WO2021201394A1 - 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법 - Google Patents

제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법 Download PDF

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WO2021201394A1
WO2021201394A1 PCT/KR2021/000663 KR2021000663W WO2021201394A1 WO 2021201394 A1 WO2021201394 A1 WO 2021201394A1 KR 2021000663 W KR2021000663 W KR 2021000663W WO 2021201394 A1 WO2021201394 A1 WO 2021201394A1
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WO
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movement
control
control target
moving
wheel
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Application number
PCT/KR2021/000663
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English (en)
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Inventor
라충섭
배민철
성혜정
Original Assignee
주식회사 와이즈덴
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for controlling the movement and direction change of a control target, allowing the control target to travel along a movement path set using a terminal device such as a smartphone, and using a plurality of sensors built into the terminal device.
  • a control device for controlling movement and direction change of a control object capable of automatically controlling collision avoidance with obstacles and direction change during movement using sensed information, and a control method for controlling movement and direction change of a control object will be.
  • Robots and toys have various functions with the development of science and technology, so it has become possible to autonomously move according to a user's setting.
  • these functions are not only complicated, but also require considerable skill to implement, so they have a disadvantage in that they are expensive to purchase.
  • it is specialized for a specific toy or a specific robot considerable technical modification is required to apply it to other robots or toys.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to use a smart device in which a control method for controlling the movement and direction change of a control object can be loaded with an application programmed, and a GPS receiver and a sensor for performing various functions are embedded.
  • a control device that controls the movement and direction change of the control object and the movement and direction of the control object that can set the possible movement path of the control object and allow the control object in motion to avoid obstacles on the movement path according to the set movement path
  • An object of the present invention is to provide a control method for controlling the transition.
  • a control device for controlling movement and direction change of a control target according to the present invention for achieving the above technical problem is mounted on the cradle of the control target having a cradle, a second connection means, a motor control unit, a motor and wheels, and the By controlling the motor control unit in connection with the second connection means to adjust the rotation speed of the motor or to adjust the direction of the wheel, it includes a first connection means, an input/output device, a sensor unit, and a processor.
  • the first connection means is electrically connected to the second connection means to transmit and receive information.
  • the input/output device displays an image (movement expected region image) of a region (movement expected region) to which the control target moves, captured by a built-in camera, and sets a movement path for the control target to move by using the expected movement region image become a means to
  • the sensor unit includes at least one of a gyro sensor and an acceleration sensor.
  • the processor controls the motor control unit through the first connection means, so that the control object moves along the movement path on the one hand, and on the other hand, using the sensor information sensed by the plurality of sensors, the A collision between the control target and the obstacle is prevented by detecting and detouring an obstacle located in front of the control target that is moving along the moving path, or by detecting and bypassing the inclination on the moving path to prevent the control target from overturning.
  • the control method for controlling the movement and direction change of the control object according to the present invention for achieving the above other technical problem is using a control device (hereinafter referred to as the control device) for controlling the movement and direction change of the control object according to claim 1
  • a control device for controlling the movement and direction change of the control object according to claim 1
  • a movement path setting step a movement path is set within the expected movement area by using an image (hereinafter referred to as an expected movement area image) of the area to which the control target will move (movement expected area).
  • the image of the expected movement area is divided into a plurality of cells, the movement path is divided into a straight section and a curved section, and the control object is placed in one of the movement expected areas, Create a program to be used for movement (autonomous movement program).
  • autonomous movement program the movement of the control object is started, the movement of the control object is controlled while the rotation of the wheel and the angle of the wheel are adjusted according to the autonomous movement program, and the gyro sensor or the acceleration sensor is sensed.
  • a collision or overturn of the control target is predicted using the value, and when a collision or overturn is expected, the control object moves while adjusting the rotational speed of the wheel and the angle of the wheel.
  • control apparatus for controlling the movement and direction change of a control object and the control method for controlling the movement and direction change of the control object according to the present invention relate to an apparatus for controlling the movement and direction change of the control object. , allowing the control target to travel along a movement path set using a terminal device such as a smartphone, and avoiding collision with obstacles and changing direction during movement using information detected by a plurality of sensors built into the terminal device It has the advantage of being able to automatically control it.
  • 1 is an embodiment of a control device for controlling movement and direction change of a control target according to the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a control method for controlling movement and direction change of a control target according to the present invention.
  • FIG. 3 describes detailed steps of the movement path setting step shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 explains the detailed steps of the pre-operation step before moving shown in FIG. 2 .
  • FIG. 5 describes detailed steps of the autonomous movement step shown in FIG. 2 .
  • 1 is an embodiment of a control device for controlling movement and direction change of a control target according to the present invention.
  • the control device 100 for controlling the movement and direction change of a control target includes an input/output device 110 , a camera 120 , a gyro sensor 130 , an acceleration sensor 140 , a processor 150 and It includes a first connecting means (160).
  • the configuration of the control target 10 is also shown.
