KR20240075150A

KR20240075150A - 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법

Info

Publication number: KR20240075150A
Application number: KR1020220156824A
Authority: KR
Inventors: 이상수; 변용진
Original assignee: 주식회사 트위니
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-29

Abstract

본 발명은 공장이나 대형매장 등에서 주로 고정된 경로를 이동하는 로봇 및 이를 위한 고정 경로의 추종 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇은 본체부(100); 상기 본체부(100)를 이동시키는 이송부(200) 및 상기 본체부(100)에 구비되는 마커 센서부(300)로 구성되는 로봇으로서, 상기 본체부(100)가 로봇의 이동에 필요한 운동을 생성하는 모터(110), 상기 모터(110)를 제어하는 모터 구동 보드(120), 배터리(130), 상기 배터리를 제어하는 전력 공급 보드(140), 감지 센서(150), 상기 감지 센서(150)에서 센싱된 데이터를 수집하는 MCU 보드(160) 및 상기 마커 센서부(300)로부터 마커를 전송받고 상기 MCU 보드(160)로부터 장애물 센싱 데이터를 전송받아 상기 이송부(200)를 제어하는 PC(170)로 구성되어, 상기 로봇의 진행 또는 주행 속성 변경을 위한 제어 명령을 생성하고, 상기 로봇의 진행 또는 주행 속성이 상기 로봇의 선속도를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법 {FIXED-ROUTE DRIVING ROBOT AND METHOD FOR TRACKING FIXED-ROUTE}

본 발명은 로봇 및 로봇의 경로 추종 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공장이나 대형매장 등에서 주로 고정된 경로를 이동하는 로봇 및 이를 위한 고정 경로의 추종 방법에 관한 것이다.

공장이나 대형 매장 등(이하 ‘공장 등’이라 한다)에서는 수시로 많은 종류의 물건들을 옮겨야 한다. 사람이 도구나 장치를 사용하지 않고 물건을 옮기는 것은 비효율적이기 때문에 수레와 같은 도구나 지게차, 파레트 장치 등(이하 ‘운송 장치 등’이라 한다) 동력을 이용한 장치의 힘을 빌리는 것이 일반적이다.

이러한 종래의 운송 장치 등은 사람이 운송 장치 등을 조작 또는 운전하여 위치를 이동시키고 난 후 내려서 물건을 매대에 진열하거나 공정에 투입해야 하기 때문에 사람이 운송 장치 등에 오르내리면서 소비하는 시간이 많아 공장 등과 같이 다수의 물건을 다수 곳에 운송해야 하는 환경에서는 비효율적이었다.

따라서 사람의 개입을 최소화한 자율 주행 물류 운송 로봇의 필요성이 증가하고 있는데, 종래에 기술적으로 구현이 어려웠던 요소들이 최근의 영상 인식, ㄹ라이다(Lidar), 레이더(Radar), 기계 학습 등 관련 기술의 발전에 힘입어 차츰 구현 가능하게 되고 있다.

이러한 자율 주행 물류 운송 로봇은 그 환경 및 환경에 따른 제어 방식에 따라 크게 2가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 도로나 공터와 같이 사람이나 고정된 물건을 포함하는 주변 장애물에 대한 사전 정보가 전혀 없이 라이다 등에 의해 주변 환경을 스캔하고 이에 기반하여 로봇의 주행을 제어하는 동적 경로 제어(Dynamic route control)이고, 두 번째는 공장 등과 같이 물건을 픽업하는 장소와 하역하는 장소가 정해져 있고(그 장소가 복수 개이더라도) 이동 경로도 최적화 되어 있어 출발지와 목적지, 최적 주행 경로 등 사전 정보에 기반하여 로봇의 주행을 제어하는 정적 경로 제어(Static route control)로서 본 발명은 후자의 경로 제어와 관련된 것이다.

정적 경로 제어를 구현하는 방법 중 하나로 바닥에 QR 코드를 배치하고 로봇이 QR 코드를 읽어 다음에 이동할 경로를 설정하는 방법이 있는데, ‘특허문헌 1’에 이러한 QR 코드를 이용한 로봇의 일례가 개시되어 있다.

