KR20230086379A - 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차 - Google Patents

Abstract

다중 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)와 카메라 센서를 융합하여 위치를 인식하고, 로더 용량별로 무인 운반차를 결합하여 다양한 용량의 물류를 전방위 이송할 수 있도록 한 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차에 관한 것으로서, 무인 운반차의 양단에 각각 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서, 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 정밀 관성측정장치 및 제1 및 제2 카메라 센서 및 정밀 관성측정장치의 출력 정보를 조합하여 위치를 인식하고, 인식한 위치 정보를 기초로 자율주행을 제어하는 메인 제어 보드를 포함하여, 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차를 구현한다.

Description

다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차{Autonomous driving unmanned transport vehicle capable of combining by loader capacity using multiple inertial measurement unit and camera sensor fusion-based location recognition}

본 발명은 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차에 관한 것으로, 특히, 다중 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)와 카메라 센서를 융합하여 위치를 인식하고, 로더 용량별로 무인 운반차를 결합하여 다양한 용량의 물류를 전방위 이송할 수 있도록 한 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차에 관한 것이다.

일반적으로 무인 운반차(AGV: Automatic Guided Vehicle)는 일정 경로를 따라 이동하면서 물류센터나 생산공장 내의 다양한 스테이션이나 컨베이어에 원하는 재료를 공급하거나 완제품을 창고에 보관 및 출하시키는데 이용되고 있다.

무인 운반차는 2차원 또는 3차원 라이다(Lidar) 및 RGB-D 센서를 활용하여 경로주행을 하나, 실내 인공조명과 실외 태양빛의 차이로 인해서 실내에서 사용할 수 있도록 세팅한 센서 및 파라미터 값을 실외에서 동시에 사용할 수 없어, 실내외 동시 경로주행이 어렵다.

특히, 실내전용 또는 실외전용의 경로주행 무인운반차를 Lidar 및 RGB-D 센서로 위치를 인식하면 절대 위치를 놓치는 경우가 발생하여, 상기 센서만을 이용하여 실내 및 실외에서 동시 경로주행이 가능한 무인 운반차를 제공할 수 없다.

또한, 실내 및 실외 동시 사용 가능한 Lidar를 적용하여도, 실내 및 실외에서의 위치 인식 정밀도가 떨어진다.

아울러 상기 Lidar 및 RGB-D 센서를 구비한 경로주행 무인운반차는 최초 전원 온(on) 시 최초 위치(절대위치)를 자동으로 인식하지 못하므로, 운용하는 사람이 무인 운반차를 절대 위치에 위치시켜 줘야 하는 단점도 있다.

아울러 무인 운반차는 독립적으로만 사용 가능하며, 물류의 용량에 따라 다른 무인 운반차와 결합하여 사용할 수 없는 단점도 있다.

따라서 실내 및 실외 동시에 작업이 가능하며, 물류의 용량에 따라 다른 무인운반차와 결합하여 사용할 수 있는 자율주행 무인 운반차의 개발이 요구되고 있다.

한편, 경로주행이 가능한 물류 이동용 무인운반차에 대하여 종래에 제안된 기술이 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 물건을 운반할 수 있는 운반 대가 설치되는 몸체, 몸체를 이동시키는 구동부, 몸체의 전방에 장착되어 목표 위치에 미리 표시된 마킹을 촬영하는 제1 비전카메라, 제1 비전카메라에 의해 촬영된 마킹 영상을 분석하여 목표 위치를 추적하는 제어기 및 제어기에 의해 산출된 목표 위치 추적 신호에 의해 구동부를 작동시키는 구동제어부를 포함한다. 이러한 구성을 통해, 스마트공장 구축을 위하여 비전 카메라를 이용하여 목표를 추적하는 경로주행이 가능한 물류 이동용 무인운반차를 제공한다.

그러나 이러한 종래기술도 실내인공조명과 실외 태양빛의 차이로 인해서 실내에서 사용할 수 있도록 세팅한 센서 및 파라메타 값을 실외에서 동시에 사용할 수 없어, 실내로 세팅된 센서를 이용하여 실외에서 사용하는 데 한계가 있다.

