KR20110077784A

KR20110077784A - 장애물 감지 및 회피를 위한 수중로봇의 장애물 감지기와 수중로봇 및 그 방법

Info

Publication number: KR20110077784A
Application number: KR1020090134444A
Authority: KR
Inventors: 임태균
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-07

Abstract

본 발명은 장애물 감지 및 회피를 위한 수중로봇의 장애물 감지기와 이를 적용한 수중로봇 및 장애물 감지 방법에 관한 것으로, 본 발명의 수중로봇은, 몸체 및 몸체의 좌우 하단부에 지면에 지지되게 설치되어 회전 운동을 통해 몸체를 이동시키는 바퀴를 구비하는 수중로봇에 있어서, 바퀴의 회전 운동을 제어하여 몸체의 이동 방향을 제어하는 이동 제어부, 몸체의 이동시 전방의 장애물과 접촉되는 적어도 하나의 덧판, 덧판과 타측이 연결되어 장애물이 접촉된 덧판으로부터 가해지는 압력에 따라 눌려지는 스프링, 및 스프링의 일측과 연결되어 스프링이 눌려짐에 따라 가해지는 압력에 대응하여 몸체의 장애물과의 충돌을 감지하는 근접 센서를 포함하여 구성되며, 이때 이동 제어부는 근접 센서에서 장애물과의 충돌이 감지되면 몸체의 이동을 정지, 후진, 방향 전환, 및 재이동하도록 바퀴의 회전 운동을 제어한다. 이에 의해, 수중에서 이동중에 장애물의 감지 성능을 높일 수 있으며 이에 대응한 회피 이동이 용이한 장점이 있다.

수중로봇, 장애물, 벽, 수중, 수조, 감지, 회피, 이동

Description

장애물 감지 및 회피를 위한 수중로봇의 장애물 감지기와 수중로봇 및 그 방법{Obstacle Sensor of Underwater Robot for sensing and avoiding of obstacles, Underwater Robot and Method thereof}

본 발명은 수중로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수중에서 이동 중에 장애물을 감지하고 감지된 장애물을 회피하기 위한 장애물 감지기와 이를 적용한 수중로봇 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수중로봇이 수중에서 주변 장애물에 대한 환경을 인식하는 방법으로는 주로 초음파 센서가 사용된다. 즉, 수중로봇은 수중에서 초음파 센서에 구비된 초음파 헤드를 통해 음파를 발생시키고 물체로부터 되돌아오는 음파의 시간을 계측하여 물체까지의 거리를 계산함으로써, 수중로봇 주변의 장애물을 감지한다.

도 1은 타원형 수조에서 수중로봇이 움직이는 궤적의 예를 도시한 평면도이다.

도시된 바와 같이, 수중로봇(10)은 수조(1) 내를 자유 이동하게 되는데, 점 선을 따라 좌상으로 이동하면 수조(1) 벽면이나 수조(1) 내의 장애물에 닿게 된다. 이하에서는 수조(1)의 벽면 및 장애물을 통틀어 장애물로 통칭한다. 이때 장애물(5)에 닿게 되더라도 수조(1) 내의 장애물(5)을 감지하지 못하면, 수중로봇(10)은 전진하지 못 하면서도 계속 바퀴를 헛구동하게 되어 구동 모터에 과부하를 초래하게 되어 고장을 유발한다. 반면에, 수중로봇(10)이 장애물(5)을 감지하면, 우측(7)으로 방향을 전환하여 모터의 과부하를 방지할 수 있게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 기존의 수중로봇(10)의 구성 예를 간략하게 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 수중로봇(10)은 몸체(11)와 몸체(11)의 좌우에 전후로 한 쌍씩 각각 설치된 바퀴(12a,12b,13a,13b)로 구성된다. 이때 몸체(11)의 이동방향인 전면부에는 3개의 수중 초음파 센서(14a,14b,14c: 14)가 배열 설치되어, 몸체(11)의 전면부로부터 물체까지의 거리를 측정하게 된다.

