KR20220119351A - 위치 계측 시스템 - Google Patents

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KR20220119351A KR1020220104068A KR20220104068A KR20220119351A KR 20220119351 A KR20220119351 A KR 20220119351A KR 1020220104068 A KR1020220104068 A KR 1020220104068A KR 20220104068 A KR20220104068 A KR 20220104068A KR 20220119351 A KR20220119351 A KR 20220119351A
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Abstract

본 발명의 실시예들은 대상 공간 내지는 작업 대상 공간의 환경을 판단하고 구동형 작업 장치가 자신의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있는 위치 계측 시스템을 제공한다.

Description

위치 계측 시스템 {Location measuring system}
본 발명의 실시예들은 위치 계측 시스템에 관한 것이다.
도면과 실제 해석 사이의 한계 및/또는 문제는, 건축 및/또는 토목 공사의 시공 현장뿐 아니라, 일반적으로 작업면에 특정 내용을 표시하려고 하는 경우에도 나타난다. 즉, 작업면에 광고와 같은 특정 내용을 표시하려고 할 경우에는, 작업자가 원안의 도면을 보고 이를 작업면에 수작업으로 표시하여야 하기 때문에, 모든 작업이 작업자의 숙련도에 좌우될 수 밖에 없다. 이는 정확도가 매우 떨어지고 동일한 내용이 반복하여 표시될 경우에는 더욱 문제가 된다. 이러한 문제는 건축 분야뿐만 아니라, 중공업 분야 또는 도시 계획 분야와 같이 위치 계측에 따른 마킹이 필요한 분야 전반에 걸쳐 발생될 수 있다.
또한, 기계/로봇을 이용하여 작업을 수행하는 경우에는 작업 기계/로봇이 스스로 정확한 위치를 파악하는 기능이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 대상 공간 내지는 작업 대상 공간의 환경을 판단하고 구동형 작업 장치가 자신의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있는 위치 계측 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시예에 따르면, 구동형 작업 장치를 포함하는 위치 계측 시스템에 있어서, 상기 구동형 작업 장치가 위치하는 대상 공간에 대한 정보를 송신 또는 수신하는 데이터 송수신부와, 상기 구동형 작업 장치에 동력을 제공하는 구동부와, 상기 대상 공간을 센싱하는 센싱부와, 상기 구동형 작업 장치의 위치를 검출해 제1 위치 데이터를 생성하는 위치 검출부와, 상기 구동형 작업 장치의 적어도 일부의 위치를 보정해 상기 구동형 작업 장치의 위치에 대한 보정 데이터를 생성하는 보정부와, 상기 제1 위치 데이터 및 보정 데이터로부터 상기 구동형 작업 장치의 제2 위치 데이터를 생성하는 위치 판단부를 포함하는 위치 계측 시스템을 제공할 수 있다.
상기 보정부는, 상기 대상 공간 내에 위치하는 적어도 하나의 기준점까지의 거리 또는 각도 중 적어도 하나를 측정하고, 상기 거리에 근거하여 상기 보정 데이터를 생성할 수 있다.
상기 보정부는, 상기 대상 공간 내에서 상기 구동형 작업 장치의 경로를 추적하고, 상기 추적된 경로 데이터에 근거하여 상기 보정 데이터를 생성할 수 있다.
상기 보정부는, 상기 대상 공간 내에 상기 구동형 작업 장치의 경로가 추적될 수 있는 패턴을 생성할 수 있다.
상기 제1 위치 데이터 및 제2 위치 데이터 중 적어도 하나에 따라 상기 구동형 작업 장치의 이동 경로를 설정하는 경로 설정부를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 검출부는, 상기 데이터 송수신부에 의해 수신된 대상공간에 대한 맵 데이터와 상기 센싱부에 의해 센싱된 대상 공간에 대한 데이터를 비교하여 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다.
상기 구동형 작업 장치는, 상기 센싱부에 의해 센싱되는 피센싱체와 다른 피센싱체를 센싱하는 제1 보조 센싱부, 또는 구동형 작업 장치의 진행 방향과 경사를 이루는 방향으로의 틸팅 정도를 센싱하는 제2 보조 센싱부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 구동형 작업 장치는, 상기 대상 공간 내의 작업면에 실시되는 작업의 정확도를 측정하는 정확도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동형 작업 장치는, 상기 대상 공간 내의 제1 면에 작업하는 제1 구동형 작업 장치와, 상기 대상 공간 내에서 상기 제1 면에 대향된 제2 면에 작업하는 제2 구동형 작업 장치를 포함하고, 상기 제2 구동형 작업 장치는, 상기 제1 구동형 작업 장치의 작업을 인식하여 작업하도록 구비될 수 있다.
본 발명은 대상 공간 내지는 작업 대상 공간의 환경을 판단하고 자신의 위치를 보다 정확하게 판단할 수 있는 위치 계측 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 보정부의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 보정부에 따라 거리를 측정하는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 보정부에 따라 거리를 측정하는 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 보정부의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 보정부의 또 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 보조 센싱부의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 위치 계측 시스템의 위치 계측 방법의 흐름을 계략적으로 나타내는 일 실시예에 따른 순서도이다.
도 11은 도 10의 각 단계에서 대상 공간에 대한 데이터들을 나타내는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 작업부의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 대상 공간의 벽면에 작업하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 대상 공간의 천정면에 작업하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 작업 방법을 나타낸 것이다.
도 17은 경로 맵을 생성하는 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 18은 작업을 수행하는 보다 구체적인 일 실시예를 나타내는 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
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 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템(100)은 구동형 작업 장치(10) 및 컴퓨팅 장치(11)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 구동형 작업 장치(10)는 데이터 송수신부(110), 구동부(120), 및 센싱부(130)를 포함하고, 컴퓨팅 장치(11)는 위치 검출부(150), 위치 판단부(160) 및 보정부(140)를 포함할 수 있다. 도 1은 위치 검출부(150), 위치 판단부(160) 및 보정부(140)가 별도의 컴퓨팅 장치(11)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며 반드시 이러한 구성으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 컴퓨팅 장치(11)는 구동형 작업 장치(10)에 결합될 수 있으며, 이때 위치 검출부(150), 위치 판단부(160) 및 보정부(140)는 구동형 작업 장치(10)의 구성요소로 기능하는 것도 가능하다.
데이터 송수신부(110)는 구동형 작업 장치(10)가 구동하게 될 대상 공간에 대한 정보를 송신 및/또는 수신한다. 상기 대상 공간은 구동형 작업 장치(10)가 작업을 수행하는 공간을 의미할 수 있는 데, 데이터 송수신부(110)가 수신하는 정보는 상기 대상 공간에 대응하는 도면, 상기 대상 공간에 존재하는 벽, 기둥, 창문 등의 위치와 크기에 관한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 송수신부(110)는 구동형 작업 장치(10)가 상기 대상 공간에서 수행해야 하는 작업(task)에 관한 정보를 송신 및/또는 수신할 수 있다.
한편, 상기 대상 공간에 대한 정보는 구동형 작업 장치(10)의 허용 이동 범위에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 대상 공간은 벽, 기둥, 창문 등이 설치되어야 하는 공간을 포함할 수 있으며, 설치 이전에는 구동형 작업 장치(10)로 하여금 진입하지 못하도록 방지해야 하는 공간이 존재할 수 있다. 벽이 세워지거나, 엘리베이터가 설치되어야 하는 공간은 실제 작업이 이루어지기 전에는 바닥면이 단절되어 있을 수 있으며, 경우에 따라서는 구동형 작업 장치(10)가 추락할 위험이 있을 수 있다.
따라서, 상기 대상 공간에 대한 정보는 상기 허용 이동 범위에 관한 정보를 포함하여, 구동형 작업 장치(10)의 이동 범위를 제한하도록 할 수 있다.
데이터 송수신부(110)는 USB 포트, CD-ROM 등 외부 저장매체가 연결될 수 있는 단자를 포함하여, 상기 외부 저장매체에 저장된 상기 대상 공간에 대한 데이터를 수신할 수도 있다. 선택적으로, 상기 데이터 송수신부(110)는 도시되지 않은 별도의 입력부와 전기적으로 연결되어, 입력부로부터 입력되는 상기 대상 공간에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 선택적으로, 상기 데이터 송수신부(110)는 별도의 외부 컴퓨팅 장치와 유/무선 통신망을 통해 연결되어 상기 외부 컴퓨팅 장치가 상기 작업 대상 공간에서의 데이터, 경로 데이터 및/또는 추적 데이터를 계산한 후, 이를 데이터 송수신부(110)를 통해 구동형 작업 장치(10) 및/또는 컴퓨팅 장치(11)와 송/수신할 수 있다. 이로 인해 구동형 작업 장치(10) 및/또는 컴퓨팅 장치(11)의 데이터 처리 작업의 과부하를 방지할 수 있다. 예를 들면, 구동형 작업 장치(10)에 부착된 영상 장비가 취득한 이미지를 외부 컴퓨팅 장치로 송신하고, 상기 외부 컴퓨팅 장치가 해당 이미지를 처리하여 경로 데이터를 형성한 후 이 경로 데이터를 다시 송수신부(110)를 통해 구동형 작업 장치(10) 및/또는 컴퓨팅 장치(11)로 전송할 수 있다.
구동부(120)는 구동형 작업 장치(10)에 동력을 제공한다. 구동부(120)는 구동형 작업 장치(10)에 동력을 제공하여 이동성을 부여하는 어떠한 형태라도 될 수 있으며, 예컨대, 구동부(120)는 바퀴나 캐터필러를 포함하거나, 날개 또는 프로펠러를 포함할 수 있다.
상기 구동부(120)는 구동형 작업 장치(10) 전체에 대한 이동성 부여의 기구 뿐 아니라, 구동형 작업 장치(10)의 부품의 기구적 동작을 수행하는 기구를 포함할 수 있다. 예컨대 구동형 작업 장치(10)의 작업부의 동작 및/또는 이동을 담당하는 장치를 포함할 수 있다.
센싱부(130)는 대상 공간을 센싱할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 센싱부(130)는 센서 및 상기 센서의 회전 동작을 제어하는 모터와 같은 구동부를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 센서의 센싱 범위가 상기 대상 공간을 센싱하기에 충분한 정도인 경우에는 상기 모터와 같은 구동부가 포함되지 않을 수 있다.
상기 센서는 상기 대상 공간을 센싱할 수 있는 다양한 종류의 센서가 사용될 수 있는 데, 예컨대 사물까지의 거리를 측정하거나 사물의 형태를 센싱하거나 구동형 작업 장치(10)의 이동을 센싱할 수 있다. 이러한 센서는, 레이저를 이용하거나 음파, 광파 및/또는 전파를 이용하는 센서, 자이로 센서, IMU 센서, GPS 센서를 포함할 수 있으며, 및/또는 카메라와 같이 동영상 및/또는 정지 영상를 취득할 수 있는 영상 취득 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 센싱부(130)는 상기 구동부(120)와 연결된 엔코더를 더 포함할 수 있는 데, 이에 따라 구동부(120)의 휠의 회전수를 측정할 수 있다. 상기 센서가 레이저 센서를 포함하는 경우 상기 레이저 센서의 일 예로서 라이더(LiDAR) 센서가 포함될 수 있다. 그리고 상기 레이저 센서의 또 다른 일 예로서 레이저 거리 측정 센서가 포함될 수 있다.
