KR20170089074A - 이동 로봇 시스템 - Google Patents

이동 로봇 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20170089074A
KR20170089074A KR1020160008713A KR20160008713A KR20170089074A KR 20170089074 A KR20170089074 A KR 20170089074A KR 1020160008713 A KR1020160008713 A KR 1020160008713A KR 20160008713 A KR20160008713 A KR 20160008713A KR 20170089074 A KR20170089074 A KR 20170089074A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mobile robot
user
wearable terminal
smart watch
robot
Prior art date
Application number
KR1020160008713A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101783890B1 (ko
Inventor
강순주
김민수
황태민
이재근
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020160008713A priority Critical patent/KR101783890B1/ko
Publication of KR20170089074A publication Critical patent/KR20170089074A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101783890B1 publication Critical patent/KR101783890B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/006—Controls for manipulators by means of a wireless system for controlling one or several manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689—Teleoperation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 이동 로봇 시스템에 관한 것으로, 사용자가 착용 가능하게 제공되는 착용형 단말; 그리고 사용자의 위치 및 이동 방향에 따라 주행하는 이동 로봇을 포함한다. 이동 로봇은, 캐리지; 캐리지를 주행시키는 구동부; 캐리지에 설치되고, 이동 로봇에 대한 착용형 단말의 위치를 인식하기 위해 미리 설정된 주파수 대역의 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송신하는 복수 개의 저주파 송신기; 이동 로봇이 사용자와 기설정된 거리 및 방향을 유지하도록 구동부를 제어하는 주행 제어부; 및 착용형 단말과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신부를 포함하고, 착용형 단말은, 복수 개의 저주파 송신기로부터 전송된 LF 신호를 수신하는 저주파 수신기; 및 이동 로봇과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신 모듈을 포함하며, 착용형 단말 및 이동 로봇 중 적어도 하나는 착용형 단말에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 이동 로봇에 대한 착용형 단말의 위치를 인식하는 위치 인식부를 더 포함한다. 본 실시 예에 의하면 장애물이 많은 복잡한 환경에서도 이동 로봇의 위치 및 방향을 정확하게 인식하여 이동 로봇의 주행을 정확하게 제어할 수 있으며, 이동 로봇이 사용자를 따라가는 주행뿐만 아니라, 이동 로봇이 사용자를 앞서가는 주행이 가능하다.

Description

이동 로봇 시스템{MOBILE ROBOT SYSTEM}
본 발명은 이동 로봇 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자를 앞서가거나 뒤따라가도록 주행할 수 있는 이동 로봇 시스템에 관한 것이다.
사용자를 인지하고 추적하는 이동 로봇에 대한 기존 연구에는 크게 카메라나 모션센서와 같이 영상처리를 통하여 사용자를 인지하는 방식과, 여러 가지 센서들을 이용하여 절대좌표계를 형성하는 센서네트워크 방식이 있다. 예를 들어, 전자의 이동 로봇은 Intelligent Robots and Systems, 2006 IEEE/RSJ International Conference on. IEEE, 2006. (Yoshimi, Takashi, et al., "Development of a person following robot with vision based target detection")에 개시되어 있으며, 후자의 이동 로봇은 Industrial Electronics, IEEE Transactions on 51.1 (2004): 229-237 (Morioka, Kazuyuki, Joo-Ho Lee, and Hideki Hashimoto., "Human-following mobile robot in a distributed intelligent sensor network")에 개시되어 있다.
영상처리 방식은 고성능의 프로세서가 요구되고, 배터리를 많이 소모하기 때문에 긴 동작시간이 보장되어야 하는 임베디드 시스템에서는 실제로 적용하기 어렵다. 또한 특정 개인을 구별하기 힘든 문제점도 있다. 센서 네트워크 방식은 단위 실험 공간을 벗어나면 사용자 인지 및 추적이 불가능한 단점이 있다. 또한 현실 상황은 주변에 장애물이 많이 존재하는 복잡한 환경이기 때문에, 종래의 이동 로봇 방식의 경우 장애물의 간섭에 의해 현실 상황에 적용되기에는 상당한 제약이 발생하며, 이동 로봇의 위치 및 방향을 정확하게 측정하기 어려워 이동 로봇의 주행을 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있다. 뿐만 아니라, 이동 로봇이 사용자를 따라가는 주행 방식의 경우, 사용자가 이동 로봇의 주행 상황이나 이동 로봇의 주변 상황을 관찰하기 어렵고, 도난의 우려 등이 존재하여 이동 로봇에 의해 중요한 물품을 이동시키기 곤란한 단점이 있다.
본 발명은 장애물이 많은 복잡한 환경에서도 이동 로봇의 위치 및 방향을 정확하게 인식하여 이동 로봇의 주행을 정확하게 제어할 수 있으며, 이동 로봇이 사용자를 따라가는 주행뿐만 아니라, 이동 로봇이 사용자를 앞서가는 주행이 가능한 이동 로봇 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 저전력으로 운용할 수 있으며, 사용자를 식별하여 등록된 사용자만이 이동 로봇을 제어할 수 있으며, 사용자가 간편하게 이동 로봇의 주행을 제어할 수 있는 이동 로봇 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 이동 로봇 시스템은 사용자가 착용 가능하게 제공되는 착용형 단말; 그리고 상기 사용자의 위치 및 이동 방향에 따라 주행하는 이동 로봇을 포함하고, 상기 이동 로봇은, 캐리지; 상기 캐리지를 주행시키는 구동부; 상기 캐리지에 설치되고, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하기 위해 미리 설정된 주파수 대역의 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송신하는 복수 개의 저주파 송신기; 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 기설정된 거리 및 방향을 유지하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 사용자를 따라가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제1 주행 모드와 상기 사용자를 앞서가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제2 주행 모드를 구비한 주행 제어부; 및 상기 착용형 단말과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신부를 포함하고, 상기 착용형 단말은, 상기 복수 개의 저주파 송신기로부터 전송된 LF 신호를 수신하는 저주파 수신기; 및 상기 이동 로봇과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신 모듈을 포함하며, 상기 착용형 단말 및 상기 이동 로봇 중 적어도 하나는 상기 착용형 단말에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하는 위치 인식부를 더 포함한다.
상기 착용형 단말은 상기 사용자의 허리에 착용 가능한 벨트형 단말로 제공되고, 상기 사용자가 상기 이동 로봇의 제어를 위한 명령을 입력하도록 제공되는 스마트 워치를 더 포함할 수 있다.
상기 스마트 워치는, 상기 저주파 송신기로부터 전송된 상기 LF 신호를 수신하는 저주파 수신 모듈을 포함하고, 상기 위치 인식부는, 상기 스마트 워치에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 스마트 워치의 위치를 인식하며, 상기 위치 인식부는, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치의 위치에 기초하여, 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 마주보고 있는지 등을 지고 있는지를 판단할 수 있다.
상기 스마트 워치는 상기 사용자의 제스쳐를 인식하는 제스쳐 인식 모듈을 포함하며, 상기 이동 로봇이 상기 사용자를 앞서 가도록 주행 중에 장애물 또는 교차로를 마주치면 상기 이동 로봇으로부터 전송된 메시지에 따라 상기 스마트 워치에서 알람이 발생되고, 상기 사용자의 제스쳐에 따라 상기 이동 로봇의 주행이 제어될 수 있다.
상기 스마트 워치는, 상기 이동 로봇과 상기 사용자 사이의 거리가 기설정된 거리 범위에서 벗어난 경우 사용자에게 경고를 발생하는 알람부를 더 포함할 수 있다.
상기 착용형 단말은 상기 사용자의 움직임 변화를 측정하여 상기 사용자의 보행 상태를 판단하는 보행상태 판단부를 더 포함하고, 상기 이동 로봇은 상기 착용형 단말로부터 제공되는 상기 사용자의 보행 상태에 따라 속도 및 상기 착용형 단말과의 설정 거리를 조절할 수 있다.
상기 위치 인식부는, 상기 이동 로봇과 상기 착용형 단말 사이의 거리 및 상기 LF 송신기와 상기 LF 수신기의 높이 차이에 기초하여, 상기 사용자와 상기 이동 로봇 간의 수평 거리를 산출할 수 있다.
상기 이동 로봇이 상기 사용자를 따라가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면, 상기 이동 로봇은 상기 제1 주행 모드에서 상기 제2 주행 모드로 전환하고, 상기 이동 로봇이 상기 사용자를 앞서가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면, 상기 이동 로봇은 상기 제2 주행 모드에서 상기 제1 주행 모드로 전환할 수 있다.
상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치는 기설정된 LF 패턴을 기반으로 상기 이동 로봇과의 인증을 행하는 인증부를 더 포함하며, 상기 인증부에 의해 인증된 사용자만 이동 로봇을 작동시키도록 허용될 수 있다.
상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치는 상기 기설정된 LF 패턴에 따라 웨이크업(wake-up)될 수 있다.
