KR20170017712A - 자계 기반 무인 주행 차량의 주행 위치 검출 장치 및 도로정보 제공장치 - Google Patents

자계 기반 무인 주행 차량의 주행 위치 검출 장치 및 도로정보 제공장치 Download PDF

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KR20170017712A
KR20170017712A KR1020160070358A KR20160070358A KR20170017712A KR 20170017712 A KR20170017712 A KR 20170017712A KR 1020160070358 A KR1020160070358 A KR 1020160070358A KR 20160070358 A KR20160070358 A KR 20160070358A KR 20170017712 A KR20170017712 A KR 20170017712A
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Abstract

본 발명에 따른 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치는 자계기반 무인주행차량에 구비되는 것으로서, 서로 다른 두 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 위치검출용 RFID; 서로 다른 부호의 자계값을 수신하기 위한 적어도 하나의 자기 센서; 및 주행 경로에 기 설치된 주행용 자석과의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 센서를 포함하고, 상기 위치검출용 RFID와 상기 자기 센서에서 수신하는 신호는 도로 정보인 것을 특징으로 한다.

Description

자계 기반 무인 주행 차량의 주행 위치 검출 장치 및 도로정보 제공장치{Driving position detecting device and Road information providing device with Self-driving car based on magnetic field}
본 발명은 자계 기반 무인 주행 차량의 주행 위치 검출 장치 및 도로정보 제공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하기는 자계를 이용하여 차량의 주행을 제어하기 위해 차량의 주행 위치를 검출하는 장치 및 도로정보를 제공하는 장치에 관한 것이다.
최근, 차량 기술과 전자 제어 기술의 발달로 인하여 안전성과 운전의 편리성을 제고할 수 있는 다양한 기능들이 차량에 추가되고 있으며, 그 중에서도 운전자가 없는 무인 상태에서 자동으로 도로 상태를 인식하고 주행할 수 있는 무인 주행 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 자계기반 무인주행차량은 도로에 설치된 주행용 자석을 이용하여 주행함으로 인해 운전자의 숙련도와 상관 없이 주행의 안정성이 증가할 수 있다. 또, 운전자의 음주로 인한 음주운전, 운전자의 난폭운전 등의 돌발사고 위험을 감소시킬 수 있다.
하지만, 이 경우, 교통의 흐름을 능동적으로 판단해야 하는 상황에서 능동적 판단을 할 수 있는 도로 정보가 부족함에 따라 사고가 발생할 수 있다는 문제점이 존재한다.
또한, 종래의 무인 자동차 운행은 직선 구간만 가능하여, 차량의 실제 주행이 이루어질 때 발생할 수 있는 주행 상황을 제어할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
KR 2000-0036792 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 자계기반 무인 주행 차량의 주행시 도로 정보를 획득하고, 주행 상황을 제어하기 위해 무인주행차량의 위치를 확인할 수 있는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 자계기반 무인주행차량의 주행 시 무인주행차량이 능동적 판단을 할 수 있도록 주행방향의 도로정보를 제공할 수 있는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치는, (1) 서로 다른 두 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 검출용 RFID, (2) 서로 다른 부호의 자계값을 수신하기 위한 적어도 하나의 자기 센서, (3) 주행 경로에 기 설치된 주행용 자석과의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 센서를 포함한다. 이때, 검출용 RFID와 자기 센서에서 수신하는 신호는 도로 정보이다.
이때, 상기 검출용 RFID 및 상기 자기 센서는 각각 2개로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 검출용 RFID는, 각각의 신호가 서로 영향을 미치지 않도록 일정 거리 이격되어 설치될 수 있다.
이때, 상기 검출용 RFID는 양 끝 단에 각각 설치되고, 자기 센서는 상기 두 개의 검출용 RFID 사이에 배치될 수 있다.
이때, 상기 위치 검출 센서는, 두 개의 자기 센서 사이에 배치될 수 있다.
이때, 상기 위치 검출 센서는, 주행용 자석의 y축 자계값을 획득하는 y축 센서 및 상기 주행용 자석의 z축 자계값을 획득하는 z축 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 도로 정보는, 검출용 RFID와 자기 센서에서 수신하는 신호를 이용하여 생성된 이진법 코드로 표현될 수 있다.