센싱부(130)는 이러한 센서를 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 다른 종류의 복수의 센서를 조합함으로써 센싱 정밀도를 향상시킬 수 있다. 예컨대 레이저 센서로서 라이더 센서를 사용하고, 자이로 센서 및/또는 엔코더를 더 포함해 구동형 작업 장치(10)의 움직임을 센싱함으로써 대상 공간에 대한 센싱 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이러한 센싱부(130)의 구성은 본 명세서의 모든 실시예들에 적용될 수 있다.
구동형 작업 장치(10)은 상기 센싱부(130), 예컨대 레이저 센서를 이용하여 주변 공간을 센싱할 수 있으며, 상기 센서에서 출력된 신호가 반사되는 정보를 이용하여 주변 공간에 있는 사물의 위치를 극좌표 형식으로 획득할 수 있다. 선택적 실시예에 따르면 센서에 연결된 모터는 상기 센서를 원하는 각도만큼 회전할 수 있도록 하며, 예컨대 360도 회전하도록 할 수 있다. 상기 센서의 회전 방향은 필요에 따라 다양하게 제어될 수 있다.
상기 센서는 별도의 구동부에 의하여 수평 회전, 수평 이동, 틸트 및/또는 수직 이동이 제어될 수 있다. 상기 센서의 수평 회전, 수평 이동, 틸트 및/또는 수직 이동은 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 상기 수평 회전, 수평 이동, 틸트 및/또는 수직 이동을 제어하기 위한 제어 신호 또한 독립적으로 생성되어 상기 구동부에 제공될 수 있다.
위치 검출부(150)는, 상기 센싱부(130)의 적어도 하나의 센서를 이용해 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치를 검출하고 이로부터 제1 위치 데이터를 생성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 위치 검출부(150)는, 구동형 작업 장치(10)의 센싱 위치 및 센싱부(130)의 센싱 각도를 설정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 위치 검출부(150)는 센싱부(130)의 라이다 센서를 이용하여 센싱된 대상 공간의 센싱 데이터를 바탕으로 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다.
선택적으로, 일 실시예에 따르면, 데이터 송수신부(110)를 통해 수신된 대상 공간에 대한 정보를 바탕으로 구동형 작업 장치(10)의 초기 이동 경로가 설정될 수 있다. 상기 초기 이동 경로는 대상 공간에 위치하는 여러 물체의 구조 및 배치, 벽면의 구조, 창문의 위치 등 여러 요소를 고려하여 위치 검출부(150)가 설정할 수 있다. 또한 초기 이동 경로는 상기 대상 공간에 대한 정보를 바탕으로 센싱부(130)에 의해 센싱될 데이터의 양을 고려하여 설정될 수 있다. 즉, 센싱 데이터를 가장 많이 얻게 될 위치 및/또는 보다 정확한 센싱 데이터를 얻게 될 위치를 중심으로 초기 이동 경로를 설정할 수 있다.
위치 검출부(150)는 초기 이동 경로 상의 임의의 지점을 지정하여 상기 지점을 센싱 위치로 설정할 수 있다. 그리고, 상기 센싱 위치는 상기 대상 공간에 따라 필요한 경우 복수 개의 위치로 설정될 수 있다. 이에 대응하여 구동형 작업 장치(10)가 상기 센싱 위치에 도달하면 상기 센서는 센싱 동작, 예를 들면 스캐닝 동작을 수행한다. 그리고 이때, 선택적으로 상기 센서는 위치 검출부(150)에 의해 설정된 센싱 각도에 따라 회전할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 센서의 회전 없이 구동형 작업 장치(10) 자체의 이동에 의해 센싱 범위가 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 센서는 센싱 높이가 조절될 수 있으며, 위치 검출부(150)는, 설정된 센싱 위치에서 상기 센서의 센싱 각도 및 센싱 높이를 함께 설정할 수 있다. 그리고, 상기 센싱 위치와 센싱 각도는 상기 작업 대상 공간의 특성을 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 센싱 신호를 반사하지 않고 투과하는 등, 센싱 데이터를 획득하기 어려운 경우, 상기 센싱 위치와 센싱 각도는 상기 대상 공간 내의 비어있는 공간에 배치되어 기둥이나 장애물 등을 센싱할 수 있는 위치와 각도로 설정될 수 있다.
한편, 상기 대상 공간의 도면이 존재하는 경우, 위치 검출부(150)는 상기 도면을 고려하여 상기 초기 이동 경로 상에서, 센싱 위치 및 센싱 위치에서의 상기 센서의 센싱 각도를 설정할 수 있다. 상기 위치 검출부(150)는 상기 대상 공간에 대응하는 공간 맵 데이터를 생성하고, 공간 맵 데이터를 고려하여 상기 대상 공간 내에서의 센싱 위치를 설정할 수 있다. 그리고, 상기 센싱 위치에서의 상기 센싱부(130)의 센싱 각도를 설정한다.
구동형 작업 장치(10)는 상기 이동 경로 상에서 특정한 위치에서 센싱 동작을 수행하는 것으로 이해할 수 있다. 그리고, 상기 특정한 센싱 위치가 지정되는 것은 구동형 작업 장치(10)의 위치를 정확하게 파악하기 위함이다.
상기 특정한 위치는 유한한 개수의 위치로 설정될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 상기 이동 경로 상에서 이동하며 연속적으로 센싱 동작을 수행할 수도 있다.
한편, 상기 센싱 각도는 각각의 센싱 위치에서 상기 센서의 센싱 각도를 의미하며 Degree 또는 Radian 단위로 표현 가능하다. 그리고, 상기 센싱 각도의 크기는 특정 좌표축, 예컨대 x축을 기준으로 표현되거나, 특정 지점, 예컨대 직전 센싱 위치에서의 센싱 동작이 종료된 시점에서 상기 센서의 각도를 기준으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 상기 센싱 위치에서 구동형 작업 장치(10)는 정지하며, 상기 센싱 위치에 정지한 상태에서 상기 센서 및/또는 구동형 작업 장치(10) 본체를 회전시켜 주변 공간을 센싱, 예를 들면 스캐닝 할 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에서 구동형 작업 장치(10)는 상기 센싱 위치에서 정지하지 않을 수 있으며, 이동하며 상기 센서를 통해 주변 공간을 센싱할 수 있다. 위치 검출부(150)는 상기 복수의 센싱 위치에서 센싱부(130)를 통해 획득된 센싱 데이터와 공간 맵 데이터를 비교하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 검출해 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다. 상기 제1 위치 데이터는 공간 맵 데이터 상에 존재하는 구동형 작업 장치(10)의 위치 좌표를 포함할 수 있다. 선택적으로 상기 제1 위치 데이터는 입력된 공간과 관련된 데이터와 대응되는 대상 공간에 대한 센싱 맵 데이터, 즉 공간 맵 데이터를 포함할 수 있고, 이 센싱 맵 데이터 내에서 구동형 작업 장치(10)의 위치 좌표를 포함할 수 있다. 선택적으로 상기 공간 맵 데이터는 후술하는 초기 맵이 될 수 있는 데, 이에 따라 위치 검출부(150)는 센싱 데이터와 초기 맵을 비교하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 검출해 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다.
초기 맵(prior map)은 상기 대상 공간에 관한 정보 및 상기 대상 공간에 대응하는 작업 데이터를 포함하는 맵이 될 수 있는 데, 일 실시예에서 상기 초기 맵은 입력된 도면 데이터일 수 있다. 상기 초기 맵은 센싱부(130)에 의해 상기 대상 공간에 대한 센싱 데이터가 획득되기 이전에도 상기 대상 공간에 대한 정보를 제공할 수 있다. 상기 초기 맵으로부터 획득되는 상기 대상 공간에 대한 정보는 실제와 다를 수 있기 때문에, 구동형 작업 장치는 위치 계측 및/또는 지시된 작업을 수행하기 전에 상기 대상 공간의 어느 한 지점에서 센서를 이용하여 공간 맵(space map)을 생성할 수 있다.
상기 센싱부(130)는 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단하기 위한 센싱 데이터뿐만 아니라, 상기 대상 공간에 대한 정보를 획득하기 위한 목적으로 상기 대상 공간에 대하여 센싱 동작을 수행하고 이로부터 센싱 데이터를 획득할 수 있다.
한편 상기 공간 맵 데이터는 이미지 프레임에 포함되는 픽셀의 좌표로 표현될 수 있으며, 물체가 존재하는 위치에 대응하는 픽셀의 좌표는 비어있는 위치에 대응하는 픽셀의 좌표와 다른 값을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 센서를 통해 획득되는 데이터는 극좌표 형태로 획득될 수 있으며 상기 공간 맵 데이터와 상기 센싱 데이터를 비교하면, 상기 대상 공간 내에서의 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 위치 검출부(150)는 상기 공간 맵 데이터를 상기 센서를 통해 획득되는 극좌표 형태의 데이터로 변환하고, 변환된 데이터와 상기 센싱 데이터를 지속적으로 비교함으로써 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다.
다른 실시예에서, 위치 검출부(150)는 임의의 위치에 설치되는 송수신기(미도시)로부터 출력된 위치 신호를 수신하고, 상기 위치 신호로부터 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다. 상기 송수신기의 위치가 결정되면 상기 송수신기는 자신의 위치를 기준으로 하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단하고, 판단된 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다. 이러한 송수신기는 실내에 설치되어 구동형 작업 장치(10)와 교신함으로써 구동형 작업 장치(10)의 위치 판단에 도움을 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 송수신기는, 예컨대 건물의 네 모서리에 설치되어 GPS 신호를 수신함으로써 건물의 좌표값을 인식한 후, 그 값을 바탕으로 새로운 신호를 송신하여 구동형 작업 장치(10)의 위치 판단에 도움을 줄 수 있다.
또는, 위치 검출부(150)가 구동형 작업 장치(10)로부터 상기 송수신기까지의 거리, 각도 데이터 및 상기 송수신기의 위치 정보를 고려하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단하는 것도 가능할 것이다. 선택적으로, 위치 검출부(150)는 임의의 위치에 설치되는 마커(미도시)의 위치를 센싱하고, 상기 마커로부터 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다. 예컨대 위치 검출부(150)는 상기 마커의 위치를 센싱한 위치 및/또는 센싱한 데이터의 분석으로부터 역으로 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다.
위치 검출부(150)가 수행하는 과정은 구동형 작업 장치(10)의 위치를 최대한 정확하게 판단하는 것을 목적으로 하며, 상기 송수신기 및/또는 마커는 상기 대상 공간의 임의의 위치, 예컨대 기둥 또는 벽면에 위치해 상기 위치 신호를 송신, 수신 및/또는 위치를 표시할 수 있다.
