KR20140108036A

KR20140108036A - 소형통합제어장치

Info

Publication number: KR20140108036A
Application number: KR1020130022459A
Authority: KR
Inventors: 김재형; 김동신; 정병찬
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-05
Also published as: KR101883475B1; US20160008985A1; JP2016517554A; DE112013006744T5; US9802321B2; WO2014133246A1

Abstract

본 발명의 소형통합제어장치는 자율주행용 로봇 구동시 생성되는 대용량 센서데이터를 수신하여 대용량의 연산을 병렬처리하는 제 1 제어부; 상기 대용량의 연산을 제 1 제어부와 병렬로 처리하는 제 2 제어부; 상기 로봇의 전원 상태 모니터링, 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 모터 제어, 릴레이 제어 및 제 1 제어부와 통신을 수행하는 마이크로제어부;및 전원의 공급을 제어하는 전원부;를 포함한다.

Description

소형통합제어장치{Mini Integrated-control device}

본 발명은 인공지능, 군사장비, 공장 자동화, 이동형 서버장비, 자율주행 로봇 분야의 통합제어기에 관한 것으로, 보다 상세히 대용량의 센서 데이터를 입력받아 병렬처리하여 신속한 결과를 획득하는 소형 통합 제어기에 관한 것이다.

도 1 은 종래 제어기의 일 예를 도시한다. 기존 제어기 시스템에서는 도 1 에 도시된 바와 같이 대용량 센서 데이터를 처리하기 위하여 많은 수의 CPU core가 요구되었고, 이를 확보하기 위하여 다수의 PC(110, 111, 112, 113, 114 및 115)를 기가비트 스위치(120)를 통해 연결하여 이용하였다.

또한 다수의 PC 이외에도 시스템을 제어하기 위한 외부 센서와 부가적인 파트들이 각각 개별적 제품으로 연결되어 제어기 시스템은 상당한 크기와 부피를 지녔다.

"Combining Multiple Robot Behaviors for Complex Off-Road Missions", accepted for publication at International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems, 2011 "Towards Fully Autonomous Driving: Systems and Algorithms", 2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) Baden-Baden, Germany, June 5-9, 2011

도 1에 도시된 대용량 센서데이터(100)가 PC1(110)으로 입력되는 경우, PC1(110)은 PC2, PC3, PC4, PC5 및 PC6(111, 112, 113, 114 및 115) 등과 같은 다른 PC 들에게 수신된 대용량의 센서 데이터를 전송하여 공유하였다. 그러나, 데이터를 전송하고 공유함에 있어 기가비트 이더넷 스위치의 경우 이론적으로는 1Gb/s 이지만 실제로는 50MB/s 의 전송속도를 가지게 되므로 PC 간에 대용량의 데이터를 효율적으로 공유하지 못하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 PC 1 (110)은 수신된 대용량의 센서 데이터 중 중요한 몇 Frame 만 선정하여 공유하게 되므로 PC 1(110) 이외의 다른 PC 들(111, 112, 113, 114 및 115)은 분해능이 저하된 센서 데이터를 기반으로 연산을 수행하게 되어 정밀한 연산결과값을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명에서는 제어기에서 데이터 처리 및 프로세싱을 고속화하여 이상의 문제점을 처리하고, 제어기 장비를 소형화 하고자 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어장치는 자율주행용 로봇 구동시 수신되는 각종 대용량의 센서들의 데이터를 다수의 CPU Core 로 신속하게 다중처리하는 제 1 제어부; 상기 제 1 제어부의 연산 중 반복 병렬연산 작업을 지원하는 보조 프로세서가 장착된 제 2 제어부; 상기 로봇의 전원 상태 모니터링, 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 상기 로봇의 모터 제어, 상기 로봇의 릴레이 제어 및 상기 제 1 제어부와 통신을 수행하는 마이크로제어부;및 상기 로봇이 이용하는 센서, 제 1 제어부, 상기 제 2 제어부 및 상기 마이크로제어부로 전원의 공급을 제어하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제 1 제어부는 GbE 스위치로부터 상기 대용량 센서데이터를 (GbE)로 입력받는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로제어부는 상기 제 1 제어부와 이더넷 통신을 수행하고, 상기 이더넷 통신에 손상이 발생될 경우 상기 제 1 제어부와 다른 통신 방식(ex.RS232)을 수행하여 통신 이중화로 안정도를 높이는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제 1 제어부는 상기 로봇이 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동하기 위해 상기 대용량 센서데이터에서 획득한 상기 로봇의 위치 데이터 및 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물에 대한 데이터를 기반으로 자율주행을 위한 이동 경로를 산출하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제 2 제어부는 상기 대용량의 연산 중 환경인식과 관련된 연산을 처리하고, 상기 환경인식과 관련된 연산은 카메라 및 레이저 스캐너를 포함하는 센서의 데이터를 처리하는 연산을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제 1 제어부는 보드(board) 형태로 구현되고,

