KR100856485B1

KR100856485B1 - Mobile robot apparatus and traveling method thereof

Info

Publication number: KR100856485B1
Application number: KR1020070009190A
Authority: KR
Inventors: 강성철; 김승훈; 노치원
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-09-04
Also published as: KR20080071241A

Abstract

본 발명은 이동 로봇 장치 및 이의 주행 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 지면을 주행하는 이동 로봇 장치는, 본체 및 상기 본체에 장착되어 지면의 정보를 스캔하는 지면 정보 감지 센서를 포함하며, 상기 지면 정보 감지 센서는 지면을 향하여 하향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 이동 로봇 장치는 지면 정보 감지 센서를 회전시키는 경사 조절 모듈을 포함한다.The present invention relates to a mobile robot device and a driving method thereof, wherein the mobile robot device traveling on the ground includes a main body and a ground information sensor mounted on the main body and scanning ground information. The information sensor is characterized in that it is disposed inclined downward toward the ground. In addition, the mobile robot device according to the present invention includes a tilt control module for rotating the ground information sensor.

로봇, 주행, 스캔, 경사, 장애물 Robot, driving, scanning, tilting, obstacle

Description

Mobile robot device and its driving method {MOBILE ROBOT APPARATUS AND TRAVELING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 사시도이다.1 is a perspective view of a mobile robot device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1 에 도시된 지면 정보 감지 센서 및 경사 조절 모듈을 나타낸 측면도이다.FIG. 2 is a side view illustrating the ground information sensor and the tilt control module illustrated in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 작용을 설명하기 위한 개략도이다.3 is a schematic view for explaining the operation of the mobile robot device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 지면 정보 감지 센서에 의해 감지된 스캔 데이터를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating scan data sensed by a ground information sensor of a mobile robot apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 본체 12: 이동 휠10: main body 12: moving wheel

20: 지면 정보 감지 센서 30: 경사 조절 모듈20: ground information sensor 30: tilt control module

32: 지지 브라켓 34: 하우징32: support bracket 34: housing

36: 구동부 40: 지면 기울기 감지 센서36: drive unit 40: ground tilt detection sensor

50: 지피에스 수신기 100: 이동 로봇 장치50: GPS receiver 100: mobile robot device

200: 장애물200: obstacle

본 발명은 이동 로봇 장치 및 이의 주행 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지면을 주행하는 이동 로봇 장치에 장착되는 지면 정보 감지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile robot device and a traveling method thereof, and more particularly, to a ground information sensor mounted on a mobile robot device traveling on the ground.

일반적으로, 이동 로봇 장치는 안전한 주행을 하기 위해 주행 방향에 위치하는 장애물을 검출하고, 이 검출된 정보를 이용하여 주행 방향을 결정한다. 종래 이동 로봇 장치의 장애물 검출 방법으로 CCD 카메라 또는 초음파 센서를 이용해서 장애물의 위치를 측정하는 기술이 알려져 있다. 이동 로봇 장치의 대표적인 예로는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역 내를 스스로 주행하면서 바닥을 청소하는 로봇 청소기가 있다.In general, the mobile robot device detects an obstacle located in the travel direction for safe driving, and determines the travel direction using the detected information. BACKGROUND ART Conventionally, a technique of measuring the position of an obstacle using a CCD camera or an ultrasonic sensor is known as an obstacle detection method of a mobile robot device. A typical example of the mobile robot device is a robot cleaner that cleans the floor while traveling by itself in an area to be cleaned without a user's manipulation.

그런데, 실내가 아닌 실외에서 주행하면서 특정의 목적을 수행해야 하는 이동 로봇 장치의 경우, 지면에 형성된 장애물과 충돌하지 않는 것이 무엇보다 중요하다. 일례로, 이동 로봇 장치는 차도를 주행하는 경우에 차도보다 높게 돌출된 인도와 충돌하지 않으면서 주행해야 한다.By the way, in the case of a mobile robot device that needs to perform a specific purpose while traveling outdoors, not indoors, it is most important not to collide with an obstacle formed on the ground. In one example, the mobile robotic device must travel without colliding with a sidewalk protruding higher than the roadway when traveling on the roadway.

