KR20160042633A - 이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 방법 및 장치 - Google Patents

이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른, 이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 방법은, (a) 무선 신호를 수집할 공간의 지도를 준비하는 단계; (b) 상기 지도에, 상기 로봇이 이동할 경로의 기준이 되는 서로 연결된 복수 개의 주행 기준선들을 지정하고, 각 주행 기준선에 대응하는 폭을 설정하는 단계; (c) 상기 주행 기준선들 중 제1 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 로봇에 마련되는 신호 수집 수단을 통하여 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 단계; 및 (d) 상기 제1 주행 기준선과 연결된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 로봇에 마련되는 신호 수집 수단을 통하여 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 방법 및 장치{Method and apparatus for collecting wireless signal for indoor positioning using mobile robot}
본 발명은 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동 로봇을 이용하여 실내 측위를 위한 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 실외 위치기반 서비스에서는 GPS를 이용한 위치 추적이 널리 사용되고 있지만, GPS 위성과 통신할 수 없는 실내에서는 사용할 수 없는 단점이 있다. 따라서 실내 위치 추적을 위해서는 WiFi, 블루투스, RFID와 같은 무선 신호의 강도를 이용한 네트워크 기반 측위 기술이 사용된다.
실내 측위 방법은 크게 2가지로 나뉜다. 하나는 무선 신호의 강도를 체크하고 이를 바탕으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 가늠하는 방법이다. 다른 하나는 실내 측위를 수행할 공간을 소정 크기 단위의 셀들로 분할한 후, 각각의 셀에서 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하여 데이터베이스에 기록하여 두고, 측정되는 신호 강도를 데이터베이스에서 조회하여 현재 위치를 인지하는 방법으로, 핑거프린트(Finger Print) 방식으로 알려져 있다. 그런데 이러한 데이터베이스를 구축하는 데는 많은 시간과 비용이 소요되며, 사람이 수동으로 데이터를 수집할 경우 정확성 또한 떨어진다. 셀을 조밀하게 할수록 정확도는 높아지지만 그에 따른 시간과 비용이 천문학적으로 소요될 수 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 이동 로봇 플랫폼을 이용하여 무선 신호를 수집하는 방법이 연구되고 있는데, 예컨대 문헌 [Using robots and SLAM for Indoor wi-fi mapping in indoor geolocation, James Castro]에 게시되어 있다. 기존의 연구는 주어진 지도 없이 이동 로봇을 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 방식으로 주행시키면서 무선 신호를 수집하는 방식이다. SLAM은 로봇이 주변 환경을 센서로 감지해 가면서 지도를 만들고 그 지도에서 자신의 위치를 추정하면서 주행하는 기법으로, 주행 경로를 미리 설계하는 작업이 필요가 없어 오차가 없다면 매우 이상적인 기법이다.
그러나 실내 측위를 위한 무선 신호의 수집을 위하여는 무선 신호를 수집할 때의 로봇의 현재 위치를 정확히 인지해야 할 필요가 있는데, SLAM 방식은 로봇의 현재 위치를 파악함에 있어서 오차가 존재한다. 실내 측위를 위한 데이터베이스에 있어서 측정 위치의 정확성이 매우 중요한데, 기존의 수집 방식은 위치의 오차가 커서 실내 측위에 활용하기에 적합하지 않은 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이동 로봇을 이용하여, 미리 주어진 지도를 바탕으로 간편하고 효과적이면서 보다 정확하게 실내 측위를 위한 무선 신호를 수집할 수 있는, 실내 측위를 위한 무선 신호를 수집하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 방법은, (a) 무선 신호를 수집할 공간의 지도를 준비하는 단계; (b) 상기 지도에, 상기 로봇이 이동할 경로의 기준이 되는 서로 연결된 복수 개의 주행 기준선들을 지정하고, 각 주행 기준선에 대응하는 폭을 설정하는 단계; (c) 상기 주행 기준선들 중 제1 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 로봇에 마련되는 신호 수집 수단을 통하여 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 단계; 및 (d) 상기 제1 주행 기준선과 연결된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 로봇에 마련되는 신호 수집 수단을 통하여 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주행 기준선들 각각은 해당 주행 기준선의 양 끝에 해당하는 두 노드를 가지고, 상기 주행 기준선들은 노드를 통하여 서로 연결될 수 있다.
