KR20210093476A

KR20210093476A - 무인도색로봇

Info

Publication number: KR20210093476A
Application number: KR1020200007052A
Authority: KR
Inventors: 지용석; 최민구; 백지훈; 김도준; 박준언; 박재성
Original assignee: 동서대학교 산학협력단
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-07-28
Also published as: KR102366694B1

Abstract

본발명은 무인도색로봇에 관한 것으로, 몸체(100) 내부에 노즐이 연결된 페인트통(10)이 설치되고, 카메라(20)가 설치되며 하부에는 바퀴(30)가 설치되어 카메라(20)에서 보낸 신호를 제어부에서 판단하여 페인트통에서 페인트를 도로에 분사하여 재도색하는 것으로,
본발명은 무인인 장점을 살려 기존 수동도색장비에 비해 인건비를 절약을 할 수 있으며 안전사고에 대비 할 수 있으며, 빠른 시간내에 정확히 그려주는 것이 가능하며, 사용이 쉬우므로 비숙련자도 용이하게 사용할 수 있으며 사용이 편리하며 고장이 적으며 도로의 형태에 상관없이 차선 도색이 가능한 현저한 효과가 있다.

Description

무인도색로봇{Uninhabited Robot}

본발명은 무인도색로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인인 장점을 살려 기존 수동도색장비에 비해 인건비를 절약을 할 수 있으며 안전사고에 대비 할 수 있으며, 빠른 시간내에 정확히 그려주는 것이 가능하며, 사용이 쉬우므로 비숙련자도 용이하게 사용할 수 있으며 사용이 편리하며 고장이 적으며 도로의 형태에 상관없이 차선 도색이 가능한 무인도색로봇에 관한 것이다.

일반적으로 도로의 차선은 안전한 교통여건 조성과 시인성 확보를 위해 각 시 별로 6개월 ~ 2년을 주기로 재도색을 하는 것이 규정하고 있다. 그러나 많은 작업자들이 투입되어 도색하기에는 제작 인력과 예산낭비, 그리고 시간적인 부분에서도 많은 어려움이 있어서 이에 대한 개발이 많이 되고 있다.

일례로서 종래기술인 공개번호 10-2006-0009588 베이스 및 이 베이스에 회동가능하게 연결된 제1암, 상기 제1암에 회동가능하게 연결된 제2암, 상기 제2암에 회동가능하게 연결된 스프레이건(제3암), 상기 암들에 구동력을 제공하는 모터를 포함하고, 각 암의 길이 등을 입력받는 입력부, 상기 입력부로부터 입력된 값들로부터 다관절 로봇의 분사위치를 조정하기 위해 필요한 연산을 수행하는 연산부 및 사용자로부터 입력 받거나 연산된 값들을 기초로 다관절 로봇을 제어하는 제어부를 포함하여서 되는 도색용 다관절로봇의 분사위치 조정방법에 있어서,

a) 상기 베이스와 상기 제1암의 관절점(회동지점)을 0점으로 하고 다관절 로봇과 작업 대상물을 한 평면내에 포함하는 직각좌표계를 정의하는 단계;

b) 상기 암의 관절사이의 각 길이, 작업대상물의 높이, 넓이 등을 입력하는 단계;

c) 상기 제2암과 제3암의 관절점이 위치하게 되는 지점(P2)을 입력하는 단계;

d) 상기 지점 P2가 상기 다관절 로봇의 작업영역(55)내에 위치하는 지를 판단하는 단계;

e) 상기 d) 단계에서 지점 P2가 작업영역내에 있다고 판단하여 결정되면 상기 제3암의 말단점(P3)을 지정하여 입력하는 단계;

f) e) 단계를 통해 상기 말단점(P3)을 통해 분사되는 도색료가 작업 대상물에 도달하는 분사 경로를 확인하여 결정하면, 상기 암들의 관절점 및 운동각을 연산하는 단계; 및

g) 상기 f) 단계를 통해 상기 암들의 관절점 및 운동각이 결정되면 이를 저장하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 도색용 다관절로봇의 분사위치 조정방법이 공개되어 있다.

