 마스터 로봇에 따른 종속 로봇들의 위치 제어가 수행되는 것을 개략적으로 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 제어부 120: 마스터 로봇

122: 종속 로봇

Claims (3)

1. 군집로봇을 구성하며 각각의 ID를 갖는 다수의 로봇들과;

   상기 각각의 로봇을 제어하는 제어부로 구성되며,

   상기 다수의 로봇들은 하나의 마스터 로봇과, 상기 마스터(master) 로봇으로부터 위치 정보 등을 수신하여 이에 종속된 주행 동작을 수행하는 다수의 종속(slave) 로봇들로 이루어짐을 특징으로 하는 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각각의 로봇은,

   좌, 우측 바퀴를 통해 이동하는 몸체부와;

   상기 몸체부 하단의 4면에 각각 다수개로 구비되고, 자신 또는 인접한 로봇들에 대한 위치를 검출하는 마커들과;

   상기 몸체부의 정면에 위치하고 비전 인식을 위해 구비되는 비전 센서로서의 카메라와;

   상기 카메라 상측 및 몸체부의 측면에 위치하며, 운영 환경 상에 위치하는 물체 및 인접한 로봇과의 거리를 인식하는 초음파 거리 센서 송신부 및 수신부와;

   인접한 로봇 또는 제어부와의 데이터 송수신을 위해 구비되는 무선통신모듈과;

   자신의 위치 제어를 위해 구비되는 엔코더 및 자이로 센서와;

   상기 엔코더에 의해 수행된 데이터, 자이로 센서에 의해 감지된 데이터 및 초음파 거리 센서에 의해 감지된 데이터를 처리하는 메인 프로세서와;

   상기 몸체부 상단에 위치한 다수의 LED를 구비하는 LED 패널을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 마커들은 로봇의 자율 주행에 따른 이동 방향에 활용되는 방향마커들과, 각 로봇의 ID를 인식하기 위한 ID 마커들로 구분됨을 특징으로 하는 자율주행 군집로봇 위치 제어 시스템.

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