그런데, 수중에서 수중로봇(10)이 이동할 때 근접 영역의 유체 내에는 파동이 발생하게 되는데, 이에 따라 초음파 센서(14)에서 전송되어 장애물(5)로부터 반송되는 초음파의 이송경로에 방해를 주게 되어 초음파 신호가 떨리는 문제가 발생한다. 이에 의해, 수중로봇(10)은 장애물에 대한 거리 계산에 오류를 발생하게 되고, 근거리에서 생기는 초음파 센서(14) 고유의 불감대로 인하여 근접 거리에서 장애물 감지의 감도를 떨어뜨리고 오류를 유발하는 문제점이 있다.

한편, 수중 장애물 감지 및 회피를 위해 제안된 기술 중에서, 국내 등록실용신안공보 제20-0242840호, "수영장 청소장치"의 경우, 청소장치 전후방측에 컨넥트 바가 구비되고 그 양측에 각각 로드가 연결되며 로드의 타측에 자석체가 설치되어 전후진시 장애물에 닿을 때 움직이는 자석체를 장애물 감지센서가 감응하도록 고안된 기술이다.

그런데, 이러한 수영장 청소장치는 실제 운용시 마그네트 성질을 이용한 장애물 감지센서가 방수를 위하여 철제 케이스 내에 설치될 경우, 자기가 마그네트 주위 철판으로 분산되어 장애물 감지를 위한 감도가 크게 떨어지는 단점이 있다.

이에, 수중에서 수중로봇의 이동에 방해가 되는 장애물을 감지하기 위한 센서에 대한 방수성이 제공됨과 동시에 장애물을 보다 정확하게 감지할 수 있는 방법이 요구된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수중에서 이동 중에 장애물을 보다 정확하게 감지할 수 있는 수중로봇의 장애물 감지기와, 이를 적용한 수중로봇 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 수중에서 이동 중에 장애물을 보다 정확하게 감지하고 이를 용이하게 회피하여 이동할 수 있도록 하는 수중로봇의 장애물 감지기와, 이를 적용한 수중로봇 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수중에서 이동 중에 장애물을 감지하기 위해 구비해야하는 장애물 감지센서에 대한 방수성이 제공되는 수중로봇의 장애물 감지기 와, 이를 적용한 수중로봇 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수중로봇의 장애물 감지기는, 상기 수중로봇의 몸체 외측단부에 설치되는 적어도 하나의 근접 센서; 상기 근접 센서와 일측이 연결되어 타측으로부터 가해지는 압력을 상기 근접 센서에 제공하는 스프링; 및 상기 스프링의 타측에 부착되어 전방의 장애물과의 접촉시 가해지는 압력을 상기 스프링에 전달하는 덧판;을 포함하여 구성되며, 상기 근접 센서는 상기 수중로봇이 이동하는 중에 상기 장애물이 상기 덧판에 접촉되어 상기 스프링에 전달되는 압력에 대응하여 상기 수중로봇의 상기 장애물과의 충돌을 감지하는 것을 특징한다.

바람직하게는, 상기 근접 센서는 상기 수중로봇의 몸체 외측단부 중 상기 수중로봇이 이동하는 방향에 대응하는 상기 몸체 외측단부에 설치된다.