  • the control target 10 includes a cradle 11 , a motor 12 , a wheel 13 , a motor control unit 14 and and a second connecting means (15).
  • the control device 100 is installed on the cradle 11 of the control target 10 , and in this case, the first connection means 160 is electrically connected to the second connection means 15 to transmit and receive information.
  • the input/output device 110 displays an image (an image of the expected movement area) of the area to which the control target 10 will move (moving expected area) captured by the built-in camera 120, and the control target is selected using the moving area image. It becomes a means of setting the movement path to be moved.
  • An example of the input/output device 110 is a touch panel display of a smartphone, and the user sets a movement route by drawing a closed circuit in the movement expected area while watching the image of the movement expected area reproduced on the touch panel display, or the user selects at least three When different points are touched, the processor 150 to be described later may set each side of a triangle connecting them as a movement path.
  • the sensing information measured by the gyro sensor 130 and the acceleration sensor 140 allows to determine the moving speed of the control target 10 or the degree of inclination of the control target 10 . Since the control device 100 is seated on the cradle 11 of the control target 10 , the sensing information measured by the gyro sensor 130 and the acceleration sensor 140 ultimately determines the speed and the degree of inclination of the control target 10 . There is nothing wrong with being used to figure it out.
  • the processor 150 controls the motor control unit 14 of the control target 10 through the first connection means 160 , on the one hand, so that the control target 10 moves along a movement path, and on the other hand, the control target 10 moves along the movement path.
  • the sensor information detected by the plurality of sensors 130 and 140 to detect and bypass an obstacle located in front of the control target 10 that is moving along the movement path to prevent collision between the control target 10 and the obstacle, or It performs a function of preventing the overturning of the control target 10 by detecting the inclination on the movement path and bypassing it.
  • the gyro sensor 130 and the acceleration sensor 140 are installed in the control device 100 in the above description, an embodiment in which the gyro sensor 130 and the acceleration sensor 140 are installed in the control target 10 is also possible.
  • FIG. 2 illustrates a control method for controlling movement and direction change of a control target according to the present invention.
  • the control method 200 for controlling the movement and direction change of a control target performs a movement path setting step 210 , a pre-movement step 220 , and an autonomous movement step 130 .
  • a movement route is set within the expected movement area by using an image (hereinafter, an expected movement area image) captured by the area (predicted movement area) to be moved by the control target 10 .
  • the image of the moving area is divided into a plurality of cells, the moving path is divided into a straight section and a curved section, the control target 10 is placed in one of the moving areas, and the control target ( 10) Create a program (autonomous movement program) to be used for movement.
  • the movement of the control object 10 is started, and the movement of the control object 10 is controlled while adjusting the rotation speed of the wheel 13 and the angle of the wheel 13 according to the autonomous movement program.
  • the sensing value of the gyro sensor 130 or the acceleration sensor 140 to predict the collision and overturn of the control target 10, and when the collision and overturn are expected, the number of rotations of the wheel 13 and the wheel 13 While adjusting the angle of the control object 10 to move along the movement path.
  • FIG. 3 describes detailed steps of the movement path setting step shown in FIG. 2 .
  • the measuring means arrangement step 211 the photographing step 212 , and the moving path determining step 213 are performed.
  • a 30 cm ruler or an object of known length or area (hereinafter, relative length measurement means) is installed in the expected movement area in the movement expected area. Since the means for measuring the relative length is also displayed on the moving area image, the area of the moving area image can be estimated, and the cell size can be adjusted in the cell division operation performed in the pre-operation step 220 before moving, The entire length of the movement path can be estimated, and the movement distance of the control object 10 can be inferred by using the number of rotations of the wheels of the control object 10 . How far one rotation of the wheel of the control target 10 travels can be solved by checking in advance through an experiment and storing it in the processor 150 .
  • an image of the expected movement area is generated by photographing the movement area in which the means for measuring the relative length is installed. It is also possible to use the camera 120 installed in the control device 100, but it is also possible to take a picture with a separate camera (not shown). An image captured by a separate camera may be transmitted to the control device 100 and used.
  • the movement path is set immediately by the user inputting the movement path using the movement expected area image displayed on the input/output device 110 , or the information input by the processor 150 is processed and moved. You can set the path. For example, when a user draws a closed circuit as a movement path on the input/output device 110, for example, a touch panel display with a finger, the closed circuit becomes a movement path. Of course, it doesn't matter if it's not a closed circuit. If the user designates at least three points with each other on the touch panel display, the processor 150 connects the three points to generate a triangle, and the three sides of the generated triangle serve as a movement path. As the number of designated points increases, the movement path will become more specific.
  • the measuring means arrangement step 211 is not essential but optional, the idea of the present invention can be carried out, but the photographing step 212 and the moving path determining step 213 will have to be performed essentially . If it is desired to autonomously move the control object 10 in a wide playground without any special obstacles, only the scale of the movement of the control object 10 is generated even if an image of the expected movement area is generated without performing the measuring means arrangement step 211 . If it can be adjusted, it will not significantly affect the movement of the control object 10 .