도 1은 특허문헌 1에 개시된 QR 코드 기반의 창고용 무인 청소 로봇의 구성도로서, 종래의 QR 코드 기반 청소 로봇은 QR 코드 인식장치(1) 및 주행유닛(3)을 포함하여, 무인 청소 로봇이 QR 코드 인식장치(1)를 통해 바닥(F)의 QR 코드를 인식하면서 주행유닛(3)에 의해 창고 내를 주행하고, 이러한 주행 과정에서 창고 바닥(F)을 청소할 수 있다.

그런데 이러한 종래의 QR 코드 기반 로봇은 QR 코드에서 로봇의 위치 정보만 얻을 수 있을 뿐으로 로봇의 경로 제어는 제어유닛(5)이 수행하게 되고, 여기서 경로 제어란 도 2에서 현재 QR 코드(Q1)에서 다음 QR 코드(Q2)를 지시하는 위치 정보의 제공이므로, 경로의 설정 외에 주행 속성의 변경(예를 들면 공장 등 환경에 따른 각속도나 속도의 감속)이 필요한 경우에는 제어유닛(5)의 펌웨어나 소프트웨어를 변경해야 하기 때문에 로봇 수요자가 이러한 속성 변경이 있을 때마다 로봇 공급자에 의뢰하여 제어유닛(5)의 펌웨어 등을 변경해야 하는 불편함 및 유지보수에 시간과 자원이 많이 소모되는 문제점이 있다.

KR 10-2185612 B1 (2020. 11. 26.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마커로 제어 명령의 수신이 가능한 로봇 및 이를 위한 경로 추종 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇은 본체부; 상기 본체부를 이동시키는 이송부 및 상기 본체부에 구비되는 마커 센서부로 구성되는 로봇으로서, 상기 본체부가 로봇의 이동에 필요한 운동을 생성하는 모터, 상기 모터를 제어하는 모터 구동 보드, 배터리, 상기 배터리를 제어하는 전력 공급 보드, 감지 센서, 상기 감지 센서에서 센싱된 데이터를 수집하는 MCU 보드 및 상기 마커 센서부로부터 마커를 전송받고 상기 MCU 보드로부터 장애물 센싱 데이터를 전송받아 상기 이송부를 제어하는 PC로 구성되어, 상기 로봇의 진행 또는 주행 속성 변경을 위한 제어 명령을 생성하고, 상기 로봇의 진행 또는 주행 속성이 상기 로봇의 선속도를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고정 경로 추종 방법은 라인 추적용 마커를 추적하여 고정 경로 운행 로봇이 설정된 주행 경로를 주행하도록 하는 라인 추적 단계; 상기 로봇 주변의 장애물을 감지하는 장애물 감지 단계; 제어용 마커의 제어 코드를 전달받아 상기 로봇의 주행 속성을 제어하는 주행 속성 제어 단계 및 감지 영역 제어 명령을 포함하는 제어용 마커가 감지되면 상기 장애물 감지 단계의 감지 영역을 줄이는 감지 영역 제어 단계로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법은 마커만으로 로봇이 제어 명령을 수신하여 높은 정밀도로 목적지까지 도달할 수 있다.

또 마커가 오염, 훼손, 왜곡 등으로 로봇에게 로봇의 주행 정보를 전달할 수 없는 경우 로봇이 현재 주행 정보를 기반으로 미래의 주행 정보를 추측함으로써 마커 미인식 시에도 당분간 주행이 가능하고 원래의 주행 경로로 복귀할 가능성이 있다.

또 목적지 주변에서 감지 센서 인식 범위를 감소시킴으로써 목적지를 장애물로 인식하지 않으면서 사람 등에 대한 위협을 최소화할 수 있다.

도 1은 특허문헌 1에 개시된 마커 기반의 창고용 무인 청소 로봇의 구성도
도 2는 특허문헌 1에 개시된 마커의 배치도
도 3은 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 사용상태도
도 6은 라인 추적용 QR 코드 및 제어용 QR 코드
도 7은 PC에서 주행 속성을 제어하는 모듈 집합체의 구성도
도 8은 각 모듈에서 수행되는 주행 제어 방법의 순서도
도 9 및 도 10은 감지 영역 제어의 실시예
도 11은 자세 예측의 개념도
도 12는 자세 예측에 의해 로봇이 고정 경로로 복귀하는 상황의 예시도
도 13은 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 사용상태도
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법의 다른 실시형태에 따른 감지 영역 제어의 일실시예

이하에서는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 사용상태도이다. 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇은 본체부(100), 본체부(100)를 이동시키는 이송부(200) 및 본체부(100)에 구비되는 마커 센서부(300)로 구성되어, 마커 센서부(300)가 바닥의 마커를 인식하고 본체부(100)의 제어에 따라 이송부(200)에 의해 이동되며, 도 5와 같이 이송 물품(L) 등이 있는 출발지(S)에서 마커를 따라 이송 물품을 사용하는 장치(M) 등이 있는 목적지(D)까지 이동하면서 마커의 제어 명령에 따라 주행 속성이 제어된다.

