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WO2011084012A2 - Global position estimation and correction method of mobile robot using magnetic landmarks - Google Patents

Global position estimation and correction method of mobile robot using magnetic landmarks Download PDF

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WO2011084012A2
WO2011084012A2 PCT/KR2011/000125 KR2011000125W WO2011084012A2 WO 2011084012 A2 WO2011084012 A2 WO 2011084012A2 KR 2011000125 W KR2011000125 W KR 2011000125W WO 2011084012 A2 WO2011084012 A2 WO 2011084012A2
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WO
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landmark
mobile robot
pattern
axis
landmarks
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2011/000125
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French (fr)
Korean (ko)
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WO2011084012A3 (en
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최혁렬
구자춘
문형필
최병준
김범수
유원석
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Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Original Assignee
Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2011084012A2 publication Critical patent/WO2011084012A2/en
Publication of WO2011084012A3 publication Critical patent/WO2011084012A3/en
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    • GPHYSICS
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    • GPHYSICS
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    • G06T7/70Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00Robots
    • Y10S901/01Mobile robot

Definitions

  • the present invention relates to a method for estimating and correcting a position error of a mobile robot, and in particular, a moving plate having a plurality of kinds of landmarks formed by changing the arrangement of magnets of a mobile robot having four Hall sensors attached to the floor.
  • the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and a neighboring landmark, and compares it with the stored landmark space map, whereby the absolute position coordinates of the landmark where the mobile robot is currently located.
  • the present invention relates to a global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark that can easily estimate a value and can easily correct a position error of the mobile robot.
  • robots that can be applied to real life are appearing one after another.
  • Such a robot performs a given role based on the movement.
  • the hardware structure for the movement is based on the mobile robot, and since the movement is the main role, the position recognition technology for the autonomous movement is essential.
  • a typical mobile robot uses an odormetery to recognize a position by driving two wheels respectively.
  • the odometry has an error, and the error increases with time due to the accumulation of errors.
  • UMBmark University of Michigan Benchmark test
  • a mobile robot having four Hall sensors attached to the bottom surface is a movement in which a plurality of kinds of landmarks formed by changing the arrangement of the magnets are arranged
  • the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and neighboring landmarks, and then compares it with the stored landmark space map, whereby the absolute position of the landmark where the mobile robot is currently located.
  • An object of the present invention is to provide a global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark that can easily estimate coordinate values and easily correct a position error of the mobile robot.
  • the constituent means of the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark of the present invention is a mobile robot in the global position estimation and correction method of the mobile robot using a hall sensor. Estimating an absolute position coordinate value of a landmark currently located by the mobile robot by recognizing a pattern of a specific landmark located and a neighboring landmark, wherein the deviation from the absolute position coordinate value of the estimated landmark is determined. Estimating a position error (x e , y e , ⁇ e ) of the mobile robot, such that the estimated position error (x e , y e ,) can be moved to an absolute position coordinate value of the landmark. and e ) correcting the position error by moving the mobile robot by ⁇ e ).
  • the estimating an absolute position coordinate value of the landmark may include a first process of recognizing a pattern of the specific landmark from a specific landmark where the mobile robot is located and then moving to a neighboring landmark, wherein the movement A second process of recognizing a pattern of a landmark in a neighboring landmark, a third process of comparing the pattern of the recognized neighboring landmark and a pattern of the specific landmark with a landmark space map, and the comparison result And when there is only one landmark group pattern composed of the neighboring landmark pattern and the specific landmark pattern in the landmark space map, the landmark of the landmark on which the mobile robot is currently located on the landmark space map. Extract absolute position coordinates and, if two or more exist, move to another neighboring landmark And a fourth process of performing the second process after the movement.
  • the landmark space map is configured to correspond to the respective patterns of the landmarks arranged on the moving plate which is the space in which the mobile robot moves, and the patterns of the landmarks are n magnet positions constituting each landmark. It is characterized in that the P pattern formed by changing the.
  • N is the number of magnets
  • 1 H N is an overlapping combination that means the number of cases where N magnets are placed in one direction
  • m is the number of cases in the direction of magnet placement
  • gcd (a , Na) is the greatest common divisor of a and Na
  • l ⁇ gcd (a, Na) means that l is a divisor of gcd (a, Na)
  • the mobile robot is configured to store one-to-one matching of the patterns of the P landmarks and the output voltage when the mobile robot rotates on the P landmarks.
  • the mobile robot having four Hall sensors attached to the bottom surface is formed by changing the arrangement of the magnets.
  • the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and a neighboring landmark, and then compares it with the stored landmark space map, thereby the mobile.
  • the advantage is that the absolute position coordinates of the landmark where the robot is currently located can be easily estimated.
  • FIG. 1 is a perspective view of a mobile robot applied to the present invention.
  • Figure 2 is a detailed view showing the bottom surface of the mobile robot applied to the present invention.
  • 3 is an understanding diagram for explaining the relationship between the Hall sensor output voltage and the Hall sensor position applied to the present invention.
  • FIG 4 is an exemplary view of a moving plate applied to the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary view illustrating a landmark space map in which a plurality of landmarks are formed on a moving plate applied to the present invention and are stored corresponding to the landmarks.
  • FIG. 6 is a detailed view showing patterns of landmarks applied to the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary view for explaining a procedure of extracting absolute position coordinate values applied to the present invention.
  • FIG. 8 is an exemplary view for explaining a landmark coordinate system applied to the present invention.
  • FIG. 9 is an understanding diagram for explaining a position error estimation applied to the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a global position estimation and correction method of a mobile robot using magnetic landmarks applied to the present invention.
  • FIG. 11 is an understanding diagram for explaining a position error estimation applied to the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a position error correction procedure applied to the present invention.
  • Mobile robots are generally two wheels or four wheels, and two-wheeled mobile robots are most widely used.
  • a mobile robot driven by two wheels can dynamically express the movement of the robot using the angular velocity of both wheels.
  • the two wheels shown in FIGS. 1 and 2 are used in a mobile robot of a differential-drive.
  • two wheels 1 protrude outside the bottom surface. These two wheels 1 are in contact with the upper surface of the moving plate formed with a plurality of landmarks to be described later to allow the mobile robot to move.
  • a plurality of Hall sensors 3 are attached to the bottom surface of the mobile robot 10. 2 illustrates a state in which four Hall sensors 3 are attached. Of the four Hall sensors 3, two are attached on the central axis (straight line connecting the two wheels) of the two wheels, the other two are attached to the mobile robot movement direction line. As a result, the four Hall sensors 3 are arranged in a rectangular shape, and the distance between the respective Hall sensors facing each other (the distance between the two Hall sensors attached on the center axis of the two wheels and the mobile robot). The distance between the two Hall sensors attached by the direction of movement of is equal to.
  • a plurality of Hall sensors 3 (four Hall sensors in FIG. 2) attached to the bottom surface of the mobile robot 10 may detect a magnetic field of each magnet constituting a landmark as a voltage. Perform the function.
  • the Hall sensor 3 is a magnetic sensor manufactured based on the Hall effect, and can detect magnetic flux flux density as a voltage in a magnetic field.
  • the Hall sensor 3 reacts linearly according to the strength of the magnetic field, and outputs a stable voltage even in a fine magnetic field, thereby increasing accuracy when applied to position recognition.
  • the Hall sensor output voltage detected from the Hall sensor located above the magnet and the position of the Hall sensor (center line of the magnet ("c" in FIG. Look at the characteristic graph (graph shown in Figure 3) showing the relationship of the position) of the Hall sensor spaced apart from the indicated line).
  • the hall sensor 3 since the mobile robot having two wheels moves a moving plate made up of a plurality of landmarks, when the mobile robot is located on each of the landmarks, the hall sensor 3 has a magnet and predetermined air. Assume that a gap (air gap, denoted by "h” in FIG. 3) is set to output a voltage between 0 and 5 V by driving a 5 V voltage.
  • the moving plate 20 provides a space in which the mobile robot can move. If the mobile robot 10 performs the work in the industrial site, the moving plate 20 may be regarded as the bottom surface of the working space.
  • the moving plate 20 is provided with a plurality of magnetic landmarks 21 provided to recognize the position of the mobile robot 10 moving as shown in FIGS. 4 and 5.
  • Each magnetic landmark 21 is composed of n (natural numbers) magnets.
  • the magnets constituting each magnetic landmark are composed of n pieces (where n is a natural number). That is, the magnetic landmark may be composed of a plurality of magnets, and arranged in various forms.
  • the magnetic landmark consisting of the plurality of magnets is in the form of a polygon (a triangle (when the three magnets)), a square (when the four magnets), a hexagon (when the six magnets), etc.) It is preferred to be configured.
  • the magnetic landmark is composed of four magnets. As shown in Figures 4 and 5, the landmark consisting of the four magnets are arranged symmetrically with the magnets. Each landmark 21 maintains a predetermined interval in the form of a grid in the moving plate 20 and has specific coordinates.
  • the magnets constituting the respective landmarks 21 are configured to be inserted into the moving plate.
  • the moving plate 20 is processed in a flat state after the magnets are inserted so as not to interfere with the movement of the mobile robot 10.
  • a plurality of landmarks 21 are disposed on the moving plate 20 at predetermined intervals from each other, and each of the landmarks 21 illustrates n magnets (four magnets in FIGS. 4 and 5). ) Magnets are arranged symmetrically with each other.
  • the landmarks made of the n magnets are P kinds of landmarks that can be formed by changing the position of the magnets. This will be described with reference to FIG. 6 as follows.
  • N is the number of magnets
  • 1 H N is an overlapping combination that means the number of cases where N magnets are placed in one direction
  • m is the number of cases in the direction of magnet placement
  • gcd (a , Na) is the greatest common divisor of a and Na
  • l ⁇ gcd (a, Na) means that l is a divisor of gcd (a, Na)
  • the magnetic landmark may be composed of n magnets to form P patterns. More specifically, in the case of constituting the landmark in the form of a triangle with three magnets, four (P) patterns may be formed, and in the case of constituting the landmark in the form of a fire with four magnets, six (P ), And in the case of constituting a hexagonal landmark with six magnets, 14 (P) patterns can be formed. Of course, when constituting a landmark with more magnets, P patterns can be formed.
  • the number P of patterns that can be formed using three magnets can be obtained according to the following calculation.
  • the number P of patterns that can be formed using four magnets can be obtained according to the following calculation.
  • the number P of patterns that can be formed using six magnets can be obtained according to the following calculation.
  • FIG. 6 illustrates the patterns that can be formed when constructing a landmark with four magnets. Referring to this example, patterns that can be formed will be described.
  • each landmark is composed of four magnets. Therefore, there are a total of six patterns that can be formed by modifying the arrangement of the magnets. Among the magnets constituting each landmark, if the polarities of the magnets are arranged in the counterclockwise direction from the magnet on the right side, six patterns as shown in FIG. 6 can be formed.
  • Pattern 1 has a magnet listing pattern of (NS SN NS SN)
  • Pattern 2 has a magnet listing pattern of (NS NS NS SN)
  • Pattern 3 has (NS SN SN SN) has a magnet listing pattern
  • Pattern 4 has a magnet listing pattern of (SN NS NS SN)
  • Pattern 5 has a magnet listing pattern of (NS NS NS NS NS NS NS)
  • the pattern (Pattern) 6 has a magnet ordering pattern of (SN SN SN SN SN).
  • the output voltage patterns output by the plurality of Hall sensors may also be different according to the respective landmark patterns.
  • the output voltage patterns output by the plurality of Hall sensors may also be different according to the respective landmark patterns.
  • the mobile robot stores one-to-one matching of the output voltage patterns when rotating on the respective landmark patterns and the respective landmark patterns (P patterns). Therefore, when the mobile robot is located at a specific landmark, the mobile robot can easily know which of the P patterns the landmark on which it is located is.
  • the mobile robot stores a layout map of a plurality of landmarks arranged in a moving plate which is a space (work space) to which the mobile robot moves in advance. That is, the layout of a plurality of landmarks composed of P patterns is stored in advance. This is called a landmark space map.
  • the landmark space map is as shown on the right side of FIG.
  • the landmark space map has a map of patterns of 32 landmarks arranged in a specific area (area divided by dotted lines) of the moving plate.
  • the mobile robot in the dotted area is a landmark of pattern 5 (one of six patterns that can be formed when constructing a landmark with four magnets) on the landmark space map. It can be seen that the phase is located.
  • the mobile robot has spatial absolute coordinate information that stores the absolute position coordinate value of each landmark pattern on the landmark space map.
  • the mobile robot located on a specific landmark of the moving plate is at the position of (1).
  • the specific landmark is pattern 2 (one of six patterns composed of four magnets). Specifically, if the landmark is stopped or rotated, it can be seen that the specific landmark is pattern 2.
  • the landmark at each position is respectively pattern 6 (landmark pattern of position (2)) and pattern. It can be seen that it is 4 (a landmark pattern at position (3)).
  • the present invention relates to a method for estimating the global position of a mobile robot and correcting an error. That is, it is assumed that a position error of the mobile robot occurs.
  • the position error of the mobile robot is when the mobile robot is located away from each landmark coordinate origin (indicated by “0” in FIG. 8) where the mobile robot is located, and the center of the mobile robot is the landmark coordinate origin.
  • the deviation degree corresponding to the position error includes not only the deviation degree in the x-axis direction and the y-axis direction, but also a spaced angle between the central axis of the two wheels of the mobile robot and the x-axis or the y-axis.
  • the center of the mobile robot means a center point of a space formed by a plurality of Hall sensors (when composed of four Hall sensors, an intersection point of each virtual line connecting the Hall sensors facing each other).
  • the center of the mobile robot is located on the origin of the landmark coordinate system, and the moving direction line (or the center axis of the two wheels) of the mobile robot is the x axis or the landmark coordinate system. when it coincides with the y-axis.
  • the Hall sensors are each the same centerline of the corresponding magnet. It will be located on the top of the map (when the landmark is made up of four magnets and four Hall sensors are used).
  • the center of the mobile robot coincides with the origin O of the landmark coordinate system, and the direction of movement of the mobile robot (in FIG. 9).
  • L m is coincident with the x-axis or y-axis (illustrated as coinciding with the y-axis in FIG. 9) and each Hall sensor 3 is each disposed on the same position of the centerline of the corresponding magnet. The case is when there is no position error.
  • the distance from the center of the mobile robot to each hall sensor and the distance from the origin of the landmark to the center of the center line of each magnet may be slightly different, but the same is preferable.
  • FIG. 9 since the distance from the center of the mobile robot to each hall sensor and the distance from the origin of the landmark to the center of the center line of each magnet are the same, it is determined that each hall sensor is located on the center of the center line of the corresponding magnet. can see.
  • each magnet corresponding to each Hall sensor or each Hall sensor corresponding to each magnet means a positional error estimation and correction when each Hall sensor is located on the magnet, so that the relationship overlapping each other ( In other words, it corresponds to a case where a specific hall sensor is overlapped when present on a specific magnet.
  • the present invention is a case where all Hall sensors are located on each corresponding magnet to use the "actual data range" shown in FIG. That is, if any of the four Hall sensors are located out of the corresponding magnets (when located out of the "real data range” in the graph of Figure 3), there is basically a big problem in the mobile robot control system. It is not treated as an error correction problem.
  • the present invention when the mobile robot in motion moves to a specific landmark as a destination and stops, naturally all hall sensors are positioned on each corresponding magnet without departing from the magnet.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a global position estimation and correction method of a mobile robot using magnetic landmarks according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the mobile robot moving the moving plate arrives or lies at a certain landmark, before moving to the landmark corresponding to the next destination, the mobile robot estimates the global absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located, and the absolute A position error corresponding to the deviation of the mobile robot from the position coordinate value is estimated, and a procedure for correcting the position error is performed.
  • the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and a pattern of neighboring landmarks and estimates the absolute position coordinate value of the landmark currently located.
  • the process of estimating the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located is as follows.
  • the mobile robot When the mobile robot is placed on the moving plate, it is placed on a specific landmark. After the mobile robot recognizes the pattern of the specific landmark, the mobile robot moves to the neighboring landmark.
  • the pattern recognition of the specific landmark may be recognized as a stationary state on the landmark or may be recognized by a rotation operation.
  • the mobile robot stores the patterns of the plurality of different landmarks and the voltage output patterns output when the patterns are stationary or rotated in the patterns. Therefore, when rotating at the specific landmark, an output voltage is generated through the Hall sensor, and the mobile robot compares the generated output voltage with the stored output voltage patterns. As a result of the comparison, an output voltage pattern having a pattern similar to the generated output voltage may be found, and a landmark pattern stored corresponding to the found output voltage pattern may be recognized as the pattern of the specific landmark.
  • the pattern After recognizing the pattern of a specific landmark as described above, the pattern is moved to a neighboring landmark, and the pattern of the landmark is recognized from the moved neighboring landmark.
  • the method of recognizing the pattern of the neighboring landmark is the same as the process of recognizing the pattern of the specific landmark.
  • the mobile robot moves from the specific landmark to a neighboring landmark at position (2), and then in a stationary state or through rotation, the neighboring land at position (2). It can be recognized that the pattern of the mark is pattern 6.
  • the pattern of the recognized neighboring landmark and the pattern of the specific landmark are compared with a landmark space map.
  • the pattern 2 of the specific landmark and the pattern 6 of the neighboring landmark are compared with the landmark space map stored by the mobile robot.
  • the mobile robot on the landmark space map is currently located. If the location coordinate value of the landmark is extracted and two or more exist, the process of recognizing the pattern of the landmark in the neighboring landmark after moving to another neighboring landmark until only one exists, and the landmark The process of comparing the patterns of the landmark map with the landmark space map is repeated.
  • the landmark group pattern refers to a pattern group of landmarks recognized by a mobile robot in a stationary state or recognized through rotation. That is, in FIG. 7, the pattern 2 of a specific landmark (landmark at position (1)) and a landmark (landmark at position (2)) adjacent to each other in the positive x-axis direction at this particular landmark Pattern 6 is called a landmark group pattern.
  • the mobile robot on the landmark space map is currently located. Extract the absolute position coordinates of a landmark.
  • a landmark group pattern including a pattern 2 of a specific landmark and a pattern 6 of a neighboring landmark in a positive x-axis direction are compared with the landmark spatial map illustrated in FIG. 7.
  • the absolute position coordinate value of the landmark in which the mobile robot is currently located in this case, the landmark of position (2) in FIG. 7 is obtained.
  • the mobile robot stores absolute coordinate values of positions of patterns constituting the landmark space map.
  • FIG. 7 there are actually a plurality of landmark group patterns composed of the landmark pattern 2 and the landmark pattern 6 in the positive x-axis direction of the landmark pattern 2.
  • the mobile robot moves to another neighboring landmark. For example, it moves to the landmark at position (3) in FIG. Then, in a stationary state, the landmark pattern is recognized or rotated to recognize the landmark pattern.
  • the pattern of the landmark of the position (3) is recognized as the pattern 4.
  • FIG. 7 the pattern of the landmark of the position (3) is recognized as the pattern 4.
  • the mobile robot generates a pattern of the neighboring landmarks with the pattern of the specific landmark (pattern 2), that is, the landmark pattern (pattern 6) at position (2) and the landmark pattern at position (3) in FIG. It is checked whether only one landmark pattern group consisting of (pattern 4) exists in the landmark space map.
  • the landmark pattern group consisting of the specific landmark pattern 2, the landmark pattern 6 neighboring in the positive x-axis direction, and the landmark pattern 4 neighboring in the positive y-axis direction, are selected from the land shown in FIG. Only one exists in the mark space map.
  • the mobile robot extracts the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located (in this case, the landmark of position (3)).
  • the mobile robot may know not only the absolute position coordinate values of the landmark currently located but also the absolute position coordinate values of all the landmarks. This is because the mobile robot stores absolute position coordinate values corresponding to all patterns constituting the landmark space map.
  • the global absolute position coordinate values can be known.
  • a procedure of estimating and correcting a position error is performed in a process of moving to a neighboring landmark and moving from a neighboring landmark to another neighboring landmark. Can be performed further.
  • a procedure of estimating and correcting a position error of a mobile robot located at the specific landmark is performed or a pattern of a neighboring landmark is recognized. Thereafter, before moving to another neighboring landmark, a procedure of estimating and correcting a position error of the mobile robot located at the neighboring landmark may be performed.
  • the procedure for estimating and correcting the position error of the mobile robot may apply the position error estimation and correction procedure described below.
  • the plurality of hall sensors each generate a hall sensor output voltage. That is, each of the plurality of Hall sensors attached to the bottom surface of the mobile robot stationary on a landmark composed of four magnets detects a voltage under the influence of a magnetic field generated by the corresponding magnet.
  • the position error of the mobile robot deviating from the origin of the landmark coordinate system is estimated by using the voltages detected by the plurality of Hall sensors and the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relationship determined by experiment in advance.
  • This equation is the relationship between the voltage detected by each Hall sensor and the horizontal shortest distance from the centerline of the magnet to the Hall sensor.
  • k i is a linear proportionality constant voltage (V i) and the horizontal shortest distance (l i).
  • i is a natural number in the range of 1-4.
  • the k i value is a value determined through experiment in advance. Accordingly, when the value V i is detected, the horizontal shortest distance i is determined by the Hall sensor output voltage-hall sensor positional relationship.
  • the Hall sensor output voltage-Hall sensor position relation equation is determined through the graph shown in FIG. 3 (characteristic graph regarding Hall sensor output voltage and Hall sensor position). That is, it can be seen the through the graph, the sensor output voltage (V i) and the horizontal shortest distance (l i) shown in Figure 3, this time to determine the proportionality constant k i between the sensor output voltage and the horizontal minimum distance have.
  • the Hall sensor output voltage is generated, and then the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relationship is used.
  • the horizontal shortest distances (l 1 , l 2 , l 3 , l 4 ) between the centerline of each magnet corresponding to the hall sensor can be obtained.
  • the position error (x e , y e , ⁇ e ) of the mobile robot deviating from the origin of the landmark coordinate system is estimated using these. can do.
  • x e is a land means the degree to which the center of the mobile robot away from the origin of the marked coordinates on the x-axis of landmark coordinate system
  • y e is the landmark coordinate system
  • the origin of landmark coordinate system y-axis ⁇ e means the degree of deviation of the center of the mobile robot
  • ⁇ e means the degree of inclination of the two wheel center axis of the mobile robot relative to the x axis or y axis of the landmark coordinate system.
  • the estimated position error may be moved to the origin of the landmark coordinate system. Compensating for the position error by driving the mobile robot as much as possible.
  • the step of estimating and correcting the position error may be performed again.
  • the error tolerance reference value is a value determined through a prior experiment and is a boundary value of the position error that can be ignored.
  • the error tolerance reference value may be relatively small when very precise position recognition is required, and may be relatively large in a position recognition system that may be relatively inaccurate.
  • the estimated position error (x e , y e , ⁇ e ) is equal to or less than a predetermined error tolerance reference value, and when the estimated position error is less than or equal to the error tolerance reference value, the next destination (land Mark), and the above-described step is performed, and if the estimated position error is not equal to or less than the error tolerance reference value (if exceeded), the position error must be corrected.
  • the meaning that the estimated position error (x e , y e , ⁇ e ) is equal to or less than the predetermined error tolerance reference value means that all of the components of the estimated position error are equal to or less than the error tolerance reference value for the component.
  • the error tolerance reference values for each component (x e , y e , ⁇ e ) of the position error are determined to be (5 mm, 5 mm, 5 °), respectively, then each component of the estimated position error is the error tolerance mood. It means the case below the each component of a value (for example, (3mm, 3mm, 4 degrees)).
  • FIG. 11 is an exemplary diagram for describing an error estimation in the case of the magnet arrangement corresponding to the pattern 1 among the six patterns shown in FIG. 6.
  • a mobile robot is located on a landmark, but the center of the mobile robot is stopped from the origin O of the landmark where the mobile robot is currently located. At this time, the center of the mobile robot is located at the coordinate values (x e , y e ) of the landmark coordinate system, and the four Hall sensors 3 attached to the bottom surface of the mobile robot are respectively shown in FIG. 11, Located on each corresponding magnet (located on the magnet away from the centerline of the corresponding magnet).
  • the central axis of the two wheels 1 of the mobile robot is distorted by ⁇ e from the x axis of the landmark coordinate system. Therefore, the position error of the mobile robot is (x e , y e , ⁇ e ).
  • the voltages detected by the Hall sensors and the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relation of the formula (1) Use to find the horizontal shortest distance from the centerline of each magnet to the Hall sensor.
  • the voltage detected by the Hall sensor located on the magnet located on the x axis is V 1 and the magnetic field of the magnet located on the positive y axis is determined by the magnetic field of the magnet located on the positive x axis. Therefore, the voltage detected by the Hall sensor located on the magnet located on this y axis is V 2, and the Hall sensor located on the magnet located on this x axis by the magnetic field of the magnet located on the negative x axis.
  • the voltage detected by V is V 3
  • the voltage detected by the Hall sensor located on the magnet located on this y axis is V 4 due to the magnetic field of the magnet located on the negative y axis.
  • the shortest horizontal distance between the center line of each magnet and the hall sensor corresponding to each magnet can be obtained by the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relational expression of Equation (1).
  • the obtained horizontal shortest distances become l 1 , l 2 , l 3 , and l 4 , respectively.
  • l 2 and l 4 which are used to find x e, which is an error of the x axis, are the horizontal shortest distances between the y axis of the landmark coordinate system and the hall sensors respectively corresponding to two magnets located on the y axis. to be. That is, l 2 is the horizontal shortest distance between the positive y axis and the Hall sensor corresponding to the magnet lying on this y axis, and l 4 corresponds to the negative y axis and the magnet lying on this y axis. Is the shortest horizontal distance between Hall sensors.
  • l 1 and l 3 used to find y e are the horizontal shortest distances between the x axis of the landmark coordinate system and the hall sensors respectively corresponding to two magnets located on the x axis. That is, l 1 is the horizontal shortest distance between the positive x axis and the Hall sensor corresponding to the magnet lying on the x axis, and l 3 corresponds to the negative x axis and the magnet lying on the x axis. Is the shortest horizontal distance between Hall sensors.
  • d used to obtain an error ⁇ e corresponding to an angle at which the center line of the two wheels 1 of the mobile robot is spaced based on the x-axis or the y-axis is opposite to each other, as shown in FIG.
  • Distance between the Hall sensors (in the direction).
  • l 1 , l 2 , l 3 , l 4 are the horizontal shortest distances used when estimating x e and y e .
  • ⁇ e is an angle between the central axis (denoted as “w” in FIG. 12) of the two wheels of the mobile robot and the x-axis or y-axis of the landmark coordinate system, as shown in FIG. 12.
  • the absolute value corresponds to the smaller angle. Accordingly, in the case of FIG. 12, the angle between the central axis w of the two wheels 1 of the mobile robot and the x axis of the landmark coordinate system is selected as ⁇ e .
  • k 1 , k 2 , k 3 , and k 4 have a value of 1 or -1 depending on the moving direction of the mobile robot in the landmark. Accordingly, the values of k 1 , k 2 , k 3 , and k 4 have a value of 1 or -1 depending on the pattern of each landmark and the direction in which the mobile robot moves in each landmark. This is described below.
  • the equation for obtaining the position error (x e , y e , ⁇ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 1 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , ⁇ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).
  • the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot.
  • the equation for obtaining the position error (x e , y e , ⁇ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 2 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , ⁇ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).
  • the equations for obtaining the position error (x e , y e , ⁇ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 3 among the landmark patterns shown in FIG. 6 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , ⁇ e ) is basically calculated through the above formulas (2) to (4).
  • the equation for obtaining the position error (x e , y e , ⁇ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 4 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , ⁇ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).
  • the equation for obtaining the position error (x e , y e , ⁇ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 5 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , ⁇ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).
  • the equations for obtaining the position error (x e , y e , ⁇ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 6 among the landmark patterns shown in FIG. 6 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , ⁇ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).
  • the position is corrected using the estimated position error (correction of moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark coordinate system and coinciding the moving direction line of the mobile robot with the x or y axis of the landmark coordinate system).
  • the estimated position error correction of moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark coordinate system and coinciding the moving direction line of the mobile robot with the x or y axis of the landmark coordinate system.
  • a first position error correction method will be described with reference to FIG. 13.
  • the mobile robot estimates the position error in a state where the mobile robot is stationary on the landmark, as shown in Fig. 13A. Then, position error correction is performed using the estimated position error.
  • FIG. 13B In order to correct the position error, as shown in FIG. 13B, the moving direction line of the mobile robot passes through the origin of the landmark coordinate system using the estimated position error values. Rotate the mobile robot. The rotation direction at this time rotates in the direction in which a rotation angle is small. Accordingly, FIG. 13B is a state in which the counterclockwise direction is rotated in FIG. 13A. The rotation angle at this time may be calculated according to various equations using the estimated position error values.
  • the mobile robot is moved to the origin of the landmark coordinate system. That is, the center of the mobile robot is moved to the origin of the landmark coordinate system.
  • the distance from the origin of the landmark coordinate system to the coordinate point (x e , y e ) may be calculated by various equations using the estimated position error values.
  • FIG. 13D is a state in which FIG. 13C is rotated clockwise.
  • the position error correction step shown in FIG. 13 is a step of correcting the position error on the x-axis and the y-axis in one movement.
  • the position error is caused by moving directly to the origin of the landmark coordinate system without performing x-axis movement and y-axis movement separately. Step to calibrate.
  • the landmark coordinate system As shown in Figure 14 (b) Rotate the mobile robot so that it is horizontal to the x axis.
  • the rotation angle can be obtained using (90 ° - ⁇ e ). For example, if ⁇ e is 30 °, the rotation angle will be 60 °. Such a result is that in order to be changed from the state of FIG. 14A to the state of FIG. 14B, it may be rotated clockwise or counterclockwise. (b) It means to go to the state. (B) of FIG. 14 is a state which rotated clockwise in the state (a) of FIG.
  • the movement in the x-axis direction is a movement for correcting the x-axis of the landmark coordinate system, and as shown in FIG. 14 (c), it means a movement such that the center axes of two wheels of the mobile robot coincide with the y-axis. do.
  • the mobile robot Since the x-axis correction was performed, the following performs the y-axis correction. To this end, the mobile robot is rotated 90 degrees so that the direction of movement of the mobile robot coincides with the y axis. Then, the state shown in FIG. 14 (d) is obtained. Then, the mobile robot is moved by y e in the y axis direction to correct the position in the y axis direction. Then, the state shown in FIG. 14E is obtained. In this case, the movement in the y-axis direction is a movement for correcting the y-axis of the landmark coordinate system, and as shown in FIG. 14E, a movement in which the center axes of two wheels of the mobile robot coincide with the x-axis. do.
  • the positional error can be corrected by moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark coordinate system.
  • the position error correction process since the direction of movement of the mobile robot coincides with the x-axis or the y-axis, the center axes of the two wheels of the mobile robot also coincide with the x-axis or the y-axis.
  • the above-described procedure is a process of performing position error correction by first performing x-axis correction and then performing y-axis correction.
  • the position error correction may be performed by performing the y-axis correction first and then performing the x-axis correction. This is briefly described as follows.
  • the mobile robot is positioned such that the direction of movement of the mobile robot is horizontal to the y axis of the landmark coordinate system using ⁇ e .
  • the mobile robot is rotated counterclockwise by ⁇ e .
  • the mobile robot is rotated in a counterclockwise direction so that the direction of movement of the mobile robot is horizontal to the y axis of the landmark coordinate system by rotating at the minimum angle.
  • the mobile robot is moved by y e in the y axis direction to correct a position error in the y axis direction.
  • the movement in the y-axis direction is a movement for correcting the y-axis of the landmark coordinate system, and means a movement such that the center axes of the two wheels of the mobile robot coincide with the x-axis.
  • the mobile robot Since the y-axis correction has been performed, the following performs the x-axis correction. To this end, the mobile robot is rotated 90 ° so that the moving direction line of the mobile robot coincides with the x-axis. Then, the mobile robot is moved by x e in the x axis direction to correct the position in the x axis direction.
  • the movement in the x-axis direction is a movement for correcting the x-axis of the landmark coordinate system, and means a movement such that the center axes of the two wheels of the mobile robot coincide with the y-axis.
  • the position error can be corrected by moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark.
  • the position error correction process since the direction of movement of the mobile robot coincides with the x-axis or the y-axis, the center axes of the two wheels of the mobile robot also coincide with the x-axis or the y-axis.
  • the final state of the mobile robot is a state in which the movement direction line of the mobile robot coincides with the x-axis while the position error correction is completed. Is in.
  • the position error correction may be performed in the y-axis correction order after the x-axis correction, or may be performed in the x-axis correction order after the y-axis correction.
  • the position error correction process by minimizing the total rotation angle of the mobile mobile robot, it is necessary to reduce the power consumption and to improve the working speed or the moving speed of the mobile robot.
  • next destination movement direction M D is the x axis direction
  • the position error correction in the y axis direction is first performed, and then the position error correction in the x axis direction is performed, and the next destination movement direction M D is y.
  • the position error correction in the x-axis direction is first performed, and then the position error correction in the y-axis direction is performed.
  • the total rotation angle of the mobile robot in the position error correction process may be minimized. For example, as shown in (a) of FIG. 14, if the next destination movement direction M D is in the y-axis direction, after performing position error correction in the x-axis direction first, according to the procedure shown in FIG. 14. It is preferable to perform position error correction in the y-axis direction to perform final position error correction.
  • the mobile robot rotates by a total of 150 ° in the position error correction process, thereby correcting the position error.
  • the rotation angle for the x-axis correction is 60 ° (rotation angle for moving from (a) to FIG. 12 (b) in FIG. 14) and the rotation angle for the y-axis correction is 90 ° (FIG. 14). (C) to (d) in FIG. 14), and when the position error correction is completed, since it is necessary to move to the next destination without additional rotation, the total rotation angle becomes 150 °.
  • the mobile robot rotates by 210 ° in order to move to the next destination.
  • the angle to rotate to perform the first y-axis correction is 30 °
  • the angle to rotate to perform the next x-axis correction is 90 °, in order to face the direction of movement of the mobile robot in the next destination movement direction Since the angle of rotation is 90 °, the total angle of rotation of the mobile robot is 210 °.
  • the position error correction of the mobile robot which repeats the position error correction and the movement to the next destination (landmark) has the advantage of minimizing the power consumption.
  • a mobile robot having four Hall sensors attached to the floor moves a moving plate on which a plurality of kinds of landmarks formed by changing the arrangement of magnets are moved
  • the mobile robot is located at a specific landmark and neighbors.
  • the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located can be easily estimated, and the position error of the mobile robot can be estimated.
  • a global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark that can be easily corrected is provided.