상기 (c) 단계 및 (d) 단계는, 해당 주행 기준선의 두 노드 중 어느 한 노드를 출발점으로 하여 상기 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시킬 수 있다.
상기 (d) 단계에서 상기 제1 주행 기준선과 연결된 상기 제2 주행 기준선이 둘 이상인 경우, 상기 제1 주행 기준선에 대하여 상기 신호 강도 데이터의 수집이 완료된 상태의 상기 로봇의 방향을 기준으로, 상기 제2 주행 기준선의 방향으로 주행하기 위하여 필요한 상기 로봇의 회전각이 최소가 되는 제2 주행 기준선을 선택하여, 상기 선택된 제2 주행 기준선에 대하여 상기 (d) 단계를 수행할 수 있다.
상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선은 직선 또는 아크(arc) 형태일 수 있다.
상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선이 아크 형태인 경우, 상기 (c) 단계 또는 (d) 단계는, 아크 형태의 주행 기준선이 분할된 서로 연결된 직선 형태의 서브 주행 기준선들을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 장치는, 무선 신호를 수집할 공간의 지도로서, 상기 지도에는 상기 로봇이 이동할 경로의 기준이 되는 서로 연결된 복수 개의 주행 기준선들이 지정되고, 각 주행 기준선에 대응하는 폭이 설정된 지도가 저장되는 저장부; 로봇의 주행을 제어하는 주행 제어부; 및 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 신호 수집부를 포함하고, 상기 주행 제어부가 상기 주행 기준선들 중 제1 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서 상기 신호 수집부는 상기 신호 강도 데이터를 수집하고, 상기 주행 제어부가 상기 제1 주행 기준선과 연결된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서 상기 신호 수집부는 상기 신호 강도 데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
상기 주행 기준선들 각각은 해당 주행 기준선의 양 끝에 해당하는 두 노드를 가지고, 상기 주행 기준선들은 노드를 통하여 서로 연결될 수 있다.
상기 주행 제어부는, 해당 주행 기준선의 두 노드 중 어느 한 노드를 출발점으로 하여 상기 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시킬 수 있다.
상기 무선 신호 수집 장치는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제1 주행 기준선과 연결된 상기 제2 주행 기준선이 둘 이상인 경우, 상기 제1 주행 기준선에 대하여 상기 신호 강도 데이터의 수집이 완료된 상태의 상기 로봇의 방향을 기준으로, 상기 제2 주행 기준선의 방향으로 주행하기 위하여 필요한 상기 로봇의 회전각이 최소가 되는 제2 주행 기준선을 선택하며, 상기 주행 제어부는 상기 선택된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시킬 수 있다.
상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선은 직선 또는 아크(arc) 형태일 수 있다.
상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선이 아크 형태인 경우, 상기 주행 제어부는, 아크 형태의 주행 기준선이 분할된 서로 연결된 직선 형태의 서브 주행 기준선들을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시킬 수 있다.
상기된 본 발명에 의하면, 이동 로봇을 이용하여, 미리 주어진 지도를 바탕으로 간편하고 효과적이면서 보다 정확하게 실내 측위를 위한 무선 신호를 수집할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 이용한 무선 신호 수집 장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 이용한 무선 신호 수집 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선 신호를 수집할 다음 링크를 선택하는 과정의 구체적인 흐름도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 준비되는 지도의 일 예를 보여준다.
도 5는 링크들이 지정된 지도의 예를 나타낸다.
도 6은 링크가 지정된 도 5의 지도의 일부를 확대한 도면이다.
도 7은 도 6의 지도에서 링크 L1과 L2에 링크의 폭 및 주행 간격이 설정된 모습을 나타낸다.
도 8 내지 도 10은 링크에 대하여 로봇(170)의 주행 제어가 이루어지는 모습의 예들 보여준다.
도 11은 아크 형태의 링크와, 링크가 복수 개의 서브 링크들로 분할된 모습을 보여준다.
도 12는 도 11의 (b)와 같이 분할된 서브 링크들을 가지고 로봇(170)의 주행 제어가 이루어지는 모습을 보여준다.