상기 보드의 Backplane 쪽은 상기 제 1 제어부와 상기 제 2 제어부를 연결하는 PCIe GEN2.0 x16(1212) 고속통신 라인과 상기 마이크로제어부와 연결되는 Serial 및 Ethernet 통신라인이 배치되며, 상기 보드의 Front Pannel 쪽은 Power LED, Reset Button, Speaker connect, Micophone, VGA 또는 HDMI, 적어도 하나 이상의 USB, 적어도 하나이상의 GbE 스위치, 적어도 하나 이상의 Firewire, 적어도 하나 이상의 Serial 통신라인이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어장치는 자율주행용 로봇 구동시 생성되는 대용량 센서데이터를 수신하여 대용량의 연산을 병렬처리하는 제 1 제어부; 상기 로봇의 전원 상태 모니터링, 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 상기 로봇의 모터 제어, 상기 로봇의 릴레이 제어 및 상기 제 1 제어부와 통신을 수행하는 마이크로제어부;및 상기 로봇이 이용하는 센서, 제 1 제어부 및 상기 마이크로제어부로 전원의 공급을 제어하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 소형통합제어기를 통해 데이터 처리를 고속화 하고 연산의 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 소형통합제어기에서는 현재 시스템 상태를 LCD를 통해 확인할 수 있는 이점이 있다. 그리고, 종래에는 다수의 PC를 연결하여 제어기의 크기가 대형이었으나, 본 발명의 일 실시예에서는 400mm*450mm*350mm 정도의 소형통합제어기를 개시하여 부피를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1 은 종래의 제어기의 일 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어기의 일 예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어기의 구현예를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 2 내지 3 에 개시된 소형통합제어기의 내부 구성도를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어기에서 지원하는 각 Layer의 내부 구성도를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 중형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치의 일 예이다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 중형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치에서 도 5에 도시된 Layer를 이용하는 일 예를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치의 일 예이다.
도 9 는 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치에서 도 5에 도시된 Layer를 이용하는 일 예를 도시한다.
도 10 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형 Line Tracer에서 이용되는 소형통합제어장치의 일 예이다.
도 11 은 도 2에 도시된 자율주행용 로봇에서 이용하는 소형통합제어기의 Front Panel의 구성도를 도시한다.
도 12는 Xeon (Processor) Board(1110)의 상세 구성도를 도시한다.
도 13은 Xeon Phi Board의 상세 구성도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어장치의 마이크로제어부(MCU) 인터페이스의 상세 구성도를 도시한다.
도 15 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, Power Board 의 상세 구성도를 도시한다.
도 16 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어장치의 케이스 구성도를 도시한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 자율주행용 로봇에서 이용하는 소형통합제어기의 일 예를 도시한다. 도 2 내지 도 3 에 도시된 소형통합제어기의 구성은 자율주행 레벨 6 이상의 기능을 요구하는 자율주행용 대형 로봇 제어기에 구현이 가능하다. 자율주행 레벨 7 은 빠른속도로 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동할 수 있는 기능을 의미한다.

소형통합제어기(200)는 GbE 스위치(210), 제 1 제어부(220), 제 2 제어부(230), 마이크로제어부(240) 및 전원부(250)를 포함한다.

GbE 스위치(Gigabit Ethernet Switch 210)는 각종 센서신호를 GbE 으로 입력 받아 제 1 제어부(220)로 전달한다.