다만, 상기 송수신기 및/또는 마커의 위치가 상기 센싱 대상 공간의 내부의 임의의 위치로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 대상 공간이 오픈된 공간인 경우에는 상기 송수신기 및/또는 마커가 상기 대상 공간의 외부에 위치하더라도 구동형 작업 장치(10)의 위치를 추적할 수 있다.
구동형 작업 장치(10)는 상기 위치 신호를 수신하여 수신한 상기 위치 신호를 송신한 송수신기의 위치 및 상기 송수신기까지의 거리 및/또는 각도를 판단할 수 있는 수신기(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 수신기는 적어도 하나의 송수신기로부터 수신한 위치 신호를 고려하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단할 수 있다.
상기 송수신기는 신호 공유기 또는 비콘(beacon)을 통해 구성될 수 있으며, 상기 센싱 데이터와 공간 맵 데이터의 비교를 통해 구동형 작업 장치(10)의 정확한 위치를 판단하기 용이하지 않은 경우에 사용될 수 있다.
상기 마커는 특정한 색상이나 모양 또는 미리 결정된 숫자를 표시할 수 있으며, 구동형 작업 장치(10)는 상기 색상, 모양 또는 숫자를 인식할 수 있는 인식 수단을 포함함으로써 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단해 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다. 한편, 상기 마커는 자외선 카메라와 같은 특수한 장치를 통해 식별 가능하도록 표시될 수 있다.
전술한 제1 위치 데이터는 센싱부(130)에 의해 센싱된 데이터에 근거하여 대상 공간 내에서 구동형 작업 장치(10)의 현재 위치를 나타내는 좌표값이 될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 위치 데이터는 상기 센싱 데이터에 근거하여 상기 대상 공간에 대한 센싱 맵 데이터가 될 수 있다. 센싱 맵 데이터는 대상 공간의 전체적인 및/또는 부분을 반영하는 것일 수 있으며, 전술한 바와 같이 공간 맵 데이터가 될 수 있다.
위치 검출부(150)는 상기 센싱 위치를 결정하기 위해서 구동형 작업 장치(10)의 속도를 고려할 수 있다. 연속적으로 센싱 동작을 수행하는 상기 센서는 구동형 작업 장치(10)의 속도가 느린 구간에서 보다 정확한 데이터를 획득할 수 있다. 반대로, 구동형 작업 장치(10)의 속도가 빠른 구간에서 획득되는 데이터는 상대적으로 정확도가 떨어질 수 있다. 구동형 작업 장치(10)의 이동 경로 상의 모든 위치에서 상기 데이터 획득량에 대한 시뮬레이션을 수행할 수도 있으나, 연산량이 증가하는 경우 작업 속도가 느려질 수 있으므로, 일부 위치를 상기 센싱 위치로 설정할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 위치 검출부(150)는, 대상 공간을 특정 면적의 그리드로 나누어 공간 맵 데이터를 작성할 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 공간 맵 데이터는 점유 그리드 맵(Occupancy Grid Map)으로 작성될 수 있다. 이 때 상기 위치 검출부(150)는, 공간에서 각 그리드가 장애물로 가득 차 있을 가능성을 추정할 수 있다. 상기 위치 검출부(150)는 상기 점유 그리드 맵에서 불확실성이 높은 그리드를 선택하여 구동형 작업 장치(10)가 움직이도록 할 수 있다. 충분한 데이터가 수집되었거나 그 지점에 도달할 수 없는 것으로 결정되면 해당 지점은 그리드 리스트에서 삭제될 수 있다. 이러한 식으로 불확실한 그리드의 리스트가 최소화되었을 때, 예를 들면 불확실한 그리드 리스트가 0이 되었을 때 대상 공간에 대한 탐사가 완료된 것으로 간주할 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 위치 검출부(150)는 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단하기 위해 상기 공간 맵 데이터와 센싱 데이터를 비교하는 동작을 수행할 수 있다. 그리드 데이터를 포함하는 공간 맵 데이터와는 달리 상기 센싱 데이터는 물체까지의 거리 및 각도에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 위치 검출부(150)는 상기 공간 맵 데이터와 상기 센싱 데이터를 비교하기 위해 그리드 형식의 상기 공간 맵 데이터를 거리와 각도에 관한 데이터로 변환할 수 있다. 예컨대 공간 맵 데이터에서 (xm,i, ym,i) 및 (xm,l, ym,l)의 좌표로 표현되는 위치는, 각각 (Φm,i,dm,i) 및 (Φm,l,dm,l)의 극좌표 형식의 데이터로 변환될 수 있으며, 극좌표 데이터는 상기 센싱 데이터의 데이터 형식과 일치한다. 따라서, 위치 검출부(150)는 변환된 상기 공간 맵 데이터와 상기 센싱 데이터를 직접 비교할 수 있으며, 비교 결과를 이용하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 판단해 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다.
상기 공간 맵 데이터와 상기 센싱 데이터가 각각 그리드 형식과 극좌표 형식으로 제한되는 것은 아니며, 두 종류의 데이터를 비교하기 위하여 반드시 그리드 형식의 데이터를 극좌표 형식으로 변환하는 것으로 제한되지 않는다. 따라서, 상기 공간 맵 데이터와 상기 센싱 데이터는 그리드 형식, 극좌표 형식 이외의 형태의 데이터로 표현될 수 있으며, 상기 센싱 데이터를 상기 공간 맵 데이터의 형식에 대응하도록 변환하여 두 종류의 데이터를 비교하는 것도 가능하다.
한편 센싱부(130)에서 상기 대상 공간에 존재하는 물체에 대한 센싱 데이터가 획득되면, 위치 검출부(150)는 상기 센싱 데이터에 대응하는 거리/각도 데이터와 변환된 상기 공간 맵 데이터를 비교하여 일치하는 데이터가 존재하는지 판단할 수 있다. 상기 공간 맵 데이터 및/또는 센싱 데이터는 사용자가 필요에 따라 수정이 용이한 디지털 데이터, 예컨데 DWG 형태의 캐드 데이터로 변환이 가능하다.
상기 판단 결과에 따라 일치하는 데이터가 여러 개 존재할 수 있으며, 위치 검출부(150)는 복수의 센싱 데이터와 변환된 상기 공간 맵 데이터를 비교하여 상기 구동형 작업 장치(10)에 대한 위치 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
위치 검출부(150)는 복수의 센싱 데이터 각각을 상기 공간 맵 데이터와 비교함으로써 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치로서 가장 신뢰성이 높은 위치를 판단할 수 있다.
예를 들어, 동일한 위치에서 상기 센싱부(130)를 이용하여 제1 내지 제n 센싱 데이터가 획득되면, 위치 검출부(150)는 상기 제1 센싱 데이터에 대응하는 공간 맵 데이터를 검색할 수 있다. 검색 결과 상기 제1 센싱 데이터에 대응하는 공간 맵 데이터가 m개 존재할 수 있으며, 위치 검출부(150)는 상기 제1 센싱 데이터와 상기 m개의 공간 맵 데이터를 비교하게 된다. 이러한 과정을 제n 번 반복 수행하게 되면 최종적으로 상기 제1 내지 제n 센싱 데이터를 획득한 위치, 즉 구동형 작업 장치(10)의 위치를 검출할 수 있게 된다.
공간 맵 데이터와 센싱 데이터를 비교하여 구동형 작업 장치(10)의 위치를 검출하기 위해서, 위치 검출부(150)는 가장 최근에 획득된 센싱 데이터 또는 데이터 변화가 가장 적은 센싱 데이터를 이용할 수 있다.
선택적으로 또 다른 일 실시예에 따른 위치 검출부(150)는, 데이터 송수신부(110)를 통해 입력된 도면 데이터와 상기 공간 맵 데이터를 비교할 수 있다. 이러한 비교에 따라 도면 데이터 상에 존재하는 기둥이나 모서리 등의 구조물이 실제 공간에 있는지 파악할 수 있다. 또 도면 데이터와 공간 맵 데이터의 비교를 통해 구동형 작업 장치(10)가 도면 데이터에 정의된 특정 위치를 탐색할 수 있도록 할 수 있다. 도면 데이터와 공간 맵 데이터는 코너나 기둥과 같은 특징의 대응 관계를 검색함으로써 서로 정렬되도록 할 수 있다. 도면 데이터와 공간 맵 데이터가 정렬되면 위치 검출부(150)는 공간 맵 데이터와 센싱 데이터(예컨대 라이다 판독 값)를 사용하여 도면 데이터를 기준으로 구동형 작업 장치(10)의 현재 위치를 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 공간 맵은 대상 공간에 고정되게 및/또는 이동 가능하게 설치되는 서브 센싱 센서(미도시)를 통해 획득되는 서브 센싱 데이터로부터 생성될 수 있다. 상기 서브 센싱 센서는 상기 대상 공간의 특성에 따라 복수 개가 사용될 수 있다. 상기 서브 센싱 데이터는 센싱부(130)에 의한 센싱 동작이 수행되지 않더라도 미리 획득되어 있을 수 있으며, 데이터 수신부(110)는 상기 서브 센싱 데이터를 수신하여 상기 공간 맵을 생성할 수 있다. 따라서, 상기 대상 공간에서 작업을 수행하기 전에 임의의 위치에서 센싱부(130)를 통해 공간 맵을 생성하는 과정이 생략될 수 있다.
그리고, 위치 검출부(150)는 상기 서브 센싱 데이터를 통해 생성되는 공간 맵을 고려하여 센싱 위치 및 센싱 각도를 설정할 수 있을 것이다. 또한, 센싱부(130)를 통한 한 번의 센싱 동작으로 전체 공간에 대한 센싱 데이터를 획득하기 용이하지 않은 경우에도, 상기 서브 센싱 센서를 통해 전체 공간에 대한 공간 맵을 보다 용이하게 생성 가능하게 하는 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상기 보정부(140)는, 상기 구동형 작업 장치(10)의 위치에 대한 보정 데이터를 생성할 수 있다. 상기 보정 데이터에 의해 구동형 작업 장치(10)의 위치 정확도를 더욱 높일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위치 검출부(150)에 의해 공간 맵을 생성할 때에, 상기 보정부(140)는 센싱부(130)의 자이로 센서로부터 방위 데이터를 받아 이를 이용하여 보정 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어 자이로 센서에 의한 측정 데이터 값 사이에 긴 시간 간격이 있다면, 이 시간 간격 사이에 지구 자전, 온도 변화와 같은 외부 환경 변화에 의해 제1 위치 데이터가 영향을 받을 수 있다. 이렇게 영향 받은 값을 역산하여 보정한다면 제1 위치 데이터의 오차를 줄일 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 보정부(140)는 센싱부(130)의 IMU 센서로부터 얻어진 가속도 및 각속도 데이터를 이용해 구동형 작업 장치(10)의 속도와 자세각을 산출할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 보정부(140)는 센싱부(130)의 엔코더로부터 구동형 작업 장치(10)의 이동 거리에 관한 데이터를 전달받아 보정 데이터를 생성할 수 있다.
