WO2022173190A1 - 안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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WO2022173190A1
WO2022173190A1 PCT/KR2022/001912 KR2022001912W WO2022173190A1 WO 2022173190 A1 WO2022173190 A1 WO 2022173190A1 KR 2022001912 W KR2022001912 W KR 2022001912W WO 2022173190 A1 WO2022173190 A1 WO 2022173190A1
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WO
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robot
management
relay
data
controller
Prior art date
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PCT/KR2022/001912
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English (en)
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Inventor
국태용
주성현
Original Assignee
주식회사 케이스랩
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions

Definitions

  • the present disclosure relates to a swarm robot control system for safety diagnosis and surveillance patrol and an operating method thereof.
  • Safety management is generally carried out in the form of management personnel patrolling and managing the site. Direct management by the management staff depends on the working hours of the management staff, there may be deviations depending on the skill level of the management staff, and there is a problem that perfect management is difficult due to the shortage of manpower. Therefore, there is a need for an industrial safety management plan that can perform regular safety management independently of the management staff.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2007-0061213 (2007.06.13.)
  • the main purpose of the present disclosure is to provide a swarm robot control system and operation method that can enhance the convenience of safety management by using a management robot to perform safety management and monitoring patrol of an industrial site that was directly performed by a management employee There is this.
  • the present disclosure has a main purpose to provide a swarm robot control system and operation method that support seamless communication connection between the management robot and the local controller by determining the location of the relay robot based on the location of the management robot.
  • a swarm robot control system for safety diagnosis and monitoring patrol for each safety management area one or more are disposed for each safety management area, autonomously driving the safety management area based on control command data, and safety management data management robot that collects and transmits; a regional controller arranged for each safety management area, transmitting the control command data to the management robot, and receiving the safety management data from the management robot; at least one relay robot arranged for each safety management area and moving to a preset relay location to relay communication between the area controller and the management robot; a charging robot equipped with a rechargeable battery and providing power for charging the battery to at least one of the management robot and the relay robot; and a central controller that receives the safety management data from the regional controller for each safety management area, and transmits the control command data to the local controller to remotely control the management robot.
  • a method of operating a swarm robot control system for safety diagnosis and monitoring patrol of a safety management area wherein the management robot autonomously controls the safety management area based on control command data received from a local controller.
  • the safety management and monitoring patrol of the industrial site which were directly performed by the management staff, can be performed using the management robot, thereby improving the convenience of safety management. Accordingly, variations according to the skill level of the management staff can be resolved, and safety management is possible at all times regardless of the working hours of the management staff.
  • the charging robot as a mobile charging means, it is possible to always safely manage using the swarm robot even in an industrial environment in which a fixed charging infrastructure is not built.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a swarm robot control system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for selecting a position of a relay robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3A to 3C are exemplary views for explaining a method of selecting a position of a relay robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a swarm robot control system according to an embodiment of the present disclosure.
  • a swarm robots control system 10 includes a central controller 100 and at least one local controller 110 and 114 . , at least one fixed relay (fixed relay, 120 to 126), at least one relay robot (relay robot, 130 to 136), and at least one management robot (management robot, 140 to 146) all or in part. Not all blocks shown in FIG. 1 are essential components, and in other embodiments, some blocks included in the swarm robot control system 10 may be added, changed, or deleted. That is, in the case of FIG. 1 , the swarm robot control system 10 according to the present embodiment exemplifies the components for controlling the relay robots 130 to 136 and/or the management robots 140 to 146 in each safety management area. It should be recognized that, as shown in detail, the swarm robot control system 10 may have more or fewer components or different components than those shown for the implementation of other functions.
  • the swarm robot means all or part of the relay robots 130 to 136 and the management robots 140 to 146 .
  • the central controller 100 remotely controls and manages swarm robots in each safety management area, collects and analyzes safety management data for each safety management area, and stores safety management data in the central controller 100 or a separately built safety management database.
  • the safety management data is data collected by the management robots 140 to 146 while driving in a specific safety management area, for example, harmful gas concentration, air quality information, temperature, worker safety information and/or in the safety management area. It may include intruder information, but is not limited thereto.
  • the central controller 100 may output safety management data to the monitor so that a manager inside the control room can take action against a dangerous situation.
  • safety management data may be transmitted to the manager terminal.
  • the central controller 100 transmits control command data and/or autonomous driving necessary data for swarm robots within a specific safety management area to the regional controllers 110 and 114 in charge of the corresponding safety management area. send.
  • the control command data is data for remotely controlling the swarm robot, for example, static/dynamic real-time task assignment and placement data including the task content to be assigned to the swarm robot and/or the location to perform the task, emergency It may include, but is not limited to, situation response command data, work synchronization data, and the like.
