KR20220072239A - 고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 중량인 배달물품의 배달을 지원하는 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 배달차량의 탑재박스 내에서 라이더를 이용하여 로봇이 주차지점을 선정하고, 주행경로를 생성하여 자동으로 주차할 수 있게 된다.
따라서 배달 서비스의 노동 강도가 낮아지고, 그 만큼 배달 속도가 빨라져 배달 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템{AUTOMATIC PARKING SYSTEM OF MOVING DELIVERY ASSISTANCE ROBOT FOR HIGH WEIGHT ITEM}

본 발명은 고 중량물품의 배달을 지원하기 위한 로봇을 차량에 탑재시키기 위한 기술이다.

현대 사회는 전통적인 편지배달을 넘어서 온갖 종류의 물품들이 배달서비스에 의해 다뤄지고 있다. 그리고 그 중에는 고 중량의 물품들도 상당한 비율을 차지한다.

고 중량물품들은 배달원들이 다루기가 힘들고 곤란하다.

종종 배달원들은 캐리어를 이용하여 보다 쉽게 고 중량물품들을 수령자에게 배달하기도 하지만, 배달차량에 싣거나 배달차량으로부터 부리는 작업도 힘들고 곤란할 수 있다. 그리고 이는 그 만큼 인력이나 시간의 낭비를 가져온다.

그래서 대한민국 우정사업본부는 고 중량물품의 배달을 지원하는 집배원 추종로봇(이하 '로봇'이라 약칭함)의 도입을 시도하고 있다.

로봇은 집배원(배달원)이 배달할 고 중량물품을 싣고서 배달원과 동행하면서 배달보조 역할을 한다. 예를 들어 로봇이 자율이동으로 택배보관소를 왕복하면서 집배원에게 택배를 전달하면 집배원이 수령자나 수령지점으로 배달한다. 이렇게 로봇이 집배원의 노동 강도를 분담해주기 때문에, 집배원은 배달에만 집중하면 돼 근로여건이 개선되는 등 배달노동의 질이 한층 향상될 수 있다.

그런데 로봇이 우체국에서 배달구역으로 이동하기 위해서는 배달차량에 승차한 상태가 되어야 하고, 집배원을 추종하기 위해서는 배달차량으로부터 하차한 상태가 되어한다. 그리고 로봇의 승차 및 하차뿐만 아니라 로봇을 배달차량의 탑재박스 내 적당한 주차지점에 주차시키기 위한 곤란함이 있고, 그로 인한 시간이 소요됨을 알 수 있게 한다. 따라서 집배원의 원격 수동 조작으로 로봇을 수월하게 주차시키는 것을 예정해 볼 수 있다. 그러나 그렇다 하더라도 제한된 탑재공간 내의 적절한 주차지점에 로봇을 탑재시켜야 하기 때문에, 집배원의 조작 곤란함에 따른 번거로움, 조작미숙에 따른 로봇이나 수하물의 파손 및 조심스러운 조작에 따른 시간의 과도한 소요라는 문제가 발생할 수 있음이 예측된다.

특허 등록번호 제0867699호

본 발명은 로봇의 안전하고 신속한 주차에 대한 고민으로부터 안출되었다.