본체부(100)는 마커 센서부(300)에서 감지되는 마커에 따라 진행 또는 주행 속성 변경을 위한 제어 명령을 생성하는 구성요소이다. 본 발명에서 로봇은 공장 등에서 고정 경로를 운행하는 장치이므로 대개의 경우 설정된 경로를 설정된 속도로 주행하게 되는데, 목적지 근방에 도달하거나 방향 전환이 필요한 경우 등에는 설정된 속도를 일정하게 유지하는 것이 비효율적이다. 따라서 그 이전에 로봇의 주행 속성을 변경할 필요가 있는데, 이러한 주행 속성의 변경도 마커에 의해 이루어진다. 마커는 도형이나 기호, 색상 등으로 다양하게 형성될 수 있는데, 간단하고 제한된 명령의 조합으로 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇을 운용하는 경우에는, 예를 들어 진행은 흑색 직선, 정지는 적색 정사각형, 감속은 황색 삼각형, 주변 스캔의 경우 녹색 원형 등 소수 도형이나 색상 조합으로 마커를 형성할 수 있다. 그런데 다음 목적지의 위치 설정, 특정 속도로 감속과 같이 특정 데이터(위치, 속도)의 입력이 필요한 경우에는 이러한 도형, 색상 등으로는 데이터의 표시가 충분치 않기 때문에 바코드나 QR 코드(Q)로 마커를 형성하는 것이 바람직하다. 이하에서는 추후 설명할 본 발명의 다른 실시형태(동적 경로 제어)와 통일을 기하기 위하여 마커가 QR 코드(Q)인 것을 기준을 설명한다.

본 발명에서 QR 코드(마커, 이하 동일)는 일상 주행을 위한 라인 추적용 QR 코드(Q_L)와 제어용 QR 코드(Q_C)로 이루어지고, 도 6과 같이 라인 추적용 QR 코드(Q_L)는 바닥에 로봇이 진행해야 하는 경로를 따라 배치되며, 제어용 QR 코드(Q_C)는 주행 속성 변경이 필요한 위치에 라인 추적용 QR 코드(Q_L)와 병렬로 배치된다.

이송부(200)는 바퀴나 무한궤도 등으로 구성되어 본체부(100)의 제어에 따라 본체부(100)를 이동시키는 구성요소이다.

마커 센서부(300)는 마커를 인식하여 본체부(100)에 전달하는 구성요소이다.

본체부(100)는 바퀴나 무한궤도 등 로봇의 이동에 필요한 운동을 생성하는 모터(110), 모터(110)를 제어하는 모터 구동 보드(120), 배터리(130), 배터리를 제어하는 전력 공급 보드(140), 라이다 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 등 감지 센서(150), 감지 센서(150)에서 센싱된 데이터를 수집하는 MCU 보드(160) 및 마커 센서부(300)로부터 마커를 전송받고 MCU 보드(160)로부터 장애물 센싱 데이터를 전송받아 이송부(200)를 제어하는 PC(170)로 구성된다. PC(170)와 모터 구동 보드(120), MCU 보드(160) 사이는 RS232 또는 CAN 통신 등의 방법으로 데이터 및 제어 명령이 송수신될 수 있다.

