KR20120076628A - 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템에 관한 것으로, 무선센서 네트워크를 기반으로 스마트 가전제어 환경에서 통신 단절로 인한 가전기기제어에 문제가 발생하게 될 경우 이동로봇을 이용하여 가전기기의 상태를 진단 및 처리하는 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가전기기 진단 및 처리 시스템은, 스마트 가전제어를 위한 무선센서 네트워크에 있어서, 상기 무선센서 네트워크를 이루는 각 가전기기의 제어부와 통신하여 해당 가전기기의 제어 및 관리를 수행하는 스마트 가전 매니저; 및 상기 네트워크가 설치된 장소를 이동하여 네트워크 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태를 진단하고, 해당 가전기기의 고장을 처리하거나 상기 스마트 가전 매니저에 소정 상태를 보고하는 이동로봇을 포함하여 구성된다.

Description

이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템 {DIAGNOSE AND TREATMENT SYSTEM FOR HOME APPLIANCES USING MOVABLE ROBOT}
본 발명은 가전기기 진단 및 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지그비 기반 네트워크를 이용한 스마트 제어 환경에서 여러 기기 사용 시 Latency 과부하, 건물 환경, 외부 간섭, 노이즈 등에 의해 통신 단절이 발생하게 될 경우 자율 이동형 로봇을 이용하여 기기의 상태 감지, 상태 처리, 상태 보고 등의 기능을 수행하는 생활기기 진단 및 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 스마트 환경의 홈 네트워크 기술과 관련하여 미래 주거형 건물에서 스마트 가전기기 제어에 필요한 여러 가지 네트워크 중 저가의 시스템 구현이 가능한 Zigbee 기반의 무선센서 네트워크를 가장 많이 사용하고 있다. 하지만 이러한 Zigbee기반의 무선센서 네트워크를 이용한 스마트 가전기기 제어에 있어서 다음과 같은 문제점들을 드러내고 있다.
첫째, 인간의 욕구는 개인마다 천차만별로 다르기 때문에 이들이 거주하는 가정 역시 각각 다른 구조 및 환경에서 스마트 가전제어기기 제어 시스템을 적용해야하는 문제점이 있다. 그 이유는 Zigbee 네트워크는 RF통신의 특성상 주변 환경에 민감하여 외부의 간섭 및 노이즈에 의한 데이터 지연 등과 같은 통신단절 현상이 자주 발생할 수가 있기 때문이다,
둘째, 센서 네트워크의 가장 주요한 기능중 하나인 애드-훅 네트워크 시스템에서 센서 노드의 이동에 따라 네트워크 토폴로지가 능동적으로 변화된다. 이러한 네트워크 토폴로지의 변화는 빈번한 루트 정보의 갱신을 야기시켜 루트 정보의 관리를 복잡하게 하며, 이를 위한 라우팅 제어 메시지는 네트워크 오버헤드로 작용한다. 또한, 이러한 애드-훅 네트워크 시스템에서 다소 거리가 먼 센서 노드의 데이터를 코디네이터로 전송하기 위해서는 가장 가까운 센서노드에 전송하는 방식으로 여러 개의 센서 노드를 거치면서 전송이 되는데, 무선센서 네트워크의 규모가 커지면 커질수록 사용하는 센서 노드의 수가 증가하게 되고 결국은 코디네이터에서 수신 받는데에 그만큼의 많은 시간을 소요하게 된다. 이는 Zigbee기반의 무선센서 네트워크를 기반으로 하는 스마트 가전 제어에 치명적인 요소로 작용하게 된다.
