KR20220027504A

KR20220027504A - 농업용 로봇을 위한 작업 경로 생성 방법

Info

Publication number: KR20220027504A
Application number: KR1020200108444A
Authority: KR
Inventors: 홍형길; 조용준; 윤해룡; 김동우; 강민수; 오장석; 서갑호
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-08

Abstract

본 발명은 노지와 같은 비정형 환경에서 농작물이 식재되지 않은 환경에서도 농업용 로봇이 작업하기 위한 경로를 효과적으로 생성하기 위한 작업경로 생성 방법에 관한 것으로, 작업 농경지에 대한 정보가 입력되면 과거 작업 정보가 존재하는지 확인하는 제1단계; 과거 작업 정보가 존재하지 않으면 외부 서버로부터 해당 농경지의 지적 정보를 획득하고, 드론 촬영을 통해 획득된 영상과 맵핑시켜 해당 농경지의 외곽 형상을 결정하며, 상기 드론 촬영 시 획득된 좌표 정보를 상기 결정된 외곽 형상에 적용하여 해당 농경지의 외곽 좌표를 획득하는 제2 단계; 작업자로부터 작업 정보를 입력받는 제3 단계; 상기 작업정보를 기반으로 상기 농업용 로봇의 폭 및 높이를 결정하고, 상기 작업정보 및 상기 농업용 로봇의 폭 정보를 기반으로 초기 최적 작업 경로를 생성하는 제4 단계; 상기 초기 최적 작업 경로를 기반으로 상기 농업용 로봇을 주행 제어하면서 실제 작업 시의 경로를 저장하는 제5 단계; 상기 초기 최적 작업 경로와 상기 실제 작업 경로를 비교하여 작업 경로를 보정하여 저장하는 제6 단계; 및 과거 작업 정보가 존재하면 과거 작업 정보를 기반으로 작업 경로를 생성한 후 제5 단계 이하를 수행하는 제7 단계를 포함한다.

Description

농업용 로봇을 위한 작업 경로 생성 방법{METHOD FOR CREATING A WORK MAP OF AGRICULTRAL ROBOT}

본 발명은 농업용 로봇을 위한 작업경로 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하세는 노지와 같은 비정형 환경에서 농작물이 식재되지 않은 환경에서도 농업용 로봇이 작업하기 위한 경로를 효과적으로 생성하기 위한 작업경로 생성 방법에 관한 것이다.

밭이나 논 등의 농경지에서 작업을 수행하는 자율 주행형 농업용 로봇에는 농경지에서 정해진 작업 영역에 대해서만 작업을 수행하도록 하는 작업 경로가 필요하다. 자율주행형 농업용 로봇에는 GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치인식 시스템과, 속도와 방향 및 가속도를 측정하는 관성항법장치(IMU: Inertial Mwasurement Unit)와, 자율 주행시 이동 방향을 모니터로 보여주기 위한 모니터링 시스템, 작업경로 생성 및 추종기술이 적용된다.

통상 자동차가 주행하는 도로의 경우에는 현재 정확한 위치 정보를 기반으로 작성된 전자지도가 있고, 또한 도로의 차선 등과 같은 표식을 통해 경로 주행이 가능하다. 하지만, 농지와 같은 비정형 환경은 현재 농지의 정확한 GPS 정보가 없고, 더욱이 농업용 로봇이 주행을 하는데 있어서 경로를 인식하기 위한 특별한 표식이 없는 상태이다.

이와 같은 상황을 고려하여 대한민국 특허 제10-1816557호 및 일본특허 제4185813호에서는 GPS를 탑재한 작업 차량을 작업 대상 부지의 외주부를 실제 주행시켜 부지 외형을 판별하도록 하는 방안을 제시하고 있다. 다시 말해, 작업자가 직접 농업용 로봇을 작업 대상 부지의 외주부를 주행시켜 작업 대상 부지의 외주부 위치 정보를 획득하도록 하고 있다.

하지만, 이와 같은 종래의 기술은 작업자에 있어서는 매우 번거로운 작업으로 실제 농업 환경에 적용하기에는 문제가 있다.