[001] 대한민국 공개특허 10-2020-0074774호(2020.06.25. 공개)(경로주행이 가능항 물류 이동용 무인운반차)

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 무인운반차에서 발생하는 실내 세팅용 센서를 이용하여 실외에서 사용하기 어려워 실내외 동시 경로주행이 어려운 문제와 물류 용량에 따라 다른 자율주행 무인 운반차와 결합하여 사용할 수 없는 문제 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 다중 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)와 카메라 센서를 융합하여 실내는 물론 실외에서도 정확하게 위치를 인식할 수 있는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 로더 용량별로 무인 운반차를 결합하여 다양한 용량의 물류를 전방위 이송할 수 있도록 한 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차"의 제1 실시 예는,

무인 운반차의 양단에 각각 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서;

상기 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 정밀 관성측정장치;

상기 제1 및 제2 카메라 센서 및 상기 정밀 관성측정장치의 출력 정보를 조합하여 위치를 인식하고, 인식한 위치 정보를 기초로 자율주행을 제어하는 메인 제어 보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차"의 제2 실시 예는,

메인 무인 운반차의 양단에 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서;

상기 메인 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 제1 정밀 관성측정장치;

서브 무인 운반차의 양단에 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제3 및 제4 카메라 센서;

상기 서브 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 제2 정밀 관성측정장치;

상기 메인 무인 운반차에 탑재되며, 상기 메인 무인 운반차와 상기 서브 무인 운반차가 결합한 상태이면, 통신을 통해 상기 서브 무인 운반차의 제2 메인 제어 보드와 통신을 통해 위치 정보를 수신하고, 서브 무인 운반차의 위치 정보와 직접 측정한 위치 정보를 이용하여 위치를 인식하고, 인식한 위치 정보를 기초로 자율주행을 제어하는 제1 메인 제어 보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제2 메인 제어 보드는,

상기 제1 메인 제어 보드의 자율주행 정보에 따라 서브 무인 운반차의 자율주행을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제2 메인 제어 보드는,

상기 메인 무인 운반차와 결합한 상태이면, 상기 제3 카메라 센서 또는 제4 카메라 센서의 위치 정보와 제2 정밀 관성측정장치의 관성 측정 정보를 상기 통신을 통해 메인 무인 운반차의 제1 메인 제어 보드에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 메인 제어 보드는,

상기 서브 무인 운반차의 제2 메인 제어 보드를 통해 제공되는 제3 카메라 센서 또는 제4 카메라 센서의 위치 정보와 제2 정밀 관성측정장치의 관성 측정 정보와, 상기 메인 무인 운반차의 제1 카메라 센서 또는 제2 카메라 센서의 위치 정보와 제1 정밀 관성측정장치의 관성 측정 정보를 조합하여 위치 인식을 하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 및 제2 메인 제어 보드는,

TCP/IP 통신 프로토콜로 위치 정보 및 자율주행 제어정보를 공유하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 메인 제어 보드는,

메인 무인 운반차와 서브 무인 운반차의 동기 및 제어를 관장하며, 메인 무인 운반차와 서브 무인 운반차의 상태 인식, 상태 표시를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다중 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)와 카메라 센서를 융합하여 실내는 물론 실외에서도 정확하게 위치를 인식하여, 무인 운반차의 자율주행을 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 로더 용량별로 무인 운반차를 결합하여 다양한 용량의 물류를 전방위 이송할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차의 평면도,
도 2는 본 발명에 적용되는 서스펜션 시스템의 자동균등하중 흐름도,
도 3은 본 발명에 적용되는 메카넘휠 유닛을 나타내는 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 적용되는 메카넘휠 유닛의 작용 관계를 나타내는 사시도,
도 5a는 본 발명에서 단일 무인 운반차의 센서 장착 위치도,
도 5b는 본 발명에서 로더 용량에 따라 2대의 무인 운반차를 결합할 때의 센서 장착 위치도,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에서 메카넘휠을 이용한 전방위 구동 예시도,
도 7a는 본 발명에서 단일 무인 운반차의 물류를 이송하는 사진,
도 7b는 본 발명에서 2대의 무인 운반차를 결합하여 물류를 이송하는 사진,
도 8은 본 발명에서 2대의 무인 운반차를 결합한 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차의 블록 구성도,
도 10은 본 발명에 따른 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차의 결합시 블록 구성도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차(1)의 평면도이고, 도 1은 본 발명에 따른 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 서스펜션 시스템의 자동균등하중 흐름도이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 메카넘휠 유닛을 나타내는 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 적용되는 메카넘휠 유닛의 작용 관계를 나타내는 사시도이고, 도 9는 무인 운반차의 구성을 보인 블록도이다.