감지 센서(150)에는 라이다 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 등의 비접촉식 센서 외에 압력 센서나 충격량 센서와 같은 접촉식 센서가 더 포함될 수 있다. 라이다 센서 등의 비접촉식 센서가 갑작스런 동적 장애물의 동작을 감지하여 사람과 충돌하는 등의 위험을 회피하기 위한 구성이라면, 압력 센서와 같은 접촉식 센서는 사람이나 장애물과 충돌 시 더 이상의 피해를 줄이기 위한 구성이라 할 수 있다. 즉, 비접촉식 센서에 의해 감지가 실패하더라도 접촉식 센서에 압력이나 충돌을 감지되면 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇을 정지시킨 후 잠시 기다린 후 다시 주행하거나 비접촉식 센서의 해상도 및 센싱 영역을 넓힌 후 회피 알고리즘을 수행하는 등으로 충돌 이후에 대한 처리가 가능하다. 접촉식 센서는 도 3에 도시된 범퍼(210)와 같은 식으로 구현되어 충돌 센싱과 함께 충돌 시 로봇과 사람 등에 가해지는 충격을 감소시키는 것이 바람직하고, 도 3에 도시된 것처럼 이송부(200)의 외곽 전체를 커버하는 것이 더욱 바람직하다. 도 3에는 범퍼(210)가 이송부(200)에 구비되는 것으로 도시되었는데, 범퍼(210)는 본체부(100) 또는 본체부(100)와 이송부(200) 모두에 구비될 수 있다.

PC(170)는 마커 및 장애물 센싱 데이터를 이용하여 이송부(200)의 주행 방향, 주행 속도, 회전 각속도 등 주행 속성을 제어함으로써 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 이동을 제어하는데, 이러한 이동 제어는 펌웨어 또는 소프트웨어적으로 수행될 수 있다. 본 발명에서는 펌웨어와 소프트웨어를 구분하지 않고, 모듈(하드웨어적으로 구현될 수도 있고 소프트웨어적으로 구현될 수도 있으나 기술 사상면에 있어서는 동일하므로 이 역시 구분하지 않는다) 개념으로 접근하도록 한다.

도 7은 PC에서 주행 속성을 제어하는 모듈 집합체의 구성도이고, 도 8은 각 모듈에서 수행되는 주행 제어 방법의 순서도이다. 도 8은 본 발명에 따른 고정 경로 추종 방법의 흐름도이기도 하다.

본 발명에서 PC(170)는 라인 추적 모듈(171), 장애물 감지 모듈(173), 주행 속성 제어 모듈(175), 감지 센서 제어 모듈(177)로 구성되고, 로봇 자세 예측 모듈(179)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

라인 추적 모듈(171)은 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 추적하여 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇이 설정된 주행 경로(default route)를 주행할 수 있도록 하는 라인 추적 단계(S10)를 수행하는 구성요소이다. 라인 추적 모듈(171)은 특정 라인 추적용 QR 코드(Q_L)에 인접한 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 인식하고, 직전에 인식되지 아니한 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 다음 경로로 설정함으로써 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇이 이미 지나온 경로로 역진하지 않도록 할 수 있다.

장애물 감지 모듈(173)은 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 주변, 특히 로봇이 주행 예정인 경로에 장애물이 있는지를 감지하는 장애물 감지 단계(S20)를 수행하는 구성요소로서, 장애물 감지에는 감지 센서(150)에 의해 감지된 라이다 스캔 데이터 등을 이용한다. 공장 등에서는 기본적으로 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇의 운행 경로 상에 장애물이 없도록 하겠지만, 일시적으로 운행 경로 상에 물건이 적재되거나 실수로 놓이거나 사람이 운행 경로 상을 지나는 경우를 배제할 수는 없으므로 이에 대한 대비로 로봇과 충돌을 방지하기 위하여 장애물 감지 모듈(173)이 구비된다. 장애물 감지 단계(S20)는 라인 추적 모듈(171)의 매 라인 추적 단계(S10)에 병행하여 또는 복수 회의 라인 추적 단계(S10)마다 수행될 수 있다.

주행 속성 제어 모듈(175)은 마커 센서부(300)로부터 라인 추적용 QR 코드(Q_L)에 인접한 제어용 QR 코드(Q_C)의 제어 코드를 전달받아 주행 속성을 제어하는 주행 속성 제어 단계(S30)를 수행하는 구성요소이다. 주행 속성의 제어는 앞서 언급된 바와 같이 로봇의 선속도나 각속도 제어, 정지 명령 등이 있을 수 있고, 추후 설명하겠지만 감지 센서의 센싱 영역의 제어도 주행 속성 제어에 포함될 수 있다. 주행 속성 제어를 위한 제어용 QR 코드(Q_C)는 예를 들면, 로봇의 위치가 목적지(D)로 판단되는 경우나 접촉식 센서에서 충돌이 감지된 경우의 정지 명령, 로봇이 목적지(D) 인근{목적지(D)에서 소정 거리, 소정 반경, 소정 영역 등으로 정의될 수 있다}에 위치한 경우 또는 로봇의 주행 방향 전방에 급격한 방향 변경이 예정된 경우의 감속 명령, 감지 센서(150)에서 감지 영역 내 동적 장애물을 감지하였을 경우의 각속도 감속 명령, 로봇이 목적지(D) 인근에 위치한 경우의 감지 영역 제어 명령 등을 포함하도록 구성될 수 있다.