그러나, 종래의 이동 로봇 장치는 장애물을 검출하는 거리 센서 등이 장착되었으나, 상기 거리 센서는 이동 로봇 장치의 주행 방향에 위치하는 장애물을 효과 적으로 검출할 수 없는 문제점이 있다. 이에 따라, 종래 이동 로봇 장치는 특정의 목적을 수행함에 있어 지면에 형성된 장애물들과의 잦은 충돌로 인하여 그 목적을 제대로 수행하지 못하는 문제점이 있다.However, although the conventional mobile robot apparatus is equipped with a distance sensor for detecting an obstacle, the distance sensor has a problem in that it cannot effectively detect an obstacle located in the driving direction of the mobile robot apparatus. Accordingly, the conventional mobile robot device has a problem in that it does not properly perform its purpose due to frequent collisions with obstacles formed on the ground in performing a specific purpose.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주행시 지면에 형성되는 장애물에 대한 정보를 효율적으로 검출할 수 있도록 최적으로 배치되는 지면 정보 감지 센서를 포함하며, 지면의 기울기에 따라 지면 정보 감지 센서의 경사각을 조절할 수 있는 이동 로봇 장치 및 이의 주행 방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, and includes a ground information sensor that is optimally disposed to efficiently detect information about the obstacle formed on the ground when driving, the ground information sensor according to the slope of the ground It is to provide a mobile robot device and a driving method thereof that can adjust the inclination angle of the.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 지면을 주행하는 이동 로봇 장치는, 본체 및 상기 본체에 장착되어 지면의 정보를 스캔하는 지면 정보 감지 센서를 포함하며, 상기 지면 정보 감지 센서는 지면을 향하여 하향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.The mobile robot apparatus for driving the ground according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a main body and a ground information sensor mounted on the main body to scan the information of the ground, the ground information sensor It is characterized in that it is disposed inclined downward toward the ground.

또한, 상기 이동 로봇 장치는, 상기 지면 정보 감지 센서와 상기 지면이 형성하는 경사각을 변화킬 수 있는 경사 조절 모듈을 더 포함할 수 있다.The mobile robot apparatus may further include an inclination adjustment module that may change an inclination angle formed by the ground information sensor and the ground.

또한, 상기 경사 조절 모듈은, 상기 본체 위에 형성되는 지지 브라켓; 및 상기 지지 브라켓에 힌지 결합되어 회동 가능도록 설치되는 하우징을 포함한다. 이때, 상기 지면 정보 감지 센서는 상기 하우징과 함께 회전한다.In addition, the inclination adjustment module, the support bracket formed on the main body; And a housing hingedly coupled to the support bracket and installed to be rotatable. In this case, the ground information sensor rotates together with the housing.

또한, 상기 지면 정보 감지 센서는 상기 하우징 내에 장착될 수 있다.In addition, the ground information sensor may be mounted in the housing.

또한, 상기 이동 로봇 장치는 상기 본체의 일측에 상기 지면의 기울기를 감지하는 지면 기울기 감지 센서를 더 포함할 수 있다.In addition, the mobile robot device may further include a ground inclination sensor for detecting the inclination of the ground on one side of the main body.

또한, 상기 경사 조절 모듈은 상기 지면 기울기 감지 센서에 의해 감지된 기울기에 따라 상기 지면 정보 감지 센서의 경사각을 일정하게 유지할 수 있다.In addition, the inclination control module may maintain the inclination angle of the ground information sensor in accordance with the inclination detected by the ground inclination sensor.

또한, 상기 지면 정보 감지 센서와 상기 지면이 이루는 경사각을 θ라 할 때, 상기 이동 로봇 장치는 하기 조건을 만족할 수 있다.In addition, when the inclination angle between the ground information sensor and the ground is θ, the mobile robot apparatus may satisfy the following condition.

0°＜ θ ≤ 45°0 ° <θ ≤ 45 °

또한, 상기 이동 로봇 장치는 상기 본체에 위도와 경도의 정보를 수신하는 지피에스(GPS) 수신기를 더 포함할 수 있다.In addition, the mobile robot device may further include a GPS receiver for receiving the information of the latitude and longitude in the main body.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지면을 주행하는 이동 로봇 장치의 주행 방법을 제공한다. 상기 이동 로봇 장치의 주행 방법은 상기 이동 로봇 장치에 설치된 지면 정보 감지 센서를 지면에 대하여 하향으로 경사지게 하고, 상기 지면 정보 감지 센서에 의해 지면의 정보를 스캔하며, 상기 스캔된 지면의 정보를 분석하여 상기 이동 로봇 장치의 주행 방향을 결정하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a traveling method of a mobile robot device for traveling the ground. The traveling method of the mobile robot device inclines the ground information sensor installed in the mobile robot device downward with respect to the ground, scans the ground information by the ground information sensor, and analyzes the information of the scanned ground. Determining a driving direction of the mobile robot device.

