KR20230077546A - 토탈스테이션 추적 기반 정밀위치제어 자동주행로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동주행로봇에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 설계공간에서의 주행 정보를 바탕으로 실공간에서 실제 주행을 수행하는 자동주행로봇 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면 몸체; 상기 몸체 상에 토탈스테이션이 트래킹하도록 구비되는 프리즘; 상기 몸체에 구비되어 지면으로부터 상기 몸체를 주행 가능하게 지지하는 주행장치; 상기 프리즘을 위치 정보를 파악하기 위한 기준 위치와 자세 정보를 파악하기 위한 이동 위치로 이동시키도록 구비되는 이동장치를 포함하며, 외부 단말기로부터 제공되는 주행 정보에 기반하여 실공간에서 자동주행 하는 것을 특징으로 하는 자동주행 로봇이 제공될 수 있다.

Description

토탈스테이션 추적 기반 정밀위치제어 자동주행로봇{automatic driven robot enabling precise position control based on tracking by a total station}

본 발명은 자동주행로봇에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 설계공간에서의 주행 정보를 바탕으로 실공간에서 실제 주행을 수행하는 자동주행로봇 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

로봇 및 디지털 기술이 발전함에 따라 사람이 직접 수행하는 작업을 로봇으로 대체하는 것이 일반화되고 있다.

일례로 단순 반복 작업, 위험한 현장에서의 작업 또는 위험한 작업을 사람을 대체하여 로봇이 수행하는 경우가 매우 많아지고 있다.

고정된 위치에서 로봇 암이 이동하여 조립 작업이나 가공 작업을 수행하는 경우가 일반적인 로봇의 사용 형태이나, 최근에는 로봇 청소기, 드론 또는 이송 로봇 등 자동으로 주행하여 각각의 주 기능을 수행하는 자동주행 로봇들도 많이 개발되고 있다.

이러한 자동주행 로봇의 일례로 대한민국 공개특허 10-2010-0024572는 자동 먹매김장치(이하 "선행발명"이라 한다)를 개시하고 있다.

철근콘크리트공사와 같은 건축공사에서 벽이나 기둥과 같은 수직골조 구조물을 시공하기 위해 거푸집 공사가 선행된다. 이때, 시공바닥면 상에 먹줄로 밑그림을 그리는 작업을 먹매김 작업이라 한다.

먹매김 작업은 보통 작업자가 건축설계도면에 기초하여 측량기를 이용하여 수동으로 이루어진다. 즉, 수직골조구조물이 시공될 위치를 일일이 확인 및 표시하고, 시공될 수직골조구조물의 모양과 치수대로 먹줄을 이용하여 먹선을 그리게 된다.

이러한 먹매김 작업은 높은 수준은 정확도와 정밀도가 요구되기 때문에 숙련도가 높은 작업자가 수행할 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고 먹매김 작업에는 많은 시간이 소요되나 실수나 오류가 발생될 개연성이 높다.

선행발명은 이러한 수동 먹매김 작업의 문제를 해결하기 위한 자동 먹매김장치를 제공하고 있다.

구체적으로, 선행발명은 시공바닥면의 측량에 의해 설정된 기준점 상에 광신호 또는 전자파를 발생시키는 기준좌표스틱을 설치하고, 먹매김장치에 내장된 측량유닛에서 상기 기준좌표스틱과의 거리를 측정하여 주행이 제어되는 일례가 개시되어 있다.

그러나 먹매김의 경우 대략 3mm 이내의 정밀도가 요구되나, 선행발명과 같은 장치를 통해서 요구되는 정밀도를 만족하는 것이 용이하지 않다.

특히, 광신호 또는 전자파를 발생시키는 기준좌표스틱을 시공 장소마다 설치해야 하는 번거로움이 있으며, 장치 자체에서 도면데이터 처리, 거리 측정, 주행 제어 그리고 먹물 분사 제어 등이 수행되어야 하므로, 장치 자체가 매우 커질 수밖에 없으며 그 제어 로직 또한 매우 복잡할 수 밖에 없다.

이러한 문제는 비단 선행발명뿐만 아니라 설계공간에서의 주행 정보를 기반으로 건설 현장과 같은 실공간에서 자동으로 주행하여 주기능을 수행하는 자동주행 로봇에서 일반적으로 해결해야 하는 문제라 할 수 있다.

