KR20220010883A

KR20220010883A - 이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20220010883A
Application number: KR1020200089569A
Authority: KR
Inventors: 이윤수; 정영진; 박경동
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-01-27
Also published as: US11846952B2; US20240069569A1; CN113960997A; US20220019237A1

Abstract

이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 이동로봇의 군집주행 시스템은 공장 내 물품 이송을 위해 운용되는 이동로봇 및 무선통신으로 연결된 상기 이동로봇의 경로를 중앙에서 설정하여 자율주행을 제어하되, 작업에 필요한 복수의 이동로봇을 그룹핑하여 일정 군집형태로 배치한 후 상기 무선통신으로 수집된 이동로봇의 상태정보에 따른 연산을 중앙에서 처리하여 동기화된 동작으로 이동시키는 중앙 서버를 포함한다.

Description

이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법{MOBILE ROBOT CLUSTER DRIVING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물류 이송을 위한 중앙 서버 제어 기반 이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자율이동로봇(Autonomous mobile robot, AMR)은 센서를 통해 주변을 탐지하면서 스스로 목적지로 이동하고 장애물을 회피할 수 있으며 피킹(picking)에 최적화되어 있어 산업현장의 무인 물류 이송을 위해 설비되고 있다.

예컨대, 차량 공장의 생산라인에서는 다양한 부품이 조립되며 유연하고 효율적인 부품의 이송을 위하여 AMR를 설비 운용하고 있다. 특히 자동화된 생산공정에 있어서 작업 중 부품 공급이 중단되는 것은 라인정지 및 수율에 큰 영향을 주므로 적시 적소에 부품을 이송하는 것이 매우 중요하다.

한편, AMR은 개별 유닛이 물품을 픽업해 목적 장소로 이송하거나 여러 대의 유닛이 협동하여 하나의 대형 물품을 이송할 수 있으며 이를 위해 군집주행이 활용된다.

종래의 군집주행은 동기화된 동작을 위한 마스터-슬레이브(Master-Slave) 방식을 활용하여 하나의 마스터 유닛을 슬레이브 유닛들이 추종하면서 제어 된다. 이 때, 상기 추종을 위해 각 AMR은 복잡한 연산처리를 위해 임베디드 시스템(Embedded System, 컴퓨터/보드)를 내장하고 마스터-슬레이브간 통신할 수 있다.

이러한 마스터-슬레이브 방식은 통신 딜레이와 연산오류 등의 동기화 오차가 발생될 수 있기 때문에 중앙에서 마스터 유닛에 군집주행을 지령하면, 마스터 유닛이 종속된 슬레이브 유닛을 제어하는 방식으로 이루어진다.

그러나, 종래의 마스터-슬레이브 방식은 마스터 유닛에 대한 종속성으로 군집주행 시 마스터 유닛에 통신부하 및 연산부하가 집중된다. 이로 인하여 상기 마스터 유닛의 오차 누적이나 고장 시 군집주행이 불가 및 라인정지를 유발하는 문제점이 있다.

또한, 군집주행시의 마스터 유닛은 제어 가능한 슬레이브 유닛 개수가 한정되어 있어 한 그룹의 군집 내 설비되는 유닛 개수가 제한되는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 무선통신으로 수집된 이동로봇의 상태정보에 따른 연산을 중앙에서 처리하여 다양한 형태의 군집주행을 제어하는 이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이동로봇 군집주행 시스템은 공장 내 물품 이송을 위해 운용되는 이동로봇; 및 무선통신으로 연결된 상기 이동로봇의 경로를 중앙에서 설정하여 자율주행을 제어하되, 작업에 필요한 복수의 이동로봇을 그룹핑하여 일정 군집형태로 배치한 후 상기 무선통신으로 수집된 이동로봇의 상태정보에 따른 연산을 중앙에서 처리하여 동기화된 동작으로 이동시키는 중앙 서버;를 포함한다.

또한, 상기 이동로봇은 AMR(Autonomous mobile robot) 또는 AGV(Automated Guided Vehicle)로 구성되어 상기 군집주행 시 상기 중앙 서버에서 수신된 제어명령에 따라 설정된 목적지 이동경로를 따라 이동할 수 있다.