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Abstract

The present invention relates to a positional error estimation and correction method of a mobile robot, and more specifically, to a global position estimation and correction method of a mobile robot using magnetic landmarks, in which the mobile robot recognizes patterns of a particular landmark and a neighboring landmark and compares the recognized patterns with a stored landmark space map, if the mobile robot with four hall sensors attached on the bottom surface thereof moves on a mobile plate on which multiple kinds of landmarks formed by changing the arrangement of magnets are disposed, thereby easily estimating coordinate values of an absolute position of a landmark at which the mobile robot is currently positioned, and easily correcting positional errors of the mobile robot. The present invention, that is, the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmarks, is comprised of constituent means, and the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmarks comprises the steps of: estimating coordinate values of an absolute position of a landmark at which the mobile robot is currently positioned, by recognizing a pattern of a particular landmark at which the mobile robot is positioned and a pattern of a neighboring landmark; estimating positional errors (xe, ye, θe) of the mobile robot which deviates from the estimated coordinate values of the absolute position of the landmark; and correcting the positional errors by moving the mobile robot as much as the estimated positional errors (xe, ye, θe), so that the mobile robot may move to the coordinate values of the absolute position of the landmark.

Description

마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법Global Position Estimation and Correction Method of Mobile Robot Using Magnetic Landmarks

본 발명은 모바일 로봇의 위치 오차 추정 및 보정 방법에 관한 것으로, 특히 네 개의 홀 센서를 바닥면에 부착하고 있는 모바일 로봇이 자석의 배치를 변경하여 형성되는 복수 종류의 랜드 마크들이 배치되어 있는 이동판을 이동하는 경우에, 상기 모바일 로봇이 특정 랜드 마크 및 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 저장하고 있는 랜드마크 공간맵과 비교함으로써, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 용이하게 추정할 수 있고, 상기 모바일 로봇의 위치 오차를 용이하게 보정할 수 있는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating and correcting a position error of a mobile robot, and in particular, a moving plate having a plurality of kinds of landmarks formed by changing the arrangement of magnets of a mobile robot having four Hall sensors attached to the floor. In the case of moving, the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and a neighboring landmark, and compares it with the stored landmark space map, whereby the absolute position coordinates of the landmark where the mobile robot is currently located. The present invention relates to a global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark that can easily estimate a value and can easily correct a position error of the mobile robot.

