KR20140074018A - 조작자관점 기반 이동체의 원격조작 시스템 및 방법 - Google Patents

조작자관점 기반 이동체의 원격조작 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 원격제어기에서, 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하고, 사용자 조작에 대응하여 생성되는 진행방향 제어신호와 함께 상기 방위정보를 무선 전송하고, 이동체에서, 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 무선 수신하고, 변경되는 자세에 대응하여 자체적으로 생성하는 방위정보와 상기 원격제어기로부터 무선 전송된 방위정보의 각도 차이값을 보상한 후, 상기 진행방향 제어신호에 대응하여 이동함으로써, 조작자가 어떠한 위치 및 자세를 취하더라도 이동체가 조작자의 지향방향을 고려하여 진행방향을 결정하므로 조작자가 자신의 위치 및 자세를 기준으로 직관적으로 이동체를 제어할 수 있다.

Description

조작자관점 기반 이동체의 원격조작 시스템 및 방법{OPERATOR STANDPOINT-BASED REMOTE OPERATION SYSTEM AND METHOD FOR MOBILE OBJECT}
본 발명은 이동체의 원격제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조작자의 지향방향을 기준으로 하여 이동체의 진행방향을 결정하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
원격제어에 의해 이동이 이루어지는 이동체 중에서, 예를 들어, 이동로봇을 제어한다고 할 때, 기존의 원격조작 시스템은 조작자와 이동로봇의 지향방향(Heading Direction)이 같을 때 즉, 이동로봇의 진행방향과 조작자의 지향방향이 같을 때 조작이 용이하다.
그런데, 조작자와 이동로봇 중에서 적어도 어느 하나의 위치나 자세가 변경되는 경우에는, 조작자의 지향방향과 이동로봇의 지향방향의 각도 차이로 인해, 조작자가 이동로봇을 조작하는데 혼란스러워 하거나 실수를 한다. 이로 인해, 조작자가 원하는 방향으로 이동로봇을 진행시키기 위해서는 여러 번에 조작을 수행해야 하는 번거로움이 있다.
즉, 원격제어기의 조작에 따라 이동로봇의 위치나 자세가 변경되기 때문에, 조작자가 원하는 방향으로 이동로봇을 진행시키기 위해서는, 이동로봇의 관점에서 원격제어기를 조작하여야 하며, 여러번의 조작을 통해 이동로봇의 진행방향을 확인한 후에 비로서 이동로봇의 제어가 이루어지게 된다. 그러나, 이동로봇이 수시로 위치나 자세가 변경됨으로 인해, 이러한 상황은 매번 반복되므로, 조작자의 불편함이 가중될 수 있다. 즉, 이러한 기존 원격조작 시스템에서는 조작자의 숙련도를 필요로 하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0124587호(공개일 2011.11.17.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 방위각검출센서를 이용하여 조작자의 지향방향과 이동체의 지향방향을 감지하고, 조작자의 지향방향과 이동체의 지향방향의 각도 차이값에 따라 조작자의 지향방향을 기준으로 하여 이동체의 진행방향을 결정하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템은, 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하고, 사용자 조작에 대응하여 생성되는 진행방향 제어신호와 함께 상기 방위정보를 무선 전송하는 원격제어기; 및 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 무선 수신하고, 변경되는 자세에 대응하여 자체적으로 생성하는 방위정보와 상기 원격제어기로부터 무선 전송된 방위정보의 각도 차이값을 계산하여 자세를 보상한 후, 상기 진행방향 제어신호에 대응하여 이동하는 이동체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 원격제어기는, 상기 사용자 조작을 지원하며, 상기 사용자 조작에 대응하여 진행방향 제어신호를 발생시키는 조이스틱; 상기 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하는 방위각검출센서; 상기 조이스틱으로부터 전달된 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위각검출센서로부터 전달된 상기 방위정보를 조합하는 마이크로컨트롤러; 및 조합된 신호를 무선 전송하는 무선통신모듈을 포함한다.