이때, 상기 검출용 RFID 및 상기 자기 센서는 도로 정보를 송출하기 위해 도로에 설치되는 도로정보 제공장치의 도로정보용 RFID 및 도로정보용 자석과 대응하는 순서로 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치는, (1) 서로 다른 두 신호를 송출하는 위한 적어도 하나의 도로정보용 RFID, (2) 서로 다른 부호의 자계값을 송출하는 적어도 하나의 도로정보용 자석을 포함한다. 이때, 상기 도로정보용 RFID 및 상기 도로정보용 자석은 주행 경로에 기 설치된 주행용 자석과 일정거리 이격되도록 설치되며, 도로정보용 RFID에서 송출하는 신호의 종류 및 도로정보용 자석에서 송출하는 자계값의 부호를 이용하여 도로정보를 포함하는 이진법 코드를 송출한다.
이때, 상기 도로정보용 RFID 및 상기 도로정보용 자석은 각각 2개로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 도로정보용 RFID는, 각각의 신호가 서로 영향을 미치지 않도록 일정 거리 이격되어 설치될 수 있다.
이때, 상기 도로정보용 RFID는 양 끝 단에 각각 설치되고, 상기 도로정보용 자석은 상기 두 개의 RFID 사이에 배치될 수 있다.
이때, 상기 주행용 자석은, 상기 두 개의 도로정보용 자석 사이에 배치될 수 있다.
이때, 상기 도로정보용 RFID 및 상기 도로정보용 자석은 도로정보를 수신하기 위해 자계기반 무인주행차량에 설치되는 주행위치 검출장치의 검출용 RFID 및 자기 센서와 대응하는 순서로 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자계 기반 무인 주행 차량의 주행위치 검출장치는 무인 주행 차량의 주행시 주행위치를 검출하여 차량의 제어 정보를 제공해 줌으로써 차량 운행의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치는 무인주행차량의 주행 시 주행방향의 도로정보를 무인주행차량에 제공함으로써 무인주행차량이 능동적 주행을 하는 효과가 있다.
도 1은 무인 주행 차량을 위한 주행 방법의 순서도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 제어 장치를 도시적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치에서 송출하는 도로 정보 코드의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치를 무인주행차량의 주행 도로에 설치한 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 a) 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치가 설치되지 않은 자계기반 주행경로와 b) 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치가 설치된 자계기반 주행경로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치와 전자기적으로 연결되는 주행위치 검출장치를 간략히 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행위치 검출장치의 주행위치 검출방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 주행위치 검출장치를 주행용 자석을 기준으로 좌측에서 우측으로 이동시키며 측정한 (a) 좌우방향인 Y축의 위치에 따른 자계값, 및 (b) 위아래 방향인 Z축의 위치에 따른 자계값을 나타낸 모의실험 결과 그래프이다.
도 11은 (a) 도 10의 모의실험 결과 그래프와 주행용 자석의 위치 및 (b) 원점 확대 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 주행 차량을 위한 주행 방법의 순서도를 나타낸다.
무인 주행 차량을 위한 주행 방법은 자계 값을 측정하여 위치를 검출하는 단계(S101), 변위량을 산출하는 단계(S102), 운전 방향을 제어하는 단계(S103) 및 측정 오류에 대한 위치 검출 및 제어 보완하는 단계(S104) 를 포함할 수 있다.
먼저, 주행 제어 장치에서 자계 값을 측정하여 위치를 검출할 수 있다(단계 S101). 구체적으로, 주행 제어 장치에서 도로에 매설된 매설물을 통과함으로써, 자계 값을 측정할 수 있다. 여기서, 주행 제어 장치는 자석 또는 RFID로 구성된 매설물로부터 각각의 신호를 측정할 수 있다.