제 1 제어부(220)는 대용량 센서데이터를 수신하여 대용량의 연산을 다수의 CPU Core로 다중처리 한다. 일 예로, 제 1 제어부(220)는 자율주행 로봇이 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동하기 위해 대용량 센서데이터에서 획득한 로봇의 위치 데이터 및 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물에 대한 데이터를 기반으로 대용량의 연산을 다수의 CPU Core로 다중처리하여 자율주행을 위한 이동 경로를 산출하도록 구현된다.

대용량 센서데이터의 일 예로는 자율주행용 로봇 구동시 생성되는 전방향 LADAR 센서정보, 2D, 3D LADAR 거리정보, CAMERA 영상정보 등을 포함한다.

제 2 제어부(230)는 제 1 제어부(220)의 보조 프로세서로써 제 1 제어부(220)와 고속 통신버스로 연결되어 제 1 제어부(220)에서 처리하는 대용량의 연산을 함께 병렬로 처리한다.

제 2 제어부(230)는 제 1 제어부(220)에서 수행하는 대용량의 연산처리 중 카메라나 레이저스캐너등의 주변환경을 인식하는 센서의 데이터를 처리하는 연산을 병렬하여 처리하도록 구현이 가능하다. 또한, 제 2 제어부(230)는 제 1 제어부(220)에서 수행하는 대용량의 연산처리 중 병렬처리를 최적화할 수 있는 부분의 연산도 병렬로 처리할 수 있다.

마이크로제어부(240)는 로봇의 전원 상태 모니터링, 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 로봇의 모터 제어, 로봇의 릴레이 제어 및 제 1 제어부(220)와 통신을 수행한다. 마이크로제어부(240)는 제 1 제어부(220)와 1차적으로 이더넷 통신을 수행하고, 이더넷 통신에 손상이 발생될 경우 2차적으로 제 1 제어부(220)와 RS232 통신 등과 같은 다른 통신방식으로 통신 이중화를 수행한다.

또한, 마이크로제어부(240)는 로봇의 전원 상태 모니터링, 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 로봇의 모터 제어, 로봇의 릴레이 제어 및 상기 제 1 제어부와 통신 상태를 포함하는 현재 소형통합제어기의 상태를 LCD에 디스플레이하도록 구현된다. 마이크로제어부(240)의 인터페이스와 관련해서는 도 14를 참고한다.

전원부(250)는 로봇이 이용하는 센서, 제 1 제어부(220), 제 2 제어부(230) 및 마이크로제어부(240)로 전원 공급을 제어한다.

도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어기의 구현예를 도시한다.

도 3 에 도시된 소형통합제어기(300)는 빠른속도로 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동할 수 있는 기능을 구비한 자율주행 로봇에 구현된 일 예를 도시한다.

소형통합제어기(300)는 GbE 스위치(310), 제 1 제어부(320), 제 2 제어부(330), 마이크로제어부(340) 및 전원부(350)를 포함한다.

일 실시예에서, 제 1 제어부(320)로 Xeon (Processor) Board, 제 2 제어부(330)로 Xeon Phi (Co-processor), 마이크로제어부(340)로 MCU(Micro Control Unit), 그리고 전원부(350)로 Power 를 개시하고 있다.

Xeon (Processor) Board(320)는 상위 제어기로써 Server 급 Xeon CPU (8 Core) 2개로 총 16 Core를 구성할 수 있으며 Hyper-Threading 을 사용할 경우 총 32 Core로 운영할 수 있다. 그러므로 기존의 여러 대의 PC와 GbE Switch 로 구성된 시스템이 하나의 Board 로 구성될 수 있으므로 GbE 을 통한 대용량의 센서 데이터 손실을 근본적으로 막을 수 있는 이점이 있다.

Xeon (Processor) Board(320)는 Xeon Phi (Co-processor)(330)과 Backplane 의 PCIe GEN2.0 x16 을 통해 연결된다. Xeon Phi(330) 는 61 개의 1.053GHz Core가 집적된 구조의 Co-processor 로써 대용량의 데이터를 병렬로 처리할 수 있는 기능이 있다. PCIe GEN2.0 x16는 8GB/s 의 통신속도를 지니고 있어, 실질적인 통신속도를 80% 라 가정하더라도 GbE (실질적 통신속도 : 50MB/s) 을 기반으로 연결된 기존 시스템(도 1 참고)과 비교시 통신속도가 약 164배 향상됨을 알 수 있다.