장애물 감지 모듈(173)과 연동할 때, 로봇이 목적지(D) 인근에서 감속 명령에 의해 저속 주행하는 경우에는 예외적으로 접촉식 센서에서 충돌이 감지되더라도 정지 명령을 생성하지 않도록 할 수 있다. 목적지 근처에서 이송 물품을 사용하는 장치(M) 등에 연결된 시설물을 장애물로 인식하지 않아야 하는 경우도 있기 때문이다.

감지 센서 제어 모듈(177)은 로봇이 목적지(D) 인근에 도달한 것으로 판단되는 경우, 즉 감지 영역 제어 명령을 포함하는 제어용 QR 코드(Q_C)가 마커 센서부(300)에서 감지되어 제어 코드가 전달되는 경우 감지 센서(150)의 감지 영역을 줄이는 감지 영역 제어 단계(S40)를 수행하는 구성요소이다. 본 발명에서 목적지(D) 인근에서 감지 센서(150)의 감지 영역을 줄이는 이유는 돌발적 장애물의 발생은 최대한 감지하면서 로봇이 목적지(D)에 있는 장치(M) 등은 장애물로 감지하지 않도록 하기 위한 것이다. 로봇의 입장에서는 목적지(D)에 있는 장치(M)가 장애물인지 아닌지 알 수가 없으므로 감지 센서(150)의 감지 영역을 그대로 둔다면 주행 방향 전방에 장애물이 있는 것으로 판단하여 주행 속성 제어 모듈(175)에 의해 정지 명령이 생성되고, 이 경우 로봇이 목적지(D)에 도달할 수 없게 되므로, 이러한 현상을 방지하기 위하여 본 발명에서는 감지 센서(150)가 목적지(D)에 있는 장치(M) 등을 감지 영역에서 제외하도록 한다. 참고로, 감지 센서(150)가 라이다 센서인 경우 감지 영역 제어가 용이하다.

도 9는 감지 영역 제어의 일실시예를 도시한 것으로서, 감지 센서(150)의 감지 반경을 줄이는 방법이다. 즉, 목적지(D) 인근에 감지 반경을 감소시키는 제어 명령을 포함하는 제어용 QR 코드(Q_C _.R)를 배치하고 위 코드가 인식되면 감지 센서 제어 모듈(177)이 감지 센서(150)의 감지 반경을 줄이도록 한다.

도 10은 감지 영역 제어의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 감지 센서(150)의 감지 방향각을 줄이는 방법이다. 즉, 목적지(D) 인근에 감지 방향각을 감소시키는 제어 명령을 포함하는 제어용 QR 코드(Q_C _.R)를 배치하고 위 코드가 인식되면 감지 센서 제어 모듈(177)이 감지 센서(150)의 감지 방향각을 줄이도록 한다. 도 10을 보면 알 수 있는데, 본 발명에서 감지 방향각의 감소란 장애물로 감지되지 않아야 하는 장치(M) 등을 제외하는 것이다.

도시되지는 않았으나, 사전에 목적지(D) 영역을 정의하고, 전역 지도 상에서 감지 센서(150)의 감지 영역에서 목적지(D) 영역을 제외하는 방법으로도 감지 영역 제어가 가능하다.

로봇 자세 예측 모듈(179)은 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇이 설정된 주행 경로를 이탈한 경우나 오염, 훼손, 왜곡 등으로 인해 마커 센서부(300)에서 PC(170)로 마커가 제대로 전달되지 않는 경우, 즉 라인 추적 모듈(171)이 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 인식하지 못하는 경우에 로봇의 자세를 예측하는 자세 예측 단계(S50)를 수행하는 구성요소이다. 본 발명에서 로봇의 자세란 로봇의 위치와 방향을 포함한다.