또한, 상기 지면 정보 감지 센서를 경사지게 하는 단계는, 상기 이동 로봇 장치에 장착된 지면 기울기 감지 센서에 의해 감지되는 지면의 기울기에 따라 결정될 수 있다.In addition, the step of tilting the ground information sensor may be determined according to the inclination of the ground detected by the ground tilt sensor mounted on the mobile robot device.

또한, 상기 지면 정보 감지 센서의 지면에 대한 경사각은, 상기 지면 기울기 감지 센서에 의해 감지된 기울기 정보에 근거하여 일정하게 유지될 수 있다.In addition, the inclination angle of the ground information sensor with respect to the ground may be kept constant based on the inclination information detected by the ground inclination detection sensor.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치 및 이의 주행 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a mobile robot apparatus and a traveling method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1 에 도시된 지면 정보 감지 센서 및 경사 조절 모듈을 나타낸 측면도이다.1 is a perspective view of a mobile robot device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a side view showing the ground information sensor and the tilt control module shown in FIG.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치(100)는 본체(10), 지면 정보 감지 센서(20), 경사 조절 모듈(30), 지면 기울기 감지 센서(40) 및 지피에스(GPS) 수신기(50)를 포함한다.1 and 2, the mobile robot apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a main body 10, a ground information sensor 20, a tilt control module 30, and a ground tilt detection sensor 40. And a GPS receiver 50.

본체(10)는 하부에 주행을 위한 이동 휠(12)을 포함하며, 그 내부에는 이동 휠(12)을 회전시키는 동력 수단(미도시)이 설치된다.The main body 10 includes a movement wheel 12 for driving in the lower portion, and a power means (not shown) for rotating the movement wheel 12 is installed therein.

그리고, 본체(10)의 상부 전방에는 지면 정보 감지 센서(20)가 하향으로 경사지게 설치되어 이동 로봇 장치(100)의 주행시 지면을 스캔하여 지면의 곳곳에 위치하는 장애물 등의 정보를 감지한다. 여기서, 지면 정보 감지 센서(20)는 지면과 소정 각도의 경사각(θ)을 이루며 배치되어 지면과 수평으로 배치되는 경우보다 지면의 장애물을 효과적으로 스캔할 수 있다.Then, the ground information sensor 20 is installed inclined downward in the upper front of the main body 10 to scan the ground while the mobile robot device 100 is running to detect information such as obstacles located in various places of the ground. Here, the ground information sensor 20 may be configured to form an inclination angle θ with a predetermined angle with the ground, so that the ground obstacle may be scanned more effectively than when the ground information sensor 20 is disposed horizontally with the ground.

즉, 지면 정보 감지 센서(20)가 지면과 경사지지 않고 수평하게 배치되는 경우, 지면 정보 감지 센서(20)는 그와 수평하게 위치하는 장애물만을 감지할 수 있다. 따라서, 이동 로봇 장치(100)는 주행시에 지면 감지 정보 센서(20)보다 아래에 위치하는 지면 위의 장애물들을 감지할 수 없어 장애물들과 충돌할 수 있다. 그러나, 지면 정보 감지 센서(20)가 지면과 경사각(θ)을 이루며 배치되면, 상기와 같은 충돌 위험은 없어지게 된다.That is, when the ground information sensor 20 is disposed horizontally without being inclined with the ground, the ground information sensor 20 may detect only an obstacle positioned horizontally therewith. Therefore, the mobile robot apparatus 100 may not detect obstacles on the ground located below the ground detection information sensor 20 while driving, and may collide with the obstacles. However, when the ground information sensor 20 is disposed to form the inclination angle θ with the ground, the collision risk as described above is eliminated.

상기 경사각(θ)은 0°보다는 크고, 90°보다는 작게 형성될 수 있으나, 지면의 전방을 스캔할 수 있는 거리 등을 고려하여 45°이하로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 경사각(θ)은 25°일 때, 장애물을 감지할 수 있는 스캔 효율이 가장 높다.The inclination angle θ may be larger than 0 ° and smaller than 90 °, but preferably, the inclination angle θ is 45 ° or less in consideration of a distance for scanning the front of the ground. In particular, when the inclination angle θ is 25 °, the scanning efficiency that can detect the obstacle is the highest.

