KR101040176B1 - Positioning device and method of moving object using relative position - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동체의 위치추정장치와 방법에 관한 것으로서 공간을 개시하는 위치유닛을 기준으로 한 상대좌표를 이용하여 이동체를 목표지점까지 정확하고 용이하게 이동할 수 있도록 하는 위치추정에 관한 장치와 방법이다. The present invention relates to an apparatus and a method for estimating a position of a moving object. The present invention relates to an apparatus and a method for estimating a moving object accurately and easily using a relative coordinate based on a position unit that starts a space.
보다 구체적으로 본 발명의 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치이동장치는 적어도 하나 이상의 분할된 공간을 포함하고 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보로부터 이동체의 이동 목표점이 속한 공간 정보와, 상기 목표점이 속한 공간을 개시하는 위치유닛을 원점으로 하는 목표점의 상대좌표를 추정하는 이동위치 결정수단, 및 이동체가 위치유닛의 기설정된 반경 내로 인접하면 해당 위치유닛을 원점으로 초기화하고, 이를 기준으로 목표점까지의 이동 루트를 결정하며, 이동체의 이동량 및 이동방향 데이터로부터 이동체의 이동 지점에 대한 상대좌표를 추정하는 상대좌표 추정수단을 포함한다.More specifically, the apparatus for moving a position of a moving object using the relative position of the present invention includes space information to which the moving target point of the moving object belongs, and the space to which the moving object belongs, from the information about the space in which the moving body includes at least one divided space. Moving position determining means for estimating the relative coordinates of the target point starting from the starting position unit, and if the moving object is adjacent within a predetermined radius of the position unit, the position unit is initialized to the origin, and the movement route to the target point is based on this. And relative coordinate estimating means for estimating a relative coordinate with respect to a moving point of the moving object from the moving amount and the moving direction data of the moving object.
위치추정, 상대좌표, RFID 태그, RFID 판독기, 위치유닛, 이동체 Position Estimation, Relative Coordinate, RFID Tag, RFID Reader, Positioning Unit, Moving Object
Description
본 발명은 임의의 실내환경에서 동작하는 이동체의 위치를 추정하는 방법과 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for estimating the position of a moving object operating in any indoor environment.
본 발명은 특히 일반적인 절대좌표를 측정하는 방법이 아닌 인간의 자기 위치 인식 방법과 유사하게 공간을 개시하는 위치유닛을 기준으로 한 상대좌표를 이용하여 이동체를 목표지점까지 정확하고 용이하게 이동할 수 있도록 하는 위치추정에 관한 장치와 방법에 관한 것이다. In particular, the present invention provides a method of accurately and easily moving a moving object to a target point by using a relative coordinate based on a position unit that starts a space, similar to a method of recognizing a human position, rather than a method of measuring a general absolute coordinate. A device and method for position estimation are disclosed.
기존의 이동형 로봇과 같은 실내 이동체의 실내 위치 측정 방법은 일반적으로 Zigbee나 Wi-Fi, UWB 무선 통신의 전파강도측정을 통한 삼각법에 의한 위치 산정 방법과 RFID 태그(Tag)를 일정간격으로 바닥에 설치하여 각각의 태그로부터 송신되는 정보를 수신하여 절대위치를 측정하는 방식이다.Indoor positioning methods of indoor moving objects such as existing mobile robots are generally calculated by triangulation method using radio wave strength measurement of Zigbee, Wi-Fi, UWB wireless communication, and RFID tags are installed on the floor at regular intervals. It is a method of measuring absolute position by receiving information transmitted from each tag.
무선 신호의 전파 강도를 측정하여 삼각법에 의한 위치 측정은 일반적으로 오차 범위가 수 미터에 달하고, 이를 개선하기 위해서는 전파 송수신 단말기의 개수를 늘려야 하므로 이는 전체적 시스템의 설치 비용의 상승을 유발한다. 또한 지 속적으로 전파 송수신을 해야 함으로써 이동형 로봇의 전력 손실을 가져오는 문제도 발생한다.Triangulation by measuring the radio wave strength of the radio signal, the error range generally reaches a few meters, the number of radio transmission and reception terminals need to be increased to improve this, which causes an increase in the installation cost of the overall system. In addition, there is a problem that the power loss of the mobile robot due to the continuous radio transmission and reception.
또한, RFID 태그를 바둑판 형태로 바닥에 매설하는 것을 이용한 셀 기반 위치 측정은 간격에 따라 원하는 정도의 최소 오차 범위의 이동형 로봇의 위치를 얻을 수 있으나, 바닥에 일정 간격으로 수많은 RFID 태그를 매설해야 한다는 점과, 이동형 로봇 내의 RFID 리더기가 지속적으로 작동하여 전력손실을 갖는 문제점이 있다.In addition, cell-based position measurement using the RFID tag embedded on the floor can obtain the position of the mobile robot with the minimum margin of error according to the interval, but it is necessary to embed numerous RFID tags on the floor at regular intervals. In addition, there is a problem in that the RFID reader in the mobile robot continuously operates and has a power loss.
그리고, 이동형 로봇에 있어서 작업 환경에 대한 맵핑 방법은 여러 가지로 연구되고 있으나, 단순히 맵(지도) 데이터에 절대 좌표를 대입하는 정도에 있고, 이러한 방법은 설치비용이나 작업환경 등에서 여러 문제가 있으므로 새로운 방식의 위치 인식 방법과 이동형 로봇의 맵핑 방법에 대한 연구가 필요하다.In addition, the mapping method to the working environment in mobile robots has been studied in various ways, but it is simply to substitute absolute coordinates into the map data, and this method has various problems in terms of installation cost and working environment. It is necessary to study the location recognition method and the mapping method of the mobile robot.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기존 방법인 절대좌표를 측정하여 이용하는 방법이 아닌, 분할된 공간을 개시하는 위치유닛을 기점으로 이동체가 동작하는 실내 환경의 목표점과 움직이는 이동체의 상대적 위치를 추정하는 방법과 장치를 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is not a method of measuring and using absolute coordinates, which is a conventional method, but instead of a target point and a moving object of an indoor environment in which a moving object operates based on a position unit that starts a divided space. A method and apparatus for estimating relative position are provided.
또한 본 발명은 실내 공간을 분할하는 위치유닛을 기점으로 하여 목표점으로의 이동루트를 공간값과 상대좌표값을 이용하여 결정하고, 이동형 로봇의 이동량 상수 및 자이로스코프의 이동 방향 데이터를 통하여 이동하는 이동체의 상대적 위치를 추정함으로써 절대좌표를 이용한 위치측정 장치나 방법보다 처리되는 데이터 용량을 줄임과 동시에 간편하고 정확한 목표지점으로 이동하는 이동체를 제공할 수 있다.In addition, the present invention determines the movement route to the target point by using the position unit for dividing the indoor space by using the space value and the relative coordinate value, and the moving object moving through the movement amount constant of the mobile robot and the movement direction data of the gyroscope By estimating the relative position of the sensor, it is possible to provide a moving object that moves to a simple and accurate target point while reducing the amount of data to be processed, compared to a positioning device or method using absolute coordinates.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정장치는 적어도 하나 이상의 분할된 공간을 포함하고 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보로부터 이동체의 이동 목표점이 속한 공간 정보와, 상기 목표점이 속한 공간을 개시하는 위치유닛을 원점으로 하는 목표점의 상대좌표를 추정하는 이동위치 결정수단, 및 이동체가 상기 적어도 하나 이상의 분할된 공간을 개시하는 위치유닛의 기설정된 반경 내로 인접하면 해당 위치유닛을 원점으로 초기화하고, 이를 기준으로 목표점까지의 이동 루트를 결정하며, 이동체의 이동량 및 이동방향 데이 터로부터 이동체의 이동 지점에 대한 상대좌표를 추정하는 상대좌표 추정수단을 포함한다.An apparatus for estimating a moving object using the relative position of the present invention for achieving the above object includes at least one divided space and the space information to which the moving target point of the moving object belongs from the information about the space in which the moving object operates, and the target point A moving position determining means for estimating a relative coordinate of a target point originating from the position unit starting the space to which the space belongs, and if the moving body is adjacent within a predetermined radius of the position unit starting the at least one divided space, the position unit is referred to as the origin point. And a relative coordinate estimating means for estimating a relative movement route to the target point based on this, and estimating a relative coordinate with respect to the moving point of the moving object from the moving amount and the moving direction data of the moving object.
본 발명에서 상기 이동체는 이동형 로봇 등을 포함하는 장치로서, 구동부와 이를 제어하는 제어부에 의해 공간의 소정의 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 장치를 의미하는 것으로 정의된다. In the present invention, the moving body is a device including a mobile robot, etc., and is defined as a device that can move from a predetermined position in a space to another position by a driving unit and a control unit controlling the same.
