KR102051046B1

KR102051046B1 - 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102051046B1
Application number: KR1020170155520A
Authority: KR
Inventors: 김영근; 박종찬; 전봉규
Original assignee: 유진기술 주식회사
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-12-02
Also published as: KR20190057978A

Abstract

본 발명은 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템에 관한 것으로, 태양광 패널을 주행하며 청소를 수행하는 청소 로봇(10); 및 상기 청소 로봇(10)을 추종하고 다른 태양광 패널로 이동시켜주는 모바일 로봇(20)을 포함하고, 상기 청소 로봇(10) 일측에 부착된 초음파 송신부(15)로부터 상기 모바일 로봇(20)의 일측에 부착된 초음파 수신부(23)의 측정된 거리를 이용하여 위치를 추종하여 모바일 로봇(20)에서 청소 로봇(10)에 전원 공급과 도킹을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템 및 방법{Following system for solar panel cleaning robot of mobile robot and method thereof}

본 발명은 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 패널을 모바일 로봇과 청소 로봇이 협업하여 청소하기 위한 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템 및 방법에 관한 것이다.

태양광 발전 패널을 청소하기 위한 두 로봇의 협업 시스템에서 모바일 로봇은 청소 로봇에 전원 공급과 도킹을 위해서 청소 로봇을 추종해야 한다. 모바일 로봇이 청소 로봇을 추종하기 위해서는 두 로봇의 상대 위치 정보가 필요하다. 대규모 태양광 발전소에 적용하기 위한 위치 추정 시스템은 정확도 뿐만 아니라 저렴하며 유지 보수가 용이해야 한다.

야외 환경에서 위치 정보 획득에는 GPS를 이용한 방법과 레이저 스캐너 또는 비콘을 이용한 방법이 주를 이룬다.

GPS를 이용한 방법은 태양광 발전 패널에 의한 다중 경로(Multipath) 오차를 야기하며 이를 극복한 RTK GPS의 경우 다수의 로봇에 적용하기는 고가이다.

레이저 스캐너는 주위 환경에 대한 사전 모델링과 위치 추정에 필요한 많은 연산량 및 가격이 문제가 된다.

비콘을 이용한 방법은 로봇의 주위 환경에 위치 정보를 제공하는 다수의 비콘을 설치하여 로봇의 위치 정보를 획득하는 방법이다. 이 방법의 경우 로봇의 경로에 해당하는 모든 장소에 비콘을 설치해야 하므로 대규모 태양광 발전소에 적용하는 것에 유지 보수 문제가 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 청소 로봇과 모바일 로봇에 설치된 초음파 비콘을 기반으로 두 로봇의 상대 위치를 추정하고 추정된 정보로 모바일 로봇이 청소 로봇을 추종하도록 하는 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템은, 태양광 패널을 주행하며 청소를 수행하는 청소 로봇(10); 및 상기 청소 로봇(10)을 추종하고 다른 태양광 패널로 이동시켜주는 모바일 로봇(20);을 포함하고, 상기 청소 로봇(10) 일측에 부착된 초음파 송신부(15)로부터 상기 모바일 로봇(20)의 일측에 부착된 초음파 수신부(23)의 측정된 거리를 이용하여 위치를 추종하여 모바일 로봇(20)에서 청소 로봇(10)에 전원 공급과 도킹을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 청소 로봇(10)은, 양측에 태양광 패널(100) 상에서 이동하는 경로를 제한하는 가이드 롤러(11); 상기 태양광 패널(100) 표면에 부착된 이물질을 제거하는 회전형 브러쉬(12); 및 상기 청소 로봇(10)을 구동시키는 구동부(13);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 모바일 로봇(20)은, 상기 청소 로봇(10)을 탑재하는 탑재부(21); 상기 탑재부(21)의 경사와 높이를 조절하는 조절부(22); 및 상기 청소 로봇(10)을 이동시키는 구동부(23);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신부(15)는 초음파 송신 범위 확대를 위해 초음파 송신기(16) 6개가 2열로 배열되는 것을 특징으로 한다.

상기 수신부(23)는, 상하 4개씩 8개로 구성된 초음파 수신기(26); 및 상기 모바일 로봇(20)의 자세 측정과 위치 추정 결과를 보정하는 자세 추정 시스템(27);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자세 추정 시스템(27)은 3축 가속도, 3축 각속도, 3축 지자기 센서로 구성되며 필터를 통해 오일러 각도(Yaw, Roll, Pitch)를 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 방법은, 청소 로봇(10)에 부착된 송신부(15)에서 초음파를 발사하여 모바일 로봇(20)에 부착된 수신부(25)에서 초음파를 수신하는 단계; 상기 송신부(15)와 수신부(25) 사이의 거리를 계산하는 단계; 상기 모바일 로봇(20)에 설치된 자세 추정 시스템(27)으로부터 모바일 로봇(20)의 3축 회전각도 정보를 획득하여 모바일 로봇(20)의 자세를 계산하는 단계; 상기 송수신부(15,25) 사이의 거리 정보를 기반으로 비선형 최소 자승 삼변측량을 수행하여 청소 로봇(10)의 위치를 기준으로 하는 모바일 로봇(20)의 초기 위치를 계산하고 자세 추정 시스템(27)으로 결과를 보정하는 단계; 상기 초기 계산된 위치를 기반으로 파티클 필터를 적용하여 청소 로봇(10)의 위치를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 모바일 로봇(20)의 위치를 기반으로 모바일 로봇(20)을 목표된 위치로 제어하기 위해 이동 경로와 자세 변화를 최소화하는 모션을 결정하고 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신부(15)와 수신부(25) 사이의 거리는 음의 전파 속도로 계산하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 초음파를 이용하므로 높은 추정 추종 정확도를 가지며 연산량이 적고 가격이 저렴하다.

