KR20230061888A - 물류로봇 무선충전 시스템 - Google Patents

물류로봇 무선충전 시스템 Download PDF

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KR20230061888A
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Abstract

개시되는 물류로봇 무선충전 시스템은, 자율이동하며 물류를 이동시키고, 배터리와, 수전코일을 포함하여 외부에서 무선 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전하고 일측면에 구비되는 수전모듈;을 포함하는 물류로봇; 송전코일 및 상기 송전코일에 전력 공급을 제어하는 송전 제어부, 상기 송전코일 및 상기 수전코일의 거리를 포함하는 정렬정보를 생성하는 정렬 감지부 및 송전모듈 통신부를 포함하는 송전모듈; 전후방이 개방된 터널형 구조이고, 양측벽에는 상기 송전모듈이 하방향으로 삽입되어 상기 송전모듈이 수용되는 송전모듈 삽입부; 및 바닥에 함몰 형성되는 함몰부;를 가지는 충전하우징; 상기 정렬정보를 기반으로하여 상기 수전코일과 상기 송전 코일이 미리정해진 정렬범위를 만족할 때 까지 정렬 보정명령을 생성하는 정렬 분석부; 및 관제 통신부;를 포함하는 관제서버; 및 상기 함몰부에 수용되고, 스스로 이동할 수 있는 이동체 구동부;및 이동체 통신부;를 가지고, 상기 충전하우징 내부로 진입한 상기 물류로봇이 상면에 안착하면 상기 정렬 보정명령을 기반으로하여 상기 수전코일과 상기 송전코일이 정렬되도록 이동하는 정렬이동체;를 포함한다.

Description

물류로봇 무선충전 시스템{Wireless Charging System for Logistics Robot}
본 발명(Disclosure)은, 물류로봇 무선충전 시스템에 관한 것으로서, 외부로 부터 반 격리된 공간을 제공하는 충전하우징, 물체간 미세 정렬을 전담하는 정렬이동체 및 관제서버를 이용함으로써, 일정하면서도 높은 충전효율 유지를 기대할 수 있는, 물류로봇 무선충전 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근 유통산업의 중요성이 대두됨에 따라 대형 유통시설을 가능하게 하는 다양한 첨단 기술들이 소개되고 있다.
과거 모든 작업을 작업자에 의존하던 것을 대부분 자동화 기계화 하고 있다.
특히, 디지털 정보 기술의 발달로 다양한 유통 경로 정보를 디저털화 함으로써, 분류 작업의 자동화를 가능하게 하는 기반 기술들은 이미 광범위하게 활용되어 왔다.
그러나, 유통 대상이 되는 물품의 이동 및 물리적 분류작업등은 여전히 작업자의 육체적 노동에 의존해 왔다.
하지만 최근에는 다양한 로봇 기술과 센서기술 및 측위기술의 발달로, 대형 유통 시설에서 자율이동하며 물품이나 물품이 진열된 진열 선반을 통째로 작업자에게 이송하는 물류로봇이 실제 산업현장에서 활용되고 있다.
이들은 바닥에 설치된 표시물 또는 레일을 따라가거나 주행을 위해 비전,자석,레이저를 사용하는 AGV(Automated Guided Vehicle)또는, SLAM 기능이 적용되어 자신의 경로 계획을 변경하여 수행 할 수 있는 AIV(Automated Intelligent Vehicle)등이 있다.
이들은 수십 W에서 수kW의 전력을 사용하므로, 중,대전력을 사용한다.
한편, 스마트과 같은 소형 전자기기의 무선 충전 시스템에 대해서는 많은 연구가 이루어져 왔으나, 중, 전력 무선충전 시스템에 대해서는 아직 해결해야할 문제점이 많은 것으로 알려져 있다.
일반적으로 수직으로 배치되는 송전코일과 수전코일을 정렬하여 충전하는 수직형 충전방식을 사용하는 중,대전력 충전 시스템에서는, 배터리 잔량에 따른 부하변동, 송수전코일 간의 물리적 정렬 상태 및 이격거리에 따라 변화하는 결합계수 및 이에 따라 큰 폭으로 변화하는 충전 효율, 뿐만 아니라, 충전공간내 이물체 유입으로 인한 문제점등이, 중대전력 무선충전 시스템에서 해결해야할 과제이다.
