KR20210127075A - 무인지게차 시스템 - Google Patents

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KR20210127075A
KR20210127075A KR1020210013961A KR20210013961A KR20210127075A KR 20210127075 A KR20210127075 A KR 20210127075A KR 1020210013961 A KR1020210013961 A KR 1020210013961A KR 20210013961 A KR20210013961 A KR 20210013961A KR 20210127075 A KR20210127075 A KR 20210127075A
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박문수
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Abstract

본 발명은 작업영역 내에서의 자기위치 및 화물 적재 및 하역시 장애물의 위치를 정확히 인식할 수 있는 무인지게차 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 무인지게차 시스템은 무인지게차의 전면부 상단측에 구비되어 레이더를 지속적으로 조사하며, 작업영역의 공간을 정의하는 구조물에 구비된 반사표식에서 반사되는 레이저를 통해 무인지게차의 자기위치를 파악하는 위치인식센서; 무인지게차의 전면부 하단측에 구비되어 작업영역 지면 근방의 장애물을 감지하는 제 1 센서; 무인지게차의 전면부 상단측에 구비되어 제 1 센서에 의해 감지되지 않는 지면으로부터 일정 높이 상의 장애물을 감지하는 제 2 센서; 포크를 구성하는 두 개의 외팔보 사이의 리프트 일 지점에 구비되어 팔레트가 적재되는 선반과의 거리 또는 팔레트와의 거리를 측정하는 포크레이저센서; 포크를 구성하는 외팔보 각각의 전방측에 구비되는 제 1 포크광전센서와 제 2 포크광전센서; 및 무인지게차의 전면부 및 후면부에 구비된 제반 센서로부터 입력되는 센싱신호를 처리함과 함께 무인지게차의 주행 및 작업장치를 제어하는 제어컴퓨터;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

무인지게차 시스템{Autonomous Forklift Truck}
본 발명은 자동화 지게차 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사람이 탑승하거나 직접적으로 조작하지 않더라도, 컴퓨터 및 네트워크 시스템에 의해 자동적으로 지게차의 이송 및 하역작업을 수행할 수 있는 무인지게차 시스템에 관한 것이다.
물류산업시스템의 생산체제가 자동화, 무인화되는 추세에 따라 건물이나 공장 내에서 제품의 운반을 담당하는 AGV(Autonomous Guided Vehicles: 자율형 운송차)의 사용이 증가하고 있다. 자율형 지게차(Autonomous Forklift Truck 또는 무인지게차)는 임의의 작업 환경에 대해서 자율적인 판단 능력과 정확하고 안전한 작업능력이 요구된다. 이러한 특징으로 인해 무인지게차는 제한된 작업영역이나 제한된 주행/이송만 가능한 기존의 무인반송차량(Un-manned transport vehicle)과는 달리 다양한 작업환경을 가지는 유연성을 가질 수 있게 된다. 이런 이유로 무인지게차는 사람의 접근이 어려운 유해환경 등에 이용될 수 있으며, 기존의 창고시스템에서 물자 운반 및 하역(Material Handling)을 자동화시키는 용도로 이용될 수 있다.
또한 최근에는 지능화된 무인지게차를 구현하기 위해 주변 환경인식, 경로계획, 충돌회피, 위치인식 기술과 같은 요소기술 분야에 많은 연구가 이루어지고 있다.
무인지게차는 이동중 현재위치를 주기적으로 파악하기 위한 위치 인식기술이 요구되며, 고정 장애물이나 이동 장애물을 스스로 판단하여 이러한 장애물과의 충돌회피를 하기 위한 적절한 경로를 다시 생성하는 기능도 함께 요구된다. 이러한 기능들을 통해 무인지게차는 사람의 도움 없이 스스로 판단하고 주행하며, 주어진 작업을 이행할 수 있게 된다. 이로 인해 생산라인이나 교체나 변경 없이 그 효율성을 높일 수가 있다. 또 무인지게차의 큰 역할은 자체의 동력을 가지며 운송의 정확성을 위해 주어진 반복적 작업을 정밀하고, 안전하게 수행하는 것이며 현재에도 많은 산업현장 분야에 적용하여 사용하고 있다. 무인지게차 개발/적용에 관한 연구와 그 구현에 대한 다양한 방법들이 연구되어 왔으며, 위의 많은 연구로부터 무인지게차의 산업적 효용성과 경제적 효과가 입증되고 있고, 이를 이용한 산업현장에서의 적용범위가 점차 확대되고 있다. 하지만, 작업환경 전체를 파악하고 무인지게차의 자율적 작업에 관한 사항은 아직 명확하게 표현되어 있지 않은 문제점이 있어 왔다.