본 발명에서 적어도 하나 이상의 분할된 공간은 이동체가 작동하는 실내의 공간으로서 복수 개의 분할된 내부 공간을 가지는 개념으로 정의할 수 있다.In the present invention, at least one divided space may be defined as a concept having a plurality of divided internal spaces as a space in a room where the moving object operates.
본 발명에서 상기 위치유닛은 상대좌표의 기준점을 삼을 수 있는 위치 단위를 나타내는 개념으로서 이동체가 이동하는 실내 환경에서 분할된 공간과 공간을 연결하는 중간 연결 수단을 지칭할 수 있다. 즉, 하나의 공간이 끝나고 다시 다른 공간이 개시되는 매개 수단을 의미하는 것으로 일 실시예로서 실내의 다수 개의 소정의 분할된 공간을 구분하는 문과 같은 개념을 포함하는 것으로 정의될 수 있다.In the present invention, the position unit is a concept representing a position unit that can be used as a reference point of the relative coordinates may refer to the intermediate connection means for connecting the divided space and the space in the indoor environment in which the moving body moves. In other words, it means a medium means that one space ends and another space is started again, and as an embodiment, it may be defined to include a concept such as a door that distinguishes a plurality of predetermined divided spaces in the room.
따라서 본 발명의 위치추정장치는 위치유닛을 이용한 상대좌표값과 분할된 공간의 공간값으로부터 상대적 위치를 추정하는 장치이므로, 상대좌표의 기준점 혹은 원점을 정의하는 위치유닛으로부터 위치유닛 자체의 특성과 종류에 대한 정보는 물론, 위치유닛이 분리하는 공간에 대한 공간값 즉, 공간에 대한 임의의 설정 번호에 대한 정보 등이 설정될 수 있다. 또, 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보와, 이동체의 이동 목표점이 속한 공간 정보, 및 상기 목표점이 속한 공간을 개시하는 위치유닛 등에 대한 정보 등이 미리 설정될 수 있다.Therefore, since the position estimating apparatus of the present invention estimates the relative position from the relative coordinate value using the position unit and the spatial value of the divided space, the characteristics and types of the position unit itself from the position unit defining the reference point or origin of the relative coordinate As well as information on the space, the space value for the space separated by the position unit, that is, information about any set number for the space and the like can be set. In addition, information about the space in which the moving object operates, space information to which the moving target point of the moving object belongs, and information about a position unit for starting the space to which the target point belongs, and the like may be set in advance.
본 발명의 일 실시예에서 상기 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보는 분할 된 공간의 공간번호, 분할된 공간을 개시하는 위치유닛의 고유번호, 상기 위치유닛의 절대좌표 등일 수 있다. 본 발명은 그 실시예에 따라 일부 절대좌표값을 위치추정장치의 상대적 위치추정에서 보충적으로 사용할 수 있는데, 상기 위치유닛의 절대좌표값은 기설정된 이동체가 동작하는 실내 환경의 맵 데이터로부터 측정될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the information on the space in which the moving object operates may be a space number of the divided space, a unique number of a location unit which starts the divided space, an absolute coordinate of the location unit, and the like. According to an embodiment of the present invention, some absolute coordinate values may be supplementally used in the relative position estimation of the position estimating apparatus, and the absolute coordinate values of the position unit may be measured from map data of an indoor environment in which a predetermined moving object is operated. have.
본 발명에서 상기 상대좌표는 3차원 좌표 또는 2차원 좌표일 수 있다. 즉, 일례로 x축, y축, 및 z축과 같은 3차원 좌표가 사용되거나 혹은 x축 및 y축의 2차원 좌표를 사용한 상대좌표일 수 있다. 바람직하게는 이동체가 실내 공간의 바닥면에서 이동하므로 2차원 좌표를 이용하여 상대좌표를 추정할 수 있다. In the present invention, the relative coordinates may be three-dimensional coordinates or two-dimensional coordinates. That is, for example, three-dimensional coordinates such as the x-axis, y-axis, and z-axis may be used, or relative coordinates using two-dimensional coordinates of the x-axis and the y-axis. Preferably, since the moving body moves on the floor of the indoor space, the relative coordinates can be estimated using the two-dimensional coordinates.
본 발명에서 상기 상대좌표의 단위값의 크기는 이동체의 동작 공간의 면적과 이동체의 이동량 데이터를 참조하여 미리 설정된다. 이동체가 동작하는 실내 공간의 면적과 이동체마다 고유의 이동량 특성에 관한 정보가 있으므로 이를 바탕으로 상대좌표에서 1에 해당하는 단위값의 크기를 수 cm 내지 수 m 범위 내에서 결정하여 설정할 수 있다.In the present invention, the size of the unit value of the relative coordinate is set in advance by referring to the area of the moving space of the moving object and the movement amount data of the moving object. Since there is information on the area of the indoor space in which the moving object operates and the characteristic of the movement amount for each moving object, the size of a unit value corresponding to 1 in relative coordinates can be determined and set within a range of several cm to several m.
본 발명에서 목표점까지 이동체가 이동하는 이동 루트는 이동체의 현재 위치로부터 목표점까지 이동할 때 통과하는 공간번호와 위치유닛의 고유번호에 대한 정보로부터 결정된다. 일례로 소정의 목표점까지의 경로는 공간 1 -> 위치유닛 2 -> 공간 2 -> 위치유닛 3 으로 결정될 수 있을 것이다.In the present invention, the moving route to which the moving object moves to the target point is determined from the information about the space number and the unique number of the position unit passing when moving from the current position of the moving object to the target point. For example, the path to the predetermined target point may be determined as space 1-> location unit 2-> space 2-> location unit 3.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보는 이동체의 주제어장치에서 자체적으로 설정되거나, 또는 이동체의 무선통신모듈을 통해 연결되는 외부 서버를 구비하고 그 외부 서버에 설정되어 외부 서버로부터 필요에 따라 전송받을 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, the information on the space in which the moving object operates is set by itself in the main control device of the moving object, or is provided with an external server connected through a wireless communication module of the moving object and is set in the external server to Can be sent from the server as needed.
본 발명에서 이동체의 위치추정장치가 상대좌표를 추정하기 위해 위치유닛을 기준으로 초기화 하기 위해서는 이동체와 인접하는 위치유닛의 중심으로 이동할 수 있다. 위치유닛마다 이동체와의 통신을 수행할 수 있는 반경 범위를 미리 설정할 수 있는데, 이러한 위치유닛의 기설정된 반경 내로 인접하는 이동체와 해당 위치유닛 사이의 통신은, 위치유닛에 부착되어 데이터를 전송하는 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 태그와, 이동체에 포함되어 상기 데이터를 수신하는 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 판독기 사이에 이루어지는 RFID 통신일 수 있다. 그러나 이에 반드시 제한되는 것은 아니며 공지된 무선통신의 방법이면 모두 적용될 수 있다.In the present invention, the position estimating apparatus of the movable body may move to the center of the position unit adjacent to the movable body in order to initialize the position unit based on the position unit to estimate the relative coordinates. A radius range in which communication with the mobile unit can be performed may be set in advance for each location unit. The communication between the mobile unit and the corresponding location unit within a predetermined radius of the location unit is attached to the location unit to transmit data. It may be an RFID communication between a RFID (Radio Frequency Identification) tag and a Radio Frequency Identification (RFID) reader included in the moving object to receive the data. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and any known method of wireless communication may be applied.
상기 이동체에 포함된 RFID 판독기는, 이동체가 위치유닛의 기설정된 반경 내로 인접할 때 작동되고 위치유닛의 RFID 태그로부터 데이터를 수신한 후 작동이 중지되는 것을 특징으로 할 수 있다.The RFID reader included in the movable body may be operated when the movable body is adjacent within a predetermined radius of the position unit and the operation is stopped after receiving data from the RFID tag of the position unit.
위치유닛의 RFID 태그로부터 수신되는 데이터는 해당 위치유닛의 고유번호, 위치유닛의 종류, 위치유닛의 절대좌표, 위치유닛이 개시하는 공간의 공간번호, 이동체의 위치유닛에 대한 방향을 나타내는 코드 등일 수 있다.The data received from the RFID tag of the location unit may be a unique number of the corresponding location unit, the type of the location unit, the absolute coordinates of the location unit, the space number of the space where the location unit starts, a code indicating the direction of the location unit of the moving object, and the like. have.
위치유닛의 고유번호는 분할된 공간을 개시하는 모든 위치유닛에 미리 부여된 일련의 번호이며, 위치유닛의 종류는 위치유닛마다 공간을 개시하는 방법 혹은 공간을 출입하기 위한 방법 등에 대한 정보를 말한다. 위치유닛은 주로 공간 사이 를 연결하는 문을 말하는데, 이러한 문은 출입 방법에 따라 미닫이 혹은 여닫이 등 다양한 방식으로 개폐될 수 있으므로 이들 정보를 수신하여 이동체가 문을 적절하게 통과할 수 있도록 한다.The unique number of the location unit is a series of numbers previously assigned to all the location units for starting the divided space, and the type of the location unit refers to information about a method of starting a space for each location unit or a method for entering and exiting a space. The location unit mainly refers to the doors connecting the spaces. These doors can be opened or closed in various ways such as sliding doors or opening doors depending on the access method, so that the moving object can properly pass through the doors.
