KR20150044562A

KR20150044562A - 주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템 및 이를 위한 로봇

Info

Publication number: KR20150044562A
Application number: KR20130123760A
Authority: KR
Inventors: 홍성용
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-27

Abstract

본 발명은 주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템 및 이를 위한 로봇에 관한 것으로,
군집로봇 시스템을 구축하는 다수의 로봇 각각은, 목표 대상을 탐지하는 목표 탐지부; 상기 목표 탐지부의 탐지 결과와 다른 로봇들 각각의 탐지 결과를 수집하고 비교 분석하여, 마스터 모드로 동작할지 또는 슬레이브 모드로 동작할지 결정하는 모드 설정부; 마스터 모드시에 동작 활성화되어, 상기 목표 탐지부의 탐지 결과를 기반으로 제어 명령을 생성하여 상기 다른 로봇들 각각에 제공하는 마스터 동작부; 슬레이브 모드시에는 동작 활성화되어, 상기 다른 로봇들 중 하나로부터 제공되는 제어 명령을 수신하는 슬레이브 동작부; 및 상기 마스터 동작부 또는 상기 슬레이브 동작부를 통해 획득되는 상기 제어 명령을 기반으로 로봇의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함할 수 있다.

Description

주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템 및 이를 위한 로봇{Population robot system for master-slave relationships co-working and robot for the same}

본 발명은 군집로봇 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보다 다양한 환경에 유연하게 적응 가능할 수 있도록 하는 주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템 및 이를 위한 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 군집로봇 시스템은 군집을 이루는 로봇들 간의 협동을 통하여 단일 로봇보다 나은 성능을 구현함을 목적으로 한다.

국내공개특허 제10-2010-0086093호에서와 같이, 종래의 군집로봇 시스템은 1대의 마스터(master) 로봇을 지정하고, 이를 통해 슬레이브(slave) 로봇들에 제어를 하는 방식을 주로 채택해 왔었다.

그러나 종래의 주종관계로 한 대의 로봇이 다른 여러 대의 로봇을 동시에 제어하는 방식은 여러 다양한 환경에 대처하기 어려우며, 만약의 경우 마스터(master) 로봇이 오류를 발생하거나 고장이 날 경우, 전체적인 군집 로봇의 제어가 어렵게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특정 단일 로봇을 마스터 로봇으로 지정하는 것이 아니라, 마스터 로봇이 동작할 로봇이 동작 환경 또는 설정 조건에 따라 유동적으로 가변될 수 있도록 하는 주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 군집로봇 시스템을 구축하는 다수의 로봇 각각은, 목표 대상을 탐지하는 목표 탐지부; 상기 목표 탐지부의 탐지 결과와 다른 로봇들 각각의 탐지 결과를 수집하고 비교 분석하여, 마스터 모드로 동작할지 또는 슬레이브 모드로 동작할지 결정하는 모드 설정부; 마스터 모드시에 동작 활성화되어, 상기 목표 탐지부의 탐지 결과를 기반으로 제어 명령을 생성하여 상기 다른 로봇들 각각에 제공하는 마스터 동작부; 슬레이브 모드시에는 동작 활성화되어, 상기 다른 로봇들 중 하나로부터 제공되는 제어 명령을 수신하는 슬레이브 동작부; 및 상기 마스터 동작부 또는 상기 슬레이브 동작부를 통해 획득되는 상기 제어 명령을 기반으로 로봇의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함할 수 있다.

그리고 상기 목표 탐지부와 모드 설정부는 탐지 동작과 동작 모드 설정 동작을 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 군집로봇 시스템은, 군집 제어 동작을 수행하는 다수의 로봇; 및 상기 군집 제어 동작을 지원하기 위한 정보를 제공하는 제어 단말을 포함하며, 상기 다수의 로봇은 기 등록된 마스터 설정 조건을 충족시키는 로봇을 마스터 로봇으로 설정하고, 상기 마스터 로봇이 나머지 로봇들을 동작 제어하되, 마스터 로봇 설정 동작을 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 로봇 중에서 동작 환경에 최적화된 하나의 로봇을 마스터 로봇으로 동작시키되, 동작 환경이 변화되면 마스터 로봇 또한 변화될 수 있도록 함으로써, 다양한 환경에 보다 유연하게 적응할 수 있도록 하고, 이에 따라 보다 안정적이고 효율적으로 군집 로봇 제어 동작이 수행될 수 있도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템을 도시한 도면이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주종관계 협업을 위한 군집 로봇 제어 방법을 설명하기 위한 것이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 군집 제어 방법의 일 적용예를 설명하기 위한 것이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 군집 제어 방법의 다른 적용 예를 설명하기 위한 것이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주종관계 협업을 위한 군집로봇 시스템을 도시한 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 군집로봇 시스템은 다수의 로봇(200)과 하나의 제어 단말(100) 등을 포함할 수 있으며, 마스터 로봇으로 동작할 로봇이 동작 환경 또는 설정 조건에 따라 유동적으로 가변되도록 한다.