도 11은 자세 예측의 개념도로서, 로봇의 중심(C)이 라인 추적용 QR 코드(Q_L)로부터 y만큼 이탈하고, 로봇의 방향(L)이 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 방향과 θ의 각을 이루는 경우를 도시한 것이고, 도 12는 자세 예측에 의해 로봇(R)이 고정 경로(Q_L)로 복귀하는 상황을 도시한 것이다. 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇이 다시 라인 추적용 QR 코드(Q_L)로 복귀하기 위해서는 이탈거리 y와 이탈각도 θ를 추측해야 한다.

라인 추적용 QR 코드(Q_L)가 인식된 마지막 시각에 측정 또는 감지된 로봇 선속도를 v, 각속도를 ω, 로봇의 방향(L)과 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 방향 간 각도를 θ, 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 인식하지 못한 상태에서 흐른 시간을 Δt라 할 때, y와 θ의 미세변량 Δy와 Δθ는 아래 [수학식 1] 및 [수학식 2]로 추측할 수 있다.

위 수학식의 의미는 이탈각도의 미세변량 Δθ의 경우 로봇이 각속도 ω를 시간 Δt만큼 유지한다는 것이고, 이탈거리의 미세변량 Δy는 로봇이 각속도 ω로 회전함에 따라 로봇의 방향(L)이 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 방향과 이루는 각이 점점 증가하면서 멀어진다는 것이다. α는 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 방향과 이루는 각이 변화하는 것을 1개 수학식 내에서 반영하기 위하여 도입한 비례상수로서 0 이상, 1 이하의 값이고(0 ≤ α ≤ 1), Δt가 충분히 작다면 0.5로 설정하여도 자세 추측에 큰 오차는 없다.

도 13은 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 사용상태도이다. 결론부터 설명하자면 본 발명에서 출발지(S)와 목적지(D)까지의 경로가 모두 라인 추적용 QR 코드(Q_L)로 이어져야만 하는 것은 아니다. 달리 설명하자면, 도 5에 도시된 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 일부가 생략될 수 있다. 이는 본 발명에서 의도하는 효과 중 하나인 목적지(D) 주변에서 감지 센서 인식 범위를 감소시킴으로써 목적지(D)를 장애물로 인식하지 않으면서 사람 등에 대한 위협을 최소화하는 것과 관련된다{본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇이 출발지(S)와 목적지(D)를 왕복하는 경우 되돌아오는 상황에서는 목적지(D)가 출발지가 되고 출발지(S)가 목적지가 되므로 이러한 관점은 출발지(S)에 대해서도 마찬가지이다}. 즉, 본 발명의 주된 관심사 중 하나가 감지 센서 인식 범위의 감소나 로봇 감속과 같은 목적지(D) 주변에서 로봇의 작동 제어이기 때문에 그 외의 영역에서는 굳이 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 설치하고 이를 추종하도록 하지 않을 수 있는 것이다.

이를 위해 동적 경로 제어(Dynamic route control)의 출발지임을 알리고 동적 경로 제어의 목적지를 명령으로 전달하는 제어용 QR 코드(Q_C,S)를 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 종단에 설치하고, 동적 경로 제어의 목적지에 제어용 QR 코드(Q_C,S)에 포함된 목적지임을 알 수 있는 제어용 QR 코드(Q_C,T)를 설치한 후, 제어용 QR 코드(Q_C,S)와 제어용 QR 코드(Q_C,T) 사이의 이동이 동적 경로 제어에 의해 이루어지도록 할 수 있다. 그리고 이러한 라인 추적용 QR 코드(Q_L) 일부 구간에서 생략과 그 생략된 구간에서 동적 경로 제어는 본 발명에 따른 고정 경로 추종 방법의 주행 속성 제어 단계(S30)의 주행 속성 제어의 일종으로 볼 수 있다.

여기서 동적 경로 제어는 도 13에 도시된 바와 같이 제어용 QR 코드(Q_C,S)와 제어용 QR 코드(Q_C,T)가 기존의 라인 추적용 QR 코드(Q_L)를 따라 일직선 상에 있는 경우를 포함한다. 즉, 간단하게는 제어용 QR 코드(Q_C,S)에서 직진 명령을 내림으로써 제어용 QR 코드(Q_C,T) 도달하도록 할 수 있다. 하지만, 본 발명의 기술사상은 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇이 제어용 QR 코드(Q_C,S)와 제어용 QR 코드(Q_C,T)를 잇는 선상을 이동하지 않는 경우를 포함하여, 임의의 경로로 제어용 QR 코드(Q_C,S)에서 제어용 QR 코드(Q_C,T)에 이르도록 하는 경로 제어를 의미한다.