위치유닛의 절대좌표는 전체 실내 공간에 대한 절대좌표 중 위치유닛에 대한 절대좌표를 정보로서 저장되어 이동체의 초기화를 위하여 활용되거나 후에 상대좌표의 추정에 대한 보정시 활용되도록 한다. 또한 상기 공간번호는 위치유닛에 의해 분할된 공간에 대해 부여되는 일련의 번호이며, 이동체의 위치유닛에 대한 방향코드는 이동체가 하나의 위치유닛에 대해 전후 혹은 좌우의 방향에 위치할 수 있으므로 이러한 방향을 알 수 있게 하기 위한 코드를 말한다.The absolute coordinates of the position unit are stored as information of the absolute coordinates of the position unit among the absolute coordinates of the entire indoor space to be used for the initialization of the moving object or to be used for the correction of the estimation of the relative coordinates later. Further, the space number is a series of numbers assigned to the space divided by the position unit, and the direction code for the position unit of the movable body is such that the movable body can be located in the front, rear, left and right directions with respect to one position unit. The code to make it known.
본 발명의 상기 위치추정장치는 소정의 시간 간격마다 측정된 이동체의 절대좌표와, 상기 상대좌표 추정수단에 의해 추정된 이동체의 이동 지점에 대한 상대좌표와 대비하여 이동체의 위치 이상 여부를 판정하는 이상유무 판정수단과, 및 이동체의 위치가 이상이 있다고 판정되는 경우 절대좌표로부터 상대좌표를 역으로 추정하는 좌표 보정수단을 추가로 더 포함할 수 있다.The position estimating apparatus of the present invention determines whether the position of the moving object is abnormal compared to the absolute coordinate of the moving object measured at predetermined time intervals and the relative coordinate with respect to the moving point of the moving object estimated by the relative coordinate estimating means. The presence or absence determination means and the coordinate correcting means for estimating the relative coordinates inversely from the absolute coordinates when it is determined that the position of the moving object is abnormal may be further included.
이동체가 목표점으로 이동할 때 경과된 시간에 따라 이동체의 이동량 데이터와 이동방향 데이터로부터 이동시간에 대한 상대좌표를 추정할 수 있으며, 한편으로는 기설정된 시간 간격마다 실제 이동체의 위치에 대해 무선 측정으로 절대좌표를 측정할 수 있다. 상기 소정의 시간 간격마다 측정된 이동체의 절대좌표는, 이동체의 주제어장치에서 측정되거나, 또는 이동체의 무선통신모듈을 통해 외부 서버로부터 전송받을 수 있다. 이러한 상대좌표값과 절대좌표값을 추출하여 대비하여 이 동체의 위치 이상 유무를 판정할 수 있다. According to the elapsed time when the moving object moves to the target point, the relative coordinates of the moving time can be estimated from the moving amount data and the moving direction data of the moving object. Coordinates can be measured. The absolute coordinates of the moving object measured at the predetermined time intervals may be measured by the main controller of the moving object or transmitted from an external server through the wireless communication module of the moving object. The relative coordinates and the absolute coordinates can be extracted and compared to determine whether there is an abnormal position of the moving body.
상기 좌표 보정수단은 현재 이동체의 절대좌표와 이동체로부터 추정된 이동체 위치에 대한 상대좌표와의 비교를 통해 기설정된 허용 오차 범위를 초과할 경우 이동체의 위치 결정에 이상이 있음으로 판단하여 상기 절대좌표로부터 상대좌표를 역으로 재수정하는 수단이다.The coordinate correcting means determines that the position of the moving object is abnormal when the preset tolerance range is exceeded by comparing the absolute coordinate of the current moving object with the relative coordinate of the moving object estimated from the moving object. It is a means of recorrecting relative coordinates.
상기 절대좌표를 이용한 상대좌표의 보정방법은 특정의 방법으로 제한되지 않으며 당해 분야의 공지된 기술로부터 적용할 수 있다. 일례로서, 현재 이동체가 놓여진 공간의 위치유닛의 절대좌표를 계산하여 그 거리만큼 빼주는 방법, 현재 이동체가 놓여진 공간의 위치유닛의 절대좌표와 추정된 상대좌표값을 절대좌표로 계산할 때 이들 두 좌표의 차이로부터 이동체의 위치 이상에 해당하는 거리를 산출하고 위치 이상된 이동체의 좌표를 상대좌표로 보정하는 방법, 혹은 실내 공간에 대한 맵 데이터를 근거로 현재 이동체가 놓여진 공간의 위치유닛으로부터 다시 다른 위치유닛을 확인하여 이동한 후 상대좌표를 (0,0)으로 재설정하는 방법 등이 있다.The method of correcting relative coordinates using the absolute coordinates is not limited to a specific method and can be applied from known techniques in the art. As an example, a method of calculating the absolute coordinate of the position unit of the space in which the current moving object is placed and subtracting it by the distance. When calculating the absolute coordinate and the estimated relative coordinate value of the position unit of the space in which the current moving object is placed as absolute coordinate, Calculate the distance corresponding to the position of the moving object from the difference and correct the coordinates of the moving object with the relative coordinates or another position unit from the position unit of the space in which the current moving body is placed based on the map data for the indoor space. There is a method to check and move and reset the relative coordinates to (0,0).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동체의 위치추정방법은 적어도 하나 이상의 분할된 공간을 포함하고 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보를 취득하는 단계, 상기 정보로부터 이동체의 이동 목표점이 속한 공간 정보와, 상기 목표점이 속한 공간을 개시하는 위치유닛을 원점으로 하는 목표점의 상대좌표를 추정하는 단계, 출발점의 이동체가 인접한 위치유닛에 대한 데이터를 수신하고 해당 위치유닛을 원점으로 좌표를 초기화하는 단계, 및 상기 원점을 기준으로 목표점까지의 이동 루트를 결정하고, 이동체의 이동량 및 이동방향 데이터로부터 이동체의 이동 지점 에 대한 상대좌표를 추정하는 단계를 포함한다.The method of estimating the position of the moving object of the present invention for achieving the above object comprises the steps of acquiring information about the space in which the moving object operates, including at least one divided space, spatial information to which the moving target point of the moving object belongs, and Estimating relative coordinates of a target point whose origin is the location unit that starts the space to which the target point belongs, receiving a data about an adjacent position unit by the moving object of the starting point, and initializing the coordinates of the position unit as origin; and Determining a movement route to the target point based on the origin, and estimating a relative coordinate with respect to the moving point of the moving object from the moving amount and the moving direction data of the moving object.
본 발명에서 상기 좌표의 초기화는, 상기 위치유닛에 대한 데이터를 수신하고 해당 위치유닛의 중심점으로 이동체를 이동한 후 수행되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the initialization of the coordinates, characterized in that is performed after receiving the data for the position unit and moving the moving object to the center point of the position unit.
상기 위치유닛의 중심점은 데이터를 전송하는 전송수단이 부착된 위치유닛의 중심점이거나 중심점을 지나는 수직선과 바닥면과의 교차점일 수 있다. 본 발명의 위치추정방법에서 좌표를 (0,0) 혹은 (0,0,0)으로 초기화하는 것은 이러한 중심점을 기준으로 한다.The center point of the location unit may be a center point of a location unit to which data transmitting means is attached or an intersection point between a vertical line passing through the center point and a bottom surface. In the position estimation method of the present invention, initializing the coordinates to (0,0) or (0,0,0) is based on this center point.
초기화 단계를 거치고 나면 해당 기준점을 중심으로 이동체의 목표지점의 상대좌표를 형성할 수 있다. 기준점을 중심으로 하는 상대좌표의 사분면은 위에서 관찰하거나 이동체를 관점을 중심으로 하여 설정될 수 있다.After the initialization step, a relative coordinate of the target point of the moving object may be formed around the reference point. The quadrant of the relative coordinates centered on the reference point may be viewed from above or set around the moving object.
본 발명에서 상기 좌표의 초기화 단계에서, 해당 위치유닛에 대한 데이터를 수신한 후 이동체가 해당 위치유닛의 중심점으로 이동하는 과정을 추가할 수 있다.In the initialization step of the coordinates in the present invention, after receiving the data for the position unit, the moving body may be added to move to the center point of the position unit.
즉, 이동체와의 거리가 기설정된 반경 내에 포함될 정도의 근거리에 위치한 위치유닛에 부착된 RFID 태그로부터 정보를 수신하는 경우 해당 위치유닛의 중심점 위치로 먼저 이동체를 이동한 후 위치유닛을 기준하는 초기화 과정이 수행될 수 있다.That is, when receiving the information from the RFID tag attached to the location unit located in the near enough distance of the moving object to be included in the predetermined radius, the initial process of moving the moving object to the position of the center point of the location unit, and then reference the position unit This can be done.
