KR20150041452A

KR20150041452A - 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동방법

Info

Publication number: KR20150041452A
Application number: KR20130119995A
Authority: KR
Inventors: 김병준김병준; 김병준; 전윤찬전윤찬; 전윤찬
Original assignee: 김병준; 전윤찬
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-16
Also published as: KR101537959B1

Abstract

야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동방법을 개시한다. 상기 야생동물 퇴치 로봇은 사운드 및 광을 이용하여 비정형적 또는 정형적으로 구획된 농장 내에서 광센서, 초음파 센서 및 사운드 센서를 이용하여, 농장순찰, 야생동물 추적, 야생동물 퇴치 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동 방법은 정형적 또는 비정형적 농장에서 용이하게 설치하여, 야생동물 출현 시에 야생동물의 소리를 기반으로 야생동물의 출현 방향 및 출현 각도를 산출한 후, 퇴치 로봇을 산출된 방향 및 각으로 구동시킨 후, 야생동물에 접근시, 야생동물의 종류에 따른 퇴치 음파를 발생시켜 야생동물을 퇴치하는 발명으로, 사람이 없이도 광범위한 농장에서 야생동물의 소리만을 이용하여 야생동물을 퇴치할 수 있다는 이점을 제공한다.
또한, 야생동물이 농장 내에 접근을 방지하기 위하여 살포된 약품으로 인한 환경오염을 억제할 수 있다는 이점을 제공한다. 또한, 기존의 야생동물 포획단 운영 등으로 인한 인력 및 시간 낭비의 문제점을 해결할 수 있다는 이점을 제공한다.

Description

야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동방법{wild animals extermination robot and using Driving method Thereof}

본 발명은 야생동물 퇴치 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음향 센서를 이용한 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

도 1은 야생동물에 의한 농작물 피해 사례 및 금액을 나타낸 예시도이다.

최근 야생동물로 인한 농작물의 피해가 급증하고 있다. 도 1를 참조하면, 과수원, 옥수수, 고구마, 무 등 다양한 농산물들이 멧돼지, 고라니, 까치 등 다양한 야생 동물에 의해 피해를 입고 있으며, 그 피해 금액이 수백억에 이르고 있다.

이러한 야생동물로부터의 농작물 피해를 줄이기 위한 다양한 시도가 예전부터 이루어져 오고 있다. 일 예로, 허수아비 설치하기, 과일 봉지 씌우기, 울타리 설치 등은 전통전인 방법들이다.

포획트랩을 설치하거, 직접 사람들이 야생동물 포획단을 조직하여 야생동물들을 포획하기 위한 시도도 이루어지고 있다.

최근에는 전기 목책기 설치, 천적 모빌, 조류 퇴치기, 고정식 4방향 고음스피커 등 첨단 장비를 활용하여 야생동물을 퇴치하는 시도를 하기도 하며, 유비쿼터스 센서 네트워크를 통한 야생동물의 감지 시스템을 구축하기도 하였다.

그러나 이러한 기존의 야생동물 퇴치 방식에는 몇 가지 문제점들이 존재한다.

첫째, 환경 오염문제이다. 수거되지 못한 농약 봉지 등 각종 농약 및 약품의 사용으로 인해 환경오염이 많이 발생하고 있다. 둘째, 야생동물 포획단 운영 등으로 많은 인력과 시간이 낭비되는 문제가 있다.

셋째, 단순한 퇴치 방식들로 인해 처음에는 효과가 있지만 야생동물들의 적용으로 인해 시간이 지날수록 퇴치 효과가 미약해진다. 마지막으로 고정석 퇴치 장비는 특정한 지점에 고정되어 있기 때문에 넓은 농자의 경우 전체 영역을 감당하기가 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 로봇이 농장을 순찰하다가 야생 동물이 출현하면 이를 감지하여 야생동물을 추적한 후 퇴치가 가능한 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동방법을 개시한다.