도 13은 링크의 분할 각도를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 절대 좌표의 위경도 좌표로의 변환을 위하여 지도를 위경도 방향으로 기준 거리로 분할한 모습을 보여준다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 이용한 무선 신호 수집 장치의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 신호 수집 장치는, 이동 로봇(170), 저장부(110), 프로세서(120), 신호 수집부(140), 데이터베이스(150), 주행 제어부(160)를 포함하여 이루어진다.
로봇(170)은 주행 제어부(160)의 제어에 따라 전진 및 회전이 가능한 로봇으로서, 실시예에 따라서는 후진이 가능할 수도 있다. 로봇(170)은 예컨대 도시된 바와 같이 바퀴로 구동될 수 있으며, 실시예에 따라서는 무한궤도로 구동될 수 도 있는 등 구동 방식은 다양할 수 있다.
주행 제어부(160)는 미리 설정된 방식 또는 프로세서(120)의 명령에 따라 로봇(170)의 주행을 제어한다. 로봇(170)의 주행 제어를 위한 명령으로는, 예컨대 초기화, 직진, 정지, 회전 등이 있을 수 있다.
프로세서(120)는 무선 신호 수집 장치의 동작에 필요한 연산을 수행하며, 주행 제어부(120), 신호 수집부(140) 등 무선 신호 수집 장치의 전반을 제어한다. 프로세서(120)는 소정의 로직 또는 프로그램 코드를 구비할 수 있고, 실시예에 따라서 상기 프로그램 코드는 별도의 메모리에 저장될 수도 있다.
저장부(110)는 무선 신호를 수집할 공간의 지도 및 관련 데이터를 저장한다.
신호 수집부(140)는 로봇(170)의 주행 중에 무선 신호, 예컨대 WiFi 신호, 블루투스 신호, RFID 신호 등의 신호 강도를 주기적, 계속적으로 측정하여 수집한다. 신호 수집부(140)에서 얻어지는 신호 강도 데이터는 예컨대 RSSI(Received Singnal strength indication)일 수 있다.
신호 수집부(140)에서 얻어진 신호 강도 데이터는 해당 신호 강도 데이터가 얻어진 시점의 로봇(170)의 위치 정보와 매핑되어 데이터베이스(150)에 저장된다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 무선 신호 수집 장치의 보다 구체적인 동작을 도 2 등을 함께 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 이용한 무선 신호 수집 방법의 흐름도를 나타낸다.
210단계에서, 무선 신호를 수집할 공간의 지도를 준비한다. 도 4는 본 단계에서 준비되는 지도의 일 예로서, 어떤 병원의 실내 지도를 보여준다. 준비되는 지도는 소정의 축척을 가지는 지도로서, 픽셀 기반의 이미지일 수 있다.
220단계에서, 상기 지도에 로봇(170)이 이동할 경로의 기준이 되는 주행 기준선들을 지정한다. 여기서 주행 기준선은 공간 내에서 무선 신호를 수집하기 위하여 로봇(170)이 이동할 경로를 설계하는 기준이 되는 선으로, 예컨대, 복도의 경우 복도를 따라가는 중앙선으로 정해질 수 있고, 정방형의 공간인 경우 정방형을 반으로 나누는 직선으로 정해질 수 있다. 따라서 복도가 직선 형태인 경우 주행 기준선은 직선으로, 복도가 아크(arc) 형태인 경우 주행 기준선 역시 아크 형태로 정해질 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 주행 기준선을 '링크'라 칭하기로 한다. 하나의 링크는 그것의 양 끝에 해당하는 '노드'를 가지며, 지도 상에서 링크들은 여러 개 지정되고 노드를 통하여 서로 연결되며, 일부 노드는 둘 또는 그 이상의 링크들에 의해 공유될 수 있다. 이러한 링크들은 사용자가 임의로 지정할 수도 있고, 미리 정의된 규칙 또는 값을 바탕으로 지도에 의해 표현되는 공간의 특성에 따라 자동적으로 지정될 수도 있다.
도 5는 링크들이 지정된 지도의 예를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 링크는 'L'로, 노드는 'N'으로 표시되며, 이하 명세서에서도 동일한 기호로 표시하기로 한다.
도 6은 링크가 지정된 도 5의 지도의 일부를 확대한 도면이다. 도 6을 참조하면, 링크 L1은 노드 N1, N2를 가지고, 링크 L2는 노드 N2, N3를 가지며, 링크 L3는 노드 N2, N4를 가진다. 그리고 노드 N2는 링크 L1, L2 및 L3에 의해 공유된다.