본 발명은 기본적으로 종래의 자동주행 로봇의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 정밀 위치 제어가 가능하여 주행 오차를 현저히 줄일 수 있는 자동주행 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 실공간과 설계공간의 매핑을 외부 단말기에서 수행하여 로봇의 주행 정보가 외부 단말기에서 로봇으로 제공되는 자동주행 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 실공간에 고정 위치되는 토탈스테이션을 통해서 로봇의 프리즘을 실시간 추적하여 로봇의 주행 제어를 보다 용이하게 수행할 수 있는 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 로봇의 프리즘을 이동시켜 파악되는 로봇의 자세 정보를 기반으로 보다 정밀하게 로봇의 위치제어를 수행할 수 있는 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공하고자 한다.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실공간에서 고정 설치되며, 설계공간과 실공간을 매핑하기 위한 실공간의 기준점 위치정보를 획득하는 토탈스테이션; 디스플레이가 구비되며, 상기 토탈스테이션으로부터 전달받은 상기 실공간의 기준점 위치정보를 통해 설계공간과 실공간을 매핑하고, 주행 정보를 갖는 외부 단말기; 그리고 상기 외부 단말기에서 제공하는 주행 정보에 기반하여 실공간에서 자동주행 하도록 구비되는 로봇을 포함하는 자동주행 로봇 시스템을 제공할 수 있다.

상기 로봇은, 상기 토탈스테이션에서 상기 로봇의 위치 정보와 자세 정보를 획득하기 위하여, 상기 토탈스테이션이 트래킹하도록 구비되는 프리즘; 그리고 상기 프리즘을 상기 로봇에 대한 위치 정보를 파악하기 위한 기준 위치와 상기 로봇에 대한 자세 정보를 파악하기 위한 이동 위치로 이동시키도록 구비되는 이동장치를 포함할 수 있다.

즉, 이동장치를 구동하여 프리즘을 로봇 좌표계에서 기설정된 위치로 이동시킬 수 있다.

상기 기준 위치는 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 좌우 중심 위치로 설정됨이 바람직하다. 상기 기준 위치는 로봇 좌표계의 기준점일 수 있다.

상기 이동 위치는 상기 로봇의 좌표상에서 서로 다른 기설정된 좌표점을 갖는 2 개의 위치로 설정될 수 있다.

상기 2개의 이동 위치는 모두 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 전후 중심에서 전방에 위치하거나 또는 후방에 위치함이 바람직하다.

상기 2개의 이동 위치는 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 좌우 중심에서 하나는 좌측에 위치하고 다른 하나는 우측에 위치함이 바람직하다.

로봇 좌표계에서 상기 기준점 좌표와 2개의 이동점 좌표들은 정삼각형 내지는 이등변 삼각형을 갖도록 기설정될 수 있다. 즉, 좌우 대칭인 삼각형 형상을 갖도록 기준점과 이동점 좌표들이 기설정될 수 있다.

상기 이동장치는 상기 프리즘을 상기 로봇에 대해서 일방향으로 이동시키는일방향 엑츄에이터와 상기 일방향과 수직인 타방향으로 이동시키는 타방향 엑츄에이터를 포함할 수 있다.

상기 엑츄에이터는 스텝 모터를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 구동 방향 및 구동량이 정밀하게 제어될 수 있다. 즉, 이동 변위와 이동 방향을 정밀하게 제어될 수 있다.

상기 이동장치는, 상기 일방향 엑츄에이터가 선형 이동되는 경로를 형성하는 일방향 레일과 상기 타방향 엑츄에이터가 선형 이동되는 경로를 형성하는 타방향 레일을 포함할 수 있다.

상기 일방향 엑츄에이터에 장착되어 상기 프리즘을 상기 일방향 엑츄에이터의 수직 방향으로 이격시켜 위치시키는 마운트를 포함함이 바람직하다.

즉, 프리즘은 상기 마운트의 높이만큼 로봇의 몸체에서 상부로 이격되어 위치된다. 다시 말하면 로봇 몸체에 프리즘이 장착되지 않고 로봇 몸체에서 상부로 소정 거리 이동되어 프리즘이 장착된다.

상기 타방향 엑츄에이터는 상기 일방향 엑츄에이터와 상기 일방향 레일을 일체로 이동시키도록 구비됨이 바람직하다.

따라서, 상기 일방향 엑츄에이터와 타방향 엑츄에이터는 동시에 구동될 수 있다. 이를 통해서 프리즘의 이동에 소요되는 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.

상기 외부 단말기는, 상기 토탈스테이션을 통해 전달받는 정보를 통해 설계공간과 실공간을 매핑하고, 상기 자동주행 로봇의 설계공간 상에서의 주행 정보를 상기 실공간 상에서의 주행 정보로 변환하여 상기 로봇으로 제공함이 바람직하다.