그리고, 경사 조절 모듈(30)은 상기 지면 정보 감지 센서(20)의 경사각(θ)을 조절하는 수단으로서, 지지 브라켓(32), 하우징(34) 및 구동부(36)로 이루어진다. 지지 브라켓(32)은 본체(10) 위에 한 쌍으로 서로 대향 배치되고, 하우징(34)은 지지 브라켓(32) 사이에 회전될 수 있도록 힌지 결합된다. 구동부(36)는 하우징(34)을 회전시키는 동력을 제공하며, 지지 브라켓(32)의 일측면에 설치된다.In addition, the inclination adjustment module 30 is a means for adjusting the inclination angle θ of the ground information sensor 20, and includes a support bracket 32, a housing 34, and a driving unit 36. The support brackets 32 are disposed opposite each other in pairs on the main body 10, and the housing 34 is hinged to be rotatable between the support brackets 32. The driving unit 36 provides power to rotate the housing 34 and is installed on one side of the support bracket 32.

하우징(34)은 수용부를 구비하여 지면 정보 감지 센서(20)를 수용부에 위치시키며, 이에 따라, 지면 정보 감지 센서(20)는, 하우징(34)이 회전하는 경우, 하우징(34)과 함께 회전하게 된다. 하우징(34)의 회전에 따라 지면 정보 감지 센서(20)의 경사각(θ)도 변화된다.The housing 34 has a receiving portion to position the ground information detecting sensor 20 in the receiving portion, whereby the ground information detecting sensor 20, together with the housing 34, is rotated when the housing 34 is rotated. Will rotate. As the housing 34 rotates, the inclination angle θ of the ground information sensor 20 also changes.

지면 기울기 감지 센서(40)는 이동 로봇 장치(100)가 주행하는 지면의 기울기를 측정하여, 지면 정보 감지 센서(20)의 경사각(θ)을 일정하게 유지하도록 한다.The ground inclination sensor 40 measures the inclination of the ground on which the mobile robot apparatus 100 travels, thereby maintaining the inclination angle θ of the ground information sensor 20 constant.

즉, 이동 로봇 장치(100)의 주행시 지면의 기울기가 변화하는 경우, 지면 정보 감지 센서(20)가 고정되어 있다고 가정하면, 경사각(θ)도 지면의 기울기 변화에 따라 변화한다. 따라서, 이동 로봇 장치(100)의 주행시, 지면 정보 감지 센서(20)의 경사각(θ)을 일정하게 유지하기 위해서는 지면의 기울기 변화에 따라 지 면 정보 감지 센서(20)를 회전시킬 필요가 있다.That is, when the tilt of the ground changes when the mobile robot apparatus 100 runs, assuming that the ground information sensor 20 is fixed, the inclination angle θ also changes according to the change of the tilt of the ground. Therefore, when the mobile robot apparatus 100 runs, in order to maintain the inclination angle θ of the ground information sensor 20 constant, it is necessary to rotate the ground information sensor 20 according to the change of the inclination of the ground.

일례로, 이동 로봇의 주행 방향(도 2에서 좌측 방향)으로 지면의 기울기가 상향으로 증가하는 경우, 경사 조절 모듈(30)은 경사각(θ)이 커지는 것을 방지하기 위해, 지면 정보 감지 센서(20)를 시계 방향으로 회전시켜 결과적으로 경사각(θ)을 일정하게 유지시킨다.For example, when the inclination of the ground increases upward in the driving direction of the mobile robot (the left direction in FIG. 2), the tilt adjustment module 30 may prevent the inclination angle θ from increasing. ) Is rotated clockwise, resulting in keeping the inclination angle θ constant.

상기와 같이, 지면 정보 감지 센서(20)의 경사각(θ)을 일정하게 유지시킴으로써, 이동 로봇 장치(100)는 지면 위의 장애물들을 보다 안정적으로 감지할 수 있게 된다.As described above, by keeping the inclination angle θ of the ground information sensor 20 constant, the mobile robot apparatus 100 may more stably detect obstacles on the ground.

또한, 이동 로봇 장치(100)는 지피에스(GPS) 수신기(50)를 통하여 현재 주행하고 있는 곳의 위도와 경도를 파악하면서 주행할 수 있다.In addition, the mobile robot apparatus 100 may travel while grasping the latitude and longitude of the place currently running through the GPS receiver 50.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 작용을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 지면 정보 감지 센서에 의해 감지된 스캔 데이터를 나타낸 도면이다.3 is a schematic view for explaining the operation of the mobile robot device according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing the scan data sensed by the ground information sensor of the mobile robot device according to an embodiment of the present invention. .

