KR20200015877A - 이동 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

이동 로봇 및 그 제어방법을 개시한다. 본 발명에 따른 이동 로봇은, 본체를 이동시키는 주행부와, 영역 내에서 신호를 송출하는 위치정보송출기와 통신하는 통신부와, 위치정보송출기의 신호에 기반하여 산출된 위치에 근거하여 가상의 경계를 설정하고 본체의 현재 위치가 설정된 경계를 벗어나지 않고 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이때, 통신부는, 위치정보송출기와 신호를 송수신하도록 형성된 송수신기 각각에 제1안테나 및 제2안테나를 구비하고, 제1안테나 및 상기 제2안테나는 이격거리가 조절가능하도록 형성된다. 또, 제어부는, 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호가 수신되면, 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리에 대응되는 주파수를 사용하여 본체의 현재 위치를 기준으로 위치정보송출기의 상대위치를 결정한다.

Description

이동 로봇 및 그 제어방법{MOVING ROBOT AND CONTORLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 지정된 영역을 자율주행하는 이동 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동 로봇은 사용자의 조작 없이도 소정 구역을 스스로 주행하면서 자동으로 소정의 동작을 수행하는 기기이다. 이동 로봇은 구역 내에 설치된 장애물을 감지하여 장애물에 접근하거나 회피하여 동작을 수행한다.
이러한 이동 로봇은 영역을 주행하면서 청소를 수행하는 청소로봇은 물론 영역의 바닥면의 잔디를 깎는 잔디깎이 로봇이 포함될 수 있다.
일반적으로 잔디깎이 장치는 사용자가 탑승하여 사용자의 운전에 따라 이동하면서 바닥의 잔디를 깎거나 풀을 제초하는 승용형 장치와, 사용자가 수동으로 끌거나 밀어서 이동하면서 잔디를 깎는 워크비하인드타입 또는 핸드타입의 장치가 있다. 이러한 잔디깎이 장치는 사용자의 직접적인 조작에 의해 이동하며 잔디를 깎는 것으로 사용자의 직접 장치를 작동해야하는 번거로움이 있다.
그에 따라 이동 로봇에 잔디를 깎을 수 있는 수단을 구비한 이동 로봇형의 잔디깎이 장치, 즉 잔디깎이 로봇이 연구되고 있다. 그러나, 잔디깎이 로봇의 경우 실내가 아닌 실외에도 동작하므로 이동할 영역을 사전에 설정해야할 필요성이 있다. 구체적으로, 실외는 실내와는 달리 열린 공간이므로 영역의 지정이 미리 이루어져야하며, 또 잔디가 심어진 곳을 주행하도록 영역을 한정되어야 한다,
이를 위해 대한민국공개특허 2015-0125508에는, 잔디깎이 로봇이 이동할 영역을 설정하기 위해, 잔디가 심어진 곳에 와이어를 매설하여, 이동 로봇이 와이어의 내측 영역에서 이동하도록 제어한다. 그러면, 와이어에 의해 유도된 전압값에 근거하여 이동 로봇에 대한 경계가 설정된다.
그러나 이러한 방식은 와이어를 바닥에 매번 매설해야한다는 문제가 있다. 또한, 한번 설정한 경계를 변경하기 위해서는 매설된 와이어를 제거한 다음 새로 이 와이어를 매설해야하므로, 경계 설정에 시간과 수고가 많아지는 어려움이 있었다.
이를 해결하기 위하여, 비콘(Becon) 방식으로 신호를 송출하여 가상의 벽(Virtual wall)을 설정하는 이동 로봇의 주행을 제한하는 방식이 연구되어 왔다. 그러나 이러한 가상벽의 경우, 직선거리로만 가상벽을 설정이 가능하므로, 다양한 형태의 지형을 갖는 실외영역에는 적합하지 않다. 또한, 가상벽 설정을 위한 부수 장치를 다수 설치해야하므로 비용이 증가하게 되며, 모든 영역에 걸쳐서 가상벽을 설정할 수 없다는 한계가 있다.
또한, GPS 기반의 측위 방식에 근거하여 이동 로봇의 주행을 제한하는 방식은, 평균 오차가 약 2~5m로 알려져 있어 자율주행에서 요구되는 최소 측위 오차 범위인 약 30cm 이내를 만족하지 못하는 실정이다. 또, GPS의 평균 오차를 줄이기 위해 DGPS, Camera, LiDAR, Rader 등의 센서를 활용하는 경우에도 사각지대와 고비용이 발생되어, 일반적으로 상용화되기에는 어려움이 존재한다.
한편, GPS기반의 측위 방식의 단점을 해결하기 위해 비콘(beacon) 기반의 측위 방식을 사용할 수 있다.
미국 Pub. No US 2017/0026818에는, 모바일 잔디깍기 로봇을 비콘(beacon)과 페어링시킨 다음, 비콘과 모바일 잔디깍기 로봇 간의 거리를 결정하여, 그 결정된 거리를 페어링 거리와 비교하여 비콘이 페어링 거리 내에 있는지를 확인한 후에, 이를 네이게이션에 활용하는 것을 개시한다. 그러나, 비콘을 사용하기 위해서는 관련된 앱 설치를 수행하여 페어링해야하는 단점과 보안상의 이슈가 있다.
이에, 최근에는 약 30cm 미만의 정밀도를 갖는 것으로 알려진 저비용의 UWB(Ultra Wideband) 통신 기술을 사용하여 이동 로봇의 주행을 제한하는 방식이 연구되고 있다. UWB(Ultra Wideband)는 정밀한 영역 추정과 물질을 관통하는 성질이 있어서, 다중경로 문제에 영향을 거의 받지 않기 때문에, 실시 간 위치 추적에 적합하다.
이와 같은 UWB(Ultra Wideband) 통신 기술을 사용하여 UWB 측위 범위 내에 존재하는 다른 장치, 예를 들어 UWB 태그의 상대 위치를 계산할 수 있다. UWB(Ultra Wideband) 통신 기술을 이용하여 UWB 태그의 상대 위치를 파악하는 경우, AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 사용할 수 있다.
AoA(Angle of Arrival) 측위기술은, 수신된 신호, 예를 들어 UWB 신호의 도래각을 측정하여 신호원을 기준으로 수신기로 들어오는 신호의 방향을 찾아, 삼각측량법을 이용하여 위치를 결정하는 측위방식이다. 이 방식은 더 많은 안테나를 사용할수록 정확도가 높아진다.
그러나, AoA(Angle of Arrival) 측위기술은 장애물 등에 의하여 다중경로(multipath)가 발생할 경우 오차가 발생하게 되며, 신호원과의 거리가 멀어질수록 오차가 발생한다. 또, 안테나의 설치 간격과 안테나의 물리적 특성으로 인한 실제 유효 동작 각도의 차이로 인하여 위치 측정의 오차가 발생하게 된다. 나아가, 복수의 안테나를 사용하더라도, 상대 위치를 산출하므로, UWB태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지 판단하기 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명의 일 목적은, UWB 통신 기술을 사용하여 UWB 태그의 상대위치를 결정하는 경우, 신호교란이 발생시에도 보다 정확하게 상대위치를 탐지할 수 있는 이동 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명의 또 다른 목적은, UWB 태그의 상대위치를 결정하기 위해 사용 주파수를 변경하는 환경에서도 제한된 개수의 안테나만으로 UWB 태그의 상대위치를 정확하게 결정할 수 있는 이동 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명의 또 다른 목적은, 안테나의 물리적 특성으로 인한 실제 유효 동작 각도의 제한을 해결하고, UWB태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지 판단할 수 있는 이동 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇은, 본체를 이동시키는 주행부; 영역 내에서 신호를 송출하는 위치정보송출기와 통신하는 통신부; 상기 위치정보송출기의 신호에 기반하여 산출된 위치에 근거하여 가상의 경계를 설정하고 상기 본체의 현재 위치가 상기 설정된 경계를 벗어나지 않고 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 통신부는, 상기 위치정보송출기와 신호를 송수신하도록 형성된 송수신기 각각에 제1안테나 및 제2안테나를 구비하고, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나는 이격거리가 조절가능하도록 형성된다. 또, 상기 제어부는, 상기 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호가 수신되면, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리에 대응되는 주파수를 사용하여 상기 본체의 현재 위치를 기준으로 상기 위치정보송출기의 상대위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 중 적어도 하나에는 슬라이딩 가이드모듈이 구비되며, 상기 제어부의 제어명령에 따라 적어도 하나의 안테나가 상기 슬라이딩 가이드 모듈을 따라 이동하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 슬라이딩 가이드 모듈의 복수의 지점 각각에는 스토퍼 수단이 구비되며, 상기 스토퍼 수단은, 상기 슬라이딩 가이드 모듈의 길이방향을 따라 이동하는 안테나가 정지하도록 형성되며, 상기 제어부는, 상기 제어명령에 따라 선택된 지점의 스토퍼 수단이 구동되도록 상기 슬라이딩 가이드 모듈을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리는, 상기 수신된 신호에 매칭되는 사용 주파수에 따라 자동 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 본체의 일 측에는, 상기 결정된 이격거리에 대응되는 위치를 나타내는 복수의 발광 수단이 구비되고, 상기 제어부는, 상기 복수의 발광 수단 중 상기 결정된 이격거리에 대응되는 위치에 배치된 하나의 발광 수단이 발광하도록 제어하고, 발광한 발광수단에 대응되는 위치에 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 중 어느 하나가 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리의 조절에 따른 복수의 안테나 조합에 기초하여, 각각 상기 제1 안테나를 중심으로 유효반경을 갖는 제1 영역과 상기 제2 안테나를 중심으로 유효반경을 갖는 제2 영역의 두 개의 교점을 결정하고, 상기 결정된 두 개의 교점 중에서 더 많은 유사값을 포함하는 영역의 교점을 상기 위치정보송출기의 상대위치로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부는, 제3안테나 및 제4안테나를 더 포함하고, 상기 제1안테나 및 제2안테나는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 연결되고, 상기 제3안테나 및 제4안테나는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 연결되며, 상기 제어부는, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 동작을 제어하여, 복수의 안테나 조합별로 유효반경을 갖는 영역들을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부는, 제3안테나를 더 포함하고, 상기 제1안테나는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 연결되고, 상기 제2안테나는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 연결되며, 상기 제3안테나는 제3스위치를 통해 상기 제1스위치와 상기 제2스위치에 연결되며, 상기 제어부는, 상기 제1스위치, 상기 제2스위치, 및 제3스위치의 동작을 제어하여, 상기 제1영역과 상기 제2영역의 유효범위가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부는, 제 상기 통신부는, 제3안테나 및 제4안테나를 더 포함하고, 상기 제3안테나는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 연결되고, 상기 제4안테나는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 연결되고, 상기 제1안테나는 제3스위치를 통해 상기 제1스위치와 상기 제2스위치에 연결되고, 상기 제2안테나는 제4스위치를 통해 상기 제1스위치와 상기 제2스위치에 연결되고, 상기 제어부는, 상기 제1스위치 내지 제4스위치의 동작을 제어하여, 복수의 안테나 조합별로 유효반경을 갖는 영역들을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 통신부에는 적어도 제3안테나가 더 포함되며,
상기 본체의 일측에는 상기 제3안테나와 케이블을 통해 연결된 커넥터 수단이 구비되고, 상기 커넥터 수단에는 적어도 하나의 통신 칩이 내장된 모듈이 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 모듈의 장착이 감지된 것에 응답하여, 상기 제3안테나를 활성화 상태로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 모듈의 장착이 해제된 것이 감지된 것에 응답하여, 상기 제3안테나를 활성화 상태에서 비활성화 상태로 전환하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법은, 영역 내에서 신호를 송출하는 위치정보송출기로부터 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호를 수신하는 단계; 수신된 신호에 대응되는 주파수에 따라, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 간의 이격거리를 조절하는 단계; 및 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리에 대응되는 주파수를 사용하여 상기 신호를 송출한 위치정보송출기의 상대 위치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 제어방법은, 이동 로봇 본체에 구비된 제2안테나에 외부모듈의 연결을 감지하는 단계; 및 상기 감지에 따라 제1동작모드를 실행하고, 상기 제1안테나, 상기 제2안테나, 상기 제3안테나를 사용하여 신호를 수신하며, 수신된 신호에 대응되는 상대위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시 예에서, 상기 외부모듈의 연결이 해제되면, 상기 제1동작모드의 실행을 종료하고 상기 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 및 그 제어방법에 의하면, 사용 주파수에 따라 복수의 안테나들 간의 이격거리를 다르게 결정하고, 결정된 이격거리를 만족하도록 안테나의 위치를 이동시킴으로써, UWB 태그로부터 수신되는 신호에 대응되는 상대 위치를 파악할 수 있다. 또한, 복수의 안테나를 적절히 조합하여 사용하는 것만으로, 신호를 송신한 UWB 태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지를 파악할 수 있으며, 유효 동작의 각도가 증가된 것과 같은 효과를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일 예를 보인 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 이동 로봇이 단말기, 서버와 통신하는 모습을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 이동 로봇의 예시 구성을 보인 블록도이고, 도 2c는 본 발명에 따른 이동 로봇과 통신하는 단말기의 예시 구성을 보인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라, 이동 로봇에 대한 경계 설정을 위한 장치들간의 신호흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따라, 와이어의 매설 없이 이동 로봇에 대한 가상의 경계를 설정하는 것과 관련된 개념도들이다.