상기 이동 로봇 시스템은 복수의 이동 로봇이 대열을 유지하여 주행하며, 상기 복수의 이동 로봇은 마스터 로봇과, 적어도 하나의 슬레이브 로봇을 포함하며, 상기 복수의 이동 로봇은 각각 방위각을 측정하는 나침반 센서와, 적외선 제어모듈을 포함하며, 상기 적외선 제어모듈은 각 이동 로봇의 둘레를 따라 설치된 복수 쌍의 적외선 발광소자 및 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 적외선 발광소자는 설치 각도별로 지정된 번호를 송신하고, 제1 이동 로봇은 상기 제1 이동 로봇과 인접한 제2 이동 로봇의 적외선 발광소자로부터 상기 제1 이동 로봇의 포토다이오드로 송신된 신호의 번호에 따라 상기 제2 이동 로봇에 대한 상기 제1 이동 로봇의 배치 상태를 판단하여, 상기 제1 이동 로봇이 상기 제2 이동 로봇에 대해 소정의 배치 상태를 갖도록 상기 제1 이동 로봇을 정렬할 수 있다.
상기 스마트 워치는 상기 사용자의 제스쳐에 따라 상기 마스터 로봇과 상기 슬레이브 로봇을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 캐리지; 상기 캐리지를 주행시키는 구동부; 상기 캐리지에 설치되고, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하기 위해 미리 설정된 주파수 대역의 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송신하는 복수 개의 저주파 송신기; 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 기설정된 거리 및 방향을 유지하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 사용자를 따라가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제1 주행 모드와 상기 사용자를 앞서가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제2 주행 모드를 구비한 주행 제어부; 상기 착용형 단말과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신부; 및 상기 착용형 단말에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하는 위치 인식부를 포함하며, 상기 사용자가 착용 가능하게 제공되는 착용형 단말의 위치 및 이동 방향에 따라 주행하는 이동 로봇이 제공된다.
상기 위치 인식부는, 상기 사용자가 착용한 스마트 워치에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 스마트 워치의 위치를 인식하며, 상기 주행 제어부는, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치의 위치에 기초하여, 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 마주보고 있는지 등을 지고 있는지를 판단할 수 있다.
상기 이동 로봇은 상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치 중 적어도 하나로부터 제공되는 상기 사용자의 보행 상태에 따라 주행 속도 및 상기 사용자와의 거리를 조절할 수 있다.
상기 이동 로봇은, 상기 사용자를 따라가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면 상기 제1 주행 모드에서 상기 제2 주행 모드로 전환하고, 상기 사용자를 앞서가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면 상기 제2 주행 모드에서 상기 제1 주행 모드로 전환할 수 있다.
상기 이동 로봇은 방위각을 측정하는 나침반 센서와, 적외선 제어모듈을 더 포함하며, 상기 적외선 제어모듈은 상기 이동 로봇의 둘레를 따라 설치된 복수 쌍의 적외선 발광소자 및 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 적외선 발광소자는 설치 각도별로 지정된 번호를 송신하고, 인접한 이동 로봇의 적외선 발광소자로부터 송신된 신호의 번호에 따라 이동 로봇의 배치 상태를 판단하여, 상기 이동 로봇이 소정의 배치 상태를 갖도록 정렬할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 장애물이 많은 복잡한 환경에서도 이동 로봇의 위치 및 방향을 정확하게 인식하여 이동 로봇의 주행을 정확하게 제어할 수 있으며, 이동 로봇이 사용자를 따라가는 주행뿐만 아니라, 이동 로봇이 사용자를 앞서가는 주행이 가능한 이동 로봇 시스템이 제공된다.
또한 본 발명의 실시 예에 의하면 저전력으로 운용할 수 있으며, 사용자를 식별하여 등록된 사용자만이 이동 로봇을 제어할 수 있으며, 사용자가 간편하게 이동 로봇의 주행을 제어할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템(10)의 사용 상태를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇(100)의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 착용형 단말(200)의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 스마트 워치(300)의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇의 신호 전송 반경(R)을 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 전방에 위치하였는지 후방에 위치하였는지를 판단하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 이동 로봇이 사용자와 나란하게 정렬하는 것을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템에 의해 착용형 단말(200)의 위치 및 방향을 삼각측량법에 의해 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 사용자(20)의 방향 전환시 이동 로봇(100)이 주행 모드를 전환하는 것을 보여주는 도면이다.
도 11은 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 앞서가는 주행을 하는 중에 교차로가 나왔을 경우 사용자(20)의 스마트 워치(300)를 통해 이동 로봇(100)의 주행을 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 이동 로봇이 사용자를 따라 줄지어가는 것을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇에 적외선 제어 모듈(190)이 설치된 것을 보여주는 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 적외선 제어 모듈(190)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 상태 다이어그램(state diagram)을 보여주는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇과 사용자의 착용형 단말 및 스마트 워치 간에 BLE 페어링을 수행하는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇이 사용자와 일정한 거리를 유지하면서 앞서가는 주행을 하는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇이 사용자와 일정한 거리를 유지하면서 따라가는 주행을 하는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 20은 이동 로봇들(100a,100b)이 줄지어가는 주행을 하는 것을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 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.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템은 착용형 단말과, 이동 로봇 간에 장애물 투과성이 큰 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송수신하여 이동 로봇에 대한 착용형 단말의 거리 및 방향을 정확하게 측정함으로써, 장애물이 많은 복잡한 환경에서도 이동 로봇의 주행을 정확하게 제어할 수 있다. 또한 이동 로봇이 사용자를 따라가도록 주행하는 것은 물론 사용자를 앞서가도록 주행하는 것도 가능하여, 사용자가 이동 로봇의 주행 상황이나 이동 로봇의 주변 상황을 관찰할 수 있으며, 도난 등의 우려 없이 이동 로봇의 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
또한 본 실시 예에 의하면 이동 로봇이 사용자를 앞서서 주행하는 경우, 이동 로봇이 장애물이나 교차로를 만나게 되면 사용자의 제스쳐에 의해 이동 로봇의 주행을 제어할 수 있도록 하여 사용자가 편리하게 이동 로봇의 서비스를 제공받을 수 있게 된다. 또한 본 실시 예에 의하면, LF 신호를 웨이크업 신호로 이용하여 착용형 단말을 깨우도록 함으로써 저전력으로 운용이 가능하며, 사용자를 식별하여 등록된 사용자만이 이동 로봇을 제어하도록 할 수 있다. 본 실시 예에 의하면 트렁크, 유모차, 쇼핑카트 등과 같이 사용자의 일상 생활 속에 적용되어 무거운 짐을 운반하는 등의 다양한 편의를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템(10)의 사용 상태를 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템(10)은 이동 로봇(100), 착용형 단말(200) 및 스마트 워치(300)를 포함한다. 도 1에는 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 앞서가는 예가 도시되어 있으며, 도 2에는 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 따라가는 예가 도시되어 있다.
이동 로봇(100)은 사용자(20)의 위치 및 이동 방향에 따라 주행하게 된다. 이동 로봇(100)은 캐리지(110)와, 캐리지(110)를 주행시키는 구동부(120)를 구비한다. 일 실시 예로, 캐리지(110)는 예컨대, 트렁크, 쇼핑카트 본체 등과 같이, 사용자의 짐을 운송할 수 있는 형태로 제공될 수 있다. 사용자 본인이 아닌 타인이 캐리지(110)에서 사용자의 짐을 도난할 수 없도록 캐리지(110)에는 사용자의 짐을 적재하거나 묶은 상태로 잠글 수 있는 잠금 장치(도시생략) 등의 수단이 제공될 수 있다. 잠금 장치는 설정된 비밀 번호나 열쇠 등에 의해 캐리지(110)에서 사용자의 짐을 해제할 수 있도록 제공될 수 있다.
일 실시 예로, 구동부(120)는 캐리지(110)를 주행시키도록 캐리지(110)의 하부 측에 설치되는 적어도 하나의 구동휠과, 캐리지(110)의 주행을 가이드하도록 캐리지(110)의 하부 측에 설치되는 적어도 하나의 가이드휠, 그리고 캐리지(110) 내부에 설치되어 구동휠을 구동하는 구동모터/감속기 등으로 제공될 수 있다. 구동휠은 구동모터/감속기 등에 의해 회전하여 캐리지(110)를 주행시킬 수 있다. 가이드휠은 베어링 등에 의해 구름회전되도록 제공될 수 있다. 다만 구동부(120)는 상기한 구동 방식으로 제한되지 않으며, 캐리지(110)를 주행시키고 캐리지(110)의 위치와 이동 방향을 제어할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
착용형 단말(신체 상황 인지용 단말)(200)은 사용자가 착용 가능하게 제공된다. 일 실시 예로, 착용형 단말(200)은 사용자(20)의 허리에 착용 가능한 벨트형 단말로 제공될 수 있다. 착용형 단말(200)이 사용자(20)의 신체 중 허리에 착용되는 경우, 사용자(20)의 이동시 팔이나 다리의 흔들림, 사용자(20)의 이동과는 무관한 손의 사용 행위 등에 의해 영향받지 않게 되므로, 사용자(20)의 이동에 관련된 정보(위치 및 이동 방향)를 정확하게 반영할 수 있게 된다. 착용형 단말(200)은 벨트에 구비되어 사용자(20)가 벨트를 착용하는 행위에 의해 사용자(20)에게 착용될 수도 있고, 사용자(20)가 기존에 착용하고 있던 벨트에 착용형 단말(200)을 결합시키는 방식으로 사용자(20)에게 착용될 수도 있다.