라이다 센서, 자이로 센서, IMU 센서 및/또는 엔코더로부터 획득되는 데이터에 대한 신뢰도는 각각의 측정 장치 고유의 사양(specification)에 나타나는 오차율(error rate)을 고려하여 결정될 수 있다. 따라서, 다른 측정 장치들에 비하여 보다 정확한 데이터를 제공하는 측정 장치로부터 제공되는 데이터에는 더 높은 신뢰도 값이 부여될 수 있으며, 이를 통해 구동형 작업 장치(10)의 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
또한 상기 신뢰도 값은 시간에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 구동형 작업 장치(10)가 1m/s의 속도로 이동하도록 설정되어 있는 경우, 구동형 작업 장치(10)가 1초 동안 움직인 거리는 1m로 측정되어야 한다. 그리고, 상기 1초 동안 엔코더를 통해 측정된 거리 데이터와 상기 엔코더의 사양에 따른 오차율을 고려하여 상기 1초 이후에 상기 거리 데이터에 대한 신뢰도 값을 다르게 적용할 수 있다.
상기 엔코더의 오차율이 ±1%인 경우를 가정하면, 앞선 예시에서 상기 거리 데이터는 99cm~101cm의 범위 내에 존재할 것으로 예상될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 거리 데이터가 99cm~101cm의 범위 내에 존재하지 않는 경우에는 상기 거리 데이터에 대해 더 낮은 신뢰도 값을 부여할 수 있다. 반대로 상기 거리 데이터가 1m에 가까울수록 상기 거리 데이터에 대해 더 높은 신뢰도 값을 부여할 수 있다.
따라서, 상기 거리 데이터가 매 1초 마다 획득된다면, 상기 거리 데이터에 대한 신뢰도 값은 매 1초 마다 갱신되는 것으로 이해할 수 있다.
한편, 상기 라이다 데이터, 상기 자이로 데이터, 상기 IMU 데이터, 그리고 상기 거리 데이터가 획득되는 시간 주기가 서로 상이한 경우, 데이터 획득 주기가 가장 긴 데이터를 기준으로하여 각각의 데이터에 부여되는 신뢰도 값은 최초에 부여된 신뢰도 값으로 재설정될 수 있다.
일 예로, 엔코더를 통해 획득되는 거리 데이터의 획득 주기가 가장 짧고, 라이다 센서를 통해 획득되는 센싱 데이터의 획득 주기가 가장 길 수 있다. 이 때, 상기 거리 데이터는 가장 짧은 주기로 신뢰도 값이 갱신되며, 상기 센싱 데이터는 가장 긴 주기로 신뢰도 값이 갱신될 수 있다. 또한, 데이터 획득 주기가 가장 긴 센싱 데이터가 획득되는 시점에서는 모든 데이터에 대한 신뢰도 값이 최초에 부여된 신뢰도 값으로 재설정될 수 있다.
제1 위치 데이터 및 보정 데이터는, 위치 판단부(160)로 전송되고, 위치 판단부(160)는 제1 위치 데이터 및 보정 데이터로부터 구동형 작업 장치(10)의 제2 위치 데이터를 생성할 수 있다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템(100)을 나타내는 것으로, 컴퓨팅 장치(11)는 도 1에 도시된 실시예에서 경로 설정부(170)를 더 포함할 수 있다. 선택적으로 상기 경로 설정부(170)는 구동형 작업 장치(10)의 구성요소로 기능하는 것도 가능하다.
상기 경로 설정부(170)는 구동형 작업 장치(10)가 이동하게 되는 경로를 설정하는 것으로, 먼저 입력된 대상 공간에 대한 정보를 바탕으로 구동형 작업 장치(10)의 초기 이동 경로를 설정할 수 있다. 또한 경로 설정부(170)는 상기 대상 공간에 대한 정보를 바탕으로 센싱부(130)에 의해 센싱될 데이터의 양을 고려하여 초기 이동 경로를 설정할 수 있다. 선택적으로 경로 설정부(170)는 구동형 작업 장치(10)가 작업을 하게 될 경우, 작업 경로를 고려하여 초기 이동 경로를 설정할 수 있다. 이 때, 작업 경로는 센싱부(130)에 의해 센싱될 데이터의 양까지 함께 고려하여 설정될 수 있다.
경로 설정부(170)는 구동형 작업 장치(10)의 경로를 설정하는 데, 전술한 바와 같이 초기 이동 경로에 따라 이동하면서 생성된 제1 위치 데이터에 근거하여 구동형 작업 장치(10)의 경로를 일시적으로 및/또는 지속적으로 조정할 수 있다. 이 때 위치 검출부(150)는 센싱 각도 및 센싱 위치를 설정하기 위하여 상기 공간 맵 데이터를 이용할 수 있으며, 각각의 센싱 위치에서의 센싱 각도를 설정하기 위하여 상기 센싱 위치에서 상기 센서의 센싱 범위를 고려하여 다양한 센싱 각도에 대한 상기 센싱 데이터 획득량을 시뮬레이션할 수 있다.
이처럼 경로 설정부(170)는 구동형 작업 장치(10)의 작동 과정 전체에 걸쳐서 구동형 작업 장치(10)의 경로를 설정하도록 한다. 이하 본 명세서에서는 도 2에 도시된 실시예를 기본으로 하여 위치 계측 시스템(100)의 다양한 실시예들을 설명한다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도 1에 도시된 실시예에 대하여도 본 명세서의 모든 실시예들이 적용될 수 있음은 물론이다. 이 때, 도 1에 도시된 실시예 및 이를 바탕으로 한 실시예들의 경우 구동형 작업 장치(10)의 경로는 별도의 장치(미도시)에서 설정되거나, 위치 검출부(150) 및/또는 위치 판단부(160)에서 설정될 수 있다.
한편, 또 다른 실시예에 따르면, 상기 센싱부(130)는, 도 3에서 볼 수 있듯이, 거리 측정부(131) 를 포함할 수 있다. 상기 거리 측정부(131)는 대상 공간 내에 위치하는 기준점까지의 거리를 센싱할 수 있는 것으로, 일 실시예에 따르면 타겟에 레이저 빔을 조사하여 그 반사 광을 수광함으로써 타겟까지의 거리를 측정할 수 있는 레이저 센서를 사용할 수 있다. 선택적으로, 상기 센싱부(130)는 구동부(132)를 더 포함할 수 있는 데, 구동부(132)는 거리 측정부(131)를 회전 및/또는 틸팅할 수 있다. 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 센싱부(130)는 별도의 구동부(132)를 반드시 필요로 하는 것은 아니며, 거리 측정부(131) 만을 구비할 수도 있다. 선택적으로 거리 측정부(131)의 회전 및/또는 틸팅은 구동형 작업 장치(10)의 구동부(120)에 의해 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라 이러한 센싱부(130)에 포함된 센서들의 회전 및/또는 틸팅도 별도의 자체 구동부 및/또는 구동형 작업 장치의 구동부에 의해 이루어질 수 있다.
상기 기준점은 대상 공간 내에 존재하는 특정 물체에 의해 얻어질 수 있는 데, 예컨대 기둥과 같이 입력된 도면 데이터 상에도 존재하는 특정 구조가 사용될 수 있다. 대상 공간 내의 기둥을 사용할 경우, 상기 기준점은 기둥의 중심점이 될 수 있다. 이 경우, 도면 데이터 상의 기둥의 형상 및/또는 치수 등을 감안하여 기둥의 표면까지의 거리에 그 표면으로부터 중심까지의 거리를 더하여 기준점까지의 거리로 계산할 수 있다. 선택적으로, 기준점은 기둥의 일 표면의 점이 될 수 있다. 이 경우 기준점까지의 거리는 기둥의 표면까지의 거리가 될 수 있다.
상기 거리 측정부(131)는 도 4에서 볼 수 있듯이 기준점이 되는 기둥(210)에 대하여 대상 공간(200) 내의 하나의 지점에서 기둥(210)의 여러 곳을 측정할 수 있다. 예컨대 구동형 작업 장치(10)로부터 기둥(210)의 서로 다른 지점까지 거리를 측정함으로써 제1 거리 측정값(d11), 제2 거리 측정값(d12), 제3 거리 측정값(d13)을 얻을 수 있다. 이 때 거리 측정부(131)는 구동부(132)에 의해 구동됨으로써 기둥(210)의 여러 곳을 측정하도록 할 수 있다. 및/또는 상기 거리 측정부(131)는 구동형 작업 장치(10)가 위치하는 좌표에서 기둥(210)의 서로 다른 지점에 대한 각도를 더 측정함으로써 제1 각도 측정값(a11), 제2 각도 측정값(a12), 제3 각도 측정값(a13)을 얻을 수 있다. 도 4에서 각도는 특정 라인을 기준으로 하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 각 지점 사이의 상대적 각도 차이로 얻을 수 있다. 그리고 상기 각도는 거리 측정부(131)의 빔 조사 각도 및/또는 구동형 작업 장치(10)가 향하는 방향의 각도를 포함할 수 있다. 이러한 각도 측정에 따라 거리 측정 시 최적점을 찾을 수 있다.
이렇게 하나의 기둥(210)의 여러 곳을 측정하여 그 측정 데이터를 보정 데이터로서 보정부(140)로 전송하고, 보정부(140)는 측정 데이터의 통계적 모델을 만들 수 있다. 이러한 통계적 모델은 다양한 모델이 적용될 수 있는 데, 간단하게는 여러 측정 데이터의 평균값을 이용할 수도 있다. 또한 예컨대 기둥의 모양이나 종류가 다양할 수 있으므로, 그에 따라 사용하는 수식과 기준점을 측정하는 방법 또한 다양하게 적용 될수 있다.
이 경우, 거리 측정부(131)가 기둥(210)의 정 가운데 지점을 조준하여 거리를 측정하지 못하더라도, 여러 다른 측정값을 이용하여 기둥(210)의 정 가운데 지점에 대한 거리를 예측할 수 있다. 이는 한 번의 측량으로 일어날 수 있는 측량 오류를 방지하고, 거리 측정부(131)에 의한 측량에서 최적의 측정점을 찾을 수 있다. 또한 기둥(210)의 표면이 고르지 않을 시에 여러 곳을 측정하여 기둥의 위치 및 크기를 평균값으로 계산하여 오차를 줄일 수 있다.