한국등록특허 제1784567호
본 발명은 작업영역 내에서의 작업공간 내에서 이송과 하역작업을 자동화할 수 있는 무인지게차 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인지게차 시스템은 무인지게차의 상단측에 구비되어 레이저를 조사하며, 작업영역의 공간을 정의하는 구조물에 구비된 반사표식 또는 고정적 실내지형의 형상적 특징에 의해 반사되는 레이저 스캔을 통해 무인지게차의 주행동작 및 회전동작시 무인지게차의 위치를 파악하는 위치인식센서; 무인지게차의 좌우측에 각각 구비되어 무인지게차의 회전동작시 회전경로 상의 장애물 유무를 감지함과 함께 언로딩동작시 두 개의 선반 기둥을 감지하여 팔레트가 적하될 위치를 가이드하는 제 3 센서; 포크를 구성하는 두 개의 외팔보 사이의 리프트 일 지점에 구비되어 팔레트가 적재되는 선반과의 거리 또는 팔레트와의 거리를 측정함과 함께 로딩동작시 팔레트에 구비된 팔레트홀 감지용 반사표식에 레이저를 조사하고 반사된 레이저의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신하는 포크레이저센서; 무인지게차의 전면부 및 후면부에 구비된 제반 센서로부터 입력되는 감지신호를 처리함과 함께 무인지게차 제어서버와 연동하여 무인지게차의 주행동작, 회전동작, 로딩동작 및 언로딩동작을 제어하는 제어컴퓨터;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 포크레이저센서는 팔레트홀 감지용 반사표식이 구비된 팔레트를 향하여 일정 시간 내에 레이저를 반복하여 조사하여 복수의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신하며, 상기 위치정보는 레이저가 조사된 위치의 2차원 좌표정보이며, 반사도 데이터는 레이저가 조사된 위치의 정량 명암데이터이며, 각 반사도 데이터마다 레이저가 조사된 위치의 위치정보가 함께 수신되며, 상기 제어컴퓨터는 일정 기준값 이상의 반사도 데이터에 대해 각 반사도 데이터의 위치정보를 평균하여 위치정보 평균값을 산출하며, 산출된 위치정보 평균값을 팔레트홀 감지용 반사표식이 위치하는 지점으로 특정한다.
언로딩동작시 무인지게차의 좌우측에 각각 구비된 제 3 센서가 두 개의 선반 기둥을 감지하고, 상기 제어컴퓨터는 제 3 센서에 의해 감지된 선반 기둥의 위치정보를 바탕으로 선반 기둥과 선반 기둥 사이의 팔레트가 적재될 선반 위치를 특정한다.
상기 주행동작은, 제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 주행에 필요한 형상맵 기반의 목적지 노드 정보를 수신하는 과정과, 제어컴퓨터가 수신된 목적지 노드 정보를 바탕으로 형상맵 상에서 목적지 노드로 가기 위한 경로를 생성하는 과정과, 생성된 경로를 따라 무인지게차가 주행하도록 제어컴퓨터가 무인지게차의 주행모터, 조향모터를 제어하는 과정을 포함하여 구성된다.
상기 회전동작은, 제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 도착각도 정보를 수신하는 과정과, 제어컴퓨터가 도착각도 정보 기반 하에 조향모터를 제어하여 무인지게차를 도착각도만큼 회전시키는 과정을 포함하여 구성되며, 무인지게차의 회전동작시 회전경로 상의 장애물 유무는 제 3 센서에 의해 감지된다.
상기 로딩동작은, 제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 팔레트가 적재되어 있는 위치의 선반 높이정보를 수신하는 과정과, 팔레트홀의 위치를 감지하는 과정과, 포크가 팔레트홀에 위치하도록 포크의 좌우이동 및 포크를 이루는 두 외팔보 사이의 간격을 조절하는 과정과, 포크레이저센서를 이용하여 포크와 팔레트홀 사이의 거리를 측정하고 그에 기반하여 포크를 전진이동시켜 포크를 팔레트홀에 삽입시키는 과정을 포함하여 구성되며, 상기 팔레트홀의 위치를 감지하는 과정은, 포크레이저센서가 팔레트홀 감지용 반사표식이 구비된 팔레트를 향하여 일정 시간 내에 레이저를 반복하여 조사하여 복수의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신하고, 제어컴퓨터가 일정 기준값 이상의 반사도 데이터에 대해 각 반사도 데이터의 위치정보를 평균하여 위치정보 평균값을 산출하고 산출된 위치정보 평균값을 팔레트홀 감지용 반사표식이 위치하는 지점으로 특정함으로써 팔레트홀의 위치를 감지한다.
상기 언로딩동작은, 무인지게차의 제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 선반 높이정보를 수신하여 수신된 선반 높이정보에 기반하여 리프트를 해당 선반 높이만큼 상승시키는 과정과, 팔레트가 적재될 선반의 위치를 특정하는 과정과, 팔레트가 적재될 선반의 위치가 특정된 상태에서, 제어컴퓨터가 제 3 센서를 통해 무인지게차와 선반 기둥 사이의 거리를 측정하고 그에 기반하여 포크를 좌우방향 및 전진이동시켜 팔레트가 적재될 선반의 상부에 위치시키는 과정과, 리프트를 하강시켜 팔레트를 선반에 적재하는 과정을 포함하여 구성되며, 상기 팔레트가 적재될 선반의 위치를 특정하는 과정은, 무인지게차의 좌우측에 각각 구비된 제 3 센서가 두 개의 선반 기둥을 감지하고, 제어컴퓨터가 제 3 센서에 의해 감지된 선반 기둥의 위치정보를 바탕으로 선반 기둥과 선반 기둥 사이의 팔레트가 적재될 선반 위치를 특정한다.
무인지게차의 전면부 하단측에 구비되어 작업영역 지면 근방의 장애물을 감지하는 제 1 센서; 무인지게차의 전면부 상단측에 구비되어 지면으로부터 일정 높이 상의 장애물을 감지하는 제 2 센서;를 더 포함할 수 있다.