또한, 대한민국 특허10-1879247호에는 사용자가 농업기계의 폭을 입력하고, 농경지 외곽을 시험 주행한 뒤, 최적의 선회 구간, 최단 선회 구간을 계산하여 경로를 설정하도록 함과 아울러 작업을 진행할 때 디스플레이에 최적 방향을 제시하도록 한 자율주행 농업기계의 작업경로 설정방법이 제시되어 있다.

다시 말해, 종래 작업 경로 설정방법은 농작업 차량의 최대 허용속도와 작업폭이 설정된 후 필드 주행을 시작하는 단계와; 농경지의 경계를 탐색하고 위치 데이터를 저장하는 단계와; 농경지에 대한 탐색이 완료되면 최소 탐색 경로 Min(L)와 최소 회행 거리 수(Nro)를 계산하는 단계와; 농작업 차량의 작업폭을 고려한 최적 경로 NL(k), RL(k) 계획을 생성하는 단계와; 최적 경로 계획상의 구간별 최단시간 선회거리 Lt를 계산하는 단계와; 최적 탐색 경로와 최적 경로 계획 및 구간별 최단시간 선회거리를 종합하는 단계와; 종합된 경로를 경위도 좌표로 전환하여 작업경로를 결정하는 단계를 포함한다.

하지만, 이와 같은 종래의 작업경로 설정방법 또한 농경지 경계탐색 및 위치 데이터 획득을 위해서는 농작업 기계를 직접 조정하여 경계부 주행을 해야 하는 번거로운 작업이 필요하다.

10-1879247(등록일자: 2018.07.11)

본 발명에서는 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 노지와 같은 비정형 환경에서 농작물이 식재되지 않은 환경에서도 농업용 로봇이 작업하기 위한 경로를 효과적으로 생성하기 위한 작업 경로 생성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 작업 경로 생성방법은, 작업 농경지에 대한 정보가 입력되면 과거 작업 정보가 존재하는지 확인하는 제1단계; 과거 작업 정보가 존재하지 않으면 외부 서버로부터 해당 농경지의 지적 정보를 획득하고, 드론 촬영을 통해 획득된 영상과 맵핑시켜 해당 농경지의 외곽 형상을 결정하며, 상기 드론 촬영 시 획득된 좌표 정보를 상기 결정된 외곽 형상에 적용하여 해당 농경지의 외곽 좌표를 획득하는 제2 단계; 작업자로부터 작업 정보를 입력받는 제3 단계; 상기 작업정보를 기반으로 상기 농업용 로봇의 폭 및 높이를 결정하고, 상기 작업정보 및 상기 농업용 로봇의 폭 정보를 기반으로 초기 최적 작업 경로를 생성하는 제4 단계; 상기 초기 최적 작업 경로를 기반으로 상기 농업용 로봇을 주행 제어하면서 실제 작업 시의 경로를 저장하는 제5 단계; 상기 초기 최적 작업 경로와 상기 실제 작업 경로를 비교하여 작업 경로를 보정하여 저장하는 제6 단계; 및 과거 작업 정보가 존재하면 과거 작업 정보를 기반으로 작업 경로를 생성한 후 제5 단계 이하를 수행하는 제7 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은 외부 서버로부터 획득된 지적 정보와 드론을 통해 획득된 영상 및 좌표 정보를 기반으로 농업용 로봇의 초기 작업 경로를 효과적으로 생성할 수 있고, 이와 같은 초기 작업 경로를 농업용 로봇의 실제 주행을 통해 획득된 경로 정보로 보정하고, 이후 과거 이력 정보를 작업 경로 생성에 활용하도록 함으로써, 농업용 로봇을 실제 농경지에서 주행하지 않고서도 농작업에 필요한 주행 경로를 효과적으로 생성할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 작업경로 생성방법을 나타낸 흐름도이다.
도2는 본 발명에 따른 작업경로 생성방법의 예를 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 지적정보 예시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 명세서에서, 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.