대한민국특허등록번호 제10-1104943호(발명의 명칭: 야생동물 침입 퇴치 장치)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정형적 또는 비정형적으로 구획된 소규모 또는 대규모 농장에서 비번히 발생되는 야생동물로 인한 농작물 피해를 예방하기 위하여 음향 센서가 탑재된 로봇을 이용하여 야생동물의 울음소리를 감지한 후, 감지된 음향신호를 통해 야생동물의 방향 및 위치를 파악한 후, 야생동물이 싫어하는 소리 또는 천적의 소리를 발생시켜 야생동물을 퇴치시킬 수 있는 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇은 사운드 및 광을 이용하여 비정형적 또는 정형적으로 구획된 농장 내에서 광센서, 초음파 센서 및 사운드 센서를 이용하여, 농장순찰, 야생동물 추적, 야생동물 퇴치 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 야생동물 퇴치 로봇은 서로 다른 방향에서 수신되는 음향신호(S1, S2, S3, S4)를 각각 감지하는 4개의 음향 센서(110); 상기 4개의 음향 센서 각각에서 감지된 상기 음향신호(S1, S2, S3, S4)에 기반하여 상기 야생동물의 출현 유무를 감지한 후, 감지 여부에 따라 상기 야생동물의 위치 정보가 포함된 메시지를 외부로 전송하는 제1 처리부(130); 상기 제1 처리부(130)에서 전송된 메시지 내의 정보에 따라 제1 동작모드 또는 제2 동작모드 신호를 출력하는 제2 처리부(140); 및 상기 제1 동작모드 신호 또는 상기 제2 동작모드 신호에 따른 동작모드로 구동하는 구동부(150)를 포함하고, 상기 동작모드는, 농장순찰 모드 또는 야생동물 추적/퇴치 모드인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 처리부(130)는 상기 적어도 하나 이상의 음향 센서(110)들 각각에서 감지된 음향신호(S1, S2, S3, S4) 중 서로 인접한 2개의 음향 센서에서 합산된 음향값 중 최대값을 산출한 후, 산출된 결과값에 따라 상기 야생동물의 출현방향, 상기 출현방향과 현위치와의 이동각 정보를 산출하는 기능을 수행하는 방향/각 산출부(131); 상기 방향/각 산출부(131)에서 산출된 정보가 포함된 메시지를 생성하는 메시지 생성부(132); 및 블루투스, WiFi, 3G, Zigbee, RF 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 메시지 생성부(132)에서 생성된 메시지를 상기 제2 처리부(140)로 전송하는 상기 통신모듈(133)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방향/각 산출부(131)는 아래에 기재된 야생 동물 출현 방향 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 야생동물의 출현방향과 현 위치와의 이동각(상대회전각)을 산출하며, 상기 야생 동물 출현 방향 탐지 알고리즘은,

단계 0. IF (max(S1, S2, S3, S4) > 임계값)

단계 1. 야생동물 출현 방향 = max{(S1+S2), (S2+S3), (S3+S4), (S4+S1)}

단계 2. 차이값 = 음향센서1 측정값 - 음향센서2 측정값

단계 3. IF(차이값 == 0)

단계 4. 출현 각도 = 90

단계 5. IF(차이값 < 0)

단계 6. 출현 각도 = 45

단계 7. ELSE

단계 8. 출현각도 = 135

단계 9. 상대회전각도 = 출현각도 * 출현방향 사분면값

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 처리부(140)는 블루투스, WiFi, 3G, Zigbee, RF 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 상기 제1 처리부(130)에서 전송된 메시지를 수신하는 통신모듈(142); 상기 통신모듈(142)에서 수신한 메시지와 내부에 기 설정된 메시지와의 동일성 여부를 비교 판단한 비교결과값을 출력하는 비교판단부(145); 및 상기 비교결과값에 따라 상기 제1 동작모드 또는 제2 동작모드에 해당하는 동작모드 신호를 상기 구동부(150)로 출력하는 동작신호 출력모듈(141)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 비교판단부(145)는 0 또는 1인 비교결과값을 출력하며, 비교결과값이 0일 경우는 상기 전송된 메시지와 상기 기 설정된 메시지가 동일한 경우이며, 상기 비교결과값이 1일 경우는 상기 전송된 메시지와 상기 기 설정된 메시지가 다를 경우를 나타내는 것을 특징으로 한다.