또한, 상기 이동체는, 상기 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하는 방위각검출부; 상기 원격제어기로부터 전달된 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 수신하는 무선통신부; 상기 원격제어기로부터 전달된 방위정보와 상기 방위각검출부로부터 생성된 방위정보의 각도 차이값에 따라 상기 진행방향 제어신호의 처리를 수행하는 제어부; 상기 제어부로부터 전달된 데이터를 이용하여 속도(v), 각속도(ω)로 변환하는 구동부; 및 상기 속도(v), 상기 각속도(ω)에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터를 포함한다.
한편, 본 발명의 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 방법은, (a) 원격제어기에서, 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하고, 사용자 조작에 대응하여 생성되는 진행방향 제어신호와 함께 상기 방위정보를 무선 전송하는 단계; 및 (b) 이동체에서, 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 무선 수신하고, 변경되는 자세에 대응하여 자체적으로 생성하는 방위정보와 상기 원격제어기로부터 무선 전송된 방위정보의 각도 차이값을 계산하여 자세를 보상한 후, 상기 진행방향 제어신호에 대응하여 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 단계 (a)는, 상기 원격제어기의 방위각검출센서에서 방위정보를 실시간 생성하는 단계; 및 조이스틱으로부터 진행방향 제어신호가 발생될 때, 상기 발생된 진행방향 제어신호와 실시간 생성된 상기 방위정보를 조합하여 상기 이동체로 무선 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 단계 (b)는, 상기 이동체의 방위각검출부에서 방위정보를 실시간 생성하는 단계; 상기 원격제어기로부터 신호가 수신될 때, 상기 원격제어기로부터 전달된 방위정보와 상기 방위각검출부로부터 실시간 생성된 방위정보의 각도 차이값을 구하는 단계; 상기 각도 차이값에 근거하여 상기 이동체의 자세를 제어하는 단계; 상기 진행방향 제어신호에 의거하여 진행방향을 결정하는 단계; 및 결정된 진행방향에 대응하여 액추에이터를 구동하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템 및 방법에 따르면, 조작자가 어떠한 위치 및 자세를 취하더라도 이동체가 조작자의 지향방향을 고려하여 진행방향을 결정하므로 조작자가 자신의 위치 및 자세를 기준으로 직관적으로 이동체를 제어할 수 있으므로 조작이 편리하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 조작자관점 기반 이동로봇의 원격조작 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 원격제어기의 제어회로블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 이동로봇의 제어회로블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 조작자관점 기반 이동로봇의 원격조작 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에서는 이동체의 일례로서 이동로봇에 대해 설명하기로 하며, 이에 이동로봇은 하나의 예로서 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 이동 가능한 모든 이동체에 적용되는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 조작자관점 기반 이동로봇의 원격조작 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 조작자관점 기반 이동로봇의 원격조작 시스템은, 원격제어기(1)와 이동로봇(2)을 포함한다.
원격제어기(1)는, 조작자의 조작에 따라 진행방향 제어신호를 발생시켜 이동로봇(2)으로 전송하며, 진행방향 제어신호 발생시 방위각검출센서로부터 검출된 지향방향정보도 함께 이동로봇(2)으로 전송한다.
이동로봇(2)은 원격제어기(1)로부터 진행방향 제어신호 및 지향방향정보를 수신하면, 자신의 방위각검출부로부터 검출된 지향방향정보를 고려하여 원격제어기(1)의 지향방향정보를 기준으로 하여 진행방향을 결정하여 진행한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기준좌표계{G}에서 원격제어기 좌표계{P}와 이동로봇 좌표계{R}간의 차이를 통해 얻어진 각도에 대응하여 이동로봇(2)의 진행방향이 결정된다. 즉, 원격제어기(1)의 지향방향(YP)과 이동로봇(2)의 지향방향(YR)이 서로 다른 상태에서, 원격제어기(1)의 지향방향(YP)과 이동로봇(2)의 지향방향(YR)의 각도 차이값
Figure pat00001
에 근거하여, 이동로봇(2)의 진행방향이 결정된다. 예를 들어,
Figure pat00002
가 30°이고,
Figure pat00003
가 45°라고 가정하면,
Figure pat00004
는 -15°이므로, 원격제어기(1)에서 전진방향 제어신호를 발생시키면, 현재의 이동로봇(2) 지향방향(YR)에서 +15° 보상한 후 전진하게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 원격제어기의 제어회로블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 원격제어기(1)는, 사용자 조작을 지원하며, 사용자 조작에 대응하여 진행방향 제어신호를 발생시키는 조이스틱(11)과, 원격제어기(1)의 위치 및 자세에 대응하여 방위정보를 생성하는 지자기센서(12)와, 조이스틱(11)으로부터 전달된 진행방향 제어신호와 지자기센서(12)로부터 전달된 방위정보를 조합하는 마이크로컨트롤러(13)와, 조합된 신호를 이동로봇(2)으로 전송하는 무선통신모듈(14)을 포함하다.