본 발명은 무인운반차(1)의 차체(2) 중앙부에 차체(2)가 X, Y, Z축 방향으로의 회전 값(Roll, Pitch, Yaw)을 검출하는 정밀 관성측정장치(IMU)(4)가 설치되고, 차체(2)의 전후방 양측에는 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서(8, 9)가 설치된다. 여기서 IMU가 내장된 카메라 센서는 저가의 IMU가 내장되어 있으며, 정밀 관성측정장치(4)는 고가로서 정확성도 매우 높은 관성센서이다.

차체(2)의 소정 위치에는 상기 정밀 관성측정장치(4) 및 제1 및 제2 카메라 센서(8, 9)에서 감지된 신호에 따라 위치를 인식하고, 각각(4개)의 메카넘휠(71)의 구동을 제어하는 제1 메인 제어 보드(5)가 구비된다.

또한, 차체(2)의 임의 위치에는 상기 제1 메인 제어 보드(5)의 개별 제어신호에 따라 메카넘휠(71)을 개별적으로 제어하고, 각각의 메카넘휠(71)에 연계되게 설치되는 해당 로드 셀(64)에 의해 각각의 메카넘휠(71)이 균일한 접지력을 가지게 하는 메카넘휠 유닛(70)이 설치된다. 여기서 메카넘휠 유닛(70)은 각각의 메카넘휠을 구동하는 감속기(81), 모터(82), 모터 구동기(83)를 포함할 수 있다.

상기 정밀 관성측정장치(4)는 공지된 것으로 3차원 공간에서 X, Y, Z 축으로의 이동을 감지하는 가속도 센서와 X, Y, Z축의 회전 값 즉, 피치(Pitch), 롤(Roll), 요(Yaw)값을 검출하는 자이로스코프 센서로 이루어져서, 물체가 3차원 공간에서 어떤 방향으로 이동하고 기울어졌는지 정확히 알아낼 수 있는 것이다.

상기 각각의 메카넘휠 유닛(70)에는 메카넘휠(71)에 작용하는 접지력을 감지하는 로드 셀(64)이 설치되는 서스펜션(60)이 포함되며, 이 서스펜션(60)은 로드 셀(64)에 감지된 신호를 제1 메인 제어 보드(5)에서 측정하여 그 신호 값에 따라 기어드모터(61)(도 9의 82에 대응)를 구동시켜 메카넘휠(71)을 힌지식으로 승하강시키도록 구성된다.

아울러 상기 서스펜션(60)은 프레임(3)의 상측 소정위치에 기어드 모터(61)가 설치되는 기어박스(65)가 설치되며, 기어 박스(65)의 내부에는 기어드 모터(61)의 모터 축에 설치되는 구동기어(61a)와, 구동 기어(61a)와 맞물리며 내주 연에 암나사부(66a)를 구비한 종동기어(66)가 회전 자유롭게 설치되고, 기어박스(65)의 전방에는 종동기어(66)의 암나사부(66a)와 나사식으로 체결되는 볼스크류(62)의 선단부가 기어박스(65)의 전방으로 노출되게 설치된다.

그리고, 볼스크류(62)의 선단부에는 스프링(63)이 수평 설치되며, 이 스프링(63)의 선단부에는 로드 셀 유닛(69)이 설치된다. 이때, 상기 로드 셀 유닛(69)은 스프링(63)의 선단부와 연결되는 스프링 지지부(68)와, 힌지 레버(73)의 상측 힌지부(74)와 힌지식으로 연결되는 힌지 연결부(67)가 구비되고, 힌지 연결부(67)와 스프링 지지부(68)의 사이에는 메카넘휠(71)의 접지력을 감지하는 로드 셀(64)이 설 치되어 있다.

또한, 상기 힌지 연결부(67) 하측의 프레임(3)에는 하측 힌지부(6)가 설치되며, 상기 메카넘휠(71)의 일측면에는 상측과 후방에 상측 힌지부(74)와 후방 힌지부(75)를 각각 돌출되게 형성한 힌지 레버(73)가 고정되게 설치된다. 여기서 힌지 레버(73)의 상측 힌지부(74)는 로드 셀(64) 전방의 힌지 연결부(67)에 힌지 설치되고, 후방 힌지부(75)는 프레임(3)에 설치된 하측 힌지부(6)에 힌지식으로 설치되며, 각각의 메카넘휠(71)은 각각의 휠 모터(72)에 의해 회전되도록 설치되어 있다.