즉, 좌표 변환 및 주행 정보와 연관된 프로세스는 외부 단말기에서 수행하도록 함으로써, 로봇에서 수행하는 프로세스를 최소화할 수 있다.

상기 외부 단말기는, 상기 토탈스테이션에서 상기 프리즘의 기준 위치와 이동 위치에서의 측정 정보를 기반으로 좌표 변환을 수행하여, 상기 로봇의 정밀 자세 정보를 확인할 수 있다.

상기 프리즘의 이동과 좌표 변환은 상기 로봇의 주행이 정지된 상태에서 수행되며, 상기 로봇의 자세 정보는 정지된 상태에서의 로봇 방향 및 기울기 정보를 포함할 수 있다. 여기서 로봇의 기울기는 3축에 대한 기울기를 포함함이 바람직하다.

상기 외부 단말기는 상기 로봇의 주행 중 상기 토탈스테이션에서 실시간으로 상기 프리즘의 기준 위치를 트래킹한 좌표와 상기 로봇의 자세 정보를 기반으로, 상기 로봇의 위치정보를 보정하는 보정 모듈을 포함할 수 있다.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 몸체; 상기 몸체 상에 토탈스테이션이 트래킹하도록 구비되는 프리즘; 상기 몸체에 구비되어 지면으로부터 상기 몸체를 주행 가능하게 지지하는 주행장치; 그리고 상기 프리즘을 위치 정보를 파악하기 위한 기준 위치와 자세 정보를 파악하기 위한 이동 위치로 이동시키도록 구비되는 이동장치를 포함하며, 외부 단말기로부터 제공되는 주행 정보에 기반하여 실공간에서 자동주행 하는 것을 특징으로 하는 자동주행 로봇이 제공될 수 있다.

상기 기준 위치는 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 좌우 중심 위치로 설정되며, 상기 이동 위치는 상기 로봇의 좌표상에서 서로 다른 기설정된 좌표점을 갖는 2 개의 위치로 설정될 수 있다.

상기 외부 단말기는, 상기 토탈스테이션을 통해 전달받는 정보를 통해 설계공간과 실공간을 매핑하고, 상기 로봇은 상기 외부 단말기로부터 상기 자동주행 로봇의 설계공간 상에서의 주행 정보가 상기 실공간 상에서의 주행 정보로 변환된 주행 정보를 제공받는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 정밀 위치 제어가 가능하여 주행 오차를 현저히 줄일 수 있는 자동주행 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 실공간과 설계공간의 매핑을 외부 단말기에서 수행하여 로봇의 주행 정보가 외부 단말기에서 로봇으로 제공되는 자동주행 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 실공간에 고정 위치되는 토탈스테이션을 통해서 로봇의 프리즘을 실시간 추적하여 로봇의 주행 제어를 보다 용이하게 수행할 수 있는 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 로봇의 프리즘을 이동시켜 파악되는 로봇의 자세 정보를 기반으로 보다 정밀하게 로봇의 위치제어를 수행할 수 있는 로봇 및 이를 포함하는 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 및 시스템을 이용하는 일례를 도시하고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의 구성도를 도시하고,
도 3은 로봇의 정밀자세변환을 위한 개념도를 도시하고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의 일례를 도시하고 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 자동주행 로봇 및 이를 포함하는 시스템에 대해서 상세히 설명한다. 편의상 자동주행 로봇의 일례로 먹매김 로봇을 도시하고 있다.

도 1은 시공 현장에서 먹매김 로봇 및 시스템을 이용하여 먹매김을 수행하는 일실시예를 도시하고 있다.

자동주행 로봇(100)은 시공현장의 바닥면을 자동주행하여 바닥면에 먹매김을 수행하도록 구비된다. 즉, 로봇(100)은 설계도면에서 벽이 시공되는 위치 정보에 따라 바닥면에 먹줄을 그리거나 인쇄하게 된다.

상기 로봇(100)에는 마킹장치(160)가 구비되어 먹매김을 수행하게 된다. 마킹장치(160)는 비접촉 시 프린터 헤드(161)와 헤드조절모듈(162)을 포함할 수 있다. 상기 프린터 헤드(161)와 헤드조절모듈(162)은 로봇(100) 몸체의 일측에 구비될 수 있으며 몸체의 하부에 구비될 수도 있을 것이다.

상기 자동주행 로봇(100)의 제어는 외부 단말기(210)를 통해서 수행될 수 있다. 상기 외부 단말기(210)에서 벽이 시공되는 위치 정보 즉 설계 정보를 기반으로 상기 로봇(100)에 주행 정보를 제공하게 된다. 즉, 외부 단말기는 설계공간과 실공간을 매핑하고, 실공간에서의 주행 정보를 로봇(100)으로 전달하게 된다.