또한, 상기 제어명령은 상기 이동로봇의 현재 위치에서의 이동방향, 속도, 목적지 좌표, 이동경로 및 동기화 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이동로봇은 무선 통신망을 통해 상기 중앙 서버와 연결되어 데이터를 송수신하는 무선통신 모듈; 레이저, 카메라, 라이다 및 고정밀 DGPS 중 적어도 하나를 통해 주변에 탐지된 센서 데이터를 생성하는 주행센서 모듈; 배터리의 전원으로 모터를 작동하여 주행 구동력을 생성하고, 그 구동상태에 따른 엔코더 데이터(Encoder data)를 측정하는 구동 모듈; SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 방식으로 생성된 공장맵과 그 좌표계(x, y)를 상기 중앙 서버와 공유하여 저장하는 메모리; 및 상기 중앙 서버에서 수신된 제어명령에 기초한 상기 구동 모듈의 동작을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit);를 포함할 수 있다.

또한, 상기 MCU는 상기 센서 데이터와 엔코더 데이터를 포함하는 상기 이동로봇의 상태정보를 상기 중앙 서버로 전송할 수 있다.

또한, 상기 구동 모듈은 상기 이동로봇의 구동륜을 전진 방향 또는 후진 방향으로 구동하는 모터1 및 상기 구동륜의 진행 방향을 회전시키는 모터2를 포함하되, 상기 구동륜은 이동 시 실린더로 작동되는 고정핀에 의해 차체에 구속되고, 좌우 방향으로 전환 시 상기 구속이 해제된 후 상기 모터2를 통해 방향이 회전된 후 재 구속될 수 있다.

또한, 상기 중앙 서버는 대형 물품의 이송이나 일군의 주행에 필요한 다각형, 원형 및 선형(Line) 중 어느 하나의 타입에 필요한 대수의 이동로봇을 선택하여 군집주행을 제어할 수 있다.

또한, 상기 중앙 서버는 상기 이동로봇으로부터 상기 상태정보를 수집하고 그에 따라 연산된 제어명령을 전송하는 통신부; 상기 공장에서 운용되는 모든 이동로봇 정보를 설비테이블에 등록하여 관리하는 정보 분석부; 상기 이동로봇의 군집주행 제어를 위해 현재 위치로부터 목적지까지의 주행경로를 생성하는 경로 생성부; 상기 설비테이블을 저장하고 상기 이동로봇의 상태정보에 따른 작업이행정보 및 유휴작업 가능정보를 제공하는 데이터베이스(DB); 및 상기 이동로봇의 상태정보를 파악하고, 관제 서버에서 수신된 생산 작업 지령에 필요한 군집형태의 설정 및 개별 이동로봇의 주행경로를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 군집주행 제어를 위한 설정화면을 제공하여 군집형태와 군집주행 경로를 설정할 수 있다.

또한, 상기 경로 생성부는 상기 제어부에서 설정된 군집주행 형태와 이에 지정된 개별 이동로봇의 포지션에 따른 서로 동기화된 군집주행 경로를 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 경로별 군집주행 모드 설정화면을 통해 상기 주행경로에 포함된 노드-노드(Node-Node)간 및 구간(Area) 단위 경로 별로 군집명칭을 설정하고 상기 단위 경로 별 군집주행 타입을 설정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 경로 별 군집주행 타입을 군집형태가 고정되는 고정형 타입과 일부 단위 경로에서는 군집형태가 변경되는 가변형 타입 중 적어도 하나로 설정할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 중앙 서버가 공장에서 운용되는 이동로봇의 군집주행을 제어하는 방법은, a) 작업공정 설비로의 물품 이송을 위한 작업 지령이 수신되면 상기 물품을 고려한 군집형태와 복수의 이동로봇을 선택하여 출발점에 배치하는 단계; b) 상기 복수의 이동로봇에 상기 물품이 탑재되면 상기 작업공정 설비의 목적 좌표와 이동경로를 전송하여 군집주행을 명령하는 단계; c) 무선통신을 통해 포지션 별 이동로봇으로부터 실시간으로 수집된 센서 데이터와 엔코더 데이터를 연산하여 각 이동로봇의 절대 위치를 계산하는 단계; 및 d) 상기 포지션 별 이동로봇에 동기화된 제어신호를 전송하여 군집주행을 제어하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 a) 단계는, 상기 물품의 크기와 형상을 고려한 군집형태와 군집에 필요한 이동로봇의 대수를 파악하고 유휴 상태의 이동로봇을 선택하여 개별 포지션을 지정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 b) 단계는, 각 이동로봇에 현재 위치에서의 이동방향, 속도, 목적지 좌표, 이동경로 및 동기화 신호 중 적어도 하나를 포함하는 제어명령을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 이동로봇의 상태정보를 수집하여 군집 내 어느 하나의 이동로봇에 고장이 발생되면 사용자 인터페이스(UI)를 통해 고장 이동로봇을 군집에서 삭제하고 유휴 이동로봇을 해당 포지션에 대체할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 이동로봇이 목적 좌표에 도착하면 해당 작업공정 설비의 센서에서 측정된 이동로봇 정위치 신호를 수신하는 단계; 및 상기 이동로봇의 정위치 신호와 설정된 목적 좌표를 비교하여 위치 편차가 발생되면 위치보정 명령으로 오차를 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 중앙 서버가 이동로봇의 개별 절대 좌표를 기준으로 군집주행을 제어하고 어느 하나에 편차가 발생하더라도 보정을 통한 동기주행을 수행함으로써 종래의 마스터-슬레이브 방식 대비 보다 정확하고 유연한 군집제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 중앙 서버에서 군집제어를 위한 연산을 수행하므로 종래의 AMR에 적용된 고가의 임베디드 컴퓨팅 시스템을 생략하고 소형화된 MCU로 이동로봇을 구현할 수 있어 초기 설치 비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 중앙 서버의 연산능력에 따라 하나의 군집에 결합되는 이동로봇 대수를 자유롭게 확장할 수 있고, 군집 내 개체 이동로봇의 이상발생 시 중앙에서 유휴 이동로봇을 신속히 대체하여 라인정지를 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇과 중앙 서버의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 군집주행 제어를 위한 설정화면(UI)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 실시 예에 따른 주행경로 설정 타입 별 군집주행 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 서버 제어기반 군집주행 제어상태를 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