이러한 무인 운반차(1)는 독립적으로 동작하거나(예를 들어, 3.5Ton 무인 운반차), 로더 용량에 따라 다른 무인 운반차(100)와 연결되어(예를 들어, 7Ton 무인 운반차) 사용될 수 있다.

먼저, 무인 운반차(1)가 독립적으로 사용되어 물류를 자율주행을 통해 이송하는 과정을 설명한다.

무인 운반차(1)는 차체(2)의 전후방 양측에 설치되는 4개의 메카넘휠(71)이 지면에 접지하고 있다.

이와 같은 상황에서 무인 운반차(1)가 설정된 위치로 자동으로 이동하고자 하는 경우에는 공지된 무인운반차와 동일하게 설정된 신호에 따라 센서와 연계하여 자율주행을 한다.

제1 메인 제어 보드(5)는 기본적으로 무인운반차(1)가 작업을 수행하는 작업장의 맵(map) 정보를 저장하고, 관리자로부터 작업지시의 접수, 접수한 지시에 따른 작업을 총괄적으로 수행하여 무인 운반차(1)를 제어하는 역할을 한다.

여기서 자율주행을 통해 물류를 이송하고자 하면, 현재 위치를 정확히 인식해야 하고, 이러한 위치 인식을 기반으로 자율주행을 통해 물류를 이송한다.

위치를 인식하는 방법으로서, 본 발명은 다중 IMU와 카메라를 이용한 비전 정보를 이용하여 위치를 인식한다.

즉, 무인 운반차(1)의 차체(2) 양단에 장착된 IMU가 내장된 제1 및 제2 카메라 센서(8, 9)의 측정 정보와 차체(2)의 중심부에 설치된 정밀 관성측정장치(4)의 측정 정보를 이용하여 위치를 인식한다. 관성측정장치의 비전 장비인 카메라의 정보를 이용하여 위치를 인식하는 기술은 자율주행 차량 등에서 위치 인식을 하기 위해서 기본적으로 사용하는 방식이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

복수의 관성측정장치(IMU)와 카메라와 같은 비전 장치를 이용하고, 지도 맵을 이용함으로써, 실내/실외의 어느 위치에서라도 정확하게 위치 인식이 가능하므로, 무인 운반차의 정확한 자율주행을 구현할 수 있다.

위치 인식 후 무인 운반차(1)의 이동을 위해, 제1 메인 제어 보드(5)는 메카넘휠(71)을 구동하는 메카넘휠 유닛(70)을 통해 이동 방향으로 4개의 메카넘휠(71)을 개별적으로 제어한다.

메카넘휠(71)은 각기 개별적으로 설치되는 휠 모터(72)(도 9의 82에 대응)의 구동에 의해 주행을 하게 되며, 각각의 메카넘휠(71)은 본 발명의 출원인이 선출원한 특허출원 10-2020-0041514호(2020.04.06. 출원)(사방으로 연결이 가능한 고소작업대)의 발명에 포함되는 메카넘휠 장치와 동일하게 360° 어느 방향으로든 목적하는바 대로 전방위 주행이 가능하게 된다.

도 6a는 전진 및 후진시 메카넘휠 제어 방향을 나타낸 것이며, 도 6b는 좌진 및 우진시 메카넘휠 제어 방향을 나타낸 것이며, 도 6c는 좌측 45° 전진 및 우측 45° 전진시 메카넘휠 제어 방향을 나타낸 것이며, 도 6d는 좌측 45° 후진 및 우측 45° 후진시 메카넘휠 제어 방향을 나타낸 것이며, 도 6e는 제자리 우회전과 제자리 좌회전시 메카넘휠 제어 방향을 나타낸 것이다.

여기서 개별적으로 메카넘휠 제어시 4개의 메카넘휠은 동일한 접지력과 동일한 하중이 분배되어야 한다.