즉, 본 발명에서는 특정 단일 로봇을 마스터 로봇으로 지정하는 것이 아니라, 다수의 로봇(200) 중 마스터 로봇의 조건을 달성한 로봇이 발생하면 해당 로봇이 마스터 로봇으로 동작할 수 있도록 하는 것이다.

이에 본 발명의 다수의 로봇(300) 모두가 마스터 기능과 슬레이브 기능을 동시에 지원할 수 있어야 하며, 제어 단말(100)은 특정 로봇이 아닌 다수의 로봇 모두에게 탐지 대상 및 탐지 목표에 대한 정보를 전송할 수 있어야 할 것이다. 즉, 제어 단말(100)은 다수의 로봇(300) 모두에게 자신이 마스터 로봇으로 동작할지 아니면 슬레이브 로봇으로 동작할지를 결정할 수 있는 정보를 제공할 수 있어야 할 것이다.

참고로, 본 발명의 제어 단말(100)은 군집로봇 제어 프로그램을 기반으로 군집로봇 시스템의 전체적인 동작 흐름을 제어하는 단말로, 특히, 사용자가 군집로봇 제어를 위해 입력하는 각종 입력값을 다수의 로봇(200) 각각에 전달함으로써, 다수의 로봇(200) 각각이 군집 제어 동작을 수행하도록 하고, 군집 제어 동작의 결과를 수집하여 사용자에 통보하는 역할을 수행한다.

이와 같은 제어 단말(100)은 군집로봇 시스템을 위해 별도로 설계 및 제작된 단말 장치일 수도 있으나, 스마트 폰, 태블릿 PC, 노트북과 같이 기존의 통신 기기를 활용하여 구현될 수도 있을 것이다. 만약, 기존의 통신 기기를 활용하여 제어 단말이 구현된다면, 군집로봇 제어 프로그램은 각종 통신망을 통해 다운로드 및 설치될 수 있는 어플리케이션 형태로 제작 및 유포될 수 있을 것이다.

도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 상세 구성을 도시한 도면이다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다수의 로봇 각각은, 통신부(210), 목표 탐지부(220), 모드 설정부(230), 마스터 동작부(240), 슬레이브 동작부(250), 및 동작 제어부(260) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

통신부(210)는 제어 단말(100) 및 다른 로봇(200) 중 적어도 하나와의 통신을 지원한다. 본 발명의 통신부(210)는 로봇의 자유로운 이동을 보장하기 위해, 지그비(Zigbee) 통신 및 ISA100, WirelessHART, Bluetooth, Wave, NFC 중 하나로 구현된 무선 통신 기술을 이용하는 것이 바람직할 것이다.

목표 탐지부(220)는 제어 단말(100)로부터 탐지 대상에 대한 정보가 전송되면, 이에 응답하여 해당 조건을 만족 시키는 대상이 있는 지 탐지한다. 그리고 해당 대상이 탐지되면, 탐지 결과에 자신의 식별 정보를 매핑한 후 다른 로봇들에게 이를 통보한다.

모드 설정부(230)는 목표 탐지부(220)의 탐지 결과 이외에 다른 로봇들 각각이 제공하는 탐지 결과를 모두 수집한다. 그리고 기 등록된 마스터 설정 조건에 따라 수집된 탐지 결과를 분석하고, 목표 탐지부(220)의 탐지 결과가 마스터 설정 조건을 만족시키는 경우에는 마스터 모드를 설정하고, 다른 로봇의 탐지 결과가 마스터 설정 조건을 만족시키는 경우에는 슬레이브 모드를 설정하도록 한다.

여기서, 마스터 설정 조건은 동작 환경, 탐지 목적 등에 따라 다양하게 등록 및 가변될 수 있을 것이다. 예를 들어, 탐지 시간을 기준으로 마스터 로봇이 설정되거나, 탐지 대상과의 거리를 기준으로 마스터 로봇이 설정되는 등, 마스터 설정 조건이 다양하게 가변될 수 있을 것이다.

마스터 동작부(240)는 마스터 모드시에 동작 활성화되어, 목표 탐지부(220)의 탐지 결과와 탐지 목표를 고려하여 다수의 로봇을 군집 제어하기 위한 제어 명령을 생성하고, 이를 다른 로봇들 각각에 제공하도록 한다.

슬레이브 동작부(250)는 슬레이브 모드시에 동작 활성화되어, 다른 로봇이 제공하는 제어 명령을 수신하도록 한다.

동작 제어부(260)는 마스터 모드시에는 마스터 동작부(240)에 의해 생성된 제어 명령에 따라 로봇을 동작 제어하고, 슬레이브 모드시에는 슬레이브 동작부(250)를 통해 수신한 제어 명령을 기반으로 로봇을 동작 제어하도록 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주종관계 협업을 위한 군집 로봇 제어 방법을 설명하기 위한 것이다.

만약, 사용자가 제어 단말(100)을 통해 탐지 대상과 탐지 목표에 대한 정보를 입력하면, 제어 단말(100)은 이들 정보를 포함하는 사용자 명령을 생성하여 다수의 로봇(200) 각각에 제공한다(S1).