한편, 주행 제어 장치에서 측정된 매설물로부터 자계 값을 계산하는 방법으로는, 도 9를 참조하여 계산할 수 있다. 주행 제어 장치에서 매설물로부터 떨어진 임의의 점 P에서 3축에 대한 자계 값을 측정할 수 있다. 즉, 점 P가 주행 제어 장치에 구성된 센서라고 가정하면 센서에서 떨어진 매설물의 자석의 자계 값은 다음의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
수학식 1
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
(여기서,
Figure pat00004
)
또한, 주행 제어 장치에서 도 10을 참조하여 거리에 비례하여 자계 값을 측정한 결과를 그래프로 나타낼 수 있다. 이 그래프는 센서를 좌측에서 우측으로 이동하면서 측정한 3축(X, Y, Z)중 좌우방향에 대한 Y축과 위아래 위치에 대한 Z축의 측정결과이다.
그래프에서 X축은 자석을 중심으로 좌우를 나타낸 것이고, Z축은 좌우로 움직이면 수직성분의 자계를 계측한 결과이다. 즉, 도 10은 거리에 비례해서 자계값을 계측한 결과이다.
다음으로, 주행 제어 장치에서 변위량을 산출할 수 있다(단계 S102). 구체적으로, 주행 제어 장치가 매설물의 좌측에서 우측으로 이동하면서 주행하였다면, 도 11에 도시된 바와 같이, 매설물의 자석의 위치까지 함께 나타날 수 있다. 이때, 결과 그래프에서 위치 값을 사용하기 위한 변화된 구간의 데이터를 추출하면 일정 범위 이내에서의 주행 제어 장치 위치를 측정할 수 있다. 즉, 주행 제어 장치에서 구성된 자기 센서를 이용하여, 매설물의 일정 범위 이내에 위치한다는 것을 측정할 수 있다.
다음으로, 주행 제어 장치가 구비된 운전 수단의 운전 방향을 제어할 수 있다(단계 S103). 예를 들면, 주행 제어 장치가 매설물의 좌측으로 일정 범위 이내를 벗어났다면 우측으로 주행하도록 진행 방향을 제어할 수 있다. 반대로, 주행 제어 장치가 매설물의 우측으로 일정 범위 이내를 벗어났다면 좌측으로 주행하도록 진행 방향을 제어할 수 있다. 즉, 주행 제어 장치에서 매설물의 자석의 위치로부터 측정된 위치 정보에 따라 일정 범위 이내로 주행할 수 있도록 한다.
다음으로, RFID를 이용하여 측정 오류에 대한 위치를 검출하고 제어를 보완할 수 있다(단계 S104). 예를 들면, 주행 제어 장치에서 자석을 이용하여 매설물(600)을 인식하는데 일정 시간이 걸릴 경우에는 주행 제어 장치의 RFID에서 측정한 값을 이용하여 위치를 검출하여 제어할 수 있다. RFID는 수 cm에서 수십 미터 거리에서까지 인식 속도가 매우 빨라 주변의 자성체 등에 영향을 비교적 적게 받고 인식 속도가 빠르다.
이와 같은 방법을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 주행 차량을 위한 주행 방법 및 주행 제어 장치는 무인 주행 차량의 주행시 주행 방향에 따라 제어할 수 있어 차량 운행의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 2를 이용하여 무인 주행 차량을 위한 주행 제어 장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 주행 차량을 위한 주행 제어 장치의 세부 구성을 나타낸다.
주행 제어 장치(600)는 자기 센서부(610), RFID 리더부(620), 변위량 산출부(630) 및 운행 제어부(640)를 포함할 수 있다.
자기 센서부(610)는 다수개의 자기 센서로 구성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 3개의 z축 센서 및 1개의 y축 센서로 구성될 수 있다.