따라서, 로봇(100) 자체에서 공간 매핑을 수행하지 않게 된다. 그리고 로봇(100)은 실공간에서의 주행 정보를 바탕으로 자동 주행하게 된다. 그러므로 로봇(100)에서 처리하는 데이터의 양이 상대적으로 적기 때문에 더욱 용이하게 로봇(100)을 제작할 수 있게 된다.

설계공간과 실공간을 매핑하기 위해서는 좌표 정보의 획득이 필요하다. 시공 현장에서 실공간은 설계공간을 구현한 것이다. 따라서, 설계공간에서의 좌표들을 실공간에서 어떠한 좌표들과 매핑하는 작업이 필요하다.

일례로, 설계공간에서 xyz 좌표 공간을 갖고 실공간에서 XYZ 좌표 공간을 갖는 경우, xyz 좌표 공간이 XYZ 좌표 공간으로 매핑되기 위해서는 변환 매트릭스가 도출되어야 한다. 이를 위해서 토탈스테이션(220)이 시공 현장에 배치될 수 있다.

토탈스테이션(210)에서 xyz 공간에서의 3개의 좌표점에 대응되는 XYZ 공간에서의 3개의 기준 좌표점을 정보를 획득할 수 있다. 이러한 기준 좌표점 정보들은 외부 단말기로 전달되며, 외부 단말기(210)에서 변환 매트릭스를 도출하게 된다.

전술한 바와 같이, 외부 단말기에서는 설계 도면 정보가 입력되고 설계 도면에서 먹매김 좌표들이 추출될 수 있다. 물론, 먹매김 좌표들이 외부 단말기에 입력될 수 있다. 이러한 좌표들 정보는 설계공간에서의 정보라 할 수 있다.

외부 단말기에서는 변환 매트릭스와 설계공간에서의 좌표 정보를 통해서 실공간에서 좌표 정보를 추출할 수 있다. 실공간에서의 좌표 정보는 로봇이 실공간 즉 시공 현장에서 주행해야 할 좌표 정보일 수 있으며 시공 현장에서 먹매김을 수행할 선, 도형 내지는 이미지의 좌표 정보일 수 있다.

로봇이 실공간에서 주행할 때 실공간에서 로봇의 위치 정보를 파악해야 한다. 즉, 실공간에서 현재 로봇이 어떠한 좌표점에 위치하는지 파악해야 현재의 위치에서 먹매김을 수행해야 하는 위치로 정확히 로봇을 이동시킬 수 있다.

이러한 로봇의 위치 추적 내지는 위치 정보 파악을 위해서, 로봇(210)에는 프리즘(130)이 구비될 수 있다.

상기 토탈스테이션(220)은 상기 프리즘(130)을 지속적으로 트래킹하게 된다. 즉, 토탈스테이션의 트래킹을 실공간에서의 프리즘 위치를 파악할 수 있으며, 결과적으로 실공간에서의 로봇 위치를 파악할 수 있다. 즉, 토탈스테이션(220)에서 프리즘 트래킹 정보를 외부 단말기(210)로 제공하며, 외부 단말기(210)에서는 로봇(100)의 현재 위치를 파악할 수 있다.

로봇(100)의 현재 위치는 실시간으로 파악되며, 로봇의 현재 위치는 주행 정보에 반영되어 외부 단말기에서 로봇(100)으로 제공될 수 있다.

여기서, 외부 단말기(210)와 토탈스테이션(220)은 시공 현장에서 로봇(100)의 자동주행을 제어하기 위한 구성으로 현장제어장치(200)라 할 수 있다.

외부 단말기(210)는 토탈스테이션(220)과 무선 통신되며 양자 사이에 데이터 교환이 수행될 수 있다. 대부분의 경우 토탈스테이션(220)에서 측량한 측량 정보가 외부 단말기로 전달될 것이다. 외부 단말기(210)와 토탈스테이션(220)은 상호 블루투스 무선 통신되도록 구비될 수 있다.

외부 단말기(210)는 로봇(100)과 무선 통신되며 양자 사이에 데이터 교환이 수행될 수 있다. 대부분의 겨우 외부 단말기(210)에서 로봇(220)으로 주행 정보가 전달될 것이다. 여기서 주행 정보는 로봇(220)의 이동 경로 정보뿐만 아니라 먹매김 정보를 포함할 수 있을 것이다. 왜냐하면, 먹매김은 로봇(220)의 이동 경로 상에서 수행되기 때문이다.