상기 동작신호 출력모듈(141)은 상기 구동부를 상기 제1 동작모드로 구동시키는 농창순찰 모듈(141a); 및 상기 구동부를 상기 제2 동작모드로 구동시키는 야생동물 추적/퇴치 모듈(141b)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법은 야생동물에 울음소리를 4개의 음향센서를 통해 측정하는 단계(S110); 4개의 음향센서에서 측정된 음향값 중 최대값과 기 설정된 임계값을 비교 판단하는 단계(S120); 상기 최대값을 이용하여, 야생동물의 출현 방향 및 로봇의 현위치와 야생동물의 위치와의 회전각도를 산출하는 단계(S130); 비교판단부의 결과에 따른 메시지를 메시지 생성부에서 생성하는 단계(S140); 제1 처리부(130)의 통신모듈(133)에서 메시지 생성부에서 생성된 메시지를 제2 처리부(140)로 송신하는 단계(S150); 제2 처리부(140)의 통신모듈(142)에서 제1 처리부(130)에서 송신된 메시지를 수신하는 단계(S160); 상기 제2 처리부(140)의 비교판단부(145)에서 내부에 기 설정된 메시지와 수신된 메시지와의 동일성 여부를 비교 판단하는 단계(S170); S170의 비교결과값에 따라 제2 동작모드로 구동부를 구동시키는 단계(S180); 및 S170의 비교결과값에 따라 제1 동작모드로 상기 구동부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

S130은 상기 최대값이 상기 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 방향/각 산출부에서 최대값을 기초로 야생동물이 출현된 지점의 방향을 계산하는 단계(S131) 및 퇴치 로봇의 현위치와 야생동물의 위치와의 회전각도를 계산하는 단계(S132)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 S180은 비교결과값이 1인 경우에, 수신된 메시지 내에 포함된 야생동물의 방향 및 이동각 정보를 기반으로, 구동부를 구동시켜, 이동로봇을 동물 출현 방향으로 회전시키는 단계(S181); 및 야생동물 출현 방향으로 이동로봇을 이동시키는 단계(S182) 및 야생동물의 종류에 따른 퇴치 음파를 발생시키는 단계(S183)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동 방법은 정형적 또는 비정형적 농장에서 용이하게 설치하여, 야생동물 출현 시에 야생동물의 소리를 기반으로 야생동물의 출현 방향 및 출현 각도를 산출한 후, 퇴치 로봇을 산출된 방향 및 각으로 구동시킨 후, 야생동물에 접근 시, 야생동물의 종류에 따른 퇴치 음파를 발생시켜 야생동물을 퇴치하는 발명으로, 사람이 없이도 광범위한 농장에서 야생동물의 소리만을 이용하여 야생동물을 퇴치할 수 있다는 이점을 제공한다.

또한, 야생동물이 농장 내에 접근을 방지하기 위하여 살포된 약품으로 인한 환경오염을 억제할 수 있다는 이점을 제공한다.

또한, 기존의 야생동물 포획단 운영 등으로 인한 인력 및 시간 낭비의 문제점을 해결할 수 있다는 이점을 제공한다.

도 1은 야생동물에 의한 농작물 피해 사례 및 금액을 나타낸 예시도이다.
도 2는 정형적 또는 비정형적인 공간으로 구성된 농장에서의 로봇의 이동 패턴의 예를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 실사도이다.
도 5는 로봇의 회전 각도를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 구동 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 7은 본 발명에서 제공된 야생동물 퇴치 로봇의 구동을 실험하기 위한 실험 공간의 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 2는 정형적 또는 비정형적인 공간으로 구성된 농장에서의 로봇의 이동 패턴의 예를 나타낸 예시도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 실사도이다.

도 5는 로봇의 회전 각도를 나타낸 예시도이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 구동 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

도 7은 본 발명에서 제공된 야생동물 퇴치 로봇의 구동을 실험하기 위한 실험 공간의 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 야생 동물 퇴치 로봇(100)은 사운드 및 광을 이용하여 비정형적 또는 정형적으로 구획된 농장 내에서 광센서, 초음파 센서 및 사운드 센서를 이용하여, 농장순찰, 야생동물 추적, 야생동물 퇴치 기능을 수행하는 로봇으로서, 보다 상세하게는 4개의 음향센서(110), 제1 처리부(130), 제2 처리부(140) 및 구동부(150)를 포함한다.

상기 4개의 음향 센서(110)는 각각이 서로 다른 방향에 위치하며, 각 위치방향에서 수신되는 소리(S1, S2, S3, S4)를 감지하는 기능을 수행한다.

상기 제1 처리부(130)는 상기 4개의 음향 센서(110) 각각에서 감지된 음향신호들(S1, S2, S3, S4)에 기반하여 상기 야생동물의 출현 유무를 감지한 후, 감지 여부에 따른 메시지를 생성하여 출력하는 기능을 수행한다.