또한, 상기 근접 센서는 상기 수중로봇의 이동방향 별로 3개씩 상기 몸체 외측단부에 설치된다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수중로봇은, 몸체 및 상기 몸체의 좌우 하단부에 지면에 지지되게 설치되어 회전 운동을 통해 상기 몸체를 이동시키는 바퀴를 구비하는 수중로봇에 있어서, 상기 바퀴의 회전 운동을 제어하여 상기 몸체의 이동 방향을 제어하는 이동 제어부; 상기 몸체의 이동시 전방의 장애물과 접촉되는 적어도 하나의 덧판; 상기 덧판과 타측이 연결되어 상기 장애물이 접촉된 상기 덧판으로부터 가해지는 압력에 따라 눌려지는 스프링; 및 상기 스프링의 일측과 연결되어 상기 스프링이 눌려짐에 따라 가해지는 압력에 대응하여 상기 몸체의 상기 장애물과의 충돌을 감지하는 근접 센서;를 포함하여 구성되며, 상기 이동 제어부는 상기 근접 센서에서 상기 장애물과의 충돌이 감지되면 상기 몸체의 이동을 정지, 후진, 방향 전환, 및 재이동하도록 상기 바퀴의 회전 운동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 덧판은 상기 몸체의 이동하는 방향에 대응하여 상기 몸체의 외측단부에 설치된다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수중로봇의 장애물 감지 및 회피 방법은, 몸체 및 상기 몸체의 좌우 하단부에 지면에 지지되게 설치되어 회전 운동을 통해 상기 몸체를 이동시키는 바퀴를 구비하는 수중로봇의 장애물 감지 및 회피 방법에 있어서, 상기 몸체의 외측단부에 설치된 덧판을 통해 상기 몸체의 이동시 전방의 장애물과의 접촉을 감지하는 단계; 상기 덧판과 타측이 연결된 스프링을 통해 상기 장애물이 접촉된 상기 덧판으로부터 가해지는 압력을 감지하는 단계; 상기 스프링의 일측과 연결된 근접 센서를 통해 상기 스프링에 가해지는 압력에 대응하여 상기 몸체의 상기 장애물과의 충돌을 감지하는 단계; 및 상기 바퀴를 제어하여 상기 몸체의 이동 방향을 제어하는 이동 제어부를 통해 상기 근접 센서에서 감지된 상기 장애물과의 충돌에 따라 상기 몸체의 이동을 정지, 후진, 방향 전환, 및 재이동하도록 상기 바퀴의 회전 운동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징한다.

본 발명에 따르면, 기존과 같이 초음파를 이용하지 않고 수중로봇에 설치된 덧판과 장애물의 접촉에 근거하여 장애물을 감지함으로써, 장애물에 대한 보다 정확한 감지가 가능한 장점이 있다.

또한, 기존과 같이 마그네트 성질을 이용하지 않고 스프링에 가해지는 압력을 감지하는 것만으로 장애물을 감지하도록 구성함으로써, 수중로봇의 장애물 감지를 위해 구비해야하는 센서에 대한 방수성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중에서 장애물에 대한 보다 정확한 감지가 가능한 수중로봇의 예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 수중로봇(100)은 몸체(110), 바퀴(120), 장애물 감지부(130), 및 이동 제어부(140)를 포함하여 구성된다.

바퀴(120)는 몸체(110)의 좌우 하단부에, 지면에 지지되게 설치되고, 회전 운동을 통해 몸체(110)를 포함한 수중로봇(100)을 이동시키는 기능을 수행한다.

장애물 감지부(130)는 수중로봇(100)의 이동방향에 대응하여 몸체(110)의 외측단부에 설치되며, 근접 센서(132), 스프링(134), 및 덧판(136)을 포함하여 구성된다. 이때 장애물 감지부(130)는 몸체(110)에 복수개 설치되는데, 도면에서는 3개가 설치된 예를 도시하고 있다.

근접 센서(132)는 수중로봇(100)의 몸체(110) 외측단부에 설치되고, 스프링(134)은 근접 센서(132)와 일측이 연결되어 타측으로부터 가해지는 압력에 따라 눌려지는 힘을 근접 센서(132)에 제공한다. 덧판(136)은 스프링(134)의 타측에 부착되어 전방의 장애물과의 접촉시 가해지는 압력을 스프링(134)에 전달한다.

이러한 구성에 의해, 수중로봇(100)이 이동하는 중에, 덧판(136)은 장애물과 접촉되면 가해지는 압력을 스프링(134)에 전달하고, 이에 스프링(134)은 가해지는 압력에 의해 눌려지며, 근접 센서(132)는 스프링(134)이 눌림에 따라 가해지는 압력에 기초하여 수중로봇(100)이 장애물과 충돌한 것을 감지한다.