  • the autonomous driving necessary data is data required for the swarm robot to autonomously drive the safety management area, and may include, for example, initial site layout map data, dynamic static obstacle data, environmental model data, and semantic information. It is not limited.
  • the central controller 100 receives safety management data, swarm robot data, and/or robot state data of the corresponding safety management area from the regional controllers 110 and 114 in charge of a specific safety management area.
  • the swarm robot data is data indicating the arrangement of the swarm robots in the safety management area.
  • the robot state data is data representing the state of each robot within the safety management area, and may include, but is not limited to, battery remaining amount, sensor information, parts information, fault diagnosis information, temperature and humidity, and the like.
  • the central controller 100 may generate control command data based on the collected swarm robot data and/or robot state data or may receive control command data from an administrator.
  • the central controller 100 may communicate with the local controllers 110 and 114 disposed in the safety management area via various types of wired/wireless networks.
  • the central controller 100 is a low-power Bluetooth (BLE: Bluetooth Low Energy), wireless LAN (wireless LAN), UWB (Ultra Wideband), radio frequency (Radio Frequency), infrared communication (IrDA: Infrared Data Association), Either wireless communication method through Zigbee or cellular network, or wired communication method through RPCI (peripheral component interconnect), PCI-express, USB (universe serial bus), wired telephone network or wired Internet telephone network It can be used to transmit/receive various data to and from the regional controllers 110 and 114.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • wireless LAN wireless LAN
  • UWB Ultra Wideband
  • radio frequency Radio Frequency
  • IrDA Infrared Data Association
  • RPCI peripheral component interconnect
  • PCI-express PCI-express
  • USB universale serial bus
  • the regional controllers 110 and 114 are distributed for each safety management area and perform a function of relaying communication between the central controller 100 and the swarm robot. Specifically, the regional controllers 110 and 114 according to an embodiment of the present disclosure transmit the control command data and/or autonomous driving necessary data received from the central controller 100 to the swarm robots in the safety management area in charge of them. and collects safety management data, swarm robot data, and/or robot state data of the corresponding safety management area and transmits it to the central controller 100 .
  • the regional controllers 110 and 114 control command data based on swarm robot data, robot state data, and/or autonomous driving field data received from swarm robots within the safety management area they are responsible for. can be generated and transmitted to the swarm robot.
  • the autonomous driving field data is map data updated in real time as each robot autonomously drives the safety management area.
  • the fixed repeaters 120 to 126 and the relay robots 130 to 136 are relay devices introduced to relay communication between the local controllers 110 and 114 and the management robots 140 to 146 .
  • one or more fixed repeaters 120 to 126 may be disposed at preset positions within each safety management area.
  • the relay robots 130 to 136 move within the safety management area and relay the communication between the regional controller 110 and the management robots 140 to 146.
  • a detailed description of a method for determining a position where the relay robots 130 to 136 move for communication relay will be described with reference to FIG. 2 .
  • the relay robots 130 to 136 may provide a wired/wireless charging function to the management robots 140 to 146 at the same time as communication relay.
  • the relay robots 130 to 136 receive robot state data from the management robots 140 to 146 and/or the regional controllers 110 and 114 to the location of the management robots 140 to 146 requiring charging. It can move and provide power to the management robot to charge the battery.
  • the management robots 140 to 146 are robots that autonomously drive in the safety management area and perform safety diagnosis and monitoring patrol.
  • the management robots 140 to 146 perform safety diagnosis and monitoring patrol based on data required for autonomous driving and/or control command data received from the regional controllers 110 and 114, and robot state data and autonomous driving field data. and/or collects safety management data and transmits it to the regional controllers 110 and 114 .
  • the swarm robot control system 10 may further include a charging robot (not shown) that supports charging of the relay robots 130 to 136 and/or the management robots 140 to 146 . .
  • the charging robot provides a mobile charging means for responding to an industrial environment without a fixed charging infrastructure.
  • the charging robot is equipped with a battery for charging support, and in order to support the charging of the relay robots 130 to 136 and/or the management robots 140 to 146, each safety management area or the entire swarm robot control system is autonomous regardless of location. It's a running robot. For example, after charging the mounted charging support battery from line power, the charging robot waits in a safety management area or a certain area within the entire swarm robot control system, and then waits for charging from another robot (eg, a management robot or a relay robot). A call signal can be received. The charging robot may move to a position corresponding to the received call signal and provide power for wired/wireless charging to the robot that has transmitted the call signal.
  • the relay robots 130 to 136, the management robots 140 to 146, and the charging robot have been described as separate independent devices, but according to another embodiment of the present disclosure, one robot is a relay robot, a management robot, and a charging robot. Two or more of the robot functions of the robot can be performed.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for selecting a position of a relay robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3A to 3C are exemplary views for explaining a method of selecting a position of a relay robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • a method for determining the position of the relay robot will be described based on one local controller 110 , one fixed repeater 120 , one relay robot 130 , and one management robot 140 , but this is of the description.