상기 제2 처리부(140)는 상기 제1 처리부(130)에서 전송된 메시지 내의 정보에 따라 제1 동작모드 또는 제2 동작모드에 따른 구동 신호를 상기 구동부로 출력하는 기능을 수행한다.

상기 구동부(150)는 상기 제2 처리부(140)에서 출력되는 구동 신호에 따라 구동된다.

보다 구체적으로, 상기 제1 처리부(130)는 방향/각 산출부(131), 메시지 생성부(132) 및 통신모듈(133)을 포함한다.

상기 방향/각 산출부(131)은 상기 적어도 하나 이상의 음향 센서(110)들 각각에서 감지된 음향신호(S1, S2, S3, S4) 중 서로 인접한 2개의 음향 센서에서 합산된 음향값 중 최대값을 산출한 후, 산출된 결과값에 따라 상기 야생동물의 출현방향, 상기 출현방향과 현위치와의 이동각 정보를 산출하는 기능을 수행한다.

보다 구체적으로, 상기 방향/각 산출부(131)는 인접한 사운드 센서들인 S1과 S2, S2와 S3, S3와 S4, 그리고 S4와 S1의 합을 각각 구하여 구한 값이 가장 큰 방향을 야생 동물이 출현한 방향이라고 판정하며, 이는 음향 센서의 특성 상 소리가 발생한 지점과 가까울수록 소리 값이 크게 측정되는 원리를 이용하여 도출한다.

야생동물 출현 방향 = max{(S1+S2), (S2+S3), (S3+S4), (S4+S1)} (식1)

다음으로, 야생동물의 출현방향과 현위치와의 이동각은 야생동물이 출현한 방향의 두 사운드 센서 값의 차이를 이용한다. 즉, 두 사운드 센서값의 차이가 0 혹은 매우 미미한 차이를 나타내면 두 사운드 센서의 중간 방향 즉 90^o방향에서 출현했음을 의미하며, 차이값이 음수라면 (0 ~ 90)^o사이, 양수라면 (90 ~ 180)^o사이임을 의미한다.

따라서 음수라면 45^o방향, 양수라면 135^o방향으로 이동로봇을 회전한다.

이는 야생 동물은 정확히 한곳에 정지하는 것이 아니라 끊임없이 이동하며 출현하기 때문에 끊임없이 방향성을 조정하며 추적하는 것이 바람직하기 때문이다.

계산된 각도를 (식 1)의 야생 동물 출현 방향에 맞추어 상대 회전 각도를 계산한다. 상대회전각도란 로봇의 현재 이동 방향을 0^o로 설정하고 이를 기준으로 보정한 각도를 말한다.

여기서, 상기 방향/각 산출부(131)는 알고리즘 1인 야생 동물 출현 방향 탐지 알고리즘을 이용하여 앞에서 상술한 야생동물의 출현방향과 현위치와의 이동각을 산출한다.

[알고리즘 1]

입력: 음향 센서의 측정값(S1, S2, S3, S4)

출력: 상대회전각도

알고리즘 시작

단계 0. IF (max(S1, S2, S3, S4) > 임계값)

단계 1. 야생동물 출현 방향 = max{(S1+S2), (S2+S3), (S3+S4), (S4+S1)}

단계 2. 차이값 = 사운드센서1 측정값 - 사운드센서2 측정값

단계 3. IF(차이값 == 0)

단계 4. 출현 각도 = 90

단계 5. IF(차이값 < 0)

단계 6. 출현 각도 = 45

단계 7. ELSE

단계 8. 출현각도 = 135

단계 9. 상대회전각도 = 출현각도 * 출현방향 사분면값

알고리즘 끝

상기 메시지 생성부(132)는 상기 방향/각 산출부(131)에서 산출된 정보가 포함된 메시지를 생성하여, 상기 통신모듈(133)로 전송하는 기능을 수행한다.

상기 통신모듈(133)은 블루투스, WiFi, 3G, Zigbee, RF 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 메시지 생성부(132)에서 생성된 메시지를 상기 제2 처리부(140)로 전송하는 기능을 수행한다.

다음으로, 상기 제2 처리부(140)는 통신모듈(142), 비교판단부(145) 및 동작신호 출력모듈(141)을 포함한다.