이동 제어부(140)는 바퀴(120)의 회전 운동을 제어하여 몸체(110)를 포함하는 수중로봇(100)의 이동 및 이동 방향을 제어한다. 본 실시예에서 이동 제어부(140)는 근접 센서(132)에서 장애물과의 충돌이 감지되면, 수중로봇(100)이 장애물을 회피하여 이동할 수 있도록 바퀴(120)의 회전 운동을 제어한다. 즉, 이동 제어부(140)는 장애물의 회피 이동을 위해 몸체(110)를 포함한 수중로봇(100)의 이동을 정지, 후진, 방향 전환, 및 재이동하도록 바퀴(120)의 회전 운동을 제어한다. 이때 장애물에 닿게 되어 눌려진 스프링(134) 및 덧판(136)은 제자리로 복원된다.

따라서, 기존과 같이 초음파를 이용하지 않고 수중로봇(100)에 설치된 덧 판(136)과 장애물의 접촉에 근거하여 장애물을 감지함으로써, 장애물에 대한 보다 정확한 감지가 가능한 장점이 있다. 또한, 기존과 같이 마그네트 성질을 이용하지 않고 스프링(134)에 가해지는 압력을 감지하는 것만으로 장애물을 감지하도록 구성함으로써, 수중로봇의 장애물 감지를 위해 구비해야하는 센서에 대한 방수성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 3에 도시된 수중로봇에 설치되는 장애물 감지부의 다른 설치 예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예의 수중로봇(100)은 장애물 감지부(130)가 몸체(110)의 전방 외측단부에만 설치된 도 3과 달리, 몸체(110)의 전후 및 좌우의 외측단부에 각각 3개씩 설치된 구성을 갖는다.

이를 통해, 장애물 감지부(130)는 수중로봇(100)이 이동하는 전후 좌우의 모든 방향에 대해 장애물을 감지할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장애물 감지부가 구비된 수중로봇을 이용한 장애물 감지 및 회피 방법을 도시한 흐름도이다.

도면은 몸체(110) 및 몸체(110)의 좌우 하단부에 지면에 지지되게 설치되어 회전 운동을 통해 몸체(110)를 이동시키는 바퀴(120)를 구비하는 수중로봇(100)의 장애물 감지 및 회피 방법을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 먼저 장애물 감지부(130)는 몸체(110)를 포함한 수중로봇(100)의 이동 중에, 몸체(110)의 외측단부에 설치된 덧판(136)을 통해 이동 방향에 대응하는 전방의 장애물과 접촉을 감지한다(S110).

장애물 감지부(130)는 덧판(136)에 장애물이 접촉되면, 덧판(136)과 타측이 연결된 스프링(134)을 통해 장애물이 접촉된 덧판(136)으로부터 가해지는 압력을 감지한다(S120).

장애물 감지부(130)는 스프링(134)에 압력이 가해지면, 스프링(134)의 일측과 연결된 근접 센서(132)를 통해 스프링(134)에 가해지는 압력에 대응하여 몸체(110)를 포함한 수중로봇(100)의 장애물과의 충돌을 감지한다(S130).

장애물 감지부(130)에서 몸체(110)를 포함한 수중로봇(100)의 장애물과의 충돌이 감지되면, 이동 제어부(140)는 바퀴(120)의 회전 운동을 제어하여 근접 센서(132)에서 감지된 장애물과의 충돌에 따라 몸체(110)를 포함한 수중로봇(100)의 이동을 정지시킨다(S140). 수중로봇(100)이 정지된 후, 이동 제어부(140)는 장애물과 충돌된 덧판(136)으로부터 가해지는 압력에 의해 눌려진 스프링(134)이 제자리로 복원되고 수중로봇(100)이 회전 가능한 공간이 확보될 수 있도록, 바퀴(120)의 회전 운동을 제어하여 수중로봇(100)을 후진시킨다(S150).