RFID 리더부(620)는 도로에 매설된 매설물(600)의 RFID 신호를 인식하는데 사용되며, 자기 센서부(610)의 양측에 각각 구성될 수 있으며, 자기 센서부(610)에 의한 오차 거리를 제어할 수 있다. 여기서, RFID 리더부(620)를 이용하는 이유로는 다음과 같다. 예를 들면, RFID 리더부(620)는 자석으로 구성된 매설물(700)로부터 자기장을 감지할 때, 주위에 다른 자성체가 있는 등과 같은 주변 환경 요인에 영향을 받기 쉽기 때문에 오차가 발생할 수 있어 이러한 오차를 보정하기 위함이다. 또한, 자석을 이용하여 자기 센서부(610)로 인식할 경우 인식할 때 수초 정도의 시간이 필요할 수 있지만, RFID 리더부(620)는 수 cm에서 수십 미터 거리에서까지 인식 속도가 매우 빠르다. 즉, RFID 리더부(620)는 주변의 자성체 등에 영향을 비교적 적게 받고 인식 속도가 빠르며 수명이 길다는 장점을 가질 수 있다.
변위량 산출부(630)는 매설물(700)을 기준으로 주행 제어 장치의 변위량을 산출할 수 있다. 구체적으로, 변위량 산출부(630)는 거리에 비례한 자계값 계측할 수 있다. 또한, 변위량 산출부(630)는 해당 값을 이용하여 주행 제어 장치(600)의 위치 값으로 사용하기 위해 변화량이 생긴 부분의 데이터를 추출할 수 있다.
운행 제어부(640)는 산출된 변위량 정보를 기반으로 차량 운행 정보를 제어할 수 있다. 운행 제어부(640)는 주행 제어 장치(600)가 매설물(700)의 좌측으로 일정 범위 이내를 벗어났다면 우측으로 주행하도록 진행 방향을 제어할 수 있다. 반대로, 운행 제어부(640)는 주행 제어 장치(600)가 매설물(700)의 우측으로 일정 범위 이내를 벗어났다면 좌측으로 주행하도록 진행 방향을 제어할 수 있다. 즉, 운행 제어부(640)는 주행 제어 장치(600)가 매설물(700)의 자석의 위치에 따라 측정된 위치에 따라 일정 범위 이내로 주행할 수 있도록 제어한다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 주행 차량을 위한 주행 방법 및 주행 제어 장치는 무인 주행 차량의 주행시 주행 방향에 따라 제어할 수 있어 차량 운행의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 제어 장치(600)는 후술할 자계 기반 무인 주행 차량의 도로정보 제공장치(100)로부터 도로 정보를 제공받을 수 있으며, 자계 기반 무인 주행 차량의 주행 위치 검출 장치(500)를 포함할 수 있다.
이하, 무인주행차량 도로정보 제공장치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)는 도로정보용 RFID(110) 및 도로정보용 자석(130)을 포함하여 구성된다. 도로정보용 RFID(110)는 검출용 RFID(511, 512)와 구분하기 위해 '도로정보용'이라 지칭하였으나, 제한없이 통상적으로 사용되는 모든 종류의 RIFD로 구성될 수 있다. 또한, 도로정보용 자석(130)은 도로에 기 설치된 주행용 자석과 구분하기 위해 '도로정보용'이라 지칭하였으나, 제한없이 통상적으로 사용되는 모든 종류의 자석으로 구성될 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의상 본 발명의 일 실시예에 따른 도로정보 제공장치(100)는 두 개의 도로정보용 RFID(110) 및 두 개의 도로정보용 자석(130)으로 구성된 것으로 표현하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)는 자계기반 무인주행차량이 주행하는 도중, 도로의 정보를 확인할 수 있도록 도로 정보를 제공한다. 이때 제공되는 도로 정보는 도로의 분기점, 합류점, 분기점 종료, 합류점 종료, 단일 도로 시작점, 정지점 등 주행에 필요한 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로정보 제공장치(100)를 구성하는 도로정보용 RFID(110)는 도로정보 제공장치(100)의 양 단에 각각 설치된다. 도로정보용 RFID(110)는 원하는 정보를 생성할 수 있고, 생성한 정보를 송출할 수 있다. 이때, 도로정보용 RFID(110)는 바람직하게는 주행중인 자계기반 무인주행차량에 장착되는 주행위치 검출장치에 정보를 송출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도로정보용 RFID(110)는 도로정보 제공장치(100)의 양 단에 설치되는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도로정보 제공장치(100)를 구성하는 각각의 도로정보용 RFID(110)에서 송출되는 두 신호가 서로 영향을 받지 않을 수 있는 거리만큼 이격되도록 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로정보용 자석(130)은 도로정보 제공장치(100)의 양 단에 각각 설치된 도로정보용 RFID(110)의 사이에 설치된다. 도로정보용 자석(130)은 일 극이 지하를 향하고, 타 극이 지면을 향하도록 설치될 수 있다.