  • the method for determining the position of a relay robot according to an embodiment of the present disclosure may be applied to one or more management robots 140 , one or more relay robots 130 , and one or more fixed repeaters 120 .
  • the central controller 100 is the relay robot
  • the position of 130 may be determined or the relay robot 130 may directly determine its position.
  • the central controller 100 and/or the relay robot 130 may collect at least one of autonomous driving necessary data, autonomous driving field data, and swarm robot data.
  • the area controller 110 checks whether a communication line of sight (LOS) path between the stationary repeater 120 or the area controller 110 and the management robot 140 is secured (S200).
  • FIG. 3A shows a case in which a communication LOS path is secured
  • FIG. 3B shows a case in which a communication LOS path is not secured.
  • the area controller 110 may check whether communication with the management robot 140 is successful or whether a communication LOS path is secured using the swarm robot data, but is not limited to this example.
  • the area controller 110 calculates one or more candidate positions providing the vision LOS path through matching on the map (S210). Specifically, the regional controller 110 secures the communication LOS path when it is assumed that the relay robot 130 is deployed in the safety management area by using at least one of autonomous driving required data, autonomous driving field data, and swarm robot data. One or more candidate positions (p k , k is a natural number) are calculated. At this time, the secured virtual communication LOS path is called a vision LOS path. 3C shows a vision LOS path secured when it is assumed that the relay robot 130 is disposed at the i-th candidate position (p i ) or the j-th candidate position (p j ).
  • the local controller 110 selects a candidate location that provides the shortest vision LOS path among one or more candidate locations as a relay location p r where the relay robot 130 is to be disposed (S220). This can be expressed as Equation (1).
  • l is the number of candidate positions
  • is the distance of the vision LOS path corresponding to the candidate positions (p k ).
  • the relay robot 130 moves to the selected relay position (S230).
  • the regional controller 110 may generate control command data to cause the relay robot 130 to move to a selected relay position and transmit it to the relay robot 130 .
  • the local controller 110 re-performs steps S200 to S230 (S240). That is, as the management robot moves, the relay location of the relay robot 130 is updated. Accordingly, even if the location of the management robot 140 is changed, there is a seamless relationship between the local controller 110 and the management robot 140 . It may provide a communication link.
  • FIG. 2 is not limited to a time-series order.
  • Various implementations of the systems and techniques described herein may include digital electronic circuits, integrated circuits, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), computer hardware, firmware, software, and/or combination can be realized. These various implementations may include being implemented in one or more computer programs executable on a programmable system.
  • the programmable system includes at least one programmable processor (which may be a special purpose processor) coupled to receive data and instructions from, and transmit data and instructions to, a storage system, at least one input device, and at least one output device. or may be a general-purpose processor).
  • Computer programs also known as programs, software, software applications or code
  • the computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. These computer-readable recording media are non-volatile or non-transitory, such as ROM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, memory card, hard disk, magneto-optical disk, and storage device. medium, and may further include a transitory medium such as a data transmission medium.
  • the computer-readable recording medium may be distributed in a network-connected computer system, and the computer-readable code may be stored and executed in a distributed manner.
  • the computer includes a programmable processor, a data storage system (including volatile memory, non-volatile memory, or other types of storage systems or combinations thereof), and at least one communication interface.
  • the programmable computer may be one of a server, a network appliance, a set-top box, an embedded device, a computer expansion module, a personal computer, a laptop, a Personal Data Assistant (PDA), a cloud computing system, or a mobile device.
  • PDA Personal Data Assistant

Abstract

안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템 및 그 운용방법을 개시한다. 본 개시의 일 측면에 의하면, 안전관리영역별 안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템으로서, 안전관리영역별로 하나 이상 배치되며, 관제명령데이터에 기초하여 안전관리영역을 자율주행하며 안전관리 데이터를 수집하여 전송하는 관리로봇; 상기 안전관리영역별로 배치되며, 상기 관리로봇에게 상기 관제명령데이터를 전송하고, 상기 관리로봇으로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하는 지역관제기; 상기 안전관리영역별로 하나 이상 배치되며, 기설정된 중계위치로 이동하여 상기 지역관제기와 상기 관리로봇 간 통신을 중계하는 중계로봇; 충전용 배터리를 탑재하며, 상기 관리로봇 및 상기 중계로봇 중 적어도 하나에게 배터리 충전을 위한 전력을 제공하는 충전로봇; 및 상기 안전관리영역별 지역관제기로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하고, 상기 지역관제기에게 상기 관제명령데이터를 전송하여 상기 관리로봇을 원격으로 제어하는 중앙관제기를 포함하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템을 제공한다.