상기 통신모듈(142)은 블루투스, WiFi, 3G, Zigbee, RF 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 상기 제1 처리부(130)에서 전송된 메시지를 수신하는 기능을 수행한다.

상기 비교판단부(145)는 통신모듈(142)에서 수신한 메시지와 내부에 기 설정된 메시지와의 동일성 여부를 비교 판단한 비교결과값을 출력하는 기능을 수행한다.

여기서, 상기 비교결과값은 0 또는 1일 수 있으며, 0일 경우, 상기 전송된 메시지와 상기 기 설정된 메시지가 동일한 경우이며, 1일 경우는 상기 전송된 메시지와 상기 기 설정된 메시지가 다를 경우를 나타낸다.

상기 동작신호 출력모듈(141)은 상기 비교결과값에 따라 상기 제1 동작모드 또는 제2 동작모드에 해당하는 동작모드 신호를 상기 구동부(150)로 출력한다.

여기서, 상기 제1 동작모드는 농장순찰 모드일 수 있으며, 상기 제2 구동모드는 야생동물 추적/퇴치 모드일 수 있으며, 각 모드에 관한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 동작신호 출력모듈(141)은 농장순찰 모듈(141a) 및 야생동물 추적/퇴치 모듈(141b)을 포함할 수 있다.

상기 농장순찰 모듈(141a)은 상기 비교결과값이 0일 경우, 농장순찰 구동신호를 출력하는 기능을 수행한다.

보다 구체적으로, 상기 농장순찰 모듈(141a)은 내부에 통합순찰 알고리즘이 프로그래밍되어 있으며, 상기 통합순찰 알고리즘은 정형적 공간 및 비정형적 공간에서 이동로봇이 장해물을 회피하며 이동할 수 있는 이동 알고리즘일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 통합순찰 알고리즘은 이동로봇이 아래와 같은 단계 0 ~ 단계 11의 과정을 반복 수행하도록 설계된다.

[알고리즘 시작]

단계 0. 주행 시작

단계 1. 반복 시작

단계 2. IF (빛 센서1 측정값 > 임계값)

단계 3. IF (빛 센서2 측정값 > 임계값)

단계 4. 직진 주행

단계 5. IF(초음파센서 측정값 < 거리 임계값)

단계 6. 장애물 회피 주행

단계 7. ELSE

단계 8. 우회전

단계 9. ELSE

단계 10. 좌회전

단계 11. 반복 끝

[알고리즘 끝]

즉, 농장순찰 모드는 평상시 모드로서, 2개의 광센서와 초음파 센서를 이용하며, 2개의 광센서를 이용하여 논이나 밭과 같은 정형적인 공간에 대해서는 라인 트레이서처럼 동작하고, 과수원과 같은 비정형적 공간에서는 밭갈이 알고리즘 방식으로 이동하며 초음파 센서를 이용하여 과수를 회피하며 순찰하도록 설계된다.

구체적으로, 광센서 2개를 이용하여 흰 바탕에 검은색을 추적한다고 가정할 경우, 검은 색 선이 존재하면 이를 따라 좌우회전하며 선을 따라 이동하게 된다.

이때, 검은 선이 존재하지 않으면 직진을 계속하게 되고, 만일 장애물을 만나면 초음파 센서를 통해 이를 감지하고 회피하며 순찰하게 된다. 이러한 과정을 통해 퇴치 로봇은 바닥에 선이 존재하면 라인 트레이스를 하게되고, 선이 없으면 자동으로 비정형 공간에 대한 순찰을 할 수 있어 정형적 공간과 비정형적 공간에 대한 순찰을 모두 할 수 있게 되는 원리이다.

한편, 상기 야생동물 추적/퇴치 모듈은 상기 비교결과값이 1일 경우, 야생동물 추적신호를 구동부로 전송시켜 이동로봇이 야생동물이 위치하는 방향으로 회전 및 이동하도록 구동부를 구동시키게 된다.

이때, 상기 야생동물 추적/퇴치 모듈은 상기 제1 처리부의 방향/각 산출부로부터 산출된 정보를 기반으로 구동된다.