본 발명에 따른 작업경로 생성방법은 농업용 로봇이 직접 농경지에서 초기 주행을 진행하지 않고, 외부 서버로부터 획득된 지적정보와 드론 촬영을 통해 획득된 측위 정보를 바탕으로 작업 농경지의 외곽 경계지의 좌표 정보를 초기 획득하고, 이를 기반으로 초기 작업 경로를 생성하여 작업을 진행하면서 실제 농업용 로봇이 작업을 진행하면서 변화되는 작업 경로를 저장한 후, 초기 작업 경로와 실제 작업 경로를 비교하여 비교 결과를 바탕으로 이력정보를 저장하며, 이와 같은 과거 이력정보를 이후 작업경로 생성 시 적용하도록 한 것에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명의 특징을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.

작업자로부터 작업을 진행할 농경지 정보가 입력된다. 입력되는 작업 농경지 정보는 해당 농경지의 지번 정보일 수 있다.

작업자로부터 농경지 정보가 입력되면 과거 작업 정보가 존재하는지 확인한다. 과거 작업 정보가 존재하지 않으면, 외부 서버로부터 도3에 도시된 바와 같은 지적 정보를 획득한다. 도3에 도시된 지적 정보는 국토정보플랫폼으로부터 획득한 지적 정보로, 이외에도 구글 지도, 네이버 지도 등 다양한 외부 서버로부터 지적 정보를 획득할 수 있다.

그리고, 실제 작업지에서 드론 촬영을 통해 외곽 좌표정보를 획득한다. 드론에는 RTK-GPS와 같은 오차범위가 30cm 이내인 정밀 위치측정기가 탑재되어 있다. 이와 같은 드론을 농경지의 외주부를 따라 주행시켜 외주부 영상과 위치 좌표를 획득한다.

이와 같이 획득한 영상 정보와 외부 서버로부터 획득한 지적정보를 맴핑시켜 농경지의 정확한 외주 경계부를 획득하고, 드론으로부터 획득한 좌표 정보를 최종 확정된 농경지 외주 경계부에 반영하여 농경지 외주 경계부의 최종 좌표 정보를 획득한다.

작업자로부터 작업 경로 생성에 필요한 농작업 정보를 입력받는다. 작업 경로 생성에 필요한 농작업 정보로는 농작업을 위한 골간 간격, 두둑 높이 등이 있을 수 있다. 이와 같이 농작업 정보가 입력되면, 이를 기반으로 농업용 로봇은 작업기의 높이 및 폭을 결정하게 되며, 이와 같이 작업기의 설정이 완료되면 이는 작업 경로 생성을 위한 정보로 활용된다.

작업자로부터 농작업 정보가 입력되고, 농업용 로봇의 작업기 설정이 완료되면 이를 기반으로 최적 작업 경로를 생성한다. 최적 작업 경로는 농경지 외곽 좌표에서 농업용 로봇의 측위 시스템이 장착된 위치와 작업자가 지시한 농작업 정보를 고려하여 농업용 로봇의 측위 시스템을 기준으로 주행해야 하는 경로이다.

다시 말해, 농업용 로봇의 특정 위치에 RTK-GPS와 같은 측위 시스템이 장착되어 있고, 농업용 로봇의 제어부는 농업용 로봇의 작업 폭을 고려하여 작업기 끝단 위치와 RTK-GPS 설치 위치와의 거리 옵셋을 가지고 있다. 제어부는 이와 같은 정보를 작업 경로 생성부와 공유하고 있으며, 작업 경로 생성부는 농업용 로봇의 제어부로부터 받은 정보를 바탕으로 최적의 작업 경로를 생성한다.

작업 경로 생성부에 의해 생성된 초기 최적 작업 경로는 농업용 로봇의 제어부로 전달되며, 농업용 로봇 제어부는 전달된 초기 최적 작업경로를 따라 농업용 로봇을 주행 제어하게 된다. 이때 농업용 로봇에는 전단부에 카메라와 관성센서를 포함하고 있다. 이에 따라 농업용 로봇은 실제 주행하면서 주행 경로에 대한 환경을 인식하게 된다.