셋째, 이러한, Zigbee 기반 네트워크 환경에서 스마트 가전제어기기를 제어하게 될 경우 하나의 가전기기가 무선 네트워크 시스템에 코디네이터에 해당하는 스마트 가전제어기기 매니저와의 통신단절에 의한 제어가 불가능하게 될 경우, ON/OFF의 단순한 가전제어기기의 경우 전력 사용상의 문제이외에 큰문제가 없으나, 청소기 소음 및 상해, TV 및 오디오 소음, 온습도 변화, 방범제어기 고장으로 외부 침입의 대책 미흡 등의 가족구성원을 위협하는 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, Zigbee로 대표되는 무선센서 네트워크를 기반으로 스마트 가전제어 환경에서 통신 단절로 인한 가전기기제어에 문제가 발생하게 될 경우 이동로봇을 이용하여 가전기기의 상태를 진단 및 처리하는 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동로봇이 통신이 단절된 가전기기의 상태를 감지하기 위한 방법으로 무선 센서 네트워크로의 외부 간섭을 일으키지 않으며, 가전기기의 상태를 로봇이 직관적으로 감지하기 위한 의사소통 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동로봇이 통신이 단절된 가전기기의 상태를 감지하고 자체 판단에 의한 가전기기의 고장에 정도에 따른 조치를 취할수 있는 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동로봇 자체적으로 스마트가전제어기기 무선 센서 네트워크 상의 하나의 구성원으로 가입하여 통신이 단절된 가전기기의 상태를 가전제어기기 매니저에 전송하는 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동로봇이 통신이 단절된 가전기기의 상태정보를 가전제어기기 매니저에 전송함에 있어서 무선 센서 네트워크의 지연이 발생하게 될 경우 이동로봇이 가전제어기기 매니저로 전송하는 또 다른 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스마트 가전제어를 위한 무선센서 네트워크에 있어서, 상기 무선센서 네트워크를 이루는 각 가전기기의 제어부와 통신하여 해당 가전기기의 제어 및 관리를 수행하는 스마트 가전 매니저; 및 상기 네트워크가 설치된 장소를 이동하여 네트워크 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태를 진단하고, 해당 가전기기의 고장을 처리하거나 상기 스마트 가전 매니저에 소정 상태를 보고하는 이동로봇을 포함하는 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템을 제공한다.
상기한 본 발명의 가전기기 진단 및 처리 시스템에서, 상기 이동로봇과 가전기기는 가시광 통신 송수신 모듈을 구비하여 가시광 통신을 통해 직관적 의사소통이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이동로봇은 네트워크 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태 정보를 가전매니저로 전달할 때 네크워크의 일원으로 네트워크에 의한 전송 및 주행에 의해 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
이러한 경우, 상기 이동로봇은 네트워크의 가전제어 매니저의 명령이 해당 가전기기에 전송되지 않을 경우 스마트 가전제어 매니저의 명령을 직접 수신하고 이를 해당 가전기기로 자율주행하여 전송하도록 구성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 차후 시장의 폭의 큰 홈 네트워크 산업과 같은 스마트 가전 제어환경에서 Zigbee와 같은 무선센서네트워크 상에서 통신 단절로 인한 가전기기 제어의 문제가 발생하게 될 경우 이동로봇을 이용하여 가족구성원에게 피해가 갈수 있는 상황을 미연에 대비할 수 있다.
(2) 기존의 자동화된 홈 네트워크 환경에서 제한된 기능만을 수행하는 이동로봇에서 가시광통신을 통한 주변 환경과의 의사소통에 대한 방법을 제시하면서 동시에 이동로봇의 응용서비스의 폭을 넓힐 수 있다.
(3) 이동로봇을 이용하여 기존 무선 센서 네트워크의 문제점으로 지적되고 있는 외부 간섭 및 노이즈에 대한 통신 단절을 보완할 수 있으며, 무선 센서 네트워크의 규모가 증가함에 따른 병목현상 및 중앙처리에 대한 문제 해결책을 제시할 수 있다.
(4) 스마트 가전제어 매니저의 제어 명령이 무선 센서 네트워크의 데이터 지연과 같은 문제가 발생하게 될 경우 이동로봇을 이용하여 직접적인 명령전송이 가능함에 따라서 스마트 가전제어의 액추에이터 및 센서 노드의 제어가 용이해진다.
도 1은 Zigbee 기반 스마트 가전 시스템에서의 외부 환경에 의한 통신 단절에 대한 기본적인 개념과 이러한 통신단절 상황 발생 시 이동로봇을 이용한 가전기기 상태 체크에 대한 개념적인 구조를 나타낸다.