스마트 워치(명령 지시용 단말)(300)는 사용자(20)의 제스쳐를 정확하게 인식할 수 있도록, 사용자(20)의 손목 부위에 착용될 수 있다. 스마트 워치(300)는 저전력 동작을 위한 LF 및 RF 통신 기능을 구비하여, LF 신호에 의해 웨이크업(wake-up)되어 이동 로봇(100)의 주행 제어를 위한 기능을 개시하고, RF 통신에 의해 이동 로봇(100)의 주행 제어를 위한 명령(사용자 입력 또는 제스쳐 등) 및/또는 데이터(LF 신호의 수신신호 측정세기, 가속도/각속도 측정값 등)를 이동 로봇(100)으로 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇(100)의 구성도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 이동 로봇(100)은 복수 개의 저주파(LF; Low Frequency) 송신기(130), 제어부(140), 주행 제어부(142), BLE 통신 모듈(150), 위치 인식부(160), 초음파 센서(170), 방향 센서(180), 및 적외선 제어 모듈(190)을 포함할 수 있다. 이들 각 구성은 캐리지(110)에 설치될 수 있다. 복수 개의 LF 송신기(130), 주행 제어부(142), BLE 통신 모듈(150), 위치 인식부(160), 초음파 센서(170), 방향 센서(180), 및 적외선 제어 모듈(190)은 적어도 하나의 프로세서(processor)로 이루어진 제어부(140)에 의해 제어될 수 있다. 제어부(140)는 각종 모듈을 동작시키기 위한 I2C, SPI, UART 등의 통신 인터페이스를 지원할 수 있으며, 플래시 메모리(Flash Memory) 등의 저장부에 정보를 저장할 수 있다.
복수 개의 LF 송신기(130)는 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 상대적 위치를 인식하기 위해, 미리 설정된 저주파수 대역의 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송신한다. 일 실시 예로, LF 송신기(130)는 30 ~ 300 kHz 범위 내의 주파수를 갖는 저주파(LF) 신호를 송신할 수 있다. LF 신호는 파장이 길어서 장애물을 잘 통과할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에, 장애물로 인해 이동 로봇(100)과 착용형 단말(200) 간의 상대적 거리 및 방향의 측정 정확도가 떨어지는 문제를 방지할 수 있다. 또한 LF 신호는 아주 적은 소모 전력으로 송신이 가능하며, 각 기기들이 가진 고유한 LF 패턴을 이용해서 필요한 기기들만 웨이크업(wake-up)시키는데 활용될 수 있기 때문에 저전력 동작에 유리하다.
주행 제어부(142)는 이동 로봇(100)이 사용자(20)와 기설정된 거리 및 방향을 유지하도록 구동부(120)를 제어한다. 주행 제어부(142)는 사용자(20)를 따라가도록 이동 로봇(100)을 주행시키는 제1 주행 모드와, 사용자(20)를 앞서가도록 이동 로봇(100)을 주행시키는 제2 주행 모드를 구비한다. 일 실시 예로, 이동 로봇(100)의 주행 모드는 스마트 워치(300)를 통한 사용자(20)의 설정에 따라 결정될 수 있다. 실시 예에서, 이동 로봇(100)의 주행 모드는 사용자(20)의 방향 전환(예컨대, 180° 회전 동작 등)에 의해 제1 주행 모드에서 제2 주행 모드로, 혹은 제2 주행 모드에서 제1 주행 모드로 전환될 수 있다.
BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 모듈(150)은 착용형 단말(200)과의 통신, 및 스마트 워치(300)와의 통신을 위해 제공될 수 있다. 본 실시 예에서, BLE 통신 모듈(150)은 착용형 단말(200)과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신부에 상응한다. BLE 통신 모듈(150)은 이동 로봇(100)이 두 개의 스마트 단말, 즉 착용형 단말(200)과 스마트 워치(300)에 대해 멀티 페어링을 지원한다. BLE 통신 방식은 와이파이(Wifi)와 블루투스 클래식(bluetooth classic) 등의 통신 방식보다 소비 전력이 적고, 빠른 기기 연결 및 메시지 전송을 제공할 수 있다.
위치 인식부(160)는 복수 개의 LF 송신기(130)로부터 송신되어 착용형 단말(200)에 수신된 LF 신호들 각각의 수신신호 측정세기(RSSI; Received Signal Strength Indicator)를 이용하여 삼각측량법에 따라 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 위치를 인식할 수 있다. 일 실시 예로, 착용형 단말(200)에서 LF 신호들에 대해 측정한 RSSI 값들은 착용형 단말(200)로부터 전송되어, BLE 통신 모듈(150)에 의해 이동 로봇(100)으로 수신될 수 있다.
위치 인식부(160)는 착용형 단말(200)로부터 전송된 RSSI 값들을 이용하여, 삼각측량법에 의해 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 상대 위치를 인식할 수 있다. 이에 대하여는 이후 도 9를 참조하여 후술한다. 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 위치 정보는 이동 로봇(100)이 사용자(20)에 대해 소정의 거리만큼 떨어진 상태로 사용자(20)를 앞서가거나 따라가도록 하는데 활용될 수 있다.
도 3의 실시 예에서, 위치 인식부(160)는 이동 로봇(100)에 구비되어 있으나, 위치 인식부(160)는 착용형 단말(200)에 제공될 수도 있다. 위치 인식부가 착용형 단말(200)에 제공되는 경우, 위치 인식부는 복수 개의 LF 송신기(130)로부터 송신된 LF 신호들 각각의 수신신호 측정세기(RSSI)를 측정하고, 측정된 RSSI 값들을 이용하여 삼각측량법에 따라 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 상대 위치를 인식할 수 있다. 착용형 단말(200)에 의해 측정된 착용형 단말(200)의 상대 위치 정보는 이동 로봇(100)으로 전송된다. 이동 로봇(100)으로 전송된 착용형 단말(200)의 위치 정보에 따라 이동 로봇(100)의 주행이 제어될 수 있다.
초음파 센서(170)는 이동 로봇(100) 주변의 장애물 또는 교차로 등을 감지하기 위해 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 초음파 센서(170)는 초음파를 발생하고, 장애물이나 교차로를 인식할 수 있는 구조물(예컨대 전후 및 좌우측의 통로, 혹은 벽면, 건물 등)로부터 반사된 초음파의 수신시간에 기초하여 장애물 또는 교차로 등을 감지할 수 있다. 제2 주행 모드의 경우 이동 로봇(100)은 사용자(20)를 앞서가는 동작을 수행하며, 사용자(20)에 앞서 장애물 또는 교차로를 만나게 된다. 이때, 이동 로봇(100)은 초음파 센서(170)에 의해 장애물 또는 교차로 등을 감지하여, 사용자(20)의 명령에 따라 장애물이나 교차로에서 주행이 제어된다.
방향 센서(180)는 이동 로봇(100)의 주행 방향 혹은 배치 방향을 측정하기 위해 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 방향 센서(180)는 나침반 센서(마그네틱 콤파스)(182), 자이로/가속도 센서(184)로 제공될 수 있다. 나침반 센서(182), 자이로/가속도 센서(184)는 자이로/지자기 변화 등에 근거하여 이동 로봇(100)의 방향을 측정할 수 있다. 방향 센서(180)에 의해 측정된 이동 로봇(100)의 방향 정보는 이동 로봇(100)을 사용자(20)가 향하고 있는 방향이나 사용자(20)의 주행 방향과 일치시키는데 활용될 수 있다.
적외선 제어 모듈(190)은 복수의 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 줄지어 따라가도록 하거나, 사용자(20)에 앞서도록 줄지어 가는데 활용될 수 있다. 적외선 제어 모듈(190)는 인접한 다른 이동 로봇으로 적외선 신호를 발생하는 적외선 발광소자(IR LED; Infrared Radiation Light Emitting Diode)(192)들과, 인접한 다른 이동 로봇으로부터 적외선 신호를 수신하는 포토다이오드(194)들을 포함할 수 있다. 적외선 발광소자(192)와 포토다이오드(194)는 쌍을 이루어 이동 로봇(100)의 둘레를 따라 복수 쌍으로 설치될 수 있다. 적외선 제어 모듈(190)에 관하여는 이후 도 13 내지 도 15를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 착용형 단말(200)의 구성도이다. 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 착용형 단말(200)은 제어부(210), 저주파(LF) 수신기(220), BLE 통신 모듈(230), 자이로/가속도 센서(240), 사용자 인터페이스부(250), 커넥터(260), RSSI 측정부(270) 및 휴면(sleep)/활성(wake-up) 전환부(280)를 포함한다. 저주파(LF) 수신기(220), BLE 통신 모듈(230), 자이로/가속도 센서(240), 사용자 인터페이스부(250), 커넥터(260), RSSI 측정부(270) 및 휴면/활성 전환부(280)는 제어부(210)에 의해 제어된다. 제어부(210)는 적어도 하나의 프로세서(processor)로 제공될 수 있다. 제어부(210)는 각종 모듈을 동작시키기 위한 I2C, SPI, UART 등의 통신 인터페이스를 지원할 수 있으며, 플래시 메모리(Flash Memory) 등의 저장부에 정보를 저장할 수 있다.