Description

안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템 및 그 운용방법
본 개시는 안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
유해가스, 화재, 폭발 및 누설 등의 위해요소가 상존하는 건설현장과 발전, 정유, 반도체 및 화학플랜트 등의 경우 상시 안전관리가 필수적이다.
안전관리는 일반적으로 관리직원이 직접 현장을 순찰하며 관리하는 형태로 수행되고 있다. 관리직원에 의한 직접 관리는, 관리직원의 업무시간에 의존적이고, 관리직원의 숙련도에 따라 편차가 발생할 수 있으며, 인력난으로 인해 완벽한 관리가 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 관리직원과 독립적으로 상시안전관리를 수행할 수 있는 산업안전 관리방안이 필요하다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제10-2007-0061213호 (2007.06.13.)
본 개시는, 관리직원에 의해 직접 이루어지던 산업현장의 안전관리 및 감시순찰을 관리로봇을 이용하여 수행함으로써, 안전관리의 편의성을 증진할 수 있는 군집로봇 관제 시스템 및 운용방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
나아가 본 개시는, 관리로봇의 위치에 기초하여 중계로봇의 위치를 결정함으로써 관리로봇 및 지역관제기 간의 끊김 없는 통신 연결을 지원하는 군집로봇 관제 시스템 및 운용방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 안전관리영역별 안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템으로서, 안전관리영역별로 하나 이상 배치되며, 관제명령데이터에 기초하여 안전관리영역을 자율주행하며 안전관리 데이터를 수집하여 전송하는 관리로봇; 상기 안전관리영역별로 배치되며, 상기 관리로봇에게 상기 관제명령데이터를 전송하고, 상기 관리로봇으로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하는 지역관제기; 상기 안전관리영역별로 하나 이상 배치되며, 기설정된 중계위치로 이동하여 상기 지역관제기와 상기 관리로봇 간 통신을 중계하는 중계로봇; 충전용 배터리를 탑재하며, 상기 관리로봇 및 상기 중계로봇 중 적어도 하나에게 배터리 충전을 위한 전력을 제공하는 충전로봇; 및 상기 안전관리영역별 지역관제기로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하고, 상기 지역관제기에게 상기 관제명령데이터를 전송하여 상기 관리로봇을 원격으로 제어하는 중앙관제기를 포함하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템을 제공한다.
본 개시의 다른 측면에 의하면, 안전관리영역의 안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템의 운용방법으로서, 상기 관리로봇이 지역관제기로부터 수신한 관제명령데이터에 기초하여 상기 안전관리영역을 자율주행하며 안전진단 및 감시순찰을 수행하는 과정; 상기 관리로봇의 위치에 기초하여 상기 중계로봇의 중계위치를 선정하는 과정; 및 상기 중계로봇이 상기 중계위치로 이동하여 상기 지역관제기와 상기 관리로봇 간 통신을 중계하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템의 운용방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 실시예에 의하면, 관리직원에 의해 직접 이루어지던 산업현장의 안전관리 및 감시순찰을 관리로봇을 이용하여 수행함으로써, 안전관리의 편의성을 증진할 수 있다. 이에 따라 관리직원의 숙련도에 따른 편차를 해소할 수 있으며, 관리직원의 업무시간과 무관하게 상시 안전관리가 가능하다.
나아가 본 개시의 실시예에 의하면, 관리로봇의 위치에 기초하여 중계로봇의 위치를 결정함으로써 관리로봇 및 지역관제기 간의 끊김 없는 통신 연결을 제공할 수 있다.
나아가 본 개시의 실시예에 의하면, 이동식 충전수단으로써 충전로봇을 구비함으로써, 고정형 충전 인프라가 구축되어 있지 않은 산업환경에서도 군집로봇을 이용한 상시 안전관리가 가능하다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 군집로봇 관제 시스템을 개략적으로 나타내는 블록구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 중계로봇의 위치 선정방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시의 일 실시예에 따른 중계로봇의 위치 선정방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 군집로봇 관제 시스템을 개략적으로 나타내는 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 군집로봇 관제 시스템(swarm robots control system, 10)은 중앙관제기(central controller, 100), 적어도 하나의 지역관제기(local controller, 110 및 114), 적어도 하나의 고정형 중계기(fixed relay, 120 내지 126), 적어도 하나의 중계로봇(relay robot, 130 내지 136) 및 적어도 하나의 관리로봇(management robot, 140 내지 146)을 전부 또는 일부 포함한다. 도 1에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 군집로봇 관제 시스템(10)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 즉, 도 1의 경우는 본 실시예에 따른 군집로봇 관제 시스템(10)이 각 안전관리영역 내의 중계로봇(130 내지 136) 및/또는 관리로봇(140 내지 146)을 관제하기 위한 구성요소를 예시적으로 도시한 것으로서, 군집로봇 관제 시스템(10)은 다른 기능의 구현을 위해 도시한 것보다 많거나 적은 구성요소 또는 상이한 구성요소의 구성을 가질 수 있음을 인식하여야 한다.