본 발명에 따른 고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템은 원격지의 조작자로부터 주차명령을 수신하기 위한 수신기; 상기 수신기에 의해 수신된 주차명령에 따라 전진 및 후진 주행에 필요한 구동력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터의 작동에 따른 주행 과정에서 정지가 요구될 시에 정지력을 발생시키는 제동모터; 상기 구동모터 및 제동모터의 작동에 따른 주행에서 요구되는 조향을 위해 조향력을 발생시키는 조향모터; 상기 구동모터, 제동모터 및 조향모터의 작동을 위해 사전에 배달차량의 탑재박스 내에 있는 장애물을 감지하는 라이다; 및 상기 라이다에 의해 감지된 장애물 정보를 기반으로 탑재박스 내의 주변 공간을 맵핑하여 주차지점을 선정한 후, 맵핑에 의해 얻은 거리정보로부터 주변 공간에서의 이동 거리를 계산해서 주차지점에 로봇을 주차시키기 위한 주행경로를 생성하고, 생성된 주행경로에 따라 로봇이 이동하도록 상기 구동모터, 제동모터 및 조향모터를 제어하는 제어기; 를 포함하며, 상기 제어기는 거리정보로부터 탑재박스 내 좌우측의 안전거리를 계산하여 주차지점을 설정하고, 직진이동에 의해 주차지점에 주차시킬 수 있는 직진벡터와 로봇의 선회반경을 반영하여 직진벡터와 현재 위치가 교차하는 교차벡터를 구한 후 교차벡터, 선회반경 및 직진벡터로 이어지는 주행경로를 생성한다.

상기 제어기는 복수개의 주차지점을 선정한 후 어느 하나의 특정 제1 주차지점으로 가는 제1 주행경로를 생성하여 로봇을 이동시킬 수 있다.

상기 제어기는 제1 주행경로로 로봇을 이동시키는 과정에서 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없을 때에는 제1 주차지점과는 다른 제2 주차지점으로 가는 제2 주행경로를 생성하여 로봇을 이동시킬 수 있다.

상기 제어기는 맵핑에 의해 확인된 주변 공간에서 로봇의 주차가 가능한 주차영역을 확인한 후 제1 주차지점의 선정 및 제1 주행경로를 생성하고, 제1 주행경로를 따라 로봇을 이동시키는 과정에서 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없는 경우에는 제2 주차지점의 선정 및 제2 주행경로를 생성하여 로봇을 제2 주행경로로 이동시킬 수 있다.

본 발명에 따르면 로봇이 자율주행으로 주차 작업을 하기 때문에 배달원의 노동 강도가 줄어들고, 주차 시간이 줄어 그만큼 더 배달 시간을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템에 대한 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 자동 주차 시스템에 의해 이루어지는 주차 방법을 설명하기 위한 참고도들이다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 설명의 간결함을 위해 중복되는 구성에 대한 설명은 가급적 생략하거나 압축한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템(10, 이하 '자동 주차 시스템'이라 약칭함)에 대한 구성도이다. 물론, 자동 주차 시스템(10)은 로봇에 구성되어 있다.

본 실시예에 따른 자동 주차 시스템(10)은 수신기(11), 구동모터(12), 제동모터(13), 조향모터(14), 라이다(15), 제어기(16) 및 경보기(17)를 포함한다.

수신기(11)는 원격지의 조작자로부터 주차명령을 수신하기 위해 마련된다.

구동모터(12)는 수신기(11)에 의해 수신된 주차명령에 따라 전진 및 후진 주행에 필요한 구동력을 발생시킨다. 물론, 구동모터(12)와 후술할 제동모터(13)나 조향모터(14) 등은 배달원을 추종하기 위한 이동에도 사용된다.

제동모터(13)는 구동모터(12)의 작동에 따른 주행 과정에서 정지가 요구되거나 속도를 늦출 시에 정지력을 발생시킨다.

조향모터(14)는 구동모터(12) 및 제동모터(13)의 작동에 따른 주행 시에 주행 방향의 전환을 위해 요구되는 조향력을 발생시킨다.

라이다(15)는 구동모터(12), 제동모터(13) 및 조향모터(14)의 작동을 위해 사전에 장애물(수하물이나 탑재박스의 내벽 등)을 감지하기 위해 마련된다. 이러한 라이더(15)는 주차를 위한 주행 시작 전에 주변 공간을 맵핑하여 주행경로를 생성하기 위해서 사용된다.