이때, 지면을 향하도록 설치된 도로정보용 자석(130)의 극성에 따라 도로정보용 자석(130)이 방출하는 자계값은 음 또는 양의 값을 가질 수 있기 때문에, 주행안내 자계값의 부호에 따라 도로정보용 자석(130)은 지면을 향하는 극성을 이용하여 정보를 제공한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)가 도로정보용 RFID(110) 및 도로정보용 자석(130)을 각각 두 개를 포함하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)는 도로정보용 RFID(110) 또는 도로정보용 자석(130)을 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치에서 송출하는 도로 정보 코드의 일 예를 나타낸 도면이다.
자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)는 기 입력된 도로 정보를 이진법 코드를 이용하여 송출한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서는 두 개의 도로정보용 도로정보용 RFID(110) 및 두 개의 도로정보용 자석(130)을 이용하여 도로 정보를 송출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로정보용 RFID(110) 및 도로정보용 자석(130)은 각각 서로 다른 두 신호를 송출함으로 써 이진법 코드를 표현될 수 있다. 일 예로, 도로정보용 RFID(110)는 제 1 신호 또는 제 2 신호를 송출함으로써 이진수를 표현하고, 도로정보용 자석(130)은 극성에 따라 달라지는 자계값의 부호를 이용하여 이진수를 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)는 상술한 이진법 코드를 이용하여, 총 16개의 도로 정보 코드를 가질 수 있다.
일 예로, 제 1 도로정보용 RFID(111)가 제 1 신호를 송출하고, 제 1 및 제 2 도로정보용 자석(131,132)의 지면을 향하는 극이 S극이고, 제 2 도로정보용 RFID(112)가 제 2 신호를 송출하는 경우, 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)에서 송출되는 도로 정보 코드는 이진법 코드인 0001로 나타날 수 있다. 이는 도 5에 도시된 합류 커멘드로, 주행중인 도로에 합류하는 도로가 존재한다고 판단할 수 있다.
또 다른 예로, 제 1 및 제 2 도로정보용 RFID(111, 112)가 제 1 신호를 송출하고, 제 1 도로정보용 자석(131)은 S극, 제 2 도로정보용 자석(132)은 N극인 경우, 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)에서 송출되는 도로 정보 코드는 이진법 코드인 0100으로 나타날 수 있다. 이는 도 5에 도시된 정지 커멘드로, 자계기반 무인주행차량을 정지시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 2개의 RFID 및 2개의 자석을 이용하였기 때문에 16개의 이진법 코드로 구성된 도로 정보 코드를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 주행안내시스템에 포함되는 RFID 및 자석의 개수에 따라 더 적거나 많은 수의 도로 정보 코드를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로정보 제공장치(100)는 자계기반 무인주행차량의 주행을 위해 도로에 기 설치된 주행용 자석 주변에 설치될 수 있다. 바람직하게는 도로정보 제공장치(100)는 주행용 자석이 도로정보 제공장치(100)의 중심축과 일치하도록 설치 될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 사용자의 필요에 따라 다양한 위치에 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치를 자계기반 무인주행차량의 주행 도로에 설치한 것을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)는 주행 정보의 변화가 필요한 위치에 설치된다. 이때, 주행 정보의 변화가 필요한 위치는 일 예로 도로의 분기점일 수 있다.
도 6을 참조하면, 자계기반 무인주행차량이 주행하는 과정에서, 도로의 분기점이 등장하면 자계기반 무인주행차량은 도로를 빠져나가거나 그대로 도로를 따라 주행하는 두 가지 선택이 존재한다. 이때, 도로를 빠져나가기 위해서는 주행 속도를 감속할 필요가 있다.