LF 수신기(220)는 이동 로봇(100)의 복수 개의 LF 송신기(도 3, 130)로부터 전송된 LF 신호들을 수신한다. LF 수신기(220)에 의해 수신된 LF 신호는 착용형 단말(200)의 동작 활성화를 위해 휴면/활성 전환부(280)로 제공된다. 또한 LF 수신기(220)에 의해 수신된 LF 신호들은 수신신호 측정세기의 측정을 위해 RSSI 측정부(270)로 제공된다.
BLE 통신 모듈(Bluetooth Low Energy)(230)은 이동 로봇(100)과의 통신을 위해 제공된다. BLE 통신 모듈(230)은 이동 로봇(100)과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신 모듈에 상응한다. BLE 통신 방식은 저전력, 빠른 기기 연결 및 메시지 전송의 장점을 갖는다. 사용자 인터페이스부(250)는 착용형 단말(200)의 동작 개시/종료 등의 명령을 입력하기 위해 제공될 수 있다. 커넥터(260)는 충전이나 외부기기와의 접속을 위해 제공될 수 있다.
자이로/가속도 센서(240)는 착용형 단말(200)의 배치 방향, 이동 방향 등의 정보를 제공할 수 있다. 자이로/가속도 센서(240)는 사용자(20)의 움직임 변화를 측정하는 보행상태 판단부에 상응한다. 보행상태 판단부는 자이로/가속도 센서(240)의 측정값에 기초하여 사용자(20)의 현재 보행 상태(정지/걷기/뛰기 등)를 판단할 수 있다. 보행상태 판단부에 의해 측정된 사용자(20)의 현재 보행 상태는 이동 로봇(100)의 주행 제어를 위해 이동 로봇(100)으로 전송될 수 있다.
이동 로봇(100)은 착용형 단말(200)로부터 제공되는 사용자(20)의 보행 상태에 따라 속도 및 착용형 단말(200)과의 설정 거리를 조절할 수 있다. 예를 들어, 사용자(20)가 빠른 속도로 걷거나 뛰는 것으로 판단되면, 이동 로봇(100)의 속도를 사용자(20)의 이동 속도만큼 증가시키는 한편, 사용자(20)와 이동 로봇(100)의 충돌을 방지하기 위해 사용자(20)와 이동 로봇(100) 간의 설정 거리를 증가시킬 수 있다.
RSSI 측정부(270)는 LF 신호의 수신신호 측정세기(RSSI; Received Signal Strength Indicator)를 산출할 수 있다. 이동 로봇(100)의 두 LF 송신기(도 3, 130)와, 착용형 단말(200)의 LF 수신기(220) 사이의 거리에 따라 LF 신호들의 RSSI 값은 감소할 것이다. LF 신호들의 RSSI 값을 이용하여 이동 로봇(100)과 착용형 단말(200) 사이의 거리 및 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 방향을 측정하기 위해, RSSI 측정부(270)에 의해 LF 신호들에 대해 측정된 RSSI 값들은 이동 로봇(100)으로 전송된다.
휴면/활성 전환부(280)는 기설정된 패턴의 LF 신호를 수신시, 착용형 단말(200)과 이동 로봇(100) 간에 통신 채널을 설정하고, LF 신호의 RSSI 값을 측정하고, 착용형 단말(200)의 방향을 측정하는 등 착용형 단말(200)의 동작이 활성화되도록 착용형 단말(200)의 동작 상태를 휴면 상태에서 활성(웨이크업) 상태로 전환한다. 이에 따라 기설정된 패턴이 아닌 LF 신호를 수신시, 휴면/활성 전환부(280)는 착용형 단말(200)의 동작 상태를 휴면 상태로 유지한다. 따라서 다수의 사용자가 존재하는 경우, 타인의 사용 행위에 의해 착용형 단말(200)이 작동하는 것을 방지할 수 있으며, 기설정된 패턴의 LF 신호 수신시에만 착용형 단말(200)을 활성화함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 스마트 워치(300)의 구성도이다. 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 스마트 워치(300)는 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 제어를 위한 명령을 입력하도록 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 스마트 워치(300)는 제어부(310), LF 수신 모듈(320), BLE 통신 모듈(330), 자이로/가속도 센서(340), 사용자 인터페이스부(350), 커넥터(360), 진동 모터(370), 디스플레이부(380), RSSI 측정부(390), 휴면/활성 전환부(400) 및 제스쳐 인식 모듈(410)을 포함한다. LF 수신 모듈(320), BLE 통신 모듈(330), 자이로/가속도 센서(340), 사용자 인터페이스부(350), 커넥터(360), 진동 모터(370), 디스플레이부(380), RSSI 측정부(390), 휴면/활성 전환부(400) 및 제스쳐 인식 모듈(410)은 제어부(310)에 의해 제어된다. 제어부(310)는 적어도 하나의 프로세서(processor)로 제공될 수 있다. 제어부(310)는 각종 모듈을 동작시키기 위한 I2C, SPI, UART 등의 통신 인터페이스를 지원할 수 있으며, 플래시 메모리(Flash Memory) 등의 저장부에 정보를 저장할 수 있다.
LF 수신 모듈(320)은 이동 로봇(100)의 복수 개의 LF 송신기(도 3, 130)로부터 전송된 LF 신호들을 수신한다. LF 수신 모듈(320)에 의해 수신된 LF 신호는 스마트 워치(300)의 동작 활성화를 위해 휴면/활성 전환부(400)로 제공된다. 또한 LF 수신 모듈(320)에 의해 수신된 LF 신호들은 수신신호 측정세기의 측정을 위해 RSSI 측정부(390)로 제공된다.
BLE 통신 모듈(Bluetooth Low Energy)(330)은 이동 로봇(100)과의 통신을 위해 제공된다. BLE 통신 방식은 저전력, 빠른 기기 연결 및 메시지 전송의 장점을 갖는다. 자이로/가속도 센서(340)는 스마트 워치(300)의 움직임(가속도/각속도) 변화를 측정할 수 있다. 자이로/가속도 센서(340)의 측정값은 사용자(20)의 제스쳐를 인식하기 위해 제스쳐 인식 모듈(410)로 제공될 수 있다.
사용자 인터페이스부(350)는 이동 로봇(100)의 전방에 장애물이나 교차로가 위치한 경우, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 주행 방향을 제어하기 위한 명령을 입력하도록 제공될 수 있다. 커넥터(360)는 충전이나 외부기기와의 접속을 위해 제공될 수 있다.
진동 모터(370)는 사용자(20)에게 알람을 전달하기 위해 제공된다. 진동 모터(370)는 이동 로봇(100)과 사용자(20) 사이의 거리가 기설정된 거리 범위에서 벗어난 경우 사용자(20)에게 경고를 발생하는 알람부에 상응한다. 일 실시 예로, 기설정된 거리 범위는 LF 송신기(도 3, 130)의 신호 전송 반경으로 결정될 수 있다.
또 하나의 예로, 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 앞서 가도록 주행 중에 장애물 또는 교차로를 마주치면, 이동 로봇(100)에 의해 장애물, 교차로가 감지되고, 해당 정보는 스마트 워치(300)로 전송된다. 이동 로봇(100)으로부터 전송된 정보에 따라 스마트 워치(300)는 진동 모터(370) 등을 통해 알람을 발생하여, 사용자(20)에게 주의를 환기시키고, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 주행 제어를 수행할 수 있도록 한다.
디스플레이부(380)는 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 주행 모드를 선택할 수 있는 화면을 제공하고, 이동 로봇(100)의 현재 주행 상태(예컨대 사용자와의 거리, 주행 속도, 등)와, 알람 정보(장애물 정보, 교차로 정보 등) 등의 정보를 디스플레이한다. 또한 디스플레이부(380)는 다수의 이동 로봇을 주행시키는 선택을 입력할 수 있는 화면을 제공할 수 있다.
RSSI 측정부(390)는 이동 로봇(100)의 초기 정렬 시에, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 전방 측에 위치하는지 후방 측에 위치하는지를 판단하기 위하여, LF 신호의 수신신호 측정세기(RSSI; Received Signal Strength Indicator)를 산출할 수 있다. 이동 로봇(100)의 두 LF 송신기(도 3, 130)와, 스마트 워치(300)의 LF 수신 모듈(320) 사이의 거리에 따라 LF 신호들의 RSSI 값은 감소할 것이다.
LF 신호들의 RSSI 값을 이용하여 이동 로봇(100)과 스마트 워치(300) 사이의 거리 및 이동 로봇(100)에 대한 스마트 워치(300)의 방향을 측정하기 위해, RSSI 측정부(390)에 의해 LF 신호들에 대해 측정된 RSSI 값들은 이동 로봇(100)으로 전송된다. 위치 인식부(도 3, 160)는 스마트 워치(300)로부터 전송된 RSSI 값들을 이용하여 삼각측량법에 따라 이동 로봇(100)에 대한 스마트 워치(300)의 위치를 인식한다.