  • FIG. 4 explains the detailed steps of the pre-operation step before moving shown in FIG. 2 .
  • the pre-operation step 220 before moving performs a cell division step 221 , a section division step 222 , a control target arrangement step 223 , and an autonomous movement program generation step 234 .
  • the image of the expected movement area is divided into a plurality of cells.
  • Various effects can be obtained by dividing the image of the moving area into a plurality of cells and recognizing it in a matrix form.
  • a means for measuring the relative length is arranged in the image to generate an image of the expected movement area. Assuming that the means for measuring the relative length displayed in the image of the moving area grows by 30 cm, the length of one side of the square cell is the same as the length of the means for measuring the relative length of 30 cm, and the image of the moving area is 10 ⁇ 18 cells. If there is, the processor 150 may calculate the area of the expected movement area.
  • the movement path will pass through some of the 10 ⁇ 18 cells, and it is not difficult for the processor 150 to calculate the length or direction of the movement path passing through any one cell. If you know the size of the cell, you can calculate the total length of the movement path by mixing it with the movement path.
  • the processor 150 divides the set movement path into a straight section and a curved section.
  • the length of the divided straight section and the curved section can be known by interworking with the cell as described above, and in particular, the bending angle (curvature) of the curved section can also be calculated by the processor 150 .
  • the user arranges the control target 10 in any of the moving expected areas. It would be nice to place it on the movement path if possible, but in reality, no one knows where it will be placed in the expected movement area. However, when the image of the moving area is captured by the control device 100 according to the present invention, if the position of the camera 120 is not changed, the location where the control target 10 is placed on the input/output device 110 Since it can be confirmed with the naked eye, the user will be able to place the control target 10 on the set movement path, and if this point is set as the starting point of movement and the direction of movement is specified, the processor 150 controls the control object 10 ) can be accurately recognized, and the direction of movement is also known, so that an error will not occur when moving the control object 10 on the movement path thereafter.
  • the control target 10 is placed using the position of the control target 10 , the length of the cell, the length of the straight section, the length and curvature of the curved section, and the length at the time of one rotation of the wheel. (10) Generates an autonomous movement program including the rotation speed of the wheel and the angle control information of the wheel according to each time when moving the movement path.
  • the moving route setting step 210 shown in FIG. 3 and the pre-moving pre-work step 220 shown in FIG. 4 will be performed by the user inputting specific information according to a menu provided by the processor 150 .
  • the autonomous movement step 230 described below will be performed only by the processor 150 .
  • FIG. 5 describes detailed steps of the autonomous movement step shown in FIG. 2 .
  • the autonomous movement step 230 includes a movement start step 231 , an information collection step 232 during movement, an obstacle presence determination step 233 , a rollover possibility determination step 234 , and a correction step of wheel control (235).
  • the movement of the control target 10 is started according to the autonomous movement program.
  • the processor 150 grasps the position of the control target 10 and the direction is determined, when the processor 150 activates the autonomous movement program, the motor 12 rotates according to the autonomous movement program. And, the wheel 13 will rotate or adjust the direction to a certain angle.
  • the moving information collection step 232 the number of revolutions of the wheel 13 of the moving control object 10 , the angle of the wheel 13 , and the sensing value of the gyro sensor 130 or the acceleration sensor 140 are collected and the processor forward to (150). If the sensing value of the gyro sensor 130 or the acceleration sensor 140 is used, it can be checked whether the control target 10 is moving or inclined.
  • the processor 150 may determine whether the control target 10 is stopped while moving because of the obstacle by using the sensing value of the gyro sensor 130 or the acceleration sensor 140 . Even when the control target 10 is blocked by an obstacle, the motor 12 may continue to rotate and the wheel 13 will also continue to rotate, so only whether the motor 12 and the wheel 13 rotate is the control target It is not possible to check whether (10) is standing still.
  • the processor 150 determines that the control target 10 is operating in a tilted state at a certain angle rather than moving while maintaining a horizontal gyro sensor 130 or acceleration sensor 140 . of the sensed value can be used.
  • the control object 10 is inclined at a certain angle It is performed when it is determined that there is a possibility of overturning if the vehicle continues to move further, and it is possible to bypass the obstacle or avoid the possibility of overturning by adjusting at least one of the rotation speed of the wheel 13 and the angle of the wheel 13 let it be

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Abstract

본 발명은 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법이 프로그램된 애플리케이션을 탑재할 수 있고 GPS 수신기와 다양한 기능을 수행하는 센서가 내장된 스마트 기기를 이용하여, 이동 가능한 제어대상의 이동경로를 설정할 수 있고, 설정된 이동경로에 따라 이동 중인 제어대상이 이동경로 상의 장애물을 피해갈 수 있도록 하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법을 제안한다.

Description

제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법
본 발명은 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 장치에 관한 것으로, 스마트폰과 같은 단말장치를 이용하여 설정한 이동 경로를 따라 제어대상이 주행하도록 하고, 상기 단말장치에 내장한 복수의 센서에서 감지한 정보를 이용하여 이동 중 장애물과의 충돌 회피 및 방향 전환을 자동으로 제어할 수 있는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법에 관한 것이다.