선택적으로, 상기 거리 측정부(131)는 한 위치에서 복수의 기준점과의 거리를 측정하고 보정부(140)는 그 교차점을 이용해 보정 데이터를 생성할 수 있다. 예컨대 도 5에서 볼 수 있듯이, 구동형 작업 장치(10)에서 거리 d1인 제1 기둥(310a)까지의 원과 구동형 작업 장치(10)에서 거리 d2인 제2 기둥(310b)까지의 원이 교차되는 두 지점을 추출할 수 있는 데, 이 교차점 중 센싱부(130) 및 위치 검출부(150)에 의해 측정된 위치와 동일 및/또는 근접한 지점이 구동형 작업 장치(10)의 위치가 될 것이므로, 이를 통해 보정부(140)가 보정 데이터를 생성할 수 있다.
전술한 실시예들에서 거리 측정부(131)는 한 번에 하나의 측정값을 획득하는 것에 한정되지 않으며, 한 번의 측정으로 여러 점에 대한 측정값을 얻는 것일 수 있다. 이는 본 명세서의 모든 실시예들에서 동일하게 적용될 수 있다.
이렇게 보정부(140)에 의해 생성된 보정 데이터는 위치 판단부(160)로 전송되는 데, 위치 판단부(160)는 전술한 제1 위치 데이터를 상기 보정 데이터를 이용해 조정하여 상기 구동형 작업 장치(10)와 관련된 제2 위치 데이터를 생성한다.
센싱부(130)가 예컨대 라이다 센서를 포함하는 경우, 속도가 빨라 대량의 데이터 수집을 빠르게 행할 수 있다. 따라서 센싱부(130)를 통해 센싱된 데이터에 근거하여 위치 검출부(150)에 의해 생성된 제1 위치 데이터의 경우, 구동형 작업 장치(10)의 대략적인 위치를 빠르게 수집할 수 있도록 해준다. 그러나 전술한 바와 같이 거리 측정부(131)를 사용할 경우, 보정 데이터 및/또는 제2 위치 데이터를 생성함으로써 정밀도가 높은 위치 데이터를 얻을 수 있다. 상기 보정부(140)에 의한 보정 데이터에 근거한 위치 판단은 선택적으로 실시될 수 있으며, 이에 따라 빠르게 및/또는 정밀하게 구동형 작업 장치(10)의 위치를 파악할 수 있다.
추가적으로 및/또는 선택적으로 경로 설정부(170)는 위치 판단부(160)로부터 생성된 제2 위치 데이터에 따라 구동형 작업 장치(10)의 경로를 설정할 수 있다. 이 때, 제2 위치 데이터는 공간 맵 데이터 및/또는 센싱 맵 데이터 내에서 구동형 작업 장치(10)의 위치 좌표에 대하여 전술한 보정 데이터에 의해 얻어진 좌표값으로 보정한 데이터가 된다. 따라서 제2 위치 데이터를 이용하여 경로를 설정할 경우 경로의 정확도를 더욱 높일 수 있다. 예컨대 센싱된 데이터인 제1 위치 데이터의 오차 범위가 +/- 10mm라면, 구동형 작업 장치(10)는 제1 위치 데이터에 의한 위치로 일단 이동하고, 여기서 보정 데이터에 근거하여 위치를 변경할 수 있다. 만일 작업부를 장착한 상태이고, 제1 위치 데이터의 오차 범위가 미리 설정된 범위 내일 경우, 보정 데이터에 근거해 수정된 제2 위치 데이터에 의한 위치로 작업부를 구동하여 정확한 위치에 작업하도록 하거나 작업부가 고정된 상태에서 장치를 구동하여 작업하도록 할 수 있다. 이 때 설정된 범위는 작업부의 가동 범위가 될 수 있다. 제1 위치 데이터의 오차 범위가 설정된 범위 밖일 경우, 보정 데이터에 근거해 수정된 제2 위치 데이터에 의한 위치로 장치가 이동하고, 작업을 실시할 수 있다.
한편, 추가적으로 및/또는 선택적으로 상기 보정부(140)는 대상 공간 내에서 상기 구동형 작업 장치(10)의 경로를 추적하고, 추적된 경로 데이터에 근거하여 상기 보정 데이터를 생성할 수 있다.
예컨대 도 6은 또 다른 일 실시예에 따른 센싱부(130) 및 보정부(140)를 도시한 것으로, 센싱부(130)는 경로 추적부(133)를 포함하고 보정부(140)는 경로 데이터 생성부(141)를 포함할 수 있다.
상기 경로 추적부(133)는 구동형 작업 장치(10)가 이동하는 동안 바닥면이나 벽면과 같은 곳(이하 바닥면 등 이라 함)을 센싱할 수 있다. 센싱된 데이터는 경로 데이터 생성부(141)에 의해 이동 경로 데이터로서 생성될 수 있다. 상기 경로 추적부(133)는 이미지 캡쳐가 가능한 카메라 및/또는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 경로 추적부(133) 는 센싱하는 면의 시각적 요소나 기타 다른 특징, 예를 들면 질감이나 패턴을 센싱할 수 있다. 경로 추적부(133)는 센싱부(130)에 포함된 이미지 센서 및/또는 카메라 모듈을 사용할 수 있다.
경로 추적부(133)에 의해 연속적으로 및/또는 불연속적으로 캡쳐된 이미지는 경로 데이터로서 가공될 수 있는 데, 상기 경로 데이터는 구동형 작업 장치(10)가 이동하는 이동 경로 맵이 되거나 이동 경로 맵을 포함할 수 있다.
전술한 보정 데이터는 이러한 이동 경로 맵을 포함하는 데이터가 되며, 상기 이동경로 맵은 추후 구동형 작업 장치(10)가 작업을 하게 될 작업 경로에 대응되는 것일 수 있다. 위치 판단부(160)는 전술한 제1 위치 데이터에 상기 보정 데이터를 결합한 제2 위치 데이터를 생성할 수 있다. 그리고 경로 설정부(170)는 제2 위치 데이터를 근거로 경로를 설정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이 때 제2 위치 데이터에 근거한 경로는 제1 위치 데이터에 근거하여 설정된 경로에 전술한 보정 데이터의 항목이 추가되어 저장된 경로를 의미할 수 있다.
추후 구동형 작업 장치(10)가 작업을 할 때에도 경로 추적부(133)는 이동 경로를 추적하여 동일한 경로를 센싱하고, 경로 데이터 생성부(141)는 이로부터 경로 데이터를 생성할 수 있다. 경로 설정부(170)는 작업 도중 작성된 경로 데이터를 이전에 작성된 경로 데이터와 비교하고, 정확한 방위 및 위치에 작업하도록 할 수 있다.
경로 데이터 생성부(141)는 캡쳐되는 이미지에 대하여 엔코더를 이용하여 경로 데이터를 타임 데이터 및/또는 거리 데이터와 결합시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 구동형 작업 장치(10)가 작업 시 생성한 경로 데이터를 이전에 작성된 경로 데이터와 비교할 때, 예컨대 만일 동일한 위치에서 작업을 하는 경우라면, 경로 설정부(170)는 이전에 작성된 경로 데이터를 그대로 이용하도록 할 수 있고, 이에 따라 경로 데이터를 생성하는 시간을 줄일 수 있다. 다만, 새로 생성한 경로 데이터가 이전 작성된 경로 데이터와 일정 정도 이상 상이할 경우, 오류가 발생할 수 있으므로, 특정 시간 및/또는 거리 별로 경로 데이터를 새로 생성하고, 이를 이전 작성된 경로 데이터와 비교하도록 할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 이러한 경로 데이터는 제1 위치 데이터에 포함될 수 있다. 즉, 구동형 작업 장치(10)가 대상 공간을 센싱할 때에 동시에 경로 데이터를 생성하고, 이 경로 데이터를 제1 위치 데이터에 포함시킬 수 있다.
도 7은 또 다른 일 실시예에 따른 보정부(140)를 도시한 것으로, 보정부(140)는 전술한 경로 데이터 생성부(141)에 더하여 경로 마킹부(142)를 더 포함할 수 있다.
경로 추적부(133)에 의해 이동 경로를 추적할 때 바닥면 등에 센싱할 특정한 패턴이나 질감이 없을 경우, 또는 바닥면 등의 특징을 센싱하기 어려울 경우, 경로 마킹부(142)에 의해 바닥면 등에 특정한 패턴을 마킹할 수 있다. 이러한 마킹은 구동형 작업 장치(10)가 필요 시 실시할 수 있다. 즉, 구동형 작업 장치(10)가 제1 위치 데이터 및/또는 제2 위치 데이터를 생성하기 위해 이동 및/또는 정지할 때에 마킹할 수 있다. 이러한 패턴은 이동 경로의 특정 포인트에서 마킹될 수 있는 데, 일 실시예에 따르면 복수의 포인트에서 마킹될 때에 패턴은 동일하게 생성할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 포인트를 그룹별로 분류하여 그룹 별로 다른 패턴일 수 있으며, 선택적으로 복수 포인트가 다른 패턴이 되도록 할 수도 있다.
이러한 패턴은 시각적으로 판별 가능한 형태로 구비될 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 작업자의 눈에 안 보이게 형성될 수 있다. 다만 경로 추적부(133)에 의해 인식될 수 있어야 한다. 예컨대 상기 패턴은 감광제로 형성될 수 있다. 이 때 경로 추적부(133)는 감광제를 인식할 수 있는 블랙 라이트나 특수 장비 등으로 특징을 검출할 수 있다. 이러한 패턴은 반드시 연속적으로 형성될 필요는 없으며, 불연속적으로 형성될 수 있고, 규칙적 또는 불규칙적 간격을 이루며 형성될 수 있다. 또는 특정 위치에만 형성될 수 있다.
상기와 같은 센싱부(130) 및/또는 보정부(140)의 실시예들, 즉 도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예들은 상호 복합적으로 적용될 수 있다.
도 8은 또 다른 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템(100)을 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 실시예의 경우, 도 2에 도시된 실시예에 더하여 보조 센싱부(180)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 보조 센싱부(180)는 제1 보조 센싱부(181) 및 제2 보조 센싱부(182)를 포함할 수 있다.
상기 제1 보조 센싱부(181)는 센싱부(130)에 의해 센싱되는 객체 이외의 다른 피센싱체를 센싱할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 보조 센싱부(181)는 초음파 센서가 될 수 있으며, 센싱부(130)에 의해 감지되지 않거나 감지되기 어려운 재질의 물체를 센싱할 수 있다. 예컨대 상기 센싱부(130)가 레이저 센서를 포함할 경우, 투명한 재질 즉 유리나 투명 플라스틱 등은 감지하기 어렵다. 이 경우 초음파 센서인 제1 보조 센싱부(181)에 의해 센싱할 수 있도록 한다. 또한, 대상 공간의 바닥면에 구멍이 있을 경우 구동형 작업 장치(10)가 추락할 수 있는 데, 이러한 구멍을 센싱함으로써 구동형 작업 장치(10)의 추락을 방지할 수 있다.