본 발명의 일실시예에 따른 시스템은 관리플랫폼(300)을 포함할 수 있다. 관리플랫폼(300)은 전체 시공 공정을 관리하는 서버일 수 있다. 작은 건설 현장에서는 외부 단말기(210)에서 모든 시공 정보를 관리할 수 있지만, 큰 건설 현장에서는 보다 정확하게 시공 공정을 전체적으로 관리할 수 있는 관리플랫폼(300)이 구비되미 바람직하다.

상기 외부 단말기(210)와 상기 관리플랫폼(300)은 인터넷을 통해서 통신 연결될 수 있으며, 도면 정보, 먹매김 공정 수행 정보 기타 시공 정보들이 상호 송수신될 수 있을 것이다.

도 2는 자동주행 로봇(100)의 구성을 나타내고 있다.

로봇(100)은 통신부(110), 저장부(120), 프리즘(130), 주행장치(140) 그리고 마킹장치(160)를 포함할 수 있다.

통신부(110)는 외부 단말기(210)와 무선 통신하기 위한 통신모듈을 포함할 수 있다.

저장부(120)는 먹매김 공정에 필요한 정보들을 저장할 수 있다. 특히, 주행 정보를 외부 단말기로부터 전달받아 저장할 수 있다.

프리즘(130)은 토탈스테이션(220)으로부터 조사되는 빛을 반사하여 상기 토탈스테이션에서 프리즘에 대한 측량 정보를 파악하도록 구비될 수 있다.

상기 토탈스테이션(220)은 시공 현장에서 고정 설치될 수 있으며, 반면에 로봇(100)은 시공 현장에서 이동하게 된다. 따라서, 상기 프리즘은 360도 방향에서 상기 토탈스테이션에서 추적할 수 있는 360도 프리즘인 것이 바람직하다.

로봇 제어부(170)는 주행 정보를 기반으로 로봇의 주행장치(140)를 제어할 수 있다. 주행장치(150)는 복수 개의 바퀴를 포함할 수 있다. 일례로, 독립적으로 구동되는 좌우 구동바퀴와 하나 또는 두 개의 종속바퀴가 구비될 수 있다.

좌우 구동바퀴는 별도의 모터와 연결되어 직진 구동, 후진 구동, 일측 방향 전환 구동 내지 회전 구동이 용이하게 수행될 수 있다. 물론, 주행장치(140)는 바퀴 형태가 아닌 궤도 형태로 구현될 수도 있을 것이다.

로봇 제어부(170)는 주행 정보에 포함된 마킹 정보를 기반으로 마킹장치(160)의 작동을 제어하여 먹매김을 수행하게 된다.

저장부(120)는 먹매김 작업을 수행한 작업결과를 저장할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 토탈스테이션(220)과 로봇의 프리즘(130)을 이용하여 실공간에서 로봇이 자동주행하도록 제어할 수 있다. 따라서, 정확하면서도 용이하게 로봇의 이동을 제어할 수 있다.

한편, 로봇은 시공 바닥면에서 주행하도록 제어된다. 설계공간에서의 완전 평면은 실제 시공 바닥면에서 완전 평면으로 구현되는 것이 용이하지 않다. 또한, 바닥면의 상태로 인해 로봇이 실제 완전 평면 상에서 주행되지 않을 수 있다.

일례로, 로봇이 미세하게 기울어진 상태로 주행될 수 있으며, 이러한 이유로 로봇의 주행 경로가 설계된 주행 경로와 미세하게 다를 수 있다. 또한, 같은 이유로 실제 먹매김 위치가 설계된 먹매김 위치와 미세하게 다를 수 있다.

전술한 바와 같이, 먹매김 오차는 대략 3mm 이내로 요구된다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 요구 사항을 만족할 수 있는 정밀 위치 제어가 가능한 자동주행 로봇이 제공될 수 있다. 이하에서는 토탈스테이션을 통해서 로봇의 위치 추적 및 제어뿐만 아니라 로봇의 자세 추적 및 제어할 수 있는 자동주행 로봇 및 시스템에 대해서 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 로봇에서의 경우 프리즘(130)은 고정된 위치를 갖는다. 즉, 로봇 좌표상에서 고정된 좌표를 갖는다. 만약, 프리즘(130)을 기준으로 로봇이 수평 방향으로 회전하는 경우, 프리즘(130) 좌표는 고정되더라도 로봇의 자세는 변경될 수 있다. 쉽게 설명하면, 로봇의 중심 위치는 고정되지만 로봇의 방향은 360도로 변경될 수 있다. 또한, 로봇의 중심 위치는 고정되지만 로봇은 미세하게 기울어진 상태일 수 있다.