명세서 전체에서, 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.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 시스템은 공장에서 물품 이송을 위해 운용되는 이동로봇(10), 중앙에서 무선통신으로 연결된 이동로봇(10)의 경로를 설정하고 자율주행을 제어하는 중앙 서버(100) 및 상기 물품 이송에 필요한 작업 지령을 할당하는 관제 서버(200)를 포함한다.

이동로봇(10)은 바람직한 실시 예로 AMR(Autonomous mobile robot)로 구성된다. 다만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않으며 이동로봇(10)을 AGV(Automated Guided Vehicle)로 구성할 수 있다. 이때는 공장 바닥에 AGV의 주행경로를 유도하기 위한 마그넷이나 마커를 설치할 수 있다.

중앙 서버(100)는 일종의 클라우드 컴퓨팅 시스템이며, 작업에 필요한 복수의 이동로봇(10)을 그룹핑하여 다양한 형태의 대형으로 배치한 후 중앙에서의 연산으로 상호 동기화된 동작으로 이동시키는 군집주행 제어를 수행하는 특징을 갖는다.

예컨대, 중앙 서버(100)는 대형 물품의 이송이나 일군(한 무리/그룹)의 주행에 필요 시 선형(Line), 사각형, 삼각형 및 원형 등 다양한 타입에 필요한 복수의 이동로봇(10)을 선택하여 군집주행을 제어할 수 있다.

이동로봇(10)은 독립 자율주행 및 군집주행 시 중앙 서버(100)에서 수신된 제어명령에 따른 구동 모듈을 구동하여 설정된 목적지 이동경로를 따라 이동한다. 상기 제어명령은 이동로봇(10)의 현재 위치(좌표)에서의 이동방향, 속도, 목적지(좌표), 이동경로 및 동기화 신호(시간)를 포함할 수 있다.

이 때, 이동로봇(10)은 별도의 마스터를 지정할 필요가 없으므로 종래의 마스터-슬레이브 방식에서 동기화/추종을 위한 복잡한 연산 없이 중앙 서버(100)로부터 수신된 제어명령에 따른 이동제어만을 수행하면 된다.

따라서, 종래의 AMR에 적용된 고가의 임베디드 컴퓨팅 시스템을 생략하고 기능이 최소화된 MCU(Micro Controller Unit)로 이동로봇(10)을 구현할 수 있어 초기 설비 및 운용 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

관제 서버(200)는 ERP(Enterprise Resource Planning) 및 MES(Manufacturing Execution System)일 수 있으며 스마트 공장 내 전체공정의 작업상태를 관리한다.