230단계에서는 각 링크에 대응하는 폭과 주행 간격을 설정한다. 본 발명의 실시예에서 로봇(170)이 각 링크마다 해당 링크를 중심으로 주변을 지그재그(즉, 'ㄷ' 자 혹은 'ㄹ' 자)로 주행하도록 경로를 설계하고자 하는데, 상기 폭은 해당 링크를 중심으로 얼마만큼 넓게 탐색할 것인지를 의미하고, 상기 주행 간격은 지그재그 경로의 간격을 의미한다. 상기 폭은 그 링크에 해당하는 복도의 폭, 링크로부터 벽까지의 거리 등에 따라 설정될 수 있고, 따라서 전형적으로는 링크마다 설정될 수 있다. 상기 주행 간격은 폭 방향으로 무선 신호를 얼마나 조밀하게 수집할 것인가와 관련되며, 주행 간격이 좁다는 것은 그만큼 무선 신호가 조밀하게 수집됨을 의미한다. 상기 주행 간격은 전형적으로는 링크들 전체에 걸쳐서 동일한 값으로 설정될 수 있다. 다만 실시예에 따라서는 링크마다 혹은 지도상의 일정 구역 별로 나뉘어지는 링크들의 그룹마다 다른 값으로 정해질 수도 있다. 링크의 폭 및 주행 간격 역시 사용자가 임의로 지정할 수도 있고, 미리 정의된 규칙 또는 값을 바탕으로 지도에 의해 표현되는 공간의 특성에 따라 자동적으로 지정될 수도 있다.
도 7은 도 6의 지도에서 링크 L1과 L2에 링크의 폭 및 주행 간격이 설정된 모습을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 주행 간격은 'd'로 표시되며, 링크 L1의 폭은 w1으로, 링크 L2의 폭은 w2로 설정된다. 도시되지는 않았으나 링크 L3의 폭은 링크 L1의 폭보다 작은 값으로 설정될 것임이 예상될 수 있다.
240단계에서, 지도 및 그에 설정된 링크, 폭, 주행 간격에 대한 데이터를 저장부(110)에 저장한다. 이때 링크들과 노드들 간의 관계, 링크들 및 노드들의 길이 및 위치 정보 등이 함께 저장되거나, 프로세서(120)에 의해 계산되어 저장될 수 있다.
다음 표는 저장부(110)에 저장되는 링크 테이블의 예를 보여준다.
링크 사이트 층 폭 길이 시작노드 끝노드
1 1 2 2 4.893859 2 4
3 1 2 2 3.925967 2 28
5 1 2 2 3.739957 14 30
7 1 2 2 4.95365 6 14
9 1 2 2 4.86668 8 16
11 1 2 2 3.667189 16 32
13 1 2 2 4.941536 10 18
15 1 2 2 3.859235 20 34
17 1 2 2 0.828869 20 24
19 1 2 2 1.824325 22 24
21 1 2 2 4.645639 24 26
23 1 2 2 5.744279 34 82
25 1 2 2 3.233431 2 14
27 1 2 2 3.521252 14 16
29 1 2 2 3.250021 16 18
여기서, 링크의 길이는 해당 링크의 노드의 픽셀 좌표를 기준으로 계산한 거리 값에 지도 이미지의 픽셀당 거리 팩터를 곱하여 계산될 수 있다.
다음 표는 저장부(110)에 저장되는 노드 테이블의 예를 보여준다.
노드 사이트 층 x y 경도 위도
2 1 2 10 432
4 1 2 23 2
6 1 2 58 68
8 1 2 96 154
10 1 2 133 220
12 1 2 118 2186
14 1 2 46 503
16 1 2 84 581
18 1 2 120 653
20 1 2 138 690
22 1 2 198 776
24 1 2 178 734
26 1 2 189 326
28 1 2 0 776
30 1 2 36 831
32 1 2 75 903
34 1 2 128 1028
36 1 2 98 1125
38 1 2 60 1066
40 1 2 9 986
노드 테이블에는, 위와 같이 각 노드의 픽셀 좌표 값(x, y) 및 그에 대응하는 경도 및 위도 값이 저장될 수 있다. 로봇(170)의 주행 제어는, 픽셀 좌표를 이용하여 각도 및 거리 제어가 수행될 수 있다. 이때 실제 정확한 캐드 도면으로부터 거리값을 읽어들여 제어할 수도 있고, 지도 이미지 파일과 전체 도면의 거리 값을 매핑함으로써 계산된 거리를 이용하여 제어할 수도 있다.