1. 한국등록특허 제10-1893927호
본 발명(Disclosure)은, 수직으로 배치되는 송전코일과 수전코일을 정렬하여 충전하는 수직형 충전방식을 사용하는 물류로봇 무선충전 시스템에서, 송수전코일 간의 물리적 정렬 상태를 최적화하여 높은 충전효율을 일정하게 유지할 수 있으며, 충전공간내 이물체 유입으로 인한 문제점 등을 해결할 수 있는 물류로봇 무선충전 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 물류로봇 무선충전 시스템은, 자율이동하며 물류를 이동시키고, 배터리와, 수전코일을 포함하여 외부에서 무선 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전하고 일측면에 구비되는 수전모듈;을 포함하는 물류로봇; 송전코일 및 상기 송전코일에 전력 공급을 제어하는 송전 제어부, 상기 송전코일 및 상기 수전코일의 거리를 포함하는 정렬정보를 생성하는 정렬 감지부 및 송전모듈 통신부를 포함하는 송전모듈; 전후방이 개방된 터널형 구조이고, 양측벽에는 상기 송전모듈이 하방향으로 삽입되어 상기 송전모듈이 수용되는 송전모듈 삽입부; 및 바닥에 함몰 형성되는 함몰부;를 가지는 충전하우징; 상기 정렬정보를 기반으로하여 상기 수전코일과 상기 송전 코일이 미리정해진 정렬범위를 만족할 때 까지 정렬 보정명령을 생성하는 정렬 분석부; 및 관제 통신부;를 포함하는 관제서버; 및 상기 함몰부에 수용되고, 스스로 이동할 수 있는 이동체 구동부;및 이동체 통신부;를 가지고, 상기 충전하우징 내부로 진입한 상기 물류로봇이 상면에 안착하면 상기 정렬 보정명령을 기반으로하여 상기 수전코일과 상기 송전코일이 정렬되도록 이동하는 정렬이동체;를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서, 상기 정렬 감지부는, 상기 송전코일 및 상기 수전코일가 서로 근접한 상태의 이미지를 획득하여 정렬 이미지를 생성하고, 상기 정렬 분석부는, 상기 정렬 이미지를 이미지 프로세싱하여 상기 송전코일 및 상기 수전코일 사이의 근접 거리 및 마주보는 면의 정렬상태를 분석할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서, 상기 정렬 분석부는, 상기 근접 거리 및 상기 정렬상태가 미리 정해진 충전조건을 만족할 때 충전개시 명령 및 정렬완료 명령을 생성하고, 상기 송전 제어부는, 상기 충전개시 명령을 기반으로하여, 상기 충전코일에 전력을 공급하는 충전 개시 작동을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서, 상기 물류로봇은, 자신의 상기 식별정보를 광학적 신호로 변조한 광 식별신호를 상기 이미지 획득 수단을 향하여 방출하는 식별정보 방출부;를 더 포함하고, 상기 관제서버는 상기 정렬 이미지로부터 상기 광 식별신호를 감지하고 복조하여 상기 식별정보를 추출하는 관제 식별부;를 더 포함하고, 상기 충전개시 명령은 상기 식별정보를 더 포함하고, 상기 송전 제어부는, 상기 관제 식별부가 추출한 상기 식별정보를 기반으로하여 상기 충전개시 작동을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서, 상기 이동체 구동부는, 에너지 저장장치와 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 모터와, 상기 구동력에 의해 화전하는 한 쌍의 바퀴 및 상기 한 쌍의 바퀴와 교대로 배치되는 원형의 롤러 볼로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 물류로봇이 무선충전하는 반 밀폐형 충전공간을 제공함으로써, 이물체등의 유입을 차단하여 충전공간 관리가 편리한 장점을 가진다.