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇 장치(100)는 주행하면서 지면 정보 감지 센서(20)를 통하여 소정의 스캔 범위(SR)에서 지면의 정보를 스캔하여 스캔 데이터(SD)를 생성하며, 이 스캔 데이터를 인식하여 장애물의 위치를 파악하면서 주행 방향을 결정한다.Referring to FIG. 3, the mobile robot apparatus 100 according to an embodiment of the present invention scans ground information in a predetermined scan range SR through the ground information sensor 20 while driving and scan data SD. It generates the, and recognizes the scan data to determine the driving direction while determining the position of the obstacle.

도 4는 경사각(θ)이 25°인 경우, 지면 정보 감지 센서(20)에 의해 생성된 스캔 데이터를 나타내며, 소정 지점(대략 X: 1000 mm, Y: 1000 mm 지점)에서 스캔 데이터가 급격히 변하는 것을 확인할 수 있으며, 이 지점이 장애물(200)의 엣지(P) 를 나타낸다.4 shows scan data generated by the ground information sensor 20 when the inclination angle θ is 25 °, and the scan data changes rapidly at a predetermined point (about X: 1000 mm and Y: 1000 mm). It can be seen that this point represents the edge P of the obstacle 200.

상기와 같이, 장애물의 엣지(P)에서 스캔 데이터의 급격한 변화를 생성할 수 있는 것은 지면 정보 감지 센서(20)의 경사각(θ)으로 인하여 가능한 것이다.As described above, it is possible to generate a sudden change in the scan data at the edge (P) of the obstacle due to the inclination angle (θ) of the ground information sensor 20.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이동 로봇 장치는 지면 정보 감지 센서를 경사지게 설치하여, 주행시 지면의 장애물의 위치를 정확히 파악하여 장애물과의 충돌을 방지하면서 안정된 주행을 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이동 로봇 장치는 지면의 기울기에 따라 지면 정보 감지 센서를 회전시킴으로써, 지면에 대한 경사각을 일정하게 유지하도록 하여 장애물에 대한 안정적인 스캔 데이터 수집이 가능해 진다.As described above, the mobile robot device according to the present invention may be installed inclinedly to the ground information sensor, to accurately grasp the position of the obstacle on the ground during driving to prevent the collision with the obstacle to ensure stable driving. In addition, the mobile robot device according to the present invention by rotating the ground information sensor according to the inclination of the ground, it is possible to maintain a constant inclination angle with respect to the ground, it is possible to collect the stable scan data for the obstacle.

Claims

A mobile robotic device that runs on the ground,

main body; And

A ground information sensor mounted on the main body to scan ground information and disposed to be inclined downward toward the ground;

An inclination adjustment module capable of changing an inclination angle formed by the ground information sensor and the ground; And

Is installed on one side of the inclination control module includes a ground inclination detection sensor for detecting the inclination of the ground,

The tilt control module is a mobile robot device characterized in that to maintain a constant inclination angle of the ground information sensor according to the slope detected by the ground tilt sensor.

delete

The method of claim 1,

The tilt control module,

A support bracket formed on the main body; And

A housing hinged to the support bracket and installed to be rotatable;

And the ground information sensor rotates together with the housing.

The method of claim 3,

And the ground information sensor is mounted in the housing.

delete

The method of claim 1,

When the inclination angle between the ground information sensor and the ground is θ, the mobile robot apparatus satisfying the following conditions.

0 ° <θ ≤ 45 °

The method of claim 3,

And a GPS receiver for receiving latitude and longitude information in the main body.

In the traveling method of a mobile robot device traveling on the ground,

Tilt the ground information sensor installed in the mobile robot device downward with respect to the ground;

The ground information is scanned by the ground information sensor;

Analyzing the information of the scanned ground to determine a driving direction of the mobile robot device,

Inclining the ground information sensor,

The driving method of the mobile robot device, characterized in that determined according to the inclination of the ground detected by the ground tilt detection sensor mounted on the mobile robot device.

delete

The method of claim 9,

And the inclination angle of the ground information detection sensor with respect to the ground is constantly maintained based on the inclination information detected by the ground inclination detection sensor.