이때 위치유닛의 중심점으로 이동체가 이동한다는 것은 위치유닛의 중심점을 지나는 수직선과 바닥과의 교차점을 지나는 공간 바닥의 연장선에 이동체가 놓이도록 움직이는 것을 말한다.At this time, moving the moving object to the center point of the position unit means that the moving body is placed on the extension line of the bottom of the space passing through the intersection of the vertical line passing through the center point of the location unit and the floor.
또한 이동체의 위치 이상을 파악하기 위한 단계로서 본 발명의 이동체의 위 치추정방법은, 소정의 시간 간격마다 이동체의 절대좌표를 측정하는 단계와, 상기 절대좌표와 상기 이동체의 이동 지점에 대한 상대좌표를 대비하여 이동체의 위치 이상 여부를 판정하는 단계와, 및 이동체의 위치가 이상이 있다고 판정되는 경우 절대좌표로부터 상대좌표를 역으로 추정하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.In addition, the method for estimating the position of the moving object of the present invention as a step for determining the position abnormality of the moving object, the step of measuring the absolute coordinates of the moving body at a predetermined time interval, and the relative coordinates relative to the moving point of the absolute coordinates and the moving object The method may further include determining whether the position of the moving object is abnormal, and inversely estimating the relative coordinate from the absolute coordinate when it is determined that the position of the moving object is abnormal.
본 발명에 따르면, 분할된 공간을 개시하는 위치유닛을 기점으로 공간 분할 개념의 상대좌표를 활용하여 목표점이나 목표점으로 이동하는 이동체의 상대적 위치를 추정할 수 있으므로 기존의 절대좌표 측정보다 비교 검토할 데이터가 줄어들고 위치오차를 줄일 수 있어 보다 정확한 위치를 산정할 수 있다.According to the present invention, since the relative position of the moving object moving to the target point or the target point can be estimated using the relative coordinates of the spatial division concept based on the position unit that starts the divided space, the data to be compared and compared with the conventional absolute coordinate measurement. Can reduce the position error and reduce the position error can be more accurate.
또한, 이동체의 위치추정장치의 데이터 수신시 작동을 간헐적으로 제어할 수 있어 기존의 위치인식장치나 방법보다 전력소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the operation can be intermittently controlled when receiving the data of the position estimation device of the moving object has the effect of reducing the power consumption than the conventional position recognition device or method.
본 발명은 이동체의 실내 작업환경에 있어서 중요한 위치를 추정하는 장치 및 방법, 그리고 공간을 개시하는 위치유닛의 출입을 위한 인식방법 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for estimating an important position in an indoor working environment of a moving object, and a recognition method for accessing a location unit for starting a space.
본 발명에서 상기 이동체는 실내의 공간에서 이동하는 이동형 로봇, 청소용 로봇 등의 이동형 장치이거나 지게차, 물건 적재용 운반용 자동차를 포함하는 이동형 차량 등으로 모두 포함하는 개념으로 정의된다.In the present invention, the moving object is defined as a concept that includes a mobile device, such as a mobile robot, a cleaning robot that moves in a space of a room, or a mobile vehicle including a forklift truck and a load-carrying vehicle.
본 발명의 일 실시예로서 위치추정장치를 포함하는 이동체의 이동 시스템은 RFID 태그, 위치추정장치를 포함하는 이동체와 함께 외부 서버를 더 포함할 수 있다. 이때 외부 서버는 이동체와의 무선통신을 통해 이동체의 위치정보 등의 데이터 를 상호 교환할 수 있다. As an embodiment of the present invention, the moving system of the moving object including the location estimation device may further include an external server together with the moving object including the RFID tag and the location estimation device. In this case, the external server may exchange data such as location information of the mobile object through wireless communication with the mobile object.
상기 외부 서버는 이동체와의 통신을 통해 위치정보를 교환하는 통신수단을 통해 이동체가 동작하는 실내 환경에 대한 정보, 특히 위치유닛에 대한 절대좌표값을 전달하거나, 무선 측정된 이동하는 이동체의 선택 시간별 절대좌표값을 전달할 수 있다. 물론 상기 위치정보에 대한 데이터는 이동체 자체적으로 측정하거나 계산할 수 있음은 이미 설명한 바와 같다.The external server transmits the information on the indoor environment in which the mobile device operates, in particular the absolute coordinates of the location unit, or wirelessly measured by the selected time of the mobile mobile device through communication means for exchanging location information through communication with the mobile device. You can pass world coordinates. Of course, the data on the position information can be measured or calculated by the moving body as described above.
실시예에 따라서는, 외부 서버나 혹은 이동체에서 상대좌표값을 보정하거나 위치유닛을 중심으로 정확한 지점에서 초기화하도록 유도하기 위한 절대좌표값의 측정은 실내 환경에 대한 맵데이터로에 의해 측정할 수 있다.According to an embodiment, the measurement of the absolute coordinate value for inducing the external server or the moving object to correct the relative coordinate value or to initialize it at the correct point around the position unit may be measured by the map data for the indoor environment. .
즉, 외부 서버를 구성할 경우, 외부 서버는 데이터 저장수단을 통하여 이동체가 작동하는 환경인 소정의 공간에 대한 맵 데이터와 공간의 각 위치유닛에 따른 절대좌표값 등의 데이터를 저장하고, 분할된 공간과 위치유닛에 대한 다양한 정보를 별도로 저장할 수 있다. 그러나 이들 저장값은 모든 지점에 대해 측정된 절대좌표 데이터에 비하여 위치유닛과 설정시간별 이동체의 이동 지점에 대한 절대좌표여서 데이터의 처리 용량은 현저하게 줄어들어 용량을 절감할 수 있다.That is, when the external server is configured, the external server stores data such as map data for a predetermined space, an absolute coordinate value corresponding to each position unit of the space, and the like through the data storage means. Various information about space and location unit can be stored separately. However, these stored values are absolute coordinates of the moving point of the position unit and the moving object by the set time compared to the absolute coordinate data measured for all the points, so that the processing capacity of the data can be significantly reduced and the capacity can be saved.
본 발명의 구체적인 실시형태들은 이하 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.Specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정장치를 포함한 시스템의 구성도를 나타낸 것이다.1 is a block diagram of a system including a device for estimating a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위치추정장치가 포함된 이동체와 이를 포함하는 이동 시스템을 좀더 구체적으로 살펴보면, 공간을 개시하는 위치유닛에 해당하는 출입문에 부착되어 위치정보를 송출하는 RFID 태그(105)와, 이동체, 및 이동체와 무선통신으로 정보를 교환하는 외부 서버(102)로 구성된다.Referring to Figure 1 in more detail with respect to the moving object and the mobile system including a position estimation apparatus according to an embodiment of the present invention, attached to the door corresponding to the position unit for starting the space to send the position information An
상기 이동체는, 이동체에 포함되어 상기 정보를 수신받는 RFID 판독기(103)와, 위치추정장치(101)와, 위치추정장치로 이동방향 데이터를 측정하여 전달하는 자이로스코프(104)와, 이동체의 구동과 구성부분에 대한 작동 및 제어를 담당하는 주제어장치(100), 및 이동체의 외부에 부착되어 주위를 센싱하는 센싱장치 혹은 주변을 촬영하는 카메라(106) 등으로 구성된다.The movable body includes an
위치추정장치는 분할된 공간을 개시하는 출입문에 부착된 RFID 태그로부터 해당 출입문에 대한 위치정보를 RFID 판독기가 수신하면 이 정보로부터 해당 출입문의 중심점을 기준으로 좌표를 초기화한다.The location estimator initializes the coordinates based on the center point of the door from the information when the RFID reader receives the location information of the door from the RFID tag attached to the door that initiates the divided space.
이때 중심점은 출입문의 중심을 지나는 수직선과 바닥면이 교차하는 지점이 될 수 있는데, 이동체는 이러한 교차 지점을 연장한 선상으로 이동될 수 있다. 초기화 과정은 이동체가 위치유닛의 중심점에 해당하는 선상에 이동된 후 진행될 수 있다.At this time, the center point may be a point where the vertical line passing through the center of the door and the bottom surface intersect, and the movable body may be moved on a line extending such an intersection point. The initialization process may be performed after the moving object is moved on a line corresponding to the center point of the location unit.