또한, 공개특허공보 공개번호 10-2001-0025555호에는 SMA 포장도로와 시멘트콘크리트 포장도로 및 종래의 전포장도로에 차선도색을 하는데 있어서 도색차량의 진행방향과 반대방향의 양방향으로 스프레이를 동시에 하여 균일한 방향성을 가지는 차선도색방법과 장치 및 흡입된 유리알을 구동시켜 고르게 자연낙하식으로 안착하여 고착시키는 장치가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 구조가 복잡하거나 사용이 어려우며, 도색이 느리거나 부정확한 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 무인인 장점을 살려 기존 수동도색장비에 비해 인건비를 절약을 할 수 있으며 안전사고에 대비 할 수 있으며, 빠른 시간내에 정확히 그려주는 것이 가능하며, 사용이 쉬우므로 비숙련자도 용이하게 사용할 수 있으며 사용이 편리하며 고장이 적으며 도로의 형태에 상관없이 차선 도색이 가능한 무인도색로봇을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 무인도색로봇에 관한 것으로, 몸체(100) 내부에 노즐이 연결된 페인트통(10)이 설치되고, 카메라(20)가 설치되며 하부에는 바퀴(30)가 설치되어 카메라(20)에서 보낸 신호를 제어부에서 판단하여 페인트통에서 페인트를 도로에 분사하여 재도색하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 무인인 장점을 살려 기존 수동도색장비에 비해 인건비를 절약을 할 수 있으며 안전사고에 대비 할 수 있으며, 빠른 시간내에 정확히 그려주는 것이 가능하며, 사용이 쉬우므로 비숙련자도 용이하게 사용할 수 있으며 사용이 편리하며 고장이 적으며 도로의 형태에 상관없이 차선 도색이 가능한 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명 무인도색로봇 사진
도 2는 본발명 무인도색로봇 내부사진
도 3은 본발명 무인도색로봇 사시도
도 4는 도 3의 카바가 열린상태도
도 5는 도 3의 평면도
도 6은 본발명 무인도색로봇 바퀴 상세도
도 7은 본발명 무인도색로봇 전면부 차선인식시스템에 의한 사진
도 8은 본발명 무인도색로봇 후방부 차선확인시스템에 의한 사진
도 9는 본발명 무인도색로봇 회로도
도 10은 본발명 무인도색로봇 제어블록도

또한, 상기 카메라(20)는 전방카메라(21)와 후방카메라(22) 두 개가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전방에는 거리감지센서가 설치되어 거리신호를 제어부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전방에는 송풍기가 설치되어, 도색할 라인의 잔해물을 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체상면에는 배터리 잔량유무, 페인트 잔여량을 표시하는 디스플레이(60)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐에는 페인트폭조절부가 설치되어 노즐에서 분사되는 페인트의 폭을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본발명 무인도색로봇 사진, 도 2는 본발명 무인도색로봇 내부사진, 도 3은 본발명 무인도색로봇 사시도, 도 4는 도 3의 카바가 열린상태도, 도 5는 도 3의 평면도, 도 6은 본발명 무인도색로봇 바퀴 상세도, 도 7은 본발명 무인도색로봇 전면부 차선인식시스템에 의한 사진, 도 8은 본발명 무인도색로봇 후방부 차선확인시스템에 의한 사진, 도 9는 본발명 무인도색로봇 회로도, 도 10은 본발명 무인도색로봇 제어블록도이다.

본발명 무인도색로봇은 직육면체 형상의 철제의 몸체(100) 내부에 노즐이 연결된 페인트통(10)이 설치되고, 카메라(20)가 설치되며 하부에는 바퀴(30)가 설치되어 카메라(20)에서 보낸 신호를 제어부에서 판단하여 페인트통에서 페인트를 도로에 분사하여 재도색하는 것이다.

상기 카메라(20)는 전방카메라(21)와 후방카메라(22) 두 개가 설치된다.