최근 로봇에 대한 관심이 높아지고 기술이 발전함에 따라 실생활에 적용이 가능한 로봇이 속속 등장하고 있다. 이러한 로봇은 이동을 바탕으로 주어진 역할을 수행하는데, 이동을 위한 하드웨어적 구조는 모바일 로봇에 기반하고 있고, 이동이 주 역할인 만큼 자율 이동을 위한 위치 인식 기술이 필수적이다.Recently, with increasing interest in robots and technological developments, robots that can be applied to real life are appearing one after another. Such a robot performs a given role based on the movement. The hardware structure for the movement is based on the mobile robot, and since the movement is the main role, the position recognition technology for the autonomous movement is essential.

그러나 위치 인식 기술 구현의 어려움으로 인하여 로봇이 개발된 이후 위치 인식 기술은 현재도 계속 연구되고 있다.However, since the robot was developed due to the difficulty in implementing the location recognition technology, the location recognition technology is still being studied.

일반적인 모바일 로봇은 두 바퀴가 각각 구동되는 방식으로, 오도메트리(odormetery)를 이용하여 위치를 인식한다. 그러나 오도메트리는 오차를 가지며 오차 누적으로 인하여 시간이 지남에 따라 오차가 커지게 되는데, 이러한 문제를 해결하기 위하여 그동안 많은 연구가 있었으며, 대표적으로 로봇의 하드웨어적 특성을 실험을 통해 분석하여 오도메트리 오차를 제거하기 위한 UMBmark(University of Michigan Benchmark test)가 있다.A typical mobile robot uses an odormetery to recognize a position by driving two wheels respectively. However, the odometry has an error, and the error increases with time due to the accumulation of errors. To solve this problem, many studies have been conducted. For example, the odometry is analyzed by analyzing the hardware characteristics of the robot through experiments. There is a University of Michigan Benchmark test (UMBmark) to remove the error.

또한 오도메트리 이외의 여러 센서를 퓨전하여 확률, 통계적 접근을 통해 위치 인식 방법을 개선해왔다. 이외에도 RFID를 이용하여 특정 위치에 직접 아이디를 부여하여 이를 인식하거나 또는 비젼 카메라를 이용하여 이미지 프로세싱을 통해 위치를 분석하는 등 위치 인식 문제의 어려움을 해결하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.In addition, many sensors other than odometry have been fused to improve the location recognition method through probability and statistical approaches. In addition, a lot of researches have been conducted to solve the problem of location recognition problem such as recognizing a specific location by using RFID and recognizing it or analyzing the location through image processing using a vision camera.

그러나 여전히 모바일 로봇의 정확한 위치 오차 추정 및 보정은 지속적으로 연구되어야 할 과제이고, 절대적인 위치를 정확히 파악하는 것은 어려우며, 또 다른 접근 통한 개발이 요구된다.However, accurate position error estimation and correction of the mobile robot is still a problem to be studied continuously, it is difficult to accurately determine the absolute position, and development through another approach is required.

한편, 모바일 로봇이 이동하는 이동 공간에서, 현재 모바일 로봇이 존재하고 있는 절대적 위치를 추정하는 방법 또한 연구 개발이 필요한 실정이다.Meanwhile, in a mobile space in which a mobile robot moves, a method of estimating an absolute position in which a mobile robot currently exists also needs research and development.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 네 개의 홀 센서를 바닥면에 부착하고 있는 모바일 로봇이 자석의 배치를 변경하여 형성되는 복수 종류의 랜드 마크들이 배치되어 있는 이동판을 이동하는 경우에, 상기 모바일 로봇이 특정 랜드 마크 및 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 저장하고 있는 랜드마크 공간맵과 비교함으로써, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 용이하게 추정할 수 있고, 상기 모바일 로봇의 위치 오차를 용이하게 보정할 수 있는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems of the prior art, a mobile robot having four Hall sensors attached to the bottom surface is a movement in which a plurality of kinds of landmarks formed by changing the arrangement of the magnets are arranged In the case of moving the plate, the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and neighboring landmarks, and then compares it with the stored landmark space map, whereby the absolute position of the landmark where the mobile robot is currently located. An object of the present invention is to provide a global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark that can easily estimate coordinate values and easily correct a position error of the mobile robot.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법을 이루는 구성수단은, 홀 센서를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 있어서, 모바일 로봇이 위치하고 있는 특정 랜드 마크의 패턴과 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식하여 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정하는 단계, 상기 추정된 랜드 마크의 절대 위치 좌표값에서 벗어난 상기 모바일 로봇의 위치 오차(xe, ye, θe)를 추정하는 단계, 상기 모바일 로봇이 상기 랜드 마크의 절대 위치 좌표값으로 이동될 수 있도록, 상기 추정된 위치 오차(xe, ye, θe)만큼 상기 모바일 로봇을 이동시켜 위치 오차를 보정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the constituent means of the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark of the present invention is a mobile robot in the global position estimation and correction method of the mobile robot using a hall sensor. Estimating an absolute position coordinate value of a landmark currently located by the mobile robot by recognizing a pattern of a specific landmark located and a neighboring landmark, wherein the deviation from the absolute position coordinate value of the estimated landmark is determined. Estimating a position error (x e , y e , θ e ) of the mobile robot, such that the estimated position error (x e , y e ,) can be moved to an absolute position coordinate value of the landmark. and e ) correcting the position error by moving the mobile robot by θ e ).

여기서, 상기 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정하는 단계는, 상기 모바일 로봇이 위치하고 있는 특정 랜드 마크에서 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 이웃하고 있는 랜드 마크로 이동하는 제1 과정, 상기 이동한 이웃하고 있는 랜드 마크에서 랜드 마크의 패턴을 인식하는 제2 과정, 상기 인식된 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 랜드 마크 공간맵과 비교하는 제3 과정, 상기 비교 결과, 상기 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 특정 랜드 마크의 패턴으로 구성된 랜드 마크 그룹 패턴이 상기 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재한 경우에는, 상기 랜드 마크 공간맵 상의 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추출하고, 두 개 이상 존재한 경우에는 이웃하고 있는 다른 랜드 마크로 이동한 후 상기 제2 과정을 수행하는 제4 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The estimating an absolute position coordinate value of the landmark may include a first process of recognizing a pattern of the specific landmark from a specific landmark where the mobile robot is located and then moving to a neighboring landmark, wherein the movement A second process of recognizing a pattern of a landmark in a neighboring landmark, a third process of comparing the pattern of the recognized neighboring landmark and a pattern of the specific landmark with a landmark space map, and the comparison result And when there is only one landmark group pattern composed of the neighboring landmark pattern and the specific landmark pattern in the landmark space map, the landmark of the landmark on which the mobile robot is currently located on the landmark space map. Extract absolute position coordinates and, if two or more exist, move to another neighboring landmark And a fourth process of performing the second process after the movement.

여기서, 상기 랜드 마크 공간맵은, 상기 모바일 로봇이 이동하는 공간인 이동판에 배치된 랜드 마크들의 각 패턴들에 대응하여 구성되고, 상기 랜드 마크의 패턴들은 각 랜드 마크를 구성하는 n 개의 자석 위치를 변경시켜 형성되는 P개의 패턴인 것을 특징으로 한다. Here, the landmark space map is configured to correspond to the respective patterns of the landmarks arranged on the moving plate which is the space in which the mobile robot moves, and the patterns of the landmarks are n magnet positions constituting each landmark. It is characterized in that the P pattern formed by changing the.

여기서, 상기 P는

Figure PCTKR2011000125-appb-I000001
이고, 여기서, N은 자석의 개수이고, 1HN은 N개의 자석을 한 방향으로 놓는 경우의 수를 의미하는 중복조합이고, m은 자석의 배치 방향의 경우의 수를 의미하고, gcd(a, N-a)는 a와 N-a의 최대공약수이고, l│gcd(a, N-a)는 l이 gcd(a, N-a)의 약수임을 의미하며,
Figure PCTKR2011000125-appb-I000002
는 l 이하의 l과 서로소인 자연수의 개수를 의미하는 오일러 함수임.Where P is
Figure PCTKR2011000125-appb-I000001
Where N is the number of magnets, 1 H N is an overlapping combination that means the number of cases where N magnets are placed in one direction, m is the number of cases in the direction of magnet placement, and gcd (a , Na) is the greatest common divisor of a and Na, and l│gcd (a, Na) means that l is a divisor of gcd (a, Na),
Figure PCTKR2011000125-appb-I000002
Is an Euler function that means the number of natural numbers that are less than or equal to l less than l.

여기서, 상기 모바일 로봇은 상기 P개의 랜드 마크의 패턴들과 상기 모바일 로봇이 상기 P개의 랜드 마크들에서 회전할 때의 출력 전압을 일대일 매칭하여 저장하고 있는 것을 특징으로 한다.Herein, the mobile robot is configured to store one-to-one matching of the patterns of the P landmarks and the output voltage when the mobile robot rotates on the P landmarks.

상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 의하면, 네 개의 홀 센서를 바닥면에 부착하고 있는 모바일 로봇이 자석의 배치를 변경하여 형성되는 복수 종류의 랜드 마크들이 배치되어 있는 이동판을 이동하는 경우에, 상기 모바일 로봇이 특정 랜드 마크 및 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 저장하고 있는 랜드마크 공간맵과 비교함으로써, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 용이하게 추정할 수 있는 장점이 있다.According to the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark of the present invention having the above problems and solving means, the mobile robot having four Hall sensors attached to the bottom surface is formed by changing the arrangement of the magnets. When moving a moving plate on which a plurality of kinds of landmarks are arranged, the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and a neighboring landmark, and then compares it with the stored landmark space map, thereby the mobile. The advantage is that the absolute position coordinates of the landmark where the robot is currently located can be easily estimated.

또한, 상기 추정된 랜드 마크의 절대 위치 좌표값에서 벗어난 상기 모바일 로봇의 위치 오차를 용이하게 추정 및 보정할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can easily estimate and correct the position error of the mobile robot deviating from the absolute position coordinate value of the estimated landmark.

도 1은 본 발명에 적용되는 모바일 로봇의 사시도이다.1 is a perspective view of a mobile robot applied to the present invention.

도 2는 본 발명에 적용되는 모바일 로봇의 바닥면을 보여주는 상세도이다.Figure 2 is a detailed view showing the bottom surface of the mobile robot applied to the present invention.

도 3은 본 발명에 적용되는 홀 센서 출력전압과 홀센서 위치 관계를 설명하기 위한 이해도이다.3 is an understanding diagram for explaining the relationship between the Hall sensor output voltage and the Hall sensor position applied to the present invention.

도 4는 본 발명에 적용되는 이동판의 예시도이다.4 is an exemplary view of a moving plate applied to the present invention.

도 5는 본 발명에 적용되는 이동판에 복수개의 랜드 마크가 형성되고 랜드 마크에 대응하여 저장되는 랜드 마크 공간맵을 보여주는 예시도이다.5 is an exemplary view illustrating a landmark space map in which a plurality of landmarks are formed on a moving plate applied to the present invention and are stored corresponding to the landmarks.

도 6은 본 발명에 적용되는 랜드 마크의 패턴들을 보여주는 상세도이다.6 is a detailed view showing patterns of landmarks applied to the present invention.

도 7은 본 발명에 적용되는 절대 위치 좌표값을 추출하는 절차를 설명하기 위한 예시도이다.7 is an exemplary view for explaining a procedure of extracting absolute position coordinate values applied to the present invention.

도 8은 본 발명에 적용되는 랜드 마크 좌표계를 설명하기 위한 예시도이다.8 is an exemplary view for explaining a landmark coordinate system applied to the present invention.

도 9는 본 발명에 적용되는 위치 오차 추정을 설명하기 위한 이해도이다.9 is an understanding diagram for explaining a position error estimation applied to the present invention.

도 10은 본 발명에 적용되는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법의 절차도이다.10 is a flowchart illustrating a global position estimation and correction method of a mobile robot using magnetic landmarks applied to the present invention.

도 11은 본 발명에 적용되는 위치 오차 추정을 설명하기 위한 이해도이다.11 is an understanding diagram for explaining a position error estimation applied to the present invention.

도 12는 본 발명에 적용되는 위치 오차 값을 설명하기 위한 이해도이다.12 is an understanding diagram for explaining a position error value applied to the present invention.

도 13은 본 발명에 적용되는 위치 오차 보정 절차를 설명하기 위한 동작 절차도이다.13 is a flowchart illustrating a position error correction procedure applied to the present invention.

도 14는 본 발명에 적용되는 위치 오차 보정 절차를 설명하기 위한 또 다른 동작 절차도이다.14 is another operation procedure for explaining a position error correction procedure applied to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결 수단 및 효과를 가지는 본 발명인 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark of the present invention having the above problems, solving means and effects.

본 발명인 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 관하여 설명하기 전에, 본 발명을 달성하기 위하여 갖추어야 할 환경 및 조건에 대하여 설명한다.Before describing the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark of the present invention, the environment and conditions to be achieved in order to achieve the present invention will be described.

모바일 로봇은 두 바퀴 또는 네 바퀴 형태가 일반적이며, 두 바퀴 형태의 모바일 로봇이 가장 널리 이용되고 있다. 두 바퀴로 구동되는 모바일 로봇은 양쪽 바퀴의 각속도를 이용하여 로봇의 움직임을 동역학적으로 표현하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 도 1 및 도 2에 도시된 두 바퀴가 각각 구동되는 방식(differential-drive)의 모바일 로봇을 이용한다.Mobile robots are generally two wheels or four wheels, and two-wheeled mobile robots are most widely used. A mobile robot driven by two wheels can dynamically express the movement of the robot using the angular velocity of both wheels. In the present invention, the two wheels shown in FIGS. 1 and 2 are used in a mobile robot of a differential-drive.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 두 바퀴를 가지는 모바일 로봇(10)은 두 개의 바퀴(1)가 바닥면 외부로 돌출되어 있다. 이 두 개의 바퀴(1)는 후술할 복수개의 랜드 마크가 형성된 이동판의 상부면에 접촉하여 상기 모바일 로봇이 이동할 수 있도록 한다.As shown in FIG. 2, in the mobile robot 10 having two wheels applied to the present invention, two wheels 1 protrude outside the bottom surface. These two wheels 1 are in contact with the upper surface of the moving plate formed with a plurality of landmarks to be described later to allow the mobile robot to move.

한편, 상기 모바일 로봇의 바닥면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 두 개의 바퀴(1)를 연결하는 직선(이하 " 두 바퀴의 중심축"이라 함)과 수직한 직선 방향(이하 "모바일 로봇 이동 방향선"이라 함)에 두 개의 볼 캐스터(2)가 장착된다. 이러한 볼 캐스터(2)에 의하여 모바일 로봇이 이동할 때, 전후 방향으로 모바일 로봇이 기울어지는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 2, the bottom surface of the mobile robot, a straight line connecting the two wheels (1) (hereinafter referred to as the "center axis of two wheels") perpendicular to the vertical direction (hereinafter "mobile robot") Two ball casters 2 are mounted on the "moving direction line". When the mobile robot moves by such a ball caster 2, the mobile robot can be prevented from tilting in the front-back direction.

한편, 상기 모바일 로봇(10)의 바닥면에는 복수 개의 홀 센서(3)가 부착된다. 도 2에서는 네 개의 홀 센서(3)가 부착된 상태를 예시한다. 상기 네 개의 홀 센서(3) 중, 두 개는 상기 두 바퀴의 중심축(두 개의 바퀴를 연결하는 직선)선 상에 부착되고, 나머지 두 개는 상기 모바일 로봇 이동 방향선으로 부착된다. 결과적으로, 상기 네 개의 홀 센서(3)들은 사각형 형태로 배치되고, 서로 대향하고 있는 각 홀 센서들 사이의 거리(두 바퀴의 중심축선 상에 부착된 두 개의 홀 센서들 사이의 거리와 모바일 로봇의 이동 방향선으로 부착된 두 개의 홀 센서들 사이의 거리)는 동일하다.Meanwhile, a plurality of Hall sensors 3 are attached to the bottom surface of the mobile robot 10. 2 illustrates a state in which four Hall sensors 3 are attached. Of the four Hall sensors 3, two are attached on the central axis (straight line connecting the two wheels) of the two wheels, the other two are attached to the mobile robot movement direction line. As a result, the four Hall sensors 3 are arranged in a rectangular shape, and the distance between the respective Hall sensors facing each other (the distance between the two Hall sensors attached on the center axis of the two wheels and the mobile robot). The distance between the two Hall sensors attached by the direction of movement of is equal to.

상기 모바일 로봇(10)의 바닥면에 부착되는 복수 개(도 2에서는 네 개의 홀센서를 예시함)의 홀 센서(3)들은 후술할 랜드 마크를 구성하는 각각의 자석의 자기장을 전압으로 검출하는 기능을 수행한다. 홀 센서(3)는 홀 효과를 기반으로 제작된 마그네틱 센서로서, 자기장 내에서 자기력선속밀도(Magnetic Flux Density)를 전압으로 검출할 수 있다. 이 홀 센서(3)는 자기장의 세기에 따라 선형적으로 반응하고, 미세한 자기장에도 안정적인 전압을 출력하여 위치 인식에 적용할 때, 정확성을 높일 수 있는 장점이 있다.A plurality of Hall sensors 3 (four Hall sensors in FIG. 2) attached to the bottom surface of the mobile robot 10 may detect a magnetic field of each magnet constituting a landmark as a voltage. Perform the function. The Hall sensor 3 is a magnetic sensor manufactured based on the Hall effect, and can detect magnetic flux flux density as a voltage in a magnetic field. The Hall sensor 3 reacts linearly according to the strength of the magnetic field, and outputs a stable voltage even in a fine magnetic field, thereby increasing accuracy when applied to position recognition.

여기서, 본 발명에 적용되는 홀 센서(3)의 선형성을 살펴보기 위하여, 자석 상측에 위치하는 홀 센서로부터 검출된 홀 센서 출력 전압과 홀 센서의 위치(자석의 중심선(도 3에서 "c"로 표기된 선)에서 이격된 홀 센서의 위치) 관계를 나타내는 특성 그래프(도 3에 도시된 그래프)를 살펴본다.Here, in order to examine the linearity of the Hall sensor 3 applied to the present invention, the Hall sensor output voltage detected from the Hall sensor located above the magnet and the position of the Hall sensor (center line of the magnet ("c" in FIG. Look at the characteristic graph (graph shown in Figure 3) showing the relationship of the position) of the Hall sensor spaced apart from the indicated line).