제2 보조 센싱부(182)는 구동형 작업 장치(10)의 진행 방향과 경사를 이루는 방향으로의 틸팅 정도를 센싱하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 보조 센싱부(182)는 구동형 작업 장치(10) 본체의 기울어짐 정도 등을 센싱할 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만 구동형 작업 장치(10)는 제2 보조 센싱부(182)로부터 센싱된 틸팅 정도를 보상해 구동형 작업 장치(10) 본체를 안정적 위치로 복귀시키는 별도의 구동부가 구비될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예의 경우, 보조 센싱부(180)가 제1 보조 센싱부(181) 및 제2 보조 센싱부(182) 모두를 포함하는 것으로 나타내었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 보조 센싱부(180)는 제1 보조 센싱부(181) 또는 제2 보조 센싱부(182) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 10은 전술한 실시예들에 따른 위치 계측 시스템(100)의 위치 계측 방법의 흐름을 계략적으로 나타내는 일 실시예에 따른 순서도이다. 이하 설명하는 순서도는 본 명세서에 기재된 모든 실시예의 위치 계측 시스템(100)에 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동형 작업 장치의 위치 계측 방법은, 센싱 단계(S11), 제1 위치 데이터를 생성하는 단계(S12), 보정 데이터를 생성하는 단계(S13), 오차 범위와 허용치를 비교하는 단계(S14) 및 제2 위치 데이터를 생성하는 단계(S15)를 포함할 수 있다.
구동형 작업 장치는 대상 공간에 대하여 센싱을 수행한다(S11). 센싱 단계(S11)에서 진행하게 되는 상기 센싱은 반드시 일 회에 한정되는 것은 아니며, 구동형 작업 장치가 1차로 센싱함으로써 센싱 데이터로 공간 맵 데이터를 생성할 수 있고, 2차 센싱하면서 공간 맵 데이터를 근거로 구동형 작업 장치의 현재 위치를 판단할 수 있다. 상기 센싱의 전후로 구동형 작업 장치는 상기 대상 공간에 대한 정보를 수신할 수 있다. 도 11의 (a)는 데이터 송수신부(110)를 통해 입력된 도면 데이터(400)가 될 수 있다. 도 11의 (a)에서 볼 수 있듯이, 초기 맵 데이터가 되는 도면 데이터(400)는 대상 공간(300)에 제1 기둥(310a) 내지 제4 기둥(310d)이 배치되어 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 도면 데이터(400)는 기둥 외에 벽체를 형성하는 선 등의 작업 정보를 포함할 수 있다.
다음으로 전술한 실시예들에서 위치 검출부(150)는 제1 위치 데이터를 생성한다(S12). 상기 제1 위치 데이터는 센싱으로 형성된 공간 맵 데이터를 포함할 수 있다. 추가 및/또는 선택적으로 위치 검출부(150)는 공간 맵 데이터와 센싱 데이터를 비교하여 제1 위치 데이터를 생성할 수 있다. 센싱 데이터는 특정 시점에서 구동형 작업 장치의 센싱부에 의해 센싱된 각종 데이터가 될 수 있다.
도 11의 (b)는 제1 위치 데이터(410)가 될 수 있는 데, 공간 맵 데이터를 포함할 수 있고, 대상 공간(300) 내에 제1 기둥(310a) 내지 제4 기둥(310d)이 배치된 것이 센싱되어 센싱된 맵 데이터로서 나타날 수 있다. 이렇게 센싱된 공간 맵 데이터 내에는 구동형 작업 장치의 제1 위치(411)가 나타날 수 있다. 상기와 같은 공간 맵 데이터(410)는 입력된 도면 데이터(400)와 비교해 기둥과 같은 특징점이 실제 공간에 있는지 파악할 수 있다.
이 후, 센싱부(130)의 센서에 의한 추가 센싱 데이터를 이용하여 보정부(140)에 의해 보정 데이터가 생성된다(S13).
다음으로, 제1 위치 데이터와 보정 데이터를 비교하여, 오차 범위가 허용치 이내면 제2 위치 데이터를 생성한다(S15). 일 실시예에 따르면 제2 위치 데이터의 생성은 전술한 위치 판단부(160)에 의해 수행될 수 있다. 상기 제2 위치 데이터는 보정 데이터를 이용하여 제1 위치 데이터를 수정하는 것일 수 있다. 제1 위치 데이터와 보정 데이터를 비교한 결과 그 오차 범위가 허용치보다 클 경우다시 센싱을 수행(S11)할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 11의 (c)에서 볼 수 있듯이 제1 기둥(310a)과의 제1 거리(d1) 및 제2 기둥(310b)과의 제2 거리(d2)를 바탕으로 공간 맵 데이터 내에서 생성된 보정 데이터를 이용해 구동형 작업 장치의 제2 위치(421)를 생성할 수 있다.
부가적 및/또는 선택적으로, 도 11의 (d)에서 볼 수 있는 제2 보정 데이터(430)를 이용하여 제2 위치 데이터를 형성할 수 있다. 제2 보정 데이터(430)에는 구동형 작업 장치의 주행 경로를 추적한 이동 경로(431)가 포함될 수 있다. 이 때, 제1 위치 데이터에는 이전 센싱 시 생성된 경로 데이터가 포함될 수 있다. 따라서 상기 이동 경로(431)는 제1 위치 데이터에 포함된 경로 데이터와 비교될 수 있고, 만일 이동 경로(431)가 제1 위치 데이터에 포함된 경로 데이터와 동일할 경우, 경로 데이터가 포함된 위치 데이터가 제2 위치 데이터가 될 수 있다(S17). 만일 이동 경로(431)가 제1 위치 데이터에 포함된 경로 데이터와 동일하지 않을 경우, 다시 센싱 작업을 수행하면서, 경로 데이터를 생성하고, 이를 이전 경로 데이터 및/또는 기준 경로 데이터와 비교하여 현재 위치의 정밀도를 파악한다.
이렇게 제2 위치 데이터를 확정함으로써, 위치 계측 시스템은 구동형 작업 장치의 정확한 위치를 파악하고, 대상 공간에 대한 정보를 인식할 수 있다.
도 12는 또 다른 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템(100)을 도시한 것이다.
도 12에 도시된 실시예에 따른 위치 계측 시스템(100)은 도 8에 도시된 실시예에 더하여 작업부(190) 및 작업 제어부(200)를 더 포함할 수 있다.
작업부(190)는 데이터 송수신부(110)를 통해 수신된 작업 데이터에 대응하여 작업을 수행한다. 구체적으로, 상기 작업 데이터에 대응하여 마킹(marking), 드릴링(drilling), 용접(welding), 커팅(cutting), 나사 작업(screwing), 잠금 작업(fastening), 조임 작업(tightening), 체결 작업(locking) 또는 펀칭(punching) 등의 작업을 수행할 수 있다. 상기 마킹은, 작업면에 안료를 이용하여 작업 데이터를 표시하는 것, 작업면에 스크래치를 남기는 것, 레이저로 작업면을 일부 식각하는 것, 라인기 등 작업면에 데이터를 표시하는 것을 모두 포함할 수 있다. 따라서, 작업부(190)는 마킹, 드릴링, 용접, 커팅, 나사 작업, 조임 작업, 묶는 작업, 체결 작업 또는 펀칭을 수행할 수 있도록 마킹 유닛, 드릴, 용접 유닛, 커팅 유닛, 나사 작업 유닛, 잠금 작업 유닛, 조임 작업 유닛, 체결 작업 유닛 및 펀칭 유닛과 같은 다양한 작업 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 작업부(190)는 바닥면에 잔디가 심어져 있는 경우 잔디를 깎음으로써 상기 작업 데이터를 표시할 수도 있도록 예초 유닛을 포함할 수 있다. 상기 작업부(190)는 모래나 블록을 밀어 입체적 형상을 표시할 수 있도록 플레이트 유닛을 포함할 수 있다. 상기 작업부(190)는 입체적 형상을 프린팅할 수 있도록 3D 프린팅 유닛을 포함할 수 있다. 상기 작업부(190)는 블록과 같은 물체를 입체적 형상으로 쌓을 수 있는 아암 유닛을 포함할 수 있다. 상기 작업부(190)는, 상기 작업 대상 공간에서 벽, 기둥, 바닥, 또는 천정에 특정한 기기를 설치하는 작업을 수행할 수 있도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 작업부(190)는 벽, 기둥, 바닥, 또는 천정에 콘센트(outlet)를 설치하는 작업을 수행할 수 있다.
이러한 작업부(190)의 다양한 실시예는 본 명세서의 모든 실시예들에 적용될 수 있음은 물론이다.
선택적으로 상기 작업 데이터는 작업부(190)가 인식할 수 있는 기호를 포함할 수 있는 데, 예를 들어, 상기 기호는 선, 도형 또는 기타 기하학적 모양을 포함할 수 있다. 또는 상기 기호는 바코드(barcode), QR 코드, 숫자 또는 문자에 의해 표시될 수 있다.
선택적으로 상기 작업 데이터는 상기 작업부(190)가 인식할 수 있는 특수한 감광제로 표시될 수 있다. 예컨대 상기 감광제는 육안으로는 직접 식별되지 않는 것일 수 있으며, 작업부(190)에 의해 인식할 수 있는 것일 수 있다. 이를 위해 상기 작업부(190)는 특수 감광제를 인식할 수 있는 센싱 유닛을 더 포함할 수 있다.
구체적인 일 실시예에 따르면, 상기 작업부(190)는 도 13에서 볼 수 있듯이 작업 모듈(191), 모듈 구동부(192) 및 정확도 측정부(193)를 포함할 수 있다.
작업 모듈(191)은 데이터 송수신부(110)가 수신하는 상기 대상 공간에 대응하는 정보에 포함되는 작업 데이터에 대응하는 작업을 수행하기 위하여 상하, 좌우를 비롯하여 자유롭게 이동할 수 있도록 구비될 수 있으며 작업 데이터에 대응하여 작업면의 특정 위치에서 일정한 표시를 하거나 이동 경로 상에 선(line)을 그리는 동작을 수행할 수 있다. 부가적으로 및/또는 선택적으로, 센싱부(130)에 포함된 다른 센서들, 예컨대 자이로 센서에 의해 회전값이 감지되었을 때 그 값을 수신하여 작업함으로써 작업의 정밀도를 높일 수 있다.
모듈 구동부(192)는 작업 모듈(191)이 상하, 좌우 일정 범위 내로 움직일 수 있도록 구비될 수 있다. 선택적으로, 다른 실시예에 따르면, 상기 모듈 구동부(192)는 반드시 구비되어야 하는 것은 아니고, 작업 모듈(191)은 구동형 작업 장치(10)의 본체에 고정적으로 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 정확도 측정부(193)가 더 구비될 수 있는 데, 상기 정확도 측정부(193)는 구체적으로 영상센서 및/또는 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 정확도 측정부(193)는 한 쌍의 카메라 모듈을 포함할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 구동형 작업 장치(10)의 앞 뒤에 각각 설치될 수 있는 데, 구동형 작업 장치(10)가 작업하는 마킹 결과물, 즉 선의 굴곡 또는 변환 정도를 측정하여 결과물의 정확도를 측량할 수 있다. 상기 정확도 측정부(193)는 반드시 작업부(190)에 포함되어야 하는 것은 아니며, 센싱부(130) 및/또는 보조 센싱부(180)의 영상센서 및/또는 카메라 모듈을 사용할 수 있다.