관제 서버(200)는 생산라인의 작업상태를 모니터링하여 제품 생산에 필요한 작업공정 별 물품(부품)이 적시 적소에 공급될 수 있도록 중앙 서버(100)에 작업 지령을 하달할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇과 중앙 서버의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇(10)은 무선통신 모듈(11), 주행센서 모듈(12), 구동 모듈(13), 메모리(14) 및 MCU(15)를 포함한다. 이밖에, 이동로봇(10)은 차체(16)를 지지하며 360도 회전 가능한 복수의 캐스터(17)와 구동 모듈(13)의 작동으로 구동하는 구동륜(18)을 더 포함할 수 있다.

무선통신 모듈(11)은 무선 통신망을 통해 중앙 서버(100)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 상기 무선 통신망은 이동통신(LTE/5G)와 WiFi 중 적어도 하나를 포함한다.

주행센서 모듈(12)은 레이저, 카메라 및 라이다, 고정밀 DGPS 중 적어도 하나를 통해 이동로봇(10)의 주변 환경이 탐지된 센서 데이터를 생성한다.

구동 모듈(13)은 배터리(미도시)의 전원으로 모터를 작동하여 이동로봇(10)의 주행 구동력을 생성하고, 그 구동상태에 따른 엔코더 데이터(Encoder data)를 측정한다.

구동 모듈(13)은 이동로봇(10)의 구동륜(18)을 전진 방향 또는 후진 방향으로 구동하는 모터1 및 상기 구동륜(18)의 진행 방향(조향 각도)을 회전시키는 모터2를 포함한다. 여기서, 상기 구동륜(18)은 상시 실린더(미도시)로 전후진 작동되는 고정핀에 의해 차체(16)에 구속된다. 그리고 상기 구동륜(18)을 좌우 방향으로 전환 시 상기 고정핀을 잠시 분리하여 구속을 해제한 후 모터2를 이용하여 구동륜(18)의 방향을 회전한 후 재 구속될 수 있다.

메모리(14)는 이동로봇(10)의 구동을 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장한다. 메모리(14)는 사전에 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 방식으로 생성된 공장맵과 그 좌표계(x, y)를 중앙 서버(100)와 공유하여 저장할 수 있다.

MCU(15)는 상기 각 모듈의 전반적인 동작을 제어한다.

MCU(15)는 주행센서 모듈(12)에서 탐지된 센서 데이터와 구동 모듈(13)의 작동에 따른 구동상태에 따른 엔코더 데이터를 포함하는 상태정보를 무선통신 모듈(11)을 통해 중앙 서버(100)로 전송한다.

또한, MCU(13)는 중앙 서버(100)로부터 수신된 제어명령을 분석하여 당해 이동로봇(10)의 현재 위치에서의 이동방향, 속도, 목적지 이동경로 및 동기화 신호(시간)에 기초한 구동 모듈(13)의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 서버(100)는 통신부(110), 정보 분석부(120), 경로 생성부(130), 데이터베이스(DB)(140), 제어부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.

통신부(110)는 공장 내 운용중인 이동로봇(10)과 무선통신을 연결하여 상태정보를 수집하고 그에 따른 제어명령을 전송한다.

정보 분석부(120)는 공장에서 운용되는 모든 이동로봇 정보를 설비테이블에 등록하여 관리한다. 예컨대, 상기 이동로봇 정보는 고유식별정보(로봇 ID), 로봇타입, 구동타입 및 상태정보 등을 포함한다.

여기서, 상기 로봇타입은 상면에 팔레트가 구비된 일체형, 대차를 견인하는 저상형, 리프팅 가능한 지게차형, 컨베이어 연동형 등을 의미할 수 있다. 상기 구동타입은 상기 구동 모듈(13)과 같이 2개의 모터를 이용하여 구동과 회전되는 타입과 AGV와 같이 유도선을 따라 움직이는 구동타입 등을 의미할 수 있다. 또한, 상기 상태정보는 이동로봇(10)의 구동에 따른 센서 데이터와 엔코더 데이터 등을 포함한다.

정보 분석부(120)는 통신부(110)에서 수집된 상기 상태정보를 분석하여 로봇 ID를 추출하여 해당 이동로봇(10)을 인식하고 그 동작에 따른 센서 데이터와 엔코더 데이터를 획득한다.

정보 분석부(120)는 DB(140)에서 상기 로봇 ID에 매칭된 설비테이블을 조회하여 이동로봇(10)의 동작에 따른 실시간 상태정보를 업데이트한다.

경로 생성부(130)는 이동로봇(10)의 주행제어를 위해 현재 위치(출발지)로부터 목적지까지의 주행경로를 생성한다.