본 발명에서는 두 개의 바퀴를 가진 모바일 로봇이 복수 개의 랜드 마크로 구성된 이동판을 이동하기 때문에, 상기 모바일 로봇이 상기 각각의 랜드 마크 상에 위치할 때, 상기 홀 센서(3)는 자석과 소정의 에어갭(air gap, 도 3에서 "h"로 표기됨)을 가지고, 5V의 전압 구동으로 0 ~ 5V 사이의 전압을 출력하도록 설정한다고 가정하자.In the present invention, since the mobile robot having two wheels moves a moving plate made up of a plurality of landmarks, when the mobile robot is located on each of the landmarks, the hall sensor 3 has a magnet and predetermined air. Assume that a gap (air gap, denoted by "h" in FIG. 3) is set to output a voltage between 0 and 5 V by driving a 5 V voltage.

그러면, 도 3에 도시된 바와 같이, 홀 센서가 자기장의 영향을 받지 않는 경우(홀 센서가 자석의 중심선 상에 위치하는 경우)에는 약 2.47V, N극에서 최대 출력 전압인 약 4.7V, S극에서 최소 출력 전압인 약 0.3V가 나타남을 알 수 있다.Then, as shown in Fig. 3, when the Hall sensor is not affected by the magnetic field (the Hall sensor is located on the center line of the magnet), it is about 2.47V, and about 4.7V, S, which is the maximum output voltage at the N pole. It can be seen that the minimum output voltage of about 0.3V appears at the pole.

도 3에 도시된 바와 같이, "l"은 자석의 중심선에서 홀 센서 사이의 수평 최단 거리를 의미한다. 이 수평 최단 거리 "l"이 도 3에 도시된 그래프에서 홀 센서 위치를 의미한다. 홀 센서 출력 전압에 관한 홀 센서 위치(자석의 중심선에서 홀 센서 사이의 수평 최단 거리) "l"은 자석 표면 위에서 자석의 너비 방향에 거의 영향을 받지 않는다. 예를 들어, 상기 자석의 위에 위치한 홀 센서가 중심선 상의 어느 위치에 있더라도, 홀 센서에서 검출한 전압은 약 2.47V이다. 결과적으로, 자석의 중심선에서 홀 센서까지의 거리인 "l"은 자석의 중심선에서 홀 센서가 위치한 길이 방향(도 3에서 "길이방향"으로 표시됨)으로 인정해도 무방하다.As shown in Fig. 3, "?" Means the horizontal shortest distance between the Hall sensors at the centerline of the magnet. This horizontal shortest distance " l " means the hall sensor position in the graph shown in FIG. The Hall sensor position (horizontal shortest distance from the centerline of the magnet to the Hall sensor) with respect to the Hall sensor output voltage is very little affected by the width direction of the magnet on the magnet surface. For example, no matter where the Hall sensor located above the magnet is on the center line, the voltage detected by the Hall sensor is about 2.47V. As a result, "l", the distance from the centerline of the magnet to the Hall sensor, may be recognized in the longitudinal direction (indicated by "length direction" in FIG. 3) in which the Hall sensor is located at the centerline of the magnet.

다음은 상기 모바일 로봇이 이동할 수 있는 공간을 제공하는 이동판에 대하여 살펴본다.Next, a moving plate providing a space in which the mobile robot can move will be described.

도 4는 본 발명에 적용되는 이동판의 예시를 보여준다. 이동판(20)은 모바일 로봇이 이동할 수 있는 공간을 제공한다. 만약, 모바일 로봇(10)이 산업 현장에서 작업을 수행한다면, 상기 이동판(20)은 작업 공간의 바닥면에 해당한다고 볼 수 있다.4 shows an example of a moving plate applied to the present invention. The moving plate 20 provides a space in which the mobile robot can move. If the mobile robot 10 performs the work in the industrial site, the moving plate 20 may be regarded as the bottom surface of the working space.

상기 이동판(20)에는 이동하는 모바일 로봇(10)의 위치를 인식하기 위하여 제공하는 복수 개의 마그네틱 랜드 마크(21)들이 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 구비된다. 그리고, 각 마그네틱 랜드 마크(21)는 n(자연수) 개의 자석으로 구성된다. The moving plate 20 is provided with a plurality of magnetic landmarks 21 provided to recognize the position of the mobile robot 10 moving as shown in FIGS. 4 and 5. Each magnetic landmark 21 is composed of n (natural numbers) magnets.

상기 각각의 마그네틱 랜드 마크를 구성하는 자석들은 n개(여기서 n은 자연수)로 구성된다. 즉 상기 마그네틱 랜드 마크는 복수개의 자석들로 구성될 수 있고, 다양한 형태로 배치된다. 상기 복수 개의 자석들로 구성되는 마그네틱 랜드마크는 다각형(삼각형(3개의 자석으로 구성하는 경우), 사각형(4개의 자석으로 구성하는 경우), 육각형(6개의 자석으로 구성하는 경우) 등) 형태로 구성되는 것이 바람직하다.The magnets constituting each magnetic landmark are composed of n pieces (where n is a natural number). That is, the magnetic landmark may be composed of a plurality of magnets, and arranged in various forms. The magnetic landmark consisting of the plurality of magnets is in the form of a polygon (a triangle (when the three magnets)), a square (when the four magnets), a hexagon (when the six magnets), etc.) It is preferred to be configured.

도 4 및 도 5에서는 상기 마그네틱 랜드마크를 네 개의 자석들로 구성한 것을 예시한다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 네 개의 자석들로 구성되는 랜드마크는 상기 자석들이 서로 대칭적으로 배치된다. 각각의 랜드 마크(21)는 이동판(20) 내에서 격자 형태로 소정의 간격을 유지하며 특정한 좌표를 갖는다.4 and 5 illustrate that the magnetic landmark is composed of four magnets. As shown in Figures 4 and 5, the landmark consisting of the four magnets are arranged symmetrically with the magnets. Each landmark 21 maintains a predetermined interval in the form of a grid in the moving plate 20 and has specific coordinates.

상기 각각의 랜드 마크(21)를 구성하는 자석은 이동판 내에 삽입된 형태로 구성된다. 다만, 모바일 로봇(10)의 이동에 방해가 되지 않도록, 상기 자석들이 삽입된 후 상기 이동판(20)은 평평한 상태로 가공된다.The magnets constituting the respective landmarks 21 are configured to be inserted into the moving plate. However, the moving plate 20 is processed in a flat state after the magnets are inserted so as not to interfere with the movement of the mobile robot 10.

상기와 같이 이동판(20)에는 복수 개의 랜드 마크(21)들이 서로 소정의 간격을 유지하여 배치되고, 각각의 랜드 마크(21)들은 n 개(도 4 및 도 5에서는 4 개의 자석을 예시함)의 자석이 서로 대칭적으로 배열되어 구성된다. As described above, a plurality of landmarks 21 are disposed on the moving plate 20 at predetermined intervals from each other, and each of the landmarks 21 illustrates n magnets (four magnets in FIGS. 4 and 5). ) Magnets are arranged symmetrically with each other.

상기 n 개의 자석으로 이루어진 랜드 마크들은 자석의 위치를 변형하여 형성될 수 있는 P개 종류의 랜드 마크들이다. 이에 대하여 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The landmarks made of the n magnets are P kinds of landmarks that can be formed by changing the position of the magnets. This will be described with reference to FIG. 6 as follows.

여기서, 상기 P는

Figure PCTKR2011000125-appb-I000003
이고, 여기서, N은 자석의 개수이고, 1HN은 N개의 자석을 한 방향으로 놓는 경우의 수를 의미하는 중복조합이고, m은 자석의 배치 방향의 경우의 수를 의미하고, gcd(a, N-a)는 a와 N-a의 최대공약수이고, l│gcd(a, N-a)는 l이 gcd(a, N-a)의 약수임을 의미하며,
Figure PCTKR2011000125-appb-I000004
는 l 이하의 l과 서로소인 자연수의 개수를 의미하는 오일러 함수이다.Where P is
Figure PCTKR2011000125-appb-I000003
Where N is the number of magnets, 1 H N is an overlapping combination that means the number of cases where N magnets are placed in one direction, m is the number of cases in the direction of magnet placement, and gcd (a , Na) is the greatest common divisor of a and Na, and l│gcd (a, Na) means that l is a divisor of gcd (a, Na),
Figure PCTKR2011000125-appb-I000004
Is an Euler function that means the number of natural numbers less than l and l.

상기 마그네틱 랜드마크는 n 개의 자석으로 구성되어, P개의 패턴들을 형성할 수 있다. 더 구체적으로, 3개의 자석으로 삼각형 형태의 랜드마크를 구성하는 경우, 4개(P)의 패턴을 형성할 수 있고, 4개의 자석으로 사격형 형태의 랜드마크를 구성하는 경우, 6개(P)의 패턴을 형성할 수 있고, 6개의 자석으로 육각형 형태의 랜드마크를 구성하는 경우, 14개(P)의 패턴을 형성할 수 있다. 물론 더 많은 자석들로 랜드마크를 구성하는 경우에는 P개의 패턴을 형성할 수 있다.The magnetic landmark may be composed of n magnets to form P patterns. More specifically, in the case of constituting the landmark in the form of a triangle with three magnets, four (P) patterns may be formed, and in the case of constituting the landmark in the form of a fire with four magnets, six (P ), And in the case of constituting a hexagonal landmark with six magnets, 14 (P) patterns can be formed. Of course, when constituting a landmark with more magnets, P patterns can be formed.

3개의 자석을 사용하여 형성될 수 있는 패턴 개수 P는 다음과 같은 계산에 따라 구해질 수 있다.The number P of patterns that can be formed using three magnets can be obtained according to the following calculation.

Figure PCTKR2011000125-appb-I000005
Figure PCTKR2011000125-appb-I000005

Figure PCTKR2011000125-appb-I000006
Figure PCTKR2011000125-appb-I000006

4개의 자석을 사용하여 형성될 수 있는 패턴 개수 P는 다음과 같은 계산에 따라 구해질 수 있다.The number P of patterns that can be formed using four magnets can be obtained according to the following calculation.

Figure PCTKR2011000125-appb-I000007
Figure PCTKR2011000125-appb-I000007

Figure PCTKR2011000125-appb-I000008
Figure PCTKR2011000125-appb-I000008

Figure PCTKR2011000125-appb-I000009
Figure PCTKR2011000125-appb-I000009

6개의 자석을 사용하여 형성될 수 있는 패턴 개수 P는 다음과 같은 계산에 따라 구해질 수 있다.The number P of patterns that can be formed using six magnets can be obtained according to the following calculation.

Figure PCTKR2011000125-appb-I000010
Figure PCTKR2011000125-appb-I000010

Figure PCTKR2011000125-appb-I000011
Figure PCTKR2011000125-appb-I000011

Figure PCTKR2011000125-appb-I000012
Figure PCTKR2011000125-appb-I000012

Figure PCTKR2011000125-appb-I000013
Figure PCTKR2011000125-appb-I000013

이와 같은 계산에서, 1HN은 N개의 자석을 한 방향으로 놓을 수 있는 경우의 수이기 때문에, 항상 1이 되고, m은 자석의 배치 방향의 개수이기 때문에, [N/S], [S,N]로 항상 2가 된다. 단, 본 발명의 실시예에서 적용되는 바와 같이, N극과 S극을 가지는 막대 자석을 사용하는 경우에 한한다.In this calculation, since 1HN is the number of cases where N magnets can be placed in one direction, it is always 1, and m is the number of magnets in the arrangement direction, so [N / S], [S, N] Always becomes 2. However, as applied in the embodiment of the present invention, it is limited to the case of using a bar magnet having an N pole and an S pole.

도 6은 네 개의 자석들로 랜드마크를 구성하는 경우의 형성할 수 있는 패턴들을 예시한다. 이 예시를 참조하여 형성될 수 있는 패턴들에 대하여 설명한다.6 illustrates the patterns that can be formed when constructing a landmark with four magnets. Referring to this example, patterns that can be formed will be described.

도 6에 도시된 바와 같이, 각 랜드 마크는 4개의 자석으로 구성된다. 따라서, 자석들의 배치를 변형하여 형성될 수 있는 패턴은 총 6가지이다. 각 랜드 마크를 구성하는 자석 중, 우측에 있는 자석에서부터 시계 반대 방향으로 각 자석의 극성을 나열하면, 도 6에 도시된 바와 같은 6개의 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 패턴(Pattern) 1은 (NS SN NS SN)의 자석 나열 패턴을 가지고, 패턴(Pattern) 2는 (NS NS NS SN)의 자석 나열 패턴을 가지고, 패턴(Pattern) 3은 (NS SN SN SN)의 자석 나열 패턴을 가지고, 패턴(Pattern) 4는 (SN NS NS SN)의 자석 나열 패턴을 가지고, 패턴(Pattern) 5는 (NS NS NS NS)의 자석 나열 패턴을 가지며, 패턴(Pattern) 6은 (SN SN SN SN)의 자석 나열 패턴을 가진다.As shown in Fig. 6, each landmark is composed of four magnets. Therefore, there are a total of six patterns that can be formed by modifying the arrangement of the magnets. Among the magnets constituting each landmark, if the polarities of the magnets are arranged in the counterclockwise direction from the magnet on the right side, six patterns as shown in FIG. 6 can be formed. For example, Pattern 1 has a magnet listing pattern of (NS SN NS SN), Pattern 2 has a magnet listing pattern of (NS NS NS SN), and Pattern 3 has (NS SN SN SN) has a magnet listing pattern, Pattern 4 has a magnet listing pattern of (SN NS NS SN), Pattern 5 has a magnet listing pattern of (NS NS NS NS), and the pattern (Pattern) 6 has a magnet ordering pattern of (SN SN SN SN).

상기 P개의 랜드 마크 패턴에 상기 모바일 로봇이 위치할 때, 상기 복수 개의 홀 센서에 의하여 출력되는 출력 전압 패턴도 상기 각각의 랜드 마크 패턴에 따라 상이할 것이다. 그리고, 상기 P개의 랜드 마크 패턴에서 상기 모바일 로봇이 회전할 때 또는 정지해 있을 때, 상기 복수 개의 홀 센서에 의하여 출력되는 출력 전압 패턴도 상기 각각의 랜드 마크 패턴에 따라 상이할 것이다.When the mobile robot is located in the P landmark patterns, the output voltage patterns output by the plurality of Hall sensors may also be different according to the respective landmark patterns. When the mobile robot rotates or stops in the P landmark patterns, the output voltage patterns output by the plurality of Hall sensors may also be different according to the respective landmark patterns.

후술하겠지만, 상기 모바일 로봇은 상기 각각의 랜드 마크 패턴 상에서 회전할 때의 출력 전압 패턴과 상기 각각의 랜드 마크 패턴(P개의 패턴)을 일대일 매칭시켜 저장하고 있다. 따라서, 특정 랜드 마크에서 상기 모바일 로봇이 위치하면, 상기 모바일 로봇은 자신이 위치하고 있는 랜드 마크의 패턴이 P개 중, 어떤 패턴인지 용이하게 알 수 있다.As will be described later, the mobile robot stores one-to-one matching of the output voltage patterns when rotating on the respective landmark patterns and the respective landmark patterns (P patterns). Therefore, when the mobile robot is located at a specific landmark, the mobile robot can easily know which of the P patterns the landmark on which it is located is.

한편, 상기 모바일 로봇은 사전에 자신이 이동하는 공간(작업 공간)인 이동판에 배치된 복수개의 랜드 마크의 배치 지도를 저장하고 있다. 즉, P개의 패턴들로 구성되는 복수개의 랜드 마크의 배치도를 사전에 저장하고 있다. 이를 랜드 마크 공간맵이라 칭한다.On the other hand, the mobile robot stores a layout map of a plurality of landmarks arranged in a moving plate which is a space (work space) to which the mobile robot moves in advance. That is, the layout of a plurality of landmarks composed of P patterns is stored in advance. This is called a landmark space map.

상기 랜드 마크 공간맵은 도 5의 오른쪽에 보여준 바와 같다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 랜드 마크 공간맵은 이동판의 특정 영역(점선으로 구획된 영역)에 배치된 32개의 랜드 마크들의 패턴들의 지도를 가지고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 점선으로 구획된 영역 안에 있는 모바일 로봇은 랜드 마크 공간맵 상에서 패턴 5(4개의 자석으로 랜드마크를 구성하는 경우에 형성될 수 있는 6개의 패턴 중 하나)의 랜드 마크 상에 위치하고 있는 것임을 알 수 있다. The landmark space map is as shown on the right side of FIG. As shown in FIG. 5, the landmark space map has a map of patterns of 32 landmarks arranged in a specific area (area divided by dotted lines) of the moving plate. As shown in Fig. 5, the mobile robot in the dotted area is a landmark of pattern 5 (one of six patterns that can be formed when constructing a landmark with four magnets) on the landmark space map. It can be seen that the phase is located.

한편, 상기 모바일 로봇은 상기 랜드 마크 공간맵 상의 각 랜드 마크 패턴의 절대 위치 좌표값을 저장하고 있는 공간 절대 좌표 정보를 가지고 있다. On the other hand, the mobile robot has spatial absolute coordinate information that stores the absolute position coordinate value of each landmark pattern on the landmark space map.

도 7에 도시된 바와 같이, 이동판의 특정 랜드 마크 상에 위치하고 있는 모바일 로봇이 (1)의 위치에 있다고 가정하자. 이때, 상기 모바일 로봇은 특정 랜드 마크((1)의 위치)에서 위치하면, 상기 특정 랜드 마크가 패턴 2(4개의 자석으로 구성되는 6개의 패턴 중 하나)임을 알 수 있다. 구체적으로, 랜드 마크에 정지해 있거나 회전하게 되면, 상기 특정 랜드 마크가 패턴 2임을 알 수 있다. As shown in Fig. 7, assume that the mobile robot located on a specific landmark of the moving plate is at the position of (1). At this time, when the mobile robot is located at a specific landmark (the position of (1)), it can be seen that the specific landmark is pattern 2 (one of six patterns composed of four magnets). Specifically, if the landmark is stopped or rotated, it can be seen that the specific landmark is pattern 2.

그리고, 이웃하고 있는 랜드 마크((위치 (2) 또는/및 위치 (3))로 이동하여 정지 또는 회전하면, 각 위치의 랜드 마크는 각각 패턴 6(위치 (2)의 랜드 마크 패턴)과 패턴 4(위치 (3)의 랜드 마크 패턴)임을 알 수 있다.Then, when moving to a neighboring landmark ((position (2) or / and position (3)) and stopping or rotating, the landmark at each position is respectively pattern 6 (landmark pattern of position (2)) and pattern. It can be seen that it is 4 (a landmark pattern at position (3)).