참고로, 야생동물 퇴치 로봇이 야생 동물 출현 방향으로 이동하다 과수 등 장애물을 만나면 초음파 센서를 이용하여 회피하게 되며, 구체적으로 버그 알고리즘 등을 이용하여 목표물까지 이동할 수 있다

이후, 야생동물 추적/퇴치 모듈은 제1 처리부에서 제공된 야생동물의 울음소리의 크기를 통해 야생동물의 종류를 판별한 후, 상기 야생동물이 싫어하는 소리 또는 천적의 소리를 스피커에 전송하게 되며, 스피커는 이를 수신하여 이에 해당하는 음파를 출력한다.

도 6은 도 3에 도시된 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법은 S110 내지 S190을 포함한다.

상기 S110은 야생동물에 울음소리를 4개의 음향센서를 통해 측정하는 단계일 수 있다.

상기 S120은 4개의 음향센서에서 측정된 음향값 중 최대값과 기 설정된 임계값을 비교 판단하는 단계일 수 있다.

상기 S130은 최대값이 상기 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 방향/각 산출부에서 최대값을 기초로 야생동물이 출현된 지점의 방향을 계산(S131) 및 로봇의 현 위치와 야생동물의 위치와의 회전각도를 계산(S132)하기 위한 단계일 수 있다.

상기 S140은 비교판단부의 결과에 따른 메시지를 메시지 생성부에서 생성하는 단계로서, 최대값이 상기 기 설정된 임계값을 초과할 경우에는 방향/각 산출부에서 제공된 정보가 포함된 메시지, 예컨대, “동물출현 방향”메시지를 생성 단계와, 최대값이 상기 기 설정된 임계값 미만일 경우에는 “평시모드” 메시지를 생성하는 단계를 포함하는 단계일 수 있다.

S150은 제1 처리부(130)의 통신모듈(133)에서 메시지 생성부에서 생성된 메시지를 제2 처리부(140)로 송신하는 단계일 수 있다.

S160은 제2 처리부(140)의 통신모듈(142)에서 제1 처리부(130)에서 송신된 메시지를 수신하는 단계일 있다.

S170은 제2 처리부의 비교판단부(145)에서 내부에 기 설정된 메시지와 수신된 메시지와의 동일성 여부를 비교 판단하는 단계일 수 있다. 여기서, 비교판단부는 기 설정된 메시지와 수신된 메시지가 동일하지 않을 경우, 1인 비교결과값을 출력하며, 동일할 경우, 0의 비교결과값을 출력한다.

S180은 비교결과값이 1인 경우에 제2 동작모드인 야생동물 퇴치 모드로 구동되는 단계로서, 수신된 메시지 내에 포함된 야생동물의 방향 및 이동각 정보를 기반으로, 구동부를 구동시켜, 이동로봇을 동물 출현 방향으로 회전시키는 단계(S181), 동물 출현 방향으로 이동로봇을 이동시키는 단계(S182) 및 야생동물의 종류에 따른 퇴치 음파를 발생시키는 단계를 포함하는 단계일 수 있다.

S190은 비교결과값이 0인 경우에 구동되는 단계로서, 이는 퇴치 로봇이 제1 동작모드인 평시모드로 순찰하는 단계일 수 있다.

이하에서는 실험을 통해 본 발명에서 제공된 야생동물 퇴치 로봇의 성능 평가를 설명하도록 한다.

1. 실험환경

본 발명에서 실시된 실험의 환경(농장)은, 도 7을 참조, 논과 밭의 특징을 포함하는 라인트레이스가 가능한 정형적인 공간과 과수원을 나타내는 비정형적인 공간을 통합하여 제작하였다.

2. 실험 내용 및 결과

실험한 내용은 크게 두 가지이다. 첫 번째는 로봇이 정형적인 공간과 비정형적인 공간을 통합적으로 잘 이동하며 순찰하는지 여부이다.

두 번째 실험한 내용은 평시 모드로 순찰중인 상황에서 야생동물이 출현하였을 경우 이를 감지하고 정확하게 야생동물이 출현한 지점으로 이동하는지 여부이다. 이 실험을 위하여 NXT 특성 상 원하는 품질의 음원을 재생할 수 없어서 천적소리 대신 경고음을 사용하였다.

10회 이상 반복실험을 한 결과 로봇은 대체로 원활하게 동작하였다. 먼저 로봇의 순찰 과정을 눈으로 관찰하였을 경우 정형적인 공간과 비정형적인 공간을 자연스럽게 넘나들며 이동을 하였다. 또한 야생 동물의 출현 실험에도 대체로 정확히 소리가 발생한 방향으로 회전하여 목적지로 이동하는 모습을 보여주었다.