이하, 도 1을 설명함에 있어 군집로봇은 중계로봇(130 내지 136) 및 관리로봇(140 내지 146)의 전부 또는 일부를 의미한다.
중앙관제기(100)는 각 안전관리영역 내의 군집로봇을 원격제어 및 관리하고, 안전관리영역별 안전관리 데이터를 수집 및 분석하며, 중앙관제기(100) 내부 또는 별도로 구축된 안전관리 데이터베이스에 안전관리 데이터를 저장한다. 여기서, 안전관리 데이터는 관리로봇(140 내지 146)이 특정 안전관리영역을 주행하며 수집하는 데이터로서, 예를 들어, 안전관리영역의 유해가스 농도, 대기질 정보, 온도, 작업자 안전정보 및/또는 침입자정보 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 일 실시예에 따른 중앙관제기(100)는 관제실 내부의 관리자가 위험 상황에 대해 조치할 수 있도록, 안전관리 데이터를 모니터에 출력시킬 수 있다. 또한, 관제실 외부의 관리자 단말(manager terminal, 미도시)로부터 요청이 있는 경우, 안전관리 데이터를 관리자 단말에게 전송할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 중앙관제기(100)는 특정 안전관리영역 내의 군집로봇을 위한 관제명령 데이터 및/또는 자율주행 필요데이터를 해당 안전관리영역을 담당하는 지역관제기(110 및 114)에게 전송한다. 여기서, 관제명령 데이터는 군집로봇을 원격으로 제어하기 위한 데이터로서, 예를 들어 군집로봇에게 할당할 작업 내용 및/또는 작업을 수행할 위치 등을 포함하는 정적/동적 실시간 작업할당 및 배치데이터, 긴급상황 대응 명령데이터, 작업동기화 데이터 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 자율주행 필요데이터는 군집로봇이 안전관리영역을 자율주행하기 위해 필요한 데이터로서, 예를 들어 초기 현장 레이아웃 지도 데이터, 동적 정적 장애물 데이터, 환경 모델 데이터 및 시맨틱 정보(semantic information)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 일 실시예에 따른 중앙관제기(100)는 특정 안전관리영역을 담당하는 지역관제기(110 및 114)로부터 해당 안전관리영역의 안전관리 데이터, 군집로봇 데이터 및/또는 로봇상태 데이터를 수신한다. 여기서, 군집로봇 데이터는 안전관리영역 내 군집로봇의 배치를 나타내는 데이터이다. 로봇상태 데이터는 안전관리영역 내 각 로봇의 상태를 나타내는 데이터로서, 배터리 잔량, 센서 정보, 부품 정보, 고장진단 정보 및 온습도 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 일 실시예에 따른 중앙관제기(100)는 수집한 군집로봇 데이터 및/또는 로봇상태 데이터에 기초하여 관제 명령데이터를 생성하거나 관리자로부터 관제명령 데이터를 입력받을 수 있다.
중앙관제기(100)는 다양한 형태의 유/무선 네트워크를 경유하여 안전관리영역에 배치된 지역관제기(110 및 114)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 중앙관제기(100)는 저전력 블루투스(BLE: Bluetooth Low Energy), 무선랜(wireless LAN), UWB(Ultra Wideband), 무선 주파수(Radio Frequency), 적외선 통신(IrDA: Infrared Data Association), 지그비(Zigbee) 또는 셀룰러 망(cellular network) 등을 통한 무선통신 방식 또는 RPCI(peripheral component interconnect), PCI-express, USB(universe serial bus), 유선전화망 또는 유선인터넷 전화망을 통한 유선통신 방식 중 하나를 이용하여 지역관제기(110 및 114)와 각종 데이터를 송수신할 수 있다.
지역관제기(110 및 114)는 안전관리영역별로 분산배치되어, 중앙관제기(100)와 군집로봇 간의 통신을 중계하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 본 개시의 일 실시예에 따른 지역관제기(110 및 114)는 중앙관제기(100)로부터 수신한 관제명령 데이터 및/또는 자율주행 필요데이터를 자신이 담당하는 안전관리영역 내의 군집로봇에게 전달하고, 해당 안전관리영역의 안전관리 데이터, 군집로봇 데이터 및/또는 로봇상태 데이터를 수집하여 중앙관제기(100)에게 전달할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 지역관제기(110 및 114)는 자신이 담당하는 안전관리영역 내의 군집로봇으로부터 수신한 군집로봇 데이터, 로봇상태 데이터 및/또는 자율주행 현장데이터를 기초로 관제명령 데이터를 생성하여, 군집로봇에게 전송할 수 있다. 여기서 자율주행 현장데이터는 각 로봇들이 안전관리영역을 자율주행하며 실시간으로 갱신한 지도 데이터이다.