250단계에서, 무선 신호를 수집할 공간에서, 로봇(170)을 링크들 중 최초 무선 신호를 수집할 링크의 한 노드에 해당 링크의 방향으로 위치시킨다.
270단계에서, 주행 제어부(160)는 현재 링크에 설정된 폭 및 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그(즉, 'ㄷ' 자 혹은 'ㄹ' 자)의 경로를 따라 로봇(170)을 주행시키고, 로봇(170)이 주행하면서 신호 수집부(140)는 주기적, 계속적으로 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집한다. 신호 수집부(140)에서 얻어진 신호 강도 데이터는 해당 신호 강도 데이터가 얻어진 시점의 로봇(170)의 위치 정보와 매핑되어 데이터베이스(150)에 저장된다.
프로세서(120)는 로봇(170)이 주행하는 동안 오도메트리(odometry) 정보를 이용하여 실시간으로 로봇(170)의 상대 위치를 측정하고, 이 상대 위치로부터 지도 상의 절대 좌표(예컨대 직교 좌표 혹은 극좌표)를 계산할 수 있다. 로봇(170)의 위치 정보는 절대 좌표로 우선 저장되고, 절대 좌표가 후처리를 통하여 위경도 좌표로 변환될 수도 있고, 로봇(170)의 절대 좌표가 획득될 때마다 프로세서(120)에 의해 위경도 좌표로 변환되어 저장될 수도 있다. 도 14는 절대 좌표의 위경도 좌표로의 변환을 위하여 지도를 위경도 방향으로 기준 거리로 분할한 모습을 보여준다.
주행 제어부(160)는 현재 링크에 대하여 지그재그의 경로를 따라 로봇(170)을 주행시키기 위하여, 저장부(110)에 저장된 지도 데이터 및 관련 데이터, 예컨대 전술한 링크 테이블과 노드 테이블을 참조할 수 있다. 하나의 링크에 대한 로봇(170)의 주행 형태는 일정 거리(링크의 길이 또는 폭)만큼의 전진 및 90도의 회전으로 구성되므로, 해당 링크의 노드 및 길이와 그에 대응하는 폭과 주행 간격이 정해져 있으면 로봇(170)의 주행 제어는 자동적으로 이루어질 수 있다.
도 8 내지 도 10은 링크 L1에 대하여 로봇(170)의 주행 제어가 이루어지는 모습의 예들을 보여준다.
도 8은 링크 L1의 폭이 '0'으로 설정된 경우로, 링크의 폭이 '0'이라는 것은 해당 링크만을 따라 주행하고, 링크를 벗어나는 지그재그 경로의 주행은 이루어지지 않음을 의미한다. 도 8을 참조하면, 로봇(170)은 노드 N1을 출발하여 노드 N2에 도착하는 경로(①)를 주행하여 링크 L1에 대한 무선 신호의 수집을 완료한다.
도 9는 링크 L1의 폭이 2m, 주행 간격이 1m로 설정된 경우를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 로봇(170)은 도시된 바와 같이 노드 N1을 출발하여 ①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦의 경로를 거쳐 노드 N2에 도착하는 경로를 주행하여 링크 L1에 대한 무선 신호의 수집을 완료한다.
도 10은 링크 L1의 폭이 2m, 주행 간격이 0.5m로 설정된 경우를 나타낸다. 도 10를 참조하면, 로봇(170)은 도시된 바와 같이 노드 N1을 출발하여 ①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨, ⑩의 경로를 거쳐 노드 N2에 도착하는 경로를 주행하여 링크 L1에 대한 무선 신호의 수집을 완료한다.