로봇이나 장난감은 과학기술의 발달과 함께 그 기능도 다양하며, 따라서 사용자가 설정하는 대로 자율 이동할 수 있도록 하는 것이 가능하게 되었다. 그러나 이러한 기능은 복잡할 뿐만 아니라 구현하는데 상당한 기술이 필요하기 때문에 구입 비용도 상당하다는 단점이 있다. 또한, 특정 장난감 또는 특정 로봇에 특화된 경우 다른 로봇이나 장난감에 적용하기 위해서는 상당한 기술의 수정이 필요하다.
한편, 대한민국 공개특허 10-2017-0038461호(2017.04.07. 공개)에 따르면, 기능의 제한의 거의 없으며 애플리케이션 프로그램을 통해 상당 부분 기능을 변경하거나 확장할 수 있는 스마트폰, 태블릿 PC 및 스마트 TV와 같은 스마트 기기는 고성능 프로세서뿐 아니라 GPS 수신기를 포함하여 다양한 기능을 수행하는 센서가 내장되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법이 프로그램된 애플리케이션을 탑재할 수 있고 GPS 수신기와 다양한 기능을 수행하는 센서가 내장된 스마트 기기를 이용하여, 이동 가능한 제어대상의 이동경로를 설정할 수 있고, 설정된 이동경로에 따라 이동 중인 제어대상이 이동경로 상의 장애물을 피해갈 수 있도록 하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치는 거치대, 제2연결수단, 모터 제어부, 모터 및 바퀴를 구비하는 제어대상의 상기 거치대에 거치되며, 상기 제2연결수단과 연결하여 상기 모터 제어부를 제어함으로써 상기 모터의 회전수를 조절하거나 상기 바퀴의 방향을 조절하는 것으로, 제1연결수단, 입출력 장치, 센서부 및 프로세서를 구비한다. 상기 제1연결수단은 상기 제2연결수단과 전기적으로 연결되어 정보를 송수신한다. 상기 입출력 장치는 내장한 카메라에서 촬영한 상기 제어대상이 이동할 지역(이동예상지역)의 영상(이동예상지역 영상)을 디스플레이하고, 상기 이동예상지역 영상을 이용하여 상기 제어대상이 이동할 이동경로를 설정하는 수단이 된다. 상기 센서부는 자이로 센서 및 가속도 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 프로세서는 상기 제1연결수단을 통해 상기 모터 제어부를 제어함으로써, 한편으로는 상기 제어대상이 상기 이동경로를 따라 이동하도록 하며, 다른 한편으로는 상기 복수의 센서에서 감지된 센서정보를 이용하여 상기 이동경로를 이동중인 상기 제어대상의 전면에 위치하는 장애물을 감지하고 우회하도록 하여 상기 제어대상과 장애물의 충돌을 방지거나 상기 이동경로 상의 경사를 감지하고 우회하도록 하여 상기 제어대상의 전복을 예방한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법은 제1항에 기재된 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치(이하 제어장치)를 이용하여 상기 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 방법으로, 이동경로 설정단계, 이동 전 사전작업 단계 및 자율이동 단계를 수행한다. 상기 이동경로 설정단계에서는 상기 제어대상이 이동할 지역(이동예상지역)을 촬영한 영상(이하 이동예상지역 영상)을 이용하여 이동예상지역 내에서 이동경로를 설정한다. 상기 이동 전 사전작업 단계에서는 상기 이동예상지역 영상을 복수의 셀로 분할하고, 상기 이동경로를 직선구간 및 곡선구간으로 구분하며, 상기 제어대상을 상기 이동예상지역 중 한 곳에 배치하며, 상기 제어대상의 이동에 사용될 프로그램(자율이동 프로그램)을 생성한다. 상기 자율이동 단계에서는 상기 제어대상의 이동을 개시하고, 상기 자율이동 프로그램에 따라 상기 바퀴의 회전 및 상기 바퀴의 각도를 조절하면서 상기 제어대상의 이동을 제어하며, 상기 자이로 센서 또는 상기 가속도 센서의 센싱 값을 이용하여 상기 제어대상의 충돌 및 전복을 예상하고, 충돌 및 전복이 예상되는 때에는 상기 바퀴의 회전수 및 상기 바퀴의 각도를 조정하면서 이동한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치 및 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법은, 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 장치에 관한 것으로, 스마트폰과 같은 단말장치를 이용하여 설정한 이동 경로를 따라 제어대상이 주행하도록 하고, 상기 단말장치에 내장한 복수의 센서에서 감지한 정보를 이용하여 이동 중 장애물과의 충돌 회피 및 방향 전환을 자동으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치의 일 실시 예이다.
도 2는 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법을 설명한다.
도 3은 도 2에 도시한 이동경로 설정단계의 세부 단계를 설명한다.