도 2는 외부적인 환경 요소에 의하여 Zigbee 통신이 단절된 가전기기에 이동로봇이 근거리 가시광 통신을 통하여 현재의 가전기기의 상태를 체크한 후 해당 정보를 다시 스마트 가전 기기의 매니저(코디네이터)로 전송함으로서 가전 시스템의 고장 상태 메인 시스템에서 파악할 수 있도록 하는 구조를 나타낸다.
도 3은 가전기기와 이동로봇간의 근거리 통신을 수행하는 가시광 통신 모듈의 하드웨어적인 구조로서 복수의 LED와 포토 다이오드를 통한 송수신 일체형 가시광 통신 모듈의 세부적인 구조를 나타낸다.
도 4는 Zigbee 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태 정보를 스마트 가전 시스템 매니저에게 전송하는 방법의 일례로서, 현재 구성된 Zigbee 통신을 통하여 고장 발생된 가전기기의 정보를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 5는 Zigbee 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태 정보를 스마트 가전 시스템 매니저에게 전송하는 방법의 다른 예로서, 로봇이 Zigbee 라우터를 거치지 않고 직접 스마트 가전 시스템 매니저가 위치한 장소로 이동하여 가전기기의 고장 정보를 전송하는 방법을 나타낸다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 통신 단절로 인한 가전기기 제어에 문제가 발생하게 될 경우 이동로봇(110)을 이용하여 가전기기(11~17)의 상태진단 및 처리를 위하여, 스마트 가전 매니저(100)에서 이동로봇(110)에게 명령하여 해당 가전기기(11~17)로 접근하여 처리하도록 명령을 내린다. 이때 이동로봇(110)은 스마트 가전제어 네트워크의 일원(라우터 및 디바이스의 기능을 수행하고 있으며 자율주행 상태)으로서 스마트 가전 매니저(100)의 명령이 이동로봇(110) 주변의 센서 네트워크와의 통신을 통해 해당 명령을 수신받는다.
상기의 이동로봇(110)은 스마트 가전 매니저(100)의 명령을 수신받은 이후 해당지역으로 자율주행하여 해당 가전기기의 상태를 파악하여 고장이 났을 경우 이동로봇(110)이 처리가 가능한 기능과 스마트 가전 매니저(100)에서 처리해야할 기능을 판단하여 가전기기의 안전처리를 수행한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 상기의 이동로봇(110)이 통신이 단절된 가전기기(11~17) 중 하나인 냉장고(17)의 상태를 파악하기 위하여 가시광통신 송수신 모듈을 사용한다. 이동로봇(110)은 이러한 가시광통신을 사용하여 주변 스마트 가전기기와의 의사소통을 시행한다.
상기의 가시광통신은 눈에 보이는 빛인 디지털 LED 조명기술과 무선통신이 융합된 통신기술로, 인체 무해ㆍ무간섭ㆍ무라이센스의 장점과 더불어 향후 가시성을 이용한 다양한 응용창출 가능성이 높은 차세대 친환경 유비쿼터스 통신 기술이다. 이러한 가시광통신 기술은 RF 주파수를 사용하는 기존의 무선통신에 비해 주변의 잡음이 없고 자체적인 물리적인 성능이 높기 때문에 스마트 가전제어기기의 무선통신과의 간섭이 노이즈의 문제를 일으키지 않는 특징이 있다.
이러한 가시광통신의 송수신 모듈(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 가시광통신 송수신 제어기(124), 변조기(Modulation)(125) 및 복조기(Demodulation)(123), 조명용 LED 드라이버(127), LED 파워관리 모듈(126), 수신 필터(122), LED 소자(128), 포토디턱터(121) 등으로 구성하고 있다.
상기 가시광통신 송수신 모듈(120)의 송신 동작은 먼저 스마트가전제어 네트워크 상에서 통신단절된 가전제어기기의 측면에서 가시광통신 송수신 제어기에서 현재 가전기기의 상태정보를 생성하여 변조기(Modulation)(125)를 통해 디지털 데이터 변조를 실시하여 가시광을 통해 전송될 데이터의 크기를 줄임과 동시에 데이터 보안성을 높이게 된다. 다음으로 LED 드라이버(127)와 LED 전원제어 모듈(126)을 통해 이동로봇(110)에게 현재의 가전기기의 상태정보를 가시광통신으로 전송하게 된다.