다시 도 2를 참조하면, 280단계에서 현재 링크에 대하여 무선 신호의 수집이 완료되면, 285단계로 진행하여, 지도에 지정된 모든 링크들에 대하여 무선 신호의 수집이 완료되었는지 확인하고, 남아 있는 링크가 있으면 290단계로 진행한다. 전술한 바와 같이 링크들은 노드를 통하여 연결되고, 전형적으로, 한 링크에 대한 무선 신호의 수집은 해당 링크의 하나의 노드에서 시작하여 다른 노드에서 끝나게 되며, 이때 로봇(170)이 위치한 노드는 다음 링크의 출발 노드가 된다. 290단계에서, 프로세서(120)는 무선 신호를 수집할 다음 링크를 선택하고, 주행 제어부(160)는 로봇(170)의 방향을 선택된 링크의 방향으로 회전시킨다. 물론 현재 로봇(170)의 방향이 선택된 링크의 방향과 일치한다면, 로봇(170)을 회전시키는 과정은 생략될 수 있다.
290단계에서 링크의 선택 및 회전이 완료되면, 선택된 해당 링크에 대하여 전술한 270단계 내지 280단계가 반복 수행된다.
한편, 링크에 대한 무선 신호의 수집이 해당 링크의 어떤 노드에서 끝난 경우, 경우에 따라 로봇(170)이 위치한 노드를 가지는 다음 링크가 존재하지 않을 수도 있다. 이 경우, 주행 제어부(160)는 링크를 따라 로봇(170)을 주행시켜, 무선 신호의 수집이 이루어지지 않은 링크의 노드로 로봇(170)을 이동시킬 수 있다. 이 경우 역시 전술한 링크 테이블과 노드 테이블이 참조될 수 있다.
모든 링크들에 대하여 270단계 내지 280단계가 반복 수행된 결과, 285단계에서 모든 링크들에 대하여 무선 신호의 수집이 완료되었으면 종료한다.
290단계에서 무선 신호를 수집할 다음 링크를 선택하는 경우에, 현재 로봇(170)이 위치한 노드를 가지는 링크가 둘 이상일 수 있다. 이 경우, 임의의 링크를 선택하여 무선 신호를 수집할 수도 있으나, 주행 오차를 최소화할 수 있는 링크를 선택하는 것이 바람직하다. 일반적으로 로봇의 직선 주행에는 오차가 거의 발생하지 않으나, 로봇의 회전 시에는 상대적으로 오차가 더 발생한다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 선택 가능한 링크들 중 로봇(170)의 회전이 최소화될 수 있는 링크를 선택하고 해당 링크의 방향으로 로봇을 회전시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선 신호를 수집할 다음 링크를 선택하고 로봇(170)을 회전시키는 과정의 구체적인 흐름도를 나타낸다.
291단계에서, 로봇(170)이 현재 위치한 노드를 공유하는 링크들을 검색하고, 292단계에서, 검색된 링크들 중 이미 신호 수집이 완료된 링크를 제거한다.
293단계에서 남아 있는 링크가 하나인 경우, 해당 링크를 선택한다(294단계).
293단계에서 남아 있는 링크가 둘 이상인 경우, 295단계에서, 현재 로봇의 방향, 즉 이전 링크에 대하여 신호 강도 데이터의 수집이 완료된 상태의 로봇(170)의 방향을 기준으로, 각 링크의 방향으로 주행하기 위하여 필요한 로봇(170)의 회전각을 계산한다. 각 링크의 방향 및 필요한 회전각은 링크 테이블과 노드 테이블을 이용하여 계산될 수 있다.
296단계에서, 둘 이상의 링크들 중 상기 회전각이 최소가 되는 링크를 선택한다. 다만 회전각이 180도인 경우 회전으로 인한 오차는 실질적으로 없으므로, 회전각 180도는 회전각 0도인 것으로 취급될 수 있다.
297단계에서, 주행 제어부(160)는 로봇(170)의 방향을 294단계 또는 296단계를 통하여 선택된 링크의 방향으로 필요한 회전각만큼 회전시킨다. 물론 현재 로봇(170)의 방향이 선택된 링크의 방향과 일치한다면, 로봇(170)을 회전시키는 과정은 생략될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 링크 L1에 대하여 신호 수집이 완료된 후 신호를 수집할 다음 링크를 선택하여 주행하는 모습을 보여준다.