제어기(16)는 상기한 각 구성들을 제어한다. 특히, 제어기(16)는 라이다(15)로부터 감지된 장애물 정보를 기반으로 배달차량의 탑재박스 내 주변 공간을 맵핑하여 주차지점을 선정하고, 맵핑에 의해 얻은 거리정보(각종 장애물 간의 거리와 장애물과 로봇과의 거리에 대한 정보 등)로부터 주변 공간에서의 이동 거리를 계산해서 주차지점에 주차시키기 위한 주행경로를 생성한다.

주행경로의 생성에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 제어기(16)는 거리정보로부터 탑재박스 내 좌우측의 안전거리를 계산하여 주차지점을 설정하고, 직진이동에 의해 주차지점에 주차시킬 수 있는 직선 경로 상의 직진벡터(

)와 로봇의 선회반경을 반영하여 직진벡터(

)와 현재 위치가 교차하는 교차벡터(

)를 구한 후 교차벡터터(

), 선회반경 및 직진벡터(

)로 이어지는 주행경로(C)를 생성한다. 그 후, 제어기(16)는 생성된 주행경로(C)를 따라 로봇이 이동하도록 구동모터(12), 제동모터(13) 및 조향모터(14)를 제어하여 로봇을 주차지점(P)에 주차시킨다.

경보기(17)는 로봇이 탑재박스 내에 진입한 후 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없을 때, 이를 알리기 위해 마련된다. 이러한 경보기(17)는 특정 색깔의 불빛과 같은 시각적 인식이 가능한 경보를 발생시키도록 구현되거나, 소리와 같은 청각적 인식이 가능한 경보를 발생시키도록 구현될 수 있으며, 두 가지 방식 모두 발생시키도록 구현될 수 있을 것이다.

이 때, 장애물의 감지 다양한 방식으로 구현될 수 있다.

예를 들어, 제어기(16)는 구동모터(12)에 걸리는 부하에 의해 장애물을 감지할 수 있다. 즉, 제어기(16)는 로봇에 적재된 화물의 중량을 감안하여 구동모터(12)의 적정 부하량을 계산하고, 로봇이 이동하는 도중 구동모터(12)의 부하량이 적정 부하량을 넘어서면 이를 장애물로 인한 것으로 판단할 수 있다.

예를 들어, 로봇의 하단 부위에 장애물을 감지할 수 있는 장애물감지기(리미트스위치나 근접센서 등일 수 있다)를 구비하고, 제어기(16)는 장애물감지기에 의해 오는 신호에 의해 장애물을 감지할 수 있다.

이하에서는 위와 같은 구성을 가지는 자동 주차 시스템(10)에서 이루어지는 자동 주차 방법에 대해서 설명한다.

배달원은 배달차량에 구비된 리프터를 이용하여 로봇이 탑재박스로 진입할 수 있는 높이까지 로봇을 상승시키고, 로봇의 상승이 완료되면 리모트콘트롤러를 이용하여 로봇에게 자동 주차를 명령한다. 이에 따라 로봇은 자동 주차 시스템(10)을 작동시킴으로써 자동 주차 모드로 전환된다.

1. 거리정보 획득<S31>

제어기(16)는 라이다(15)를 작동시켜서 탑재박스 내의 주변 공간을 맵핑하여 거리정보를 얻는다.

2. 주차지점 인식<S32>

제어기(16)는 거리정보로부터 주변 공간에서의 이동 거리를 계산해서 주차지점(P)을 인식한다. 이 때, 주차지점은 탑재박스 내 좌우측의 안전거리를 계산하여 설정될 수 있다. 즉, 탑재박스 내의 좌우측 벽이나 수하물에 너무 붙는 것도 위험할 수 있으므로, 어느 정도 일정한 간격인 안전거리를 계산하여 주차지점(P)을 설정하는 것이다.

3. 주행경로 생성<S33>

제어기(16)는 맵핑에 의해 얻은 거리정보로부터 주변 공간에서의 이동 거리를 계산해서 주차지점(P)에 로봇을 주차시키기 위한 주행경로(C)를 생성한다. 이 때, 제어기(16)는 전술한 바와 같이 직진벡터(

)와 교차벡터(

)를 구한 후 양 직진벡터(

)와 교차벡터(

)의 교차점 근방에서의 선회반경을 고려하여 주행경로(C)를 생성한다.