다만, 여러 개의 사운드센서가 개별적으로 사운드에 대한 민감도가 달라 위치를 판단하는데 오차가 발생하기도 하였지만 이를 바탕으로 주위 소음 등을 고려하여 사운드센서의 측정값을 보정하였다.

구체적으로 야생동물의 출현 각도를 계산하기 위하여 본 실험에서는 도 5와같이 총 16방향으로 초기화하였다. 즉 미세한 사운드 센서의 차이를 보정하기 위하여 로봇의 가능한 회전 각도 수를 16가지로 설정한 것이다. 그리고 이러한 16가지 방향으로 회전 각도를 설정하기 위한 사운드 센서의 측정 차이값을 표 1에 제시하였다.

[표 1]

표 1의 내용 중 S1-S2의 경우를 살펴보면, 그 차이가 40이상 즉, 전면 좌측에 부착된 사운드센서의 값이 4개의 센서 중 가장 크게 측정되었다는 것을 의미하는데, 그러면 시계 방향으로 회전한다고 가정하였을 때 315^o를 회전해야 한다. 만약 차이에 의한 값이 -40이라면 전면 우측에 부착된 사운드 센서의 값이 가장 크게 측정되었다는 것을 의미함으로 45^o를 회전하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 야생동물 퇴치 로봇 및 이의 구동 방법은 정형적 또는 비정형적 농장에서 용이하게 설치하여, 야생동물 출현 시에 야생동물의 소리를 기반으로 야생동물의 출현 방향 및 출현 각도를 산출한 후, 퇴치 로봇을 산출된 방향 및 각으로 구동시킨 후, 야생동물에 접근시, 야생동물의 종류에 따른 퇴치 음파를 발생시켜 야생동물을 퇴치하는 발명으로, 사람이 없이도 광범위한 농장에서 야생동물의 소리만을 이용하여 야생동물을 퇴치할 수 있다는 이점을 제공한다.

한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어져서는 안될 것이다.

100: 야생동물 퇴치 로봇 110: 사운드 센서
130: 제1 처리부 131: 방향각 산출부
132: 메시지 생성부 133: 통신모듈
140: 제2 처리부 141: 동작신호 출력모듈
141a: 농장순찰 모듈 141b: 야생동물 추적/퇴치 모듈
142: 통신모듈 145: 비교판단부
150: 이동로봇 구동부