그리고 상기 전방에는 거리감지센서가 설치되어 거리신호를 제어부로 전송한다.

그리고 상기 전방에는 송풍기가 설치되어, 도색할 라인의 잔해물을 불어서 제거한다.

또한, 상기 몸체상면에는 배터리 잔량유무, 페인트 잔여량을 표시하는 디스플레이(60)가 설치되어 있다.

상기 노즐에는 페인트폭조절부가 설치되어 노즐에서 분사되는 페인트의 폭을 조절하는 것이다.

본발명의 제어부는 Open CV를 사용하며, Open CV (Open Source Computer Vision)는 컴퓨터가 인간처럼 입체적으로 볼 수 있도록 만들 수 있는 소프트웨어로 라인 인식, 사물 추적, 등을 포함하는 컴퓨터비전 응용 프로그램 개발을 지원한다.

제어부는 영상처리 된 결과값을 통해 컴프레셔 내지 모터가 설치되는 소형 페인트통을 작동시켜 페인트 분사를 제어 하며 각 센서들과 각 기기를 연계제어한다.

본발명의 카메라중 전방카메라는 매핑(mapping)을 통하여 거리 측정 및 차선을 인식하여 진행방향을 탐색한다.

후방은 그려진 도색라인을 후면에서 화소값들의 산술적 평균을 구하는 필터, 다양한 종류의 잡음 성분을 제거 하고 오차가 있을 시 보정한다. 이를 통해 도색의 완성도를 높이는 데 활용된다.

본발명의 페인트통은 입구로부터 분사 방향을 수직상방으로 하고, 하단 부분에 몸체 프레임에 끼우는 방식으로 설치되어 제어부가 리니어액츄에이터를 제어하여 압력에 의해 분사한다. 또는 모터를 제어하고 모터에 연결된 압축기의 회전은 래크에 의해 왕복운동으로 바뀌어 래크에 연결된 로드의 전진에 의한 압력에 의해 분사한다. 또는 펌프를 작동시켜 펌프에서 분사되게 할 수 있다. 또는 상기 리니어액츄에이터 대신 에어 콤프레샤와 노즐을 통해 정확한 양과 분사압력, 폭 제어를 가능하게 할 수 있다. 연결된 스프레이 분사노즐의 관경 내지 분사위치 높이를 제어하여 도색라인의 폭을 조절 할 수 있다.

전면카메라 기능은 opencv 기반 도로의 라인 인식 / 도로폭 데이터를 미리 입력하고 입력된 데이터와 오차 발생시 피드백제어를 통해 원래 진행하려했던 방향으로 나아가게 한다.

전면부 카메라를 통해 매핑(mapping)을 하여 거리 측정 및 차선을 인식하여 진행방향을 탐색한다.

후면부카메라 기능은 재도색 된 라인의 오류 유무를 파악하고 실시간으로 도색된 라인을 모니터링 한다.

거리감지 센서는 센서를 통해 주변 물체 인식 및 정지토록 제어부에 신호를 전송한다.

페인트폭 조절용 노즐은 분사되는 부분에 페인트폭, 곧 노즐의 지름을 조절 및 깔끔한 도색이 가능한 장치로서 관경이 조리개 방식의 수동 내지 관용의 자동유체밸브처럼 노즐관경이 개폐부재에 의해 자동으로 축소 내지 확대되게 조절되게 구성되어 있다.

디스플레이는 배터리 잔량 유무, 페인트 잔여량을 표시한다.

본발명의 블루투스 기능은 실시간으로 모니터링 하여 컨트롤러를 통해 실시간 제어 가능 / 비상발생시 긴급 안전조치를 위한 기능이다. 예를 들어, 정지, 전원해제 등이 있다.

전면부 송풍기는 도색할 라인의 잔해물을 정리하는 것으로, 카메라에 의해 잔해물이 발견되면 제어부의 지시에 의해 작동되거나, 온오프와 연동되어 전면에 설치하여 도색전 미리 송풍토록하여 노면상 잔해물을 미리 제거하게 한다. 또는 후면에 설치하여 도색후 송풍토록하게 할 수 있다.