도 5a 및 도 5b는 AoA(Angle of Arrival) 측위기술의 개념과 한계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 대표 흐름도이고, 도 7은 도 6과 관련된 개념도이다.
도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b는 본 발명의 실시 예에 따라, 복수의 안테나의 다양한 조합에 따라 UWB 태그의 상대 위치를 정확하게 파악하는 서로 다른 예시들을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 또 다른 흐름도이고, 도 12a 및 도 12b는 도 11의 흐름도를 설명하기 위한 개념도들이다.
이하에서는, 본 발명에 관련된 이동 로봇에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다.
먼저, 본 발명에 개시된 "이동 로봇"은, 자율주행이 가능한 '로봇', '잔디깎기 이동 로봇', '잔디깎기 로봇', '잔디깍기 장치', '잔디깍기용 이동 로봇'와 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 혼용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명에 따른 잔디깍기용 이동 로봇의 예시이다.
본 발명에 따른 이동 로봇은 아우터 커버(101), 이너 바디(미도시) 및 휠(1092)을 포함하여 구성될 수 있다.
아우터 커버(101)는 이동 로봇의 외관을 형성할 수 있다. 이동 로봇의 외관은 예를 들어 자동차와 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 아우터 커버(101)는 이너 바디(미도시)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
아우터 커버(100)는 이너 바디의 상부를 덮도록 이너 바디의 상부에 장착될 수 있다. 아우터 커버(101)의 내부에 수용부가 형성되고, 수용부에 이너 바디가 수용될 수 있다.
아우터 커버(101)의 전방부에 장애물과의 충돌에 대비하여 범퍼부(102)가 형성될 수 있다. 범퍼부(102)는 충격을 완화할 수 있는 고무재질로 형성될 수 있다.
아우터 커버(101)의 전방 상부에 복수의 초음파 센서 모듈(103)이 장착될 수 있다. 복수의 초음파 센서 모듈(103)은 로봇의 주행 시 전방을 향해 초음파를 방사하고 장애물에 반사된 반사파를 수신하여 전방의 장애물을 감지하도록 구성된다.
복수의 초음파 센서 모듈(103)은 차폭방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 초음파 센서 모듈(103)은 범퍼부(102)로부터 후방으로 일정한 거리에 이격 배치될 수 있다. 또한, 복수의 초음파 센서 모듈(103)은 초임파 센서가 아닌 다른 신호-기반의 센서, 예를 들어 UWB 센서로 대체될 수도 있다.
이동 로봇은 제어부를 포함하고, 초음파 센서 모듈(103)로부터 감지신호를 받아 장애물 감지 시, 이동 로봇의 작동을 멈출 수 있다.
아우터 커버(101)의 상부에는 제1상부커버(105)와 제2상부커버(106)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제1상부커버(105)와 제2상부커버(106) 사이에 스톱스위치(107)가 설치될 수 있다. 스톱스위치(107)는 아우터 커버(101)에 누름 가능하게 장착되어, 비상시 사용자가 스톱스위치(107)를 한 번 누르면 온(ON)되어 이동 로봇의 작동이 멈추고 다시 한 번 되면 이동 로봇의 작동이 재개될 수 있다.
복수의 휠(1092) 각각은 이너바디 내에 위치한 구동모터와 연결되어, 이너 바디(160)의 폭방향으로 양측면에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 복수의 휠(1092) 각각은 구동축에 의해 구동모터와 연결되어, 구동모터로부터 동력을 전달받아 회전될 수 있다.
복수의 휠(1092)은 로봇의 주행을 위한 동력을 제공하되, 복수의 휠(1092) 각각은 제어부에 의해 회전수가 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
또한, 이동 로봇의 운반 시, 사용자가 손으로 파지할 수 있도록 핸들(120)(‘운반손잡이’로도 명명될 수 있음)가 아우터 커버(101)에 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 이동 로봇이 단말기, 서버와 통신하는 모습을 보인 것이다. 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 네트워크 통신을 통해 단말기(200)와 서로 데이터를 주고 받을 수 있다. 또, 이동 로봇(100)은 네트워크 통신 또는 다른 통신을 통해 단말기(200)로부터 수신되는 제어명령에 따라 제초 관련 동작을 수행하거나 또는 대응되는 동작을 수행할 수 있다.
여기에서, 상기 네트워크 통신은 WLAN(Wireless LAN), WPAN(Wireless Personal Area Network), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), Zigbee, Z-wave, Blue-Tooth, RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band), Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 등과 같은 무선 통신 기술 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
도시된 네트워크 통신은 이동 로봇의 통신방식이 무엇인지에 따라 달라질 수 있다.
도 2a에서, 이동 로봇(100)은 각각의 센싱 유닛을 통해 센싱된 정보를 네트워크 통신을 통해 단말기(200)에 제공할 수 있다. 또, 단말기(200)는 수신된 정보를 기초로 생성된 제어명령을 네트워크 통신을 통해 이동 로봇(100)에 전달할 수 있다.
한편, 단말기(200)는 사용자에 의해 조작되어, 이동 로봇(100)의 주행과 관련된 동작을 제어하기 위한, 컨트롤러, 리모콘, 원격 제어기, 또는 단말기로 명명될 수 있다. 이를 위해, 상기 단말기(200)에는 이동 로봇(100)의 주행과 관련된 동작을 제어하기 위한 애플리케이션이 설치될 수 있고, 사용자 조작을 통해 해당 애플리케이션이 실행될 수 있다.
또, 도 2a에서, 이동 로봇(100)의 통신부와 단말기(200)의 통신부가 직접 무선 통신하거나 다른 공유기(미도시) 등을 매개로 간접 무선 통신하여, 이동 로봇의 주행 동작과 관련된 정보 및 서로의 위치 정보 등을 파악할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100), 서버(300), 및 단말기(200)는 네트워크를 통해 서로 연결되어 서로 데이터를 교환할 수 있다.
예를 들어, 서버(300)는 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)와 데이터를 교환하여, 이동 로봇(100)에 대하여 설정된 경계와 관련된 정보, 설정된 경계에 근거한 맵(map) 정보, 및 맵(map)상의 장애물 정보를 등록할 수 있다. 또, 서버(300)는, 요청에 따라, 등록된 정보를 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)에 제공해줄 수 있다.
서버(300)는 단말기(200)를 통해 직접 무선 연결될 수 있다. 또는, 서버(300)는 단말기(300b)를 통하지 않고 이동 로봇(100)과 연결될 수도 있다.
서버(300)는 프로그램 처리가능한 프로세서를 포함할 수 있으며, 각종 알고리즘을 구비할 수 있다. 예로서, 서버(300)는 머신 러닝(machine learning) 및/또는 데이터 마이닝(data mining)의 수행과 관련된 알고리즘을 구비할 수 있다. 또 예로써, 서버(300)는, 음성 인식 알고리즘을 구비할 수 있다. 이러한 경우, 음성 데이터 수신시, 수신되는 음성 데이터를, 텍스트 형식의 데이터로 변환하여, 출력할 수 있다.
서버(300)는, 이동 로봇(100)에 대한 펌웨어 정보, 운전 정보(코스 정보 등)를 저장하고, 이동 로봇(100)에 대한 제품 정보를 등록할 수 있다. 예를 들어, 서버(300)는, 청소기 제조자가 운영하는 서버이거나 또는 공개된 애플리케이션 스토어 운영자가 운영하는 서버일 수 있다.
이하, 도 2b는 본 발명에 따른 이동 로봇(100)의 예시 구성을 보인 블록도이고, 도 2c는 이동 로봇(100)과 통신하는 단말기(200)의 예시 구성을 보인 블록도이다.
먼저, 도 2b를 참조하여 이동 로봇(100)의 구성을 구체적으로 설명하겠다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 통신부(1100), 입력부(1200), 주행부(1300), 위치감지부(1401) 및 장애물감지부(1402)를 포함한 센싱부(1400), 출력부(1500), 메모리(1600), 제초부(1700), 제어부(1800) 및 전원부(1900)를 포함하여 이루어질 수 있다.
통신부(1100)는, 무선통신 방식으로 단말기(200)과 통신할 수 있다. 또, 통신부(1100)는 소정의 네트워크에 연결되어 외부의 서버 또는 이동 로봇을 제어하는 단말 통신할 수 있다.
통신부(1100)는 생성된 맵(map) 관련 정보를 단말기(200)에 전송할 수 있다. 통신부(1100)는 단말기(200)로부터 명령을 수신할 수 있고, 이동로봇(100)의 동작상태에 관한 데이터를 단말기(200)로 전송할 수도 있다.
통신부(1100)는 지그비, 블루투스 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다. 또한, 통신부(1100)는 초광대역 신호를 송신하는 UWB 모듈을 포함할 수도 있다.
입력부(1200)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드 등의 입력수단을 포함할 수 있다. 또, 출력부(1500)는 디스플레이부, 스피커 등의 출력수단을 포함할 수 있다. 출력부(1500)가 입력수단 및 출력수단으로 동시에 사용되는 경우, 디스플레이부나 스피커를 통해 사용자명령을 입력받고 이동 로봇의 동작상태를 출력할 수 있다.
메모리(1600)에는 입력되는 감지신호가 저장되고, 장애물을 판단하기 위한 기준데이터가 저장되며, 감지된 장애물에 대한 장애물정보가 저장될 수 있다. 또한, 메모리(1600)에는 이동 로봇의 동작을 제어하기 위한 제어데이터 및 이동 로봇의 청소모드에 따른 데이터가 저장된다.
메모리(1600)에는 수집되는 위치정보가 저장되고, 주행영역 및 그 경계에 대한 정보가 저장된다. 예를 들어, 메모리(1600)는, 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(SolidState Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 중 어느 하나일 수 있다.
주행부(1300)는 적어도 하나의 구동모터를 포함할 수 있고, 제어부(1800)의 제어명령에 따라 이동로봇이 이동할 수 있게 한다. 주행부(1300)는 좌륜을 회전시키는 좌륜 구동모터와 우륜을 회전시키는 우륜 구동모터를 포함할 수 있다. 또, 주행부(1300)는 안정적인 지지를 위해 하나 이상의 보조바퀴를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇 본체가 주행하는 경우, 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 같은 방향으로 회전되나, 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 다른 속도로 회전되거나, 서로 반대 방향으로 회전되는 경우에는 본체(10)의 주행 방향이 전환될 수 있다.