Claims

사운드 및 광을 이용하여 비정형적 또는 정형적으로 구획된 농장 내에서 광센서, 초음파 센서 및 사운드 센서를 이용하여, 농장순찰, 야생동물 추적, 야생동물 퇴치 기능을 수행하는 야생동물 퇴치 로봇.
제1항에 있어서,
서로 다른 방향에서 수신되는 음향신호(S1, S2, S3, S4)를 각각 감지하는 4개의 음향 센서(110);
상기 4개의 음향 센서 각각에서 감지된 상기 음향신호(S1, S2, S3, S4)에 기반하여 상기 야생동물의 출현 유무를 감지한 후, 감지 여부에 따라 상기 야생동물의 위치 정보가 포함된 메시지를 외부로 전송하는 제1 처리부(130);
상기 제1 처리부(130)에서 전송된 메시지 내의 정보에 따라 제1 동작모드 또는 제2 동작모드 신호를 출력하는 제2 처리부(140); 및
상기 제1 동작모드 신호 또는 상기 제2 동작모드 신호에 따른 동작모드로 구동하는 구동부(150)를 포함하고,
상기 동작모드는,
농장순찰 모드 또는 야생동물 추적/퇴치 모드인 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇.
제2항에 있어서,
상기 제1 처리부(130)는,
상기 적어도 하나 이상의 음향 센서(110)들 각각에서 감지된 음향신호(S1, S2, S3, S4) 중 서로 인접한 2개의 음향 센서에서 합산된 음향값 중 최대값을 산출한 후, 산출된 결과값에 따라 상기 야생동물의 출현방향, 상기 출현방향과 현위치와의 이동각 정보를 산출하는 기능을 수행하는 방향/각 산출부(131);
상기 방향/각 산출부(131)에서 산출된 정보가 포함된 메시지를 생성하는 메시지 생성부(132); 및
블루투스, WiFi, 3G, Zigbee, RF 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 메시지 생성부(132)에서 생성된 메시지를 상기 제2 처리부(140)로 전송하는 통신모듈(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇.
제3항에 있어서,
상기 방향/각 산출부(131)는
아래에 기재된 야생 동물 출현 방향 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 야생동물의 출현방향과 현 위치와의 이동각(상대회전각)을 산출하며,
상기 야생 동물 출현 방향 탐지 알고리즘은,
단계 0. IF (max(S1, S2, S3, S4) > 임계값)
단계 1. 야생동물 출현 방향 = max{(S1+S2), (S2+S3), (S3+S4), (S4+S1)}
단계 2. 차이값 = 음향센서1 측정값 - 음향센서2 측정값
단계 3. IF(차이값 == 0)
단계 4. 출현 각도 = 90
단계 5. IF(차이값 < 0)
단계 6. 출현 각도 = 45
단계 7. ELSE
단계 8. 출현각도 = 135
단계 9. 상대회전각도 = 출현각도 * 출현방향 사분면값
를 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇.
제2항에 있어서,
상기 제2 처리부(140)는,
블루투스, WiFi, 3G, Zigbee, RF 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 상기 제1 처리부(130)에서 전송된 메시지를 수신하는 통신모듈(142);
상기 통신모듈(142)에서 수신한 메시지와 내부에 기 설정된 메시지와의 동일성 여부를 비교 판단한 비교결과값을 출력하는 비교판단부(145); 및
상기 비교결과값에 따라 상기 제1 동작모드 또는 제2 동작모드에 해당하는 동작모드 신호를 상기 구동부(150)로 출력하는 동작신호 출력모듈(141)를 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇.
제5항에 있어서,
상기 비교판단부(145)는,
0 또는 1인 비교결과값을 출력하며, 비교결과값이 0일 경우는 상기 전송된 메시지와 상기 기 설정된 메시지가 동일한 경우이며, 상기 비교결과값이 1일 경우는 상기 전송된 메시지와 상기 기 설정된 메시지가 다를 경우를 나타내는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇.
제5항에 있어서,
상기 동작신호 출력모듈(141)은,
상기 구동부를 상기 제1 동작모드로 구동시키는 농창순찰 모듈(141a); 및
상기 구동부를 상기 제2 동작모드로 구동시키는 야생동물 추적/퇴치 모듈(141b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법에 있어서,
야생동물에 울음소리를 4개의 음향센서를 통해 측정하는 단계(S110)
4개의 음향센서에서 측정된 음향값 중 최대값과 기 설정된 임계값을 비교 판단하는 단계(S120);
상기 최대값을 이용하여, 야생동물의 출현 방향 및 로봇의 현위치와 야생동물의 위치와의 회전각도를 산출하는 단계(S130);
비교판단부의 결과에 따른 메시지를 메시지 생성부에서 생성하는 단계(S140);

제1 처리부(130)의 통신모듈(133)에서 메시지 생성부에서 생성된 메시지를 제2 처리부(140)로 송신하는 단계(S150);
제2 처리부(140)의 통신모듈(142)에서 제1 처리부(130)에서 송신된 메시지를 수신하는 단계(S160);
상기 제2 처리부(140)의 비교판단부(145)에서 내부에 기 설정된 메시지와 수신된 메시지와의 동일성 여부를 비교 판단하는 단계(S170);
S170의 비교결과값에 따라 제2 동작모드로 구동부를 구동시키는 단계(S180); 및
S170의 비교결과값에 따라 제1 동작모드로 상기 구동부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법.
제8항에 있어서,
상기 S130은,
상기 최대값이 상기 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 방향/각 산출부에서 최대값을 기초로 야생동물이 출현된 지점의 방향을 계산하는 단계(S131) 및
퇴치 로봇의 현위치와 야생동물의 위치와의 회전각도를 계산하는 단계(S132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법.
제8항에 있어서,
상기 S180은,
비교결과값이 1인 경우에, 수신된 메시지 내에 포함된 야생동물의 방향 및 이동각 정보를 기반으로, 구동부를 구동시켜, 이동로봇을 동물 출현 방향으로 회전시키는 단계(S181);
상기 동물 출현 방향으로 이동로봇을 이동시키는 단계(S182) 및
상기 야생동물의 종류에 따른 퇴치 음파를 발생시키는 단계(S183)를 포함하는 것을 특징으로 하는 야생동물 퇴치 로봇의 구동방법.