경로 생성부(130)는 군집주행을 위한 경로 생성시 제어부(160)에서 설정된 군집주행 형태와 이에 지정된 개별 이동로봇(10)의 포지션에 따른 서로 동기화된 군집주행 경로를 생성할 수 있다.

상기 주행경로는 공장맵(MAP)의 좌표계(x, y)를 기반으로 설정될 수 있으며 경로상에 복수의 노드(Node)를 포함한다. 이에, 이동로봇(10)은 제어명령으로 설정된 상기 주행경로에 따라 노드1(N1)- 노드2(N2), …, 노드m(Nm)을 순서대로거치면서 이동할 수 있다.

DB(140)는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙에서 이동로봇(10)의 군집주행을 제어하기 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장하고, 그 운용에 따라 생성되는 정보를 저장한다.

예컨대, DB(140)는 정보 분석부(120)통해 데이터화된 설비테이블을 저장하고, 이동로봇(10)의 상태정보에 따른 작업이행정보 및 유휴작업 가능정보 등을 제공할 수 있다. 또한, DB(140)는 공정 별 작업스케줄, 공장맵(MAP)의 실시간 혹은 예약된 교통흐름 및 군집주행상태 추적정보를 저장할 수 있다.

제어부(150)는 이동로봇의 군집주행 제어를 위한 상기 각부의 전반적인 동작을 제어하는 중앙처리장치이다.

제어부(150)는 차량공장에서 운용중인 이동로봇(10)의 상태정보를 파악하고 작업에 필요한 군집형태의 설정 및 개별 이동로봇의 주행경로를 중앙에서 제어한다.

제어부(150)는 이동로봇(10)의 군집제어를 위해 디스플레이 또는 운영자 PC와 연결되어 중앙 서버(100)의 운용에 따른 이동로봇(10)의 모니터링 정보를 표시 및 설정정보를 입력 받는다.

제어부(150)는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 군집주행 제어를 위한 설정화면을 제공하여 군집형태와 군집주행 경로를 설정할 수 있다.

예컨대, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 군집주행 제어를 위한 설정화면(UI)를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 제어부(150)는 필요에 따라 다양한 형태의 군집주행을 수행하기 위하여 군집주행 설정 화면(UI)을 통해 군집주행의 형태 및 이동로봇(10)의 대수를 정의할 수 있다.

제어부(150)는 원형, 다각형 및 라인형 등으로 군집형태를 설정할 수 있다.

예를 들면, 도 3(A)와 같이, 제어부(150)는 군집주행 설정 화면(UI)을 통해 사각형(Rect) 형태로 4대의 이동로봇을 설정할 수 있다.

이 때, 제어부(150)는 DB(140)를 통해 유휴상태의 이동로봇(10)을 조회하여 설정된 군집형태의 각 포지션에 지정한다. 그리고 제어부(150)는 디폴트(Default)로 상기 군집형태를 이루는 이동로봇(10)들의 행과 열의 간격을 동일하게 배치한다.

다만, 제어부(150)는 군집주행 설정 화면(UI)을 통해 운영자의 추가적인 군집형태가 적용되거나 수정 시 필요한 군집의 이동로봇(10) 대수를 설정 후 오른쪽 화면에서 수동으로 수정이 가능하도록 지원한다.

한편, 제어부(150)는 군집의 목적지 입력에 따른 공장맵(MAP) 상의 주행경로를 설정한다.

도 3(A)와 같이, 제어부(150)는 경로별 군집주행 모드 설정화면(UI)을 통해 상기 주행경로에 포함된 노드-노드(Node-Node)간 및 구역/구간(Area)간 단위 경로 별로 군집명칭을 설정하고 단위 경로 별 군집주행 타입을 설정할 수 있다.

예를 들면, 제어부(150)는 상기 경로 별 군집주행 타입을 형태가 고정되는 고정형 타입과 일부 단위 경로에서는 군집형태가 변경되는 가변형 타입으로 설정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 본 발명의 실시 예에 따른 주행경로 설정 타입 별 군집주행 상태를 나타낸다.

먼저, 도 4(A)를 참조하면, 제어부(150)가 4대(①, ②, ③, ④)의 이동로봇(AMR)을 이용한 사각 형태의 고정형 군집주행 주행경로를 설정하여 하나의 대형 물품(Part)를 이동 시키는 고정형 군집주행 상태를 보여준다.