상기 가시광통신 송수신 모듈(120)의 수신동작은 상기와 같은 방법으로 가전기기가 가시광통신으로 가전기기의 상태정보를 송신할 때 이동로봇(110)은 상기 그림에서 포토디턱터(121)에서 가전기기의 데이터를 담고 있는 LED 조명 빛을 수신한 다음 광필터(122)를 거치면서 데이터 이외의 신호를 무시하도록 한다. 이와 같은 방법으로 데이터를 수신한 다음, 복조기(Demodulation)(123)에서 원신호를 추출하여 이동로봇(110)에서 가전기기의 상태를 수신하여 판단하도록 한다.
이동로봇(110)에서 가전기기의 상태를 점검하여 이동로봇(110)에서 처리가 가능한 조치, 예를 들어 가전기기(11, 17)의 일부 설정을 변경하거나, 가전기기의 리셋과 같은 기능에서부터 가전기기(11, 17)의 통신이 단절된 상황을 이동로봇(110)의 스마트 가전 센서 네트워크 상의 라우터 및 센서 노드와 같은 기능을 통해 통신이 단절된 가전기기(11, 17)의 통신을 원상복구하는 기능 등을 수행하도록 한다.
만일 이와 같은 이동로봇(110)에서 처리가 가능한 가전기기(11, 17)의 고장상태 조치가 불가능하게 될 경우 가전기기(11, 17)의 고장상태 정보를 스마트 가전기기 매니저(100)로 데이터를 전송해야할 필요가 있다.
먼저 간단한 방법으로는 이동로봇(110) 스스로가 스마트 가전 센서 네트워크의 라우터 및 센서 노드의 기능을 수행하고 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이 스마트 가전 센서 네트워크를 통하여 통신이 단절된 가전기기(11, 17)의 고장상태 정보를 스마트 가전 매니저(100)로 전송하도록 한다.
만일 예시된 바와 같이 주변의 센서 네트워크의 디바이스 수가 많아서 데이터 전송 지연과 같은 문제가 발생하게 될 경우 로봇(110) 스스로가 스마트 가전 매니저(100)로 자율 이동하여 통신이 단절된 가전기기의 상태정보를 직접 전송하도록 하는 방법을 제시한다.
또한, 반대로 스마트 가전 매니저(100)에서 특정 가전기기의 명령 지령 데이터가 상기와 같은 데이터 전송지연이 발생하게 될 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 이동로봇(110)을 이용하여 가전기기(11, 17)에 직접적으로 명령전송이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
11 ~ 17 : 가전기기 100 : 스마트 가전 매니저
110 : 이동로봇 120 : 가시광통신 송수신 모듈
121 : 포토디턱터 122 : 수신 필터
123 : 복조기 124 : 가시광통신 송수신 제어기
125 : 변조기 126 : 전원 제어기
127 : LED 드라이버 128 : LED소자

Claims (4)

  1. 스마트 가전제어를 위한 무선센서 네트워크에 있어서,
    상기 무선센서 네트워크를 이루는 각 가전기기의 제어부와 통신하여 해당 가전기기의 제어 및 관리를 수행하는 스마트 가전 매니저; 및
    상기 네트워크가 설치된 장소를 이동하여 네트워크 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태를 진단하고, 해당 가전기기의 고장을 처리하거나 상기 스마트 가전 매니저에 소정 상태를 보고하는 이동로봇을 포함하는 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동로봇과 가전기기는 가시광 통신 송수신 모듈을 구비하여 가시광 통신을 통해 직관적 의사소통이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동로봇은 네트워크 통신이 단절된 가전기기의 고장 상태 정보를 가전매니저로 전달할 때 네크워크의 일원으로 네트워크에 의한 전송 및 주행에 의해 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이동로봇은 네트워크의 가전제어 매니저의 명령이 해당 가전기기에 전송되지 않을 경우 스마트 가전제어 매니저의 명령을 직접 수신하고 이를 해당 가전기기로 자율주행하여 전송하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇을 이용한 가전기기 진단 및 처리 시스템.
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