이후 이동 제어부(140)는 회전 가능한 공간을 이용하여 바퀴(120)의 회전 운동을 제어하여 수중로봇(100)의 진행 방향을 전환시킨다(S160). 진행 방향이 전환되면, 이동 제어부(140)는 바퀴(120)의 회전 운동을 제어하여 전환된 방향으로 수중로봇(100)이 이동할 수 있도록 제어한다(S170).

이러한 과정을 통해 수중로봇(100)과 충돌된 장애물을 정확하게 감지할 수 있고, 충돌된 장애물을 신속하게 회피하여 재이동할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설 명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 기존의 수중로봇의 구성 예를 간략하게 도시한 도면이다.

Claims

수중로봇의 장애물 감지기에 있어서,

상기 수중로봇의 몸체 외측단부에 설치되는 적어도 하나의 근접 센서;

상기 근접 센서와 일측이 연결되어 타측으로부터 가해지는 압력을 상기 근접 센서에 제공하는 스프링; 및

상기 스프링의 타측에 부착되어 전방의 장애물과의 접촉시 가해지는 압력을 상기 스프링에 전달하는 덧판;을 포함하여 구성되며,

상기 근접 센서는 상기 수중로봇이 이동하는 중에 상기 장애물이 상기 덧판에 접촉되어 상기 스프링에 전달되는 압력에 대응하여 상기 수중로봇의 상기 장애물과의 충돌을 감지하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 장애물 감지기.
제 1항에 있어서,

상기 근접 센서는 상기 수중로봇의 몸체 외측단부 중 상기 수중로봇이 이동하는 방향에 대응하는 상기 몸체 외측단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 장애물 감지기.
제 2항에 있어서,

상기 근접 센서는 상기 수중로봇의 이동방향 별로 3개씩 상기 몸체 외측단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 장애물 감지기.
몸체 및 상기 몸체의 좌우 하단부에 지면에 지지되게 설치되어 회전 운동을 통해 상기 몸체를 이동시키는 바퀴를 구비하는 수중로봇에 있어서,

상기 바퀴의 회전 운동을 제어하여 상기 몸체의 이동 방향을 제어하는 이동 제어부;

상기 몸체의 이동시 전방의 장애물과 접촉되는 적어도 하나의 덧판;

상기 덧판과 타측이 연결되어 상기 장애물이 접촉된 상기 덧판으로부터 가해지는 압력에 따라 눌려지는 스프링; 및

상기 스프링의 일측과 연결되어 상기 스프링이 눌려짐에 따라 가해지는 압력에 대응하여 상기 몸체의 상기 장애물과의 충돌을 감지하는 근접 센서;를 포함하여 구성되며,

상기 이동 제어부는 상기 근접 센서에서 상기 장애물과의 충돌이 감지되면 상기 몸체의 이동을 정지, 후진, 방향 전환, 및 재이동하도록 상기 바퀴의 회전 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 수중로봇.
제 4항에 있어서,

상기 덧판은 상기 몸체의 이동하는 방향에 대응하여 상기 몸체의 외측단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수중로봇.
몸체 및 상기 몸체의 좌우 하단부에 지면에 지지되게 설치되어 회전 운동을 통해 상기 몸체를 이동시키는 바퀴를 구비하는 수중로봇의 장애물 감지 및 회피 방법에 있어서,

상기 몸체의 외측단부에 설치된 덧판을 통해 상기 몸체의 이동시 전방의 장애물과의 접촉을 감지하는 단계;

상기 덧판과 타측이 연결된 스프링을 통해 상기 장애물이 접촉된 상기 덧판으로부터 가해지는 압력을 감지하는 단계;

상기 스프링의 일측과 연결된 근접 센서를 통해 상기 스프링에 가해지는 압력에 대응하여 상기 몸체의 상기 장애물과의 충돌을 감지하는 단계; 및

상기 바퀴를 제어하여 상기 몸체의 이동 방향을 제어하는 이동 제어부를 통해 상기 근접 센서에서 감지된 상기 장애물과의 충돌에 따라 상기 몸체의 이동을 정지, 후진, 방향 전환, 및 재이동하도록 상기 바퀴의 회전 운동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 장애물 감지 및 회피 방법.