도 4는 도 2에 도시된 이동 전 사전작업단계의 세부 단계를 설명한다.
도 5는 도 2에 도시된 자율이동단계의 세부 단계를 설명한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치의 일 실시 예이다.
도 1을 참조하면, 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치(100)는 입출력장치(110), 카메라(120), 자이로센서(130), 가속도센서(140), 프로세서(150) 및 제1연결수단(160)을 포함한다.
설명의 편의를 위하여, 제어대상(10)의 구성도 도시하였는데, 도 1을 참조하면, 제어대상(10)은 거치대(11), 모터(12), 바퀴(13), 모터 제어부(14) 및 제2연결수단(15)을 포함한다.
제어장치(100)는 제어대상(10)의 거치대(11)에 설치되며, 이때 제1연결수단(160)은 제2연결수단(15)과 전기적으로 연결되어 정보를 송수신한다.
입출력장치(110)는 내장한 카메라(120)에서 촬영한 제어대상(10)이 이동할 지역(이동예상지역)의 영상(이동예상지역 영상)을 디스플레이하고, 이동예상지역 영상을 이용하여 제어대상이 이동할 이동경로를 설정하는 수단이 된다. 입출력장치(110)의 예로는 스마트폰의 터치패널 디스플레이가 있으며, 사용자는 터치패널 디스플레이에서 재생되는 이동예상지역 영상을 보면서 이동예상지역 내에서 폐회로를 그려 이동경로를 설정하거나, 사용자가 적어도 3개의 서로 다른 지점을 터치하면 후술하는 프로세서(150)가 이들을 연결하는 삼각형의 각 면을 이동경로로 설정할 수 있다.
자이로 센서(130) 및 가속도 센서(140)에서 측정한 센싱 정보는 제어대상(10)의 이동 속도나 제어대상(10)의 기울어진 정도를 파악할 수 있게 해 준다. 제어장치(100)가 제어대상(10)의 거치대(11)에 안착되므로, 자이로 센서(130) 및 가속도 센서(140)에서 측정한 센싱 정보는 결국 제어대상(10)의 속도 및 기울어짐 정도를 파악하는데 사용되는 것에 문제가 없다.
프로세서(150)는 제1연결수단(160)을 통해 제어대상(10)의 모터 제어부(14)를 제어함으로써, 한편으로는 제어대상(10)이 이동경로를 따라 이동하도록 하며, 다른 한편으로는 복수의 센서(130, 140)에서 감지된 센서정보를 이용하여 이동경로를 이동중인 제어대상(10)의 전면에 위치하는 장애물을 감지하고 우회하도록 하여 제어대상(10)과 장애물의 충돌을 방지거나 이동경로 상의 경사를 감지하고 우회하도록 하여 제어대상(10)의 전복을 예방하는 기능을 수행한다.
상기의 설명에서 자이로 센서(130) 및 가속도 센서(140)가 제어장치(100)에 설치되어 있는 것을 기재하였지만, 제어대상(10)에 설치하는 실시 예도 가능하다.
이하에서는 도 1에 도시된 제어장치(100)를 이용하여 제어대상(10)이 이동경로를 따라 자율주행하는 방법 즉 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법을 설명한다.
도 2를 참조하면, 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법(200)은 이동경로 설정단계(210), 이동 전 사전작업 단계(220) 및 자율이동단계(130)를 수행한다.
이동경로 설정단계(210)에서는 제어대상(10)이 이동할 지역(이동예상지역)을 촬영한 영상(이하 이동예상지역 영상)을 이용하여 이동예상지역 내에서 이동경로를 설정한다.
이동 전 사전작업 단계(220)에서는 이동예상지역 영상을 복수의 셀로 분할하고, 이동경로를 직선구간 및 곡선구간으로 구분하며, 제어대상(10)을 이동예상지역 중 한 곳에 배치하며, 제어대상(10)의 이동에 사용될 프로그램(자율이동 프로그램)을 생성한다.
자율이동단계(130)에서는 제어대상(10)의 이동을 개시하고, 자율이동 프로그램에 따라 바퀴(13)의 회전수 및 바퀴(13)의 각도를 조절하면서 제어대상(10)의 이동을 제어하며, 자이로 센서(130) 또는 가속도 센서(140)의 센싱 값을 이용하여 제어대상(10)의 충돌 및 전복을 예상하고, 충돌 및 전복이 예상되는 때에는 바퀴(13)의 회전수 및 바퀴(13)의 각도를 조정하면서 제어대상(10)이 이동경로를 따라 이동하도록 한다.
이하에서는 도 2에 도시된 방법을 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2에 도시한 이동경로 설정단계의 세부 단계를 설명한다.
도 3을 참조하면, 이동경로 설정단계(210)에서는 측정수단 배치단계(211), 촬영단계(212) 및 이동경로 결정단계(213)를 수행한다.