도 8을 참조하면, 링크 L1에 대하여 신호 수집이 완료되었을 때 로봇(170)은 노드 N2에 위치하고, 도면에서 좌측을 향해 있다. 로봇(170)의 방향은 링크 L3의 방향과 동일하므로 링크 L3에 대한 회전각은 0도이고, 링크 L2에 대한 회전각은 90도이다. 따라서, 링크 L3가 신호를 수집할 다음 링크로 선택되고, 경로 ②로 주행을 시작하여 링크 L3에 대하여 무선 신호를 수집한다.
도 9를 참조하면, 링크 L1에 대하여 신호 수집이 완료되었을 때 로봇(170)은 노드 N2에 위치하고, 도면에서 아래쪽을 향해 있다. 로봇(170)의 방향은 링크 L2의 방향과 동일하므로 링크 L2에 대한 회전각은 0도이고, 링크 L3에 대한 회전각은 90도이다. 따라서, 링크 L2가 신호를 수집할 다음 링크로 선택되고, 경로 ⑧로 주행을 시작하여 링크 L2에 대하여 무선 신호를 수집한다.
도 10을 참조하면, 링크 L1에 대하여 신호 수집이 완료되었을 때 로봇(170)은 노드 N2에 위치하고, 도면에서 아래쪽을 향해 있다. 로봇(170)의 방향은 링크 L2의 방향과 동일하므로 링크 L2에 대한 회전각은 0도이고, 링크 L3에 대한 회전각은 90도이다. 따라서, 링크 L2가 신호를 수집할 다음 링크로 선택되고, 경로 ⑧로 주행을 시작하여 링크 L2에 대하여 무선 신호를 수집한다.
이상에서는 링크가 직선인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 예컨대 원형 복도의 경우 링크는 아크(arc) 형태일 수도 있다. 아크 형태 링크의 경우, 해당 링크를 서로 연결된 직선 형태의 서브 주행 기준선들, 즉 서브 링크들로 분할하여, 서브 링크들을 기준으로 폭 및 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 로봇(170)을 주행시킬 수 있다.
도 11은 아크 형태의 링크와, 링크가 복수 개의 서브 링크들로 분할된 모습을 보여준다. 도 11의 (a)를 참조하면, 링크(L)는 두 노드(N)를 양 끝점으로 가지는 아크 형태를 띈다. 도 11의 (b)를 참조하면 링크(L)는 예컨대 6개의 서로 연결된 서브 링크들(L'1, L'2, L'3, L'4, L'5, L'6)로 분할된다.
도 12는 도 11의 (b)와 같이 분할된 서브 링크들을 가지고 로봇(170)의 주행 제어가 이루어지는 모습을 보여준다.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 서브 링크를 독립된 링크로 간주하여, 각 서브 링크마다 폭 및 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 로봇(170)을 주행시킬 수 있다. 다만, 이 경우, 인접한 서브 링크 간에 주행 경로가 중복되어 측정 데이터의 리던던시(redundancy)가 커질 수 있다.
이를 보완하기 위하여 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 서로 연결된 서브 링크들을 하나의 링크로 간주하여, 폭 및 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 로봇(170)을 주행시킬 수 있다. 다시 말하면, 서브 링크들을 폭 방향으로 주행 간격만큼 오프셋 시켜서 얻어지는 경로를 따라 로봇(170)을 주행시키는 것이다.
이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 아크 형태의 링크를 몇 개 혹은 어떤 각도로 서브 링크들로 분할할 것인지가 결정되어야 한다. 작은 각도로 분할하면 서브 링크의 개수가 많아져 여러 번의 회전이 필요하여 오차가 많아지거나 계산량이 증가될 수 있고, 큰 각도로 분할하면 서브 링크의 수는 적어지지만 주행 중에 로봇(170)이 벽 또는 장애물과 충돌할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에서는, 아크의 반경과 주행 간격을 고려하여 분할 각도를 결정할 수 있다. 예컨대 아크의 반경과 아크의 중심에서 분할되는 링크까지의 수직 거리와의 차이가 주행 간격의 예컨대 1/2 혹은 1/3을 넘지 않는 최대 각도가 되도록 분할 각도를 결정할 수 있다.