또한 상기 초기화를 수행하기 위한 위치유닛과 이동체와의 거리는 이미 설정하여 둘 것인데, 기설정된 거리를 만족하지 않는 경우 이동체는 절대좌표값을 이용한 좌표 보정방법을 사용하여 설정거리가 만족되는 지점으로 이동할 수 있다. 즉, 이동체는 무선측위방법으로 간헐적으로 해당 이동체 위치에 대한 절대좌표값을 측 정할 수 있고, 해당 위치유닛에 대한 절대좌표값을 얻을 수 있으므로 이를 대비하여 초기화 과정을 수행할 수 있는 적정 위치로 이동하도록 조정할 수 있다. 이외에 다양한 이동체의 위치 보정 방법을 통해 이동체를 적정 위치로 이동할 수 있으며 기타 좌표 보정방법은 공지된 방법은 상술한 바 있으므로 그 설명은 생략한다. In addition, the distance between the position unit and the moving object for performing the initialization will be set already. If the predetermined distance is not satisfied, the moving object can move to a point where the set distance is satisfied by using a coordinate correction method using an absolute coordinate value. have. That is, the moving object can measure the absolute coordinate value for the position of the moving object intermittently by the wireless positioning method, and can obtain the absolute coordinate value for the corresponding position unit, so it can be moved to an appropriate position to perform the initialization process. Can be adjusted. In addition, the movable body may be moved to an appropriate position through various position correction methods of the movable body, and other coordinate correction methods are well known methods, and thus description thereof will be omitted.
위치추정장치(101)은 RFID 판독기(103)이 위치유닛에 대한 정보를 수신하면, 위치유닛의 위치를 초기화하고 목표점의 상대좌표를 추정하는데, 이동체에 인접하여 위치한 위치유닛에 대한 절대좌표와, 이미 획득된 분할 공간의 공간값(공간번호)를 통해 목표점에 해당하는 상대좌표를 추정한다.The
예를 들어, 이동체가 인접된 위치유닛이 1번 위치유닛인 경우 위치유닛 1의 중심점으로 이동체가 이동한 후 위치유닛 1의 위치를 원점으로 초기화한다.For example, when the position unit adjacent to the moving object is the position unit 1, the position of the position unit 1 is initialized to the origin after the moving body moves to the center point of the position unit 1.
위치유닛 1로의 이동은 위치유닛 1의 절대좌표값을 이용할 수 있다.The movement to the position unit 1 may use the absolute coordinate value of the position unit 1.
위치추정장치에서는 목표점의 공간값이 결정되면 이 공간을 개시하는 위치유닛을 추출하여 이를 원점으로 할 경우의 목표점에 대한 상대좌표값과, 목표점이 포함하는 공간의 위치유닛에 대한 상대좌표값(이때 중심이 되는 원점은 초기화된 위치유닛 1의 위치이다)을 추정한다.When the space value of the target point is determined, the position estimating apparatus extracts the position unit that starts this space and makes it the origin, and the relative coordinate value of the target unit of the space including the target point (where The origin as the center is the position of the initialized position unit 1).
만일 목표점으로 가기위해 복수 개의 위치유닛과 공간을 경유할 경우 이동 루트를 결정하고 복수 개의 위치유닛을 경유할 때마다 해당 위치유닛을 초기화하여 다음 위치유닛에 대한 상대좌표값을 추정해야 한다.If a plurality of location units and spaces are used to reach the target point, the movement route must be determined, and the relative position values for the next location unit must be estimated by initializing the corresponding location unit each time through the plurality of location units.
상기 예에서, 목표점이 공간값 4에 포함되고 이때 위치유닛의 고유번호가 4라면, 초기화된 위치유닛 1을 기준한(원점으로 한) 위치유닛 4에 대한 상대좌표와, 위치유닛 4를 기준한(원점으로 한) 목표점의 상대좌표가 추정된다. 만일 위치유닛 4로 가기 위해서 공간값 1,2,3 을 경유해야 한다면 해당 위치유닛인 위치유닛 2와 위치유닛 3의 좌표값이 상기와 같은 방식으로 결정되어 연쇄적으로 초기화와 상대좌표값의 추정을 반복한다. In the above example, if the target point is included in the space value 4 and the unique number of the position unit is 4, the relative coordinates with respect to the position unit 4 based on the initialized position unit 1 and the position unit 4 The relative coordinates of the target point (as origin) are estimated. If it is necessary to pass through the space values 1,2 and 3 to go to the position unit 4, the coordinate values of the position unit 2 and the position unit 3, which are the corresponding position units, are determined in the same manner as described above. Repeat.
따라서, 보정을 위한 위치유닛의 절대좌표값과 이동하는 이동체의 위치 이상을 판단하기 위한 무선 측위된 절대좌표값의 데이터 이외에 상대좌표값을 연쇄적으로 추정하여 이동하므로 이동체의 처리 데이터의 용량을 절감하는 장점이 있다.Therefore, in addition to the data of the absolute coordinates of the position unit for correction and the positional position of the moving object to determine the positional error of the moving object, the relative coordinates are estimated and moved in series, thereby reducing the capacity of the processed data of the moving object. There is an advantage.
일 실시예에 따라서는 실내 환경에 대한 맵 데이터를 이동체 혹은 외부 서버에 구축하여 실내 환경의 공간값과 위치유닛에 대한 위치, 종류, 방향 등을 맵 데이터와 대비하여 위치보정에 사용할 수 있도록 설정할 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, map data of an indoor environment may be constructed in a moving object or an external server, and the space value of the indoor environment and the position, type, and direction of the location unit may be set to be used for position correction in comparison with the map data. have.
이동체가 목표점으로 이동하게 되면 실시간 이동 위치에 대한 설정 시간별 절대좌표는 무선측정되거나 무선측정된 절대좌표값을 외부 서버(102)를 통해 전송받을 수 있다. 또한 실시간 이동하는 이동체의 상대좌표값은 주제어장치(100)에서 전달된 이동체의 이동량 데이터와 자이로스코프(104)에 의해 측정된 이동방향 데이터로부터 시간에 대해 계산하여 추정한다.When the moving object moves to the target point, the set absolute time coordinates for the real-time moving position may be wirelessly measured or received through the
상기 RFID 태그(105)는 수동형인 것이 바람직하며, 수동형 RFID 태그(105)를 사용함으로써 기존의 문에 특별한 조작을 가하거나 신규 고안할 필요없이 바로 적용할 수 있게 한다.The
RFID 태그에 저장되어 있고, 이동체로 송신되는 데이터는 RFID 태그의 고유코드, 문의 종류를 나타내는 코드, 문의 방향을 나타내는 코드 등으로 구성될 수 있다. 또한 RFID 태그의 고유코드는 이동형 로봇의 위치가 초기화되기 전에 외부 서버(102)에 내장 운용되는 관리 프로그램의 실내 환경의 맵 데이터에서의 문들과 매칭될 수 있다. 이러한 매칭과정에서 문의 종류가 신규의 것으로 추정되면, 이동형 로봇의 위치 초기화가 진행될 때 위치추정장치(101)의 통신모듈을 통하여 주제어장치에 문의 형태와 문의 작동 방법 등을 송신하여, 차후 로봇의 문의 출입 방법에 이용할 수 있도록 하고, 한편으로 신규의 문에 대한 정보는 통신모듈을 통해 외부 서버로 전송되어 맵 데이터의 내용을 업그레이드할 수도 있다. 외부 서버를 구비하지 않는 경우라면 이동체 자체의 주제어장치나 서버에서 실내환경에 대한 맵 데이터와 문과의 매칭 및 신규 문에 대한 업그레이드의 과정을 수행할 수 있음은 물론이다.The data stored in the RFID tag and transmitted to the moving object may include a unique code of the RFID tag, a code indicating the type of door, a code indicating the direction of the door, and the like. In addition, the unique code of the RFID tag may be matched with the doors in the map data of the indoor environment of the management program that is embedded in the
본 발명에서 이동체의 다른 구성부분은 본 발명의 기술사상과 직접 연관이 없으므로 도면에 도시하지 않았으며 일반적으로 공지된 이동체에 구비될 수 있는 구성부분이 포함된다고 보아야 할 것이다. 이동체에 구비되는 공지의 다른 구성부분에 대한 설명은 생략한다.In the present invention, since the other components of the mobile body are not directly related to the technical spirit of the present invention, it is not shown in the drawings, and generally it should be seen that the components included in the known mobile body can be included. Description of other well-known components provided in the movable body will be omitted.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 위치추정장치(101)는 이동체의 주제어장치와 연결된 통신 모듈과, 외부 서버를 구비할 경우 이들 외부 서버와 연결되는 통신 모듈과, 및 이동위치 결정수단, 상대좌표 추정수단 등을 포함하는 연산처리부를 포함한다. 위치추정장치를 구성함에 있어 목표점과 이동하려는 문들에 대한 이동 루트 혹은 이들의 상대좌표 및 이동체의 이동시 추정되는 위치에 대한 상대좌표를 생성하는 수단은 위치추정장치의 연산처리부에 구성하였으나 이는 하나의 예시일 뿐 이동체의 주제어장치에 포함하여 구성할 수 있는 등 다양한 실시예가 가능할 것이다. According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에서는 이동체의 위치추정장치(101)와 RFID 판독기(103) 등의 구성부분은 주제어장치(100)에 의해 구동과 설정 등이 제어될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, components such as the