측정수단 배치단계(211)에서는 이동예상지역 내에 예를 들면 30㎝자(ruler) 또는 길이 또는 면적을 알고 있는 물체(이하 상대길이 측정용 수단)를 이동예상지역 내에 설치한다. 상대길이 측정용 수단이 이동예상지역 영상에도 표시되게 되므로, 이동예상지역 영상의 면적을 예상할 수 있으며, 이동 전 사전작업 단계(220)에서 수행하는 셀 분할 작업에서 셀의 크기를 조절할 수 있고, 이동경로의 전체 길이를 예상할 수 있으며, 제어대상(10)의 바퀴의 회전수를 이용하여 제어대상(10)의 이동거리를 유추할 수 있게 할 것이다. 제어대상(10)의 바퀴 1회전이 어느 정도의 거리를 진행하는가 하는 것은 사전에 실험을 통해 확인하고 이를 프로세서(150)에 저장하는 방식으로 해결할 수 있다.
촬영단계(212)에서는 상대길이 측정용 수단이 설치된 이동예상지역을 촬영하여 이동예상지역 영상을 생성한다. 촬영은 제어장치(100)에 설치된 카메라(120)를 이용하는 것도 가능하지만, 별도의 카메라(미도시)에서 촬영하는 것도 가능하다. 별도의 카메라에서 촬영한 영상은 제어장치(100)에 전달하여 사용할 수 있을 것이다.
이동경로 결정단계(213)에서는 입출력장치(110)에 디스플레이되는 이동예상지역 영상을 이용하여 사용자가 이동경로를 입력함으로써 바로 이동경로가 설정되도록 하거나, 프로세서(150)가 입력한 정보를 가공하여 이동경로를 설정하도록 할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 입출력장치(110), 예를 들면, 터치패널 디스플레이에 손가락으로 이동경로로 폐회로를 그리면 해당 폐회로가 이동경로가 되도록 하는 것이다. 물론 폐회로가 아니라도 상관없다. 사용자가 터치패널 디스플레이에 적어도 3개의 서로 지점을 지정한다면, 프로세서(150)가 3개의 지점을 연결하여 삼각형을 생성하고, 생성된 삼각형의 3개의 면이 이동경로가 되도록 하는 것이다. 지정하는 점의 개수가 늘어나면 늘어갈 수록 이동경로가 보다 구체적이 될 것이다.
상기의 설명에서, 측정수단 배치단계(211)는 필수적이 아니라 선택적으로 수행하더라도 본 발명의 아이디어를 수행할 수 있지만, 촬영단계(212) 및 이동경로 결정단계(213)는 필수적으로 수행해야 할 것이다. 만약, 특별한 장애물이 없는 넓은 운동장에서 제어대상(10)을 자율적으로 이동시키고자 할 때에는 측정수단 배치단계(211)를 수행함이 없이 이동예상지역 영상을 생성하더라고 제어대상(10)의 이동의 스케일만 조정할 수 있다면 제어대상(10)의 이동에 크게 영향을 주지 않을 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 이동 전 사전작업단계의 세부 단계를 설명한다.
도 4를 참조하면, 이동 전 사전작업단계(220)는 셀 분할 단계(221), 구간 구분단계(222), 제어대상 배치단계(223), 및 자율이동 프로그램 생성단계(234)를 수행한다.
셀 분할 단계(221)에서는 이동예상지역 영상을 복수의 셀로 분할한다. 이동예상지역 영상을 복수의 셀로 분할하여 매트릭스 형태로 인식하고 있음으로써 다양한 효과를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 이동예상지역의 영상만으로는 이동예상지역의 크기를 알 수 없기 때문에 영상에 상대길이 측정용 수단을 배치하여 이동예상지역 영상을 생성하였다. 이동예상지역 영상에 표시된 상대길이 측정용 수단이 30㎝ 자라고 가정할 때, 정사각형의 셀의 한 면의 길이가 상대길이 측정용 수단의 길이와 같은 30㎝이고 이동예상지역 영상이 10×18개의 셀이 있다면, 프로세서(150)는 이동예상지역의 넓이를 계산할 수 있다. 이동경로는 10×18개의 셀 중 일부의 셀을 통과하게 될 것이며, 임의의 한 셀을 통과하는 이동경로의 길이나 방향을 프로세서(150)가 계산하는 것이 어려운 일이 아니다. 셀의 크기를 알게 되면 이동경로와 혼합하여 계산하면 이동경로의 총 길이를 계산할 수 있을 것이다.
구간 구분단계(222)에서 프로세서(150)는 설정된 이동경로를 직선구간 및 곡선구간으로 구분한다. 구분된 직선구간 및 곡선구간은 상술한 바와 같이 셀과 연동하여 그 길이를 알 수 있고, 특히 곡선구간의 휘어지는 각도(곡률)도 프로세서(150)가 연산할 수 있다.