MCU (Micro Control Unit) Board (330)는 로봇 구동부와 근접 센서, 시스템 Fault 등의 간단한 신호들을 처리하는 하위제어기 이다. MCU Board 는 상위제어기인 Xeon Board와는 1차 Main 통신수단으로 Ethernet 을 사용하며 2차 Sub 통신수단으로 RS232 를 사용하도록 구현이 가능하다. 그래서 초기 개발 중에는 RS232 를 사용하며 OS 가 Porting 된 후에는 Ethernet 을 사용하도록 구현이 가능하다. 시스템 운영 중 Ethernet 에 손상이 발생하면 2차 통신수단인 RS232 로 기능대체가 이루어진다. MCU Board (330)의 Ethernet 과 RS232 는 Backplane 을 통해 항상 Xeon (Processor) Board(320)와 결합되도록 구현된다. 또한, MCU Board (330)는 Power Board (350)와 CAN 통신으로 연결되어 있어, 전원 상태와 Fault 상황에 대해 주변 장치들의 후속 대책을 제어하도록 구현될 수 있다.

Power Board(350) 는 24V 의 베터리 전압을 인가 받아서 운영된다. 최대 2.5kW 급의 용량이며 제어기 내의 각종 Board 전원, 히터 전원, 방열장치 전원을 공급하고 외부 센서 전원도 공급하게 된다.

도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 2 내지 3 에 개시된 소형통합제어기의 내부 구성도를 도시한다.

Xeon (Processor) Board(320)는 크게 System Layer, Interface Layer, Core Layer 및 Application Layer를 지원한다. 각 Layer에 대해서는 도 5의 설명을 참고한다.

Xeon Phi (Co-processor)(330)는 Core Layer 중 동적 장애물 탐지 및 추적, 레이저기반 환경인식 등과 같은 환경인식을 지원하여 처리가 가능하다. 또한, 병렬처리를 최적화 할 수 있는 부분을 처리하도록 구현이 가능하다. Planning SW에서도 각 격자로 나누어 처리할 수 있어 병렬화가 가능하다면 Co-Processor에서 처리될 수 있다.

도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어기에서 지원하는 각 Layer의 내부 구성도를 도시한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어기는 도 5에 도시된 System Layer(510), Interface Layer(520), Core Layer(530) 및 Application Layer(540)를 지원한다.

System Layer(510)는 운영체제 및 미들웨어를 지원한다. 현재 Linux기반의 운영 체제와, 그 위에 ROS (Robot Operating System) 미들웨어를 탑재한다.

Interface Layer(520)는 MCU, 센서 및 통신 인터페이스를 지원한다. Core Layer(530)는 동적 환경 실시간 파악, 시각 주행거리 파악, 레이저 스캔 매칭 등과 같은 위치추정, 동적 장애물 탐지 및 추적, 레이저기반 환경인식 등과 같은 환경인식, RRT 샘플링 기반 전역 경로 계획, costom planning 및 동적 장애물 회피 등과 같은 planning, Basic Waypoint following 및 Fast Waypoint following 과 같은 주행제어, 그 외 수학라이브러리 및 유틸 라이브러리를 지원한다.

도 6 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 중형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치의 일 예이다. 즉, 주행속도는 느리지만 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동하는 기능을 지닌 (자율주행 레벨 6이하) 중형 이동로봇용 소형통합제어장치의 일 예이다.

중형 로봇은 전방향 LADAR 등의 대용량 센서가 필요 없고 상용 자동차와 같이 고속 주행이 어렵기 때문에 도 2에서 제 2 제어부(230)와 Backplane이 제거된 형태로 구현된다.

도 7 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 중형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치에서 도 5에 도시된 Layer를 이용하는 일 예를 도시한다. 도 7에 개시된 구조는 제 2 제어부(Co-processor)가 없으므로, 기본적인 환경인식만 가능하다(자율주행 레벨 6).