결과적으로 특정(위치 (1))의 랜드 마크가 패턴 2이면서, 오른쪽에 이웃하는 랜드 마크의 패턴이 패턴 6이고 전방쪽에 이웃하는 랜드 마크의 패턴이 패턴 4인 구역은 랜드 마크 공간맵 상에서 유일한 하나의 구역(노란색 및 청색으로 표시된 구역)임을 알 수 있고, 결과적으로 상기 특정 랜드 마크는 패턴 2이면서, 절대 위치 좌표값이 (xi, yi)임을 사전에 저장된 공간 절대 좌표 정보를 통하여 알 수 있다. 이에 대한 자세한 사항은 후술하겠다.As a result, an area in which the landmark of a particular (position (1)) is pattern 2, the pattern of the landmark adjacent to the right is pattern 6, and the pattern of the landmark adjacent to the front pattern is pattern 4, is the only one on the landmark space map. It can be seen that the region (marked with yellow and blue) of, and as a result, the specific landmark is a pattern 2, it can be seen through the previously stored spatial absolute coordinate information that the absolute position coordinate value is (xi, yi). Details of this will be described later.

한편, 본 발명은 모바일 로봇의 전역 위치를 추정하고 오차를 보정하는 방법에 관한 것이다. 즉, 모바일 로봇의 위치 오차가 발생되는 경우를 상정한 것이다. 여기서, 모바일 로봇의 위치 오차란 상기 모바일 로봇이 위치하고 있는 각 랜드 마크 좌표 원점(도 8에서 "0"으로 표기됨)에서 벗어나서 모바일 로봇이 위치하고 있을 때, 상기 모바일 로봇의 중심이 상기 랜드 마크 좌표 원점으로부터 벗어난 정도를 의미한다. 여기서, 위치 오차에 해당하는 벗어난 정도는 x축 방향 및 y축 방향으로의 벗어난 정도뿐만 아니라, 모바일 로봇의 두 바퀴의 중심축과 x축 또는 y축 사이의 이격된 각도 포함된다.Meanwhile, the present invention relates to a method for estimating the global position of a mobile robot and correcting an error. That is, it is assumed that a position error of the mobile robot occurs. Here, the position error of the mobile robot is when the mobile robot is located away from each landmark coordinate origin (indicated by “0” in FIG. 8) where the mobile robot is located, and the center of the mobile robot is the landmark coordinate origin. The degree of deviation from. Here, the deviation degree corresponding to the position error includes not only the deviation degree in the x-axis direction and the y-axis direction, but also a spaced angle between the central axis of the two wheels of the mobile robot and the x-axis or the y-axis.

상기 모바일 로봇의 중심이란 복수 개의 홀 센서에 의하여 형성되는 공간의 중심점(네 개의 홀센서로 구성된 경우, 서로 대향하고 있는 홀 센서들 사이를 연결하는 각각의 가상선의 교차점)을 의미한다.The center of the mobile robot means a center point of a space formed by a plurality of Hall sensors (when composed of four Hall sensors, an intersection point of each virtual line connecting the Hall sensors facing each other).

따라서, 모바일 로봇의 위치 오차가 없는 경우는 상기 모바일 로봇의 중심이 상기 랜드 마크 좌표계의 원점 상에 위치하고, 상기 모바일 로봇의 이동 방향선(또는 두 바퀴의 중심축)이 랜드 마크 좌표계의 x축 또는 y축에 일치할 때이다. 물론, 이와 같이 위치 오차가 없는 경우에는, 모바일 로봇의 네 개의 홀 센서들이 상기 모바일 로봇의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하고, 각각의 자석 상에 위치하기 때문에, 상기 홀 센서들은 각각 대응되는 자석의 동일한 중심선 상에 위치할 것이다(네 개의 자석으로 랜드마크를 구성하고, 네 개의 홀센서를 사용한 경우).Therefore, when there is no position error of the mobile robot, the center of the mobile robot is located on the origin of the landmark coordinate system, and the moving direction line (or the center axis of the two wheels) of the mobile robot is the x axis or the landmark coordinate system. when it coincides with the y-axis. Of course, in the absence of such a position error, since the four Hall sensors of the mobile robot are located at the same distance from the center of the mobile robot and located on each magnet, the Hall sensors are each the same centerline of the corresponding magnet. It will be located on the top of the map (when the landmark is made up of four magnets and four Hall sensors are used).

즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇의 중심(도 9에서 "OR"로 표기됨)이 랜드 마크 좌표계의 원점(O)과 일치하고, 모바일 로봇의 이동 방향선(도 9에서 "Lm"으로 표기됨)이 x축 또는 y축에 일치하며(도 9에서는 y축에 일치하는 것으로 예시함) 각각의 홀 센서(3)들은 각각 대응하는 자석의 중심선의 동일한 위치 상에 배치되는 경우가 위치 오차가 없는 경우이다. That is, as shown in FIG. 9, the center of the mobile robot (indicated by “O R ” in FIG. 9) coincides with the origin O of the landmark coordinate system, and the direction of movement of the mobile robot (in FIG. 9). L m "is coincident with the x-axis or y-axis (illustrated as coinciding with the y-axis in FIG. 9) and each Hall sensor 3 is each disposed on the same position of the centerline of the corresponding magnet. The case is when there is no position error.

모바일 로봇의 중심에서 각 홀 센서들까지의 거리와 랜드 마크의 원점에서 각 자석의 중심선의 중심까지의 거리는 약간 차이가 있을 수 있으나, 동일한 것이 바람직하다. 도 9에서는 모바일 로봇의 중심에서 각 홀 센서들까지의 거리와 랜드 마크의 원점에서 각 자석의 중심선의 중심까지의 거리가 동일하기 때문에, 각 홀 센서가 대응하는 자석의 중심선 중심 상에 위치하는 것을 볼 수 있다.The distance from the center of the mobile robot to each hall sensor and the distance from the origin of the landmark to the center of the center line of each magnet may be slightly different, but the same is preferable. In FIG. 9, since the distance from the center of the mobile robot to each hall sensor and the distance from the origin of the landmark to the center of the center line of each magnet are the same, it is determined that each hall sensor is located on the center of the center line of the corresponding magnet. can see.

여기서, 각 홀 센서들에 대응하는 각각의 자석 또는 각 자석들에 대응하는 각각의 홀 센서란 위치 오차 추정 및 보정이 각 홀 센서가 상기 자석 상에 위치할 때에 수행되기 때문에, 서로 겹쳐지는 관계(즉 특정 홀 센서가 특정 자석 상에 존재하는 경우에 겹쳐지는 관계임)에 있는 경우에 대응한다고 정의한다.Here, each magnet corresponding to each Hall sensor or each Hall sensor corresponding to each magnet means a positional error estimation and correction when each Hall sensor is located on the magnet, so that the relationship overlapping each other ( In other words, it corresponds to a case where a specific hall sensor is overlapped when present on a specific magnet.

한편, 본 발명은 모든 홀 센서들이 대응하는 각 자석 상에 위치하여 도 3에 도시된 "실제 사용하는 데이터 범위"를 이용하는 경우이다. 즉, 네 개의 홀 센서 중, 어느 하나라도 대응하는 자석에 벗어나서 위치하는 경우(도 3의 그래프에서 "실제 사용하는 데이터 범위"에서 벗어나서 위치하는 경우)에는 기본적으로 모바일 로봇 제어 시스템에 큰 문제가 있는 것이기 때문에, 오차 보정 문제로 다루지 않는다. 정리하면, 본 발명에서는 이동 중에 있는 모바일 로봇이 목적지인 특정 랜드 마크로 이동한 후 정지하면, 당연히 모든 홀 센서들은 자석 상에서 벗어나지 않고 대응하는 각 자석 위에 위치하게 된다.On the other hand, the present invention is a case where all Hall sensors are located on each corresponding magnet to use the "actual data range" shown in FIG. That is, if any of the four Hall sensors are located out of the corresponding magnets (when located out of the "real data range" in the graph of Figure 3), there is basically a big problem in the mobile robot control system. It is not treated as an error correction problem. In summary, in the present invention, when the mobile robot in motion moves to a specific landmark as a destination and stops, naturally all hall sensors are positioned on each corresponding magnet without departing from the magnet.

다음은 상술한 환경 및 조건에서 본 발명인 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 관한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. Next, embodiments of the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark of the present invention in the above-described environment and conditions will be described in detail.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 관한 절차도이다.10 is a flowchart illustrating a global position estimation and correction method of a mobile robot using magnetic landmarks according to an exemplary embodiment of the present invention.

이동판을 이동하는 모바일 로봇은 특정 랜드 마크에 도착 또는 놓여지면, 다음 목적지에 해당하는 랜드 마크로 이동하기 전에, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 전역적인 절대 위치 좌표값을 추정하고, 상기 절대 위치 좌표값에서 상기 모바일 로봇이 벗어난 정도에 해당하는 위치 오차를 추정하며, 위치 오차를 보정하는 절차를 수행한다.When the mobile robot moving the moving plate arrives or lies at a certain landmark, before moving to the landmark corresponding to the next destination, the mobile robot estimates the global absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located, and the absolute A position error corresponding to the deviation of the mobile robot from the position coordinate value is estimated, and a procedure for correcting the position error is performed.

먼저 모바일 로봇이 특정 랜드 마크의 패턴과 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식하여 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정한다.First, the mobile robot recognizes a pattern of a specific landmark and a pattern of neighboring landmarks and estimates the absolute position coordinate value of the landmark currently located.

상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정하는 과정은 다음과 같다.The process of estimating the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located is as follows.

상기 모바일 로봇이 이동판에 놓여지면, 특정 랜드 마크 상에 위치하게 된다. 상기 모바일 로봇이 특정 랜드 마크에서, 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 이웃하고 있는 랜드 마크로 이동한다. 상기 특정 랜드 마크의 패턴 인식은 상기 랜드 마크 위에 정지한 상태로 인식할 수도 있고, 회전 동작에 의하여 인식될 수도 있다.When the mobile robot is placed on the moving plate, it is placed on a specific landmark. After the mobile robot recognizes the pattern of the specific landmark, the mobile robot moves to the neighboring landmark. The pattern recognition of the specific landmark may be recognized as a stationary state on the landmark or may be recognized by a rotation operation.

앞에서 설명한 바와 같이, 모바일 로봇은 복수 개의 서로 다른 랜드 마크의 패턴들과, 각 패턴들에서 정지해 있는 경우 또는 회전하는 경우 출력되는 전압 출력 패턴을 대응시켜 저장하고 있다. 따라서, 상기 특정 랜드 마크에서 회전하게 되면, 홀 센서를 통하여 출력 전압이 발생하는데, 상기 모바일 로봇은 발생되는 출력 전압과, 저장하고 있는 출력 전압 패턴들을 비교한다. 비교 결과, 상기 발생되는 출력 전압과 유사한 패턴의 출력 전압 패턴을 찾을 수 있고, 상기 찾은 출력 전압 패턴과 대응되어 저장되는 랜드 마크 패턴을 상기 특정 랜드 마크의 패턴으로 인식하게 된다.As described above, the mobile robot stores the patterns of the plurality of different landmarks and the voltage output patterns output when the patterns are stationary or rotated in the patterns. Therefore, when rotating at the specific landmark, an output voltage is generated through the Hall sensor, and the mobile robot compares the generated output voltage with the stored output voltage patterns. As a result of the comparison, an output voltage pattern having a pattern similar to the generated output voltage may be found, and a landmark pattern stored corresponding to the found output voltage pattern may be recognized as the pattern of the specific landmark.

예를 들어, 도 7에서 상기 모바일 로봇이 (1)의 위치의 특정 랜드 마크에 놓여지고, 이 특정 랜드 마크에서 회전하면, 이 특정 랜드 마크의 패턴이 패턴 2임을 인식할 수 있다.For example, in FIG. 7, when the mobile robot is placed at a specific landmark at the position of (1) and rotates at this specific landmark, it can be recognized that the pattern of this specific landmark is pattern 2. FIG.

상기와 같이 특정 랜드 마크의 패턴을 인식한 후에는 이웃하고 있는 랜드 마크로 이동하고, 상기 이동한 이웃하고 있는 랜드 마크에서, 랜드 마크의 패턴을 인식한다. 이 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식하는 방법은 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 인식하는 과정과 동일하다.After recognizing the pattern of a specific landmark as described above, the pattern is moved to a neighboring landmark, and the pattern of the landmark is recognized from the moved neighboring landmark. The method of recognizing the pattern of the neighboring landmark is the same as the process of recognizing the pattern of the specific landmark.

예를 들어, 도 7에서 상기 모바일 로봇이 상기 특정 랜드 마크에서 (2)의 위치에 있는 이웃하고 있는 랜드 마크로 이동한 후, 정지 상태에서 또는 회전을 통하여, (2)의 위치의 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴은 패턴 6임을 인식할 수 있다.For example, in FIG. 7, the mobile robot moves from the specific landmark to a neighboring landmark at position (2), and then in a stationary state or through rotation, the neighboring land at position (2). It can be recognized that the pattern of the mark is pattern 6.

그런 다음, 상기 인식된 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 랜드 마크 공간맵과 비교한다. 예를 들어, 도 7에서 특정 랜드 마크의 패턴 2와 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴 6을 모바일 로봇이 저장하고 있는 랜드 마크 공간맵에 대응시켜 비교한다.Then, the pattern of the recognized neighboring landmark and the pattern of the specific landmark are compared with a landmark space map. For example, in FIG. 7, the pattern 2 of the specific landmark and the pattern 6 of the neighboring landmark are compared with the landmark space map stored by the mobile robot.

상기 비교 결과, 상기 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 특정 랜드 마크의 패턴으로 구성된 랜드 마크 그룹 패턴이 상기 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재한 경우에는, 상기 랜드 마크 공간맵 상의 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 위치 좌표값을 추출하고, 두개 이상 존재한 경우에는, 하나만 존재할 때까지, 이웃하고 있는 다른 랜드 마크로 이동한 후 상기 이웃하고 있는 랜드 마크에서, 랜드 마크의 패턴을 인식하는 과정과 랜드 마크의 패턴들을 랜드 마크 공간맵과 비교하는 과정을 반복 수행한다.As a result of the comparison, when only one landmark group pattern composed of the neighboring landmark pattern and the specific landmark pattern exists in the landmark space map, the mobile robot on the landmark space map is currently located. If the location coordinate value of the landmark is extracted and two or more exist, the process of recognizing the pattern of the landmark in the neighboring landmark after moving to another neighboring landmark until only one exists, and the landmark The process of comparing the patterns of the landmark map with the landmark space map is repeated.

상기 랜드 마크 그룹 패턴이란 모바일 로봇이 정지 상태에서 인식한 또는 회전을 통하여 인식된 랜드 마크들의 패턴 그룹을 의미한다. 즉, 도 7에서 특정 랜드 마크(위치 (1)에 있는 랜드 마크)의 패턴 2와, 이 특정 랜드 마크에서 양의 x축 방향으로 이웃하고 있는 랜드 마크(위치 (2)에 있는 랜드 마크)의 패턴 6을 랜드 마크 그룹 패턴이라 한다.The landmark group pattern refers to a pattern group of landmarks recognized by a mobile robot in a stationary state or recognized through rotation. That is, in FIG. 7, the pattern 2 of a specific landmark (landmark at position (1)) and a landmark (landmark at position (2)) adjacent to each other in the positive x-axis direction at this particular landmark Pattern 6 is called a landmark group pattern.

상기와 같이 비교한 결과, 상기 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 특정 랜드 마크의 패턴으로 구성된 랜드 마크 그룹 패턴이 상기 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재한다면, 상기 랜드 마크 공간맵 상의 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추출한다.As a result of the comparison, if there is only one landmark group pattern composed of the pattern of the neighboring landmark and the pattern of the specific landmark in the landmark space map, the mobile robot on the landmark space map is currently located. Extract the absolute position coordinates of a landmark.

예들 들어, 도 7에서 상기와 같이 특정 랜드 마크의 패턴 2와, 양의 x축 방향으로 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴 6으로 구성되는 랜드 마크 그룹 패턴과 도 7에 도시된 랜드 마크 공간맵을 비교한 결과, 일치되는 랜드 마크 그룹 패턴이 상기 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재한다면, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크(이 경우에는 도 7에서 위치 (2)의 랜드 마크)의 절대 위치 좌표값을 추출한다. 상기 모바일 로봇은 상기 랜드 마크 공간맵을 구성하는 패턴들의 위치에 대한 절대 좌표값을 저장하고 있다. For example, in FIG. 7, a landmark group pattern including a pattern 2 of a specific landmark and a pattern 6 of a neighboring landmark in a positive x-axis direction are compared with the landmark spatial map illustrated in FIG. 7. As a result, if only one matching landmark group pattern exists in the landmark space map, the absolute position coordinate value of the landmark in which the mobile robot is currently located (in this case, the landmark of position (2) in FIG. 7) is obtained. Extract. The mobile robot stores absolute coordinate values of positions of patterns constituting the landmark space map.

그런데, 상기와 같이 비교한 결과, 상기 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 특정 랜드 마크의 패턴으로 구성된 랜드 마크 그룹 패턴이 상기 랜드 마크 공간맵에 두 개 이상 존재한다면, 하나만 존재할 때까지, 이웃하고 있는 다른 랜드 마크로 이동한 후 상기 이웃하고 있는 랜드 마크에서, 랜드 마크의 패턴을 인식하는 과정과 인식한 랜드 마크의 패턴들을 랜드 마크 공간맵과 비교하는 과정을 반복 수행한다.However, as a result of the comparison, if two or more landmark group patterns including the pattern of the neighboring landmark and the pattern of the specific landmark exist in the landmark space map, the neighboring landmarks exist until there is only one. After moving to another landmark, the process of recognizing the pattern of the landmark and comparing the pattern of the recognized landmark with the landmark space map are repeated.