이렇게 무인운반차(1)가 목적하는 바대로 주행할 때, 차체(2)의 중앙부에 설치된 정밀 관성측정장치(4)가 차체(2)가 X, Y, Z축 방향으로의 회전 값(Roll, Pitch, Yaw)을 검출하고 그렇게 검출된 데이터에 따라 차체의 사방에 설치된 메카넘휠(71)에 포함되는 서스펜션(60)을 개별적으로 제어함으로써, 4개의 메카넘휠(71)이 개별적으로 높이가 조절되면서 차체(2)가 수평상태를 유지하게 된다.

상기 서스펜션(60)에 대한 제어과정은 차체(2)가 기울여진 상태에 따라 기울여진 쪽의 기어드 모터(61)를 제1 메인 제어 보드(5)에 의해 연산된 데이터 값만 큼 구동시킨다.

이렇게 기어드 모터(61)가 구동하게 되면, 기어드 모터(61)의 회전력이 기어박스(65)의 내측에 설치된 구동기어(61a)를 통하여 그와 맞물린 종동기어(66)를 회전시키게 되며, 이러한 종동기어(66)는 기어박스(65)의 내측에서 제자리에서 회전하는데, 이 종동기어(66)의 내주연에 형성된 암나사부(66a)에는 수나사 형태의 볼스크류(62)가 나사식으로 체결되어서 종동기어(66)가 회전하는 방향에 따라 볼스크류(62)가 수평 이동하게 된다.

위와 같이 볼스크류(62)가 외측 방향으로 이동함에 따라 볼스크류(62)의 선단부에 설치된 스프링(63)이 스프링 지지부(68)를 힌지 레버(73) 측으로 탄력적으로 밀어주게 되어 스프링 지지부(68)의 선단부에 설치된 힌지 연결부(67)가 그와 힌지식으로 연결된 힌지 레버(73)의 상측 힌지부(74)를 전방측으로 밀어주게 된다.

이때, 상기 힌지 레버(73)는 메카넘휠(71)의 일측면에 고정 결합되고 후방 힌지부(75)가 프레임(3)에 고정 설치된 하측 힌지부(6)에 힌지 설치된 상태에서 메카넘휠(71)의 중심부로부터 상측으로 소정의 길이만큼 상향 돌출된 상측 힌지부(74)를 힌지 연결부(67)로 밀어줌에 따라 힌지 레버(73)는 도 4b에 도시된 바와 같이 하측 힌지부(6)의 힌지부를 중심으로 힌지 연결부(67)가 밀어주는 만큼 회전하게 된다.

이렇게 힌지 레버(73)가 도 4b와 같이 하측 힌지부(6)의 힌지부를 중심으로 회전함에 따라 힌지 레버(73)과 동일축상에 설치된 메카넘휠(71)도 회전식으로 하강하게 되는데, 메카넘휠(71)이 하강하는 만큼 지면(7)과 프레임(3) 저면과의 간 격(h2)이 힌지 레버(73)가 회전하기 전인 도 4a에 표시된 높이(h1)보다 높아진 것을 알 수 있게 된다.

이렇게 차체(2)가 기울여진 쪽의 메카넘휠(71)을 힌지식으로 하강시켜서 그 높이를 높여줌에 따라 차체(2)가 전체적으로 수평상태를 유지하게 하며, 위와 같이 힌지 레버(73)를 밀어줄 때 스프링(63)으로 탄력적으로 밀어줌에 따라 작은 충격이나 진동을 흡수하여 차체가 흔들림 없이 부드럽게 수평상태를 유지하게 한다.

이와 같이 차체(2)에 대한 기울여짐을 보정하여 바로 잡은 상태로 주행을 하는 과정에서 지면에 떨어진 작은 이물질을 피하지 못하거나, 또는 함몰이나 돌출부와 같은 요철부를 지나는 경우가 발생하면, 그 요철부에 접하는 메카넘휠(71)의 접지력이 메카넘휠(71)로부터 힌지 레버(73)를 통하여 로드 셀(64)에 전달되게 된다.

이렇게 4개의 메카넘휠(71) 중에 어느 하나, 또는 또 다른 메카넘휠(71)에 요철부의 접지력이 해당 로드 셀(64)에 감지되면, 4개 메카넘휠(71)의 접지력이 불균등함을 제1 메인 제어 보드(5)로 전달된다. 이어 제1 메인 제어 보드(5)는 불균등한 신호를 수신하면 다시 연산을 통해 균등한 접지력을 위한 제어 값을 산출하고, 산출한 제어 값으로 해당 메카넘휠(71)이 포함되는 서스펜션(60)을 동작시켜 해당 메카넘휠(71)이 힌지식으로 승하강하도록 한다.