즉, 농업용 로봇은 초기 골을 형성하는 경우에는 농지의 외주부에 형성되어 있는 두둑을 인식하면서 농작업 정보에 기반하여 골을 형성하게 된다. 그리고 첫 골을 형성한 이후에는 이전에 형성한 골을 인식하면서 일정한 간격을 두고 골들을 형성하게 된다. 그런데 실제 골을 형성하기 위해 주행하는 과정에서 초기 최적 작업 경로와 실제 골을 형성하면서 주행한 경로 간에는 차이가 발생될 수 있다. 이는 초기에 드론과 지적 정보를 활용하여 작업 경로를 생성하였다 하더라도 실제 농업용 로봇의 주행 경로와는 차이가 발생될 수 있기 때문이다.

이에 따라 작업 경로 생성부는 초기 최적 작업 경로와 실제 농업용 로봇이 환경을 인식하면서 주행한 작업 경로를 비교하여 차이가 임계치 이상인지를 확인한다.

차이가 임계치 이상이 아니면 초기 최적 작업 경로를 이력정보로 저장한다.

하지만, 차이가 임계치 이상이면 실제 작업 경로를 이력 정보로 저장한다.

한편, 입력된 작업 농경지 정보를 바탕으로 검색한 결과 과거 작업 정보가 존재하면 과거 작업 정보를 획득한다.

과거 작업 정보와 현재 작업 정보를 비교하여 동일하지 않으면 작업정보를 작업자로부터 입력받아 최적 작업 경로를 생성한다. 과거 작업 정보와 현재 작업 정보가 동일하면 과거 작업정보를 기반으로 최적 작업 경로를 생성한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 우선 외부 서버로부터 해당 농경지의 지번에 대응하는 농경지 정보를 수신한다. 이때 수신되는 농경지 정보에는 외곽 경계부에 해당하는 위치 정보는 포함되어 있지 않으며, 해당 농경지의 형상과 총면적 및 축적 정보가 포함되어 있다.

드론에는 정밀 측위 시스템이 장착되어 있으며, 작업자는 드론 촬영을 통해 농경지의 외곽 형상 촬영 영상과 외곽 주행을 통해 좌표 정보를 획득할 수 있다. 드론에 의해 촬영된 농경지 외곽 형상과 외부 서버로부터 획득된 농경지 외곽 정보를 맵핑시켜 정확한 농경지의 외곽 정보를 획득하고, 이와 같이 결정된 농경지 외곽 정보에 드론을 통해 획득된 좌표 정보를 매칭시켜 농경지 외곽 좌표 정보를 획득한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims

농업용 로봇에 적용되는 자율 주행을 위한 작업 경로 생성방법에 있어서,
작업 농경지에 대한 정보가 입력되면 과거 작업 정보가 존재하는지 확인하는 제1단계;
과거 작업 정보가 존재하지 않으면 외부 서버로부터 해당 농경지의 지적 정보를 획득하고, 드론 촬영을 통해 획득된 영상과 맵핑시켜 해당 농경지의 외곽 형상을 결정하며, 상기 드론 촬영 시 획득된 좌표 정보를 상기 결정된 외곽 형상에 적용하여 해당 농경지의 외곽 좌표를 획득하는 제2 단계;
작업자로부터 작업 정보를 입력받는 제3 단계;
상기 작업정보를 기반으로 상기 농업용 로봇의 폭 및 높이를 결정하고, 상기 작업정보 및 상기 농업용 로봇의 폭 정보를 기반으로 초기 최적 작업 경로를 생성하는 제4 단계;
상기 초기 최적 작업 경로를 기반으로 상기 농업용 로봇을 주행 제어하면서 실제 작업 시의 경로를 저장하는 제5 단계;
상기 초기 최적 작업 경로와 상기 실제 작업 경로를 비교하여 작업 경로를 보정하여 저장하는 제6 단계; 및
과거 작업 정보가 존재하면 과거 작업 정보를 기반으로 작업 경로를 생성한 후 제5 단계 이하를 수행하는 제7 단계를 포함하는 농업용 로봇의 작업경로 생성 방법.