제초부(1700)는 이동 로봇의 주행 중에, 바닥면의 잔디를 깎는다. 제초부(1700)는 잔디를 깎기위한 브러쉬 또는 칼날이 구비되어 회전을 통해 바닥의 잔디를 깎는다.
장애물감지부(1402)는 복수의 센서를 포함할 수 있고, 이동 로봇의 전방에 존재하는 장애물을 감지한다. 장애물감지부(1402)는 레이저, 초음파, 적외선, 3D센서 중 적어도 하나를 이용하여 본체의 전방, 즉 주행방향의 장애물을 감지할 수 있다.
또, 장애물감지부(1402)는 전방을 촬영하여 장애물을 감지하는 카메라를 포함할 수 있다. 카메라는 디지털 카메라로, 이미지센서(미도시)와 영상처리부(미도시)를 포함할 수 있다. 이미지센서는 광학 영상(image)을 전기적 신호로 변환하는 장치로, 다수개의 광 다이오드(photo diode)가 집적된 칩으로 구성되며, 광 다이오드로는 픽셀(pixel)을 예로 들 수 있다. 렌즈를 통과한 광에 의해 칩에 맺힌 영상에 의해 각각의 픽셀들에 전하가 축적되며, 픽셀에 축적된 전하들은 전기적 신호(예를들어, 전압)로 변환된다. 이미지센서로는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등이 잘 알려져 있다. 또, 상기 영상처리부로 DSP 등이 구비될 수 있다.
위치감지부(1401)는 위치정보를 송수신하기 위한 복수의 센서모듈을 포함한다. 위치감지부(1401)는 GPS신호를 송수신하는 GPS모듈, 또는 위치정보송출기(50, 도 3)로부터 위치정보를 송수신하는 위치센서모듈을 포함한다. 예를 들어, 위치정보송출기가 초음파, UWB(Ultra Wide Band), 적외선 중 어느 하나의 방식으로 신호를 송신하는경우, 그에 대응하여 초음파, UWB, 적외선신호를 송수신하는 센서모듈이 구비된다.
UWB(Ultra Wide Band) 센서모듈로 구현되는 경우, 위치정보송출기(50)와 이동 로봇(100) 사이에 장애물이 존재하더라도, 장애물 등을 관통하여 신호가 송수신될 수 있으므로, 일정 영역 내에서는 초광대역 신호(또는, UWB 신호)의 송수신이 원활하게 이루어진다.
본 발명에서는 다른 설명이 없다면, 위치정보송출기(50)와 이동 로봇(100), 위치정보송출기(50)와 단말기(200), 그리고 이동 로봇(100)과 단말기(200)가, 적어도 하나의 UWB센서 모듈을 구비하여, 서로 초광대역 신호(또는, UWB 신호)를 주고받는 가능한 것으로 전제할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)이 단말기(200)를 추종하여 이동하는 경우에도, 전술한 센서모듈을 이용하여 위치를 판단할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇(100)이 단말기(200)를 추종하여 주행하는 경우, 단말과 이동 로봇은 각각 UWB센서를 구비하고, 상호 무선 통신을 수행한다. 단말은 구비되는 UWB센서로부터 신호를 송출하고, 이동 로봇은 UWB센서를 통해 수신되는 단말의 신호를 바탕으로 단말의 위치를 판단하여 단말을 추종하여 이동할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 UWB센서의 초광대역 신호는 장애물을 관통하여 신호를 전송할 수 있으므로 사용자가 단말기를 들고 이동하더라도 신호 전송에 영향을 주지않는다. 다만, 일정크기 이상의 장애물인 경우, 신호가 전송되지 않거나 또는 관통은 하더라도 전송거리가 감소될 수는 있다.
또한, 단말기와 이동 로봇에 각각 구비되는 UWB 센서는 센서 상호 간의 거리를 추정 내지 측정할 수 있다. 이동 로봇이 단말기를 추종하며 주행하는 경우, 이동 로봇은 단말기와의 거리에 따라 소정 거리를 벗어나지 않도록 주행을 제어한다. 즉, 이동 로봇은 단말기와의 이격 거리가 너무 가깝거나 멀지 않도록 적정 거리를 유지하면서 추종 주행할 수 있다.
위치감지부(1401)는 하나 또는 복수의 UWB센서를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 위치감지부(1401)가 두 개의 UWB센서를 구비한 경우, 예를 들어 이동 로봇 본체의 좌측과 우측에 각각 구비되어, 각각 신호를 수신하고, 수신된 복수의 신호를 비교하여 위치를 감지할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇과 단말기의 위치에 따라, 좌측의 센서와 우측의 센서에서 측정되는 거리가 상이한 경우, 이를 바탕으로 이동 로봇과 단말기의 상대적 위치, 이동 로봇의 방향을 판단할 수 있다.
한편, 센싱부(1400)는, 전술한 장애물감지부(1402) 및 위치감지부(1401)외에 본체의 배면에 설치되어 낭떠러지를 감지하는, 낭떠러지 감지센서, 습도나 비오는 날씨 상황을 감지할 수 있는 우중 센서(rain sensor), 근접센서, 터치 센서, RGB 센서, 배터리 게이지 센서, 가속도 센서, 지자기 센서, 중력 센서, 자이로스코프 센서, 조도 센서, 환경 센서(온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등)복수의 360 도 센서, 바닥상태 감지 센서 등의 다양한 센서를 포함할 수 있다.
또한, 센싱부(1400)는 본체의 움직임을 감지하기 위해 적어도 하나의 기울기센서(미도시)를 포함할 수 있다. 기울기센서는 본체의 전, 후, 좌, 우 방향으로 기울어지는 경우, 기울어진 방향과 각도를 산출한다. 기울기센서는 틸트센서, 가속도센서 등이 사용될 수 있고, 가속도센서의 경우 자이로식, 관성식, 실리콘반도체식 중 어느 것이나 적용 가능하다. 또한, 그외에 본체의 움직임을 감지할 수 있는 다양한 센서 또는 장치가 사용될 수 있을 것이다.
제어부(1800)는 데이터의 입출력을 제어하고, 설정에 따라 이동 로봇이 주행하도록 주행부(1300)를 제어한다. 제어부(1800)는 주행부(1300)를 제어하여 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터의 작동을 독립적으로 제어함으로써 본체(10)가 직진 또는 회전하여 주행하도록 한다.
제어부(1800)는 센싱부(1400) 통해 수신되는 신호에 대응하여 주행방향을 결정하여 주행부를 제어한다. 또한, 제어부(1800)는 단말기와의 거리에 따라 이동 로봇이 주행 또는 정지하도록 하고, 주행속도를 가변하도록 주행부(1300)를 제어한다. 그에 따라 이동 로봇은 단말의 위치변화에 대응하는 위치를 추종하며 이동할 수 있게 된다.
또한, 제어부(1800)는 설정 모드에 따라 이동 로봇이 단말기(200)를 추종하여 이동하도록 제어할 수 있다.
또, 제어부(1800)는 단말기(200)로부터 수신되는 위치정보 또는 위치감지부(1401)를 통해 산출된 위치정보를 바탕으로 영역에 대한 가상의 경계를 설정할 수 있다. 또, 제어부(1800)는 설정되는 경계에 의해 형성되는 영역 중 어느 일 영역을 주행영역으로 설정할 수 있다. 제어부(1800)는 불연속적인 위치정보를 선 또는 곡선으로 연결하여 폐루프(closed loop) 형태로 경계를 설정하고, 내부 영역을 주행영역을 설정한다. 또, 제어부(1800)는 경계가 복수로 설정되는 경우에는 경계에 의해 형성되는 영역 중 어느 하나를 주행영역으로 설정할 수 있다.
제어부(1800)는 주행영역 및 그에 따른 경계가 설정되면, 주행영역 내에서 주행하며 설정된 경계를 벗어나지 않도록 주행부(1300)를 제어한다. 제어부(1800)는 수신되는 위치정보를 바탕으로 현재위치를 산출하고, 산출된 현재위치가 경계에 의해 설정된 주행영역 내에 위치하도록 주행부(1300)를 제어한다.
또한, 제어부(1800)는 장애물감지부(1402)에 의해 입력되는 장애물정보를 판단하여, 장애물을 회피하여 주행할 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 장애물정보에 근거하여 필요한 경우, 기 설정된 주행영역을 수정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1800)는 장애물감지부로부터 입력되는 장애물 정보에 대응하여 이동방향 또는 주행경로를 변경하여 장애물을 통과하거나 또는 장애물을 회피하여 주행하도록 주행부(1300)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 낭떠러지가 감지되는 경우 일정거리 이상 접근하지 않도록 설정할 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 감지되는 장애물에 대하여, 주행정보를 단말기(200)로 전송하고 단말에 표시되도록 함으로써, 단말기(200)를 통해 입력되는 사용자의 선택에 따라 주행방향을 변경할 수 있다.
전원부(1900)는 충전가능한 배터리(또는, 배터리 모듈)(미도시)를 포함한다. 상기 배터리는 이동 로봇(100)로부터 탈착가능하게 장착될 수 있다. 센싱부(1400)를 통해, 배터리 게이지가 부족한 것으로 감지되면, 제어부(1800)는 배터리 충전을 위해 충전 스테이션의 위치로 이동하도록 주행부(1300)를 제어할 수 있다. 센싱부(1400)에 의하여 충전 스테이션의 존재가 감지되면, 배터리의 충전이 수행된다.
다음, 도 2c를 참조하여 본 발명에 따른 이동 로봇(100)과 통신하는 단말기(200)의 주요 구성을 설명하겠다.
도 2c를 참조하면, 단말기(200)는 사용자에 의해 이동가능한 이동 단말기를 포함하며, 통신부(210), 입력부(220), UWB 모듈(230), 센싱부(240), 디스플레이부(251), 메모리(260), 및 제어부(280)를 포함하여 이루어질 수 있다.
통신부(210)는 무선통신을 통해 외부의 서버 또는 이동 로봇(100)과 통신할 수 있다. 통신부(210)는 지그비, 블루투스 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다. 또, 통신부(210)는 초광대역 신호를 송신하는 UWB 모듈을 포함할 수도 있다.
입력부(220)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드 등의 입력수단을 포함할 수 있다.
또한, 입력부(220)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 영상 정보의 입력을 위하여, 하나 또는 복수의 카메라(221)를 구비할 수 있다.
카메라(221)는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(251)에 표시되거나 메모리에 저장될 수 있다. 한편, 단말기(200)에 구비되는 복수의 카메라(221)는 매트릭스 구조를 이루도록 배치될 수 있으며, 이와 같이 매트릭스 구조를 이루는 카메라(221)를 통하여, 단말기(100)에는 다양한 각도 또는 초점을 갖는 복수의 영상정보가 입력될 수 있다. 또, 복수의 카메라(221)는 입체영상을 구현하기 위한 좌 영상 및 우 영상을 획득하도록, 스트레오 구조로 배치될 수 있다.
또한, 카메라(221)는 카메라 센서(예를 들어, CCD, CMOS 등), 포토 센서(또는 이미지 센서) 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
카메라(221)와 레이저 센서는 서로 조합되어, 3차원 입체영상에 대한 감지대상의 터치를 감지할 수 있다. 포토 센서는 디스플레이 소자에 적층될 수 있는데, 이러한 포토 센서는 터치 스크린에 근접한 감지대상의 움직임을 스캐닝하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 포토 센서는 행/열에 Photo Diode와 TR(Transistor)를 실장하여 Photo Diode에 인가되는 빛의 양에 따라 변화되는 전기적 신호를 이용하여 포토 센서 위에 올려지는 내용물을 스캔한다. 즉, 포토 센서는 빛의 변화량에 따른 감지대상의 좌표 계산을 수행하며, 이를 통하여 감지대상의 위치정보가 획득될 수 있다.