로봇의 초기 자세는 작업자에 의해서 세팅될 수 있다. 일례로, 로봇의 초기 자세는 로봇의 전방이 토탈스테이션 주시하도록 세팅될 수 있다. 즉, 로봇의 좌우 중심선이 토탈스테이션과 프리즘 사이의 가상선과 나란하도록 로봇의 초기 자세가 세팅될 수 있다.

그러나, 로봇의 좌우 중심선과 가상선이 미세하게 불일치될 수 있다. 설령 좌우 중심선과 가상선이 일치하더라도 로봇이 전후로 미세하게 기울어지거나 좌우로 미세하게 기울어질 수 있다. 물론, 이러한 기울어짐 방향이 복합적일 수도 있다. 따라서, 로봇의 초기 자세의 오차는 로봇의 자동주행함에 따라 더욱 커질 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에 따르면 로봇 좌표계와 실공간 좌표계 또는 로봇 좌표계와 설계공간 좌표계의 매핑을 수행하여 로봇의 정밀자세를 파악하여, 보다 정밀하게 로봇이 자동주행하도록 할 수 있다.

즉, 전술한 실공간 좌표와 설계공간 좌표 사이의 좌표 변환뿐만 아니라 본 실시예에서는 로봇 좌표와 실공간 좌표 사이 또는 로봇 좌표와 설계 좌표 사이의 좌표 변환을 추가적으로 수행할 수 있다. 편의상 전자를 위치좌표변환이라 하고 후자를 자세좌표변환이라 할 수 있다.

본 실시예에 따른 자세좌표변환을 통해서 로봇의 초기 자세를 정밀하게 확인할 수 있으며, 필요한 경우 자동주행이 멈출 때마다 로봇의 자세를 정밀하게 확인할 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 정밀자세 확인 좌표변환(자세좌표변환)에 대해서 상세히 설명한다.

3차원 좌표 시 7개의 계수(parameter)가 필요하다. 즉 스케일, X축 이동량, Y축 이동량, Z축 이동량, X축 회전량, Y축 회전량 그리고 Z축 회전량을 계산하게 된다.

이러한 7개의 계수값을 도출하기 위해서 서로 다른 지점에 위치하는 프리즘을 위치값을 측정할 수 있다.

서로 다른 지점에 프리즘이 고정 설치될 수 있다. 이 경우 하나의 로봇에 복수 개의 프리즘을 설치하여야 하므로 제조 비용 증가 및 토탈스테이션을 통한 트래킹의 어려움이 발생될 수 있다. 따라서, 하나의 프리즘이 서로 다른 지점으로 이동되도록 하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 서로 다른 3개의 지점에서 토탈스테이션이 프리즘의 위치를 측량할 수 있다. 하나의 지점은 기준 위치로 로봇의 위치 정보를 파악하기 위한 프리즘의 위치일 수 있다. 다른 두 개의 지점은 기준 위치와 함께 로봇의 자세 정보를 파악하기 위한 프리즘의 위치일 수 있다.

로봇의 주행 시 프리즘은 기준 위치(S1)에 위치될 수 있으며, 자세 정보 파악을 위해 프리즘은 서로 다른 두 개의 이동 위치(S2, S3)로 이동될 수 있다.

여기서, 기준 위치 기준으로 이동 위치의 좌표는 기설정될 수 있다. 일례로, 로봇의 좌표상에서 기준 위치가 좌표 중심이라고 하면, S2 위치와 S3 위치는 서로 다른 좌표값으로 기설정될 수 있다.

구체적으로, 토탈스테이션에서 프리즘의 기준 위치와 이동 위치를 측정한 값은 파란색 삼각형(S1, S2, S3, 후방 위치 삼각형)에 해당되는 좌표값을 갖는다. 즉, 3개 지점에서 측정값을 갖는다. 그리고, 로봇 좌표계 또는 설계 좌표계에서 프리즘의 기준 위치와 이동 위치는 초록색 삼각형(D1, D2, D3, 전방 위치 삼각형)에 해당되는 좌표값을 갖는다.

즉, 동일한 3개의 지점에 대한 좌표값들에서 빨간색 화살표에 해당되는만큼의 편차가 발생된다. 이를 통해서 7개의 계수값이 산출될 수 있다. 다시 말하면, 실공간 좌표계로 측정한 프리즘의 위치값을 사용자가 원하는 좌표계의 값, 일례로 설계도면 상의 좌표 또는 로봇 좌표계로 변환할 수 있다. 이를 이용하여, 실공간에서의 로봇의 정밀자세를 확인할 수 있다.