도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 고정 경로 운행 로봇 및 고정 경로 추종 방법의 다른 실시형태에 따른 감지 영역 제어의 일실시예를 도시한 것으로서, 라인 추적용 QR 코드(Q_L)의 생략은 목적지(D)와 감지 반경을 감소시키는 제어 명령을 포함하는 제어용 QR 코드(Q_C.R) 사이를 제외한 영역에서 이루어지는 것이 바람직하다.

100 본체부 110 모터
120 모터 구동 보드 130 배터리
140 전력 공급 보드 150 감지 센서
160 MCU 보드 170 PC
171 라인 추적 모듈 173 장애물 감지 모듈
175 주행 속성 제어 모듈 177 감지 센서 제어 모듈
179 로봇 자세 예측 모듈 200 이송부
210 범퍼 300 마커 센서부
S10 라인 추적 단계 S20 장애물 감지 단계
S30 주행 속성 제어 단계 S40 감지 영역 제어 단계
S50 자세 예측 단계

Claims

본체부(100);
상기 본체부(100)를 이동시키는 이송부(200) 및
상기 본체부(100)에 구비되는 마커 센서부(300)로 구성되는 로봇으로서,
상기 본체부(100)가 로봇의 이동에 필요한 운동을 생성하는 모터(110), 상기 모터(110)를 제어하는 모터 구동 보드(120), 배터리(130), 상기 배터리를 제어하는 전력 공급 보드(140), 감지 센서(150), 상기 감지 센서(150)에서 센싱된 데이터를 수집하는 MCU 보드(160) 및 상기 마커 센서부(300)로부터 마커를 전송받고 상기 MCU 보드(160)로부터 장애물 센싱 데이터를 전송받아 상기 이송부(200)를 제어하는 PC(170)로 구성되어, 상기 로봇의 진행 또는 주행 속성 변경을 위한 제어 명령을 생성하고,
상기 로봇의 진행 또는 주행 속성이 상기 로봇의 선속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정 경로 운행 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 마커가 라인 추적용 마커와 제어용 마커로 이루어지고, 상기 라인 추적용 마커가 바닥에 상기 고정 경로 운행 로봇이 진행해야 하는 경로를 따라 배치되며, 상기 제어용 마커는 주행 속성 변경이 필요한 위치에 상기 라인 추적용 마커와 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 고정 경로 운행 로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 마커가 QR 코드(Q)이고, 상기 라인 추적용 마커가 라인 추적용 QR 코드(Q_L)이며, 상기 제어용 마커가 제어용 QR 코드(Q_C)인 것을 특징으로 하는 고정 경로 운행 로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 PC(170)가 상기 라인 추적용 마커를 추적하여 상기 고정 경로 운행 로봇이 설정된 주행 경로를 주행하도록 하는 라인 추적 모듈(171);
상기 고정 경로 운행 로봇의 주변의 장애물을 감지하는 장애물 감지 모듈(173);
상기 마커 센서부(300)로부터 라인 추적용 마커에 인접한 제어용 마커의 제어 코드를 전달받아 상기 고정 경로 운행 로봇의 주행 속성을 제어하는 주행 속성 제어 모듈(175) 및
감지 영역 제어 명령을 포함하는 제어용 마커가 상기 마커 센서부(300)에서 감지되면 상기 감지 센서(150)의 감지 영역을 줄이는 감지 센서 제어 모듈(177)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고정 경로 운행 로봇.
라인 추적용 마커를 추적하여 고정 경로 운행 로봇이 설정된 주행 경로를 주행하도록 하는 라인 추적 단계(S10);
상기 로봇 주변의 장애물을 감지하는 장애물 감지 단계(S20);
제어용 마커의 제어 코드를 전달받아 상기 로봇의 주행 속성을 제어하는 주행 속성 제어 단계(S30) 및
감지 영역 제어 명령을 포함하는 제어용 마커가 감지되면 상기 장애물 감지 단계(S20)의 감지 영역을 줄이는 감지 영역 제어 단계(S40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고정 경로 추종 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 장애물 감지 단계(S20)가 상기 라인 추적 단계(S10)의 매회 또는 복수 회의 라인 추적 단계(S10)마다 수행되는 것을 특징으로 하는 고정 경로 추종 방법.