본 발명에 따르면 무선충전 조건을 만족하는 송수전 코일간의 정렬을 정렬이동체 및 관제서버에서 일괄처리함으로써, 작업 수행의 효율성을 높일 수 있으며, 중대형 공간에서 물품이동을 이동하는데 최적화된 물류로봇을 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면 무선충전을 수행하는 충전 하우징, 송전모듈 및 정렬이동체를 조합으로 하여 모듈화 함으로써, 이동 및 설치가 용이하여 다양한 형태의 공간에서 사용이 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 물류로봇 무선충전 시스템의 작동을 설명하는 도면.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 물류로봇 무선충전 시스템의 충전하우징 및 정렬이동체를 설명하는 도면.
이하, 본 발명에 따른 물류로봇 무선충전 시스템을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 물류로봇 무선충전 시스템의 작동을 설명하는 도면이고, 도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 물류로봇 무선충전 시스템의 충전하우징 및 정렬이동체를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템은, 물류로봇(100), 송전모듈(200), 충전하우징(300), 관제서버(400) 및 정렬이동체(500)를 포함한다.
물류로봇(100)은, 자율이동하며 물류를 이동시키고, 배터리와, 수전모듈을 포함한다. 수전모듈은 수전코일(110)을 포함하여 외부에서 무선 전력을 공급받아 배터리를 충전하고 물류로봇의 일측면에 수직으로 배치된다.
송전모듈(200)은 송전코일(210) 및 송전코일(210)에 전력 공급을 제어하는 송전 제어부와, 송전코일(210) 및 수전코일(110)의 거리를 포함하는 정렬정보를 생성하는 정렬 감지부 및 외부와 무선 통신할 수 있는 송전모듈 통신부를 포함한다.
충전하우징(300)은 전후방이 개방된 터널형 구조이고, 양측벽에는 송전모듈이 하방향으로 삽입되어 수용될 수 있는 송전모듈 삽입부(310) 및 바닥에 함몰 형성되는 함몰부(320)를 가진다.
관제서버(400)는, 정렬정보를 기반으로하여 수전코일(110)과 송전코일(210)이 미리정해진 정렬범위를 만족할 때 정렬 보정명령을 생성하는 정렬 분석부 및 외부와 무선통신 할 수 있는 관제 통신부를 포함한다.
정렬이동체(500)는 충전하우징(300)의 함몰부(320)에 수용되고, 스스로 이동할 수 있는 이동체 구동부 및 외부와 무선통신할 수 있는 이동체 통신부를 가지고, 충전하우징(300) 내부로 진입한 물류로봇(100)이 상면에 안착하면 정렬 보정명령을 기반으로하여 수전코일(110)과 송전코일(210)이 정렬되도록 이동한다.
본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템은, 물류로봇의 수신코일(110)과, 송전모듈(200)의 송전코일(210)의 정렬을 정렬이동체(500)와 관제서버(400) 및 송전모듈에 구비되는 정렬 감지부가 전담하여 수행함으로써, 물류로봇(100)의 구성을 단순화 할 수 있다.
일반적으로 물류로봇(100)은 대형 창고나 제조시설에서 작업자의 동선을 최소화하기 위해 도입된다. 따라서 물류로봇(100)은 수십미터 이상의 이동 경로에 적합한 H/W 및 S/W를 구비한다. 따라서 수십mm 등의 정렬 오차에 따라 큰 폭의 충전 효율 변화가 나타나는 무선 충전 시스템에서, 송수전 코일간의 정렬을 위해 물류로봇(100) 자체의 이동을 제어하는 것은 부적합하다.
즉, 물류로봇(100)의 이동기능의 분해능으로 미세 이동을 구현하기 위해서는 별도의 측위 기술 및 이동 명령체계가 필요하다.
본 실시형태에 따른 물류로봇의 무선충전 시스템은, 충전 하우징 내부에서 송수전 코일의 정렬을 미세 조절할 수 있는 별도의 정렬이동체(500) 및 이를 분석할 수 있는 관제서버(400)를 이용함으로써, 물류로봇(100)에 불필요한 기능을 장착할 필요가 없으며, 정렬 기능을 정렬이동체 및 관제서버로 이동하여 전용화 함으로써, 정렬시간 및 정확도 향상이 달성 될 수 있다.