사용자(20)가 왼쪽 손목에 스마트 워치(300)를 착용한 채로 이동 로봇(100)을 바라고 있을 때, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 전방 측에 위치한 경우, 이동 로봇(100)을 기준으로 스마트 워치(300)는 착용형 단말(200)의 우측에 위치한 것으로 측정되고, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 후방 측에 위치한 경우, 스마트 워치(300)는 착용형 단말(200)의 좌측에 위치한 것으로 측정된다.
따라서 이동 로봇(100)을 기준으로 착용형 단말(200)과 스마트 워치(300)의 상대적인 방향에 따라 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 전방에 위치하였는지 후방에 위치하였는지를 판단할 수 있게 된다. 즉 위치 인식부(도 3, 160)에 의해, 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200) 및 스마트 워치(300)의 상대적 위치에 기초하여, 이동 로봇(100)이 사용자(20)와 마주보고 있는지, 등을 지고 있는지를 판단할 수 있게 된다.
휴면/활성 전환부(400)는 기설정된 패턴의 LF 신호를 수신시, 스마트 워치(300)와 이동 로봇(100) 간에 통신 채널을 설정하고, LF 신호의 RSSI 값을 측정하고, 스마트 워치(300)의 방향을 측정하는 등 스마트 워치(300)의 동작이 활성화되도록 스마트 워치(300)의 동작 상태를 휴면 상태에서 활성(웨이크업) 상태로 전환한다. 이에 따라 기설정된 패턴이 아닌 LF 신호를 수신시, 휴면/활성 전환부(400)는 스마트 워치(300)의 동작 상태를 휴면 상태로 유지한다. 따라서 다수의 사용자가 존재하는 경우, 타인의 사용 행위에 의해 스마트 워치(300)가 불필요하게 작동하는 것을 방지할 수 있으며, 기설정된 패턴의 LF 신호 수신시에만 스마트 워치(300)가 활성화되도록 함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다.
제스쳐 인식 모듈(410)은 자이로/가속도 센서(340)의 측정값을 제공받아, 사용자(20)의 특정 제스쳐를 인식한다. 예컨대, 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 앞서 가도록 주행 중에 장애물 또는 교차로를 마주치면, 이동 로봇(100)에 의해 장애물, 교차로가 감지되고, 해당 정보는 스마트 워치(300)로 전송된다. 이동 로봇(100)으로부터 전송된 정보에 따라 스마트 워치(300)에서 알람이 발생된다. 제스쳐 인식 모듈(410)에 의해 인식된 사용자(20)의 제스쳐(직진/좌회전/우회전 등)는 이동 로봇(100)으로 전송되고, 사용자(20)의 제스쳐에 따라 이동 로봇(100)의 주행이 제어된다.
착용형 단말 및 스마트 워치는 기설정된 LF 패턴을 기반으로 이동 로봇(100)과의 인증을 행하는 인증부(도시생략)를 더 포함할 수 있다. 인증부는 인증된 사용자(20)만 이동 로봇(100)을 작동시키도록 허가하기 위해 제공될 수 있다. 따라서 인증부에 의하여, 인가되지 않은 타인이 이동 로봇(100)을 제어하도록 도용하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템의 동작 및 작용효과에 대해 설명한다. 사용자가 대형 마트, 백화점 등의 서비스 데스크에 이동 로봇 시스템에 의한 서비스를 요청하면, 사용자에게 이동 로봇과 착용형 단말, 그리고 스마트 워치가 유상 혹은 무상으로 대여된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇의 신호 전송 반경(R)을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 착용형 단말을 허리에 착용하고, 스마트 워치를 손목에 착용한 사용자가 이동 로봇(100)으로 접근하여 LF 송신기(130)의 신호 전송 반경(R) 안으로 들어오게 되면, 이동 로봇(100)으로부터 특정 패턴을 갖는 LF 신호가 착용형 단말과 스마트 워치로 수신되고, 착용형 단말과 스마트 워치가 휴면 상태에서 활성 상태로 웨이크업되어 착용형 단말와 스마트 워치, 그리고 이동 로봇(100) 간에 자동으로 BLE 페어링 및 통신 채널이 연결된다.
초기에 착용형 단말과 스마트 워치는 복수의 LF 송신기(132,134)로부터 송신된 LF 신호들의 RSSI 값을 측정하여 이동 로봇(100)으로 전송하고, 이동 로봇(100)은 착용형 단말과 스마트 워치로부터 전송된 RSSI 값들을 이용하여 착용형 단말과 스마트 워치의 거리 및 방향을 측정한다. 이때 이동 로봇(100)을 기준으로 하여 측정된 착용형 단말과 스마트 워치의 상대적인 위치 혹은 방향에 근거하여, 사용자가 이동 로봇(100)의 전방에 위치하였는지 후방에 위치하였는지를 판단한다.
도 7a 및 도 7b는 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 전방에 위치하였는지 후방에 위치하였는지를 판단하는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 사용자는 왼손에 스마트 워치를 착용한다고 가정한다. 도 7a와 같이, 사용자(20)가 왼쪽 손목에 스마트 워치(300)를 착용한 채로 이동 로봇(100)을 바라고 있을 때, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 전방 측에 위치한 경우, 이동 로봇(100)을 기준으로 스마트 워치(300)는 착용형 단말(200)의 우측에 위치한 것으로 측정된다.
이와 달리 도 7b와 같이, 사용자(20)가 이동 로봇(100)의 후방 측에 위치한 경우, 스마트 워치(300)는 착용형 단말(200)의 좌측에 위치한 것으로 측정된다. 따라서 이동 로봇(100)을 기준으로 착용형 단말(200)과 스마트 워치(300)의 상대적인 위치(방향)에 따라(착용형 단말과 스마트 워치의 각도가 양(+)이나 음(-) 중 어떤 값을 가지는가에 따라서), 이동 로봇(100)이 사용자(20)와 마주보고 있는지(사용자가 이동 로봇의 전방에 위치하는지), 등을 지고 있는지(사용자가 이동 로봇의 후방에 위치하는지)를 판단할 수 있게 된다.
스마트 워치를 통해 사용자가 설정하는 바에 따라, 이동 로봇(100)은 사용자의 전방 혹은 후방 측으로 이동한다. 도 8은 이동 로봇이 사용자와 나란하게 정렬하는 것을 보여주는 도면이다. 이동 로봇의 주행에 앞서 이동 로봇의 방향과 사용자가 바라보는 방향을 일치시키기 위하여, 도 8의 도시와 같이, 이동 로봇과 착용형 단말 사이의 각도가 (0±ε)°(ε는 허용 오차 값)가 되게 한다. 이동 로봇의 정렬이 완료되면, 스마트 워치가 진동을 하도록 해서 알람을 준다. 이동 로봇은 사용자가 보고 있는 방향과 자신의 방향을 일치시킨 다음, 착용형 단말에서 측정된 LF 신호들의 RSSI 값들에 따라 사용자와의 거리와 각도를 인식한 뒤, 그 결과를 제어 입력으로 사용해 사용자를 앞서가거나, 사용자를 뒤따라가도록 주행한다. 이에 따라 이동 로봇은 사용자와 일정한 거리와 방향을 유지하여 주행하게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템에 의해 착용형 단말(200)의 위치 및 방향을 삼각측량법에 의해 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 사용자와 이동 로봇(100) 간의 거리와 방향을 알아내기 위해서 삼각측량법을 사용하기 때문에, 두 LF 송신기(132,134)는 이동 로봇(100)의 양 끝단에 설치되는 것이 바람직하다. 도 9에서 dl 은 이동 로봇(100)의 제1 LF 송신기(132)와 착용형 단말(200)의 LF 수신기 간의 거리(dl), dr 은 이동 로봇(100)의 제2 LF 송신기(134)와 착용형 단말(200)의 LF 수신기 간의 거리, dw 는 이동 로봇(100)의 제1 LF 송신기(132)와 제2 LF 송신기(134) 간의 거리, (x,y) 는 제1 LF 송신기(132)와 제2 LF 송신기(134)의 중심점(0,0)을 기준으로 하는 착용형 단말(200)의 2차원 좌표를 나타내는 인덱스이다. 이동 로봇(100)에 대한 착용형 단말(200)의 거리(d) 및 각도(θ)는 삼각측량법에 의하여 아래의 수식 1 내지 수식 3에 따라 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
[수식 2]
Figure pat00002
[수식 3]
Figure pat00003
제1 LF 송신기(132)와 착용형 단말(200)의 LF 수신기 간의 거리(dl)는 제1 LF 송신기(132)로부터 착용형 단말(200)의 LF 수신기로 전송된 제1 LF 신호의 RSSI 값으로부터 산출되고, 제2 LF 송신기(134)와 착용형 단말(200)의 LF 수신기 간의 거리(dr)는 제2 LF 송신기(134)로부터 착용형 단말(200)의 LF 수신기로 전송된 제2 LF 신호의 RSSI 값으로부터 산출될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 볼 수 있듯이, 수식 1 내지 수식 3에 의하여 산출한 거리(d)는 이동 로봇의 LF 송신기에서 사용자의 착용형 단말까지의 대각선 길이이기 때문에 이동 로봇과 사용자 간의 실제 거리(D)보다 길게 측정된다. 따라서 하기의 수식 4에 따라 이동 로봇과 사용자 간의 수평 거리(D)를 산출한다.