즉, 도 7에서, 랜드 마크 패턴 2와, 이 랜드 마크 패턴 2의 양의 x축 방향에 있는 랜드 마크 패턴 6으로 구성되는 랜드 마크 그룹 패턴은 실제 복수개 존재한다. 이 경우, 모바일 로봇은 다른 이웃하는 랜드 마크로 이동한다. 예를 들어, 도 7에서 위치 (3)에 있는 랜드 마크로 이동한다. 그런 다음, 정지 상태에서 랜드 마크 패턴을 인식하거나 회전하여 랜드 마크 패턴을 인식한다. 도 7에서는 위치 (3)의 랜드 마크의 패턴이 패턴 4로 인식하고 있다.That is, in FIG. 7, there are actually a plurality of landmark group patterns composed of the landmark pattern 2 and the landmark pattern 6 in the positive x-axis direction of the landmark pattern 2. In this case, the mobile robot moves to another neighboring landmark. For example, it moves to the landmark at position (3) in FIG. Then, in a stationary state, the landmark pattern is recognized or rotated to recognize the landmark pattern. In FIG. 7, the pattern of the landmark of the position (3) is recognized as the pattern 4. In FIG.

그러면, 모바일 로봇은 상기 특정 랜드 마크의 패턴(패턴 2)과 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴들, 즉 도 7에서 위치 (2)의 랜드 마크 패턴(패턴 6) 및 위치 (3)의 랜드 마크 패턴(패턴 4)들로 구성되는 랜드 마크 패턴 그룹이 상기 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재하는지 확인한다. Then, the mobile robot generates a pattern of the neighboring landmarks with the pattern of the specific landmark (pattern 2), that is, the landmark pattern (pattern 6) at position (2) and the landmark pattern at position (3) in FIG. It is checked whether only one landmark pattern group consisting of (pattern 4) exists in the landmark space map.

확인 결과, 특정 랜드 마크 패턴 2와, 양의 x축 방향으로 이웃하는 랜드 마크 패턴 6 및 양의 y축 방향으로 이웃하고 있는 랜드 마크 패턴 4로 구성되는 랜드 마크 패턴 그룹은 도 7에 도시된 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재한다.As a result of the check, the landmark pattern group consisting of the specific landmark pattern 2, the landmark pattern 6 neighboring in the positive x-axis direction, and the landmark pattern 4 neighboring in the positive y-axis direction, are selected from the land shown in FIG. Only one exists in the mark space map.

따라서, 모바일 로봇은 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크(이 경우에는 위치 (3)의 랜드 마크)의 절대 위치 좌표값을 추출한다. 이와 같이, 랜드 마크 공간맵에 해당 랜드 마크 그룹 패턴이 하나만 존재하게 되면, 모바일 로봇은 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값뿐만 아니라, 모든 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 알 수 있다. 왜냐하면, 상기 모바일 로봇은 랜드 마크 공간맵을 구성하는 모든 패턴들에 대응하여 절대 위치 좌표값을 저장하고 있기 때문이다.Therefore, the mobile robot extracts the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located (in this case, the landmark of position (3)). As such, when only one landmark group pattern exists in the landmark space map, the mobile robot may know not only the absolute position coordinate values of the landmark currently located but also the absolute position coordinate values of all the landmarks. This is because the mobile robot stores absolute position coordinate values corresponding to all patterns constituting the landmark space map.

이상에서 설명한 절차에 의하여 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값뿐만 아니라, 다른 랜드 마크의 절대 위치 좌표값도 알 수 있기 때문에, 전역 절대 위치 좌표값을 알 수 있게 되는 것이다.According to the procedure described above, not only the absolute position coordinate values of the landmark where the mobile robot is currently located, but also the absolute position coordinate values of other landmarks, the global absolute position coordinate values can be known.

한편, 상기 모바일 로봇이 특정 랜드 마크에서 랜드 마크 패턴을 인식한 후, 이웃하는 랜드 마크로 이동하는 과정 및 이웃하는 랜드 마크에서 다른 이웃하는 랜드 마크로 이동하는 과정에서, 위치 오차를 추정하고 보정하는 절차를 추가 수행할 수 있다.Meanwhile, after the mobile robot recognizes a landmark pattern at a specific landmark, a procedure of estimating and correcting a position error is performed in a process of moving to a neighboring landmark and moving from a neighboring landmark to another neighboring landmark. Can be performed further.

즉, 특정 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 이웃하는 랜드 마크로 이동하기 전에, 상기 특정 랜드 마크에 위치하는 모바일 로봇의 위치 오차를 추정하고 보정하는 절차를 수행하거나, 이웃하는 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 다른 이웃하는 랜드 마크로 이동하기 전에, 상기 이웃하는 랜드 마크에 위치하는 모바일 로봇의 위치 오차를 추정하고 보정하는 절차를 수행할 수 있다. 이와 같은 모바일 로봇의 위치 오차를 추정하고 보정하는 절차는 이하에서 설명하는 위치 오차 추정 및 보정 절차를 적용할 수 있다.That is, after recognizing a pattern of a specific landmark, and before moving to a neighboring landmark, a procedure of estimating and correcting a position error of a mobile robot located at the specific landmark is performed or a pattern of a neighboring landmark is recognized. Thereafter, before moving to another neighboring landmark, a procedure of estimating and correcting a position error of the mobile robot located at the neighboring landmark may be performed. The procedure for estimating and correcting the position error of the mobile robot may apply the position error estimation and correction procedure described below.

상기와 같은 절차에 의하여, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정한 후에는 위치 오차를 추정하고 보정하는 절차를 수행한다. According to the above procedure, after estimating the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located, a procedure of estimating and correcting a position error is performed.

상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크(도 7에 도시된 상황을 예시하면 위치 (3)의 랜드 마크) 상에 모바일 로봇이 위치하면, 복수 개의 홀 센서는 각각 홀 센서 출력 전압을 발생한다. 즉, 네 개의 자석으로 구성된 랜드 마크 상에 정지한 상기 모바일 로봇의 바닥면에 부착된 복수 개의 홀 센서 각각은 대응하는 자석에서 발생되는 자기장의 영향을 받아 전압을 검출한다.When the mobile robot is located on the landmark where the mobile robot is currently located (the landmark of position (3), exemplifying the situation shown in Fig. 7), the plurality of hall sensors each generate a hall sensor output voltage. That is, each of the plurality of Hall sensors attached to the bottom surface of the mobile robot stationary on a landmark composed of four magnets detects a voltage under the influence of a magnetic field generated by the corresponding magnet.

그런 다음, 상기 복수 개의 홀 센서에서 검출된 전압들과 사전에 실험에 의하여 결정된 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식을 이용하여 랜드 마크 좌표계의 원점에서 벗어난 상기 모바일 로봇의 위치 오차를 추정한다.Then, the position error of the mobile robot deviating from the origin of the landmark coordinate system is estimated by using the voltages detected by the plurality of Hall sensors and the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relationship determined by experiment in advance.

도 7에서는 네 개의 홀 센서를 사용하여 전압을 검출하는 것을 예시하고 있고, 이 경우, 상기 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식은 아래 수식 (1)과 같다.In FIG. 7, a voltage is detected using four Hall sensors. In this case, the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relationship is expressed by Equation (1) below.

Figure PCTKR2011000125-appb-I000014
수식(1)
Figure PCTKR2011000125-appb-I000014
Formula (1)

이 수식은 각 홀 센서에서 검출한 전압과 앞에서 살펴본 자석의 중심선에서 홀 센서까지의 수평 최단 거리에 대한 관계식이다. 여기서 ki는 전압(Vi)과 수평 최단 거리(li)의 선형 비례 상수이다. 그리고, 각 랜드 마크를 구성하는 자석이 네 개이고, 홀 센서가 네 개이므로, i는 1 ~ 4의 범위 내에 있는 자연수이다.This equation is the relationship between the voltage detected by each Hall sensor and the horizontal shortest distance from the centerline of the magnet to the Hall sensor. Where k i is a linear proportionality constant voltage (V i) and the horizontal shortest distance (l i). And since there are four magnets constituting each landmark and four Hall sensors, i is a natural number in the range of 1-4.

상기 ki 값은 사전에 실험을 통하여 결정되는 값이다. 따라서, Vi 값이 검출되면 수평 최단 거리인 li가 상기 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식에 의하여 결정된다.The k i value is a value determined through experiment in advance. Accordingly, when the value V i is detected, the horizontal shortest distance i is determined by the Hall sensor output voltage-hall sensor positional relationship.

구체적으로, 상기 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식은 도 3에 도시된 그래프(홀 센서 출력 전압과 홀 센서 위치에 관한 특성 그래프)를 통하여 결정된다. 즉, 도 3에 도시된 그래프를 통하여, 센서 출력 전압(Vi)와 수평 최단 거리(li)를 알 수 있고, 이 때 상기 센서 출력 전압과 수평 최단 거리 사이의 비례 상수 ki를 결정할 수 있다. Specifically, the Hall sensor output voltage-Hall sensor position relation equation is determined through the graph shown in FIG. 3 (characteristic graph regarding Hall sensor output voltage and Hall sensor position). That is, it can be seen the through the graph, the sensor output voltage (V i) and the horizontal shortest distance (l i) shown in Figure 3, this time to determine the proportionality constant k i between the sensor output voltage and the horizontal minimum distance have.

상기와 같이 네 개의 홀 센서들이 대응하고 있는 각 자석의 자기장 영향을 받아, 홀 센서 출력 전압을 발생한 후, 상기 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식을 이용하면, 각각의 홀 센서와, 이 각각의 홀 센서에 대응하는 각 자석의 중심선 사이의 수평 최단 거리들(l1, l2, l3, l4)을 구할 수 있다. As described above, after four Hall sensors are affected by the magnetic field of each magnet to which they correspond, the Hall sensor output voltage is generated, and then the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relationship is used. The horizontal shortest distances (l 1 , l 2 , l 3 , l 4 ) between the centerline of each magnet corresponding to the hall sensor can be obtained.

상기 수평 최단 거리들(l1, l2, l3, l4)이 구해지면, 이들을 이용하여 랜드 마크 좌표계의 원점에서 벗어난 상기 모바일 로봇의 위치 오차(xe, ye, θe)를 추정할 수 있다.When the horizontal shortest distances l 1 , l 2 , l 3 , l 4 are obtained, the position error (x e , y e , θ e ) of the mobile robot deviating from the origin of the landmark coordinate system is estimated using these. can do.

상기 위치 오차의 성분 중, xe 는 랜드 마크 좌표계의 원점에서 랜드 마크 좌표계의 x축으로 상기 모바일 로봇의 중심이 벗어난 정도를 의미하고, ye 는 랜드 마크 좌표계의 원점에서 랜드 마크 좌표계의 y축으로 상기 모바일 로봇의 중심이 벗어난 정도를 의미하며, θe 는 상기 랜드 마크 좌표계의 x축 또는 y축을 기준으로 상기 모바일 로봇의 두 바퀴 중심축이 기울어진 정도를 의미한다.Of the component of the position error, x e is a land means the degree to which the center of the mobile robot away from the origin of the marked coordinates on the x-axis of landmark coordinate system, and y e is the landmark coordinate system, the origin of landmark coordinate system y-axis Θ e means the degree of deviation of the center of the mobile robot, θ e means the degree of inclination of the two wheel center axis of the mobile robot relative to the x axis or y axis of the landmark coordinate system.

상기와 같은 단계를 통하여, 수평 최단 거리들을 이용하여 랜드 마크 좌표계의 원점에서 벗어난 상기 모바일 로봇의 오차를 추정하면, 상기 모바일 로봇이 상기 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동될 수 있도록, 상기 추정된 위치 오차만큼 상기 모바일 로봇을 구동 이동시켜 위치 오차를 보정하는 단계를 수행한다.By estimating the error of the mobile robot deviating from the origin of the landmark coordinate system using the horizontal shortest distances, the estimated position error may be moved to the origin of the landmark coordinate system. Compensating for the position error by driving the mobile robot as much as possible.

상술한 단계들을 통하여 현재 모바일 로봇이 위치하는 랜드 마크에서 모바일 로봇의 위치를 추정하고 보정한 후에는 다음 목적지(랜드 마크)로 이동한 후, 다시 위치 오차를 추정하고 보정하는 단계를 수행할 수 있다.After estimating and correcting the position of the mobile robot in the landmark where the current mobile robot is located through the above-described steps, after moving to the next destination (landmark), the step of estimating and correcting the position error may be performed again. .

그런데, 상기 단계에서 추정한 위치 오차 값이 무시할 정도가 작은 경우에는 상기와 같은 단계들을 수행하는 것보다 그냥 다음 목적지(랜드 마크)로 이동한 후, 위치 추정 및 보정 단계를 수행하는 것이 소비 전력, 작업 속도, 위치 추정 및 보정의 한계 등을 고려할 때, 더 바람직하다.However, when the position error value estimated in the step is small enough to be neglected, rather than performing the above steps, moving to the next destination (landmark), and performing the position estimation and correction step may consume power, It is more preferable when considering working speed, position estimation and limitations of correction.

따라서, 상기 모바일 로봇의 위치 오차를 추정하는 단계와 상기 위치 오차를 보정하는 단계 사이에 위치 오차 확인 단계를 더 포함시키는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to further include a position error checking step between estimating the position error of the mobile robot and correcting the position error.

즉, 상기 단계을 통해 위치 오차 값이 추정되면, 추정된 위치 오차가 사전에 정해진 오차 허용 기준값의 이하인지를 판단한다. 상기 오차 허용 기준값은 사전의 실험을 통하여 결정되는 값으로, 위치 오차를 무시해도 될만한 위치 오차의 경계값이다. 이와 같은 오차 허용 기준값은 매우 정밀한 위치 인식이 필요한 경우에는 상대적으로 매우 작아질 것이고, 상대적으로 정밀도가 떨어져도 되는 위치 인식 시스템에서는 상대적으로 크게 결정할 수 있다.That is, when the position error value is estimated through the above step, it is determined whether the estimated position error is less than or equal to a predetermined error tolerance reference value. The error tolerance reference value is a value determined through a prior experiment and is a boundary value of the position error that can be ignored. The error tolerance reference value may be relatively small when very precise position recognition is required, and may be relatively large in a position recognition system that may be relatively inaccurate.

상기와 같이 추정된 위치 오차(xe, ye, θe)가 사전에 결정된 오차 허용 기준값 이하인지를 판단하여, 상기 추정된 위치 오차가 상기 오차 허용 기준값 이하인 경우에는 오차 보정 없이 다음 목적지(랜드 마크)로 이동 한 후, 상술한 단계을 수행하고, 만약 상기 추정된 위치 오차가 상기 오차 허용 기준값 이하가 아닌 경우(초과하는 경우)에는 위치 오차를 보정해야 하기 때문에, 위치 오차를 보정하는 단계인 단계를 수행한다.It is determined whether the estimated position error (x e , y e , θ e ) is equal to or less than a predetermined error tolerance reference value, and when the estimated position error is less than or equal to the error tolerance reference value, the next destination (land Mark), and the above-described step is performed, and if the estimated position error is not equal to or less than the error tolerance reference value (if exceeded), the position error must be corrected. Perform

여기서, 추정된 위치 오차(xe, ye, θe)가 사전에 결정된 오차 허용 기준값 이하이다는 의미는, 추정된 위치 오차의 성분 모두가 성분에 대한 오차 허용 기준값 이하인 경우를 의미한다. 예를 들어, 위치 오차의 각 성분(xe, ye, θe)에 대한 오차 허용 기준값이 각각 (5mm, 5mm, 5°)로 결정했다면, 추정된 위치 오차의 각 성분은 상기 오차 허용 기분값의 각 성분 이하인 경우(예를 들어 (3mm, 3mm, 4°)인 경우)를 의미한다.Here, the meaning that the estimated position error (x e , y e , θ e ) is equal to or less than the predetermined error tolerance reference value means that all of the components of the estimated position error are equal to or less than the error tolerance reference value for the component. For example, if the error tolerance reference values for each component (x e , y e , θ e ) of the position error are determined to be (5 mm, 5 mm, 5 °), respectively, then each component of the estimated position error is the error tolerance mood. It means the case below the each component of a value (for example, (3mm, 3mm, 4 degrees)).

상술한 모바일 로봇의 위치 오차(xe, ye, θe) 추정은 다양한 수식에 의하여 구해질 수 있다. 본 발명에서는 도 11을 참조하여 상기 모바일 로봇의 오차 추정 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 참고로, 도 11은 도 6에 도시된 6개의 패턴 중에, 패턴 1에 대응하는 자석 배치인 경우에 오차 추정을 설명하기 위한 예시도이다.Estimation of the position error (x e , y e , θ e ) of the above-described mobile robot can be obtained by various equations. In the present invention, an error estimation method of the mobile robot will be described in detail with reference to FIG. 11. For reference, FIG. 11 is an exemplary diagram for describing an error estimation in the case of the magnet arrangement corresponding to the pattern 1 among the six patterns shown in FIG. 6.

도 11에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇이 랜드 마크 상에 위치하되, 모바일 로봇의 중심이 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 원점(O)에서 벗어나서 정지하고 있다고 하자. 이 때, 모바일 로봇의 중심은 랜드 마크 좌표계의 좌표 값 (xe, ye)에 위치하고 있고, 모바일 로봇의 바닥면에 부착된 네 개의 홀 센서(3)들은 각각 도 11에 도시된 바와 같이, 대응되는 각 자석 상에 위치한다(대응하는 자석의 중심선에서 벗어난 상태로 자석 상에 위치한다). As shown in FIG. 11, a mobile robot is located on a landmark, but the center of the mobile robot is stopped from the origin O of the landmark where the mobile robot is currently located. At this time, the center of the mobile robot is located at the coordinate values (x e , y e ) of the landmark coordinate system, and the four Hall sensors 3 attached to the bottom surface of the mobile robot are respectively shown in FIG. 11, Located on each corresponding magnet (located on the magnet away from the centerline of the corresponding magnet).

그리고, 상기 모바일 로봇의 두 바퀴(1) 중심축은 랜드 마크 좌표계의 x축으로부터 θe만큼 틀어져 있다. 따라서, 상기 모바일 로봇의 위치 오차는 (xe, ye, θe)가 된다.The central axis of the two wheels 1 of the mobile robot is distorted by θ e from the x axis of the landmark coordinate system. Therefore, the position error of the mobile robot is (x e , y e , θ e ).

상기 모바일 로봇의 위치 오차(xe, ye, θe)를 추정하기 위하여, 상기 홀 센서들에 의하여 검출된 전압들과, 사전에 결정된 수식 (1)의 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식을 이용하여 각 자석의 중심선에서 홀 센서까지의 수평 최단 거리를 구한다.In order to estimate the position error (x e , y e , θ e ) of the mobile robot, the voltages detected by the Hall sensors and the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relation of the formula (1) Use to find the horizontal shortest distance from the centerline of each magnet to the Hall sensor.