또한, 본 발명에 따르면 초음파 비콘의 설치는 청소 로봇과 모바일 로봇에만 요구되며 그 개수가 적으므로 유지 보수가 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템의 추종 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템의 도킹 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 청소 로봇의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모바일 로봇의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 청소 로봇에 부착된 송신부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 모바일 로봇에 부착된 수신부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

먼저 본 발명의 일실시예에 따른 협업 청소 로봇 시스템에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템의 추종 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템의 도킹 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 청소 로봇의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 모바일 로봇의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 청소 로봇에 부착된 송신부를 나타낸 도면이고. 도 6은 본 발명에 따른 모바일 로봇에 부착된 수신부를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템은 태양광 패널을 탑승하여 청소를 수행하는 청소 로봇(10)과, 상기 청소 로봇(10)을 추종하고 다른 태양광 패널로 이동시켜주는 모바일 로봇(20)로 구성된다. 즉, 협업 청소 로봇 시스템은 제1 태양광 패널(100) 상부에서 주행하며 청소를 수행하는 청소 로봇(10)과, 상기 청소 로봇(10)을 추종하면서 제1 태양광 패널(100)의 청소를 끝낸 후 제2 태양광 패널(200)로 이동시켜주는 모바일 로봇(20)로 구성된다.

상기 청소 로봇(10)은 양측에 제1 태양광 패널(100) 상에서 청소 로봇(10)이 이동하는 경로를 제한하는 가이드 롤러(11), 상기 제1 태양광 패널(100) 표면에 부착된 이물질을 제거하는 회전형 브러쉬(12), 및 상기 청소 로봇(10)을 구동시키는 구동부(13)로 구성되어 있다. 여기서. 상기 구동부(13)는 한 쌍의 바퀴를 연결하는 바퀴 축이 회전하면서 청소 로봇(10)이 이동하게 된다.

상기 모바일 로봇(20)은 청소 로봇(10)을 탑재하는 탑재부(21), 상기 탑재부(21)의 경사(각도)와 높이를 조절하는 조절부(22), 및 상기 청소 로봇(10)의 움직임을 추종하는 동시에 독립적으로 이동이 가능한 구동부(23)로 구성된다.

여기서, 상기 조절부(22)는 지면과의 높이 및 각도를 조절하여 제2 태양광 패널(200) 상에 청소 로봇(10) 탑승이 가능케 한다. 즉, 모바일 로봇(20)이 청소 로봇(10)을 추종하여 제1 태양광 패널(100)에 접근한 후 탑재부(21)를 조절부(22)를 통하여 제1 태양광 패널(100) 높이와 각도를 일치시켜 도킹한다, 이후에 청소 로봇(10)을 탑재부(21)에서 이탈시켜 제2 태양광 패널(200)에 탑승시킨다.

한편, 상기 청소 로봇(10) 일측에는 송신부(15)가 지면과 수직으로 부착되어 초음파 신호를 송신한다. 이때, 상기 송신부(15)는 초음파 송신 범위 확대를 위해 초음파 송신기(16) 6개가 2열로 배열되어 있다.

그리고, 상기 모바일 로봇(20)의 일측에는 수신부(23)가 지면과 수평으로 부착되어 초음파 신호를 수신한다. 여기서, 상기 수신부(23)는 초음파 수신기(26)가 상하 4개씩 8개로 구성되며 정확도가 높은 3차원 삼변측량을 수행하기 위해 육면체 모양으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 모바일 로봇(20)의 자세 측정과 이를 이용한 위치 추정 결과 보정을 위해 자세 추정 시스템(AHRS; Attitude Heading Reference System, 27)이 초음파 수신기(26) 배열의 중심에 위치한다. 여기서, 상기 자세 추정 시스템(27)은 3축 가속도, 3축 각속도, 3축 지자기 센서로 구성되어 있으며 필터를 통해 오일러 각도(Yaw, Roll, Pitch)를 획득할 수 있다.