고정형 중계기(120 내지 126) 및 중계로봇(130 내지 136)은 지역 관제기(110 및 114)와 관리로봇(140 내지 146) 간의 통신을 중계하기 위해 도입되는 중계장치이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 각 안전관리영역 내에는 하나 이상의 고정형 중계기(120 내지 126)가 기설정된 위치에 배치될 수 있다.
한편, 본 개시의 다른 실시예에 따르면 안전관리영역 내에 고정형 중계기(120 내지 126)를 설치할 수 없는 경우 또는 설치된 고정형 중계기(120 내지 126)만으로는 지역관제기(110 및 114)와 관리로봇(140 내지 146) 사이의 통신이 불가능한 경우에는, 중계로봇(130 내지 136)이 안전관리영역 내를 이동하며 지역관제기(110)와 관리로봇(140 내지 146) 사이의 통신을 중계하는 기능을 수행할 수 있다. 중계로봇(130 내지 136)이 통신 중계를 위해 이동할 위치를 결정하는 방법에 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 중계로봇(130 내지 136)은 통신 중계와 동시에 관리로봇(140 내지 146)에게 유/무선 충전기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 중계로봇(130 내지 136)은 관리로봇(140 내지 146) 및/또는 지역관제기(110 및 114)로부터 로봇상태 데이터를 수신하여 충전이 필요한 관리로봇(140 내지 146)의 위치로 이동하여 관리로봇에게 배터리 충전을 위한 전력을 제공할 수 있다.
관리로봇(140 내지 146)은 안전관리영역을 자율주행하며, 안전진단 및 감시순찰을 수행하는 로봇이다. 관리로봇(140 내지 146)은 지역관제기(110 및 114)로부터 수신한 자율주행에 필요데이터 및/또는 관제명령 데이터에 기초하여 안전진단 및 감시순찰을 수행하고, 로봇상태 데이터, 자율주행 현장데이터 및/또는 안전관리 데이터 등을 수집하여 지역관제기(110 및 114)에게 전송한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 군집로봇 관제 시스템(10)은 중계로봇(130 내지 136) 및/또는 관리로봇(140 내지 146)의 충전을 지원하는 충전로봇(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 충전로봇은 고정형 충전 인프라가 없는 산업환경에 대응하기 위한 이동식 충전수단을 제공한다. 충전로봇은 충전지원용 배터리를 탑재하고, 중계로봇(130 내지 136) 및/또는 관리로봇(140 내지 146)의 충전을 지원하기 위해 각 안전관리영역 또는 전체 군집로봇 관제 시스템을 장소에 구애받지 않고 자율주행하는 로봇이다. 예컨대, 충전로봇은 탑재된 충전지원용 배터리를 라인 전원에서 충전한 후, 안전관리영역 또는 전체 군집로봇 관제 시스템 내 일정한 영역에 대기하고 있다가 충전이 필요한 다른 로봇(예컨대, 관리로봇 또는 중계로봇)으로부터 호출신호를 수신할 수 있다. 충전로봇은 수신한 호출 신호에 대응하는 위치로 이동하여, 해당 호출 신호를 전송한 로봇에게 유/무선 충전을 위한 전력을 제공할 수 있다.
한편, 이상에서는 중계로봇(130 내지 136), 관리로봇(140 내지 146) 및 충전로봇을 별개의 자립형 장치로 설명하였으나, 본 개시의 다른 실시예에 따르면 하나의 로봇이 중계로봇, 관리로봇 및 충전로봇의 로봇 기능 중 두가지 이상의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 중계로봇의 위치 선정방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시의 일 실시예에 따른 중계로봇의 위치 선정방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하에서는 하나의 지역관제기(110), 하나의 고정형 중계기(120), 하나의 중계로봇(130) 및 하나의 관리로봇(140)을 기준으로 중계로봇의 위치 결정방법을 설명하나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 본 개시의 일 실시예에 따른 중계로봇의 위치 결정방법은 하나 이상의 관리로봇(140), 하나 이상의 중계로봇(130) 및 하나 이상의 고정형 중계기(120)에 대해서도 적용될 수 있다.
한편, 이하에서는 지역관제기(110)가 중계로봇(130)의 위치를 결정하는 경우를 설명하나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 개시의 다른 실시예에 따르면 중앙관제기(100)가 중계로봇(130)의 위치를 결정하거나 중계로봇(130)이 직접 자신의 위치를 결정할 수 있다. 이를 위해, 중앙관제기(100) 및/또는 중계로봇(130)은 자율주행 필요데이터, 자율주행 현장데이터, 군집로봇 데이터 중 적어도 하나를 수집할 수 있다.