여기서, 무선통신모듈(14)은 블루투스통신모듈을 이용하는 경우에 대해 설명하기로 한다. 물론, RF, Wi-Fi, ZigBee 등의 다양한 무선통신 방식을 이용할 수 있을 것이다.
한편, 본 실시예에서는 방위각검출센서(방위각검출부)로서 지자기센서(12)를 이용하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 방위각검출센서로서 전기 나침반 모듈, 자기 나침반 모듈, 광학 자이로스코프, 기계적 자이로스코프, IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 등을 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 원격제어기(1)는, 사용자 조작에 따라 조이스틱(11)으로부터 진행방향 제어신호가 생성되어 마이크로컨트롤러(13)로 전달되며, 이때 진행방향 제어신호가 생성되는 시점에서 지자기센서(12)로부터 생성된 방위정보를 마이크로컨트롤러(13)로 전달한다. 이에 마이크로컨트롤러(13)는 진행방향 제어신호와 방위정보를 조합하여 블루투스통신모듈로 전달된다. 이에 블루투스통신모듈은 마이크로컨트롤러(13)로부터 전달된 정보들을 이동로봇(2)으로 송신하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 이동로봇의 제어회로블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 이동로봇(2)은, 이동로봇(2)의 위치 및 자세에 대응하여 방위정보를 생성하는 지자기감지부(21)와, 원격제어기(1)로부터 전달된 진행방향 제어신호와 방위정보를 수신하는 무선통신부(블루투스통신모듈)(22)와, 원격제어기(1)로부터 전달된 방위정보와 지자기감지부(21)로부터 생성된 방위정보의 각도 차이값에 따라 진행방향 제어신호의 처리를 수행하는 제어부(23)와, 제어부(23)로부터 전달된 데이터를 이용하여 속도(v), 각속도(ω)로 변환하는 구동부(24)와, 속도(v), 각속도(ω)에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터(25)를 포함한다.
이와 같이 구성된 이동로봇(2)은, 원격제어기(1)로부터 전달된 진행방향 제어신호와 방위정보는 블루투스통신모듈을 통해 제어부(23)로 전달되며, 이에 제어부(23)에서는 원격제어기(1)로부터 전달된 방위정보와 지자기감지부(21)로부터 생성된 방위정보의 각도 차이값을 구하고, 구한 각도 차이값과 원격제어기(1)로부터 전달된 진행방향 제어신호를 구동부(24)로 전달한다. 이에 구동부(24)에서는 각도 차이값 및 진행방향 제어신호로부터 속도(v), 각속도(ω)를 구하여 액추에이터(25)로 전달한다. 이에 액추에이터(25)에서 회전 등의 실질적인 구동이 이루어지게 된다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 조작자관점 기반 이동로봇의 원격제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 조작자관점 기반 이동로봇의 원격조작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 원격제어기(1)의 지자기센서(12)는 방위정보를 실시간 생성하고(S11), 조이스틱(11)으로부터 진행방향 제어신호가 생성되는가를 판단하여(S12) 진행방향 제어신호가 입력될 때까지 대기상태를 유지한다. 한편, 이동로봇(2)의 지자기감지부(21) 역시, 방위정보를 실시간 생성하고(S21), 원격제어기(1)로부터 신호가 수신되는가를 판단하여(S22) 신호가 수신될 때까지 대기상태를 유지한다.
이후, 조이스틱(11)으로부터 진행방향 제어신호가 발생되면, 마이크로컨트롤러(13)는 발생된 진행방향 제어신호와 실시간 생성된 방위정보를 조합하여(S13) 블루투스통신모듈을 통해 이동로봇(2)으로 전송한다(S14).