디스플레이부(251)는 터치센서를 포함하여, 터치 입력을 통하여 제어명령을 입력받도록 이루어질 수 있다. 또, 디스플레이부(251)는 이동 로봇(100)을 제어하기 위한 제어화면, 설정된 경계와 이동 로봇(100)의 위치가 표시된 맵 화면을 출력하도록 이루어질 수 있다.
메모리(260)에는 이동 로봇(100)의 주행과 관련된 데이터들이 저장될 수 있다. 또한, 메모리(260)에는 이동 로봇(100)와 단말기(200)의 위치정보가 저장되고, 이동 로봇의 주행영역 및 그 경계에 대한 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 메모리(1600)는, 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(SolidState Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 중 어느 하나일 수 있다.
센싱부(240)는 위치정보를 송수신하기 위한 위치감지부(미도시)와, 단말기(200)의 공간 움직임의 변화를 센싱하기 위한 자이로 센서 및 가속도 센서, 지자기 센서, IMU(Inertia Measurement Unit) 센서 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이때, 자이로 센서 및 가속도 센서는 3축, 6축, 또는 9축 자이로센서 및 가속도센서 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
위치감지부는 위치정보를 송수신하기 위한 복수의 센서모듈을 포함한다. 예를 들어, GPS모듈, UWB(Ultra Wide Band) 모듈, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 등을 포함하여, 단말기(200)의 현재 위치뿐만 아니라, 기울기 등의 자세 변화를 통해 가리키는 지점의 좌표를 파악할 수 있다.
위치감지부에 포함된 또는 별도의 UWB 모듈(230)는 이동 로봇(100) 및/또는 위치정보송출기(50)와 초광대역 신호를 주고받을 수 있다. 그리하여, 단말기(200)의 위치뿐만 아니라, 단말기(200) 기준의 이동 로봇(100)의 위치, 단말기(200) 기준의 위치정보송출기(50)의 위치, 이동 로봇(100) 기준의 특정 위치정보송출기(50) 등을 파악할 수 있다.
가속도 센서는 지구의 중력가속도를 기준으로 물체가 얼마만큼의 힘을 받고 있는지를 측정하는 센서이다. 3축 가속도 센서란 x, y, z 축 방향의 가속도의 크기를 측정할 수 있는 센서를 의미한다. 이러한 가속도 센서는 3축 가속도 센서 하나만 사용될 수도 있고, 2개가 적용된 6축 가속도 센서, 또는 3개가 적용된 9축 가속도 센서로 사용될 수도 있다.
3축 가속도 센서의 센싱값을 이용하여, 롤(roll, x축에 대한 회전)과 피치(pitch, y축에 대한 회전)를 산출할 수 있다. 단위는 [g]을 사용한다. 한편, 중력가속도 방향과 일치하는 z축에 대한 대한 회전, 즉 요(yaw, z축에 대한 회전) 값은 3축 자이로 센서나 지자기 센서(magnetometer)를 추가로 적용해야 산출할 수 있다. 또한, 물체가 정지하지 않은 움직임 상태에서는 3축 가속도 센서만으로 기울기 값을 감지할 수 없다.
3축 자이로 센서는, 물체의 자세 제어를 위한 센서로, x, y, z 축 방향의 각속도를 측정할 수 있는 센서로, 여기서 각속도란 시간당 회전하는 각도를 의미한다. 단위는 [degree/sec]를 사용한다.
IMU(Inertial Measurement Unit) 센서는 3축의 가속도 센서와 3축의 자이로 센서를 조합한 센서이다. 또는, IMU 센서는 축의 가속도 센서와 3축의 자이로 센서와 3축 지자기 센서를 내장한 9축 센서이다. 이와 같은 IMU 센서를 이용하면, 위에서 설명한 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 값을 모두 산출할 수 있다.
UWB 모듈(230)은 이동 로봇(100)에 구비된 UWB 모듈을 통해 초광대역 신호을 송신하거나 수신할 수 있다. 단말기(200)는 이동 로봇(100)과 통신하여, 이동 로봇(100)의 주행 또는 제초 동작을 제어할 수 있다는 점에서, '원격제어장치'의 역할을 수행할 수 있다.
단말기(200)는, UWB 모듈(210)외에거리측정 센서을 더 포함할 수 있다.
거리측정센서는 레이저 광 신호, IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 임펄스 신호 중 적어도 하나를 방사하고, 그로부터 반사되는 신호를 근거로 단말기(200)로부터 해당 신호까지의 거리를 산출할 수 있다.
이를 위해, 상기 거리측정 센서는, 예를 들어 ToF(Time of Flight) 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, ToF 센서의 경우, 특정 주파수로 변종된 광 신호를 방출하는 발신기와 반사된 신호를 수신 및 측정하는 수신기로 이루어지며, 단말기(200)에 설치되는 경우 신호의 영향을 받지 않도록 발신기와 수신기가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
이하에서는, 전술한 레이저 광 신호, IR 신호, 초음파 신호, 반송파 주파수, 임펄스 신호, 초광대역 신호를 통칭하여, '신호'로 명명할 수 있다. 본 명세서에서는 장애물에 의한 영향이 거의 없는 '초광대역 신호'를 예시로 설명하였다. 따라서, 거리측정 센서는 단말기(200)로부터 신호가 방사된 지점까지의 거리를 산출하는 역할을 수행한다고 말할 수 있다. 또, 거리측정 센서는 신호를 방사하는 발신기와 반사된 신호를 수신하는 수신기를 하나 또는 복수 개 포함하여 이루어질 수 있다.
이하, 도 3은 이동 로봇에 대한 경계 설정을 위한 장치들, 예를 들어 이동 로봇(100), 단말기(200), GPS(60), 위치정보송출기(50)의 신호흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
위치정보송출기(50)가 UWB 센서를 구비하여 신호를 송출하는 경우, 단말기(200)에 구비된 UWB 모듈을 통해 위치정보송출기(50)로부터 위치정보와 관련된 신호를 수신할 수 있다. 이때 위치정보송출기(50)의 신호방식과, 이동 로봇(100)과 단말기(200) 간의 신호방식은 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
예를 들어, 단말기(200)가 초음파를 송출하고 이동 로봇(100)이 단말기(200)의 초음파를 수신하여 단말기(200)를 추종하도록 주행할 수 있다. 또 다른 예로, 단말기(200)에 마커를 부착하고, 이동 로봇(100)이 단말기의 주행방향을 촬영하여 단말기(200)에 부착된 마커를 인식함으로써, 이동 로봇(100)이 단말기(200)를 추종하여 주행할 수 있다.
도 3에서, 위치정보는 위치정보송출기(50) 또는 GPS(60)으로부터 수신될 수 있다. 위치정보에 대응되는 신호는 GPS신호, 초음파신호, 적외선신호, 전자기신호 또는 UWB(Ultra Wide Band)신호가 사용될 수 있다.
이동 로봇은, 주행영역과 경계를 설정하기 위해 위치정보를 수집해야한다. 이동 로봇(100)은, 영역의 어느 한 지점을 기준위치로 설정하여 위치정보를 수집할 수 있다. 이때, 초기 시작지점, 충전 스테이션의 위치, 위치정보송출기(50) 중 어느 하나의 위치를 기준위치로 설정할 수 있다. 이동 로봇(100)은 설정된 기준위치를 바탕으로 영역에 대한 좌표 및 지도를 생성하여 저장할 수 있다. 이동 로봇(100)은 지도가 생성되면, 저장된 지도를 바탕으로 이동할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 매 동작 시, 새로운 기준위치를 설정하여, 새로 설정된 기준위치를 바탕으로 영역 내에서의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은, 소정 경로로 이동하는 단말기(200)로부터 수집된 위치정보를 수신할 수 있다. 단말기(200)는 임의로 이동할 수 있고, 이동시키는 주체에 따라 경로가 변경될 수 있으나, 이동 로봇의 주행영역을 설정하기 위한 경우, 주행영역의 외곽을 따라 이동하는 것이 바람직할 것이다.
단말기(200)는 기준위치를 바탕으로 영역 내에서의 위치를 좌표로 산출한다. 또한, 이동 로봇(100)은 단말기(200)를 추종하여 이동하는 중에, 위치정보를 수집할 수 있다.
단말기(200) 또는 이동 로봇(100)이 단독으로 소정 경로를 따라 이동하는 경우, 단말기(200) 또는 이동 로봇(100)은 GPS(60) 또는 위치정보송출기(50)로부터 전송된 신호에 근거하여 현재위치를 산출할 수 있다.
이동 로봇(100)과 단말기(200)는 소정의 영역에 대하여 동일한 기준위치를 설정하여 이동할 수 있다. 기준위치가 매 동작 시 변경되는 경우, 단말기(200)를 기준으로 설정된 기준위치와 그로부터 수집된 위치정보를 이동 로봇(100)으로 전송할 수 있다. 그러면, 이동 로봇(100)은 수신된 위치정보에 근거하여 경계를 설정할 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)과 단말기(200)는 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band, UWB)을 사용하여 서로의 상대 위치를 파악할 수 있다. 이를 위해, UWB 모듈 중 어느 하나는 UWB 앵커가 되고 다른 하나는 UWB 태그가 될 수 있다.
예를 들어, 단말기(200)의 UWB 모듈(230)은 초광대역 신호를 방출하는 'UWB 태그(tag)'로 동작하고, 이동 로봇(100)의 UWB 모듈은 초광대역 신호를 수신하는 'UWB 앵커(anchor)'일 수 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아님을 미리 밝혀둔다. 예를 들어, 단말기(200)의 UWB 모듈(230)이 UWB 앵커로 동작하고 이동 로봇(100)의 UWB 모듈이 UWB 태그로 동작할 수 있다. 또한, UWB 모듈은 하나의 UWB 앵커와 복수의 UWB 태그를 포함하여 이루어질 수도 있다.
UWB 통신 기술을 통해 이동 로봇(100)와 단말기(200)가 서로의 상대 위치를 파악하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 예를 들어 ToF(Time of Flight) 기술과 같은 거리측정 기술을 사용하여 이동 로봇(100)과 단말기(200)의 이격거리를 산출한다.
구체적으로, 단말기(200)에서 방사되는 초광대역 신호인, 제1 임펄스 신호가 이동 로봇(100)로 송출된다. 이를 위해, 단말기(200)의 UWB 모듈은 발신용인 'UWB 태그'로 이동 로봇(100)의 UWB 모듈은 수신용인 'UWB 앵커'로 동작할 수 있다.
여기서, 초광대역 신호(또는, 임펄스 신호)는, 특정 공간 내에서는 장애물이 존재하더라도 원활하게 송수신이 가능하고, 여기에서 상기 특정 공간은 반경이 수십 미터(m)일 수 있다.
제1 임펄스 신호는 이동 로봇(100)의 UWB 앵커를 통해 수신될 수 있다. 제1 임펄스 신호를 수신한 이동 로봇(100)는 단말기(200)로 응답신호를 송출한다. 그러면, 단말기(200)는 응답신호에 대한 초광대역 신호인, 제2 임펄스 신호를 이동 로봇(100)로 송출할 수 있다. 여서, 상기 제2 임펄스 신호에는 상기 응답신호를 수신한 시각과 그에 따라 제2 임펄스 신호를 발신한 시각을 기초로 산출된 지연시간 정보가 포함될 수 있다.
이동 로봇(100)의 제어부는 응답신호를 송출한 시간과 상기 제2 임펄스 신호가 이동 로봇(100)의 UWB 앵커에 도착한 시간과, 상기 제2 임펄스 신호에 포함된 지연시간 정보를 기초로, 다음과 같이 이동 로봇(100)와 단말기(200) 사이의 거리(Distance)를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기에서, t2는 제2 임펄스 신호의 도착시간이고, t1은 응답신호의 송출시간이며, treply는 지연시간이며, c는 빛의 속도를 나타내는 상수값이다.