그 결과, 도 4의 제 2 제어부(Co-processor)에서 수행되던 환경 인식 기능이 제 1 제어부(Main-processor)로 마이그레이션하게 되어 다른 소프트웨어 기능의 속도가 낮춰지게 되어 중형 로봇의 느린 자율주행까지 가능하다.

도 8 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치의 일 예이다. 소형 로봇은 센서 수가 적어서 도 2에서 제 2 제어부(230)와 Backplane 및 GbE Switch 까지 제거된 구조로 구현된다.

도 9 는 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형 로봇에서 이용되는 소형통합제어장치에서 도 5에 도시된 Layer를 이용하는 일 예를 도시한다.

도 9에 도시된 경우 환경인식을 수행하지 않도록 환경인식 SW를 제거하도록 구현될 수 있다.

이 경우, 소형 로봇은 목적지가 주어지면 지정된 길을 이용하여 목적지로 이동한다. 즉, GPS나 IMU 또는 레이저스캐너를 사용하여 환경지도가 있는 상태에서만 위치추정이 가능하며, 추정된 위치정보와 지정된 경로 정보를 이용하여 주행한다(자율주행 레벨 5)

도 10 은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 소형 Line Tracer에서 이용되는 소형통합제어장치의 일 예이다.

도 11 은 도 2에 도시된 자율주행용 로봇에서 이용하는 소형통합제어기의 Front Panel의 구성도를 도시한다.

6U size의 렉타입으로 슬롯을 통해 진동에 강인한 커넥터 (ex. CPCI Connector) 가 장착된 Backplane과 결합되는 구조로 Xeon (Processor) Board(main board)(1110), Xeon Phi(1120), SSD (Solid State Drive)(1130), MCU(1140), GbE Switch(1150) 및 Power Board(1160) 로 구성된다.

도 12는 Xeon (Processor) Board(1110)의 상세 구성도를 도시한다. Backplane 쪽은 항시 연결되어있어야 할 통신라인이 배치되고 Front Pannel 쪽은 외부 센서 조합에 따라 빈번한 변경이 필요한 통신라인이 배치되어있다. Front Pannel 쪽 및 Backplane쪽 구성을 살펴보면, USB Port 는 총 7개로 구성되며 연결장치는 아래와 같다.

Power LED 1(1201)

Reset Button(1202)

Speaker connect(1203)

Micophone 1(1204)

VGA or HDMI(1205)

USB 1 : Keyboard(1206)

USB 2 : Mouse(1206)

USB 3 : Tethering(1206)

USB 4 : SPAN-CPT(1206)

USB 5 : Light-Bar 1(1206)

USB 6 : Light-Bar 2(1206)

USB 7 : Spare(1206)

GbE 1 : Switch B(1207)

GbE 2 : Switch C(1207)

GbE 3 : Spare (3D LADAR)(1207)

GbE 4 : Spare(1207)

GbE 5 : MCU (Cortex M4)(1208)

Firewire 1 : Front Stereo Camera R(1209)

Firewire 2 : Front Stereo Camera L(1209)

Firewire 3 : Rear Stereo Camera R(1209)

Firewire 4 : Rear Stereo Camera L(1209)

Serial 1 : Spare (RS232)(1210)

Serial 2 : Spare (RS232)(1210)

Serial 3 : MCU (Cortex M4)(1211)

PCIe GEN2.0 x16(1212)

Backplane 쪽에는 Xeon Phi와 연결되는 PCIe GEN2.0 x16(1212) 과 MCU 와 연결되는 Serial , Ethernet 이 배치되어 있다.

도 13은 Xeon Phi Board의 상세 구성도를 도시한다. Xeon Phi 는 PCIe GEN2.0 x16 으로 Backplane을 거쳐 Xeon (Processor) Board 와 연결된다.

도 14는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어장치의 마이크로제어부(MCU) 인터페이스의 상세 구성도를 도시한다.

MCU Board(1410) 는 로봇의 크기와 용도에 따라 대형, 중형, 소형으로 제어기를 시리즈화 할 것에 대비하여 각 제어기의 요구 조건을 모두 반영한 구조로 구현이 가능하다. Power Board 와 Backplane 을 통해 CAN 통신으로 연결되어 전원상태에 대한 조치와 근접 장애물 탐지, 모터제어, RC 조정기 입력, Wireless Wi-Fi 통신, 각종 릴레이 제어, 보호회로 등으로 구성되어 있으며 현재 시스템 상태를 LCD를 통해 확인하도록 구현이 가능하다.