이어서, 이동로봇(2)의 블루투스통신모듈을 통해 신호가 입력되면, 제어부(23)에서는 원격제어기(1)로부터 전달된 방위정보와 지자기감지부(21)로부터 실시간 생성된 방위정보의 각도 차이값을 구하고(S23), 구한 각도 차이값과 원격제어기(1)로부터 전달된 진행방향 제어신호에 의거하여 진행방향을 결정한다(S24).
이에 구동부(24)에서는 결정된 진행방향에 대응하여 속도(v), 각속도(ω)를 구하여 액추에이터(25)로 전달하고, 이에 액추에이터(25)에서는 회전 등의 실질적인 구동이 이루어지게 된다(S25).
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
1 : 원격제어기 11 : 조이스틱
12 : 지자기센서 13 : 마이크로컨트롤러
14 : 무선통신모듈 2 : 이동로봇
21 : 지자기감지부 22 : 무선통신부
23 : 제어부 24 : 구동부
25 : 액추에이터

Claims (6)

  1. 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하고, 사용자 조작에 대응하여 생성되는 진행방향 제어신호와 함께 상기 방위정보를 무선 전송하는 원격제어기; 및
    상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 무선 수신하고, 변경되는 자세에 대응하여 자체적으로 생성하는 방위정보와 상기 원격제어기로부터 무선 전송된 방위정보의 각도 차이값을 계산하여 자세를 보상한 후, 상기 진행방향 제어신호에 대응하여 이동하는 이동체를 포함하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원격제어기는,
    상기 사용자 조작을 지원하며, 상기 사용자 조작에 대응하여 진행방향 제어신호를 발생시키는 조이스틱;
    상기 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하는 방위각검출센서;
    상기 조이스틱으로부터 전달된 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위각검출센서로부터 전달된 상기 방위정보를 조합하는 마이크로컨트롤러; 및
    조합된 신호를 무선 전송하는 무선통신모듈을 포함하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동체는,
    상기 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하는 방위각검출부;
    상기 원격제어기로부터 전달된 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 수신하는 무선통신부;
    상기 원격제어기로부터 전달된 방위정보와 상기 방위각검출부로부터 생성된 방위정보의 각도 차이값에 따라 상기 진행방향 제어신호의 처리를 수행하는 제어부;
    상기 제어부로부터 전달된 데이터를 이용하여 속도(v), 각속도(ω)로 변환하는 구동부; 및
    상기 속도(v), 상기 각속도(ω)에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터를 포함하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 시스템.
  4. (a) 원격제어기에서, 변경되는 자세에 대응하여 방위정보를 생성하고, 사용자 조작에 대응하여 생성되는 진행방향 제어신호와 함께 상기 방위정보를 무선 전송하는 단계; 및
    (b) 이동체에서, 상기 진행방향 제어신호와 상기 방위정보를 무선 수신하고, 변경되는 자세에 대응하여 자체적으로 생성하는 방위정보와 상기 원격제어기로부터 무선 전송된 방위정보의 각도 차이값을 계산하여 자세를 보상한 후, 상기 진행방향 제어신호에 대응하여 이동하는 단계를 포함하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    상기 원격제어기의 방위각검출센서에서 방위정보를 실시간 생성하는 단계; 및
    조이스틱으로부터 진행방향 제어신호가 발생될 때, 상기 발생된 진행방향 제어신호와 실시간 생성된 상기 방위정보를 조합하여 상기 이동체로 무선 전송하는 단계를 포함하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    상기 이동체의 방위각검출부에서 방위정보를 실시간 생성하는 단계;
    상기 원격제어기로부터 신호가 수신될 때, 상기 원격제어기로부터 전달된 방위정보와 상기 방위각검출부로부터 실시간 생성된 방위정보의 각도 차이값을 구하는 단계;
    상기 각도 차이값에 근거하여 상기 이동체의 자세를 제어하는 단계;
    상기 진행방향 제어신호에 의거하여 진행방향을 결정하는 단계; 및
    결정된 진행방향에 대응하여 액추에이터를 구동하는 단계를 포함하는 조작자관점 기반 이동체의 원격제어 방법.
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