서스펜션(60)을 힌지식으로 승하강 동작시키는 것은 위에서 설명한 바와 같이 해당 기어드 모터(61)를 구동시켜서 볼스크류(62)를 수평 이동시키며, 볼 스크류(62)가 이동하는 방향에 따라 힌지 레버(73)를 밀거나 당겨서 메카넘휠(71)이 보정이 필요한 만큼 힌지식으로 높이를 조절하여 4개의 메카넘휠(71)에 균등한 지지력이 작용하도록 한다.

이와 같이 차체(2)가 기울여지면 정밀 관성측정센서(4)가 그것을 감지하여 해당 서스펜션(60)을 동작시켜 기울여짐을 보정하고, 4개의 메카넘휠(71) 중에 불균등한 지지력을 작용하는 메카넘휠(71)의 지지력을 보정하여 4개의 메카넘휠(71)이 균등한 지지력을 발휘하게 함에 따라 무인운반차(1)가 안정된 주행을 할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 특징으로서, 로더 용량이 1대의 무인 운반차를 초과하는 경우, 예를 들어, 3.5Ton을 초과하는 경우, 2대의 무인 운반차를 결합하여 로더 용량별로 물류를 자율주행을 통해 이송할 수 있다는 것이다. 본 발명에서는 2대의 무인 운반차를 결합하여 7Ton의 용량을 이송하는 것으로 설명하지만, 로더 용량이 7Ton을 초과하면 로더 용량에 따라 무인 운반차를 더 결합하여 안정적으로 그리고 편리하게 물류를 이송할 수 있음은 당해 분야의 통상의 지식을 가진자라면 자명하다 할 것이다.

도 5b는 두 대의 무인 운반차(1, 100)를 결합한 개념도이고, 도 8은 평면도이며, 도 10은 두 대의 무인 운반차(1, 100)의 결합 시 구성도이다.

2대의 무인 운반차(1, 100)를 결합한 경우, 하나의 무인 운반차(예를 들어, 1)가 메인 무인 운반차 역할을 하고, 결합된 다른 무인 운반차가 서브 무인 운반차 역할을 한다. 여기서 메인 무인 운반차와 서브 무인 운반차의 역할을 프로그램에 의해 설정되며, 리모컨(200)을 이용하여 메인 무인 운반차인지 아니면 서브 무인 운반차인지를 지정해 준다.

2대의 무인 운반차(1, 100)는 결합이 되면, TCP-IP 통신 프로토콜을 통해 상호 연동되며, 메인 무인 운반차(1)에서 TCP/IP 통신을 통해 제어 명령을 서브 무인 운반차(100)로 전송하고, 서브 무인 운반차(100)는 메인 무인 운반차(1)의 명령에 따라서 동작을 한다.

여기서 메인 무인 운반차(1)는 메인 무인 운반차(1)의 차체(2) 양단에 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서(8, 9), 상기 메인 무인 운반차(1)의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 제1 정밀 관성측정장치(4)를 포함한다.

마찬가지로, 서브 무인 운반차(100)는 서브 무인 운반차(100)의 양단에 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제3 및 제4 카메라 센서(108, 109), 상기 서브 무인 운반차(100)의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 제2 정밀 관성측정장치(104)를 포함한다.

아울러 2대의 무인 운반차의 결합 시, 메인 무인 운반차(1)에는, 통신을 통해 상기 서브 무인 운반차(100)의 제2 메인 제어 보드(105)와 통신을 통해 위치 정보를 수신하고, 서브 무인 운반차(100)의 위치 정보와 직접 측정한 위치 정보를 이용하여 위치를 인식하고, 인식한 위치 정보를 기초로 자율주행을 제어하는 제1 메인 제어 보드(105)가 탑재된다.

아울러 서브 무인 운반차(100)에도 장착된 메카넘휠(171)의 제어를 위한 제2 메인 제어 보드(105)가 탑재되나, 제2 메인 제어 보드(105)는 상기 제1 메인 제어 보드(5)의 자율주행 제어정보에 따라 자율주행을 제어한다.