[수식 4]
D = {d2 - (h1 - h2)2}1/2
즉 이동 로봇(100)의 위치 인식부는 이동 로봇(100)과 착용형 단말(200) 사이의 거리(d), 및 이동 로봇(100)의 LF 송신기와 착용형 단말(200)의 LF 수신기의 높이 차이(h1-h2)에 기초하여, 사용자와 이동 로봇 간의 수평 거리를 산출할 수 있다. 수식 4에서 h1 은 착용형 단말(200)의 지면으로부터의 높이, h2 는 이동 로봇(100)의 LF 송신기의 지면으로부터의 높이이다.
이동 로봇(100)은 상술한 바와 같이 산출한 거리 및 각도를 피드백 입력으로 이용하여, 사용자와 일정한 거리 및 각도를 유지하도록 주행하게 된다. 만약 이동 로봇이 주행 중에 사용자가 이동 로봇의 연결 반경(신호 전송 반경)을 벗어나게 되면, 이동 로봇으로부터 전송된 메시지에 따라 스마트 워치가 진동 등에 의해 알람을 발생하고, 사용자가 다시 연결 반경 안으로 들어가게 되면 알람을 멈출 수 있다.
LF 신호의 RSSI 값과 삼각측량법을 이용해 구한 거리만을 입력으로 사용하는 제어기를 사용할 경우, 사용자가 뛰어가는 도중 갑자기 멈추게 되면, 이동 로봇이 즉각적으로 멈추지 못하고 사용자와 충돌해버릴 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해, 착용형 단말을 통해 사용자의 급작스런 행동 변화가 감지되는 경우, 즉각적으로 이동 로봇으로 사용자의 행동 변화를 알림으로써 이동 로봇이 주행 속도와 사용자와의 거리를 신속하게 조절할 수 있도록 한다.
도 10a 및 도 10b는 사용자(20)의 방향 전환시 이동 로봇(100)이 주행 모드를 전환하는 것을 보여주는 도면이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)이 사용자(20)와 일정 거리 및 각도를 유지하면서 따라가는 중에, 도 10b와 같이 사용자(20)가 180° 회전을 하는 경우, 착용형 단말의 자이로 센서 등에 의해 사용자(20)의 회전을 포착하고, 이동 로봇(100)으로 해당 정보를 전송하게 된다. 그러면 이동 로봇(100)은 사용자의 별다른 명령 없이 자동적으로 사용자를 앞서가는 주행 모드로 전환하게 된다. 이에 따라 사용자의 행동 변화에 이동 로봇(100)이 신속하게 대응할 수 있게 된다.
이때 이동 로봇(100)의 주행 모드가 전환되었음을 사용자가 인식할 수 있도록 스마트 워치를 통해 진동 등에 의해 알릴 수 있다. 사용자가 이동 로봇(100)의 주행 모드가 전환되는 것을 원하지 않으면, 스마트 워치(버튼 혹은 제스쳐 등)를 통해 이동 로봇(100)의 주행 모드를 입력하여 원하는 주행 모드(사용자를 앞서가는 주행 또는 따라가는 주행)를 설정할 수 있다.
도 11은 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 앞서가는 주행을 하는 중에 교차로가 나왔을 경우 사용자(20)의 스마트 워치(300)를 통해 이동 로봇(100)의 주행을 제어하는 것을 보여주는 도면이다. 도 11의 도시와 같이, 이동 로봇(100)이 사용자(20)를 앞서가는 도중, 갈림길 등을 만나게 되면, 사용자(20)는 스마트 워치(300)를 착용한 손으로 제스쳐를 취하여, 이동 로봇의 진행 방향을 결정하는 등의 적절한 동작을 취하여 반자동 자율 주행할 수 있다. 도시에서 이동 로봇(100)은 교차로에서 좌회전을 수행하게 된다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 이동 로봇이 사용자를 따라 줄지어가는 것을 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 복수의 이동 로봇(100a,100b,100c)이 사용자(20)를 앞서거나 뒤따라서 줄지어가도록 할 수 있다. 복수의 이동 로봇(100a,100b,100c)은 설정된 대열을 유지하여 주행하며, 마스터 로봇(100a)과, 적어도 하나의 슬레이브 로봇(100b,100c)을 포함한다. 각각의 이동 로봇은 방위각을 측정하는 나침반 센서와, 적외선 제어모듈을 포함한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇에 적외선 제어 모듈(190)이 설치된 것을 보여주는 도면이다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 적외선 제어 모듈(190)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12 내지 도 15를 참조하면, 적외선 제어모듈(190)은 이동 로봇의 둘레를 따라 설치된 복수 쌍의 적외선 발광소자(192) 및 포토다이오드(194)를 포함할 수 있다. 이동 로봇(100a,100b)에 표시된 숫자는 적외선 제어 모듈의 적외선 발광소자와 포토다이오드에 부여한 번호를 나타낸다.
도시에서는 8 방위마다 적외선 제어 모듈이 설치되어 있으나, 적외선 제어 모듈의 설치 개수와 위치 등은 도시된 바에 의하여 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 적외선 발광소자들은 설치 각도(방위)별로 지정된 번호를 송신하며, 포토다이오드는 이 신호를 수신해서 이동 로봇들의 현재 배치 상태를 추측한다. 이동 로봇들은 이 추측 결과를 바탕으로 한 명의 사용자를 줄지어 따라가는 주행을 위한 정렬을 하게 된다. 즉 적외선 발광소자(192)들은 해당하는 번호를 데이터에 실어서 다른 이동 로봇의 포토다이오드로 송신하며, 이동 로봇의 몇 번 포토다이오드에 데이터가 들어왔는지를 비교해서 이동 로봇들(100a,100b) 간의 상대적 위치를 파악한 다음 정렬을 수행할 수 있다.
제1 이동 로봇(100b)은 제1 이동 로봇(100b)과 인접한 제2 이동 로봇(100a)의 적외선 발광소자(192)로부터 제1 이동 로봇(100b)의 포토다이오드(194)로 송신된 신호의 번호에 따라, 제2 이동 로봇(100a)에 대한 제1 이동 로봇(100b)의 배치 상태를 판단하여, 제1 이동 로봇(100b)이 제2 이동 로봇(100a)에 대해 소정의 배치 상태를 갖도록 제1 이동 로봇(100b)을 정렬할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이동 로봇(100a,100b)이 줄지어가는 주행을 하기 위해, 도 14의 도시와 같이, 복수의 이동 로봇(100a,100b) 중 마스터 로봇(100a)의 4번 적외선 발광소자(IR LED)의 신호가 가장 강한 세기로 슬레이브 로봇(100b)의 0번 포토다이오드에 포착되도록 마스터 로봇(100a)과 슬레이브 로봇(100b)의 주행을 제어한다.
만약 도 15의 도시와 같이, 0번 포토다이오드가 아닌 7번 포토다이오드에서 마스터 로봇(100a)의 4번 적외선 발광소자의 신호가 가장 강한 세기로 포착되는 경우, 슬레이브 로봇(100b)의 0번 포토다이오드에서 마스터 로봇(100a)의 4번 적외선 발광소자의 신호를 포착하도록 슬레이브 로봇(100b)을 제어한다. 한편, 주기적으로 마스터 로봇(100a)과 슬레이브의 로봇(100b)의 방위각을 비교해서 오차 범위 이상의 차이가 있는 경우, 슬레이브 로봇을 제어하여 대열을 유지하도록 한다. 이와 같이 적외선 제어 모듈(190)을 이용하는 동시에, 각 이동 로봇에 내장된 나침반 센서와의 협업에 의하여, 복수의 이동 로봇(100a,100b)이 대열을 이탈하지 않도록 제어할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 상태 다이어그램(state diagram)을 보여주는 도면이다. 도 16을 참조하면, 이동 로봇은 초기 아이들 상태(ST0)와 탐색 상태(ST1) 간을 전환하면서 주변에 LF 신호를 주기적으로 송신한다. 사용자(착용형 단말)가 탐색되면, 이동 로봇은 준비 상태(ST2)로 전환하고, 사용자의 명령에 따라 사용자를 따르는 상태(ST3) 또는 사용자를 앞서는 상태(ST4)로 전환한다. 사용자를 앞서는 상태(ST4)로 전환한 경우, 장애물 탐지 상태(ST5), 사용자 명령에 따라 장애물을 회피하는 상태(ST6,ST7)를 반복한다. 만약 사용자들 간에 악수 등의 행위에 의해 이동 로봇의 소유권을 양도하는 경우, 이동 로봇은 결합 준비 상태(ST8,ST9)로 전환하고, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇을 결정한 후(ST10), 정해진 약속대로 대열을 유지하여 주행하게 된다(ST11~ST14).