도 14를 참고하여 MCU Board(1410)의 Front Pannel(1400) 을 구성하고 있는 구성을 살펴보면 아래와 같다.

SD Card(1401) : Black Box logging / Firmware Update

Mode Button(1402) : LCD 화면 모드 변경

Select Button(1403) : LCD 화면 메뉴 입력

Relay Out(1404) : 4CH 의 릴레이 Port

RC PWM (1405): RC 수신기 입력 8CH, 5V 출력

Proximity Sensor(1406) : 근접센서 입력

Encoder 4CH(1407) : Motor Encoder 입력

CAN1(1408) : 차량 VCU 연결

CAN2(1409) : OBD-II 연결

RS485(1410) : Motor Control Reference

RS232(1411) : Debugging & Control

Mini-USB(1412) : Debugging port

Wireless Wi-Fi Antenna(1413) : 무선 인터넷 접속 안테나

Backplane 쪽을 구성하고 있는 구성을 살펴보면 아래와 같다.

RS232(1421) : Main (Xeon) Board 와 연결

Ethernet(1422) : Main (Xeon) Board 와 연결

도 15 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, Power Board 의 상세 구성도를 도시한다.

센서 전원은 12V 9CH, 24V 6CH, LMS 센서 전용 24V 6CH로 공급되며 각 채널은 최대 70W의 용량을 출력할 수 있다. 각 센서 전원 채널은 Hardware Switch 에 의해 ON/OFF 가능하며 MCU Board에서 CAN 통신으로 각각의 채널을 Software 적으로 ON/OFF 할 수도 있다.

그리고 각 채널의 ON/OFF 유무를 MCU 측에서 확인할 수 있는 구조이다. 그리고 히터와 내부 FAN 을 장착하여 이를 구동하여 영하의 구동조건에서 제어기 내에 온도를 상온으로 올려서 구동할 수 있는 기능을 추가하였다. 그리고 LCD 화면을 통해 Power 관련 상태정보를 확인할 수 있다. 각 전원 채널의 구성은 아래와 같다.

12V Power 1 : 주행카메라 전원(1510)

12V Power 2 : 주행카메라 전원(1510)

12V Power 3 : 주행카메라 전원(1510)

12V Power 4 : 주행카메라 전원(1510)

12V Power 5 : 주행카메라 서버 전원(1510)

12V Power 6 : 스테레오 카메라 서버 전원(1510)

12V Power 7 : SPAN-CPT 전원(1510)

12V Power 8 : PTZ 카메라 전원(1510)

12V Power 9 : Spare(1510)

24V Power 1 : Front Stereo Camera R 전원(1520)

24V Power 2 : Front Stereo Camera L 전원(1520)

24V Power 3 : Rear Stereo Camera R 전원(1520)

24V Power 4 : Rear Stereo Camera L 전원(1520)

24V Power 5 : Spare (Monitor)(1520)

24V Power 6 : Spare(1520)

LMS 24V Power 1 : LMS151 전원(1530)

LMS 24V Power 2 : LMS151 전원(1530)

LMS 24V Power 3 : LMS151 전원(1530)

LMS 24V Power 4 : LMS511 전원(1530)

LMS 24V Power 5 : LD-MRS 전원(1530)

LMS 24V Power 6 : Spare(1530)

도 16 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 소형통합제어장치의 케이스 구성도를 도시한다.

소형통합제어장치의 케이스(1600)는 , 분진, 진동, 충격을 완화 시킬 수 있는 구조로 구현된다. Air Conditioner(1610) 를 장착하여 완전차폐를 이루어 외부로 부터의 분진을 차단하면서 제어기 내에 과열 온도조절이 가능하도록 하였으며 영하의 환경조건에서는 내부 히터와 FAN 에 의해 제어기 내의 온도를 영상으로 올릴 수 있도록 구현이 가능하다.