이러한 제2 메인 제어 보드(105)는 상기 메인 무인 운반차(1)와 결합한 상태이면, 상기 제3 카메라 센서(108) 또는 제4 카메라 센서(109)의 위치 정보와 제2 정밀 관성측정장치(104)의 관성 측정 정보를 상기 통신을 통해 메인 무인 운반차(1)의 제1 메인 제어 보드(5)에 전달한다.

여기서 본 발명에서는 서브 무인 운반차(100)의 센서는 제3 카메라 센서(108)는 사용하지 않고, 제4 카메라 센서(109)의 정보만을 이용하며, 배터리(195) 및 리모컨 수신부(194)도 동작을 중지시켜, 자원 낭비를 방지한다.

아울러 제1 메인 제어 보드(5)는 상기 서브 무인 운반차(100)의 제2 메인 제어 보드(105)를 통해 제공되는 제4 카메라 센서(109)의 위치 정보와 제2 정밀 관성측정장치(104)의 관성 측정 정보와, 상기 메인 무인 운반차(1)의 제1 카메라 센서 (8)의 위치 정보와 제1 정밀 관성측정장치(4)의 관성 측정 정보를 조합하여 위치 인식을 한다.

또한, 제1 메인 제어 보드(5)는 메인 무인 운반차(1)와 서브 무인 운반차(100)의 동기 및 제어를 관장하며, 메인 무인 운반차(1)와 서브 무인 운반차(100)의 상태 인식, 상태 표시를 통합적으로 제어한다.

예컨대, 무인 운반차(1)와 무인 운반차(100)가 결합하여 물류를 자율주행을 통해 이송하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

메인 무인 운반차(1) 및 서브 무인 운반차(100)는 차체(2)(102)의 전후방 양측에 설치되는 4개의 메카넘휠(71)(171)이 각각 지면에 접지하고 있다.

이와 같은 상황에서 메인 무인 운반차(1)가 설정된 위치로 자동으로 이동하고자 하는 경우에는 공지된 무인운반차와 동일하게 설정된 신호에 따라 센서와 연계하여 자율주행을 한다.

제1 메인 제어 보드(5)는 기본적으로 메인 무인 운반차(1)가 작업을 수행하는 작업장의 맵(map) 정보를 저장하고, 관리자로부터 작업지시의 접수, 접수한 지시에 따른 작업을 총괄적으로 수행하여 메인 무인 운반차(1)를 제어하는 역할을 한다.

여기서 자율주행을 통해 물류를 이송하고자 하면, 현재 위치를 정확히 인식해야 하고, 이러한 위치 인식을 기반으로 자율주행을 통해 물류를 이송한다.

위치를 인식하는 방법으로서, 본 발명은 다중 IMU와 카메라를 이용한 비전 정보를 이용하여 위치를 인식한다.

즉, 메인 무인 운반차(1)의 차체(2) 양단에 장착된 IMU가 내장된 제1 및 제2 카메라 센서(8, 9) 중 제1 카메라 센서(8)의 측정 정보와 차체(2)의 중심부에 설치된 정밀 관성측정장치(4)의 측정 정보, TCP/IP 통신을 통해 서브 무인 운반차(100)로부터 전송된 제4 카메라 센서(109)의 측정 정보와 차체(102)의 중심부에 설치된 정밀 관성측정장치(104)의 측정 정보를 이용하여 위치를 인식한다.

이렇게 각각의 카메라 센서와 2개의 정밀 관성측정장치만을 이용함으로써, 2대의 무인 운반차가 결합된 상태에서도 단일의 무인 운반차에 구비된 센서만을 이용하는 형태로 위치를 인식하게 된다. 관성측정장치의 비전 장비인 카메라의 정보와 관성측정장치의 정보를 이용하여 위치를 인식하는 기술은 자율주행 차량 등에서 위치 인식을 하기 위해서 기본적으로 사용하는 방식이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

복수의 관성측정장치(IMU)와 카메라와 같은 비전 장치를 이용하고, 지도 맵을 이용함으로써, 실내/실외의 어느 위치에서라도 정확하게 위치 인식이 가능하므로, 무인 운반차의 정확한 자율주행을 구현할 수 있다.

위치 인식 후 무인 운반차(1)의 이동을 위해, 제1 메인 제어 보드(5)는 메카넘휠(71)을 구동하는 메카넘휠 유닛(70)을 통해 이동 방향으로 4개의 메카넘휠(71)을 개별적으로 제어하고, 동시에 TCP/IP 통신을 통해 제2 메인 제어 보드(105)에 메카넘휠(171)을 구동하는 메카넘휠 유닛(170)을 통해 이동 방향으로 4개의 메카넘휠(171)을 개별적으로 제어한다.