포크를 구성하는 외팔보 각각의 전방측에 구비되는 제 1 포크광전센서와 제 2 포크광전센서;를 더 포함하여 이루어지며, 제 1 포크광전센서는 작업장치의 중심측에 배치되고, 제 2 포크광전센서는 작업장치 외부측에 배치되며, 상기 제 1 포크광전센서는 로딩동작시 팔레트홀이 존재하는지 여부를 감지하며, 제 2 포크광전센서는 언로딩동작시 포크가 전방으로 이동하는 과정에서 포크의 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지한다.
리프트의 높이를 측정하는 제 1 와이어센서, 두 외팔보가 좌측 또는 우측으로 시프트된 경우 시프트된 위치를 측정하는 제 2 와이어센서, 포크의 전방이동거리를 측정하는 제 3 와이어센서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무인지게차 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
작업영역 내에서 자기위치와 방향을 정확히 인식하면서, 화물 적재 및 이재의 하역작업시 랙 및 팔레트에 대한 작업 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인지게차의 전면부를 나타낸 참고도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인지게차의 후면부를 나타낸 참고도.
도 5는 주행동작을 설명하기 위한 순서도.
도 6은 회전동작을 설명하기 위한 순서도.
도 7은 로딩동작을 설명하기 위한 순서도.
도 8은 언로딩동작을 설명하기 위한 순서도.
도 9는 형상맵에 대한 편집작업 사용 예를 나타낸 참고도.
도 10은 팔레트홀 감지를 위해 팔레트에 반사표식이 구비된 것을 나타낸 참고도.
도 11은 선반 기둥의 반사표식을 나타낸 참고도.
본 발명은 복수의 라이다(LiDAR) 센서를 기반으로 작업영역 내에서 자기위치를 정확히 인식함과 함께 화물 적재 및 이재 등의 하역작업시 장애물과의 거리를 정확히 측정하여 작업 안정성을 향상시킬 수 있는 무인지게차 시스템에 관한 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무인지게차 시스템에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인지게차 시스템은 복수의 센서와, 이들 센서로부터 입력되는 감지신호를 처리함과 함께 무인지게차의 주행 및 작업장치를 제어하는 제어컴퓨터(도시하지 않음)를 포함하여 이루어진다.
무인지게차 시스템에 구비되는 복수의 센서는 작업영역 내에서 무인지게차의 위치를 인식하기 위한 감지신호 그리고 작업시 장애물 및 주변 물체와의 거리를 측정하기 위한 감지신호를 발생시킨다.
무인지게차는 작업장치가 구비되는 후면부와 그 반대방향의 전면부로 구분되며, 상술한 복수의 센서는 무인지게차의 전면부 및 후면부에 구비되며, 각 센서의 기능에 따라 무인지게차의 전면부 또는 후면부에 장착된다. 참고로, 무인지게차는 전면부 방향이 주행방향이며, 후면부 방향이 후진방향에 해당된다.
먼저, 무인지게차의 전면부에 장착되는 센서를 살펴보면 다음과 같다. 무인지게차의 전면부 상단측에는 위치인식센서(1)가 구비된다. 상기 위치인식센서(1)는 작업영역 내에서의 무인지게차의 자기위치를 파악하기 위한 것으로서, 라이다(LiDAR)로 구성될 수 있다. 상기 라이다는 세부적으로, 레이저송신부, 수신부, 구동 및 데이터처리모듈로 구성될 수 있다.
무인지게차의 자기위치를 파악하기 위해서는 상기 라이다 이외에 레이저를 반사하는 반사표식이 필요하며, 반사표식은 작업영역의 공간을 정의하는 구조물에 수 m ∼ 수십 m 간격을 두고 배치된다. 무인지게차의 이동시 무인지게차의 위치인식센서(1)는 레이저를 지속적으로 조사하며, 작업영역의 공간을 정의하는 구조물에 구비된 반사표식에서 반사되는 레이저를 통해 무인지게차의 자기위치를 파악할 수 있다. 또한 이 기술은 별도의 반사표식 설치 및 설정 없이도 가능하며, 실내 창고의 경계벽과 고정구조물을 토대로 구성된 형상맵에 대한 정보를 통해서도 컴퓨터 내에서 위치인식 처리를 통해 가능하다.
다음으로, 무인지게차의 전면부에 있어서 하단측과 상단측에 각각 제 1 센서(2), 제 2 센서(9)가 구비된다. 무인지게차의 전면부 하단측에 구비되는 제 1 센서(2)는 무인지게차의 전방충격범퍼(10) 일측에 구비되며, 작업영역 지면 근방의 장애물을 감지하는 역할을 한다. 또한, 무인지게차의 전면부 상단측에 구비되는 제 2 센서(9)는 제 1 센서(2)에 의해 감지되지 않는 지면으로부터 일정 높이 상의 장애물을 감지하는 역할을 한다. 일 실시예로, 제 1 센서(2)에 의해 지면 근방의 장애물이 100∼200cm 이내에 감지되었을 때 무인지게차를 비상정지되도록 할 수 있고, 제 2 센서(9)에 의해 장애물이 1m 이내에 위치하는 경우 무인지게차를 비상정지시킬 수 있다.
또한, 무인지게차의 전면부 일측에 경고등(3) 및 알람램프(4)가 구비될 수 있다. 경고등(3)은 주행 중 제 1 센서(2) 또는 제 2 센서(9)에 의해 장애물이 감지된 경우 경고음을 발생시키며, 알람램프(4)는 무인지게차가 정상작동시 녹색, 주의필요시 황색, 에러발생시 적색 표시를 한다. 이와 함께, 무인지게차의 전면부 일측에 무인지게차 제어서버와의 통신을 위한 무선송수신시스템(11)이 구비되며, 무인지게차의 동작상태 및 작업현황을 파악할 수 있는 터치스크린 디스플레이(6)가 구비될 수 있다. 아울러, 수동운전과 자동운전을 변환하기 위한 수동/자동 조작스위치(7), 비상정지를 위한 비상정지스위치(8), 수동운전을 위한 조이스틱(5), 그리고 전방충격범퍼(10)가 구비될 수 있다. 아울러, 충방전이 가능한 배터리 충전시스템(도시하지 않음)이 무인지게차 일측에 구비된다.
무인지게차의 후면부에 장착되는 센서들은 다음과 같다. 무인지게차의 후면부에 장착되는 센서들은 무인지게차의 작업장치의 동작에 관련된 센싱신호를 발생시킨다. 무인지게차의 작업장치는 크게 리프트와 포크로 구분된다. 리프트는 사다리차의 사다리 구조물과 같이 수직방향으로 일정 길이 연장되는 구조물을 일컬으며, 상기 포크는 두 개의 외팔보가 젓가락 형태로 나란히 배치된 것으로서 리프트의 일측에 고정되어 리프트의 상하이동에 따라 함께 이동된다. 상기 포크 상에 화물 예들 들어, 팔레트가 적재되거나 리치 상의 팔레트가 하역될 수 있다. 화물의 적재 및 하역을 위해 포크는 리프트와의 상하이동 이외에 전후이동이 가능하다.
상술한 바와 같이 상기 포크는 나란히 배치되는 두 개의 외팔보로 구성되는데, 두 개의 외팔보 사이의 리프트 일 지점에 포크레이저센서(12)가 구비된다. 포크레이저센서(12)는 팔레트가 적재되는 선반과의 거리 또는 팔레트와의 거리를 측정하는 역할을 하면서, 포크를 구성하는 두 개의 외팔보 상면에 대하여 포크레이저센서(12)의 레이저스캔 레이어는 수 mm 이상 1 cm 미만의 높이 범위 안의 평면 상에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 포크가 팔레트를 로딩하기 위한 팔레트홀 진입시, 반사된 레이저 포인트들에 대한 분석과 알고리즘 처리를 통해, 팔레트홀 또는 팔레트 중앙부를 감지하여, 두개의 포크 외팔보가 팔레트홀에 안전하게 진입하는 것을 유도하는 역할을 한다. 포크레이저센서(12)에 의한 팔레트홀 감지는 <위치정보 및 반사도 데이터>를 기반으로 진행되는데 이에 대해서는 후술하는 '로딩동작'에 대한 설명에서 상세히 기술하기로 한다.
또한, 포크를 구성하는 외팔보 각각에는 전방측에 제 1 포크광전센서(13)와 제 2 포크광전센서(14)가 구비된다. 제 1 포크광전센서(13)는 내측에 구비되고, 제 2 포크광전센서(14)는 외측에 구비된다. 여기서, 제 1 포크광전센서(13)와 제 2 포크광전센서(14)는 동일선상에 구비되는데, 상기 내측이라 함은 작업장치의 중심을 향하는 방향을 의미하며, 외측은 작업장치의 외부를 향하는 방향을 의미한다.
상기 제 1 포크광전센서(13)는 장애물 감지 거리설정을 통해, on/off 출력이 가능한 센서로서, 작업시 환경에 따라, 로딩동작시 포크의 팔레트 홀 진입 중의 장애물 조우 여부 또는 언로딩동작시 선반에 팔레트를 적재하기 직전, 대상 선반 공간에 이미 존재하는 부하물이 있는지를 안전상 재확인하는 절차를 위하여 이용된다. 각 외팔보에 존재하는 두 개의 광전센서 중 바깥쪽은 거리감도를 1m 이상으로 설정하여, 로딩 중복 여부를 감지하고, 안쪽에는 거리감도를 10 cm 미만의 최소로 하여, 팔레트 홀 진입 안전을 감지한다. 즉, 제 2 포크광전센서(14)는 팔레트 적재를 위해 포크가 전방으로 이동하는 과정에서 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 센싱하는 감지하는 역할을 하며, 제 2 포크광전센서(14)에 의해 장애물이 감지되면 무인지게차는 비상정지된다.
제 1 와이어센서(15), 제 2 와이어센서(도시하지 않음), 제 3 와이어센서(도시하지 않음)가 구비된다. 상기 제 1 와이어센서(15)는 리프트의 높이를 측정하며, 상기 제 2 와이어센서는 두 외팔보가 좌측 또는 우측으로 시프트된 경우 시프트된 위치를 측정하며, 상기 제 3 와이어센서는 포크의 전방이동거리를 측정한다. 제 1 와이어센서(15), 제 2 와이어센서, 제 3 와이어센서는 작업장치의 일측에 구비되며, 일 실시예로 리프트의 일측 또는 마스트의 일측에 구비될 수 있다.
또한, 무인지게차의 후면부에 있어서 좌우 후방범퍼(17) 상에 각각 제 3 센서(16)가 구비된다. 포크 상의 팔레트를 선반에 하역함에 있어서 무인지게차의 선반으로의 이동거리를 계산하기 위해 선반 및 선반 기둥에는 반사표식이 구비되며(도 10 및 도 11 참조), 상기 제 3 센서(16)는 반사표식에 레이저 스캔 데이터의 거리와 강도를 조사하고, 이를 환경에 쉽게 오인되지 않도록, 강인한 선반 위치 인식률을 확보함으로써 무인지게차와 선반 사이의 상대적인 위치와 방향을 측정할 수 있다.
상기 제어컴퓨터는 무인지게차의 전면부 및 후면부에 구비된 제반 센서로부터 입력되는 센싱신호를 처리함과 함께 무인지게차 제어서버와의 연동을 통해 무인지게차의 주행 및 작업장치를 제어한다.
상기 제어컴퓨터는 무선송수신시스템과 함께 무인지게차에 탑재되어 상술한 제반 센서로부터 입력되는 감지신호를 무선송수신시스템을 통해 무인지게차 제어서버로 전송하며, 이와 함께 무인지게차 제어서버로부터 작업경로 등과 같은 맵 정보 및 무인지게차 동작에 대한 제어신호를 수신한다.
제어컴퓨터와 무인지게차 제어서버의 연동에 의해 무인지게차는 크게 4가지 단위동작 즉, 주행동작, 회전동작, 로딩(loading)동작, 언로딩(unloading)동작을 수행할 수 있다. 주행동작, 회전동작, 로딩동작, 언로딩동작을 통해 무인지게차의 이동, 팔레트의 적재 및 적하가 가능하게 된다.
각 단위동작에서 무인지게차에 탑재된 제어컴퓨터는 무인지게차 제어서버로부터 주행에 필요한 목적지 노드 정보, 회전에 필요한 도착각도 정보, 로딩 및 언로딩에 필요한 선반 높이정보를 수신함과 함께 무인지게차에 탑재된 제반 센서로부터 입력되는 감지신호를 기반으로 한 장애물 감지, 동작 진행여부를 제어하는데, 상기 4가지 각 단위동작은 구체적으로 다음과 같이 진행된다.
먼저, 주행동작은 다음과 같이 진행된다(도 5 참조).
무인지게차에 탑재된 제어컴퓨터는 무인지게차 제어서버로부터 주행에 필요한 형상맵 기반의 목적지 노드 정보를 수신한다(S501). 무인지게차의 활동공간인 작업공간은 복수의 노드(점)로 이루어진 2차원 형상맵으로 정의되고, 무인지게차의 최종 도착지인 목적지 노드 정보가 무인지게차 제어서버에 의해 생성되어 무인지게차의 제어컴퓨터로 전송된다.
무인지게차의 제어컴퓨터는 수신된 목적지 노드 정보를 바탕으로 형상맵 상에서 목적지 노드로 가기 위한 경로를 생성한다(S502)(도 9 참조). 목적지 노드로 가기 위한 경로의 생성은 공지의 경로 알고리즘 예를 들어, Djikstra 알고리즘 등을 이용할 수 있다.
제어컴퓨터는 생성된 경로를 따라 무인지게차가 주행하도록 무인지게차의 주행모터, 조향모터를 제어한다(S503)(S504). 이 때, 생성된 경로는 노드를 연결한 것임에 따라, 각 노드를 경유할 때마다 경로는 갱신된다.
생성된 경로를 따라 무인지게차가 주행하는 과정에서 장애물 유무를 감지하고 그에 따라 무인지게차의 계속적인 주행 또는 정지가 요구되는데, 무인지게차의 주행 과정에서의 장애물 유무는 제 1 센서(2) 및 제 2 센서(9)에 의해 감지된다. 앞서 기술한 바와 같이, 제 1 센서(2)는 무인지게차의 전방충격범퍼(10) 일측에 구비되어 작업영역 지면 근방의 장애물을 감지하는 역할을 하며, 제 2 센서(9)는 제 1 센서(2)에 의해 감지되지 않는 지면으로부터 일정 높이 상의 장애물을 감지하는 역할을 한다. 제 1 센서(2) 또는 제 2 센서(9)에 의해 주행 경로 상에서 장애물이 감지되면 제어컴퓨터는 무인지게차의 주행동작을 일시정지시키고, 장애물이 해제되면 주행동작을 재개시킨다.
회전동작은 다음과 같이 진행된다.
회전동작은 무인지게차가 제자리에서 회전되는 동작을 의미하며, 팔레트를 적재하거나 적하할 때 회전동작이 요구된다.
무인지게차의 회전동작을 위해 먼저, 제어컴퓨터는 무인지게차 제어서버로부터 도착각도 정보를 수신한다(S601). 도착각도는 무인지게차의 목표 회전각도를 의미한다.
제어컴퓨터는 도착각도 정보 기반 하에 조향모터를 제어하여 무인지게차를 도착각도만큼 회전시킨다(S602)(S603). 무인지게차가 도착각도를 향해 회전하는 과정에서 장애물 유무를 감지할 필요가 있으며, 회전동작시 장애물 유무 감지는 제 3 센서(16)에 의해 이루어진다. 제 3 센서(16)는 앞서 기술한 바와 같이 좌우 후방범퍼(17) 상에 구비되는 것이며, 좌우 후방범퍼(17) 상에 각각 구비된 제 3 센서(16)는 무인지게차의 시계방향 또는 반시계방향 회전시 회전경로 상의 장애물을 감지하는 역할을 한다.
제 3 센서(16)에 의해 회전경로 상에서 장애물이 감지되면 제어컴퓨터는 무인지게차의 회전동작을 일시정지시키고, 장애물이 해제되면 회전동작을 재개시킨다.
제 3 센서(16)는 회전경로 상의 장애물을 감지하는 역할 이외에 언로딩동작시 팔레트가 적하되는 지점을 인식하는 역할을 하는데 이에 대해서는 후술하는 언로딩동작에 대한 설명에서 기술하기로 한다.
로딩작업은 다음과 같이 진행된다.
로딩작업은 무인지게차가 선반에 적재되어 있는 팔레트를 무인지게차의 포크에 싣는 작업을 의미한다. 후술하는 언로딩작업은 무인지게차의 포크에 실린 팔레트를 선반에 적하하는 작업을 의미한다. 로딩작업과 언로딩작업은 공히, 리프트의 승강 그리고 포크의 전후이동 기반 하에 진행된다.
로딩작업을 위해서는 팔레트가 적재되어 있는 선반의 높이정보가 요구된다. 이에, 제어컴퓨터는 무인지게차 제어서버로부터 팔레트가 적재되어 있는 위치의 선반 높이정보를 수신한다(S701).
선반 높이정보가 수신된 상태에서, 제어컴퓨터는 리프트를 선반 높이만큼 상승시킨다(S702). 이어, 팔레트의 로딩을 위해서는 팔레트홀에 포크를 정확히 삽입시키는 것이 요구되는데, 팔레트홀에 포크를 정확히 삽입시키기 위해서는 팔레트홀의 위치를 정확히 감지하는 것이 필요하다.
팔레트홀의 위치를 감지하기 위해 본 발명은 다음의 방법을 적용한다(S703).
팔레트홀은 팔레트의 양단 하단에 구비되며, 두 개의 팔레트홀 사이의 중심부에 팔레트홀 감지용 반사표식이 미리 장착된다(도 10 참조). 이와 같은 상태에서, 포크레이저센서(12)에 의한 팔레트홀 감지용 반사표식에 대한 인식과정이 진행된다. 포크레이저센서(12)는 전술한 바와 같이 포크 즉, 두 개의 외팔보 사이의 리프트 중심에 구비된다. 포크를 이루는 두 개의 외팔보가 두 개의 팔레트홀에 삽입되고, 포크레이저센서(12)가 두 개의 외팔보 사이의 중심에 위치함에 따라, 포크레이저센서(12)와 팔레트홀 감지용 반사표식이 동일선 상에 위치한다면 두 개의 외팔보가 두 개의 팔레트홀에 정확히 삽입될 수 있다.
포크레이저센서(12)는 팔레트홀 감지용 반사표식이 구비된 팔레트를 향하여 레이저를 조사하며, 반사된 레이저를 통해 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신한다. 여기서, 위치정보라 함은 레이저가 조사된 위치의 2차원 좌표정보이며, 반사도 데이터는 레이저가 조사된 위치의 명암데이터이며, 한 번의 레이저 조사가 진행되면 위치정보와 반사도 데이터가 수신된다. 즉, 각 반사도 데이터마다 레이저가 조사된 위치의 위치정보가 함께 수신된다. 반사도 데이터는 정량적 수치데이터로서 예를 들어, 0∼255의 단계로 구분될 수 있다. 0에 가까울수록 어둡고 255가 가까울수록 밝음을 의미하며, 255에 가까울수록 조사된 레이저의 위치가 반사표식일 가능성이 높아진다.
포크레이저센서(12)는 일정 시간 내에 레이저를 반복하여 조사하여 복수의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신한다. 제어컴퓨터는 수신된 복수의 <위치정보 및 반사도 데이터>에 대해 필터링을 진행한다. 예를 들어, 반사도 데이터 250 이상인 반사도 데이터만 남겨두고 나머지 반사도 데이터 및 그에 따른 위치정보는 삭제한다. 이어, 반사도 데이터 250 이상인 반사도 데이터 각각의 위치정보를 평균하여 위치정보 평균값을 산출한다. 산출된 위치정보 평균값이 팔레트홀 감지용 반사표식이 위치하는 지점으로 특정된다.
상술한 과정을 통해 팔레트홀 감지용 반사표식이 위치하는 지점이 특정되면, 제어컴퓨터는 포크가 팔레트홀에 위치하도록 포크의 좌우이동 및 포크를 이루는 두 외팔보 사이의 간격을 조절한다(S704). 또한, 제어컴퓨터는 포크레이저센서(12)를 이용하여 포크와 팔레트홀 사이의 거리를 측정하고 그에 기반하여 포크를 전진이동시킨다(S705)(S706). 이 과정에서, 제 1 와이어센서(15)는 리프트의 높이를 측정하며, 상기 제 2 와이어센서는 두 외팔보가 좌측 또는 우측으로 시프트된 경우 시프트된 위치를 측정하며, 상기 제 3 와이어센서는 포크의 전방이동거리를 측정한다.
포크를 전진이동시켜 포크를 팔레트홀에 삽입시키는 과정에서 제 1 포크광전센서는 팔레트홀 내부의 장애물 유무를 감지한다.
포크가 팔레트홀에 삽입된 상태에서 제어컴퓨터는 리프트를 상승시키고(S707) 이어, 포크를 후진이동시키고(S708) 그런 다음, 리프트를 일정 지점까지 하강시키면(S709) 로딩작업은 완료된다.
언로딩작업은 다음과 같이 진행된다.
언로딩작업은 전술한 바와 같이 포크 상에 적재된 팔레트를 선반에 적하하는 과정을 의미한다.
언로딩작업을 위해 팔레트가 적하될 위치의 선반 높이정보가 요구된다. 이에, 제어컴퓨터는 무인지게차 제어서버로부터 선반 높이정보를 수신하며(S801), 수신된 선반 높이정보에 기반하여 리프트를 해당 선반 높이만큼 상승시킨다(S802).
선반에는 일정 간격을 두고 선반 기둥이 배치되고, 선반 기둥 사이의 선반 상에 팔레트가 적재되는데, 선반 기둥 사이의 선반 상에 팔레트를 정확히 적재하기 위해 제 3 센서(16)에 의한 감지과정이 진행된다(S803).
전술한 바와 같이 제 3 센서(16)는 좌우 후방범퍼(17) 상에 각각 구비된다. 따라서, 좌우 후방범퍼(17) 상에 각각 구비된 제 3 센서(16)를 통해 선반 기둥에 미리 구비된 반사패치의 감지를 통해 선반 기둥의 위치가 감지되며(도 11 참조), 제 3 센서에 의해 감지된 선반 기둥의 위치정보를 바탕으로 제어컴퓨터에 의해 팔레트가 적재될 선반의 위치가 특정된다.
제 3 센서(16)에 의해 팔레트가 적재될 선반의 위치가 특정되면 제어컴퓨터는 해당 위치로 포크를 좌우이동시킨다(S804). 이어, 제어컴퓨터는 제 3 센서(16)를 통해 무인지게차와 선반 기둥 사이의 거리를 측정하고(S805) 그에 기반하여 포크를 전진이동시켜 팔레트가 적재된 선반의 상부에 위치시킨다(S806). 그런 다음, 리프트를 하강시켜 팔레트를 선반에 적재시키고(S807) 이어 포트를 후진이동시킨 후(S801) 리프트를 하강시키면(S809) 언로딩작업은 완료된다. 이 때, 포크를 전진이동시키는 과정에서 선반 상부의 장애물 유무는 제 2 포크광전센서에 의해 감지된다.
이상, 무인지게차의 4가지 단위동작 즉, 주행동작, 회전동작, 로딩동작, 언로딩동작에 대해 설명하였다. 상기 주행동작, 회전동작, 로딩동작, 언로딩동작 각각은 독립적으로 진행되는데, 4가지 단위동작은 중첩되어 진행될 수도 있다. 예를 들어, 회전동작이 마무리되는 시점에서 로딩동작이 진행되거나 할 수 있다.
1 : 위치인식센서 2 : 제 1 센서
3 : 경고등 4 : 알람램프
5 : 조이스틱 6 : 터치스크린 모니터
7 : 수동/자동 조작스위치 8 : 비상정지스위치
9 : 제 2 센서 10 : 전방충격범퍼
11 : 무선송수신안테나 12 : 포크레이저센서
13 : 제 1 포크광전센서 14 : 제 2 포크광전센서
15 : 와이어센서 16 : 제 3 센서
17 : 후방범퍼

Claims (10)

  1. 무인지게차의 상단측에 구비되어 레이저를 조사하며, 작업영역의 공간을 정의하는 구조물에 구비된 반사표식 또는 고정적 실내지형의 형상적 특징에 의해 반사되는 레이저 스캔을 통해 무인지게차의 주행동작 및 회전동작시 무인지게차의 위치를 파악하는 위치인식센서;
    무인지게차의 좌우측에 각각 구비되어 무인지게차의 회전동작시 회전경로 상의 장애물 유무를 감지함과 함께 언로딩동작시 두 개의 선반 기둥을 감지하여 팔레트가 적하될 위치를 가이드하는 제 3 센서;
    포크를 구성하는 두 개의 외팔보 사이의 리프트 일 지점에 구비되어 팔레트가 적재되는 선반과의 거리 또는 팔레트와의 거리를 측정함과 함께 로딩동작시 팔레트에 구비된 팔레트홀 감지용 반사표식에 레이저를 조사하고 반사된 레이저의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신하는 포크레이저센서;
    무인지게차의 전면부 및 후면부에 구비된 제반 센서로부터 입력되는 감지신호를 처리함과 함께 무인지게차 제어서버와 연동하여 무인지게차의 주행동작, 회전동작, 로딩동작 및 언로딩동작을 제어하는 제어컴퓨터;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포크레이저센서는 팔레트홀 감지용 반사표식이 구비된 팔레트를 향하여 일정 시간 내에 레이저를 반복하여 조사하여 복수의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신하며,
    상기 위치정보는 레이저가 조사된 위치의 2차원 좌표정보이며, 반사도 데이터는 레이저가 조사된 위치의 정량 명암데이터이며, 각 반사도 데이터마다 레이저가 조사된 위치의 위치정보가 함께 수신되며,
    상기 제어컴퓨터는 일정 기준값 이상의 반사도 데이터에 대해 각 반사도 데이터의 위치정보를 평균하여 위치정보 평균값을 산출하며, 산출된 위치정보 평균값을 팔레트홀 감지용 반사표식이 위치하는 지점으로 특정하는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 언로딩동작시 무인지게차의 좌우측에 각각 구비된 제 3 센서가 두 개의 선반 기둥을 감지하고,
    상기 제어컴퓨터는 제 3 센서에 의해 감지된 선반 기둥의 위치정보를 바탕으로 선반 기둥과 선반 기둥 사이의 팔레트가 적재될 선반 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 주행동작은,
    제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 주행에 필요한 형상맵 기반의 목적지 노드 정보를 수신하는 과정과,
    제어컴퓨터가 수신된 목적지 노드 정보를 바탕으로 형상맵 상에서 목적지 노드로 가기 위한 경로를 생성하는 과정과,
    생성된 경로를 따라 무인지게차가 주행하도록 제어컴퓨터가 무인지게차의 주행모터, 조향모터를 제어하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 회전동작은,
    제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 도착각도 정보를 수신하는 과정과,
    제어컴퓨터가 도착각도 정보 기반 하에 조향모터를 제어하여 무인지게차를 도착각도만큼 회전시키는 과정을 포함하여 구성되며,
    무인지게차의 회전동작시 회전경로 상의 장애물 유무는 제 3 센서에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 로딩동작은,
    제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 팔레트가 적재되어 있는 위치의 선반 높이정보를 수신하는 과정과,
    팔레트홀의 위치를 감지하는 과정과,
    포크가 팔레트홀에 위치하도록 포크의 좌우이동 및 포크를 이루는 두 외팔보 사이의 간격을 조절하는 과정과,
    포크레이저센서를 이용하여 포크와 팔레트홀 사이의 거리를 측정하고 그에 기반하여 포크를 전진이동시켜 포크를 팔레트홀에 삽입시키는 과정을 포함하여 구성되며,
    상기 팔레트홀의 위치를 감지하는 과정은, 포크레이저센서가 팔레트홀 감지용 반사표식이 구비된 팔레트를 향하여 일정 시간 내에 레이저를 반복하여 조사하여 복수의 <위치정보 및 반사도 데이터>를 수신하고, 제어컴퓨터가 일정 기준값 이상의 반사도 데이터에 대해 각 반사도 데이터의 위치정보를 평균하여 위치정보 평균값을 산출하고 산출된 위치정보 평균값을 팔레트홀 감지용 반사표식이 위치하는 지점으로 특정함으로써 팔레트홀의 위치를 감지하는 것인 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 언로딩동작은,
    무인지게차의 제어컴퓨터가 무인지게차 제어서버로부터 선반 높이정보를 수신하여 수신된 선반 높이정보에 기반하여 리프트를 해당 선반 높이만큼 상승시키는 과정과,
    팔레트가 적재될 선반의 위치를 특정하는 과정과,
    팔레트가 적재될 선반의 위치가 특정된 상태에서, 제어컴퓨터가 제 3 센서를 통해 무인지게차와 선반 기둥 사이의 거리를 측정하고 그에 기반하여 포크를 좌우방향 및 전진이동시켜 팔레트가 적재될 선반의 상부에 위치시키는 과정과,
    리프트를 하강시켜 팔레트를 선반에 적재하는 과정을 포함하여 구성되며,
    상기 팔레트가 적재될 선반의 위치를 특정하는 과정은, 무인지게차의 좌우측에 각각 구비된 제 3 센서가 두 개의 선반 기둥을 감지하고, 제어컴퓨터가 제 3 센서에 의해 감지된 선반 기둥의 위치정보를 바탕으로 선반 기둥과 선반 기둥 사이의 팔레트가 적재될 선반 위치를 특정하는 것인 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 무인지게차의 전면부 하단측에 구비되어 작업영역 지면 근방의 장애물을 감지하는 제 1 센서;
    무인지게차의 전면부 상단측에 구비되어 지면으로부터 일정 높이 상의 장애물을 감지하는 제 2 센서;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 포크를 구성하는 외팔보 각각의 전방측에 구비되는 제 1 포크광전센서와 제 2 포크광전센서;를 더 포함하여 이루어지며,
    제 1 포크광전센서는 작업장치의 중심측에 배치되고, 제 2 포크광전센서는 작업장치 외부측에 배치되며,
    상기 제 1 포크광전센서는 로딩동작시 팔레트홀이 존재하는지 여부를 감지하며, 제 2 포크광전센서는 언로딩동작시 포크가 전방으로 이동하는 과정에서 포크의 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 리프트의 높이를 측정하는 제 1 와이어센서, 두 외팔보가 좌측 또는 우측으로 시프트된 경우 시프트된 위치를 측정하는 제 2 와이어센서, 포크의 전방이동거리를 측정하는 제 3 와이어센서;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인지게차 시스템.
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