반 밀폐 구조인 충전하우징(300) 이용함으로써, 이물질 유입이나 낙하를 방지할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 2를 참조하면 본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서 정렬 감지부는, 송전코일(210) 및 수전코일(110)이 서로 근접한 상태의 이미지를 획득하여 정렬 이미지를 생성하고, 이때 정렬 분석부는 정렬 이미지를 이미지 프로세싱하여 송전코일 및 수전코일 사이의 근접 거리 및 마주보는 면의 정렬상태를 분석한다.
이때, 상술한 이미지 프로세싱은, 송전코일(210) 및 수전코일(110)의 형상을 포함함으로써, 이물질 또는 이물체에 대해 무전 전력을 송출하는 오류를 방지할 수 있음은 물론이다.
일반적으로 물체간의 접근이나 위치를 감지하기 위해 초음파 센서를 포함하는 각종 센서를 이용하여 정렬 상태를 판단하는 방법은, 1차원 또는 2차원적 판단으로 제한될 수 있는 문제점이 있다.
정렬 이미지로 부터 송전코일(210), 수전코일(110)의 형상을 포함하여 근접거리 및 정렬상태를 분석하기 때문에, 3차원적 정렬 상태를 판단할 수 있다.
또한 정렬 분석부는, 기계학습 알고리즘을 내장함으로써, 다수의 정렬 이미지를 분석한 결과를 이용하여, 근접거리 및 정렬상태 분석에 소요되는 시간을 지속적으로 단축할 수 있다.
이때, 기계학습 알고리즘은, 새로운 형상의 물류로봇(100) 및 수전코일(110)의 형상을 인지할 수 있는 신규 형상 학습기능을 탭재함으로써, 새로운 물로로붓_ 및 수전코일의 충전 작동을 용이하게 할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 2를 참조하면 본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서 정렬 분석부는, 근접 거리 및 정렬상태가 미리 정해진 충전조건을 만족할 때 충전개시 명령을 생성하고, 송전 제어부는, 상기 충전개시 명령을 기반으로하여, 충전코일에 전력을 공급하는 충전 개시 작동을 수행한다.
이때, 정렬 분석부는, 정렬완료 명령을 생성하고 정렬이동체는 정렬완료 명령에 따라 현재 위치를 유지하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 정렬 분석부는, 미리 정해진 충전조건관련 정보, 즉, 근접거리의 하한값 및 송전코일(210)및 수전코일(110)이 서로 마주하는 두 면의 나란함 등을 포함하는 정렬상태에 대한 정량적 기준등을 저장하는 것은 물론이다.
또한, 도 1 내지 도 2를 참조하면 본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서, 물류로봇(100)은 자신의 식별정보를 광학적 신호로 변조한 광 식별신호를 상기 이미지 획득 수단을 향하여 방출하는 식별정보 방출부를 더 포함한다.
이때, 관제서버는 정렬 이미지로부터 광 식별신호를 감지하고 복조하여 식별정보를 추출하는 관제 식별부를 더 포함하고, 상술한 충전개시 명령은 식별정보를 더 포함한다.
또한 본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템에서 송전 제어부는, 관제 식별부가 추출한 식별정보를 기반으로하여 충전개시 작동을 수행한다.
상술한 이미지 프로세싱은, 물체의 형상을 인지할 뿐 동일한 형상의 물체를 구분하여 식별할 수는 없다.
본 실시형태에 따른 물류로봇 무선충전 시스템은, 자신을 식별할 수 있는 식별정보를 가지는 물류로봇(100)이 자신의 식별정보를 정렬 이미지로 방출함으로써, 충전 대상이 되는 물류로봇(100)이 충전하우징(300) 내부로 진입한 것을 명확하게 확인할 수 있도록 한다.