그러면, 다수의 로봇(200) 각각은 사용자 명령을 수신 및 분석하여 탐지 대상의 위치, 상태 등을 탐지하고(S2), 이에 로봇 식별 정보, 탐지 시간, 로봇 위치 등과 같은 부가 정보를 매핑하여 다른 로봇(200)들 각각에 제공하도록 한다(S3).

그러면, 다수의 로봇(200) 각각은 기 등록된 마스터 설정 조건에 따라 자신의 탐지 결과와 다른 로봇(200)들의 탐지 결과를 비교 분석하고, 자신의 탐지 결과가 마스터 설정 조건을 충족하는 경우에는 마스터 모드로 동작하고, 그렇지 않은 경우에는 슬레이브 모드를 동작하도록 한다(S4).

마스터 모드로 동작하는 로봇은 자신의 탐지 결과와 탐지 목표를 기반으로 다수의 로봇을 군집 제어하기 위한 제어 명령을 생성한 후 슬레이브 모드로 동작하는 나머지 로봇들 각각에 제공하고(S5), 슬레이브 모드로 동작하는 나머지 로봇들은 마스터 모드로 동작하는 로봇이 제공하는 제어 명령을 수신하게 된다(S6).

그 결과, 마스터 모드로 동작하는 로봇과 슬레이브 모드로 동작하는 나머지 로봇들 모두가 동일한 제어 명령에 따라 동작 제어되고, 이에 따라 탐지 목표가 달성되게 된다(S7).

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 군집 제어 방법의 일 적용예를 설명하기 위한 것이다.

만약, 다수의 로봇(200)에 탈출 통로를 찾도록 하는 명령이 전달되면, 다수의 로봇(200) 각각은 (a)에 도시된 바와 같이 각자의 위치에서 가장 근접한 통로를 찾게 된다. 그러면, 가장 먼저 탈출 통로는 찾은 로봇이 마스터 상태로 전환되고, 다른 로봇들은 마스터 로봇에 의해 제어가 이루어진다.

따라서 다른 로봇들은 마스터 로봇에 의해 (b)에 도시된 바와 같이 다른 탐색을 하지 않고 바로 탈출 통로를 찾을 수 있게 된다.

만약, 통로가 2곳 이상이 있다면 마스터 로봇은 2대가 되고, 가장 가까운 위치에 로봇에게 신호 전달을 하여 제어가 이루어지게 할 수도 있을 것이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 군집 제어 방법의 다른 적용 예를 설명하기 위한 것이다.

도5의 방법은 특정 목표물을 찾거나 우선적으로 통제가 이루어져야 하는 경우, 군집 로봇에 제어를 지능적으로 제어할 수 있도록 하는 것이다.

도5에서와 같이 빗금 무늬로 표시된 네모박스가 화재 현장이라고 가정한다면, 화재 현장 가장 가까이에 있는 소방 로봇(도트 무늬로 표시된 동그라미)이 화재 지점을 먼저 발견하고, 다른 로봇들에게 신호를 전달한다. 이때 신호를 전달한 로봇은 마스터 로봇이 되며, 전달을 받은 다른 로봇들은 마스터 로봇의 위치와 명령을 받아 모이게 된다.

이러한 구조는 화재의 현장을 신속하게 조기 진압을 할 수 있을 뿐 아니라, 분산되어 있는 로봇의 활용도가 상당히 높아지는 장점을 제공한다.

이와 같이 본 발명의 지능적 주종관계 협업을 위한 군집로봇 제어 방법 및 시스템은 다양한 산업분야에 걸쳐 응용이 가능하며, 매우 넓은 분야에 적용 가능해지게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

군집로봇 시스템을 구축하는 다수의 로봇 각각은,
목표 대상을 탐지하는 목표 탐지부;
상기 목표 탐지부의 탐지 결과와 다른 로봇들 각각의 탐지 결과를 수집하고 비교 분석하여, 마스터 모드로 동작할지 또는 슬레이브 모드로 동작할지 결정하는 모드 설정부;
마스터 모드시에 동작 활성화되어, 상기 목표 탐지부의 탐지 결과를 기반으로 제어 명령을 생성하여 상기 다른 로봇들 각각에 제공하는 마스터 동작부;
슬레이브 모드시에는 동작 활성화되어, 상기 다른 로봇들 중 하나로부터 제공되는 제어 명령을 수신하는 슬레이브 동작부; 및
상기 마스터 동작부 또는 상기 슬레이브 동작부를 통해 획득되는 상기 제어 명령을 기반으로 로봇의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하는 로봇.
제1항에 있어서, 상기 목표 탐지부와 모드 설정부는
탐지 동작과 동작 모드 설정 동작을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇.
군집 제어 동작을 수행하는 다수의 로봇; 및
상기 군집 제어 동작을 지원하기 위한 정보를 제공하는 제어 단말을 포함하며,
상기 다수의 로봇은
기 등록된 마스터 설정 조건을 충족시키는 로봇을 마스터 로봇으로 설정하고, 상기 마스터 로봇이 나머지 로봇들을 동작 제어하되,
마스터 로봇 설정 동작을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 시스템.