정확도 측정부(193)가 측정한 결과물의 정확도는 작업 제어부(200)로 전송된다.
작업 제어부(200)는 작업부(190)의 작업 및/또는 동작을 제어할 수 있다. 작업 제어부(200)는 경로 설정부(170)에 의해 설정된 경로 정보를 전달받은 후, 각 경로 중 작업 정보에 의해 작업을 수행해야 하는 영역에서 작업을 지시할 수 있다.
및/또는 상기 센싱부(130)의 적어도 한 센서로부터 센싱값을 전달받은 작업 제어부(200)는 이를 바탕으로 보다 정밀한 작업 지시를 작업부(190)에 전달하고, 정확도 측정부(193)는 이 작업 결과를 센싱하여 다시 작업 제어부로 피드백할 수 있다.
작업 제어부(200)는 정확도 측정부(193)로부터 전달된 정확도 정보에 비추어 작업 조정을 명령할 수 있다. 정확도 정보는 경로 설정부(170)에도 전달되며, 경로 설정부(170)는 정확도 정보에 비추어 구동형 작업 장치(10)의 이동 경로를 조정할 수 있다.
상기 작업부(190)는 대상 공간의 바닥면에만 작업을 수행하는 것은 아니며, 대상 공간의 벽면, 천정면 등 다양한 영역에 작업을 수행할 수 있다.
도 14는 대상 공간의 벽면에 작업하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14에서 볼 수 있듯이, 대상 공간(300)의 벽면(302)에 서로 높이가 다른 위치에 A 및 B의 작업할 내용이 있을 경우, 이 A 및 B의 평면 위치 및 높이 데이터는 대상 공간의 정보에 미리 포함되어 있도록 한다. 이러한 대상 공간의 정보에 기초하여 도 14의 (b)에서 볼 수 있듯이 구동형 작업 장치(10)의 마킹 모듈(191)은 A 및 B의 평면 위치로 이동한 후 설정된 높이만큼 마킹 모듈(191)을 구동시켜 A 및 B의 작업을 수행하도록 할 수 있다.
도 15는 대상 공간의 천정면에 작업하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 대상 공간(300)의 바닥면(301)에 제1 구동형 작업 장치(10-1)가 위치하고, 천정면(303)에 대향되도록 제2 구동형 작업 장치(10-2)가 위치한다. 제2 구동형 작업 장치(10-1)는 비행 가능한 형태로 구비될 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도면에 도시하지는 않았지만 천정면(303)에 배설되어 있는 레일을 따라 이동하는 장치일 수 있다.
이 경우, 제1 구동형 작업 장치(10-1)가 천정면(303)에 작업할 내용에 대하여 바닥면(301)에 먼저 초안 작업(501)을 할 수 있고, 제2 구동형 작업 장치(10-2)는 바닥면(301)에 실시된 초안 작업(501)을 센싱하여 초안 작업(501)이 되어 있는 직상부에 천정 작업(502)을 할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제2 구동형 작업 장치(10-2)는 별도의 위치 인식 장치를 포함하지 않고, 단지 초안 작업(501)을 인식하는 수단을 포함하는 것일 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 구동형 작업 장치(10-2)도 제1 구동형 작업 장치(10-1)와 동일하게 전술한 바와 같은 위치 계측 시스템에 의해 위치를 인식하도록 구비될 수 있다.
다른 일 실시예로서, 천정면(303)의 일면에 제1 구동형 작업 장치(10-1)가 위치하고, 천정면(303)의 타면에 제2 구동형 작업 장치(10-2)가 위치할 수 있다. 제1 구동형 작업 장치(10-1)는 천정면(303)의 상부면에 위치할 수 있고, 제2 구동형 작업 장치(10-2)는 천정면(303)의 저면에 위치할 수 있다.
이 경우, 제1 구동형 작업 장치(10-1)가 전술한 위치 계측 시스템에 의해 위치를 인식하여 작업 위치로 이동하고 제2 구동형 작업 장치(10-2)에 신호를 주면, 제2 구동형 작업 장치(10-2)는 그 신호를 수신해 제1 구동형 작업 장치(10-1)가 위치한 곳으로 이동하고 천정 작업(502)을 실시할 수 있다. 따라서 제2 구동형 작업 장치(10-2)는 별도의 위치 인식 장치를 포함하지 않고, 단지 제1 구동형 작업 장치(10-1)가 내보내는 신호를 인식하는 수단을 포함하는 것일 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 구동형 작업 장치(10-2)도 제1 구동형 작업 장치(10-1)와 동일하게 전술한 바와 같은 위치 계측 시스템에 의해 위치를 인식하도록 구비될 수 있다.
상기와 같이 제1 구동형 작업 장치(10-1)와 제2 구동형 작업 장치(10-2)가 한 쌍을 이뤄 천정 작업을 수행하게 되면, 천정 작업을 수행하는 장치가 바닥면에 위치한 장치에 종속될 수 있고, 별도의 위치 계측을 정밀하게 하지 않아도 되기 때문에 간단하고 정확하게 천정 작업을 수행할 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 위치 계측 시스템의 작업 방법을 나타낸 것으로, 이는 도 12에 도시된 위치 계측 시스템에 의한 작업 방법을 나타낸다.
먼저, 구동형 작업 장치(10)의 이동 및/또는 정지에 의해 위치 검출부(150)는 대상 공간에 대한 공간 맵을 생성할 수 있다(S21).
*공간 맵은 전술한 바와 같이 센싱부(130)의 공간 센싱에 의해 형성된 데이터를 이용할 수 있는 데, 일 실시예에 따르면 라이다 센서를 이용한 공간 센싱을 통해 얻어질 수 있다.
공간 맵의 생성 시에 센싱부(130)의 자이로 센서로부터 방위 데이터를 받을 수 있으므로, 공간 맵의 생성을 보다 빠르게 수행할 수 있다. 그리고 센싱부(130)의 엔코더를 이용해 맵 생성 오차를 줄일 수 있다. 이 외에도 센싱부(130)의 IMU 센서로부터 얻어진 가속도 및 각속도 데이터를 이용해 구동형 작업 장치(10)의 속도와 자세각을 산출해 라이다로부터 센싱된 공간 맵을 보정할 수 있다.
구동형 작업 장치(10)가 공간을 탐색할 때에는 장애물을 만날 때까지 직선으로 이동하고, 장애물을 만나면 무작위로 방향을 바꾸며, 그 과정을 반복하는 방식으로 탐색할 수 있다. 그 다음 아직 탐색되지 않은 영역이 식별되면 이 영역들을 하나씩 찾아 이동하는 방식으로 공간을 탐색할 수 있다.
추가적으로 및/또는 선택적으로 상기 위치 검출부(150)는, 대상 공간을 특정 면적의 그리드로 나누어 공간 맵을 작성할 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 공간 맵 데이터는 점유 그리드 맵으로 작성될 수 있다. 이 때 상기 위치 검출부(150)는, 공간에서 각 그리드가 장애물로 가득 차 있을 가능성을 추정할 수 있다. 상기 위치 검출부(150)는 상기 점유 그리드 맵에서 그 내용과 관련하여 불확실성이 높은 한 그리드를 선택하고, 그리드 리스트 중 비어 있는 그리드에 인접한 그리드를 선택할 수 있다. 그리드 리스트에서 불확실성이 높은 가장 가까운 그리드를 대상으로 선택하여 구동형 작업 장치(10)가 움직이도록 할 수 있다. 예컨대 1,200 ㎡의 공간에서 위치 검출부(150)는 약 5,000 내지 7,000개 그리드의 불확실성으로 시작할 수 있다. 충분한 데이터가 수집되었거나 그 지점에 도달할 수 없는 것으로 결정되면 해당 지점은 그리드 리스트에서 삭제될 수 있다. 또 어떤 지점에 도달할 수 없는 것으로 판단되면, 해당 공간의 다른 가까운 지점도 도달할 수 없는 것으로 간주하여 그리드 리스트에서 삭제할 수 있다. 불확실한 그리드의 리스트가 최소화되었을 때, 예를 들면 불확실한 그리드 리스트가 0이 되었을 때 대상 공간에 대한 탐사가 완료된 것으로 간주할 수 있다.
공간 맵 생성이 완료된 후 및/또는 완료되기 전에, 데이터 송수신부(110)를 통해 도면을 입력받을 수 있다(S22). 이러한 도면 데이터에는 구동형 작업 장치(10)가 수행할 작업 데이터, 예컨대 작업면에 그릴 그림 데이터와, 공간 내에 존재하는 기둥과 같은 기준점으로 사용될 정보가 포함될 수 있다.
다음으로, 공간 맵과 도면을 비교한다(S23). 도면 데이터와 공간 맵 데이터의 비교를 통해 구동형 작업 장치(10)가 도면에 정의된 특정 위치를 탐색할 수 있도록 할 수 있다. 도면 데이터와 공간 맵 데이터는 코너나 기둥과 같은 특징의 대응 관계를 검색함으로써 서로 정렬되도록 할 수 있다. 도면 데이터와 공간 맵 데이터가 정렬되면 위치 검출부(150)는 공간 맵 데이터와 센싱 데이터(예컨대 라이다 판독 값)를 사용하여 도면 데이터를 기준으로 구동형 작업 장치(10)의 현재 위치를 추정할 수 있다. 만일 공간 맵과 도면 사이에 자동 정렬이 실패하면, 수동 기능으로 공간 맵과 도면을 정렬시킬 수 있다.
경로 설정부(170)가 구동형 작업 장치(10)가 작업을 수행할 이동 경로를 계획할 수 있다(S24). 경로의 계획은 전술한 실시예의 다양한 방법들을 사용할 수 있다. 경로를 계획할 때에 예컨대 그려지는 선과 참조로 사용될 기준 기둥을 선택할 수 있는 데, 그릴 선들과 가까운 위치에 있거나 일정한 각도를 가지고 있는 기둥을 기준점으로 우선 선택할 수 있다. 경로 계획의 목표는 한 경로당 가능한 한 많은 작업을 하는 것이다. 예를 들면 두 개의 평행선을 그릴 때에 그 폭이 구동형 작업 장치(10)가 그릴 수 있는 최대치보다 좁다면 그 두 개의 선을 한번에 그리도록 계획하거나, 최적의 경로를 계산하도록 할 수 있다. 이러한 경로 계획은 후술하는 바와 같이 시작점을 확정한 이후에 진행할 수도 있다.
다음으로, 상기 위치 계측 시스템은 구동형 작업 장치(10)가 작업을 수행할 경로 및/또는 구동형 작업 장치(10)가 이동할 경로와 관련된 경로 맵을 생성한다(S25). 도 17은 경로 맵을 생성하는 일 실시예를 나타낸 것으로, 먼저 구동형 작업 장치(10)는 상기 경로 중 시작점으로 이동한다(S251). 구동형 작업 장치(10)가 시작점으로 이동 시에는 라이다 센서가 사용될 수 있다.