본 발명의 일 실시예에 따라, 전력소모를 줄이기 위해 RFID 판독기(103)는 항상 동작을 하는 것이 아니며, 주제어장치(100)에 접속되어 있는 영상 카메라(106) 등의 외부 센서를 통하여 기 지정된 거리만큼 로봇이 문에 접근 했다고 판단 되었을 때 주제어장치(100)가 RFID 판독기(103)를 작동시킨다. 이 때 작동된 RFID 판독기(103)는 문의 RFID 태그(105)에서 데이터를 수신한 후 중지됨으로써 이동형 로봇의 전력소모를 보다 최소화하게 한다.According to one embodiment of the present invention, the
상대 좌표가 초기화된 후 이동형 로봇이 문을 통과함과 동시에 주제어장치(100)는 일정간격으로 이동량 데이터를 위치추정장치(101)에 송신하고, 위치추정장치(101)는 자이로스코프(107)와 자이로스코프 인터페이스부(미도시)를 통하여 측정된 방향데이터와 송신된 이동량 데이터를 갖고 상대 좌표를 추정한다. 이동 량 데이터는 이동형 로봇의 구동체별로 고유의 값이 있으며, 간격 시간 값과 속도를 통하여 충분히 추정 가능한 값이다. 만일 특정 문을 통과한 시점으로부터 3분이 경과하였다면 이동형 로봇의 자체 이동량 데이터와 이동방향 데이터로부터 문의 좌표를 원점으로 하는 현재 이동형 로봇의 위치에 대한 상대좌표가 추정될 것이다. 이러한 이동하는 이동형 로봇의 실시간 상대좌표 추정값은 실제 이동형 로봇에 대한 무선 측위를 통한 절대좌표와 비교함으로써 위치의 이상유무가 판정될 수 있다.After the relative coordinates are initialized, the mobile robot passes through the door and at the same time, the
일례에 따라서는 외부 서버(102)를 추가로 더 둘 수 있으므로, 상기 추정된 상대위치는 주제어장치(100)와 위치추정장치의 통신모듈을 통하여 외부 서버(102)로 각각 송신될 수 있다. 이때 외부 서버(102)는 무선 신호 강도 측정을 통한 이동형 로봇의 절대좌표와 상대좌표를 비교하여 일정 범위 이상 차이가 있을 경우, 즉 용인할 수 있는 오차범위를 벗어날 정도의 차이가 있을 경우에 현재 위치추정장치에 이상이 생겼음을 표시하고 송신한다.According to an example, since the
이동형 로봇의 위치 이상의 발생은 본 발명의 이동체 자체의 고장에도 기인할 수 있겠으나, 인위적으로 이동체를 옮겨놓음으로써 발생될 수 있다. 만약 인위적 방법으로 이동체의 위치가 변경되어 이상이 발생되었을 경우는 외부 서버, 혹은 이동체 내부에 획득된 실내 공간에 대한 맵 데이터로부터 현재 이동체가 속한 공간의 문의 위치를 계산하여 그 거리만큼 빼주는 방법으로 이동체의 상대좌표를 재수정 할 수 있다. 혹은 맵 데이터를 근거로 현재 이동체가 속한 공간의 문으로 다시 이동체를 이동시켜 문의 위치를 기점으로 상대좌표를 (0,0)으로 재설정한 후 이동시키는 방법이 있다. 이러한 위치 보정의 방법은 하나의 실시예일 뿐이며 반드시 이에 대한 되지 않는다. 현재 이동체에 대한 위치 보정이 끝났으면 다시 이동체는 목표점을 향해 이동루트를 따라 상대좌표를 추정해 가면서 움직인다.The occurrence of abnormality in the position of the mobile robot may be caused by the failure of the moving body of the present invention, but may be generated by artificially displacing the moving body. If an abnormality occurs due to the change of the position of the moving object by an artificial method, the moving object is calculated by subtracting the distance of the door in the space to which the current moving object belongs from the map data of the indoor server acquired from the external server or the moving object. Relative coordinates can be re-corrected. Alternatively, the moving object is moved back to the door of the space to which the current moving object belongs based on the map data, and the relative coordinate is reset to (0,0) based on the position of the door and then moved. This method of position correction is only one embodiment and is not necessarily so. When the position correction for the current moving object is finished, the moving object moves toward the target point while estimating the relative coordinate along the moving route.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정장치를 확대한 구성도이다.2 is an enlarged configuration diagram of an apparatus for estimating a position of a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
이를 참조하면 앞서 설명한 바와 같이 이동체는 주제어장치와 위치추정장 치(101), RFID 판독기(103), 및 자이로스코프와 자이로스코프 인터페이스(1013)으로 구성되어 있다. 물론 상기 도면에 도시하지 않았으나 이동체에는 지점간 이동이 가능한 이동수단 혹은 구동수단이 구비되어 있으며 수행하는 작업에 따른 다양한 구성요소를 가진다. Referring to this, as described above, the moving object includes a main controller, a
주제어장치는 반드시 위치추정장치만을 제어하는 것은 아니며 모든 이동체의 구성요소에 대한 제어를 수행할 수 있는 수단을 포함하고 있다.The main controller does not necessarily control only the position estimating device, but includes a means capable of performing control on all moving object components.
위치추정장치(101)의 내부 구성도는 각각 주제어장치와 외부 서버와 연결된 통신모듈(1011)과, 연산처리부(1012)로 구성되고, 연산처리부는 이동위치 결정수단(201), 상대좌표 추정수단(202), 이상유무 판정수단(203), 좌표 보정수단(204)의 구성을 포함한다. 상기 위치추정장치의 통신모듈(1011)은 이동체의 주제어장치와 데이터를 교환할 수 있는 통신수단이나 외부 서버와 데이터를 교환할 수 있는 통신수단을 적어도 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다.The internal configuration diagram of the
이들 구성부는 제한되지 않으며 필요에 따라 연산처리부가 아닌 주제어장치에 포함되어 본 발명에 따른 상대적 위치를 통한 위치 이동을 가능하게 구성할 수도 있다.These components are not limited and may be included in the main control unit instead of the operation processing unit to enable position movement through the relative position according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for estimating a position of a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
분할된 공간이 포함된 실내에서 이동체가 동작하는 공간에 대한 정보가 미리 취득된다. 이들 정보는 이동체 자체에 저장될 수도 있으나 상술한 바와 같이 별도 의 외부 서버를 두어 저장하여 전달받을 수도 있다.Information about a space in which the moving object operates in a room including the divided space is acquired in advance. These information may be stored in the moving body itself, but as described above, a separate external server may be stored and received.
상기 정보는 맵 데이터와의 비교를 통해 수정되거나 신규 정보가 추가될 수 있다. 또한 상기 정보에 포함되는 데이터는 실내 공간에 대한 공간값과 이들 공간을 개시하는 위치유닛, 일례로 문에 대한 고유번호, 통과방법, 종류, 절대좌표값 등의 정보가 포함된다. 상기 정보로부터 이동체의 이동 목표점이 속한 공간 정보를 취득할 수 있으며 또한 목표점이 속한 공간을 개시하는 위치유닛을 파악할 수 있다. 따라서 이를 원점으로 하는 목표점의 상대좌표를 추정한다. 즉, 공간 4의 (X5, -Y3) 과 같이 목표점이 공간 4에 있을 때 공간 4의 문을 원점 (0,0)으로 하는 목표점의 상대좌표값을 추정하는 것이다. The information may be modified or new information may be added through comparison with map data. In addition, the data included in the information includes space values for indoor spaces and location units for starting these spaces, such as unique numbers for doors, passing methods, types, and absolute coordinate values. The space information to which the moving target point of the moving object belongs can be obtained from the information, and the position unit which starts the space to which the target point belongs can be grasped. Therefore, the relative coordinates of the target point which makes it the origin are estimated. In other words, when the target point is in space 4, such as (X5, -Y3) in space 4, the relative coordinate value of the target point that makes the door of space 4 the origin (0,0) is estimated.
다음으로 출발점의 이동체가 인접한 위치유닛에 대한 데이터를 수신하고 해당 위치유닛을 원점으로 좌표를 초기화하면 상기 원점을 기준으로 목표점까지의 이동 루트를 결정하고, 통과하는 위치유닛을 원점으로 재초기화하면서 다음 이동 목표인 위치유닛의 상대좌표값을 추정하면서 이동체가 이동한다. 즉, 상기 예에서 이동체가 가장 최초로 위치유닛 1에서 초기화 되었다면 공간 4의 (X5, -Y3)로 가기 위해 공간 1,2,3 을 통과하고 최종적으로 공간 4의 위치유닛 4를 통과할 수 있다.Next, when the moving object of the starting point receives the data for the adjacent position unit and initializes the coordinates with the corresponding position unit as the origin, the movement route to the target point is determined based on the origin, and the initializing the passing position unit to the origin is performed. The moving object moves while estimating the relative coordinate value of the position unit that is the moving target. That is, in the above example, if the moving object is initially initialized in the position unit 1, the moving object may pass through the spaces 1,2 and 3 to go to (X5, -Y3) of the space 4 and finally pass through the position unit 4 of the space 4.