또한, 광 식별신호가 수신한 후, 정렬 보정명령을 생성하게 함으로서, 정렬 분석부의 불필요한 분석 작업을 방지할 수 있다.
또한 도 2를 참조하면 본 실시형태에 따른 이동체 구동부는, 에너지 저장장치와 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 모터와, 구동력에 의해 화전하는 한 쌍의 바퀴 및 한 쌍의 바퀴와 교대로 배치되는 원형의 롤러 볼로 구성된다.
이에 따라 정렬이동체는 제자리 회전 및 직선회전이 가능하며, 모터, 바퀴 및 롤러 볼은 정렬이동체의 미세 이동이 가능하도록 최적화 되는 것이 바람직하다.

Claims (5)

  1. 자율이동하며 물류를 이동시키고, 배터리와, 수전코일을 포함하여 외부에서 무선 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전하고 일측면에 구비되는 수전모듈;을 포함하는 물류로봇;
    송전코일 및 상기 송전코일에 전력 공급을 제어하는 송전 제어부, 상기 송전코일 및 상기 수전코일의 거리를 포함하는 정렬정보를 생성하는 정렬 감지부 및 송전모듈 통신부를 포함하는 송전모듈;
    전후방이 개방된 터널형 구조이고, 양측벽에는 상기 송전모듈이 하방향으로 삽입되어 상기 송전모듈이 수용되는 송전모듈 삽입부; 및 바닥에 함몰 형성되는 함몰부;를 가지는 충전하우징;
    상기 정렬정보를 기반으로하여 상기 수전코일과 상기 송전 코일이 미리정해진 정렬범위를 만족할 때 까지 정렬 보정명령을 생성하는 정렬 분석부; 및 관제 통신부;를 포함하는 관제서버; 및
    상기 함몰부에 수용되고, 스스로 이동할 수 있는 이동체 구동부;및 이동체 통신부;를 가지고, 상기 충전하우징 내부로 진입한 상기 물류로봇이 상면에 안착하면 상기 정렬 보정명령을 기반으로하여 상기 수전코일과 상기 송전코일이 정렬되도록 이동하는 정렬이동체;를 포함하는 물류로봇 무선충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정렬 감지부는,
    상기 송전코일 및 상기 수전코일가 서로 근접한 상태의 이미지를 획득하여 정렬 이미지를 생성하고,
    상기 정렬 분석부는,
    상기 정렬 이미지를 이미지 프로세싱하여 상기 송전코일 및 상기 수전코일 사이의 근접 거리 및 마주보는 면의 정렬상태를 분석하는 물류로봇 무선충전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 정렬 분석부는,
    상기 근접 거리 및 상기 정렬상태가 미리 정해진 충전조건을 만족할 때 충전개시 명령 및 정렬완료 명령을 생성하고,
    상기 송전 제어부는,
    상기 충전개시 명령을 기반으로하여, 상기 충전코일에 전력을 공급하는 충전 개시 작동을 수행하는 물류로봇 무선충전 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 물류로봇은,
    자신의 상기 식별정보를 광학적 신호로 변조한 광 식별신호를 상기 이미지 획득 수단을 향하여 방출하는 식별정보 방출부;를 더 포함하고,
    상기 관제서버는
    상기 정렬 이미지로부터 상기 광 식별신호를 감지하고 복조하여 상기 식별정보를 추출하는 관제 식별부;를 더 포함하고, 상기 충전개시 명령은 상기 식별정보를 더 포함하고,
    상기 송전 제어부는,
    상기 관제 식별부가 추출한 상기 식별정보를 기반으로하여 상기 충전개시 작동을 수행하는 물류로봇 무선충전 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동체 구동부는,
    에너지 저장장치와 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 모터와, 상기 구동력에 의해 화전하는 한 쌍의 바퀴 및 상기 한 쌍의 바퀴와 교대로 배치되는 원형의 롤러 볼로 구성되는 물류로봇 무선충전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101893927B1 (ko) 2015-05-12 2018-09-03 전자부품연구원 로봇 자동 충전 장치 및 이를 갖는 로봇 자동 충전 시스템
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