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 시스템을 구성하는 이동 로봇과 사용자의 착용형 단말 및 스마트 워치 간에 BLE 페어링을 수행하는 과정을 보여주는 순서도이다. 초기 대기 상태에서, 착용형 단말(200)과 스마트 워치(300)이 LF 신호에 따라 이동 로봇(100)으로 BLE 연결을 요청하고(S1~S8), 각 단말의 고유 LF 패턴을 이동 로봇(100)으로 전송하여 페어링을 수행하며(S9~S10), 이동 로봇(100)과 착용형 단말(200) 사이, 그리고 이동 로봇(100)과 스마트 워치(300) 사이에 페어링이 수행된 후 연결이 해제된다(S11~S14). 이후 이동 로봇(100)은 대기 상태에서 수신받은 LF 패턴을 담은 LF 신호를 송신하면서 해당 사용자를 기다리게 된다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇이 사용자와 일정한 거리를 유지하면서 앞서가는 주행을 하는 과정을 보여주는 순서도이다. 이동 로봇(100)의 연결 반경 안에 사용자가 들어오면, 이동 로봇의 LF 신호에 의해 착용형 단말(200)과 스마트 워치(300)가 웨이크업(wake-up)되고, BLE 연결이 행해진다(S21~S29). 그리고 이동 로봇(100)이 사용자의 방향과 일치하도록 회전한 다음, 명령 대기 상태에 들어갔다는 것을 사용자에게 스마트 워치의 진동 알람으로 알리게 된다(S30).
사용자가 스마트 워치(300)의 제스쳐 인식 기능을 통해서 앞서가는 주행("leading")을 지시하면(S32), 이동 로봇(100)은 앞에서 언급한 LF 신호의 RSSI 값과 삼각측량법을 이용해서 구한 거리를 이동 로봇 시스템의 제어 입력으로 사용하여 사용자와 일정한 거리 및 각도를 유지하여 주행한다(S34~S37). 착용형 단말(200)은 사용자의 보행 상태(걷기/뛰기/정지)를 판단하고, 사용자의 급작스런 행동 변화를 포착하여 이동 로봇이 적절한 대응을 할 수 있도록 한다. 만약 이동 로봇(100)이 교차로를 만나게 되면, 스마트 워치(300)의 제스쳐 인식 기능을 사용해서 사용자가 이동 로봇(100)의 진행 방향을 지정해준다(S39~S41). 스마트 워치(300)에서 종료를 나타내는 제스쳐를 취하면 이동 로봇의 서비스는 종료된다(S42~S45).
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇이 사용자와 일정한 거리를 유지하면서 따라가는 주행을 하는 과정을 보여주는 순서도이다. 이동 로봇(100)의 연결 반경 안에 사용자가 들어오면, 이동 로봇의 LF 신호에 의해 착용형 단말(200)과 스마트 워치(300)가 웨이크업(wake-up)되고, BLE 연결이 행해진다(S51~S59). 그리고 이동 로봇(100)이 사용자의 방향과 일치하도록 회전한 다음, 명령 대기 상태에 들어갔다는 것을 사용자에게 스마트 워치의 진동 알람으로 알리게 된다(S60).
사용자가 스마트 워치(300)의 제스쳐 인식 기능을 통해서 앞서가는 주행("fllowing")을 지시하면(S62), 이동 로봇(100)은 앞에서 언급한 LF 신호의 RSSI 값과 각측량법을 이용해서 구한 거리를 이동 로봇 시스템의 제어 입력으로 사용하여 사용자와 일정한 거리 및 각도를 유지하여 주행한다(S63~S71). 스마트 워치(300)에서 종료를 나타내는 제스쳐를 취하면 이동 로봇의 서비스는 종료된다(S72~S75).
도 20은 이동 로봇들(100a,100b)이 줄지어가는 주행을 하는 것을 보여주는 순서도이다. 이동 로봇들(100a,100b)이 줄지어가는 주행은 스마트 워치(300a,300b)를 착용한 사용자들이 악수를 하는 제스쳐를 행했을 때 개시된다. 예를 들어, 악수를 한 두 사용자 중에서 먼저 자신의 몸 안쪽으로 당기는 동작을 하는 사용자에게 다른 사용자의 이동 로봇의 소유권을 양도한다(S81~S85). 이동 로봇을 양도받은 사용자의 원래 이동 로봇이 마스터가 되고, 양도받은 로봇은 슬레이브 로봇이 된다. 마스터 로봇과 슬레이브 로봇 간에 BLE 연결이 행해지면(S86,S87), 사용자는 스마트 워치의 제스쳐 인식 기능으로 이동 로봇들이 줄지어가도록 하는 명령을 지시한다(S89). 그 다음은 위에서 언급한 적외선 제어 모듈의 IR 신호와, 나침반 센서를 이용한 정렬 및 대열 이탈 방지 방법을 이용해서 이동 로봇들이 줄지어가는 주행을 하도록 하며, 마스터 로봇이 줄지어가는 주행을 중지하라는 명령을 받게 되면 슬레이브 로봇과의 통신을 해제한다(S90~S113).
본 실시 예에 따른 이동 로봇은 사용자를 앞서가는 주행시 사용자의 길을 터주는 역할뿐만 아니라, 유모차나 귀중품 운반 같이 사용자의 시야에서 운반 대상이 사라지면 안 되는 분야에 적용되어 사용자에게 편의를 제공해줄 수 있다. 이동 로봇이 사용자를 따라가는 주행은 트렁크나 카트 등에 적용될 수 있다. 그리고 이동 로봇들이 줄지어가는 주행은 한 명의 사용자가 다수의 로봇에 많은 양의 화물을 실어 한 번에 운반할 수 있으므로 산업현장 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 이동 로봇 시스템
100: 이동 로봇
200: 착용형 단말
300: 스마트 워치

Claims (20)

  1. 사용자가 착용 가능하게 제공되는 착용형 단말; 그리고
    상기 사용자의 위치 및 이동 방향에 따라 주행하는 이동 로봇을 포함하고,
    상기 이동 로봇은, 캐리지; 상기 캐리지를 주행시키는 구동부; 상기 캐리지에 설치되고, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하기 위해 미리 설정된 주파수 대역의 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송신하는 복수 개의 저주파 송신기; 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 기설정된 거리 및 방향을 유지하도록 상기 구동부를 제어하는 주행 제어부; 및 상기 착용형 단말과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신부를 포함하고,
    상기 착용형 단말은, 상기 복수 개의 저주파 송신기로부터 전송된 LF 신호를 수신하는 저주파 수신기; 및 상기 이동 로봇과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신 모듈을 포함하며,
    상기 착용형 단말 및 상기 이동 로봇 중 적어도 하나는 상기 착용형 단말에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하는 위치 인식부를 더 포함하는 이동 로봇 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주행 제어부는, 상기 사용자를 따라가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제1 주행 모드와 상기 사용자를 앞서가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제2 주행 모드를 구비하는 이동 로봇 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 착용형 단말은 상기 사용자의 허리에 착용 가능한 벨트형 단말로 제공되고,
    상기 사용자가 상기 이동 로봇의 제어를 위한 명령을 입력하도록 제공되는 스마트 워치를 더 포함하는 이동 로봇 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 스마트 워치는, 상기 저주파 송신기로부터 전송된 상기 LF 신호를 수신하는 저주파 수신 모듈을 포함하고,
    상기 위치 인식부는, 상기 스마트 워치에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 스마트 워치의 위치를 인식하며,
    상기 위치 인식부는, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치의 위치에 기초하여, 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 마주보고 있는지 등을 지고 있는지를 판단하는 이동 로봇 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 스마트 워치는 상기 사용자의 제스쳐를 인식하는 제스쳐 인식 모듈을 포함하며,
    상기 이동 로봇이 상기 사용자를 앞서 가도록 주행 중에 장애물 또는 교차로를 마주치면 상기 이동 로봇으로부터 전송된 메시지에 따라 상기 스마트 워치에서 알람이 발생되고, 상기 사용자의 제스쳐에 따라 상기 이동 로봇의 주행이 제어되는 이동 로봇 시스템.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 스마트 워치는, 상기 이동 로봇과 상기 사용자 사이의 거리가 기설정된 거리 범위에서 벗어난 경우 사용자에게 경고를 발생하는 알람부를 더 포함하는 이동 로봇 시스템.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 착용형 단말은 상기 사용자의 움직임 변화를 측정하여 상기 사용자의 보행 상태를 판단하는 보행상태 판단부를 더 포함하고,
    상기 이동 로봇은 상기 착용형 단말로부터 제공되는 상기 사용자의 보행 상태에 따라 속도 및 상기 착용형 단말과의 설정 거리를 조절하는 이동 로봇 시스템.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 위치 인식부는, 상기 이동 로봇과 상기 착용형 단말 사이의 거리 및 상기 LF 송신기와 상기 LF 수신기의 높이 차이에 기초하여, 상기 사용자와 상기 이동 로봇 간의 수평 거리를 산출하는 이동 로봇 시스템.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 이동 로봇이 상기 사용자를 따라가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면, 상기 이동 로봇은 상기 제1 주행 모드에서 상기 제2 주행 모드로 전환하고,
    상기 이동 로봇이 상기 사용자를 앞서가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면, 상기 이동 로봇은 상기 제2 주행 모드에서 상기 제1 주행 모드로 전환하는 이동 로봇 시스템.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치는 기설정된 LF 패턴을 기반으로 상기 이동 로봇과의 인증을 행하는 인증부를 더 포함하며,
    상기 인증부에 의해 인증된 사용자만 이동 로봇을 작동시키도록 허용되는 이동 로봇 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치는 상기 기설정된 LF 패턴에 따라 웨이크업(wake-up)되는 이동 로봇 시스템.