이하에서는 도 4를 참조하여 프리즘의 이동이 가능한 로봇에 대해서 상세히 설명한다. 도 2를 통해서 설명된 로봇과 중복되는 구성들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 로봇(100)은 프리즘(130)을 이동시키는 이동장치(150)를 포함할 수 있다. 상기 이동장치(150)는 로봇 몸체(101) 상에 구비되어 프리즘(130)을 기설정된 위치로 이동시킬 수 있다.

상기 이동장치(150)는 로봇 몸체(101)의 상면과 평행한 평면상에서 프리즘(130)을 기준 위치에서 이동 위치로 이동시킬 수 있다. 또한, 프리즘(130)을 이동 위치에서 기준 위치로 이동시킬 수 있다.

구체적으로, 이동장치(150)는 프리즘(130)을 일방향으로 이동시키는 일방향 엑츄에이터(151)와 타방향으로 이동시키는 타방향 엑츄에이터(152)를 포함할 수 있다. 타방향은 일방향에 대해서 수직 위치임이 바람직하다.

엑츄에이터(151, 152)는 스텝 모터를 포함하여 이루어질 수 있다. 스텝 모터는 구동 방향 및 구동에 따른 변위를 매우 정밀하게 제어할 수 있는 특성을 갖는다. 따라서, 프리즘의 이동을 매우 정밀하게 제어할 수 있다. 다시 말하면, 기설정된 위치로 프리즘을 매우 정밀하게 이동시킬 수 있다.

이동장치(150)는 일방향 엑츄에이터(151)의 선형 이동을 가이드 하는 일방향 레일(153)과 타방향 엑츄에이터(152)의 선형 이동을 가이드 하는 타방향 레일(154)을 포함할 수 있다.

일방향 엑츄에이터(151)는 구동되면서 일방향 레일(153)을 따라 선형 이동할 수 있다. 타방향 엑츄에이터(152)는 구동되면서 타방향 레일(154)을 따라 선형 이동할 수 있다.

여기서, 타방향 레일(154)은 로봇의 길이 방향 양측에 나란하게 구비될 수 있으며, 일측 레일 또는 양측 레일에 타방향 엑츄에이터가 구비될 수 있다. 그리고 일방향 레일(153)은 로봇의 폭 방향으로 형성되어 양측이 각각 타방향 레일(154)과 연결될 수 있다.

구체적으로, 일방향 레일(153)의 양단은 각각 타방향 엑츄에이터(152)상에 결합될 수 있다. 따라서, 타방향 엑츄에이터가 구동되면 일방향 레일(153)과 일방향 엑츄에이터(151)은 일체로 로봇의 길이 방향으로 이동하게 된다.

상기 일방향 엑츄에이터는 마운트(135)와 결합되며, 상기 마운트(135) 상에 프리즘(130)이 장착된다. 따라서, 상기 마운트(135)의 높이만큼 프리즘(130)은 몸체(101)의 상면에서 수직으로 더욱 이격될 수 있다.

일방향 엑츄에이터(151)가 구동되면, 마운트(135)와 프리즘(130)이 일체로 로봇의 폭 방향으로 이동될 수 있다.

상기 실시예에서 이동장치(150)는 적어도 기설정된 3개의 지점으로 프리즘(130)을 이동시킨다. 서로 교차되는 방향으로 프리즘을 선형 이동하도록 구성되어 있다. 이러한 이동장치(150)를 통해서 이동된 프리즘(130)의 위치가 도 3에 도시된 것이라 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예들에 따르면 토탈스테이션을 통해서 로봇의 위치를 파악하여 로봇의 주행을 제어함으로써 정밀하게 로봇 주행을 제어할 수 있다. 특히, 로봇에 구비된 프리즘을 이동시킴으로써 로봇의 정밀자세를 확인할 수 있기 때문에 더욱 정밀하게 로봇 주행을 제어할 수 있다.