이와 같이 이동 로봇(100)와 단말기(200)에 구비된, UWB 태그와 UWB 앵커 사이에서 송수신되는 신호의 시간차를 측정하여, 이동 로봇(100)과 단말기(200) 사이의 거리를 파악할 수 있다.
또, 이와 동일 또는 유사한 방식으로, 이동 로봇(100)과 위치정보송출기(50)의 이격거리, 단말기(200)와 위치정보송출기(50) 간의 이격거리도 파악할 수 있을 것이다.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 와이어의 매설 없이 위치정보송출기(50)와 단말기(200)를 이용하여, 이동 로봇(100)에 대한 경계를 설정하는 것을 설명하겠다.
이와 같이 와이어의 매설 없이 위치정보송출기(50)와 단말기(200), 이동 로봇(100)을 이용하여 또는 위치정보송출기(50)와 이동 로봇(100)만을 이용하여 주행영역의 기준이 되는 경계를 설정할 수 있다. 그리고, 이러한 경계를 기준으로 구분된 주행영역을 '와이어레스(wireless) 영역'으로 명명될 수 있다.
'와이어레스(wireless) 영역'은 하나 일수도 있고 복수 개일 수도 있다. 또, 하나의 와이어레스(wireless) 영역은 이동 로봇(100)에 의하여 수행되는 잔디깎기 기능이 보다 효율적으로 수행될 수 있도록, 해당 영역 내에 추가로 설정된 복수의 스팟 영역(spot area)을 포함할 수 있다.
이동 로봇(100)은 실외 영역에서 설정된 주행영역을 이동하며 잔디깎기를 수행할 수 있도록, 경계를 설정해주어야 한다. 그리고, 설정된 경계의 내측에 이동 로봇(100)이 주행할 주행영역, 즉 와이어레스(wireless) 영역이 지정된다.
도 4a를 참조하면, 실외에는 도시된 하우스 외에, 다양한 장애물들(10a, 10b, 10c)이 존재할 수 있다. 여기서, 장애물들(10a, 10b, 10c)은 예컨대, 실외에 존재하는 건축물, 바위, 나무, 수영장, 연못, 조각상, 정원 등의 고정 장애물과 움직이는 이동 장애물을 모두 포함할 수 있다. 또, 장애물들(10a, 10b, 10c)의 크기 및 형상도 매우 다양할 수 있다.
장애물이 설정된 경계에 근접하여 존재하는 경우, 처음부터 경계가 이러한 다양한 장애물들(10a, 10b, 10c)을 회피하도록 설정되어야할 것이다.
그러나 도 4a와 같이 경계(R)를 기준으로 설정된 주행영역 내측에 장애물들(10a, 10b, 10c)이 존재하는 경우에는, 경계(R)를 기준으로 안쪽에 주행영역을 설정하는 방법과 동일 또는 유사한 과정을 거쳐 장애물들(10a, 10b, 10c) 각각에 대한 추가 경계를 설정해야하거나 또는 기존의 경계를 변경해주어야할 것이다.
또한, 본 발명에서는, 와이어의 매설 없이 경계를 설정하기 위해, 소정 영역에 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)가 미리 설치될 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 신호를 송출할 수 있다. 구체적으로, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 서로에게 신호를 송출하거나, 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)에 신호를 송출할 수 있다.
여기서, 상기 신호는 예를 들어, UWB 신호, 초음파 신호, 적외선 신호, 블루투스 신호, 지그비 신호 등을 포함할 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 서로 이격되게 적어도 3개 이상 설치될 수 있다. 또한, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는, UWB 센서 미포함시 신호간섭을 최소화하기 위해, 기준높이 이상의 고지점에 설치될 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 설정될 경계에 인접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 설정될 경계의 바깥쪽에 설치될 수도 있고 안쪽에 설치될 수도 있다.
예를 들어, 도 4a에서는 경계(R)의 안쪽에 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)가 설치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 경계(R) 바깥쪽에 설치될 수도 있고, 일부는 경계(R) 안쪽에 나머지는 경계(R) 바깥쪽에 설치되는 것도 가능하다.
위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)가 UWB 센서를 포함한 경우, 소정 영역에 위치한 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)와 초광대역신호를 주고받음으로써, 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)의 위치정보를 산출할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇(100)은 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)의 신호의 양/세기를 비교하여, 각 위치정보송출기를 기준으로 이격된 거리와 방향을 산출함으로써, 이동 로봇(100)의 위치를 산출할 수 있다. 단말기(200)의 위치정보를 산출하는 방법도 이와 유사하게 수행될 수 있다.
복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55) 중 적어도 하나는 경계 설정을 위한 기준 위치정보송출기(50M)가 될 수 있다. 기준 위치정보송출기(50M)는 예를 들어 도 4a에 도시된 바와 같이 충전 스테이션(70)이 위치한 곳에 설치될 수 있다.
기준 위치정보송출기(50M)를 기준으로 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)의 좌표값들이 설정될 수 있다. 구체적으로, 기준 위치정보송출기(50M)와 나머지 위치정보송출기(51, 52, 53, 54, 55) 간에 서로 신호를 주고받아, 기준 위치정보송출기(50M)를 영점으로 하는 다른 위치정보송출기들의 위치에 대응되는 x, y 좌표값들이 산출될 수 있다. 그에 따라, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)에 대한 위치정보가 설정될 수 있다.
이동 로봇(100)이 기준 위치정보송출기(50M)가 위치한 충전 스테이션(70)을 작동의 시작지점으로 하는 경우, 매 동작 시, 이동 로봇(100)의 위치를 파악하는 것이 보다 용이해질 수 있다. 또, 이동 로봇(100)의 주행 중 배터리 게이지가 부족한 경우, 충전 스테이션(70)이 위치한 기준 위치정보송출기(50M)으로 이동하여, 배터리를 충전할 수 있다.
이와 같이 충전 스테이션(70)이 위치한 곳에 기준 위치정보송출기(50M)이 설치된 경우, 충전 스테이션(70)의 위치를 별도로 설정해줄 필요가 없다.
한편, 이동 로봇(100)이 주행에 따라 기준 위치정보송출기(50M)로부터 상당히 멀어진 경우, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)로부터 송출되는 신호의 양/세기를 기준으로, 이동 로봇의 현재 위치에 가까운 위치정보송출기를 기준 위치정보송출기로 변경할 수 있다.
한편, 충전 스테이션(70)이 도 4a와 다르게, 경계(R)를 벗어나서 위치한 경우, 즉 충전 스테이션(70)의 안쪽으로 경계가 설정된 경우, 이동 로봇(100)은 배터리 충전을 위해 경계를 벗어나서 충전 스테이션으로 복귀할 수 있다.
다만, 충전 스테이션(70)이 경계를 벗어나서 위치한 경우, 충전 스테이션(70)과 경계 내에 설정된 주행영역 사이에 이동영역(미도시)을 추가 설정해줌으로써, 이동 로봇(100)이 경계 밖에 위치한 충전 스테이션(70)으로 복귀할 수 있게 유도할 수 있다.
이하, 도 4b는 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)와 단말기(200)를 이용하여 이동 로봇(100)을 위한 경계 및 경계를 기준으로 주행영역을 설정하는 방법의 예시를 보인 것이다.
먼저, 단말기(200)가 영역 내에 설치된 위치정보송출기(55)로부터 잔디가 심어진 영역의 외곽을 따라 제1경로(401)로 이동한다. 이때, 단말기(200)는 사람에 의해 이동될 수도 있으나, 드론 등의 또 다른 운송수단에 의해 이동될 수도 있을 것이다.
단말기(200)는 위치정보송출기(55) 또는 GPS 를 통해 현재 위치를 파악할 수 있다. 단말기(200)가 이동함에 따라 또 다른 위치정보송출기(51 내지 54)로부터 송출된 신호에 근거하여, 각 위치정보송출기까지의 거리와 방향을 산출할 수 있다. 그에 따라, 단말기(200)의 위치변화에 대응되는 복수의 지점들의 좌표를 인식할 수 있고, 이를 위치정보로 저장할 수 있다.
이와 관련하여, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55) 각각은 신호를 구분하기 위한 고유정보가 포함된 UWB를 송출할 수 있다. 그에 따라, 단말기(200)는 제1경로(401)로 이동하는 중, 제1위치정보송출기(51)가 송출하는 제1신호(411)와 제1위치정보송출기(52)가 송출하는 제2신호(412), 제1위치정보송출기(53)가 송출하는 제3신호(413)와 제4위치정보송출기(54)가 송출하는 제4신호(414)를 구분하여 분석 및 처리할 수 있다.
이와 함께, 제1 내지 제4위치정보송출기(51 내지 54)는 단말기(200)의 현재 위치에 가까이 있는 위치정보송출기(54)에 서로 신호(421 내지 423)를 송출하고, 이에 대응되는 신호(424)를 단말기(200)에 전송해줌으로써 해당 위치정보송출기(54)의 현재 위치가 기 정의된(초기 설치 지점) 위치와 오차가 없는지 확인할 수 있다.
이에 의하면, 이동 로봇(100)이 주행영역 또는 와이어레스 영역의 설정을 위한 이동시, 위치정보송출기의 위치 오차를 함께 확인할 수 있게 된다.
제1경로(401)에 대응되는 이동이 완료되면, 예를 들어 제1경로(401)가 폐곡선 형상을 이루거나 지정된 종료지점에 도달한 경우, 단말기(200)는 제1경로(401)를 이동하며 저장한 위치정보를 이동 로봇(100)에 전송해준다.
그러면, 이동 로봇(100)은, 단말기(200)가 제1경로(401)를 따라 이동하는 동안 저장된 위치정보를 순차적으로 연결한 선 또는 그 외측선을 경계(R)로 설정할 수 있다. 또, 이동 로봇(100)은, 설정된 경계(R)를 기준으로 제1경로(401)의 내측영역을 주행영역 또는 와이어레스 영역으로 설정할 수 있다.
이동 로봇(100)은 설정된 주행영역 또는 와이어레스 영역을 테스트 주행할 수 있다. 이때, 이동 로봇(100)에 의해 경계 및/또는 주행영역의 일부가 수정될 수도 있다. 예를 들어, 새로운 장애물이 감지된 경우, 기존의 장애물이 제거된 경우, 또는 바닥이 고르지 못하거나 움푹 패인 지점이 감지된 경우, 이동 로봇(100)의 주행 성능으로 인해 주행불가 지점으로 감지된 경우, 수집된 상황 정보를 고려하여, 이동 로봇(100)에 대한 경계 및/또는 주행영역의 일부를 수정할 수 있다.
또는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 단말기(200)가 제1경로(401)를 이동하는 동안, 이동 로봇(100)이 소정의 이격거리를 두고 단말기(200)의 위치를 추종함으로써, 추가적인 테스트 주행 없이 이동 로봇(100)에 대한 경계 및/또는 주행영역의 설정이 가능하다.
이때에는 단말기(200)가 이동한 제1경로(401)와, 단말기(200)를 추종하는 이동 로봇(100)의 경로에 차이가 있을 수 있다. 즉, 단말기(200)가 이동한 제1경로(401)상의 궤적의 위치 중 이동 로봇(100)이 추종할 수 없는 위치는 무시하거나 제거하면서 이동할 수 있다. 이러한 경우, 이동 로봇(100)은 대응되는 위치변화를 저장할 수 있고, 위치변화에 대응되는 지점을 기준으로 단말기(200)의 현재 위치를 계속 추종할 수 있다.