이하, 메카넘휠 제어, 자동 균등 하중 제어는 단일의 무인 운반차에서 수행하는 것과 동일한 방식으로 이루어지므로, 전술한 단일의 무인 운반차의 메카넘휠 제어 및 자동 균등 하중 제어를 참조하기로 한다.

이러한 본 발명에 따르면 다중 관성측정장치(IMU; Inertial Measurement Unit)와 카메라 센서를 융합하여 실내는 물론 실외에서도 정확하게 위치를 인식하여, 무인 운반차의 자율주행을 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 로더 용량별로 무인 운반차를 결합하여 다양한 용량의 물류를 전방위 이송할 수 있는 장점도 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

1, 100: 무인운반차
2: 차체
3: 프레임
4, 104: 정밀 관성측정장치(IMU)
5, 105: 제1 및 제2 메인 제어 보드
8, 8, 108, 109: 제1 내지 제4 카메라 센서
70, 170: 메카넘휠유닛
71, 171: 메카넘휠

Claims (7)

1. 무인 운반차의 양단에 각각 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서;
   상기 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 정밀 관성측정장치; 및
   상기 제1 및 제2 카메라 센서 및 상기 정밀 관성측정장치의 출력 정보를 조합하여 위치를 인식하고, 인식한 위치 정보를 기초로 자율주행을 제어하는 메인 제어 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
2. 메인 무인 운반차의 양단에 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제1 및 제2 카메라 센서;
   상기 메인 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 제1 정밀 관성측정장치;
   서브 무인 운반차의 양단에 장착되며, 관성측정장치(IMU)를 내장하고 위치 정보를 제공하는 제3 및 제4 카메라 센서;
   상기 서브 무인 운반차의 속도와 방향, 중력 및 가속도 정보를 제공하는 제2 정밀 관성측정장치; 및
   상기 메인 무인 운반차에 탑재되며, 상기 메인 무인 운반차와 상기 서브 무인 운반차가 결합한 상태이면, 통신을 통해 상기 서브 무인 운반차의 제2 메인 제어 보드와 통신을 통해 위치 정보를 수신하고, 서브 무인 운반차의 위치 정보와 직접 측정한 위치 정보를 이용하여 위치를 인식하고, 인식한 위치 정보를 기초로 자율주행을 제어하는 제1 메인 제어 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
3. 청구항 2에서, 상기 제2 메인 제어 보드는,
   상기 제1 메인 제어 보드의 자율주행 정보에 따라 서브 무인 운반차의 자율주행 및 하중 균등화를 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
4. 청구항 2에서, 상기 제2 메인 제어 보드는,
   상기 메인 무인 운반차와 결합한 상태이면, 상기 제3 카메라 센서 또는 제4 카메라 센서의 위치 정보와 제2 정밀 관성측정장치의 관성 측정 정보를 상기 통신을 통해 메인 무인 운반차의 제1 메인 제어 보드에 전달하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
5. 청구항 2에서, 상기 제1 메인 제어 보드는,
   상기 서브 무인 운반차의 제2 메인 제어 보드를 통해 제공되는 제3 카메라 센서 또는 제4 카메라 센서의 위치 정보와 제2 정밀 관성측정장치의 관성 측정 정보와, 상기 메인 무인 운반차의 제1 카메라 센서 또는 제2 카메라 센서의 위치 정보와 제1 정밀 관성측정장치의 관성 측정 정보를 조합하여 위치 인식을 하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
6. 청구항 2에서, 상기 제1 및 제2 메인 제어 보드는,
   TCP/IP 통신 프로토콜로 위치 정보, 자율주행 제어정보 및 메카넘휠 제어정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
7. 청구항 2에서, 상기 제1 메인 제어 보드는,
   메인 무인 운반차와 서브 무인 운반차의 동기 및 제어를 관장하며, 메인 무인 운반차와 서브 무인 운반차의 상태 인식, 상태 표시를 통합 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 관성측정장치와 카메라 센서 융합기반 위치 인식을 이용한 로더 용량별 결합이 가능한 자율주행 무인 운반차.
   
   
   
   

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