지역관제기(110)는 고정형 중계기(120) 또는 지역관제기(110)와 관리로봇(140) 사이의 통신 LOS(Line of Sight) 경로가 확보되는지 확인한다(S200). 도 3a는 통신 LOS 경로가 확보되는 경우를 나타내고, 도 3b는 통신 LOS 경로가 확보되지 않는 경우를 나타낸다. 예를 들어, 지역관제기(110)는 관리로봇(140)과의 통신 성공 여부 또는 군집로봇 데이터를 이용하여 통신 LOS 경로가 확보되는지를 확인할 수 있으나, 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.
통신 LOS 경로가 확보되지 않는 경우, 지역관제기(110)는 지도 상의 매칭을 통해 비전 LOS 경로를 제공하는 하나 이상의 후보위치를 산출한다(S210). 구체적으로, 지역관제기(110)는 자율주행 필요데이터, 자율주행 현장데이터 및 군집로봇 데이터 중 적어도 하나를 이용하여, 안전관리영역 중에서 중계로봇(130)이 배치된다고 가정할 때 통신 LOS 경로가 확보되는 하나 이상의 후보위치(pk, k는 자연수)를 산출한다. 이때, 확보되는 가상의 통신 LOS 경로를 비전 LOS 경로라 한다. 도 3c는 중계로봇(130)이 i번째 후보위치(pi) 또는 j번째 후보위치(pj)에 배치된다고 가정할 때 확보되는 비전 LOS 경로를 나타낸다.
지역관제기(110)는 하나 이상의 후보위치 중에서, 최단거리의 비전 LOS 경로를 제공하는 후보위치를 중계로봇(130)이 배치될 중계위치(pr)로 선정한다(S220). 이는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022001912-appb-img-000001
여기서, l은 후보위치의 개수이고, |LOS(k)|는 후보위치(pk)에 대응하는 비전 LOS 경로의 거리이다.
중계로봇(130)은 선정된 중계위치로 이동한다(S230). 이를 위해, 본 개시의 일 실시예에 따른 지역관제기(110)는 선정된 중계위치로 중계로봇(130)이 이동하도록 하는 관제명령 데이터를 생성하여 중계로봇(130)에게 전송할 수 있다.
지역관제기(110)는 관리로봇(140)의 위치가 변경되면 과정 S200 내지 S230을 재수행한다(S240). 즉, 관리로봇이 이동함에 따라 중계로봇(130)의 중계위치가 갱신되며, 이에 따라 관리로봇(140)의 위치가 변경되더라도 지역관제기(110)와 관리로봇(140) 간 끊김 없는(seamless) 통신 연결을 제공할 수 있다.
도 2에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 2에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 2는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현예들은 프로그래밍가능 시스템 상에서 실행가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 것을 포함할 수 있다. 프로그래밍가능 시스템은, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 그리고 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령들을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령들을 전송하도록 결합되는 적어도 하나의 프로그래밍가능 프로세서(이것은 특수 목적 프로세서일 수 있거나 혹은 범용 프로세서일 수 있음)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램들(이것은 또한 프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션들 혹은 코드로서 알려져 있음)은 프로그래밍가능 프로세서에 대한 명령어들을 포함하며 "컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체"에 저장된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는 ROM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등의 비휘발성(non-volatile) 또는 비일시적인(non-transitory) 매체일 수 있으며, 또한 데이터 전송 매체(data transmission medium)와 같은 일시적인(transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.
본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 프로그램가능 컴퓨터에 의하여 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 프로그램가능 프로세서, 데이터 저장 시스템(휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 다른 종류의 저장 시스템이거나 이들의 조합을 포함함) 및 적어도 한 개의 커뮤니케이션 인터페이스를 포함한다. 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는 서버, 네트워크 기기, 셋탑 박스, 내장형 장치, 컴퓨터 확장 모듈, 개인용 컴퓨터, 랩탑, PDA(Personal Data Assistant), 클라우드 컴퓨팅 시스템 또는 모바일 장치 중 하나일 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
10: 군집로봇 관제 시스템
100: 중앙관제기
110 및 114: 지역관제기
120 ~ 126: 고정형 중계기
130 ~ 136: 중계로봇
140 ~ 146: 관리로봇
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
본 특허출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로서 포함되는, 2021년 02월 09일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2021-0018499호 및 2021년 03월 04일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2021-0028589호에 대해 우선권을 주장한다.