도 11에서, 양의 x축에 위치하고 있는 자석의 자기장에 의하여, 이 x축에 위치하고 있는 자석 상에 위치하고 있는 홀 센서가 검출한 전압이 V1이고, 양의 y축에 위치하고 있는 자석의 자기장에 의하여, 이 y축에 위치하고 있는 자석 상에 위치하고 있는 홀 센서가 검출한 전압이 V2이고, 음의 x축에 위치하고 있는 자석의 자기장에 의하여, 이 x축에 위치하고 있는 자석 상에 위치하고 있는 홀 센서가 검출한 전압이 V3이며, 음의 y축에 위치하고 있는 자석의 자기장에 의하여, 이 y축에 위치하고 있는 자석 상에 위치하고 있는 홀 센서가 검출한 전압이 V4라 하자.In FIG. 11, the voltage detected by the Hall sensor located on the magnet located on the x axis is V 1 and the magnetic field of the magnet located on the positive y axis is determined by the magnetic field of the magnet located on the positive x axis. Therefore, the voltage detected by the Hall sensor located on the magnet located on this y axis is V 2, and the Hall sensor located on the magnet located on this x axis by the magnetic field of the magnet located on the negative x axis. The voltage detected by V is V 3, and the voltage detected by the Hall sensor located on the magnet located on this y axis is V 4 due to the magnetic field of the magnet located on the negative y axis.

그러면, 수식 (1)의 홀 센서 출력 전압-홀 센서 위치 관계식에 의하여 각 자석의 중심선과, 이 각 자석에 대응하고 있는 홀 센서까지의 수평 최단 거리를 구할 수 있다. 이 때, 구해진 수평 최단 거리는 각각 순서대로 l1, l2, l3, l4가 된다.Then, the shortest horizontal distance between the center line of each magnet and the hall sensor corresponding to each magnet can be obtained by the Hall sensor output voltage-Hall sensor positional relational expression of Equation (1). At this time, the obtained horizontal shortest distances become l 1 , l 2 , l 3 , and l 4 , respectively.

그런 다음, 상기 l1, l2, l3, l4를 이용하여 상기 위치 오차(xe, ye, θe)를 다음 수식 (2) ~ (4)를 통하여 추정한다.Then, using the l 1 , l 2 , l 3 , l 4 , the position error (x e , y e , θ e ) is estimated through the following equations (2) to (4).

Figure PCTKR2011000125-appb-I000015
수식(2)
Figure PCTKR2011000125-appb-I000015
Formula (2)

Figure PCTKR2011000125-appb-I000016
수식(3)
Figure PCTKR2011000125-appb-I000016
Formula (3)

Figure PCTKR2011000125-appb-I000017
수식(4)
Figure PCTKR2011000125-appb-I000017
Formula (4)

상기 수식에서, x축의 오차인 xe 를 구하기 위하여 사용되는 l2 및 l4는 랜드 마크 좌표계의 y축과, 이 y축 상에 위치하고 있는 두 개의 자석에 각각 대응하는 홀 센서 사이의 수평 최단 거리이다. 즉, l2는 양의 y축과, 이 y축 상에 놓여 있는 자석에 대응하는 홀 센서 사이의 수평 최단 거리이고, l4는 음의 y축과, 이 y축 상에 놓여 있는 자석에 대응하는 홀 센서 사이의 수평 최단 거리이다.In the above formula, l 2 and l 4, which are used to find x e, which is an error of the x axis, are the horizontal shortest distances between the y axis of the landmark coordinate system and the hall sensors respectively corresponding to two magnets located on the y axis. to be. That is, l 2 is the horizontal shortest distance between the positive y axis and the Hall sensor corresponding to the magnet lying on this y axis, and l 4 corresponds to the negative y axis and the magnet lying on this y axis. Is the shortest horizontal distance between Hall sensors.

또한, y축의 오차인 ye 를 구하기 위하여 사용되는 l1 및 l3는 랜드 마크 좌표계의 x축과, 이 x축 상에 위치하고 있는 두 개의 자석에 각각 대응하는 홀 센서 사이의 수평 최단 거리이다. 즉, l1는 양의 x축과, 이 x축 상에 놓여 있는 자석에 대응하는 홀 센서 사이의 수평 최단 거리이고, l3는 음의 x축과, 이 x축 상에 놓여 있는 자석에 대응하는 홀 센서 사이의 수평 최단 거리이다.Further, l 1 and l 3 used to find y e, which is an error of the y axis, are the horizontal shortest distances between the x axis of the landmark coordinate system and the hall sensors respectively corresponding to two magnets located on the x axis. That is, l 1 is the horizontal shortest distance between the positive x axis and the Hall sensor corresponding to the magnet lying on the x axis, and l 3 corresponds to the negative x axis and the magnet lying on the x axis. Is the shortest horizontal distance between Hall sensors.

또한, x축 또는 y축을 기준으로 모바일 로봇의 두 바퀴(1)의 중심선이 이격된 각에 해당하는 오차 θe를 구하기 위하여 사용되는 d는 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 대향하고 있는(대각선 방향에 있는) 홀 센서들 사이의 거리이다. 그리고, l1, l2, l3, l4는 상기 xe, ye를 추정할 때 사용한 수평 최단 거리이다.In addition, d used to obtain an error θ e corresponding to an angle at which the center line of the two wheels 1 of the mobile robot is spaced based on the x-axis or the y-axis is opposite to each other, as shown in FIG. Distance between the Hall sensors (in the direction). And, l 1 , l 2 , l 3 , l 4 are the horizontal shortest distances used when estimating x e and y e .

상기와 같이, 상기 θe는 상기 모바일 로봇의 두 바퀴의 중심축(도 12에서 "w"로 표기됨)과 랜드 마크 좌표계의 x축 또는 y축 사이의 각인데, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 모바일 로봇의 두 바퀴(1)의 중심축(w)과 랜드 마크 좌표계의 x축 사이의 각과, 상기 모바일 로봇의 두 바퀴(1)의 중심축(w)과 랜드 마크 좌표계의 y축 사이의 각 중, 절대값이 더 작은 각에 해당한다. 따라서, 도 12의 경우에는 모바일 로봇의 두 바퀴(1)의 중심축(w)과 랜드 마크 좌표계의 x축 사이의 각을 θe로 선택한다.As described above, θ e is an angle between the central axis (denoted as “w” in FIG. 12) of the two wheels of the mobile robot and the x-axis or y-axis of the landmark coordinate system, as shown in FIG. 12. An angle between the central axis w of the two wheels 1 of the mobile robot and the x axis of the landmark coordinate system, and between the central axis w of the two wheels 1 of the mobile robot and the y axis of the landmark coordinate system. Of the angles, the absolute value corresponds to the smaller angle. Accordingly, in the case of FIG. 12, the angle between the central axis w of the two wheels 1 of the mobile robot and the x axis of the landmark coordinate system is selected as θ e .

상기 수식 (2) 내지 수식 (4)에서 k1, k2, k3, k4는 랜드 마크에서의 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 1 또는 -1의 값을 가진다. 따라서, 상기 k1, k2, k3, k4의 값은 각 랜드 마크의 패턴 및 각 랜드 마크에서의 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 1 또는 -1의 값을 가진다. 이에 대해서 설명하면 다음과 같다.In the above formulas (2) to (4), k 1 , k 2 , k 3 , and k 4 have a value of 1 or -1 depending on the moving direction of the mobile robot in the landmark. Accordingly, the values of k 1 , k 2 , k 3 , and k 4 have a value of 1 or -1 depending on the pattern of each landmark and the direction in which the mobile robot moves in each landmark. This is described below.

먼저, 자석 상에 위치한 홀 센서의 위치에 따른 출력 전압 관계는 도 3에 도시된 그래프를 따른다고 가정하자. 즉, 자석의 N극에서 최대 출력 전압값이 감지되고, 자석의 S극에서 최소 출력 전압값이 감지되는 것으로 한다.First, assume that the output voltage relationship according to the position of the Hall sensor located on the magnet follows the graph shown in FIG. That is, it is assumed that the maximum output voltage value is sensed at the N pole of the magnet and the minimum output voltage value is sensed at the S pole of the magnet.

먼저, 도 6에 도시된 랜드 마크 패턴들 중에, 패턴 1의 자석 배치인 경우에 위치 오차(xe, ye, θe)를 구하는 수식에 대하여 살펴본다. 이 경우에도 기본적으로 위치 오차(xe, ye, θe)는 상기 수식 (2) 내지 수식 (4)를 통하여 계산된다.First, among the landmark patterns shown in FIG. 6, the equation for obtaining the position error (x e , y e , θ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 1 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , θ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).

그러나, 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 k1, k2, k3, k4의 값은 달라진다. 먼저, 자석 배치의 특성 상, 두 가지의 경우로 나뉘어 진다. 첫 번째는 모바일 로봇의 이동 방향이 도 6에 도시된 패턴들 중, 패턴 1에서 x축 방향(도 11에서 좌우 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=1, k3=1, k4=1의 값을 가지고, 두번째는 모바일 로봇의 이동 방향이 도 6에 도시된 패턴들 중, 패턴 1에서 y축 방향(도 11에서 전후 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=-1, k3=1, k4=1의 값을 가진다.However, the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot. First, due to the nature of the magnet arrangement, it is divided into two cases. First, when the moving direction of the mobile robot moves from the pattern 1 in the x-axis direction (left and right direction in FIG. 11) among the patterns shown in FIG. 6, k 1 = 1, k 2 = 1, k 3 = 1, has a value of k 4 = 1, and the second is k 1 = 1, k 2 when the moving direction of the mobile robot moves from the pattern 1 to the y-axis direction (forward and backward directions in FIG. 11) among the patterns shown in FIG. 6. = 1, k 3 = 1, k 4 = 1.

다음은, 도 6에 도시된 랜드 마크 패턴들 중에, 패턴 2의 자석 배치인 경우에 위치 오차(xe, ye, θe)를 구하는 수식에 대하여 살펴본다. 이 경우에도 기본적으로 위치 오차(xe, ye, θe)는 상기 수식 (2) 내지 수식 (4)를 통하여 계산된다.Next, among the landmark patterns shown in FIG. 6, the equation for obtaining the position error (x e , y e , θ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 2 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , θ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).

그러나, 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 k1, k2, k3, k4의 값은 달라진다. 먼저, 자석 배치의 특성 상, 네 가지의 경우로 나뉘어 진다. 첫 번째는 모바일 로봇의 이동 방향이 도 6에 도시된 패턴들 중, 패턴 2에서 x축 양의 방향(도 11에서 오른쪽 방향)으로 이동할 경우에는 k1=-1, k2=1, k3=1, k4=1의 값을 가지고, 두번째는 패턴 2에서 y축 양의 방향(도 11에서 윗 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=1, k3=-1, k4=1의 값을 가지고, 세번째는 패턴 2에서 x축 음의 방향(도 11에서 왼쪽 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=1, k3=1, k4=-1의 값을 가지며, 네번째는 패턴 2에서 y축 음의 방향(도 11에서 아랫 방향)으로 이동할 경우에는 k1=-1, k2=-1, k3=1, k4=1의 값을 가진다.However, the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot. First, due to the nature of the magnet arrangement, it is divided into four cases. First, when the moving direction of the mobile robot moves in the positive direction of the x-axis (the right direction in FIG. 11) in the pattern 2 among the patterns shown in FIG. 6, k 1 = -1, k 2 = 1, k 3 = 1, k 4 = 1, the second is k 1 = 1, k 2 = 1, k 3 = -1, k when moving in the positive y-axis direction (upward in FIG. 11) in pattern 2 4 = 1, and the third is k 1 = 1, k 2 = 1, k 3 = 1, k 4 =-1 in pattern 2 when moving in the negative direction of the x axis (left direction in FIG. 11). The fourth has a value of k 1 = -1, k 2 = -1, k 3 = 1, and k 4 = 1 when moving in the negative direction of the y-axis in the pattern 2 (downward in FIG. 11). .

다음은, 도 6에 도시된 랜드 마크 패턴들 중에, 패턴 3의 자석 배치인 경우에 위치 오차(xe, ye, θe)를 구하는 수식에 대하여 살펴본다. 이 경우에도 기본적으로 위치 오차(xe, ye, θe)는 상기 수식 (2) 내지 수식 (4)를 통하여 계산된다.Next, the equations for obtaining the position error (x e , y e , θ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 3 among the landmark patterns shown in FIG. 6 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , θ e ) is basically calculated through the above formulas (2) to (4).

그러나, 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 k1, k2, k3, k4의 값은 달라진다. 먼저, 자석 배치의 특성 상, 네 가지의 경우로 나뉘어 진다. 첫 번째는 모바일 로봇의 이동 방향이 도 6에 도시된 패턴들 중, 패턴 3에서 x축 양의 방향(도 11에서 오른쪽 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=-1, k3=-1, k4=1의 값을 가지고, 두번째는 패턴 3에서 y축 양의 방향(도 11에서 윗 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=1, k3=-1, k4=-1의 값을 가지고, 세번째는 패턴 3에서 x축 음의 방향(도 11에서 왼쪽 방향)으로 이동할 경우에는 k1=-1, k2=1, k3=1, k4=-1의 값을 가지며, 네번째는 패턴 3에서 y축 음의 방향(도 11에서 아랫 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=-1, k3=1, k4=-1의 값을 가진다.However, the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot. First, due to the nature of the magnet arrangement, it is divided into four cases. First, when the moving direction of the mobile robot moves in the positive direction of the x-axis (the right direction in FIG. 11) in the pattern 3 among the patterns shown in FIG. 6, k 1 = 1, k 2 = -1, k 3 = 1, k 4 = 1, and the second is k 1 = 1, k 2 = 1, k 3 = -1, when moving in the positive y-axis direction (upward in FIG. 11) in pattern 3 With a value of k 4 = -1, the third is k 1 = -1, k 2 = 1, k 3 = 1, k 4 = in the case of moving in the negative direction of the x-axis (left direction in FIG. 11) in pattern 3 Has a value of -1, and the fourth is k 1 = 1, k 2 = -1, k 3 = 1, k 4 = -1 when moving in the negative direction of the y-axis in the pattern 3 (downward in FIG. 11). Has a value.

다음은, 도 6에 도시된 랜드 마크 패턴들 중에, 패턴 4의 자석 배치인 경우에 위치 오차(xe, ye, θe)를 구하는 수식에 대하여 살펴본다. 이 경우에도 기본적으로 위치 오차(xe, ye, θe)는 상기 수식 (2) 내지 수식 (4)를 통하여 계산된다.Next, among the landmark patterns illustrated in FIG. 6, the equation for obtaining the position error (x e , y e , θ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 4 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , θ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).

그러나, 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 k1, k2, k3, k4의 값은 달라진다. 먼저, 자석 배치의 특성 상, 네 가지의 경우로 나뉘어 진다. 첫 번째는 모바일 로봇의 이동 방향이 도 6에 도시된 패턴들 중, 패턴 4에서 x축 양의 방향(도 11에서 오른쪽 방향)으로 이동할 경우에는 k1=-1, k2=1, k3=-1, k4=1의 값을 가지고, 두번째는 패턴 4에서 y축 양의 방향(도 11에서 윗 방향)으로 이동할 경우에는 k1=1, k2=-1, k3=-1, k4=-1의 값을 가지고, 세번째는 패턴 4에서 x축 음의 방향(도 11에서 왼쪽 방향)으로 이동할 경우에는 k1=-1, k2=1, k3=-1, k4=-1의 값을 가지며, 네번째는 패턴 4에서 y축 음의 방향(도 11에서 아랫 방향)으로 이동할 경우에는 k1=-1, k2=-1, k3=1, k4=-1의 값을 가진다.However, the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot. First, due to the nature of the magnet arrangement, it is divided into four cases. First, when the moving direction of the mobile robot moves in the positive direction of the x-axis (the right direction in FIG. 11) in the pattern 4 of the patterns shown in FIG. 6, k 1 = -1, k 2 = 1, k 3 = 1, k 4 = 1, the second is k 1 = 1, k 2 = -1, k 3 = -1 when moving in the positive y-axis direction (up in FIG. 11) in pattern 4 , k 4 = -1, and the third is k 1 = -1, k 2 = 1, k 3 = -1, k when moving in the negative direction of the x-axis in the pattern 4 (left direction in Fig. 11) Has a value of 4 =-1, and the fourth is k 1 = -1, k 2 = -1, k 3 = 1, k 4 = when moving in the negative direction of the y-axis in the pattern 4 (downward in Figure 11) It has a value of -1.

다음은, 도 6에 도시된 랜드 마크 패턴들 중에, 패턴 5의 자석 배치인 경우에 위치 오차(xe, ye, θe)를 구하는 수식에 대하여 살펴본다. 이 경우에도 기본적으로 위치 오차(xe, ye, θe)는 상기 수식 (2) 내지 수식 (4)를 통하여 계산된다.Next, among the landmark patterns illustrated in FIG. 6, the equation for obtaining the position error (x e , y e , θ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 5 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , θ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).

그러나, 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 k1, k2, k3, k4의 값은 달라진다. 이 경우에는, 자석 배치의 특성 상, 모바일 로봇의 이동할 방향에 무관하게 한 가지 경우의 k1, k2, k3, k4의 값만 존재한다. 즉, k1=-1, k2=-1, k3=-1, k4=1의 값을 가진다.However, the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot. In this case, only the values of k 1 , k 2 , k 3 , and k 4 in one case exist regardless of the direction in which the mobile robot moves due to the characteristics of the magnet arrangement. That is, k 1 = -1, k 2 = -1, k 3 = -1, and k 4 = 1.

다음은, 도 6에 도시된 랜드 마크 패턴들 중에, 패턴 6의 자석 배치인 경우에 위치 오차(xe, ye, θe)를 구하는 수식에 대하여 살펴본다. 이 경우에도 기본적으로 위치 오차(xe, ye, θe)는 상기 수식 (2) 내지 수식 (4)를 통하여 계산된다.Next, the equations for obtaining the position error (x e , y e , θ e ) in the case of the magnet arrangement of the pattern 6 among the landmark patterns shown in FIG. 6 will be described. Even in this case, the position error (x e , y e , θ e ) is basically calculated through Equations (2) to (4).

그러나, 모바일 로봇의 이동할 방향에 따라 k1, k2, k3, k4의 값은 달라진다. 이 경우에도, 자석 배치의 특성 상, 모바일 로봇의 이동할 방향에 무관하게 한 가지 경우의 k1, k2, k3, k4의 값만 존재한다. 즉, k1=-1, k2=-1, k3=-1, k4=-1의 값을 가진다.However, the values of k 1 , k 2 , k 3 and k 4 vary depending on the direction of movement of the mobile robot. Even in this case, only the values of k 1 , k 2 , k 3 , and k 4 in one case exist regardless of the moving direction of the mobile robot due to the characteristics of the magnet arrangement. That is, k 1 = -1, k 2 = -1, k 3 = -1, and k 4 = -1.