이동 로봇(100)이 장애물 회피 등의 이유로 주행속도가 느려져서 단말기(200)와 이동 로봇(100)가 소정의 이격거리를 초과하는 경우, 단말기(200)를 이동시키는 사용자 등이 이를 인지하여 이동을 중단할 수 있도록, 이동 로봇(100)에서 정해진 경고음('제1경고음')이 출력될 수 있다.
이후, 이동 로봇(100)이 장애물 등을 정해진 방식으로 회피한 다음 다시 주행을 시작하고, 정지 상태인 단말기(200)와의 이격거리가 다시 정해진 범위 이내로 좁혀지면, 단말기(200)를 이동시키는 사용자 등이 이를 인지하여 이동을 수행할 수 있도록, 이동 로봇(100)에서 대응되는 경고음('제2경고음')이 출력될 수 있다.
한편, 도 4b에서는, 주행영역 또는 와이어레스 영역의 설정을 위한 이동시 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)에 의하여 이동 로봇(100) 및/또는 단말기(200)의 위치정보를 산출하는 것을 예시로 설명하였으나, GPS를 통해 위치정보를 산출할 수 있음은 물론이다.
도 4c는 이와 같이 설정된 경계(R)와 경계(R)를 기준으로 내측에 설정되는 주행영역(또는, 와이어레스 영역)(410)이 설정된 상태에서, 주행영역(410) 내측에 존재하는 복수의 장애물들(10a, 10b, 10c)에 대한 추가 경계가 설정된 것을 보여주는 예시 도면이다.
도 4c에서, 설정된 주행영역(410) 내측에 일정 크기 이상의 장애물(10a, 10b, 10c)이 존재하면, 감지된 장애물(10a, 10b, 10c)에 대한 추가 경계를 설정할 수 있다.
이동 로봇(100)(또는, 단말기(200)와 이동로봇(100), 또는 단말기(200))은, 도 4b를 참조하여 위에서 설명한 방법과 동일 또는 유사한 방식으로, 장애물(10a, 10b, 10c)의 외곽을 따라 이동하여 추가 경계 및 추가 경계를 기준으로 한 주행영역을 설정할 수 있다.
도 4c에서, 장애물(10a, 10b, 10c)의 외곽에 형성된 점선이 추가 경계를 의미할 수 있다. 도 4b에서 설정된 경계와 다르게, 설정된 추가 경계를 기준으로 내측이 주행불가영역으로 설정되고, 외측이 주행가능영역으로 설정된다.
이와 같이 추가 경계의 설정으로 인한 주행영역의 변경은, 기존의 경계 및 주행영역의 수정에 반영될 수 있다. 또, 이로 인하여 기존의 경계 및 주행영역에 대응되는 맵(map)이 수정될 수 있을 것이다.
이동 로봇(100)은 주행영역 내의 주행가능영역을 이동하며 제초 등의 동작을 수행할 수 있다. 또, 이동 로봇(100)은 주행영역 내의 주행가능영역을 이동하는 동안, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 서로에게 신호, 예컨대, UWB 신호(①)를 송출하여 서로의 위치를 파악한다. 또, 복수의 위치정보송출기(50M, 51, 52, 53, 54, 55)는 이동 로봇(100)에 신호 예컨대, UWB 신호(②)를 송출하여, 이동 로봇(100)이 주행영역 내의 현재 위치를 파악할 수 있게끔 한다.
한편, 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 위치정보송출기로부터 송출되는 UWB 신호에 근거하여, 위치정보송출기의 상대위치를 파악할 수 있다.
이와 관련하여, 이하에서는 UWB 신호를 송출하는 위치정보송출기를 "UWB 태그"로 명명한다. 또, 위치정보송출기로부터 송출되는 UWB 신호를 수신하여 상대 위치를 파악하는 이동 로봇(100)은 "UWB 앵커"로 명명하겠다. 한편, 위치정보송출기는 또 다른 이동 로봇으로 대체될 수 있다.
이동 로봇(100)은 AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 사용하여, 위치정보송출기의 상대 위치를 파악한다. 이하, 도 5a를 참조하여 AoA(Angle of Arrival) 측위기술을 설명하겠다.
도 5a를 참조하면, UWB 앵커는 UWB 신호를 수신하기 위한 제1송수신기, 제2송수신기 각각에 안테나(A1, A2)를 구비한다. UWB 태그(T1)는 제3송수신기의 안테나를 통해 UWB 신호를 송출한다(Transmit Signal). 그러면, UWB 앵커측의 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)가 UWB 신호를 수신한다.
이때에, UWB 앵커와 UWB 태그(T1) 간의 이격거리(l)가 UWB 앵커측의 제1안테나(A1) 및 제2안테나(A2) 간의 이격거리(d) 보다 긴 경우, 송신되는 UWB 신호가 평면파 형태인 경우, 도 5a에 도시된 것과 같은 입사 형태를 보이게 된다.
이에, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)로 입사되는 UWB 신호 간에 거리차가 발생한다. 그 거리차는 도 5a의 p에 해당한다. 또, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)를 연결하는 제1선분이 직교하는 제2선분과 이루는 각도는 θ가 된다. 따라서, 이하의 수식1을 통해 θ를 구할 수 있다.
[수식1]
Figure pat00002
한편, 제1안테나(A1) 또는 제2안테나(A2)와 UWB 태그(T1) 간의 거리는 Two-Way Ranging 을 사용하여 측정할 수 있다. Two-Way Ranging 은 송신기와 수신기가 여러 번 신호를 주고받으면서 자체적으로 갖고 있는 시간정보를 공유하여 시간 오차를 제거함으로써, 거리를 측정하는 방식이다.
이와 같이 제1안테나(A1) 또는 제2안테나(A2)와 UWB 태그(T1) 간의 이격거리(l)를 알고 위에서 설명한 θ 각도를 획득하면, 다음의 수식2를 통해, 제1안테나(A1)와 제2안테나(A2)를 중심으로 UWB 태그(T1)이 상대적으로 어디에 위치하는지를 알 수 있다.
[수식2]
Figure pat00003
여기에서, α는 UWB 앵커측의 제1송수신기, 제2송수신기에서 수신한 UWB 신호의 위상차를 의미한다.
이와 같이, 제1안테나와 제2 안테나를 사용하여 AoA(Angle of Arrival) 측위기술에 따라 UWB 태그의 상대 위치를 파악하는 경우, 다음과 같은 사항이 고려되어야한다.
하나는, 도 5b에서, 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 이격거리는 통상 λ/2를 갖는다. 즉, 복수의 안테나들은 λ/2 거리 간격으로 배치된다. 그러나, 환경에 따라 사용 주파수가 달라지는 경우, λ/2 거리 간격을 만족하는 지점도 달라지므로, 바람직하게는 복수의 안테나들 간의 간격도 변경되어야 할 것이다.
다른 하나는, 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 각각을 중심으로 유효반경을 갖는 서로 다른 원의 교점이 2개가 존재하는데, 이는 UWB태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지에 관한 것이다.
즉, 이미지플랜(가로방향의 점선)을 기준으로 대칭적으로 존재하는 2개의 교점들 중에서 실제 UWB태그가 위치한 지점(하나의 교점)을 정확하게 결정할 수 있어야 할 것이다.
마지막으로, 안테나의 물리적 특성으로 인하여 실제 유효 동작의 각도범위가 제한된다. 즉, 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b)의 사용시 이론상으로는 180도가 유효 동작의 각도가 되지만, 실제로는 약 100도~160도 범위내가 유효 동작의 각도가 된다. 따라서, 유효 동작의 각도를 증가시키기 위한 안테나의 조합/배치가 필요하다.
따라서, 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 제한된 환경에서 UWB 태그의 상대위치를 보다 정확하게 결정하기 위하여, 사용 주파수에 따른 복수의 안테나들 간의 간격을 고려하고, UWB태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지 판단할 수 있으며, 유효 동작의 각도가 실제보다 넓게 형성되도록 구현하였다.
이하, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 대표 흐름도이고, 도 7은 도 6과 관련된 개념도이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이동 로봇에 구비된 제1안테나와 제2안테나를 통해 UWB 태그로부터 신호, 예를 들어 UWB 신호를 수신한다(S10).
다음, 이동 로봇의 제어부는, UWB 태그로부터 수신된 신호에 대응되는 주파수에 따라 제1안테나와 제2안테나 간의 이격거리를 조절한다(S20). 구체적으로, 사용 주파수에 따라 λ/2가 되는 지점이 다르므로, 각 주파수 별로 λ/2가 되는 지점을 만족하도록, 제1안테나와 제2안테나가 상대이동하여 이격거리(d, 도 5a)를 조절한다.
일 실시 예에서는, 제1안테나와 제2안테나 중 적어도 하나에 슬라이딩 가이드모듈이 구비되어, 어느 하나가 다른 하나에 대해 상대이동하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 제1안테나(10a)는 고정된 상태이고, 제2안테나(10b)의 하단에는 제2안테나(10b)를 정해진 방향으로 이동시키기 위한 슬라이딩 가이드모듈(710)을 구비할 수 있다. 이러한 경우, 제2안테나(10b)는 이동 로봇(100)의 제어부 또는 MCU(Micro Controller Unit, 20)의 제어명령에 따라 슬라이딩 가이드모듈(710)을 따라 이동할 수 있다.
또 일 예에서, 상기 슬라이딩 가이드모듈(710)의 복수의 지점 각각에는 스토퍼 수단이 구비될 수 있다. 여기에서, 상기 스토퍼 수단은 상기 슬라이딩 가이드모듈(710)의 길이방향을 이동하는 제2안테나(10b)가 정지하도록 형성된다. 또, 상기 스토퍼 수단은 제2안테나(10b)가 해당 지점에 고정되도록 록킹(locking) 수단/기능을 포함할 수 있다.
사용 주파수에 대응되는 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b)의 이격거리가 결정되면, 이동 로봇(100)의 제어부 또는 MCU(20)의 제어명령에 따라 제2안테나(10b)가 슬라이딩 가이드모듈(710)을 따라 이동하도록 제어한다. 또, 상기 제어부 또는 MCU(20)는 슬라이딩 가이드모듈(710) 내측에 마련된 복수의 지점들 중에서 선택된 지점에 위치한 스토퍼 수단이 구동되도록 제어한다.
이와 같이, 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 중 적어도 하나의 안테나가 슬라이딩 가이드모듈을 따라 이동함에 따라, 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 이격거리가 달라지게 된다.
이와 같이 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 이격거리가 달라지면 사용 주파수가 달라진다. 따라서, 환경에 따라 장애물, 간섭 등의 이유로 사용 주파수가 달라질 경우, 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 슬라이딩 가이드 모듈(710)을 따라, 제2안테나의 위치를 이동시킴으로서, 제1안테나(10a) 및 상기 제2안테나(10b) 간의 이격거리를, 변경된 사용 주파수에 대응되도록 조절한다.
예를 들어, 제1안테나(10a) 또는 제2안테나(10b)와 UWB 태그(T1) 간의 이격거리(l, 도 5a)가 기준범위 이상으로 멀어지면, 제1안테나(10a) 및 상기 제2안테나(10b) 간의 이격거리가 증가하도록 제2안테나(10b)를 위치를 이동(예, 제1안테나(10a)로부터 멀어지는 방향)시킬 수 있다.
또, 예를 들어, 제1안테나(10a) 또는 제2안테나(10b)와 UWB 태그(T1) 간의 이격거리(l, 도 5a)가 기준범위 이내로 가까워지면, 제1안테나(10a) 및 상기 제2안테나(10b) 간의 이격거리가 감소하도록 제2안테나(10b)를 위치를 이동(예, 제1안테나(10a)에 가까워지는 방향)시킬 수 있다.
한편, 일 예에서, 이와 같이 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 이격거리는, UWB 태그로부터 수신된 신호에 매칭되는 사용 주파수에 따라 자동 결정된다.