이 때, ①, ②, ③, ④의 이동로봇은 각각 지정된 포지션 경로에 따라 사각 형태로 고정된 상태에서 구동 모듈(13)의 진행방향만 90도 회전하여 3번의 굴절 구간을 대형 물품(Part)의 회전 없이 이동할 수 있다.

또한, 도 4(B)를 참조하면, 제어부(150)가 4대(①, ②, ③, ④)의 이동로봇(AMR)의 경로 별 서열을 변경하면서 이동시키는 가변형 군집주행 상태를 보여준다.

이 때, 복수의 이동로봇은 각각 ①, ②, ③의 지정된 서열에 따른 직선 형태로 굴절구간을 이동하다가 횡방향 경로에서 종방향 경로로 전환 시 서열이 ①, ③, ②로 변경될 수 있다. 이러한 가변형 군집주행은 복수의 이동로봇이 협동하여 대형 물품을 이송한 후 복귀하거나 다음 작업위치로 이동 시 설정될 수 있다. 이러한 가변형 군집주행은 공장 내 이동로봇의 운영에 따른 다른 군집주행과 충돌/간섭을 회피하거나 좁은 통로 구간을 통과하는 경로설정에 용이한 이점이 있다.

또한, 제어부(150)는 이에 한정되지 않고 단위 경로 별로 군집형태 설정 시 제1 구간(Area1)에서는 사각 형태의 군집을 설정하고 제2 구간(Area2)에서는 선형군집으로 설정하여 상황에 따라 최적화된 다양한 군집주행 제어를 수행할 수 있다.

한편, 전술한 이동로봇 군집주행 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 방법을 다음의 도 5 및 도 6을 통해 설명하되 중앙 서버(100)를 위주로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동로봇 군집주행 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 서버 제어기반 군집주행 제어상태를 나타낸다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 서버(100)는 관제 서버(200)로부터 작업공정 설비에 필요한 물품 이송 등의 생산 작업 지령을 수신한다(S1).

중앙 서버(100)는 수신된 작업 지령에 따른 물품(Part)을 고려한 군집형태와 복수의 이동로봇(10)을 선택하여 그룹핑한다(S2). 이때, 중앙 서버(100)는 상기 물품(Part)의 크기와 형상을 고려한 군집형태와 이동로봇(10) 설비의 대수를 파악하고 유휴 상태의 이동로봇(10)을 선택하여 개별 포지션을 지정할 수 있다.

중앙 서버(100)는 상기 군집형태의 개별 포지션 좌표를 지정된 이동로봇(10)으로 전송하여 출발점에 배치하고(S3), 물품이 탑재되면 해당 작업공정 설비로 설정된 목적 좌표와 이동경로를 전송하여 군집주행을 명령한다(S4). 이에, 이동로봇(10)은 각자 설정된 주행경로를 따라 이동하면서 주행센서 모듈(12)에서 탐지된 센서 데이터와 구동 모듈(13)의 구동상태에 따른 엔코더 데이터 등을 측정하여 실시간으로 상위 중앙 서버(100)에 전송한다.

중앙 서버(100)는 포지션 별 이동로봇(10)으로부터 실시간으로 수집된 상기 센서 데이터와 엔코더 데이터를 연산하여 각 이동로봇(10)의 절대 위치를 계산하고(S5), 포지션 별 이동로봇(10)에 동기화된 제어명령을 전송하여 군집주행을 제어한다(S6). 이 때, 중앙 서버(100)는 각 이동로봇(10)에 현재 위치에서의 이동방향, 속도, 목적지 좌표, 이동경로 및 동기화 신호 중 적어도 하나를 포함하는 제어명령을 전송할 수 있다.

여기서, 종래의 마스터-슬레이브 방식의 경우 마스터와의 상대좌표를 활용하여 슬레이브를 제어하므로 마스터의 통신 딜레이/연산오류 등의 오차가 각 슬레이브에 반영되는 문제점이 존재하였다.

이에, 도 6과 같이, 중앙 서버(100)는 실시간으로 각 포지션 별 이동로봇(10)의 위치정보를 파악하여 어느 하나의 이동로봇(10)에 슬립으로 인한 위치 편차가 발생되면 위치보정을 위한 명령을 전송함으로써 오차 발생 문제를 해결할 수 있다. 또한, 중앙 서버(100)는 실시간으로 이동로봇(10)의 상태정보를 수집하여 군집내 어느 하나의 이동로봇(10)에 고장이 발생되면 유휴 이동로봇(10)으로 신속히 대체할 수 있다. 이 때, 중앙 서버(100)는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 고장 이동로봇(10)을 그룹에서 삭제하고 유휴 이동로봇(10)을 해당 포지션에 추가할 수 있다.