또한, 소형통합제어장치의 케이스(1600)의 내부 샤시 모서리 부분에는 고무 댐퍼를 장착하여 차량의 진동을 완화 할 수 있도록 하였다. Front 쪽 Cover 는 Door 형태로 강화 아크릴을 장착하여 소형통합제어장치의 Front Pannel 정보를 Case 외부에서 확인할 수 있도록 구현이 가능하다.

또한, Front Pannel 에 연결된 전원선과 신호선은 튜브를 통해 외부로 돌출되고 이 튜브는 금속 케이블 타이에 의해 조여져서 외부 분진과 물이 제어기 내부로 들어 갈 수 없도록 하여 IP65 의 인증을 받을 수 있도록 설계 가 가능하다.

본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims

자율주행용 로봇 구동시 생성되는 대용량 센서데이터를 수신하여 대용량의 연산을 다중처리하는 제 1 제어부;
상기 제 1 제어부와 고속 통신버스로 연결되어 상기 대용량의 연산중 병렬 반복처리 연산을 보조적으로 처리하는 제 2 제어부;
상기 로봇의 전원 상태 모니터링, 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 상기 로봇의 모터 제어, 상기 로봇의 릴레이 제어 및 상기 제 1 제어부와 통신을 수행하는 마이크로제어부;및
상기 로봇이 이용하는 센서, 제 1 제어부, 상기 제 2 제어부 및 상기 마이크로제어부로 전원의 공급을 제어하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어부는
GbE 스위치로부터 상기 대용량 센서데이터를 (GbE)로 입력받는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 상기 마이크로제어부는
상기 제 1 제어부와 이더넷 통신을 수행하고, 상기 이더넷 통신에 손상이 발생될 경우 상기 제 1 제어부와 RS232 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어부는
상기 로봇이 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동하기 위해 상기 대용량 센서데이터에서 획득한 상기 로봇의 위치 데이터 및 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물에 대한 데이터를 기반으로 자율주행을 위한 이동 경로를 산출하는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 제어부는
상기 대용량의 연산 중 환경인식과 관련된 연산을 처리하고, 상기 환경인식과 관련된 연산은 카메라 및 레이저 스캐너를 포함하는 센서의 데이터를 처리하는 연산을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로제어부는
상기 로봇의 전원 상태 모니터링, 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 상기 로봇의 모터 제어, 상기 로봇의 릴레이 제어 및 상기 제 1 제어부와 통신 상태를 LCD에 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어부는
16 Core 또는 그 이상의 Core를 구성하도록 구현이 가능하며, Hyper-Threading 을 사용할 경우 총 32 Core 또는 그 이상의 Core로 운영이 가능한 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어부는 보드(board) 형태로 구현되고,
상기 보드의 Backplane 쪽은 상기 제 1 제어부와 상기 제 2 제어부를 연결하는 PCIe GEN2.0 x16(1212) 통신라인과 상기 마이크로제어부와 연결되는 Serial 및 Ethernet 통신라인이 배치되며,
상기 보드의 Front Pannel 쪽은 Power LED, Reset Button, Speaker connect, Micophone, VGA 또는 HDMI, 적어도 하나 이상의 USB, 적어도 하나이상의 GbE 스위치, 적어도 하나 이상의 Firewire, 적어도 하나 이상의 Serial 통신라인이 배치되는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 자율주행용 로봇은
빠른속도로 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
자율주행용 로봇 구동시 생성되는 대용량 센서데이터를 수신하여 대용량의 연산을 병렬처리하는 제 1 제어부;
상기 로봇의 전원 상태 모니터링, 상기 로봇과 근접한 위치에 있는 장애물 모니터링, 상기 로봇의 모터 제어, 상기 로봇의 릴레이 제어 및 상기 제 1 제어부와 통신을 수행하는 마이크로제어부;및
상기 로봇이 이용하는 센서, 제 1 제어부 및 상기 마이크로제어부로 전원의 공급을 제어하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 10 항에 있어서, 상기 제 1 제어부는
GbE 스위치로부터 상기 대용량 센서데이터를 (GbE)로 입력받는 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.
제 11항에 있어서, 상기 자율주행용 로봇은
주행속도는 느리지만 스스로 길을 선택하고 장애물을 피해 목적지로 이동하는 기능을 지닌 것을 특징으로 하는 소형통합제어장치.