이를 위해, 사용 주파수별로 매칭되는 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 이격거리 값이 이동 로봇(100)의 메모리 등에 테이블 형태로 미리 저장될 수 있다.
다른 예에서는, 사용 주파수에 따라 결정된 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 이격거리에 대응되는 제2안테나(10b)의 이동 위치를 안내해주고, 사용자 입력을 통해 제2안테나(10b)가 이동하도록 구현될 수도 있다.
또한, 일 실시 예에서, 슬라이딩 가이드모듈(710) 내측에 마련된 복수의 지점들에는 각 지점을 나타내는 수단, 예를 들어 발광수단(720)이 구비될 수 있다. 복수의 발광소자들(721, 722, 723)은, 상기 결정된 이격거리에 대응되는 각 위치를 나타낸다.
사용 주파수가 변경됨에 따라, 제1안테나(10a)와 제2안테나(10b) 간의 적합한 이격거리가 변경되면, 제2안테나(10b)가 이동해야할 지점에 위치한 발광소자가 온(on) 상태로 전환될 수 있다. 이 후, 이동 로봇의 제어부 또는 MCU(20)의 제어명령에 따라 또는 사용자 입력을 통해서, 제2안테나(10b)가 해당 지점으로 이동할 수 있다. 또, 복수의 발광소자들(721, 722, 723)는 제2안테나(10b)의 현재 위치를 외부의 사용자가 확인할 수 있게끔 한다.
한편, 위에서는 제2안테나(10b)의 하단에만 슬라이딩 가이드모듈(710)이 구비된 것을 전제로 하여 설명하였으나, 상기 슬라이딩 가이드모듈(710)은 제1안테나(10a)의 하단에만 구비될 수도 있고, 제1안테나(10a) 및 제2안테나(10b) 모두에 구비될 수도 있을 것이다.
제1안테나와 제2안테나 간의 이격거리가 적절하게 조절되면, 제1안테나와 제2안테나 간의 이격거리에 대응되는 주파수를 사용하여, 상기 신호를 송신한 UWB 태그, 예를 들어 위치정보송출기의 상대 위치를 결정한다(S30).
구체적으로, 제1안테나와 제2안테나 간의 이격거리가 조절된 후, 제1안테나(10a)를 통해 수신된 신호는 통신선(13)을 통해 제1송수신기(15a)로 들어온다. 그리고, 제2안테나(10b) 를 통해 수신된 신호는 통신선(13)을 통해 제2송수신기(15b)로 들어온다. 복수의 송수신기들(15a, 15b)을 통해 들어온 신호를 MCU(20)를 통해 신호처리되어, UWB 태그의 상대위치를 결정한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 사용 주파수에 따라 복수의 안테나들 간의 이격거리를 다르게 결정하고, 결정된 이격거리를 만족하도록 안테나의 위치를 이동시킴으로써, UWB 태그로부터 수신되는 신호에 대응되는 상대 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있다. 또, 장애물, 신호 간섭 등으로 인해 사용 주파수가 변경되는 경우에도, 변경된 주파수에 맞는 복수의 안테나들 간의 이격거리를 만족하도록 안테나의 위치를 조절할 수 있다.
이하에서는, 이동 로봇(100)의 위치를 기준으로 UWB 태그의 상대 위치를 파악하는데 있어서, 복수의 해들 중에서 실제 UWB 태그의 위치를 결정하고 유효 동작의 각도의 제한을 개선하는 방법을 구체적으로 설명하겠다.
이동 로봇(100)에 구비된 두 개의 안테나(10a, 10b)를 이용하여 UWB 태그의 위치를 파악하는 경우, 두 개의 해가 획득된다. 이는, UWB 태그가 이동 로봇(100)의 전방에 위치한 경우 또는 후방에 위치한 경우가 있기 때문이다.
두 개의 해 중 실제 UWB 태그의 위치를 결정하기 위해, 수신된 신호가 이동 로봇(100)의 내부를 관통하여 신호의 세기가 약해졌는지 여부를 기준으로 전방/후방을 결정하는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 이는 장애물 또는 간섭 등으로 인해 신호가 약해진 예외적인 상황이 배제되며, 신호의 세기를 파악하기 위한 추가 수단(예, 초음파 발광소자, 또는 추가 UWB 센서 등)이 필요하다.
이에, 본 발명에서는 복수의 안테나만으로 두 개의 해 중 실제 UWB 태그의 위치를 결정하는 방법을 제시한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 이동 로봇의 제어부는, 제1안테나 및 제2안테나 간의 이격거리의 조절에 따른 복수의 안테나 조합에 기초하여, 각각 상기 제1 안테나를 중심으로 유효반경을 갖는 제1 영역과 상기 제2 안테나를 중심으로 유효반경을 갖는 제2 영역의 두 개의 교점을 결정할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 결정된 두 개의 교점 중에서 더 많은 유사값을 포함하는 영역의 교점을 위치정보송출기의 상대위치, 즉 UWB 태그의 상대 위치로 결정할 수 있다.
일 실시 예로, 도 8a 및 도 8b는 4개의 안테나와 2개의 스위치를 조합하여 획득된 4개의 해를 기초로 UWB 태그의 상대위치를 파악하는 방법을 보인 것이다.
이동 로봇의 통신부, 예를 들어 UWB 모듈은, 제1송수신기(15a) 또는 제2송수신기(15b)와 전기적으로 연결된, 제3안테나(10c) 및 제4안테나(10d)를 더 포함할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 제1안테나(10a)와 제3안테나(10c)가 제1스위치(18a)를 통해 제1송수신기(15a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또, 제2안테나(10b)와 제4안테나(10d)는 제2스위치(18b)를 통해 제2송수신기(15b)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제1송수신기(15a)와 제2송수신기(15b)는 MCU(20)에 전기적으로 연결되어, UWB 태그로부터 수신된 신호를 처리할 수 있다. 이때, 각 안테나, 각 스위치, 각 송수신기, 및 MCU(20)는 케이블 등을 통해 연결될 수 있다.
또, 비록 도시되지는 않았지만, 제1안테나(10a) 및 제2안테나(10b)는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 전기적으로 연결되고, 상기 제3안테나(10c) 및 제4안테나(10d)는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 복수의 안테나들의 배열/배치가 조합되면, 이동 로봇의 제어부 또는 MCU(20)는 제1스위치 및 상기 제2스위치의 동작을 제어하여, 복수의 안테나 조합별로 유효반경을 갖는 영역들을 결정한다.
도 8a에 도시된 4개의 안테나 조합은, (10a, 10b), (10a, 10d), (10c, 10b), (10c, 10d)가 된다. 각각의 조합은 2개의 해를 가지므로, 총 8개의 해가 획득된다. 도 8b를 참조하면, 각각의 조합은 이미지플랜을 기준으로 유효반경을 갖는 영역들이 대칭적으로 존재한다. 대칭적으로 존재하는 영역들을 하나로 볼 경우, 총 4개의 유효영역들(801, 802, 803, 804)이 이미지플랜의 형태로 획득된다.
이 유효영역들(801, 802, 803, 804) 내에서 유사값이 많은 영역에 존재하는 교점이 참의 해일 것이 확률이 높으므로, 2개의 해 중에서 실제 UWB 태그의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 이동 로봇(100)의 현재 위치를 기준으로 UWB 태그가 전방에 위치하고 있는지 또는 후방에 위치하고 있는지를 알 수 있다.
또 다른 실시 예로, 도 9a 및 도 9b는 3개의 안테나를 조합하여 복수의 안테나에 의한 유효 동작 각도를 개선(증가)하는 방법을 보인 것이다.
도 9a를 참조하면, 이동 로봇의 통신부, 예를 들어 UWB 모듈은, 제1송수신기(15a) 또는 제2송수신기(15b)와 전기적으로 연결된, 제3안테나(10c)를 더 포함할 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 제1안테나(10a)는 제1스위치(18a)를 통해 제1송수신기(15a)에 전기적으로 연결된다. 또, 제2안테나(10b)는 제2스위치(18b) 통해 제2송수신기(15b)에 전기적으로 연결된다. 그리고, 제3안테나(10c)는 제3스위치(18c)를 통해 제1스위치(18a) 및 제2스위치(18b)와 연결되어, 제1송수신기(15a)와 제2송수신기(15b) 모두에 연결된다.
이러한 경우, 이동 로봇의 제어부 또는 MCU(20)는, 제1스위치(18a), 상기 제2스위치(18b), 및 제3스위치(18c)의 동작, 예를 들어 스위칭 동작을 제어하여, 유효반경을 갖는 영역들의 유효범위가 증가하도록 제어할 수 있다.
이때, 이동 로봇은 UWB 태그의 실제 위치를 선택하기 위해, 안테나가 구비된 이동 로봇을 수평방향으로 회전할 수 있다. 이동 로봇이 수평방향으로 회전하는 경우, 2개의 해(또는, 2개의 교점)은 서로 반대방향으로 회전하게 되는데, 이 중 원하는 해를 미리 설정해두면 된다. 그에 따라, 도 9b에 도시된 바와 같이, 세 개의 안테나들(10a, 10b, 10c)의 조합만으로 영역들(901, 902, 903)의 유효범위가 증가한 것을 확인할 수 있다.
그에 따라, 제1안테나(10a) 및 제2안테나(10b)에 의한 유효 동작 각도의 제한이 개선/증가된 효과를 제공한다.
또 다른 실시 예로, 도 10a 및 도 10b는 4개의 안테나와 4개의 스위치를 조합하여 획득된 6개의 해를 기초로 UWB 태그의 상대위치를 파악하는 방법을 보인 것이다.
이동 로봇의 통신부, 예를 들어 UWB 모듈은, 제1송수신기(15a) 또는 제2송수신기(15b)와 전기적으로 연결된, 제3안테나(10c) 및 제4안테나(10d)를 더 포함할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 제3안테나(10c)는 제1스위치(18a)를 통해 제1송수신기(15a)에 전기적으로 연결되고, 제4안테나(10d)는 제2스위치(18b)를 통해 제2송수신기(15b)에 전기적으로 연결된다.
또, 제1안테나(10a)는 제3스위치(18c)를 통해 제1스위치(18a)와 제2스위치(18b)에 전기적으로 연결되어, 제1송수신기(15a)와 제2송수신기(15b) 모두에 연결된다. 이와 유사하게, 제2안테나(10b)는 제4스위치(18d)를 통해 제1스위치(18a)와 제2스위치(18b)에 전기적으로 연결되어, 제1송수신기(15a)와 제2송수신기(15b) 모두에 연결된다.
이와 같이, 복수의 안테나들의 배열/배치가 조합되면, 이동 로봇의 제어부 또는 MCU(20)는 제1스위치 내지 제4스위치 중 적어도 일부의 동작을 제어하여, 복수의 안테나 조합별로 유효반경을 갖는 영역들을 결정한다.
이와 같이 도 10a에 도시된 4개의 안테나 조합은, (10a, 10b), (10a, 10d), (10c, 10b), (10c, 10d), (10a, 10c), (10b, 10d) 가 된다. 각각의 조합은 2개의 해를 가지므로, 총 12개의 해가 획득된다.
예를 들어, 도 12b를 참조하면, 각각의 조합은 이미지플랜을 기준으로 유효반경을 갖는 영역들이 대칭적으로 존재한다. 대칭적으로 존재하는 영역들을 하나로 볼 경우, 4개의 안테나들(10a, 109b, 10c, 10d)의 조합으로, 총 6개의 유효영역들(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006)이 이미지플랜의 형태로 획득된다.
이 유효영역들(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006) 내에서 유사값이 많은 영역에 존재하는 교점이 참의 해일 것이 확률이 높으므로, 2개의 해 중에서 실제 UWB 태그의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 이동 로봇(100)의 현재 위치를 기준으로 UWB 태그가 전방에 위치하고 있는지 또는 후방에 위치하고 있는지를 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 복수의 안테나를 적절히 조합하여 사용하는 것만으로, 신호를 송신한 UWB 태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지를 파악할 수 있으며, 유효 동작의 각도가 증가된 것과 같은 효과를 획득할 수 있다.