한편, 중앙 서버(100)는 이동로봇(10)이 목적 좌표에 도착하면 해당 작업공정 설비의 센서에서 측정된 이동로봇 정위치 신호를 수신한다(S6). 여기서, 상기 이동로봇 정위치 신호는 물품의 상/하차 정렬을 위해 이동로봇(10)의 포지션 별 최종 목적 좌표를 의미할 수 있다.

이 때, 중앙 서버(100)는 상기 이동로봇 정위치 신호와 설정된 목적 좌표를 비교하여 위치 편차가 발생되면 위치보정 명령으로 그 오차를 보정할 수 있다.

중앙 서버(100)는 상기 물품의 정렬이 완료된 상태에서 이동로봇(10)과 작업공정 설비 중 적어도 하나에 작업 명령을 전송하고(S9), 그에 따른 작업 완료가 수신되면(S10), 관제 서버(200)에 작업 완료를 보고한다(S11).

이후, 도면에서는 생략되었으나 중앙 서버(100)는 이동로봇(10)들을 선형 형태의 군집주행으로 제어하여 복귀 혹은 대기장소로 이동시키고 군집 그룹 해제 및 유휴 상태로 전환할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 중앙 서버가 이동로봇의 개별 절대 좌표를 기준으로 군집주행을 제어하고 어느 하나에 편차가 발생하더라도 보정을 통한 동기주행을 수행함으로써 종래의 마스터-슬레이브 방식 대비 보다 정확하고 유연한 군집제어가 가능한 효과가 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 이동로봇 11: 무선통신 모듈
12: 주행센서 모듈 13: 구동 모듈
14: 메모리 15: MCU
16: 차체 17: 캐스터
18: 구동륜 100: 중앙 서버
110: 통신부 120: 정보 분석부
130: 경로 설정부 140: 데이터베이스(DB)
150: 제어부 200: 관제 서버