그리고 전면부에는 라이트를 설치하여 광센서에 의해 흐리거나 어둠을 감지하여 일정조도 이하일시 신호를 받아 제어부는 자동으로 라이트를 온시켜서 작업에 안전을 기한다.

바퀴는 swerve motor를 사용하여 곡선주행을 정밀제어 가능한 것으로, swerve바퀴를 채택함으로써 원하는 진행방향으로 부드럽게 작동이 가능하다.

안정적인 컨트롤을 위한 4개의 바퀴를 설치하며, 바퀴 하나당 2개의 모터가 내장된다.

축의 회전방향을 바꿔주는 정역이 가능한 스텝 모터를 사용한다.

총 4개의 바퀴, 총 8개의 모터를 사용한다.

본발명의 작동 과정은 먼저 직교 좌표상에서 목적지를정하고, 남은거리 계산후 이동한다. 매시간 로봇에 탑재된 CCD카메라로부터 영상을 캡쳐하여 경로를 계산한다. 차선인식방법은 MS Visual C++로 작성한 차선 검출 프로그램을 사용한다. 차선확인방법은 저역 통과 필터와 화소값의 평균을 이용한 영상처리방법에 의하며 다양한 종류의 잡음 성분을 제거하는데 효과적이다. 2. 차선 표면의 노이즈 제거에 효과적이다. 한편, 본발명은 페인트 분사부 압력감지센서가 설치되어 페인트 분사시 일정한 압력으로 분사되는지 확인 후 피드백 제어한다. 그리고 동체 전면 하단부 레이더 센서가 설치되어 노면의 상태를 확인하며 고르지 못한 노면이 있을 시 정지 시킨다. 그리고 페인트를 담고 있는 통 내부에는 믹서를 이용해 도료재 굳음 방지 및 희석한다.

본발명의 다른 실시례로서 분사속도를 일정하게 하고 무인도색로봇의 전진속도를 곧 바퀴회전속도를 가변할 수 있는 것으로, 데이타베이스에 페인트의 종류에 따른 속도 데이터를 입력해두고, 페인트에 맞는 속도로 전진하게 한다. 한편, 도색페이트를 분사하는 노즐의 폭에 따라 전진속도를 달리할 수 있는 것으로 폭이 넓으면 느리게 전진하고 좁으면 빨리 전진토록한다. 몸체에는 진동감지센서가 설치되어, 지진등이 발생되면, 무인도색로봇이 멈추게 한다. 그리고 전면에는 충격감지센서가 부착되어 카메라값이나 거리감지센서가 잘못읽혀져 전방물체에 충돌이 발생하면 무인도색로봇이 멈추게 한다. 그리고 자이로센서가 설치되어 일정 경사 이상의 경사면에서는 무인도색로봇이 멈추게 한다. 또한 결빙감지센서가 설치되어 육안에 의해 미처 파악되지 않은 결빙구간이 있으면 구간을 뛰어남고 결빙이 안된 부분을 도색하되 전복등의 위험이 있으므로 최대한 서행되게 속도를 늦추게 제어부는 제어한다.

100 : 몸체 10 : 페인트통
20 : 카메라 21 : 전방카메라
22 : 후방카메라 30 : 바퀴
60 : 디스플레이
70 : 뚜껑

Claims

몸체(100) 내부에 노즐이 연결된 페인트통(10)이 설치되고, 카메라(20)가 설치되며 하부에는 바퀴(30)가 설치되어 카메라(20)에서 보낸 신호를 제어부에서 판단하여 페인트통에서 페인트를 도로에 분사하여 재도색하는 것을 특징으로 하는 무인도색로봇
제1항에 있어서, 상기 카메라(20)는 전방카메라(21)와 후방카메라(22) 두 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 무인도색로봇
제2항에 있어서, 상기 몸체상면에는 배터리 잔량유무, 페인트 잔여량을 표시하는 디스플레이(60)가 설치되는 것을 특징으로 하는 무인도색로봇