하지만, 도로를 빠져나가지 않고 그대로 주행하는 경우에는 감속이 필요하지 않기 때문에 도로를 빠져나가려는 자계기반 무인주행차량의 속도와 도로를 빠져나가지 않는 자계기반 무인주행차량의 속도에 차이가 발생할 수 있다. 그 결과, 두 주행 차량 사이의 거리가 줄어들어 접촉하는 사고가 발생할 수 있다.
따라서, 분기점이 나타나기 전에 분기점으로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에서 분기점이 나타난다는 도로 정보를 획득하는 경우, 동일한 감속을 통해 사고를 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 a) 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치가 설치되지 않은 자계기반 주행경로와 b) 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치가 설치된 자계기반 주행경로를 나타낸 도면이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 도로에는 여러 갈림길이 존재한다. 이때, 도로 정보를 충분히 획득하지 못하는 경우 사고의 발생 위험이 증가한다. 따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이 주행 중 갈림길이 나타나는 경우, 일정거리 이격된 위치에서 도로 정보를 제공하는 경우, 자계기반 무인주행차량은 획득한 도로 정보를 이용하여 속도를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치는 무인주행차량에 설치되는 주행안내장치와 전자기적으로 연결됨으로써 무인주행차량에 도로 정보를 제공할 수 있다
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치와 전자기적으로 연결되는 주행위치 검출장치를 간략히 나타낸 도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행위치 검출장치(500)는 두 개의 검출용 RFID(511, 512), 두 개의 자기 센서(531, 532), 및 위치 검출센서(550)를 포함한다. 검출용 RFID(511, 512)는 도로정보용 RFID(110)와 구분하기 위해 '검출용'이라 지칭하였으나, 제한없이 통상적으로 사용되는 모든 종류의 RIFD로 구성될 수 있다.
이때, 주행위치 검출장치(500)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치(100)와 전기적으로 연결되어야 하기 때문에 바람직하게는 도로정보 제공장치(100)에서 송출하는 도로 정보를 획득할 수 있도록 주행안내시스템(100)과 동일한 순서로 검출용 RFID(511, 512) 및 자기 센서(531, 532)를 배열할 수 있다.
주행위치 검출장치(500)의 제 1 검출용 RFID(511) 및 제 2 검출용 RFID(512)는 무인주행차량의 주행도중 도로정보 제공장치(100)를 통과하면서 도로정보 제공장치(100)의 제 1 도로정보용 RFID(111) 및 제 2 도로정보용 도로정보용 RFID(112)로부터 이진법 코드를 획득한다.
동시에, 주행위치 검출장치(500)의 제 1 자기 센서(531) 및 제 2 자기 센서(532)는 무인주행차량의 주행도중 도로정보 제공장치(100)를 통과하면서 도로정보 제공장치(100)의 제 1 도로정보용 자석(131) 및 제 2 도로정보용 자석(132)으로부터 이진법 코드를 획득한다.
이때, 주행위치 검출장치(500)의 검출용 RFID(511, 512) 및 자기 센서(531, 532)가 획득한 이진법 코드는 도 5에 도시된 도로정보 제공장치(100)가 포함하는 도로 정보 코드일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 위치 검출 센서(550)로 3-축 자기장 센서를 사용하고, 자계기반 무인주행차량의 주행을 위해 도로에 기 설치된 주행용 자석의 자계값을 검출한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행위치 검출장치(500)는 자계기반 무인주행차량의 하부에 설치 또는 체결되어 주행용 자석의 자계값 및 도로정보 제공장치(100)에서 송출되는 도로 정보를 획득한다.
본 발명의 일 실시예에서는 주행위치 검출장치(500)의 제 1 및 제 2 자기 센서(531, 532)는 도로정보 제공장치(100)의 제 1 및 제 2 도로정보용 자석(131, 132)으로부터 도로 정보를 획득할 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 필요에 따라 사용자가 제 1 및 제 2 자기 센서(531, 532)의 설정을 변경함으로써 도로정보 제공장치(100)의 제 1 및 제 2 도로정보용 자석(131, 132)의 자계 크기를 획득하여 주행 위치를 추가로 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치와 전자기적으로 연결되는 주행위치 검출장치가 주행위치를 검출하는 방법을 나타낸 도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치(500)는 z축 센서(551) 및 y축 센서(552)를 포함하는 위치 검출 센서를 가진다.