시작점에서 구동형 작업 장치(10)는 센싱부(130)의 거리 측정부(131)를 이용하여 다양한 종류의 구조 및/또는 물체, 예컨대 기둥과 같은 기준점에 대하여 거리 측정을 수행할 수 있다(S252). 거리 측정을 위한 기준점은 상기 경로에 비추어 경로 설정부(170)가 자동으로 지정할 수 있는 데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 사용자에 의해 선택될 수 있다.
거리 측정부(131)는 예를 들면 한 쌍의 기둥들과 구동형 작업 장치(10) 사이의 거리를 측정할 수 있는 데, 이 데이터를 이용하여 보정부(140)는 이 기둥들의 위치와 직경을 예측/측정하고, 이를 위치 판단부(160)로 전송한다. 거리 측정은 예를 들면 도 5에 도시된 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
이렇게 거리 측정부(131)를 이용하여 거리를 측정함으로써, 위치 판단부(160)는 해당 시작점을 확인하고, 이 시작점이 오차 범위 이내에 위치하는지 확인한다(S253). 시작점이 아니거나, 오차 범위 밖일 경우, 라이다 센서를 이용해 다시 시작점을 찾아 이동(S251)하고, 거리를 측정(S252)하는 작업을 수행한다. 그리고 시작점이 확인된 후에는 보정부(140)는 센싱부(130)를 이용해 경로 맵을 작성한다(S254).
구동형 작업 장치(10)는 경로를 따라 이동하면서 경로 추적부(133) 및 경로 데이터 생성부(141)를 통해 경로 데이터를 생성하며, 이로부터 경로 전체에 걸쳐 경로 맵을 작성할 수 있다. 경로의 끝에서 구동형 작업 장치(10)는 다시 거리 측정부(131)를 이용하여 기준점이 되는 기둥까지의 거리를 측정하고, 이로써, 종점의 위치를 확인한다. 이렇게 거리를 측정하는 프로세스는 시작점과 종점에서만 진행되어야 하는 것은 아니고, 구동형 작업 장치(10)가 경로를 주행하는 동안 여러 번 진행될 수 있다. 거리 측정부(131)와 기둥이 멀리 있을 때 거리 측정부(131)가 기둥의 정 가운데를 조준하기 쉽지 않기 때문에 기둥의 여러 곳을 측정하여 통계적 모델을 만들어 거리 측정부(131)가 기둥의 정 가운데를 직접 측정하지 않더라도 다른 측정값을 이용해 정가운데 점에 대한 거리를 예측할 수 있다. 또한 기둥의 표면이 고르지 않을 수 있으므로, 여러 곳을 측정함으로써 기둥의 위치 및 크기를 평균값 및/또는 수학적 모델에 의한 최적의 값을 사용하여 오차를 줄일 수 있다. 거리 측정을 위해 여러 종류의 구조 및 형태 중 기준점으로 지정 때에는, 각 구조 및 형태의 특징에 따라 기준점의 측정 및/또는 예측 방법이 다양하게 적용될 수 있다.
구동형 작업 장치는 분할된 여러 작업의 경로에 대하여 각각 위 프로세스를 수행할 수 있다.
구동형 작업 장치(10)는 수집된 경로 데이터의 특징, 예컨대 경로 바닥의 이미지들의 특징을 찾을 수 있다. 수집한 바닥 이미지들의 상대 위치에 대한 수학적 모델을 생성할 수 있다. 또한 이 때 자이로 센서 및/또는 엔코더의 데이터가 사용되어 정확도를 더욱 높일 수 있다.
작업 과정 동안 진행될 경로의 각 요소에 대해, 시작점과 종점에서 거리 측정부(131)로 측정된 절대 위치와 연속 캡쳐된 바닥 이미지 사이의 상대 오프셋이 결합되어, 경로 데이터 생성부(141)는 경로 맵의 바닥 좌표계에서 각 이미지의 절대 위치를 추정할 수 있다. 이러한 계산이 완료되면 이제 작업의 준비가 되고 작업 수행이 된다(S26).
도 18은 작업을 수행하는 보다 구체적인 일 실시예를 나타내는 것으로, 먼저 구동형 작업 장치(10)는 라이다 센서를 이용하여 시작점으로 이동할 수 있다(S261).
여기서 다시 경로 데이터를 생성한다(S262). 상기 경로 데이터는 캡쳐한 바닥 이미지가 될 수 있다.
이후, 새로 생성된 경로 데이터를 미리 생성한 경로 데이터와 비교(S263)하여 정확한 위치를 결정한 후 작업을 개시한다(S267).
이렇게 시작점의 위치를 확인한 결과, 오차가 있고, 그 오차가 허용 범위를 벗어날 경우, 다시 기준점이 되는 기둥과 거리를 측정하고(S264), 이 시작점이 오차 범위 이내에 위치하는지 확인한다(S265). 시작점이 아니거나, 오차 범위 밖일 경우, 라이다 센서를 이용해 다시 시작점을 찾아 이동(S266)하고, 거리를 측정(S264)하는 작업을 수행한다. 그리고 시작점이 확인된 후에는 작업을 개시한다(S267). 이러한 거리 측정 방식은 경로의 주행 동안 정확도 및 오차 확인이 필요할 때에는 언제든지 복수회라도 사용할 수 있다.
이렇게 작업이 진행되는 동안에도 경로 데이터는 연속적으로 및/또는 불연속적으로 생성될 수 있다(S262). 구동형 작업 장치(10)가 경로 데이터를 생성할 때마다 이전에 획득한 경로 데이터와 비교(S263)하여 현재 위치를 참조한다. 이 때 경로 데이터를 이용하여 계산된 위치와 데드 레코닝 방식을 조합하여 현재 위치를 확인할 수 있다.
초기 경로 데이터를 생성하는 동안에 및/또는 작업을 위해 경로를 진행하는 동안에 각각 경로 데이터에 시간 및/또는 거리 데이터를 기록할 수 있다. 즉, 초기 경로 데이터를 만들 때에도 필요에 따라 시간 데이터 및 거리 데이터를 포함시킬 수 있고, 이후 작업 시 생성하는 경로 데이터에도 필요에 따라 시간 및/또는 거리 데이터를 기록할 수 있다. 이에 따라 작업 진행 동안에도 이전 경로 데이터의 시간 및/또는 거리 데이터를 먼저 비교함으로써 정확한 위치를 추정할 수 있다. 경로 데이터가 경로의 이미지를 포함하는 경우, 이미지의 비교 시간보다 빠르게 시간 및/또는 거리 데이터를 비교할 수 있기 때문에, 경로 데이터의 비교를 보다 빠른 시간 내에 달성할 수 있다.
상기와 같은 경로 데이터는 엔코더를 이용할 수 있다.
*또 구동형 작업 장치(10)는 경로를 주행하는 동안 자이로 센서에 의해 구동형 작업 장치(10)의 회전을 측정할 수 있다. 이 때 자이로 센서에 의해 계산된 값과 SLAM에 의해 추정된 값을 지속적으로 비교하여 방향 오차를 추정할 수 있다. SLAM이 절대 방향을 결정하는 데 더 효과적인 반면, 자이로 센서는 작은 시간 동안의 변화를 측정하는 데 더 효과적이다. 구동형 작업 장치(10)가 이동하는 동안 위치 판단부(160)는 자이로 센서의 데이터를 지속적으로 모니터링하여 구동형 작업 장치(10)의 향후 선회 방향을 예측하고, 작업 제어부(200)가 구동형 작업 장치(10)의 회전에 보상하여 작업 모듈(191)의 회전 방향 및 정도를 결정할 수 있다.
작업이 진행되는 동안에도 전술한 보조 센싱부(180)를 이용해 작업의 정확도를 더욱 높일 수 있다.
이러한 방식이 반복적으로 적용되면서 구동형 작업 장치(10)는 작업을 수행하며, 작업의 종료점에서 작업을 종료한다(S27).
본 명세서에서 기재된 모든 실시예들은 서로 복합적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 구동형 작업 장치를 포함하는 위치 계측 시스템에 있어서,
    상기 구동형 작업 장치가 위치하는 대상 공간에 대한 정보를 송신 또는 수신하는 데이터 송수신부;
    상기 구동형 작업 장치에 동력을 제공하는 구동부;
    상기 대상 공간을 센싱하는 센싱부;
    상기 구동형 작업 장치의 위치를 검출해 제1 위치 데이터를 생성하는 위치 검출부;
    상기 구동형 작업 장치의 적어도 일부의 위치를 보정해 상기 구동형 작업 장치의 위치에 대한 보정 데이터를 생성하는 보정부; 및
    상기 제1 위치 데이터 및 보정 데이터로부터 상기 구동형 작업 장치의 제2 위치 데이터를 생성하는 위치 판단부; 를 포함하는 위치 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 대상 공간 내에 위치하는 적어도 하나의 기준점까지의 거리 또는 각도 중 적어도 하나를 측정하고, 상기 거리에 근거하여 상기 보정 데이터를 생성하는 위치 계측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 대상 공간 내에서 상기 구동형 작업 장치의 경로를 추적하고, 상기 추적된 경로 데이터에 근거하여 상기 보정 데이터를 생성하는 위치 계측 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 대상 공간 내에 상기 구동형 작업 장치의 경로가 추적될 수 있는 패턴을 생성하는 위치 계측 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 위치 데이터 및 제2 위치 데이터 중 적어도 하나에 따라 상기 구동형 작업 장치의 이동 경로를 설정하는 경로 설정부를 더 포함하는 위치 계측 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 검출부는, 상기 데이터 송수신부에 의해 수신된 대상공간에 대한 맵 데이터와 상기 센싱부에 의해 센싱된 대상 공간에 대한 데이터를 비교하여 제1 위치 데이터를 생성하는 위치 계측 시스템.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동형 작업 장치는, 상기 센싱부에 의해 센싱되는 피센싱체와 다른 피센싱체를 센싱하는 제1 보조 센싱부, 또는 구동형 작업 장치의 진행 방향과 경사를 이루는 방향으로의 틸팅 정도를 센싱하는 제2 보조 센싱부 중 적어도 하나를 더 포함하는 위치 계측 시스템.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동형 작업 장치는,
    상기 대상 공간 내의 작업면에 실시되는 작업의 정확도를 측정하는 정확도 측정부를 더 포함하는 위치 계측 시스템.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동형 작업 장치는,
    상기 대상 공간 내의 제1 면에 작업하는 제1 구동형 작업 장치; 및
    상기 대상 공간 내에서 상기 제1 면에 대향된 제2 면에 작업하는 제2 구동형 작업 장치를 포함하고,
    상기 제2 구동형 작업 장치는, 상기 제1 구동형 작업 장치의 작업을 인식하여 작업하도록 구비된, 위치 계측 시스템.
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