그리고, 상기 모바일 로봇(20)은 캐터필러 타입으로 상부에 6-DOF 브릿지가 부착되어 지면에서 태양광 패널 청소 로봇(10)을 추종하고, 이를 통해 청소 로봇(10)에 전원을 공급하고, 청소 로봇(10)을 상부의 6-DOF 브릿지에 도킹을 수행한다.

여기서, 상기 송신부(15) 및 수신부(25)는 지면으로부터 높은 모바일 로봇(20)의 탑재부(21) 및 청소 로봇(10) 일측에 각각 부착되는 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명의 일실시예에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 방법에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 방법은, 우선 초음파 신호를 송수신 한다(S100). 즉, 청소 로봇(10)에 부착된 송신부(15)에서 초음파를 발사하면 모바일 로봇(20)에 부착된 수신부(25)에서 초음파를 수신한다.

이어서, 상기 송수신기 거리를 계산한다(S110). 즉, 상기 송신부(15)와 수신부(25) 사이의 거리를 계산하고, 상기 송수신기(15,25) 사이의 거리 계산에는 음의 전파 속도(소리의 속도)를 이용할 수 있다.

이어서, 상기 모바일 로봇(20)의 자세를 계산한다(S120). 즉, 상기 모바일 로봇(20)에 설치된 자세 추정 시스템(27)으로부터 모바일 로봇(20)의 현재 3축 회전각도 정보를 획득한다.

다음으로, 초기 위치를 계산한다(S130). 즉, 상기 초기 위치 계산에는 송수신부(15,25) 사이의 거리 정보를 기반으로 비선형 최소 자승 삼변측량(Non-linear Least Square Trilateration)을 수행하여 청소 로봇(10)의 위치를 기준으로 하는 모바일 로봇(20)의 위치를 계산하고 자세 추정 시스템으로 결과를 보정한다. 여기서, 상기 초기 위치 계산은 알고리즘의 첫 실행과 위치 추정 단계에서 위치 추정 정확도가 부정확해지는 경우에만 수행된다.

다음에, 위치를 추정한다(S140). 즉, 초기 계산된 위치를 기반으로 예측 기술 중 하나인 파티클 필터를 적용하여 청소 로봇(10)의 위치를 추정한다. 이때, 이후 추정된 위치를 기반으로 내부에서 시뮬레이션을 수행하고 추정 정확도가 부정확해지는 경우 초기 위치 계산 단계를 재수행한다.

다음에, 모바일 로봇(20)의 위치를 제어한다(S150). 즉, 추정된 모바일 로봇(20)의 위치를 기반으로 모바일 로봇(20)을 목표된 위치로 제어하기 위해 이동 경로와 자세 변화를 최소화하는 모션을 결정하고 수행한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 청소 로봇 11: 가이드 롤러
12: 브러쉬 13, 23: 구동부
15: 송신부 20: 모바일 로봇
21: 탑재부 22: 조절부
25: 수신부 100, 200: 태양광 패널

Claims

태양광 패널을 주행하며 청소를 수행하는 청소 로봇(10); 및
캐터필러 타입으로 상부에 6-DOF 브릿지가 부착되어 지면에서 상기 청소 로봇(10)을 추종하고, 청소 로봇(10)을 상부의 6-DOF 브릿지에 도킹을 수행하며, 다른 태양광 패널로 이동시켜 주는 모바일 로봇(20);을 포함하되,
상기 청소 로봇(10)은 양측에 태양광 패널(100) 상에서 이동하는 경로를 제한하는 가이드 롤러(11)와, 상기 태양광 패널(100) 표면에 부착된 이물질을 제거하는 회전형 브러쉬(12), 및 상기 청소 로봇(10)을 구동시키는 구동부(13)를 포함하고,
상기 모바일 로봇(20)은 청소 로봇(10)을 탑재하는 탑재부(21)와, 상기 탑재부(21)를 태양광 패널의 경사 및 높이가 일치되도록 조절하여 청소 로봇(10)을 탑승시키는 조절부(22), 및 상기 청소 로봇(10)을 이동시키는 구동부(23)를 포함하며,
상기 청소 로봇(10) 일측에 부착된 초음파 송신부(15)로부터 상기 모바일 로봇(20)의 일측에 부착된 초음파 수신부(23)의 측정된 거리를 이용하여 위치를 추종하여 모바일 로봇(20)에서 청소 로봇(10)에 전원 공급과 도킹을 수행하며,
상기 송신부(15)는 초음파 송신 범위 확대를 위해 초음파 송신기(16) 6개가 2열로 배열되며,
상기 수신부(23)는 상하 4개씩 8개로 구성된 초음파 수신기(26), 및 상기 모바일 로봇(20)의 자세 측정과 위치 추정 결과를 보정하는 자세 추정 시스템(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 자세 추정 시스템(27)은 3축 가속도, 3축 각속도, 3축 지자기 센서로 구성되며 필터를 통해 오일러 각도(Yaw, Roll, Pitch)를 획득하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 태양광 패널 청소 로봇 추종 시스템.
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