위와 같은 주차지점(P) 인식과 주행경로(C)의 생성은 여러 추가적인 예들을 가질 수 있으므로, 이러한 추가적인 예들에 대해서는 차후에 설명한다.

4. 로봇의 이동<S34>

제어기(16)는 구동모터(12), 제동모터(13) 및 조향모터(14)를 제어하면서 주행경로(C)를 따라 로봇을 주차지점(P)으로 이동시킨다.

5. 경보 발생<S35>

로봇이 이동하는 과정에서 장애물이 감지되면, 제어기(16)는 경보기(17)를 통해 경보를 발생시킨다.

<주차지점의 선정 및 주행경로의 생성에 관한 주가적인 예>

1. 제1 추가예

본 예는 제어기(16)가 복수개의 주행경로를 생성한 후 어느 하나의 특정 주행경로를 제1 주행경로로 선택하여 로봇을 이동시킨다. 예를 들어, 라이다(15)에 의해 매핑된 주변 공간에서 로봇의 폭과 주차 가능한 영역을 비교해서 도 1에서와 같이 2개(또는 그 이상일 수 있음)의 주차지점(P1, P2)을 선정하고, 2개의 주차지점(P1, P2) 중 미리 설정된 우선순위 따른 제1 주차지점(P1)을 선정하고, 제1 주차지점(P1)으로 가는 제1 주행경로(C1)를 생성하는 것이다. 여기서 우선순위는 벽이나 수하물 등의 장애물이 형성하는 선이 전후 방향으로 비교적 더 직선인 것과 같은 조건 등에 의해 결정될 수 있다.

그 후, 제1 주행경로(C1)를 따라 로봇을 이동시키는 과정에서 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없을 때에는 제1 주차지점(P1)과는 다른 제2 주차지점(P2)으로 가는 제2 주행경로(C2)를 생성하여 로봇을 이동시킨다.

여기서 제2 주행경로(C2)는 제1 주행경로(C1)와 함께 미리 생성될 수도 있고, 장애물이 나타났을 때 생성될 수도 있다.

1. 제2 추가예

본 예는 도 1의 (a)에서 참조되는 바와 같이 제어기(16)가 맵핑에 의해 확인된 주변 공간에서 로봇의 주차가 가능한 주차영역(S)을 확인한 후 제1 주차지점(P1)을 선정하고, 제1 주차지점(P1)으로 가는 제1 주행경로(C1)를 생성해서 제1 주행경로(C1)를 따라 로봇을 이동시킨다. 그리고 제1 주행경로(C1)를 따라 로봇을 이동시키는 과정에서 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없는 경우에, 제어기(16)는 제2 주차지점(P2)을 선정하고 제2 주행경로(C2)를 생성한 다음 제2 주행경로(C2)를 따라 로봇을 이동시킨다.

위의 제1 추가예와 제2 추가예에서 제2 주행경로(C2)는 장애물에 의해 막힌 지점에서 제2 주차지점(P2)으로 이동하는 경로일 수 있다. 이를 위해 제어기(16)는 로봇이 제1 주행경로(C1)를 따라 이동하는 과정에서 현재 지점의 좌표를 정확히 계산해서 기억할 수 있도록 구현되어야 한다. 그에 따라 로봇이 제1 주행경로(C1)를 이동 중에 장애물에 의해 막힐 경우, 제2 주차지점(P2)과 현재 지점을 비교하여 제2 주행경로(C2)를 빠르게 계산할 수 있게 된다.

물론, 로봇의 이동이 장애물에 막힌 지점에서 다시 라이다(15)에 의해 주변 공간을 맵핑해 낸 후 제2 주차지점(P2)을 확인할 수도 있지만, 이럴 경우 시간이 다소 소요될 수 있다는 점에서 위의 제1 추가예와 제2 추가예가 좀 더 바람직하게 적용될 수 있다.