  12. 제3 항에 있어서,
    복수의 이동 로봇이 대열을 유지하여 주행하며,
    상기 복수의 이동 로봇은 마스터 로봇과, 적어도 하나의 슬레이브 로봇을 포함하며,
    상기 복수의 이동 로봇은 각각 방위각을 측정하는 나침반 센서와, 적외선 제어모듈을 포함하며,
    상기 적외선 제어모듈은 각 이동 로봇의 둘레를 따라 설치된 복수 쌍의 적외선 발광소자 및 포토다이오드를 포함하는 이동 로봇 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 적외선 발광소자는 설치 각도별로 지정된 번호를 송신하고, 제1 이동 로봇은 상기 제1 이동 로봇과 인접한 제2 이동 로봇의 적외선 발광소자로부터 상기 제1 이동 로봇의 포토다이오드로 송신된 신호의 번호에 따라 상기 제2 이동 로봇에 대한 상기 제1 이동 로봇의 배치 상태를 판단하여, 상기 제1 이동 로봇이 상기 제2 이동 로봇에 대해 소정의 배치 상태를 갖도록 상기 제1 이동 로봇을 정렬하는 이동 로봇 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스마트 워치는 상기 사용자의 제스쳐에 따라 상기 마스터 로봇과 상기 슬레이브 로봇을 결정하는 이동 로봇 시스템.
  15. 캐리지;
    상기 캐리지를 주행시키는 구동부;
    상기 캐리지에 설치되고, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하기 위해 미리 설정된 주파수 대역의 저주파(LF; Low Frequency) 신호를 송신하는 복수 개의 저주파 송신기;
    상기 이동 로봇이 상기 사용자와 기설정된 거리 및 방향을 유지하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 사용자를 따라가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제1 주행 모드와 상기 사용자를 앞서가도록 상기 이동 로봇을 주행시키는 제2 주행 모드를 구비한 주행 제어부; 및
    상기 착용형 단말과 데이터를 송수신하기 위한 무선 통신부; 및 상기 착용형 단말에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말의 위치를 인식하는 위치 인식부를 포함하며,
    상기 사용자가 착용 가능하게 제공되는 착용형 단말의 위치 및 이동 방향에 따라 주행하는 이동 로봇.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 위치 인식부는, 상기 사용자가 착용한 스마트 워치에 수신된 LF 신호의 수신신호 측정세기를 이용하여 삼각측량법에 따라 상기 이동 로봇에 대한 상기 스마트 워치의 위치를 인식하며,
    상기 주행 제어부는, 상기 이동 로봇에 대한 상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치의 위치에 기초하여, 상기 이동 로봇이 상기 사용자와 마주보고 있는지 등을 지고 있는지를 판단하는 이동 로봇.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 착용형 단말 및 상기 스마트 워치 중 적어도 하나로부터 제공되는 상기 사용자의 보행 상태에 따라 주행 속도 및 상기 사용자와의 거리를 조절하는 이동 로봇.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 사용자를 따라가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면 상기 제1 주행 모드에서 상기 제2 주행 모드로 전환하고, 상기 사용자를 앞서가는 주행을 하다가 상기 사용자가 180도 회전하면 상기 제2 주행 모드에서 상기 제1 주행 모드로 전환하는 이동 로봇.
  19. 제16 항에 있어서,
    방위각을 측정하는 나침반 센서와, 적외선 제어모듈을 더 포함하며,
    상기 적외선 제어모듈은 상기 이동 로봇의 둘레를 따라 설치된 복수 쌍의 적외선 발광소자 및 포토다이오드를 포함하는 이동 로봇.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 적외선 발광소자는 설치 각도별로 지정된 번호를 송신하고, 인접한 이동 로봇의 적외선 발광소자로부터 송신된 신호의 번호에 따라 이동 로봇의 배치 상태를 판단하여, 상기 이동 로봇이 소정의 배치 상태를 갖도록 정렬하는 이동 로봇.
KR1020160008713A 2016-01-25 2016-01-25 이동 로봇 시스템 KR101783890B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160008713A KR101783890B1 (ko) 2016-01-25 2016-01-25 이동 로봇 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160008713A KR101783890B1 (ko) 2016-01-25 2016-01-25 이동 로봇 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170089074A true KR20170089074A (ko) 2017-08-03
KR101783890B1 KR101783890B1 (ko) 2017-10-11

Family

ID=59655608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160008713A KR101783890B1 (ko) 2016-01-25 2016-01-25 이동 로봇 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101783890B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019054676A1 (ko) * 2017-09-14 2019-03-21 삼성전자주식회사 이동 로봇 시스템 및 그 제어 방법
KR20190099776A (ko) * 2018-02-20 2019-08-28 한국과학기술연구원 자기조직화를 이용한 인지재활용 군집 로봇, 및 이를 이용한 로봇 시스템과 인지재활 방법
WO2020096171A1 (ko) * 2018-11-09 2020-05-14 엘지전자 주식회사 이동 로봇 운용 서비스 시스템
WO2020096170A1 (ko) * 2018-11-07 2020-05-14 엘지전자 주식회사 쇼핑 카트로 이용 가능한 이동 로봇
WO2020096169A1 (ko) * 2018-11-08 2020-05-14 엘지전자 주식회사 이동 로봇의 도난 방지 시스템
KR20210085518A (ko) * 2019-12-30 2021-07-08 (주)유비텍 개인 맞춤형 ＩｏＴ 의료 시스템
US11635759B2 (en) * 2019-08-30 2023-04-25 Lg Electronics Inc. Method of moving robot in administrator mode and robot of implementing method

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102345800B1 (ko) * 2019-10-02 2022-01-04 (주)팔로우테크닉스 카고 로봇의 주행 제어 시스템
KR102450997B1 (ko) * 2020-11-27 2022-10-07 주식회사 티티엔지 사용자의 특정행동을 인식하여 작동하는 루틴 기반의 카트 시스템 및 그 시스템을 이용한 카트 제어방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101509596B1 (ko) * 2014-05-08 2015-04-08 경북대학교 산학협력단 차량 원격 시동 및 관리용 이동 단말 시스템

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019054676A1 (ko) * 2017-09-14 2019-03-21 삼성전자주식회사 이동 로봇 시스템 및 그 제어 방법
KR20190030281A (ko) * 2017-09-14 2019-03-22 삼성전자주식회사 이동 로봇 시스템 및 그 제어 방법
US11465275B2 (en) 2017-09-14 2022-10-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Mobile robot and method of controlling the same and mobile robot system
KR20190099776A (ko) * 2018-02-20 2019-08-28 한국과학기술연구원 자기조직화를 이용한 인지재활용 군집 로봇, 및 이를 이용한 로봇 시스템과 인지재활 방법
WO2020096170A1 (ko) * 2018-11-07 2020-05-14 엘지전자 주식회사 쇼핑 카트로 이용 가능한 이동 로봇
WO2020096169A1 (ko) * 2018-11-08 2020-05-14 엘지전자 주식회사 이동 로봇의 도난 방지 시스템
US11462085B2 (en) 2018-11-08 2022-10-04 Lg Electronics Inc. Antitheft system of mobile robot
WO2020096171A1 (ko) * 2018-11-09 2020-05-14 엘지전자 주식회사 이동 로봇 운용 서비스 시스템
US11635759B2 (en) * 2019-08-30 2023-04-25 Lg Electronics Inc. Method of moving robot in administrator mode and robot of implementing method
KR20210085518A (ko) * 2019-12-30 2021-07-08 (주)유비텍 개인 맞춤형 ＩｏＴ 의료 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR101783890B1 (ko) 2017-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101783890B1 (ko) 이동 로봇 시스템
US10179723B2 (en) Systems and methods of remotely controlling a materials handling vehicle
US9122276B2 (en) Wearable wireless remote control device for use with a materials handling vehicle
CN111436189B (zh) 自驱式系统
US11160340B2 (en) Autonomous robot system
AU2014249592B2 (en) Wearable wireless remote control device for use with a materials handling vehicle
US8072309B2 (en) Systems and methods of remotely controlling a materials handling vehicle
AU2007300299C1 (en) Systems and methods of remotely controlling a materials handling vehicle
US20130197720A1 (en) Wearable wireless remote control device for use with a materials handling vehicle
WO2019014277A1 (en) AUTONOMOUS ROBOTIC SYSTEM
CN106826753A (zh) 一种基于深度信息和全景信息的两轮自平衡跟随服务机器人
JPH08166822A (ja) ユーザ追尾型移動ロボット装置及びセンシング方法
CN111202330A (zh) 自驱式系统及方法
CN113301828A (zh) 具有基于超宽带的目标跟踪系统的智能行李系统
CN110109455A (zh) 一种基于acf聚合通道特征的目标跟踪系统
JP7019125B2 (ja) 自律走行台車
US11358274B2 (en) Autonomous mobile robot with adjustable display screen
WO2023120682A1 (ja) 自動出庫システム及び自動出庫方法
AU2021315749A1 (en) On-board charging station for a remote control device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant