KR20210154545A - 로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법 - Google Patents

로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20210154545A
KR20210154545A KR1020200071672A KR20200071672A KR20210154545A KR 20210154545 A KR20210154545 A KR 20210154545A KR 1020200071672 A KR1020200071672 A KR 1020200071672A KR 20200071672 A KR20200071672 A KR 20200071672A KR 20210154545 A KR20210154545 A KR 20210154545A
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docking station
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docking
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KR1020200071672A
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진욱빈
황영기
박주영
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휴림로봇 주식회사
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Abstract

본 발명은, 로봇 및 상기 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템에 있어서, 상기 도킹스테이션은, 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 내장되는 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸는 적어도 3 개의 자석, 및 제1 내지 제3 신호 송출부를 포함하고, 상기 로봇은, 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부를 각각 감지하는 적어도 3 개의 센서, 및 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호를 수신하는 제1 내지 제3 센서를 포함하고, 상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 수신되는 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들에 기초하여 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전하게 되고, 그후 상기 적어도 3 개의 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전하는, 로봇용 정밀도킹 시스템을 개시한다. 이로써 로봇이 원활한 충전을 위해 도킹스테이션에 도킹할 때 보다 정확한 위치에 도킹할 수 있게 된다.

Description

로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법{System and method of precise docking for robot}
본 발명은 로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도킹유도 신호를 송출하는 다수의 신호 송출부들, 이러한 도킹유도 신호를 수신할 수 있는 다수의 센서들, 다수의 자석들, 및 이러한 자석들을 감지할 수 있는 다수의 센서들을 이용해, 로봇이 원활한 충전을 위해 도킹스테이션에 도킹할 때 보다 정확한 위치에 도킹할 수 있도록 해주는 로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가정 및 산업 현장에서 위험하거나 또는 반복적인 인간의 노동을 대신하는 다양한 종류의 로봇이 널리 사용되고 있다. 이러한 로봇이 그 기능을 제대로 수행하기 위해서는 어댑터를 이용해 실시간으로 공급되는 외부 AC 전원을 이용하거나 또는 이전에 미리 충전된 배터리를 이용해, 전력이 끊김없이 지속적으로 공급되어야 한다.
이때 예를 들어 로봇에 내장된 배터리에 충전된 전원이 모두 방전되기 이전에 배터리를 충전하기 위해서는 일반적으로 어댑터를 이용해 유선충전을 하거나, 또는 접점연결을 통한 (무선)충전을 이용한다.
어댑터를 이용한 유선충전을 하는 경우가 대부분의 로봇에서 사용하는 방식이기는 하지만, 로봇이 이동할 수 있는 기능을 가진 이동로봇의 경우에는 사용 중에 배터리 잔량 부족 등으로 충전이 필요한 경우, 자율주행을 통한 자동충전이 아닌 경우 로봇 스스로 충전을 진행할 수 없다.
예를 들어 청소로봇을 포함하는 이동로봇의 자율주행을 통한 자동충전에 있어서, 충전스테이션 측에는 3 가지 이상의 방향 및 위치를 판별할 수 있는 IR 센서 송신부가 구비되고, 로봇 측에는 3 가지 이상의 IR 센서 수신부가 구비되어 있어, 이 IR 센서 수신부로 입감되는 신호를 이용하여, 전원단자 위치까지 이동로봇을 안내해 주는 방식을 이용할 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 충전스테이션과 이동로봇의 전원단자의 정확한 위치에서의 긴밀한 접촉을 보장해 주지는 못한다.
따라서, 로봇이 배터리 잔량 부족 등으로 충전이 필요한 경우 자율주행을 통해 원활한 무선충전이 진행될 수 있도록 정확한 위치에 도킹을 보조해 주는 시스템 및/또는 방법이 로봇용 정밀도킹 시스템으로서 로봇용 자율충전 시스템에 도입될 필요가 있다.
KR 2033676 B1 KR 1891312 B1
이로써, 본 발명의 목적은 도킹유도 신호를 송출하는 다수의 신호 송출부들, 이러한 도킹유도 신호를 수신할 수 있는 다수의 센서들, 다수의 자석들, 및 이러한 자석들을 감지할 수 있는 다수의 센서들을 이용해, 로봇이 원활한 충전을 위해 도킹스테이션에 도킹할 때 보다 정확한 위치에 도킹할 수 있도록 해주는 로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명의 제1 측면에 따라,
로봇 및 상기 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템에 있어서,
상기 도킹스테이션은,
무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 내장되는 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸는 적어도 3 개의 자석, 및
상기 로봇이 상기 도킹스테이션과 도킹을 위해 이용할 수 있는 신호를 송신하는 신호 송신부를 포함하고, 이때 상기 신호 송신부는 적어도 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 제1신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 좌측방을 향하여 신호를 송출하는 제2신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 우측방을 향하여 신호를 송출하는 제3 신호 송출부를 포함하고,
상기 로봇은,
무선충전을 위한 상기 로봇에 내장되는 무선전력 수신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부를 각각 감지하는 적어도 3 개의 센서, 및
상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들을 수신하는 신호 수신부를 포함하고, 이때 상기 신호 수신부는 적어도 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서, 상기 로봇의 좌측방을 향하여 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서, 상기 로봇의 우측방을 향하여 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서를 포함하고,
상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 수신되는 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들에 기초하여 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전하게 되고, 그후 상기 적어도 3 개의 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전하는, 로봇용 정밀도킹 시스템에 의해 달성된다.
이때, 상기 적어도 3 개의 센서는, 홀 센서인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 적어도 3 개의 자석 중 하나는, 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 상기 제1신호 송출부와 일 직선 상에, 및 상기 적어도 3 개의 센서 중 하나는 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 상기 제1 센서와 일 직선 상에 배치되는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 상기 제1 신호 송출부로부터의 신호가 수신되면 상기 제1 센서와 일직선 상에 배치되는 상기 적어도 3 개의 센서 중 하나가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 상기 로봇이 전진함으로써, 도킹위치에 도달하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 적어도 3 개의 센서 모두가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 상기 로봇이 회전함으로써, 도킹이 완료되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은, 또한 본 발명의 제2 측면에 따라,
로봇 및 상기 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템에서 구현되는 로봇용 정밀도킹 방법에 있어서, 이때 상기 도킹스테이션은, 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 내장되는 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸는 적어도 3 개의 자석, 및 상기 로봇이 상기 도킹스테이션과 도킹을 위해 이용할 수 있는 신호를 송신하는 신호 송신부를 포함하고, 이때 상기 신호 송신부는 적어도 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 제1신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 좌측방을 향하여 신호를 송출하는 제2신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 우측방을 향하여 신호를 송출하는 제3 신호 송출부를 포함하고, 상기 로봇은, 무선충전을 위한 상기 로봇에 내장되는 무선전력 수신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부를 각각 감지하는 적어도 3 개의 센서, 및 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들을 수신하는 신호 수신부를 포함하고, 이때 상기 신호 수신부는 적어도 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서, 상기 로봇의 좌측방을 향하여 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서, 상기 로봇의 우측방을 향하여 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서를 포함하고, 상기 방법은
상기 로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션을 항해 이동하는 단계, 이때 상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 수신되는 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들에 기초하여 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전하게 되고; 및
상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 도킹하는 단계를 포함하고, 이때 상기 적어도 3 개의 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전하는, 로봇용 정밀도킹 방법에 의해 달성된다.
이때, 상기 적어도 3 개의 센서는, 홀 센서인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 적어도 3 개의 자석 중 하나는, 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 상기 제1신호 송출부와 일 직선 상에, 및 상기 적어도 3 개의 센서 중 하나는 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 상기 제1 센서와 일 직선 상에 배치되는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 상기 로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션을 항해 이동하는 단계는, 상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 상기 제1 신호 송출부로부터의 신호가 수신되면 상기 제1 센서와 일직선 상에 배치되는 상기 적어도 3 개의 센서 중 하나가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 상기 로봇이 전진함으로써, 도킹위치에 도달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 도킹하는 단계는, 상기 적어도 3 개의 센서 모두가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 상기 로봇이 회전함으로써, 도킹이 완료되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적은, 또한 본 발명의 제3 측면에 따라,
상기의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 의해 달성된다.
나아가, 상기 목적은, 또한 본 발명의 제4 측면에 따라,
상기의 방법을 하드웨어와의 결합을 통해 실행시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 로봇용 정밀도킹 시스템 및 방법에 따르면 도킹유도 신호를 송출하는 다수의 신호 송출부들, 이러한 도킹유도 신호를 수신할 수 있는 다수의 센서들, 다수의 자석들, 및 이러한 자석들을 감지할 수 있는 다수의 센서들을 이용해, 로봇이 원활한 충전을 위해 도킹스테이션에 도킹할 때 보다 정확한 위치에 도킹할 수 있도록 해주는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 및 이 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 밑면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 정밀도킹 시스템을 보여주는 도면으로서, 로봇이 도킹스테이션에 도킹된 상태를 보여주고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도킹스테이션에 포함된 신호 송신부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신부가 구비된 로봇을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀도킹 방법의 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정밀도킹 방법의 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 무선충전 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도면들, 특히 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 로봇용 정밀도킹 장치 및 시스템을 설명하기로 한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 및 이 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템을 보여주는 도면이다. 또한 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 밑면을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 정밀도킹 시스템을 보여주는 도면으로서, 로봇이 도킹스테이션에 도킹된 상태를 보여주고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 로봇용 정밀도킹 시스템은 로봇(20) 및 이 로봇(20)의 무선충전을 위한 도킹스테이션(10)을 포함하여 구성된다.
여기서 로봇(20)은 전력 공급을 받아 미리 정해진 또는 미리 프로그램된 코드에 따라 정해질 수 있는, 일정한 동작들을 수행한다. 이때 전력 공급은 직접 외부 전원으로부터 또는 로봇에 내장된 배터리로부터 수행될 수 있다.
도킹스테이션(10)에는 어댑터를 통해 외부전원을 공급받아 로봇에 내장된 배터리를 충전하기 위한 전원을 예를 들어, 출력 단자를 통해 공급하는 무선전력 송신부(미도시)가 마련되어 있다. 이에 대응하여, 로봇(20)에는, 이 무선전력 송신부로부터 송출되는 무선 전력을 예를 들어, 입력 단자를 통해 수신하여 로봇에 내장된 배터리를 충전시킬 수 있도록 배치되는 무선전력 수신부(미도시)가 마련되어 있다.
도킹스테이션에 마련되는 출력 단자 및/또는 무선전력 송신부와 로봇에 마련되는 입력 단자 및/또는 무선전력 수신부는 본 발명에 따른 로봇용 정밀도킹 장치의 일부를 구성하고, 이와 같은 출력 단자 및/또는 무선전력 송신부 및 입력 단자 및/또는 무선전력 수신부의 구성 및 기능은 공지의 내용이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 본 발명에 따라 무선충전을 위해 로봇(20)에 내장되는 무선전력 수신부와 무선충전을 위해 도킹스테이션(10)에 내장되는 무선전력 송신부는, 서로 정렬된 상태에서만 원활한 전력전송이 이루어질 수 있음에 유의해야 한다.
도 1을 참조하면, 도킹스테이션(10)에는 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 또한 무선충전을 위해 로봇(20)이 도킹스테이션(10) 위로 도킹할 때 접촉되는 제1 접촉부(11)가 마련되어 있다.
도 2를 참조하면, 이와 대응하여, 로봇(20)에는 무선전력 수신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 또한 로봇(20)이 도킹스테이션(10) 위로 도킹할 때 제1 접촉부(11)에 접촉되는 제2 접촉부(21)가 마련되어 있다.
이때, 제1 접촉부(11)와 제2 접촉부(21)는 원형으로 도시되어 있으나, 어떠한 형태든 가능하고, 서로 다른 형태를 가지는 것도 가능하다. 또한 제1 접촉부(11)가 제2 접촉부(21)의 면적과 실질적으로 같거나 또는 안정감을 위해 이보다 클 수 있다.
제1 접촉부(11)는 적어도 무선전력 송신부를 덮고 있는 커버의 일부로서, 여기서는 도킹스테이션(10)의 상판의 일부로서 구성될 수 있고, 바람직하게는 도킹스테이션의 상판의 나머지 부분과 별도의 분리된 조각으로 제작되어 조립될 수 있다. 한편, 제2 접촉부(21)는 적어도 무선전력 수신부를 덮고 있는 커버의 일부, 여기서는 로봇의 밑판의 일부로서, 일체형으로 구성될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 접촉부(11)는 적어도 3 개의 자석(12a, 12b, 12c)을 포함하고, 제2 접촉부(21)는 이 자석의 존재 여부를 감지하는 적어도 3 개의 센서(22a, 22b, 22c)를 포함한다. 자석(12) 및 센서(22), 특히 홀 센서는 내장되어 있을 수 있고, 나아가 적어도 일부가 외부로 노출될 수도 있다.
도면에는 각각 3 개로 도시되어 있으나, 자석(12) 및 센서(22)의 수는 이에 한정되지는 않는다. 상기에서 언급한 바와 같이, 원활한 전력전송을 이룰 수 있도록 무선전력 수신부와 무선충전을 위해 도킹스테이션(10)에 내장되는 무선전력 송신부의 정확한 정렬을 위해, 그 둘레의 적어도 일부를 둘러싸는 자석 및 센서의 수는 필요에 따라 정할 수 있다.
바람직하게, 자석(12)과 센서(22)의 위치는 도킹 완료시 실질적으로 서로 대응하도록 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 자석과 이를 감지하는 홀 센서로 설명하였으나, 예를 들어 스위치 등의 기계적인 구성요소를 포함하여, 이와 같이 일정한 관계를 가지고 도킹 여부를 판단할 수 있게 해주는 구성요소라면 어떠한 것도 가능하다.
즉, 제1 접촉부(11)에는 적어도 3 개의 자석(12)이 내장되어 있고, 제2 접촉부(21)에는 이 자석 각각의 존재 여부, 즉 이 자석의 자력의 크기 등을 감지하는 적어도 3 개의 홀 센서(22)가 내장되어 있어, 이 센서의 감지 결과에 기초하여 도킹 완료를 판단하게 된다. 이때 도킹 완료 시점은 필요에 따라 로봇마다 달리 설정될 수 있다. 예를 들어, 이 도킹 완료 시점은 도 3에서와 같이, 완전히 도킹이 종료되는 시점을 의미할 수도 있고, 일정 정도의 안정성을 가지고 도킹이 이루어진 시점을 의미할 수도 있다. 이렇게 정상적으로 도킹이 완료되면, 충전이 시작되게 된다.
한편, 도킹스테이션(10)에는 로봇이 도킹스테이션과 도킹을 위해 이용할 수 있는 신호를 송신하는 신호 송신부(42)가 마련되어 있고, 로봇(20)에는 신호 송신부(42)로부터의 신호를 수신하는 신호 수신부(미도시)가 이에 대응하는 위치에, 예를 들어 도 3의 녹색 투명창 내부에, 마련되어 있다.
상기에서 언급된 로봇이 도킹스테이션과 도킹을 위해 이용할 수 있는 신호는, 소위 도킹유도 신호로서, 로봇이 배터리충전이 필요한 경우, 예를 들어 로봇이 미리 정해진 기준에 미치지 못하는 배터리 잔량을 발견하거나, 일정 동작을 수행하기에는 배터리 잔량이 부족하다고 판단하거나, 또는 기타 미리 정해진 조건에 따라 도킹스테이션으로의 복귀가 필요한 경우에 있어서, 로봇에 내장된 신호 수신부에 의해 도킹스테이션이 송신하는 신호를 감지하여 도킹스테이션으로 접근하는 데 이용된다. 이로써 로봇(20)이 무선충전을 위해 신호를 송신하는 도킹스테이션(10) 위로 도킹할 수 있게 된다. 이때 필요에 따라서, 로봇의 도킹 경로 및 위치는 상기 신호 감지 결과에 따라 조정될 수 있는데, 이는 이하에서 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도킹스테이션에 포함된 신호 송신부의 구조를 보여주는 도면인 도 4를 참조하면, 신호 송신부는 적어도 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 제1 신호 송출부(62), 도킹스테이션의 좌측방을 향하여 신호를 송출하는 제2 신호 송출부(63), 및 도킹스테이션의 우측방을 향하여 신호를 송출하는 제3 신호 송출부(61)을 포함한다.
제1 신호 송출부(62)는 로봇이 안정적인 도킹을 위해 도킹스테이션을 향해 똑바로 전진하는 데 도움을 주기 위해 어느 정도 좁은 범위에서 검출되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서의 치수 및 이러한 상황을 고려하여, 제1 신호 송출부(62) 앞에는 예를 들어 25 mm 이하의, 바람직하게는 15 mm의 소정 간격의 틈(α)이 존재할 수 있다. 이러한 틈의 정확한 수치는 상황에 따라 달라질 수 있다.
제2 신호 송출부(63) 및 제3 신호 송출부(61)는 로봇이 안정적인 도킹을 위해 안전하게 제1 신호 송출부(62)로부터의 신호와 중첩되지 않는 범위에서 검출되는 것이 바람직하다. 이러한 상황을 고려하여, 제2 신호 송출부(63) 및 제3 신호 송출부(61) 앞에는 소정 각도(β)로 경사져 있는 격벽이 존재할 수 있다.
이때 제1 내지 제3 신호 송출부(62, 63, 61) 각각은 단거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소(63a, 61) 및/또는 이보다 먼 원거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소(63b, 61)를 포함할 수 있다. 물론 제1 신호 송출부(62)에도 단거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소 및/또는 이보다 먼 원거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소를 그 내부에 포함하고 있으나, 도시되어 있지는 않다.
상기의 제1 내지 제3 신호 송출부(62, 63, 61) 각각에 있어서, 단거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소(63a, 61)와 이보다 먼 원거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소(63b, 61)는 별도의 물리적으로 구분가능한 요소들로 구현될 수도 있거나, 또는 물리적으로는 하나의 요소로서 구현되나 시간적으로 구분가능하게 작동할 수도 있다.
이때, 좌측방 및 우측방을 향해 단거리에서 검출될 수 있는 신호를 송출하는 요소들(63a, 61)은 동시에 신호를 송출하는 것이 바람직하다. 이는 송출 타이밍이 다를 경우 예를 들어 도킹스테이션 근방에 반사체가 있을시 반사되는 신호까지도 감지되어 방향 판단에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위해서이다.
또한, 제1 내지 제3 신호 송출부에는 시판되는 LED 등이 사용되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신부가 구비된 로봇을 보여주는 도 5를 참조하면, 신호 수신부는 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들을 연속적으로 및/또는 불연속적으로 수신하는데, 이때 신호 수신부는 적어도 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서(91), 로봇의 좌측방을 향하여 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서(92), 로봇의 우측방을 향하여 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서(93)를 포함한다.
이때, 바람직하게 상기 자석(12) 중 하나(예를 들어 중앙 자석(12b))는, 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 제1신호 송출부(62)와 일 직선 상에, 및 상기 센서(22) 중 하나(예를 들어 중앙 센서(22b))는 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서(91)와 일 직선 상에 배치됨으로써, 도킹완료시 로봇이 도킹스테이션을 정면으로 마주하는 데 도움을 줄 수 있다.
상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 수신되는 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들에 기초하여 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전하게 되고, 그후 상기 적어도 3 개의 홀 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전하는, 이러한 정밀도킹 알고리즘은 이하와 같다.
먼저, 상기 로봇이 상기 도킹스테이션 우측에서 도킹을 시도하는 경우에 있어서의 정밀도킹 방법의 예를 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저 도 6의 (a) 에서, 제2 신호 송출부(63)로부터의 제2 신호(69)가 수신되지 않고, 제3 신호 송출부(61)로부터 제3 신호(67)가 수신되면, 로봇이 도킹스테이션의 우측에 위치하는 것으로 판단한다.
이 경우, 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서(92)에 어떠한 신호도 수신되지 않을 때까지 로봇을 반시계 방향으로 회전시키고(도 6의 (b) 참조), 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서(93)에 제1 신호 송출부(62)로부터의 제1 신호(68)만 수신될 때까지 로봇을 전진시킨 후(도 6의 (c) 참조), 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서(91)에 제1 신호 송출부(62)로부터의 제1 신호(68)만 수신될 때까지 로봇을 시계 방향으로 회전시킨다(도 6의 (d) 참조).
그후 도 6의 (e)에서와 같이, 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서(91)에 제1 신호 송출부(62)로부터의 제1 신호(68)가 수신되고 또한 중앙 센서(22b)에 자석, 예를 들어 중앙 자석(12b)의 존재가 감지될 때까지 로봇을 전진시켜, 도킹위치까지 이동시킨다(도 6의 (e) 참조).
마지막으로, 적어도 3 개의 센서(22) 모두가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 로봇을 회전시켜, 도킹을 완료시킨다. 이때 로봇의 회전 방향은 자석의 존재를 감지한 위치에 따라서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 정해질 수 있다.
이와 유사하게, 상기 로봇이 상기 도킹스테이션 좌측에서 도킹을 시도하는 경우에 있어서의 정밀도킹 방법의 예를 도 7을 참조하여 설명한다.
먼저 도 7의 (a) 에서, 제3 신호 송출부(61)로부터의 제3 신호(67)가 수신되지 않고, 제2 신호 송출부(63)로부터 제2 신호(69)가 수신되면, 로봇이 도킹스테이션의 좌측에 위치하는 것으로 판단한다.
이 경우, 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서(93)에 어떠한 신호도 수신되지 않을 때까지 로봇을 시계 방향으로 회전시키고(도 7의 (b) 참조), 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서(92)에 제1 신호 송출부(62)로부터의 제1 신호(68)만 수신될 때까지 로봇을 전진시킨 후(도 7의 (c) 참조), 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서(91)에 제1 신호 송출부(62)로부터의 제1 신호(68)만 수신될 때까지 로봇을 반시계 방향으로 회전시킨다(도 7의 (d) 참조).
그후 도 7의 (e)에서와 같이, 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서(91)에 제1 신호 송출부(62)로부터의 제1 신호(68)가 수신되고 또한 중앙 센서(22b)에 자석, 예를 들어 중앙 자석(12b)의 존재가 감지될 때까지 로봇을 전진시켜, 도킹위치까지 이동시킨다(도 7의 (e) 참조).
마지막으로, 적어도 3 개의 센서(22) 모두가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 로봇을 회전시켜, 도킹을 완료시킨다. 이때 로봇의 회전 방향은 자석의 존재를 감지한 위치에 따라서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 정해질 수 있다.
도킹스테이션에 대한 로봇의 상대적 위치에 대한 판단, 및/또는 로봇의 이동 및/또는 회전에 대한 판단은, 신호 수신부 내의 일부 및/또는 모든 센서들에 수신된 신호들에 기초하여 수행될 수 있으며, 이러한 판단 기능은 로봇의 전반적인 동작 및 기능을 제어할 수 있는 제어부 내에 포함되어 있을 수 있다.
이에 더하여, 도킹위치에의 도달에 대한 판단, 및/또는 로봇의 회전에 대한 판단은, 신호 수신부 내의 일부 및/또는 모든 센서들에 수신된 신호들 및 자석의 존재 여부를 감지하는 일부 및/또는 모든 센서들에 수신된 신호들에 기초하여 수행될 수 있으며, 이러한 판단 기능 역시 로봇의 전반적인 동작 및 기능을 제어할 수 있는 제어부 내에 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 정밀도킹 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 무선충전 방법을 보여주는 흐름도인 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 상기에서 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 정밀도킹 장치 및 시스템에서 이미 언급된 내용은 중복을 회피하기 위해 이하에서 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 무선충전 방법은, 로봇이 서비스를 제공하고 있다가(S50), 배터리충전이 필요한 경우, 예를 들어 로봇이 미리 정해진 기준에 미치지 못하는 배터리 잔량을 발견하거나, 일정 동작을 수행하기에는 배터리 잔량이 부족하다고 판단하거나, 또는 기타 미리 정해진 조건에 따라 도킹스테이션으로의 복귀가 필요한 경우에 있어서, 로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션을 향해 이동하게 된다(S52). 이때 도킹이 필요한지 여부에 대하여 판단하는 것을 더 포함하여(S51), 도킹이 필요하지 않다면 계속적으로 서비스할 수 있다.
도킹스테이션으로 이동할 때, 도킹스테이션에는 신호를 송신하는 신호 송신부가 마련되어 있고, 로봇에는 신호 송신부로부터의 신호를 수신하는 신호 수신부가 마련되어 있어, 신호 수신부의 수신 결과에 기초하여 이동하게 된다(S53).
연이어, 로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션에 도킹하게 되는데(S54), 이때 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 또한 무선충전을 위해 로봇이 도킹스테이션 위로 도킹할 때 접촉되는 제1 접촉부에는 적어도 3 개의 자석이 내장되어 있고, 또한 로봇에 내장되는 무선전력 수신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 또한 무선충전을 위해 로봇이 도킹스테이션 위로 도킹할 때 제1접촉부에 접촉되는 제2 접촉부에는 자석의 존재 여부를 감지하는 적어도 3 개의 센서가 내장되어 있어, 이 센서의 감지 결과에 기초하여 도킹 완료를 판단하게 되고(S55), 도킹 완료 후에는 무선충전이 시작된다(S56).
한편, 상기의 S52에서와 같이, 배터리충전이 필요한 경우, 예를 들어 로봇이 미리 정해진 기준에 미치지 못하는 배터리 잔량을 발견하거나, 일정 동작을 수행하기에는 배터리 잔량이 부족하다고 판단하거나, 또는 기타 미리 정해진 조건에 따라 도킹스테이션으로의 복귀가 필요한 경우에 있어서, 로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션을 향해 이동하게 된다.
도킹스테이션으로 이동할 때에는 S53에서와 같이, 도킹스테이션에는 도킹을 유도하는 신호를 송신하는 신호 송신부(도 4 참조)가 마련되어 있고, 로봇에는 신호 송신부로부터의 신호를 수신하는 신호 수신부(도 5 참조)가 마련되어 있어, 신호 수신부의 수신 결과에 기초하여 이동 및/또는 회전하게 된다.
이때 예를 들어, 로봇이 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전할 때 적용될 수 있는, 대응하는 상기에서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 정밀도킹 알고리즘이 적용될 수 있다.
로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션에 도킹(S54)할 때에는 적어도 3 개의 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전할 수 있고, 도킹이 완료되었는지 여부를 판단(S55)할 때에는, 적어도 3 개의 센서 모두가 대응하는 자석의 존재를 감지하게 되면 도킹이 완료된 것으로 판단할 수 있다.
이때 예를 들어, 로봇이 도킹스테이션에 도킹할 때 적용될 수 있는, 대응하는 상기에서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 정밀도킹 알고리즘이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨팅 장치를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령(instruction) 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 기록될 수 있다.
상기 프로그램 명령 형태는, 소프트웨어로 통칭될 수 있고, 이는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 (collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨팅 장치상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
일반적으로 본 명세서에서 사용된 용어는, 특히 청구항에서(예를 들어, 청구항의 본문) 일반적으로 "개방적인" 용어로 의도된다(예를 들어, "포함하는"은 "포함하나 이에 제한되지 않는"으로, "가지다"는 "적어도 그 이상으로 가지다"로, "포함하다"는 "포함하나 이에 제한되지 않는다"로 해석되어야 함) 도입된 청구항 기재에 대하여 특정한 개수가 의도되는 경우, 이러한 의도는 해당 청구항에서 명시적으로 기재되며, 이러한 기재가 부재하는 경우 이러한 의도는 존재하지 않는 것으로 이해된다.
본 발명의 특정 특징만이 본 명세서에서 도시되고 설명되었으며, 다양한 수정 및 변경이 당업자에 대하여 발생할 수 있다. 그러므로 청구항은 본 발명의 사상 내에 속하는 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다는 점이 이해된다.
10: 도킹스테이션 11: 제1 접촉부
12a,12b,12c: 센서 20: 로봇
21: 제2 접촉부 22a,22b,22c: 자석
23: 바퀴 42: 신호 송신부
61, 62, 63: 신호 송출부 91, 92, 93: 센서부

Claims (7)

  1. 로봇 및 상기 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템에 있어서,
    상기 도킹스테이션은,
    무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 내장되는 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸는 적어도 3 개의 자석, 및
    상기 로봇이 상기 도킹스테이션과 도킹을 위해 이용할 수 있는 신호를 송신하는 신호 송신부를 포함하고, 이때 상기 신호 송신부는 적어도 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 제1신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 좌측방을 향하여 신호를 송출하는 제2신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 우측방을 향하여 신호를 송출하는 제3 신호 송출부를 포함하고,
    상기 로봇은,
    무선충전을 위한 상기 로봇에 내장되는 무선전력 수신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부를 각각 감지하는 적어도 3 개의 센서, 및
    상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들을 수신하는 신호 수신부를 포함하고, 이때 상기 신호 수신부는 적어도 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서, 상기 로봇의 좌측방을 향하여 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서, 상기 로봇의 우측방을 향하여 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서를 포함하고,
    상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 수신되는 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들에 기초하여 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전하게 되고, 그후 상기 적어도 3 개의 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전하는, 로봇용 정밀도킹 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 센서는, 홀 센서인, 로봇용 정밀도킹 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 자석 중 하나는, 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 상기 제1신호 송출부와 일 직선 상에, 및 상기 적어도 3 개의 센서 중 하나는 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 상기 제1 센서와 일 직선 상에 배치되는, 로봇용 정밀도킹 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 상기 제1 신호 송출부로부터의 신호가 수신되면 상기 제1 센서와 일직선 상에 배치되는 상기 적어도 3 개의 센서 중 하나가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 상기 로봇이 전진함으로써, 도킹위치에 도달하는, 로봇용 정밀도킹 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 센서 모두가 대응하는 자석의 존재를 감지할 때까지 상기 로봇이 회전함으로써, 도킹이 완료되는, 로봇용 정밀도킹 시스템.
  6. 로봇 및 상기 로봇의 무선충전을 위한 도킹스테이션을 포함하는, 로봇용 정밀도킹 시스템에서 구현되는 로봇용 정밀도킹 방법에 있어서, 이때 상기 도킹스테이션은, 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 내장되는 무선전력 송신부 중 적어도 일부를 둘러싸는 적어도 3 개의 자석, 및 상기 로봇이 상기 도킹스테이션과 도킹을 위해 이용할 수 있는 신호를 송신하는 신호 송신부를 포함하고, 이때 상기 신호 송신부는 적어도 상기 도킹스테이션의 전방을 향하여 신호를 송출하는 제1신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 좌측방을 향하여 신호를 송출하는 제2신호 송출부, 상기 도킹스테이션의 우측방을 향하여 신호를 송출하는 제3 신호 송출부를 포함하고, 상기 로봇은, 무선충전을 위한 상기 로봇에 내장되는 무선전력 수신부 중 적어도 일부를 둘러싸고 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부를 각각 감지하는 적어도 3 개의 센서, 및 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들을 수신하는 신호 수신부를 포함하고, 이때 상기 신호 수신부는 적어도 상기 로봇의 전방을 향하여 로봇의 중앙에 장착되는 제1 센서, 상기 로봇의 좌측방을 향하여 로봇의 좌측에 장착되는 제2 센서, 상기 로봇의 우측방을 향하여 로봇의 우측에 장착되는 제3 센서를 포함하고, 상기 방법은
    상기 로봇이 무선충전을 위해 도킹스테이션을 항해 이동하는 단계, 이때 상기 신호 수신부 내의 복수의 센서들에 수신되는 상기 제1 내지 제3 신호 송출부로부터의 신호들에 기초하여 상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션으로 이동 및/또는 회전하게 되고; 및
    상기 로봇이 무선충전을 위해 상기 도킹스테이션에 도킹하는 단계를 포함하고, 이때 상기 적어도 3 개의 센서에 의해 감지되는 상기 적어도 3 개의 자석의 존재 여부에 기초하여 상기 로봇이 도킹완료를 위해 회전하는, 로봇용 정밀도킹 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 센서는, 홀 센서인, 로봇용 정밀도킹 방법.
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