제어대상 배치단계(223)에서는 사용자가 제어대상(10)을 이동예상지역 중 어느 곳에 배치한다. 가능하면 이동경로 상에 놓으면 좋겠지만, 실제로는 이동예상지역 중 어느 곳에 놓을지는 아무도 알 수 없다. 다만, 이동예상지역 영상을 본 발명에 따른 제어장치(100)에서 촬영한 경우, 카메라(120)의 위치를 변경하고 있지 않은 경우라면, 입출력장치(110)에 제어대상(10)이 놓이는 곳을 눈으로 확인할 수 있으므로, 사용자가 제어대상(10)을 설정한 이동경로 중에 놓을 수 있을 것이고, 이 지점을 이동의 개시 지점으로 설정하고 이동 방향을 지정하여 준다면, 프로세서(150)가 제어대상(10)의 위치를 정확하게 인식할 수 있고, 이동방향도 알게 되므로, 이후 제어대상(10)을 이동경로 상에서 이동시킬 때 오류가 발생하지 않게 될 것이다.
자율이동 프로그램 생성단계(234)에서는 제어대상(10)이 배치된 곳의 위치, 셀의 길이, 직선구간의 길이, 곡선구간의 길이와 곡률 및 바퀴의 1회전 시의 길이를 이용하여, 제어대상(10)이 이동경로를 이동할 때의 각 시간에 따른 바퀴의 회전수 및 바퀴의 각도 제어정보를 포함하는 자율이동 프로그램을 생성한다.
도 3에 도시된 이동경로 설정단계(210) 및 도 4에 도시된 이동 전 사전작업단계(220)는 프로세서(150)가 제공하는 메뉴에 따라 사용자가 특정 정보를 입력함으로써 수행하게 될 것이다. 그러나 이하에 설명하는 자율이동단계(230)는 프로세서(150)에서만 수행하게 될 것이다.
도 5는 도 2에 도시된 자율이동단계의 세부 단계를 설명한다.
도 5를 참조하면, 자율이동단계(230)는 이동개시단계(231), 이동 중 정보 수집단계(232), 장애물존재 판단단계(233), 전복 가능성 판단단계(234) 및 바퀴제어의 수정단계(235)를 수행한다.
이동개시단계(231)에서는 자율이동프로그램에 따라 제어대상(10)의 이동이 이동을 시작하도록 한다. 상술한 바와 같이, 프로세서(150)는 제어대상(10)의 위치를 파악하고 있고 진행방향이 결정되어 있으므로, 프로세서(150)가 자율이동프로그램을 활성화하면 자율이동프로그램에 따라 모터(12)가 회전하고, 바퀴(13)가 회전하거나 방향을 일정한 각도 조정하게 될 것이다.
이동 중 정보 수집단계(232)에서는 이동 중인 제어대상(10)의 바퀴(13)의 회전수, 바퀴(13)의 각도, 자이로 센서(130) 또는 가속도 센서(140)의 센싱 값을 수집하여 프로세서(150)에 전달한다. 자이로 센서(130) 또는 가속도 센서(140)의 센싱 값을 이용하면, 제어대상(10)이 이동중인지 그리고 기울어져 있는지를 확인할 수 있다.
장애물존재 판단단계(233)에서 프로세서(150)는, 자이로 센서(130) 또는 가속도 센서(140)의 센싱 값을 이용하여, 제어대상(10)이 장애물 때문에 이동 중 멈추어 서 있는가를 판단할 수 있다. 장애물에 막혀 제어대상(10)이 멈추어 선 때에도, 모터(12)는 계속 회전할 수 있을 것이고 바퀴(13)도 계속회전하고 있을 것이므로, 모터(12) 및 바퀴(13)의 회전 여부만으로는 제어대상(10)이 멈추어 서있는가를 확인할 수 없다.
전복 가능성 판단단계(234)에서 프로세서(150)는, 제어대상(10)이 수평을 유지하면서 이동하는 것이 아니라 일정한 각도 기울어진 상태로 운행하고 있다고 판단하는데 자이로 센서(130) 또는 가속도 센서(140)의 센싱 값을 활용할 수 있다.
바퀴제어의 수정단계(235)는, 장애물존재 판단단계(233)에서 제어대상(10)이 장애물 때문에 멈추어 서 있다고 판단한 때 및 전복 가능성 판단단계(234)에서 제어대상(10)이 일정한 각도로 기울어져 운행하고 있어 계속 더 진행한다면 전복의 가능성이 있다고 판단한 때에 수행하는 것으로, 바퀴(13)의 회전수 및 바퀴(13)의 각도 중 적어도 하나를 조절하여 장애물을 우회하도록 하거나 전복가능성을 회피할 수 있도록 한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
스마트폰과 같은 단말장치를 이용하여 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 장치에 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 거치대, 제2연결수단, 모터 제어부, 모터 및 바퀴를 구비하는 제어대상의 상기 거치대에 거치되며, 상기 제2연결수단과 연결하여 상기 모터 제어부를 제어함으로써 상기 모터의 회전수를 조절하거나 상기 바퀴의 방향을 조절하는 것으로,
    상기 제2연결수단과 전기적으로 연결되어 정보를 송수신하는 제1연결수단;
    내장한 카메라에서 촬영한 상기 제어대상이 이동할 지역(이동예상지역)의 영상(이동예상지역 영상)을 디스플레이하고, 상기 이동예상지역 영상을 이용하여 상기 제어대상이 이동할 이동경로를 설정하는 수단이 되는 입출력 장치;
    자이로 센서 및 가속도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서부; 및
    상기 제1연결수단을 통해 상기 모터 제어부를 제어함으로써, 한편으로는 상기 제어대상이 상기 이동경로를 따라 이동하도록 하며, 다른 한편으로는 상기 복수의 센서에서 감지된 센서정보를 이용하여 상기 이동경로를 이동중인 상기 제어대상의 전면에 위치하는 장애물을 감지하고 우회하도록 하여 상기 제어대상과 장애물의 충돌을 방지거나 상기 이동경로 상의 경사를 감지하고 우회하도록 하여 상기 제어대상의 전복을 예방하는 프로세서; 를
    구비하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치.