도 9를 참조하면, 도로에 기 매설된 주행용 자석은 3차원 자기장을 송출한다. 3차원 자기장 내부 특정 위치 P(x,y,z)에서의 자기장은 x축, y축, 및 z축 방향의 1차원 자기장 벡터로 표현될 수 있다. 따라서, 주행위치 검출장치(500)가 도 9에 도시된 특정 위치 P(x,y,z)에 존재하는 경우, 주행위치 검출장치(500)는 각각의 축에 대한 1차원 자기장 벡터를 획득할 수 있고, 이러한 1차원 자기장 벡터들은 하기 수학식 1로 표현될 수 있다.
수학식 1
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
(여기서,
Figure pat00008
)
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행위치 검출장치(500)는 상기 수학식 1을 이용하여 x,y,z 값을 획득함으로써 도로에 기 매설된 주행용 자석을 기준으로 하는 주행위치 검출장치(500)의 위치 좌표를 획득할 수 있다.
한편, 상기 수학식 1을 검증하기 위한 모의실험 결과 그래프가 도 10 내지 도 11에 도시되고 있다. 도 10은 주행위치 검출장치(500)를 주행용 자석을 기준으로 좌측에서 우측으로 이동시키며 측정한 (a) 좌우방향인 Y축의 위치에 따른 자계값 및 (b) 위아래 방향인 Z축의 위치에 따른 자계값을 나타낸 그래프이다.
도 10(a)를 살펴보면, y축 센서(552)의 위치에 따른 자계값의 크기는 주행용 자석과의 거리가 감소할 수록 증가하고, 소정의 임계거리보다 근접하는 경우 자계값의 크기가 감소하는 것으로 나타났다. 또, 주행위치 검출장치의 y축 센서(552)가 주행용 자석의 수직 상방에 위치하는 경우, y축 센서(552)에서 검출되는 자계값은 0으로 나타났다.
또 도 10(b)를 살펴보면, z축 센서(551)의 위치에 따른 자계값의 크기는 주행용 자석과의 거리가 감소할수록 증가하고, z축 센서(551)가 주행용 자석의 수직 상방에 위치하는 경우, z축 센서(551)에서 검출되는 자계값의 크기가 최대로 나타났다.
이는, 일반적으로 자석이 생성하는 자기장의 모습은 타원형태로 표현되기 때문이다. 즉, 자기장은 각각의 점에서 z축 및 y축 방향의 1차원 자기장 벡터를 합한 벡터로 나타나는데, 이 경우, y축 방향의 자기장 벡터는 그 크기가 점점 증가한 후 감소하는 것으로 표현되고, 자석의 수직 상방에서의 자기장은 z축 방향의 자기장 벡터만 존재하기 때문이다.
따라서, 이러한 자석의 특징으로 인해, 모의실험 결과 도 10에 도시된 바와 같이 y축 방향의 자계값은 주행용 자석에 근접할수록 자계값의 크기가 증가하며, 소정의 임계거리보다 가까워지는 경우 자계값이 점차 감소하고, 자석의 수직 상방에서 0으로 나타났다. 또, z축 방향의 자계값은 주행용 자석에 근접할수록 자계값의 크기가 증가하고, 주행용 자석의 수직 상방에 위치하는 경우 최대값을 갖는 것을 확인하였다.
도 11은 도 10에 도시된 위치 검출 센서의 위치에 따른 자계값과 해당 위치에서의 주행용 자석과의 거리를 하나의 그래프에 도시하고 있다. 도 11(a)를 참조하면, z축 센서에서 검출되는 자계값의 크기는 주행용 자석과 가까워질수록 증가하고, y축 센서에서 검출되는 자계값의 크기는 주행용 자석과 가까워질수록 증가하여 일정 거리에서 최대값을 가진 후 감소한다.