도 13은 링크의 분할 각도를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 아크 형태의 링크를 충분히 작은 각도 단위(예컨대, 1도)로 분할 각도를 증가시켜 분할하면서, 아크의 반경(R)과 아크의 중심에서 분할된 서브 링크까지의 수직 거리와의 차이를 계산한다. 도 13에서, 제1 분할 각도에 대응하는 서브 링크 및 상기 차이는 L' 및 y'이고, 그 다음의 제2 분할 각도에 대응하는 서브 링크 및 상기 차이는 L'' 및 y''이다. 이때 y'가 주행 간격의 1/2을 초과하지 않고 y''가 주행 간격의 1/2을 초과한다면, y'에 해당하는 제1 분할 각도를 서브 링크의 분할 각도로 결정한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 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 할 것이다.

Claims (12)

  1. 이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 방법에 있어서,
    (a) 무선 신호를 수집할 공간의 지도를 준비하는 단계;
    (b) 상기 지도에, 상기 로봇이 이동할 경로의 기준이 되는 서로 연결된 복수 개의 주행 기준선들을 지정하고, 각 주행 기준선에 대응하는 폭을 설정하는 단계;
    (c) 상기 주행 기준선들 중 제1 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 로봇에 마련되는 신호 수집 수단을 통하여 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 주행 기준선과 연결된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 로봇에 마련되는 신호 수집 수단을 통하여 무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행 기준선들 각각은 해당 주행 기준선의 양 끝에 해당하는 두 노드를 가지고, 상기 주행 기준선들은 노드를 통하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (c) 단계 및 (d) 단계는, 해당 주행 기준선의 두 노드 중 어느 한 노드를 출발점으로 하여 상기 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 제1 주행 기준선과 연결된 상기 제2 주행 기준선이 둘 이상인 경우, 상기 제1 주행 기준선에 대하여 상기 신호 강도 데이터의 수집이 완료된 상태의 상기 로봇의 방향을 기준으로, 상기 제2 주행 기준선의 방향으로 주행하기 위하여 필요한 상기 로봇의 회전각이 최소가 되는 제2 주행 기준선을 선택하여, 상기 선택된 제2 주행 기준선에 대하여 상기 (d) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선은 직선 또는 아크(arc) 형태인 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선이 아크 형태인 경우,
    상기 (c) 단계 또는 (d) 단계는, 아크 형태의 주행 기준선이 분할된 서로 연결된 직선 형태의 서브 주행 기준선들을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 방법.
  7. 이동 로봇을 이용한, 실내 측위를 위한 무선 신호 수집 장치에 있어서,
    무선 신호를 수집할 공간의 지도로서, 상기 지도에는 상기 로봇이 이동할 경로의 기준이 되는 서로 연결된 복수 개의 주행 기준선들이 지정되고, 각 주행 기준선에 대응하는 폭이 설정된 지도가 저장되는 저장부;
    로봇의 주행을 제어하는 주행 제어부; 및
    무선 신호의 신호 강도 데이터를 수집하는 신호 수집부를 포함하고,
    상기 주행 제어부가 상기 주행 기준선들 중 제1 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 신호 수집부는 상기 신호 강도 데이터를 수집하고,
    상기 주행 제어부가 상기 제1 주행 기준선과 연결된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키면서, 상기 신호 수집부는 상기 신호 강도 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주행 기준선들 각각은 해당 주행 기준선의 양 끝에 해당하는 두 노드를 가지고, 상기 주행 기준선들은 노드를 통하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주행 제어부는, 해당 주행 기준선의 두 노드 중 어느 한 노드를 출발점으로 하여 상기 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 제1 주행 기준선과 연결된 상기 제2 주행 기준선이 둘 이상인 경우, 상기 제1 주행 기준선에 대하여 상기 신호 강도 데이터의 수집이 완료된 상태의 상기 로봇의 방향을 기준으로, 상기 제2 주행 기준선의 방향으로 주행하기 위하여 필요한 상기 로봇의 회전각이 최소가 되는 제2 주행 기준선을 선택하며,
    상기 주행 제어부는 상기 선택된 제2 주행 기준선을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선은 직선 또는 아크(arc) 형태인 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 주행 기준선 또는 제2 주행 기준선이 아크 형태인 경우,
    상기 주행 제어부는, 아크 형태의 주행 기준선이 분할된 서로 연결된 직선 형태의 서브 주행 기준선들을 기준으로, 상기 폭 및 소정 주행 간격에 의하여 정해지는 지그재그의 경로를 따라 상기 로봇을 주행시키는 것을 특징으로 하는 무선 신호 수집 장치.
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