이들 공간을 지나는 위치유닛을 원점으로 초기화되는 과정을 진행하면서 다음 위치유닛의 지점을 상대좌표값으로 읽어가면서 목표점으로의 이동이 간명하고 정확하게 이루어질 수 있다.While the position unit passing through these spaces is initialized to the origin, the position of the next position unit is read as a relative coordinate value, and the movement to the target point can be made simple and accurate.
또한 이동체의 이동량 및 이동방향 데이터로부터 이동체의 이동 지점에 대한 상대좌표를 실시간 추정할 수 있고, 이를 바탕으로 무선 측위된 절대좌표값으로 보 정할 수 있음은 상술한 바와 같다.In addition, the relative coordinates of the moving point of the moving object can be estimated in real time from the moving amount and the moving direction data of the moving object, and can be corrected to the wireless coordinated absolute coordinate value based on this.
도 3을 참조하여 이러한 방법을 좀더 구체적으로 설명하고자 한다. 본 발명의 위치추정방법이 보다 명확하게 이해될 수 있도록 도 4의 실내 평면도를 활용하여 예시적으로 설명하고자 한다. 상대좌표는 2차원 좌표평면으로 한정하여 설명한다.This method will be described in more detail with reference to FIG. 3. In order to more clearly understand the location estimation method of the present invention will be described by way of example utilizing the indoor floor plan of FIG. Relative coordinates will be described as being limited to a two-dimensional coordinate plane.
편의상 소정의 공간을 개시하는 위치유닛의 번호와 해당 공간의 공간번호는 일치시킨다. 최초로 이동형 로봇이 공간 3의 위치유닛인 위치유닛 3 근처(301)에 있다고 가정하고 목표점은 공간 7의 (304)지점으로 가정한다.For convenience, the number of the location unit that starts a predetermined space and the space number of the corresponding space coincide. First assume that the mobile robot is located near location unit 3, which is a location unit in
도 3을 참조하면 먼저 특정한 위치를 기준으로 좌표의 초기화가 수행된다(SP1). 이때 특정 위치는 공간을 개시하는 문의 위치, 즉 문의 중심점이 될 수 있다. 따라서 예를 들면 이동체의 초기화는 상기 위치유닛 3의 중심점에서 시작된다. Referring to FIG. 3, initialization of coordinates is first performed based on a specific position (SP1). In this case, the specific position may be a position of a door that starts a space, that is, a center point of the door. Thus, for example, the initialization of the moving object starts at the center point of the position unit 3.
초기화를 위해 현 위치에 인접한 문의 번호 및 종류 등의 정보가 이동체에 수신된다(SP2). 경우에 따라서 외부 서버를 구비하였다면 이러한 정보가 외부 서버로부터 수신될 수도 있다. For initialization, information such as a door number and type adjacent to the current position is received by the moving object (SP2). In some cases, if an external server is provided, this information may be received from the external server.
인접한 위치유닛의 중심점으로 이동체가 이동한 후 위치를 보정하는 과정이 수행된다(SP3). 상기 예의 경우 이동체의 현재 인접한 위치유닛은 3번이므로 위치유닛 3으로 이동체를 이동한다. 무선측위로 측정된 이동체의 절대위치값이 기설정된 맵 데이터 혹은 위치유닛 3의 절대좌표값과 대비하여 설정된 거리 범위 밖에 있거나 중심점에서 벗어날 경우 이를 설정된 범위 내로 조정한다.After the moving body moves to the center point of the adjacent position unit, a process of correcting the position is performed (SP3). In the case of the above example, since the current adjacent position unit of the movable body is 3, the movable body is moved to the position unit 3. If the absolute position value of the moving object measured by radio positioning is out of the set distance range or is out of the center point in comparison with the preset map data or the absolute coordinate value of the position unit 3, it is adjusted within the set range.
그런 다음 다시 한번 초기화 과정의 진행 여부를 문의하는데(SP4), 재 초기화의 필요가 없는 것으로 판단되면 다음 과정으로 진행된다. 즉, 주어진 목표점의 정보를 바탕으로 목표점이 포함된 공간의 위치유닛을 기준한 상대좌표값을 추정하고, 현재 초기화된 지점부터 목표점에 이르는 이동 루트를 결정한다(SP5). 결정된 이동 루트에 따른 위치 정보에 대하여 상대좌표를 추정한다. 예를 들면 초기화된 위치유닛 3을 기준할 때 목표점으로 이동하는 루트는 공간 3 -> 위치유닛 7 -> 공간 7에 해당되는데, 위치유닛 3을 기준으로 다음 위치유닛 7의 상대좌표는 사사분면(도면 위에서 관찰할 경우)에 있으므로 (X6, -Y3)에 해당한다. 다음의 위치유닛 7을 원점으로 할 경우 목표점은 사사분면에 있으므로 (X1, -Y1.5)에 해당한다. 이렇게 상대좌표를 기준 원점의 위치가 변할 때마다 재초기화하여 상대좌표를 추정하는 방식으로 목표점으로 이동한다.Then, once again, whether to proceed with the initialization process (SP4), if it is determined that the need for re-initialization proceeds to the next process. That is, the relative coordinate value based on the position unit of the space including the target point is estimated based on the information of the given target point, and the movement route from the currently initialized point to the target point is determined (SP5). The relative coordinate is estimated with respect to the positional information according to the determined movement route. For example, the route moving to the target point based on the initialized position unit 3 corresponds to the space 3-> the position unit 7-> the space 7, and the relative coordinates of the next position unit 7 based on the position unit 3 are the quadrants ( When observed from the drawing), it corresponds to (X6, -Y3). If the next position unit 7 is the origin, the target point is in the quadrant, which corresponds to (X1, -Y1.5). In this way, the relative coordinate is moved to the target point by reinitializing the relative coordinate whenever the position of the reference origin changes.
이동체가 출입문을 통과하면(SP6) 이동체 내의 주제어장치는 주기적으로 상기 이동체의 이동에 따른 실시간 이동량 데이터를 계산하여 전달한다(SP7).When the moving object passes through the door (SP6), the main controller in the moving object periodically calculates and transmits real-time moving amount data according to the movement of the moving object (SP7).
또한 자이로스코프로부터 센싱된 이동체의 이동방향 데이터도 수신되는데, 이들 이동방향 및 이동량 데이터로부터 시간에 따른 이동체의 이동지점의 상대좌표값이 추정된다(SP8). 바람직하게 이러한 이동체의 이동에 따른 상대좌표값은 위치추정장치의 연산처리부에서 처리되는데 연결통신모듈을 통해 각각 외부 서버 혹은 이동체 내의 주제어장치로 송신될 수 있다.In addition, moving direction data of the moving object sensed from the gyroscope is also received, and relative coordinate values of the moving point of the moving object with time are estimated from the moving direction and the moving amount data (SP8). Preferably, the relative coordinate values according to the movement of the moving object are processed by the arithmetic processing unit of the position estimating device, and may be transmitted to an external server or a main control device in the moving object through the connection communication module.
한편, 외부 서버에서 실제 이동체의 이동에 따른 무선으로 측정된 절대좌표값이 있다면 이는 무선통신모듈을 통해 이동체에 전달된다. 외부 서버가 구비되지 않은 경우라면 무선 측위된 이동체의 실제 절대좌표값은 이동체에서 취득한다.On the other hand, if there is an absolute coordinate value measured wirelessly in accordance with the actual movement of the mobile from the external server, it is transmitted to the mobile through the wireless communication module. If no external server is provided, the actual absolute coordinates of the radio-located mobile body are obtained from the mobile body.
상기 절대좌표값의 측정은 소정의 설정 시간별로 간헐적으로 측정된다.The absolute coordinate value is measured intermittently at predetermined time intervals.
상기 이동체의 절대좌표와 이동체의 이동지점을 시간별로 연산하여 추정한 상대좌표는 서로 대비되어 이동체 위치의 이상여부를 판정하게 된다(SP9). The absolute coordinates of the moving object and the relative coordinates calculated by calculating the moving points of the moving object for each time are compared with each other to determine whether the moving object position is abnormal (SP9).
추정된 상대좌표값과 실제 이동체로부터 무선 위치 측정을 통해 얻어진 절대좌표값과의 비교를 통해 이동체의 현재 위치에 이상이 있는지 여부를 확인한다(SP10). 만일 이상이 있는 것으로 판단되면 그 이상이 이동체 자체의 고장에 기인한 것인지 문의한다(SP13). It is checked whether or not there is an abnormality in the current position of the moving object by comparing the estimated relative coordinate value with the absolute coordinate value obtained through the wireless position measurement from the actual moving object (SP10). If it is determined that there is an abnormality, it is inquired whether the abnormality is due to the failure of the moving body itself (SP13).