Claims (10)

  1. 안전관리영역별 안전진단 및 감시순찰을 위한 군집로봇 관제 시스템으로서,
    안전관리영역별로 하나 이상 배치되며, 관제명령데이터에 기초하여 안전관리영역을 자율주행하며 안전관리 데이터를 수집하여 전송하는 관리로봇;
    상기 안전관리영역별로 배치되며, 상기 관리로봇에게 상기 관제명령데이터를 전송하고, 상기 관리로봇으로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하는 지역관제기;
    상기 안전관리영역별로 하나 이상 배치되며, 기설정된 중계위치로 이동하여 상기 지역관제기와 상기 관리로봇 간 통신을 중계하는 중계로봇;
    충전용 배터리를 탑재하며, 상기 관리로봇 및 상기 중계로봇 중 적어도 하나에게 배터리 충전을 위한 전력을 제공하는 충전로봇; 및
    상기 안전관리영역별 지역관제기로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하고, 상기 지역관제기에게 상기 관제명령데이터를 전송하여 상기 관리로봇을 원격으로 제어하는 중앙관제기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중계위치는,
    상기 관리로봇이 이동함에 따라 갱신되며, 상기 관리로봇과 상기 지역관제기 간 LOS(Line of Sight) 경로를 제공하는 하나 이상의 후보위치 중에서 가장 짧은 LOS 경로를 제공하는 후보위치로 설정되는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중계위치는,
    상기 관리로봇이 이동함에 따라 상기 관리로봇과 상기 지역관제기 간 LOS 간 경로가 확보되지 않는 경우에 갱신되는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지역관제기는,
    상기 안전관리영역의 지도 데이터 및 상기 관리로봇의 배치 데이터를 수집하고, 상기 지도 데이터 및 상기 배치 데이터에 기초하여 상기 하나 이상의 후보위치를 산출하며, 상기 후보위치 중에서 상기 중계위치를 선정하여 상기 중계로봇이 상기 중계위치로 이동하도록 하는 관제명령데이터를 상기 중계로봇에게 전송하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 중앙관제기는,
    상기 지역관제기로부터 상기 관리로봇의 배치 데이터를 수신하고, 상기 배치 데이터에 기초하여 상기 하나 이상의 후보위치를 산출하며, 상기 후보위치 중에서 상기 중계위치를 선정하여 상기 중계로봇이 상기 중계위치로 이동하도록 하는 관제명령데이터를 상기 지역관제기에게 전송하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 중계로봇은,
    상기 지역관제기로부터 상기 관리로봇의 배치 데이터를 수신하고, 상기 배치 데이터에 기초하여 상기 하나 이상의 후보위치를 산출하며, 상기 후보위치 중에서 상기 중계위치를 선정하여 상기 중계위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안전관리영역별로 기설정된 위치에 배치되어 상기 관리로봇과 상기 지역관제기와 상기 관리로봇 간 통신을 중계하는 고정형 중계기를 더 포함하고,
    상기 중계위치는,
    상기 관리로봇이 이동함에 따라 갱신되며, 상기 관리로봇과 상기 고정형 중계기 간 LOS 경로를 제공하는 하나 이상의 후보위치 중에서 가장 짧은 LOS 경로를 제공하는 후보위치로 설정되는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충전로봇은,
    상기 관리로봇 및 중계로봇 중 적어도 하나로부터 호출 신호를 수신하고, 상기 호출 신호에 대응하는 위치로 이동하여 상기 호출 신호를 전송한 로봇에게 전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템.
  9. 관리로봇, 중계로봇, 지역관제기 및 중앙관제기를 포함하는 군집로봇 관제 시스템의 운용방법으로서,
    상기 관리로봇이 지역관제기로부터 수신한 관제명령데이터에 기초하여 안전관리영역을 자율주행하며 안전관리 데이터를 수집하는 과정;
    상기 관리로봇의 위치에 기초하여 상기 중계로봇의 중계위치를 선정하는 과정;
    상기 중계로봇이 상기 중계위치로 이동하여 상기 지역관제기와 상기 관리로봇 간 통신을 중계하는 과정; 및
    상기 지역관제기가 상기 관리로봇으로부터 상기 안전관리 데이터를 수신하여 상기 중앙관제기에게 전달하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템의 운용방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중계위치를 선정하는 과정은,
    상기 지역관제기 또는 상기 안전관리영역의 기설정된 위치에 배치된 고정형 중계기와 상기 관리로봇 간 통신 LOS(Line of Sight) 경로가 확보되는지 확인하는 과정;
    LOS 경로가 확보되지 않는 경우, 상기 지역관제기 또는 상기 고정형 중계기와 상기 관리로봇 간 LOS 경로를 제공하는 하나 이상의 후보위치를 산출하는 과정; 및
    상기 하나 이상의 후보위치 중에서 최단거리의 LOS 경로를 제공하는 후보위치를 중계위치로 선정하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 군집로봇 관제 시스템의 운용방법.
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