또한, 위의 추가예들은 제2 주차지점(P2)과 제2 주행경로(C2)만을 추가하고 있지만, 실시하기에 따라서는 3개 이상의 주차지점과 3개 이상의 주행경로들이 생성될 수 있음은 당연하다. 이러한 추가예들을 통해 협소한 공간에서 배달원이나 조작자가 직접 장애물을 제거해 내는 번거로움이 해결될 수 있다.

한편, 로봇이 배달차량으로부터 하차할 경우에는, 로봇이 주차했던 주행경로를 그대로 기억했다가 반대의 경로로 이동하도록 구현될 수 있다.

참고로, 위와 같은 자동 주차 시스템(10)에 의해 이루어지는 주차는 배달차량이 수하물 창고에 위치할 경우에도 이루어지지만, 배달차량이 배달구역 간을 이동하는 경우에도 당연히 이루어진다. 그에 따라 배달 서비스의 속도가 빨라질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예들에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등범위로 이해되어져야 할 것이다.

10 : 고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템
11 : 수신기
12 : 구동모터
13 : 제동모터
14 : 조향모터
15 : 라이다
16 : 제어기
17 : 경보기

Claims (4)

1. 원격지의 조작자로부터 주차명령을 수신하기 위한 수신기;
   상기 수신기에 의해 수신된 주차명령에 따라 전진 및 후진 주행에 필요한 구동력을 발생시키는 구동모터;
   상기 구동모터의 작동에 따른 주행 과정에서 정지가 요구될 시에 정지력을 발생시키는 제동모터;
   상기 구동모터 및 제동모터의 작동에 따른 주행에서 요구되는 조향을 위해 조향력을 발생시키는 조향모터;
   상기 구동모터, 제동모터 및 조향모터의 작동을 위해 사전에 배달차량의 탑재박스 내에 있는 장애물을 감지하는 라이다; 및
   상기 라이다에 의해 감지된 장애물 정보를 기반으로 탑재박스 내의 주변 공간을 맵핑하여 주차지점을 선정한 후, 맵핑에 의해 얻은 거리정보로부터 주변 공간에서의 이동 거리를 계산해서 주차지점에 로봇을 주차시키기 위한 주행경로를 생성하고, 생성된 주행경로에 따라 로봇이 이동하도록 상기 구동모터, 제동모터 및 조향모터를 제어하는 제어기; 를 포함하며,
   상기 제어기는 거리정보로부터 탑재박스 내 좌우측의 안전거리를 계산하여 주차지점을 설정하고, 직진이동에 의해 주차지점에 주차시킬 수 있는 직진벡터와 로봇의 선회반경을 반영하여 직진벡터와 현재 위치가 교차하는 교차벡터를 구한 후 교차벡터, 선회반경 및 직진벡터로 이어지는 주행경로를 생성하는
   고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어기는 복수개의 주차지점을 선정한 후 어느 하나의 특정 제1 주차지점으로 가는 제1 주행경로를 생성하여 로봇을 이동시킬 수 있는
   고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제어기는 제1 주행경로로 로봇을 이동시키는 과정에서 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없을 때에는 제1 주차지점과는 다른 제2 주차지점으로 가는 제2 주행경로를 생성하여 로봇을 이동시킬 수 있는
   고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제어기는 맵핑에 의해 확인된 주변 공간에서 로봇의 주차가 가능한 주차영역을 확인한 후 제1 주차지점의 선정 및 제1 주행경로를 생성하고, 제1 주행경로를 따라 로봇을 이동시키는 과정에서 장애물에 의해 주차기능을 수행할 수 없는 경우에는 제2 주차지점의 선정 및 제2 주행경로를 생성하여 로봇을 제2 주행경로로 이동시키는
   고 중량물품 배달지원용 로봇의 이동을 위한 자동 주차 시스템.

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