이때, 도 11(b)를 살펴보면, 주행위치 검출장치(500)가 주행용 자석의 수직 상방에 위치하는 경우, 도 10(a)의 모의실험에서 확인한 바와 같이, Y축 센서에서 검출되는 자계값은 0이 되고, 도 10(b)의 모의실험에서 확인한 바와 같이 Z축 센서에서 검출되는 자계값의 크기는 최대값이 되는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행위치 검출장치(500)는 도로정보 제공장치(100)로부터 도로 정보를 획득할 뿐 아니라, 주행용 자석의 자기장을 측정함으로써 주행용 자석을 기준으로 주행위치 검출장치(500)의 위치를 획득할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 도로정보 제공장치 110: 도로정보용 RFID
111: 제 1 도로정보용 RFID 112: 제 2 도로정보용 RFID
130: 도로정보용 자석 131: 제 1 도로정보용 자석
132: 제 2 도로정보용 자석 500: 주행위치 검출장치
511: 제 1 검출용 RFID 512: 제 2 검출용 RFID
531: 제 1 자기 센서 532: 제 2 자기 센서
550: 위치 검출 센서 551: z축 센서
552: y축 센서 600 : 주행 제어 장치
610 : 자계 센서부 620 : RFID 리더부
630 : 변위량 산출부 540 : 운행 제어부 700 : 매설물

Claims (14)

  1. 자계기반 무인주행차량에 설치된 주행위치 검출장치로서,
    서로 다른 두 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 위치검출용 RFID;
    서로 다른 부호의 자계값을 수신하기 위한 적어도 하나의 자기 센서; 및
    주행 경로에 기 설치된 주행용 자석과의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 센서를 포함하고,
    검출용 RFID와 자기 센서에서 수신하는 신호는 도로 정보인 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출용 RFID 및 상기 자기 센서는,
    각각 2개로 이루어진 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출용 RFID는,
    각각의 신호가 서로 영향을 미치지 않도록 일정 거리 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검출용 RFID는 양 끝 단에 각각 설치되고,
    상기 자기 센서는 두 개의 검출용 RFID 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서는,
    두 개의 자기 센서 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서는,
    주행용 자석의 y축 자계값을 획득하는 y축 센서 및 상기 주행용 자석의 z축 자계값을 획득하는 z축 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도로 정보는,
    검출용 RFID와 자기 센서에서 수신하는 신호를 이용하여 생성된 이진법 코드로 표현되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출용 RFID 및 자기 센서는,
    도로 정보를 송출하기 위해 도로에 설치되는 도로정보 제공장치의 도로정보용 RFID 및 도로정보용 자석과 대응하는 순서로 설치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 자계기반 무인주행차량 주행위치 검출장치를 구비한 자계기반 무인주행차량의 주행 경로상에서 도로정보를 제공하는 장치로서,
    서로 다른 두 신호를 송출하기 위한 적어도 하나의 도로정보용 RFID; 및
    서로 다른 부호의 자계값을 송출하는 적어도 하나의 도로정보용 자석을 포함하고,
    도로정보용 RFID 및 도로정보용 자석은 주행 경로에 기 설치된 주행용 자석과 일정거리 이격되도록 설치되며,
    도로정보용 RFID에서 송출하는 신호의 종류 및 도로정보용 자석에서 송출하는 자계값의 부호를 이용하여 도로정보를 포함하는 이진법 코드를 송출하는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도로정보용 RFID 및 상기 도로정보용 자석은,
    각각 2개로 이루어진 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 도로정보용 RFID는,
    각각의 신호가 서로 영향을 미치지 않도록 일정 거리 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 도로정보용 RFID는 양 끝 단에 각각 설치되고,
    상기 도로정보용 자석은 두 개의 도로정보용 RFID 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 주행용 자석은,
    두 개의 도로정보용 자석 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 도로정보용 RFID 및 상기 도로정보용 자석은,
    도로정보를 수신하기 위해 자계기반 무인주행차량에 설치되는 주행위치 검출장치의 검출용 RFID 및 자기 센서와 대응하는 순서로 설치되는 것을 특징으로 하는 자계기반 무인주행차량 도로정보 제공장치.

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