100 : 자동주행 로봇 130 : 프리즘
135 : 프리즘 마운트 140 : 주행장치
150 : 이동장치 160 : 마킹장치
210 : 외부 단말기 220 : 토탈스테이션

Claims (15)

1. 실공간에서 고정 설치되며, 설계공간과 실공간을 매핑하기 위한 실공간의 기준점 위치정보를 획득하는 토탈스테이션;
   디스플레이가 구비되며, 상기 토탈스테이션으로부터 전달받은 상기 실공간의 기준점 위치정보를 통해 설계공간과 실공간을 매핑하고, 주행 정보를 갖는 외부 단말기; 그리고
   상기 외부 단말기에서 제공하는 주행 정보에 기반하여 실공간에서 자동주행 하도록 구비되는 로봇을 포함하는 자동주행 로봇 시스템에 있어서,
   상기 로봇은,
   상기 토탈스테이션에서 상기 로봇의 위치 정보와 자세 정보를 획득하기 위하여, 상기 토탈스테이션이 트래킹하도록 구비되는 프리즘; 그리고
   상기 프리즘을 상기 로봇에 대한 위치 정보를 파악하기 위한 기준 위치와 상기 로봇에 대한 자세 정보를 파악하기 위한 이동 위치로 이동시키도록 구비되는 이동장치를 포함함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준 위치는 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 좌우 중심 위치로 설정됨을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 이동 위치는 상기 로봇의 좌표 상에서 서로 다른 기설정된 좌표점을 갖는 2 개의 위치로 설정됨을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 2 개의 이동 위치는 모두 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 전후 중심에서 전방에 위치하거나 또는 후방에 위치함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 2 개의 이동 위치는 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 좌우 중심에서 하나는 좌측에 위치하고 다른 하나는 우측에 위치함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이동장치는 상기 프리즘을 상기 로봇에 대해서 일방향으로 이동시키는일방향 엑츄에이터와 상기 일방향과 수직인 타방향으로 이동시키는 타방향 엑츄에이터를 포함함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 이동장치는, 상기 일방향 엑츄에이터가 선형 이동되는 경로를 형성하는 일방향 레일과 상기 타방향 엑츄에이터가 선형 이동되는 경로를 형성하는 타방향 레일을 포함함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 일방향 엑츄에이터에 장착되어 상기 프리즘을 상기 일방향 엑츄에이터의 수직 방향으로 이격시켜 위치시키는 마운트를 포함하며,
   상기 타방향 엑츄에이터는 상기 일방향 엑츄에이터와 상기 일방향 레일을 일체로 이동시키도록 구비됨을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 외부 단말기는, 상기 토탈스테이션을 통해 전달받는 정보를 통해 설계공간과 실공간을 매핑하고, 상기 자동주행 로봇의 설계공간 상에서의 주행 정보를 상기 실공간 상에서의 주행 정보로 변환하여 상기 로봇으로 제공함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 외부 단말기는, 상기 토탈스테이션에서 상기 프리즘의 기준 위치와 이동 위치에서의 측정 정보를 기반으로 좌표 변환을 수행하여, 상기 로봇의 정밀 자세 정보를 확인함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 프리즘의 이동과 좌표 변환은 상기 로봇의 주행이 정지된 상태에서 수행되며, 상기 로봇의 자세 정보는 정지된 상태에서의 로봇 방향 및 기울기 정보를 포함함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 단말기는 상기 로봇의 주행 중 상기 토탈스테이션에서 실시간으로 상기 프리즘의 기준 위치를 트래킹한 좌표와 상기 로봇의 자세 정보를 기반으로, 상기 로봇의 위치정보를 보정하는 보정 모듈을 포함함을 특징으로 하는 자동주행 로봇 시스템.
13. 몸체;
    상기 몸체 상에 토탈스테이션이 트래킹하도록 구비되는 프리즘;
    상기 몸체에 구비되어 지면으로부터 상기 몸체를 주행 가능하게 지지하는 주행장치;
    상기 프리즘을 위치 정보를 파악하기 위한 기준 위치와 자세 정보를 파악하기 위한 이동 위치로 이동시키도록 구비되는 이동장치를 포함하며,
    외부 단말기로부터 제공되는 주행 정보에 기반하여 실공간에서 자동주행 하는 것을 특징으로 하는 자동주행 로봇.
14. 제13항에 있어서,
    상기 기준 위치는 상기 로봇의 몸체의 길이 방향을 기준으로 좌우 중심 위치로 설정되며, 상기 이동 위치는 상기 로봇의 좌표 상에서 서로 다른 기설정된 좌표점을 갖는 2 개의 위치로 설정됨을 특징으로 하는 자동주행 로봇.
15. 제14항에 있어서,
    상기 외부 단말기는, 상기 토탈스테이션을 통해 전달받는 정보를 통해 설계공간과 실공간을 매핑하고,
    상기 로봇은 상기 외부 단말기로부터 상기 자동주행 로봇의 설계공간 상에서의 주행 정보가 상기 실공간 상에서의 주행 정보로 변환된 주행 정보를 제공받는 것을 특징으로 하는 자동주행 로봇.

Images