한편, 위에서 설명한 제3안테나, 제4안테나는 평소에는 비활성화 상태를 유지하고 필요한 경우에 활성화되도록 구현될 수 있다. 이를 위해, 제3안테나 및/또는 제4안테나를 활성화시키기 위한 외부모듈이 이동 로봇에 장착되는 형태로 구현될 수 있다.
이와 관련하여, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 또 다른 흐름도이고, 도 12a 및 도 12b는 도 11의 흐름도를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 11을 참조하면, 이동 로봇이, 영역 내에서 신호를 송출하는 위치정보송출기로부터 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호를 수신하는 단계가 개시된다(S1101). 이에 대한 설명은 도 6을 참조하여 자세히 설명하였으므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 즉, 사용 주파수에 따라 제1안테나 및 제2안테나 간의 이격거리가 조절될 수 있다.
다음, 이동 로봇 본체에 구비된 제3안테나에 외부모듈이 연결된 것을 감지하여 제1동작모드를 실행할 수 있다(S1102). 여기에서, 상기 외부모듈은 이동 로봇 본체에 내장된 제3안테나의 동작을 활성화시켜주는 액세서리 모듈을 의미한다. 이러한 외부 모듈의 구조 및 제3안테나와의 연결은 이하 도 12a 및 도 12b를 참조하여 구체적으로 설명하겠다.
제1동작모드의 실행에 따라, 상기 제1안테나, 제2안테나, 제3안테나를 사용하여 위치정보송출기로부터 송신되는 신호를 수신하고, 수신된 신호에 대응되는 위치정보송출기의 상대 위치, 즉 UWB 태그의 상대 위치를 결정한다(S1103).
이와 같이, 제3안테나를 추가로 사용하게 되면, 위에서 도 8a, 도 9a, 도 10a를 참조하여 설명한 바와 같이 유효 동작 각도가 개선되고 복수의 해 중 실제 UWB 태그의 위치를 결정할 수 있다.
한편, 제3안테나와 연결된 외부모듈이 연결 해제되면, 제1동작모드의 실행이 종료된다(S1104). 그에 따라, 단계 S11101로 복귀하여 제1안테나와 제2안테나만을 사용하여 UWB 태그의 위치를 파악한다. 다만, 이때에도 전술한 바와 같이 사용 주파수의 변경에 따라 제1안테나와 제2안테나 간의 이격거리는 조절 가능할 것이다.
구체적으로, 도 12a는 이동 로봇(100)에 포함된 제3안테나에 외부모듈이 연결된 상태를 도시한 것이고, 도 12b는 제3안테나에 연결된 외부모듈이 연결 해제된 상태를 도시한 것이다.
도 12a를 참조하면, 이동 로봇(100)에는 적어도 제3안테나(10c)가 내장되고, 제3안테나(10c)는 케이블(예, RF 케이블 등)을 통해 제3안테나(10c)에 전원을 공급하고 데이터통신이 가능하게 하는 내부모듈(14)에 연결된다. 그리고, 내부모듈(14)이 UWB 칩 등이 내장된 외부모듈(200)과 커넥터(1200')를 통해 전기적으로 연결된 상태이다. 이러한 경우, 이동 로봇의 제어부 또는 MCU(20)는 내부모듈(14)과 외부모듈(200)이 연결된 상태임을 감지하여 제3안테나(10c)를 활성화 상태로 제어한다.
이와 같은 외부모듈(200)은 내부모듈(14)의 일측에 노출된 커넥터로부터 분리될 수 있다. 즉, UWB 칩 등이 내장된 외부모듈(200)은 별도의 액세서리 모듈의 형태로 구현가능하다. 이를 위해, 이동 로봇(100) 본체의 일측에는 제3안테나(10c)와 케이블(13)을 통해 연결된 커넥터 수단(1200a)이 구비되고, 상기 커넥터 수단에는 적어도 하나의 통신 칩(예, UWB 칩)이 내장된 모듈(200)이 장착되었다가 탈착될 수 있다.
구체적으로, 도 12b를 참조하면, 외부모듈(200)은, 이동 로봇의 내부모듈(14)의 제1커넥터(1200a)와 연결되는 제2커넥터(1200b), 프레임(214), 통신 칩(215) 및 제2커넥터(1200b)와 통신 칩(215)을 연결하는 통신선(213)의 구조로 형성될 수 있다.
이때, 상기 통신선(213)은 내부모듈(14)의 통신선과 마찬가지로 약 50옴의 저항값을 가질 수 있다. 또, 제1커넥터(1200a) 및 제2커넥터(1200b)는 USB Type C 커넥터를 사용할 수 있다.
이와 같이, 안테나는 이동 로봇 내부에 미리 설치하여 고정해두고, 통신 칩을 외부모듈을 통해 연결하는 구조를 취함으로써, 마치 USB 메모리를 꽂듯이 간편한 방법으로 추가 안테나를 활성화시킬 수 있고, 추가 안테나 자체는 이동 로봇에 내장함으로써, 외부모듈의 크기를 감소시킬 수 있다. 또, 상기 외부 모듈은 이동 로봇 외에, 안테나가 내장된 다른 전자기기에 동글 형태로 꽂아서 사용할 수 있으므로 활용도가 높다.
이동 로봇의 제어부 또는 MCU는 이와 같은 외부모듈의 장착이 해제된 것이 감지되면, 제3안테나를 활성화 상태에서 비활성화 상태로 전환할 수 있다.
한편, 위에서 설명한 복수의 안테나들은 UWB 신호를 수신하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 신호를 송수신하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 초광대역(Ultra Wide Band, UWB) 신호 외에, 무선 통신 기술 중 하나(예를 들어, 지그비(Zigbee), 지-웨이브(Z-wave), 블루투스(Blue-Tooth) 및 초광대역 무선기술(Ultra-wide Band) 중 하나)에 의해 출력되는 신호, 적외선 신호, 레이저 신호, 초음파 신호 중 적어도 하나를 송수신하도록 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 로봇 및 그 제어방법에 의하면, 사용 주파수에 따라 복수의 안테나들 간의 이격거리를 다르게 결정하고, 결정된 이격거리를 만족하도록 안테나의 위치를 이동시킴으로써, UWB 태그로부터 수신되는 신호에 대응되는 상대 위치를 파악할 수 있다. 또한, 복수의 안테나를 적절히 조합하여 사용하는 것만으로, 신호를 송신한 UWB 태그가 이동 로봇을 기준으로 전방에 위치하고 있는지 후방에 위치하고 있는지를 파악할 수 있으며, 유효 동작의 각도가 증가된 것과 같은 효과를 획득할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 이동 로봇의 제어부(1800)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 본체를 이동시키는 주행부;
    영역 내에서 신호를 송출하는 위치정보송출기와 통신하는 통신부;
    상기 위치정보송출기의 신호에 기반하여 산출된 위치에 근거하여 가상의 경계를 설정하고 상기 본체의 현재 위치가 상기 설정된 경계를 벗어나지 않고 이동하도록 상기 주행부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 통신부는, 상기 위치정보송출기와 신호를 송수신하도록 형성된 송수신기 각각에 제1안테나 및 제2안테나를 구비하고, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나는 이격거리가 조절가능하도록 형성되며,
    상기 제어부는,
    상기 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호가 수신되면, 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리에 대응되는 주파수를 사용하여 상기 본체의 현재 위치를 기준으로 상기 위치정보송출기의 상대위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 중 적어도 하나에는 슬라이딩 가이드모듈이 구비되며, 상기 제어부의 제어명령에 따라 적어도 하나의 안테나가 상기 슬라이딩 가이드 모듈을 따라 이동하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬라이딩 가이드모듈의 복수의 지점 각각에는 스토퍼 수단이 구비되며, 상기 스토퍼 수단은, 상기 슬라이딩 가이드 모듈의 길이방향을 따라 이동하는 안테나가 정지하도록 형성되며,
    상기 제어부는, 상기 제어명령에 따라 선택된 지점의 스토퍼 수단이 구동되도록 상기 슬라이딩 가이드 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리는, 상기 수신된 신호에 매칭되는 사용 주파수에 따라 자동 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 본체의 일 측에는, 상기 결정된 이격거리에 대응되는 위치를 나타내는 복수의 발광 수단이 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 발광 수단 중 상기 결정된 이격거리에 대응되는 위치에 배치된 하나의 발광 수단이 발광하도록 제어하고, 발광한 발광수단에 대응되는 위치에 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 중 어느 하나가 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리의 조절에 따른 복수의 안테나 조합에 기초하여, 각각 상기 제1안테나를 중심으로 유효반경을 갖는 제1영역과 상기 제2안테나를 중심으로 유효반경을 갖는 제2영역의 두 개의 교점을 결정하고,
    상기 결정된 두 개의 교점 중에서 더 많은 유사값을 포함하는 영역의 교점을 상기 위치정보송출기의 상대위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는, 제3안테나 및 제4안테나를 더 포함하고,
    상기 제1안테나 및 제2안테나는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 연결되고, 상기 제3안테나 및 제4안테나는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 연결되며,
    상기 제어부는,
    상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 동작을 제어하여, 복수의 안테나 조합별로 유효반경을 갖는 영역들을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는, 제3안테나를 더 포함하고,
    상기 제1안테나는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 연결되고, 상기 제2안테나는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 연결되며, 상기 제3안테나는 제3스위치를 통해 상기 제1스위치와 상기 제2스위치에 연결되며,
    상기 제어부는,
    상기 제1스위치, 상기 제2스위치, 및 제3스위치의 동작을 제어하여, 상기 제1영역과 상기 제2영역의 유효범위가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 통신부는, 제3안테나 및 제4안테나를 더 포함하고,
    상기 제3안테나는 제1스위치를 통해 제1송수신기에 연결되고, 상기 제4안테나는 제2스위치를 통해 제2송수신기에 연결되고,
    상기 제1안테나는 제3스위치를 통해 상기 제1스위치와 상기 제2스위치에 연결되고, 상기 제2안테나는 제4스위치를 통해 상기 제1스위치와 상기 제2스위치에 연결되고,
    상기 제어부는,
    상기 제1스위치 내지 제4스위치의 동작을 제어하여, 복수의 안테나 조합별로 유효반경을 갖는 영역들을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통신부에는 적어도 제3안테나가 더 포함되며,
    상기 본체의 일측에는 상기 제3안테나와 케이블을 통해 연결된 커넥터 수단이 구비되고, 상기 커넥터 수단에는 적어도 하나의 통신 칩이 내장된 모듈이 장착되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모듈의 장착이 감지된 것에 응답하여, 상기 제3안테나를 활성화 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모듈의 장착이 해제된 것이 감지된 것에 응답하여, 상기 제3안테나를 활성화 상태에서 비활성화 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  13. 영역 내에서 신호를 송출하는 위치정보송출기로부터 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호를 수신하는 단계;
    수신된 신호에 대응되는 주파수에 따라, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 간의 이격거리를 조절하는 단계; 및
    상기 제1안테나 및 상기 제2안테나 간의 이격거리에 대응되는 주파수를 사용하여 상기 신호를 송출한 위치정보송출기의 상대 위치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    이동 로봇 본체에 구비된 제3안테나에 외부모듈의 연결을 감지하는 단계; 및
    상기 감지에 따라 제1동작모드를 실행하고, 상기 제1안테나, 상기 제2안테나, 상기 제3안테나를 사용하여 신호를 수신하며, 수신된 신호에 대응되는 상대위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 외부모듈의 연결이 해제되면, 상기 제1동작모드의 실행을 종료하고 상기 제1안테나 및 제2안테나를 통해 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
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