Claims

공장 내 물품 이송을 위해 운용되는 이동로봇; 및
무선통신으로 연결된 상기 이동로봇의 경로를 중앙에서 설정하여 자율주행을 제어하되, 작업에 필요한 복수의 이동로봇을 그룹핑하여 일정 군집형태로 배치한 후 상기 무선통신으로 수집된 이동로봇의 상태정보에 따른 연산을 중앙에서 처리하여 동기화된 동작으로 이동시키는 중앙 서버;
를 포함하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이동로봇은
AMR(Autonomous mobile robot) 또는 AGV(Automated Guided Vehicle)로 구성되어 상기 군집주행 시 상기 중앙 서버에서 수신된 제어명령에 따라 설정된 목적지 이동경로를 따라 이동하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어명령은
상기 이동로봇의 현재 위치에서의 이동방향, 속도, 목적지 좌표, 이동경로 및 동기화 신호 중 적어도 하나를 포함하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제3항에 있어서,
상기 이동로봇은
무선 통신망을 통해 상기 중앙 서버와 연결되어 데이터를 송수신하는 무선통신 모듈;
레이저, 카메라, 라이다 및 고정밀 DGPS 중 적어도 하나를 통해 주변에 탐지된 센서 데이터를 생성하는 주행센서 모듈;
배터리의 전원으로 모터를 작동하여 주행 구동력을 생성하고, 그 구동상태에 따른 엔코더 데이터(Encoder data)를 측정하는 구동 모듈;
SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 방식으로 생성된 공장맵과 그 좌표계(x, y)를 상기 중앙 서버와 공유하여 저장하는 메모리; 및
상기 중앙 서버에서 수신된 제어명령에 기초한 상기 구동 모듈의 동작을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit);
를 포함하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제4항에 있어서,
상기 MCU는
상기 센서 데이터와 엔코더 데이터를 포함하는 상기 이동로봇의 상태정보를 상기 중앙 서버로 전송하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제4항에 있어서,
상기 구동 모듈은
상기 이동로봇의 구동륜을 전진 방향 또는 후진 방향으로 구동하는 모터1 및 상기 구동륜의 진행 방향을 회전시키는 모터2를 포함하되,
상기 구동륜은 이동 시 실린더로 작동되는 고정핀에 의해 차체에 구속되고, 좌우 방향으로 전환 시 상기 구속이 해제된 후 상기 모터2를 통해 방향이 회전된 후 재 구속되는 이동로봇 군집주행 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙 서버는
대형 물품의 이송이나 일군의 주행에 필요한 다각형, 원형 및 선형(Line) 중 어느 하나의 타입에 필요한 대수의 이동로봇을 선택하여 군집주행을 제어하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제7항에 있어서,
상기 중앙 서버는
상기 이동로봇으로부터 상기 상태정보를 수집하고 그에 따라 연산된 제어명령을 전송하는 통신부;
상기 공장에서 운용되는 모든 이동로봇 정보를 설비테이블에 등록하여 관리하는 정보 분석부;
상기 이동로봇의 군집주행 제어를 위해 현재 위치로부터 목적지까지의 주행경로를 생성하는 경로 생성부;
상기 설비테이블을 저장하고 상기 이동로봇의 상태정보에 따른 작업이행정보 및 유휴작업 가능정보를 제공하는 데이터베이스(DB); 및
상기 이동로봇의 상태정보를 파악하고, 관제 서버에서 수신된 생산 작업 지령에 필요한 군집형태의 설정 및 개별 이동로봇의 주행경로를 제어하는 제어부;
를 포함하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제어부는
사용자 인터페이스(UI)를 통해 군집주행 제어를 위한 설정화면을 제공하여 군집형태와 군집주행 경로를 설정하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제9항에 있어서,
상기 경로 생성부는
상기 제어부에서 설정된 군집주행 형태와 이에 지정된 개별 이동로봇의 포지션에 따른 서로 동기화된 군집주행 경로를 생성하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어부는
경로별 군집주행 모드 설정화면을 통해 상기 주행경로에 포함된 노드-노드(Node-Node)간 및 구간(Area) 단위 경로 별로 군집명칭을 설정하고 상기 단위 경로 별 군집주행 타입을 설정하는 이동로봇 군집주행 시스템.
제11항에 있어서,
상기 제어부는
상기 경로 별 군집주행 타입을 군집형태가 고정되는 고정형 타입과 일부 단위 경로에서는 군집형태가 변경되는 가변형 타입 중 적어도 하나로 설정하는 이동로봇 군집주행 시스템.
중앙 서버가 공장에서 운용되는 이동로봇의 군집주행을 제어하는 방법에 있어서,
a) 작업공정 설비로의 물품 이송을 위한 작업 지령이 수신되면 상기 물품을 고려한 군집형태와 복수의 이동로봇을 선택하여 출발점에 배치하는 단계;
b) 상기 복수의 이동로봇에 상기 물품이 탑재되면 상기 작업공정 설비의 목적 좌표와 이동경로를 전송하여 군집주행을 명령하는 단계;
c) 무선통신을 통해 포지션 별 이동로봇으로부터 실시간으로 수집된 센서 데이터와 엔코더 데이터를 연산하여 각 이동로봇의 절대 위치를 계산하는 단계; 및
d) 상기 포지션 별 이동로봇에 동기화된 제어신호를 전송하여 군집주행을 제어하는 단계;
를 포함하는 이동로봇 군집주행 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 a) 단계는,
상기 물품의 크기와 형상을 고려한 군집형태와 군집에 필요한 이동로봇의 대수를 파악하고 유휴 상태의 이동로봇을 선택하여 개별 포지션을 지정하는 단계를 포함하는 이동로봇 군집주행 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 b) 단계는,
각 이동로봇에 현재 위치에서의 이동방향, 속도, 목적지 좌표, 이동경로 및 동기화 신호 중 적어도 하나를 포함하는 제어명령을 전송하는 단계를 포함하는 이동로봇 군집주행 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 이동로봇의 상태정보를 수집하여 군집 내 어느 하나의 이동로봇에 고장이 발생되면 사용자 인터페이스(UI)를 통해 고장 이동로봇을 군집에서 삭제하고 유휴 이동로봇을 해당 포지션에 대체하는 이동로봇 군집주행 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 d) 단계 이후에,
상기 이동로봇이 목적 좌표에 도착하면 해당 작업공정 설비의 센서에서 측정된 이동로봇 정위치 신호를 수신하는 단계; 및
상기 이동로봇의 정위치 신호와 설정된 목적 좌표를 비교하여 위치 편차가 발생되면 위치보정 명령으로 오차를 보정하는 단계;
를 더 포함하는 이동로봇 군집주행 제어 방법.