  2. 제1항에 기재된 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어장치(이하 제어장치)를 이용하여 상기 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 방법으로,
    상기 제어대상이 이동할 지역(이동예상지역)을 촬영한 영상(이하 이동예상지역 영상)을 이용하여 이동예상지역 내에서 이동경로를 설정하는 이동경로 설정단계;
    상기 이동예상지역 영상을 복수의 셀로 분할하고, 상기 이동경로를 직선구간 및 곡선구간으로 구분하며, 상기 제어대상을 상기 이동예상지역 중 한 곳에 배치하며, 상기 제어대상의 이동에 사용될 프로그램(자율이동 프로그램)을 생성하는 이동 전 사전작업 단계; 및
    상기 제어대상의 이동을 개시하고, 상기 자율이동 프로그램에 따라 상기 바퀴의 회전 및 상기 바퀴의 각도를 조절하면서 상기 제어대상의 이동을 제어하며, 상기 자이로 센서 또는 상기 가속도 센서의 센싱 값을 이용하여 상기 제어대상의 충돌 및 전복을 예상하고, 충돌 및 전복이 예상되는 때에는 상기 바퀴의 회전수 및 상기 바퀴의 각도를 조정하면서 이동하는 자율이동 단계; 를
    수행하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법.
  3. 제2항에서, 상기 이동경로 설정단계는,
    상기 이동예상지역 내에 상대길이 측정용 수단을 배치하는 측정수단 배치단계;
    상기 상대길이 측정용 수단이 설치된 상기 이동예상지역을 촬영하여 상기 이동예상지역 영상을 생성하는 촬영단계; 및
    상기 입출력장치에 디스플레이되는 상기 이동예상지역 영상을 이용하여 상기 이동경로를 설정하는 이동경로 결정단계; 중
    적어도 하나를 수행하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법.
  4. 제3항에서, 상기 이동 전 사전작업 단계는,
    상기 이동예상지역 영상을 복수의 셀로 분할하는 셀 분할 단계;
    상기 이동경로를 직선구간 및 곡선구간으로 구분하는 구간 구분단계;
    상기 제어대상을 상기 이동예상지역 중 한 곳에 배치하는 제어대상 배치단계; 및
    상기 제어대상이 배치된 곳의 위치, 상기 셀의 길이, 상기 직선구간의 길이, 상기 곡선구간의 길이와 곡률 및 바퀴의 1회전 시의 길이를 이용하여, 상기 제어대상이 상기 이동경로를 이동할 때의 각 시간에 따른 상기 바퀴의 회전수 및 상기 바퀴의 각도 제어정보를 포함하는 상기 자율이동 프로그램을 생성하는 자율이동 프로그램 생성 단계; 중
    적어도 하나를 수행하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법.
  5. 제2항에서, 상기 자율이동 단계는,
    상기 자율이동프로그램에 따라 상기 제어대상의 이동을 시작하는 이동 개시단계;
    이동 중인 상기 제어대상의 바퀴의 회전수, 바퀴의 각도, 상기 자이로 센서 또는 상기 가속도 센서의 센싱 값을 수집하는 이동 중 정보 수집 단계;
    상기 이동 중 정보 수집단계에서 수집한 정보를 이용하여 이동경로 상에 장애물이 있는지를 판단하는 장애물 존재 판단단계;
    상기 이동 중 정보 수집단계에서 수집한 정보를 이용하여 이동경로 상의 기울기에 의해 상기 제어대상의 전복가능성을 판단하는 전복 가능성 판단 단계; 및
    상기 장애물 존재 판단단계에서 장애물이 있다고 판단된 경우 및 상기 전복 가능성 판단단계에서 상기 제어대상의 전복가능성이 있다고 판단된 때에 수행하며, 바퀴의 회전수 및 바퀴의 각도 중 적어도 하나를 조절하여 장애물을 우회하게 하거나 전복가능성을 회피할 수 있도록 하는 바퀴제어의 수정단계; 중
    적어도 하나를 수행하는 제어대상의 이동 및 방향전환을 제어하는 제어방법.
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