이동체의 고장에 의한 것이 아니라면 SP15의 단계로 진행되어 이상 발생을 이동체의 주제어장치로 통보된다. 주제어장치는 이동체에 포함되는 공지된 기술의 구성부를 활용하여 외부로 알리거나 통보할 수 있다. 예를 들면 이동체에 부착된 이상 감지의 알림 램프나 경보를 통해 외부로 이동체의 고장을 알릴 수 있는 것이다.If it is not caused by the failure of the moving object, the process proceeds to step SP15 and an abnormal occurrence is notified to the main controller of the moving object. The main controller may inform or notify the outside by using components of known technologies included in the moving object. For example, a notification lamp or an alarm of an abnormality detection attached to the moving object may inform the outside of the failure of the moving object.
만일 이동체의 고장에 의한 것이 아니라면 SP14 단계로 진행하여 좌표를 보정한다. 이동체의 고장에 의하지 않고도 위치가 이상인 것으로 판단되는 경우는 이동체가 인위적으로 옮겨진 경우를 상정하여 볼 수 있다. 상기 좌표의 보정은 이미 상술한 바와 같으므로 생략한다.If it is not due to the failure of the moving object, go to step SP14 to correct the coordinates. If it is determined that the position is abnormal without a failure of the movable body, it can be assumed that the movable body is artificially moved. The correction of the coordinates is the same as described above, and thus will be omitted.
이동체의 현재 위치가 이상이 없는 것으로 판단되거나 SP14 단계를 통해 실제 이동체가 위치한 곳에 대한 상대좌표가 제대로 수정된다면 그러한 현재 위치가 목적지의 좌표와 일치하는지 문의한다(SP11).If it is determined that the current position of the moving object is intact or the relative coordinates of the actual moving position are corrected through the step SP14, it is inquired whether the current position corresponds to the coordinate of the destination (SP11).
만일 이동체가 도달하도록 설정된 목적지의 위치에 대한 상대좌표와 실제 이동체의 위치로 추정된 상대좌표가 일치한다면 이동체는 목표점에 도달된 것이어서 이때부터 이동체의 기능에 따른 작업이 수행될 것이다(SP12). 상기 작업은 이동체의 기능에 따라 먼지의 흡수나 물걸레 등의 청소작업이 될 수도 있고 물건을 하적하거나 운반하는 기능이 될 수 있으며, 공기 필터링을 통한 항취, 방취작업, 알람 기능, 리모컨 기능 등일 수 있다.If the relative coordinate with respect to the position of the destination set to reach the moving object and the estimated relative coordinates of the actual moving object match, the moving object has reached the target point and the operation according to the function of the moving object will be performed from this time (SP12). The operation may be a dust absorption or a cleaning operation such as a mop according to the function of the moving object, or may be a function of unloading or transporting an object, and may be a deodorization, deodorization operation, an alarm function, a remote control function, and the like through air filtering. .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정방법을 설명하기 위한 실내 평면도이다. 4 is an indoor plan view for explaining a method of estimating a position of a moving body using a relative position according to an embodiment of the present invention.
위치 1(301)에서 이동형 로봇은 공간 3의 위치(0,0)으로 초기화 되고 문을 통과한 후 위치 2(302)에서의 위치는 공간 3의 위치(X2,-Y2)이 된다. 이때 위치 좌표 값, X2과 Y2은 위치 1의 문 중심을 (0,0)점으로 한 XY좌표의 이차원 공간에서 사사분면에 위치한 각각 가로 측 값과 세로 측 값이 된다. 좌표의 절대값의 1은 편의상 설정한 것이며 절대값의 1 단위값에 해당하는 실제 거리는 이동체가 동작하는 환경의 공간 넓이에 의해 미리 임의로 설정해둘 수 있음은 상술한 바와 같다.At position 1 (301), the mobile robot is initialized to position (0,0) in space 3 and after passing through the door, the position at position 2 (302) becomes positions (X2, -Y2) in space 3. At this time, the position coordinate values, X2 and Y2, are the horizontal and vertical values respectively located in the quadrant in the two-dimensional space of the XY coordinate with the door center of position 1 as (0,0). One of the absolute values of the coordinates is set for convenience, and the actual distance corresponding to one unit of the absolute value may be arbitrarily set in advance by the space width of the environment in which the moving object operates.
또한 상기 좌표값은 실내 공간을 위에서 내려다 보는 것을 기준하여 X축과 Y축을 결정하였기 때문에 얻어진 값이며, 미리 설정하는 것에 따라 이동형 로봇을 기준으로 X축과 Y축이 결정될 수 있다.In addition, the coordinate values are obtained because the X-axis and the Y-axis are determined based on the top view of the indoor space, and the X-axis and the Y-axis may be determined based on the mobile robot according to a predetermined setting.
만일 상기 위치 2가 위치 1에서 초기화된 이동형 로봇을 기준한다면 이사분면에 해당하는 것이고 이때의 좌표값으로는 (-X2,Y2)이 될 것이다.If the position 2 refers to the mobile robot initialized in position 1, it corresponds to the moving quadrant and the coordinate value at this time will be (-X2, Y2).
다음으로, 로봇이 이동하여 위치 3(303)에 도달하면 다시 로봇은 공간 7의 (0,0)으로 초기화 된다. 목표점이 공간 5라면 로봇은 공간 5에 대하여 (0,0)으로 초기화된다. 따라서 분할된 공간이 여러개일 경우 분할 공간의 번호 역시 위치추정의 관련 정보로 입력되어야 한다.Next, when the robot moves to reach position 3 (303), the robot is initialized to (0,0) in space 7 again. If the target point is space 5, the robot is initialized to (0,0) for space 5. Therefore, when there are several partitions, the number of partitions should also be entered as the relevant information for position estimation.
만일 위치 4(304)로의 이동하는 것이 목표인 경우 마찬가지로 공간 7의 상기 초기화된 지점을 기준으로 목표점의 상대좌표값은 공간 7의 (X1,-Y1.5)로 산정된다. 이때 절대값은 기설정된 절대값의 기본 단위 1의 실제 거리를 중심으로 상대적으로 결정된다. 즉, 절대값 1이 전체 공간의 면적과 대비하여 1cm를 가리킬 수 있거나 혹은 20cm를 가리킬 수 있다. 이는 절대값이 소수점 이하의 단위까지 내려가지 않도록 가능한 작은 거리를 단위 1로 설정하는 것이 바람직할 수 있다.If moving to position 4 304 is the target, the relative coordinate value of the target point is similarly calculated to (X1, -Y1.5) of space 7 based on the initialized point in space 7. At this time, the absolute value is determined relative to the actual distance of the basic unit 1 of the preset absolute value. That is, an absolute value of 1 may indicate 1 cm or 20 cm relative to the total area of the space. It may be desirable to set the distance as small as possible so that the absolute value does not go down to a unit below the decimal point.
만약 공간 7에서 문이 공간 7의 아래쪽에 있다고 가정하면 XY좌표공간에서 상기 목적 지점은 1사분면 혹은 2사분면의 상대좌표값으로 지정될 것이다.If the door in space 7 is assumed to be below space 7, the destination point in XY coordinate space will be specified as the relative coordinate value of the first or second quadrant.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 당업자가 공지된 다양한 요소로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 실시 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.The present invention has been described above in connection with specific embodiments of the present invention, but this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can change or modify the described embodiments without departing from the scope of the present invention, and such changes or modifications are within the scope of the present invention. In addition, each component described herein can be easily selected and replaced from a variety of elements known to those skilled in the art. Those skilled in the art will also appreciate that some of the components described herein can be omitted without degrading performance or adding components to improve performance. In addition, those skilled in the art may change the order of the method steps described herein according to the implementation environment or the equipment. Therefore, the scope of the present invention should be determined not by the embodiments described, but by the claims and their equivalents.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정장치를 포함한 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a system including an apparatus for estimating a position of a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정장치를 확대한 구성도.2 is an enlarged configuration diagram of an apparatus for estimating a position of a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정방법을 단계적으로 나타낸 흐름도.3 is a flowchart illustrating a method for estimating a position of a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상대적 위치를 이용한 이동체의 위치추정방법을 설명하기 위한 실내 평면도.4 is an indoor plan view for explaining a method for estimating the position of a moving object using a relative position according to an embodiment of the present invention.
{도면의 주요부호에 대한 설명}{Description of major symbols in the drawing}
100: 주제어장치 101: 위치추정장치100: main controller 101: position estimation device
102: 외부 서버 103: RFID 판독기102: external server 103: RFID reader
104: 자이로스코프 105: RFID 태그104: gyroscope 105: RFID tag
106: 카메라 1011: 통신모듈 106: camera 1011: communication module
1012: 연산처리부 201: 이동위치 결정수단1012: arithmetic processing unit 201: moving position determining means
202: 상대좌표 추정수단 203: 이상유무 판정수단202: relative coordinate estimating means 203: abnormality determining means
204: 좌표 보정수단 1013: 자이로스코프 인터페이스204: coordinate correction means 1013: gyroscope interface
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KR20100056178A (en) | 2010-05-27 |
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