상기와 같이, 추정된 위치 오차를 이용하여 위치를 보정(모바일 로봇의 중심을 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동시킴과 동시에 모바일 로봇의 이동 방향선을 랜드 마크 좌표계의 x축 또는 y축에 일치시키는 보정)하는 방법은 크게 두 가지가 있다.As described above, the position is corrected using the estimated position error (correction of moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark coordinate system and coinciding the moving direction line of the mobile robot with the x or y axis of the landmark coordinate system). There are two ways to do this.

도 13을 참조하여 첫 번째 위치 오차 보정 방법에 대하여 설명한다.A first position error correction method will be described with reference to FIG. 13.

먼저, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇이 랜드 마크 상에 정지한 상태에서 위치 오차를 추정했다고 가정하자. 그런 다음, 추정된 위치 오차를 이용하여 위치 오차 보정을 수행한다.First, suppose that the mobile robot estimates the position error in a state where the mobile robot is stationary on the landmark, as shown in Fig. 13A. Then, position error correction is performed using the estimated position error.

위치 오차 보정을 위하여, 먼저 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 추정된 위치 오차 값들을 이용하여 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 상기 랜드 마크 좌표계의 원점을 지나도록(향하도록), 상기 모바일 로봇을 회전시킨다. 이 때의 회전 방향은 회전각이 작은 방향으로 회전한다. 따라서, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)에서 시계 반대 방향으로 회전한 상태이다. 이 때의 회전 각도는 추정된 위치 오차 값들을 이용하여 다양한 수식에 따라 계산될 수 있다.In order to correct the position error, as shown in FIG. 13B, the moving direction line of the mobile robot passes through the origin of the landmark coordinate system using the estimated position error values. Rotate the mobile robot. The rotation direction at this time rotates in the direction in which a rotation angle is small. Accordingly, FIG. 13B is a state in which the counterclockwise direction is rotated in FIG. 13A. The rotation angle at this time may be calculated according to various equations using the estimated position error values.

다음은, 상기 추정된 위치 오차 값들을 이용하여, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 모바일 로봇을 상기 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동시킨다. 즉, 모바일 로봇의 중심을 상기 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동시킨다. 상기 랜드 마크 좌표계의 원점에서 좌표점 (xe, ye)까지의 거리는 상기 추정된 위치 오차 값들을 이용한 다양한 수식에 의하여 계산될 수 있다.Next, using the estimated position error values, as shown in (c) of FIG. 13, the mobile robot is moved to the origin of the landmark coordinate system. That is, the center of the mobile robot is moved to the origin of the landmark coordinate system. The distance from the origin of the landmark coordinate system to the coordinate point (x e , y e ) may be calculated by various equations using the estimated position error values.

그런 다음, 상기 추정된 위치 오차 값들을 이용하여, 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 상기 랜드 마크 좌표계의 x축 또는 y축에 일치하도록, 상기 모바일 로봇을 회전시킨다. 이 때의 회전은 모바일 로봇의 이동 방향선이 모바일 로봇의 다음 목적지(랜드 마크) 이동 방향(도 13의 (a)에서 MD로 표기됨)과 일치하도록(향하도록) 회전하는 것이다. 이 경우의 회전 방향 역시, 작은 회전각을 가지는 방향으로 회전한다. 따라서, 도 13의 (d)는 도 13의 (c)가 시계 방향으로 회전한 상태이다.Then, using the estimated position error values, as shown in (d) of FIG. 13, the mobile robot so that the movement direction line of the mobile robot coincides with the x axis or the y axis of the landmark coordinate system. Rotate The rotation at this time is to rotate so that the movement direction line of the mobile robot coincides (facing) to the next destination (landmark) movement direction of the mobile robot (indicated by M D in Fig. 13A). The rotation direction in this case also rotates in a direction having a small rotation angle. Therefore, FIG. 13D is a state in which FIG. 13C is rotated clockwise.

도 13에 도시된 위치 오차 보정 단계는 x축 및 y축 상의 위치 오차를 한 번의 이동으로 보정하는 단계이다. 즉, 랜드 마크 좌표계의 좌표점 (xe, ye)에서 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동하기 위하여, x축 이동 및 y축 이동을 따로 수행하지 않고, 바로 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동하여 위치 오차를 보정하는 단계이다.The position error correction step shown in FIG. 13 is a step of correcting the position error on the x-axis and the y-axis in one movement. In other words, in order to move from the coordinate point (x e , y e ) of the landmark coordinate system to the origin of the landmark coordinate system, the position error is caused by moving directly to the origin of the landmark coordinate system without performing x-axis movement and y-axis movement separately. Step to calibrate.

다음은 도 14를 참조하여 두 번째 위치 오차 보정 방법에 대하여 설명한다.Next, a second position error correction method will be described with reference to FIG. 14.

먼저, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇이 랜드 마크 상에 정지한 상태에서 위치 오차를 추정했다고 가정하자. 그런 다음, 추정된 위치 오차를 이용하여 위치 오차 보정을 수행한다.First, as shown in Fig. 14A, assume that the position error is estimated in the state where the mobile robot is stationary on the landmark. Then, position error correction is performed using the estimated position error.

상기 추정된 위치 오차 값(xe, ye, θe)들 중, θe를 이용하여, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 상기 랜드 마크 좌표계의 x축에 수평하도록, 상기 모바일 로봇을 회전시킨다. Of the estimated position error value (x e, y e, θ e), using the θ e, of the movement direction line of the mobile robot, the landmark coordinate system, as shown in Figure 14 (b) Rotate the mobile robot so that it is horizontal to the x axis.

회전 각도는 (90°- θe)를 이용하여 구할 수 있다. 예를 들어, θe가 30°라면 회전 각도는 60°가 될 것이다. 이와 같은 결과는, 도 14의 (a)의 상태에서 도 14의 (b)의 상태로 변동되기 위해서는, 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전할 수 있는데, 두 방향 중에 작은 각만큼 회전하여 도 14의 (b) 상태로 간다는 것을 의미한다. 도 14의 (b)는 도 14의 (a) 상태에서 시계 방향으로 회전한 상태이다.The rotation angle can be obtained using (90 ° -θ e ). For example, if θ e is 30 °, the rotation angle will be 60 °. Such a result is that in order to be changed from the state of FIG. 14A to the state of FIG. 14B, it may be rotated clockwise or counterclockwise. (b) It means to go to the state. (B) of FIG. 14 is a state which rotated clockwise in the state (a) of FIG.

도 14의 (b)에 도시된 상태가 되면, x축 방향의 보정을 수행한다. 즉, 상기 모바일 로봇을 x축 방향으로 xe 만큼 이동시켜 x축 방향으로 위치 오차를 보정한다. 그러면, 도 14의 (c)에 도시된 상태가 된다. 여기서 x축 방향으로 이동이란 당연히 랜드 마크 좌표계의 x축의 보정을 위한 이동으로서, 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇의 두 바퀴의 중심축이 y축과 일치되도록 하는 이동을 의미한다.When the state shown in FIG. 14B is reached, correction in the x-axis direction is performed. That is, the position error is corrected in the x-axis direction by moving the mobile robot by x e in the x-axis direction. Then, the state shown in FIG. 14C is obtained. Here, the movement in the x-axis direction is a movement for correcting the x-axis of the landmark coordinate system, and as shown in FIG. 14 (c), it means a movement such that the center axes of two wheels of the mobile robot coincide with the y-axis. do.

x축 보정이 수행되었기 때문에, 다음은 y축 보정을 수행한다. 이를 위하여 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 y축과 일치하도록, 상기 모바일 로봇을 90°회전시킨다. 그러면 도 14의 (d)에 도시된 상태가 된다. 그런 다음, 상기 모바일 로봇을 y축 방향으로 ye 만큼 이동시켜 y축 방향의 위치를 보정한다. 그러면, 도 14의 (e)에 도시된 상태가 된다. 여기서 y축 방향으로 이동이란 당연히 랜드 마크 좌표계의 y축의 보정을 위한 이동으로서, 도 14의 (e)에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇의 두 바퀴의 중심축이 x축과 일치되도록 하는 이동을 의미한다.Since the x-axis correction was performed, the following performs the y-axis correction. To this end, the mobile robot is rotated 90 degrees so that the direction of movement of the mobile robot coincides with the y axis. Then, the state shown in FIG. 14 (d) is obtained. Then, the mobile robot is moved by y e in the y axis direction to correct the position in the y axis direction. Then, the state shown in FIG. 14E is obtained. In this case, the movement in the y-axis direction is a movement for correcting the y-axis of the landmark coordinate system, and as shown in FIG. 14E, a movement in which the center axes of two wheels of the mobile robot coincide with the x-axis. do.

이와 같은 과정을 통하여, 모바일 로봇의 중심을 랜드 마크 좌표계의 원점으로 이동하여 위치 오차를 보정할 수 있다. 또한, 이와 같은 위치 오차 보정 과정을 수행하면, 모바일 로봇의 이동 방향선이 x축 또는 y축에 일치되기 때문에, 모바일 로봇의 두 바퀴 중심축도 x축 또는 y축에 일치한 상태가 된다. Through this process, the positional error can be corrected by moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark coordinate system. In addition, when the position error correction process is performed, since the direction of movement of the mobile robot coincides with the x-axis or the y-axis, the center axes of the two wheels of the mobile robot also coincide with the x-axis or the y-axis.

상술한 절차는 x축 보정을 먼저 수행한 후에 y축 보정을 수행함으로써, 위치 오차 보정을 수행하는 과정이다. 물론 y축 보정을 먼저 수행한 후에 x축 보정을 수행함으로써, 위치 오차 보정을 수행할 수도 있다. 이에 대하여 간략하게 살펴보면 다음과 같다.The above-described procedure is a process of performing position error correction by first performing x-axis correction and then performing y-axis correction. Of course, the position error correction may be performed by performing the y-axis correction first and then performing the x-axis correction. This is briefly described as follows.

즉, 상기 추정된 위치 오차 값(xe, ye, θe)들 중, θe를 이용하여, 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 상기 랜드 마크 좌표계의 y축에 수평하도록, 상기 모바일 로봇을 회전시킨다. 그러면, 도 14의 (a)에서 모바일 로봇이 θe만큼 시계 반대 방향으로 회전한 상태가 될 것이다. 이 경우에도 최소 각도로 회전하여 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 상기 랜드 마크 좌표계의 y축에 수평하도록 하기 위하여 시계 반대 방향으로 모바일 로봇을 회전하도록 하는 것이다.That is, among the estimated position error values (x e , y e , θ e ), the mobile robot is positioned such that the direction of movement of the mobile robot is horizontal to the y axis of the landmark coordinate system using θ e . Rotate Then, in FIG. 14A, the mobile robot is rotated counterclockwise by θ e . Even in this case, the mobile robot is rotated in a counterclockwise direction so that the direction of movement of the mobile robot is horizontal to the y axis of the landmark coordinate system by rotating at the minimum angle.

그런 다음, y축 방향의 보정을 수행한다. 즉, 상기 상태에서 상기 모바일 로봇을 y축 방향으로 ye 만큼 이동시켜 y축 방향으로 위치 오차를 보정한다. 여기서 y축 방향으로 이동이란 당연히 랜드 마크 좌표계의 y축의 보정을 위한 이동으로서, 모바일 로봇의 두 바퀴의 중심축이 x축과 일치되도록 하는 이동을 의미한다.Then, correction in the y-axis direction is performed. That is, in the above state, the mobile robot is moved by y e in the y axis direction to correct a position error in the y axis direction. Here, the movement in the y-axis direction is a movement for correcting the y-axis of the landmark coordinate system, and means a movement such that the center axes of the two wheels of the mobile robot coincide with the x-axis.

y축 보정이 수행되었기 때문에, 다음은 x축 보정을 수행한다. 이를 위하여 상기 모바일 로봇의 이동 방향선이 x축과 일치하도록, 상기 모바일 로봇을 90°회전시킨다. 그런 다음, 상기 모바일 로봇을 x축 방향으로 xe 만큼 이동시켜 x축 방향의 위치를 보정한다. 여기서 x축 방향으로 이동이란 당연히 랜드 마크 좌표계의 x축의 보정을 위한 이동으로서, 모바일 로봇의 두 바퀴의 중심축이 y축과 일치되도록 하는 이동을 의미한다.Since the y-axis correction has been performed, the following performs the x-axis correction. To this end, the mobile robot is rotated 90 ° so that the moving direction line of the mobile robot coincides with the x-axis. Then, the mobile robot is moved by x e in the x axis direction to correct the position in the x axis direction. Here, the movement in the x-axis direction is a movement for correcting the x-axis of the landmark coordinate system, and means a movement such that the center axes of the two wheels of the mobile robot coincide with the y-axis.

이와 같은 과정을 통하여, 모바일 로봇의 중심을 랜드 마크의 원점으로 이동하여 위치 오차를 보정할 수 있다. 또한, 이와 같은 위치 오차 보정 과정을 수행하면, 모바일 로봇의 이동 방향선이 x축 또는 y축에 일치되기 때문에, 모바일 로봇의 두 바퀴 중심축도 x축 또는 y축에 일치한 상태가 된다. Through this process, the position error can be corrected by moving the center of the mobile robot to the origin of the landmark. In addition, when the position error correction process is performed, since the direction of movement of the mobile robot coincides with the x-axis or the y-axis, the center axes of the two wheels of the mobile robot also coincide with the x-axis or the y-axis.

상기와 같이 y축 위치 오차 보정을 수행한 후에 x축 위치 오차 보정을 수행한 경우에, 모바일 로봇의 최종 상태는, 위치 오차 보정이 완료된 상태에서 모바일 로봇의 이동 방향선이 x축과 일치된 상태에 있다.In the case where the x-axis position error correction is performed after the y-axis position error correction is performed as described above, the final state of the mobile robot is a state in which the movement direction line of the mobile robot coincides with the x-axis while the position error correction is completed. Is in.

상술한 바와 같이, 위치 오차 보정은 x축 보정 후에 y축 보정 순서로 수행할 수도 있고, y축 보정 후에 x축 보정 순서로 수행할 수도 있다. 다만, 위치 오차 보정 과정 중에, 모바일 이동 로봇의 총 회전각을 최소화시킴으로써, 전력 소모를 감소시키고 모바일 로봇의 작업 속도 또는 이동 속도를 향상시킬 필요가 있다.As described above, the position error correction may be performed in the y-axis correction order after the x-axis correction, or may be performed in the x-axis correction order after the y-axis correction. However, during the position error correction process, by minimizing the total rotation angle of the mobile mobile robot, it is necessary to reduce the power consumption and to improve the working speed or the moving speed of the mobile robot.

따라서, 위치 오차 보정을 수행하는 현재의 랜드 마크에서 다음 목적지(랜드 마크) 이동 방향(도 14의 (a)에서 MD로 표기됨)을 고려하여 위치 오차 보정 순서를 결정하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to determine the position error correction order in consideration of the next destination (landmark) movement direction (denoted as M D in FIG. 14A) in the current landmark which performs the position error correction.

만약, 다음 목적지 이동 방향(MD)이 x축 방향이라면, y축 방향의 위치 오차 보정을 먼저 수행한 후, x축 방향의 위치 오차 보정을 수행하고, 다음 목적지 이동 방향(MD)이 y축 방향이라면, x축 방향의 위치 오차 보정을 먼저 수행한 후, y축 방향의 위치 오차 보정을 수행한다.If the next destination movement direction M D is the x axis direction, the position error correction in the y axis direction is first performed, and then the position error correction in the x axis direction is performed, and the next destination movement direction M D is y. In the axial direction, the position error correction in the x-axis direction is first performed, and then the position error correction in the y-axis direction is performed.

이와 같이, 다음 목적지 이동 방향을 고려하여 위치 오차 보정 순서를 결정함으로써, 위치 오차 보정 과정에서의 모바일 로봇의 총 회전각을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 다음 목적지 이동 방향(MD)이 y축 방향이라면, 도 14에 도시된 절차대로, x축 방향으로 위치 오차 보정을 먼저 수행한 후에 y축 방향으로 위치 오차 보정을 수행하여, 최종 위치 오차 보정을 수행하는 것이 바람직하다.As such, by determining the position error correction order in consideration of the next destination movement direction, the total rotation angle of the mobile robot in the position error correction process may be minimized. For example, as shown in (a) of FIG. 14, if the next destination movement direction M D is in the y-axis direction, after performing position error correction in the x-axis direction first, according to the procedure shown in FIG. 14. It is preferable to perform position error correction in the y-axis direction to perform final position error correction.

상기 도 14에 도시된 절차대로(x축 보정 후 y축 보정) 보정을 수행하면, θe가 30°라 가정할 때, 위치 오차 보정 과정에서 상기 모바일 로봇은 총 150°만큼 회전하여 위치 오차 보정을 완료하고, 다음 목적지로 이동할 수 있다. 즉, x축 보정을 하기 위하여 회전하는 각이 60°(도 14의 (a)에서 도 12의 (b)로 가기 위한 회전각)이고 y축 보정을 하기 위하여 회전하는 각이 90°(도 14의 (c)에서 도 14의 (d)로 가기 위한 회전각)이며, 위치 오차 보정이 완료되면, 별도의 회전 없이 다음 목적지로 이동하면 되기 때문에, 총 회전각은 150°가 된다.If the correction is performed according to the procedure shown in FIG. 14 (y-axis correction after x-axis correction), assuming that θ e is 30 °, the mobile robot rotates by a total of 150 ° in the position error correction process, thereby correcting the position error. To complete and move to the next destination. That is, the rotation angle for the x-axis correction is 60 ° (rotation angle for moving from (a) to FIG. 12 (b) in FIG. 14) and the rotation angle for the y-axis correction is 90 ° (FIG. 14). (C) to (d) in FIG. 14), and when the position error correction is completed, since it is necessary to move to the next destination without additional rotation, the total rotation angle becomes 150 °.

그러나, 반대로, y축 방향으로 위치 오차 보정을 먼저 수행하고, x축 방향으로 위치 오차 보정을 수행하여 최종 위치 오차 보정을 완료한 후, 다음 목적지로 이동하기 위해서는 총 210°만큼 상기 모바일 로봇은 회전하게 된다. 즉, 최초 y축 보정을 수행하기 위하여 회전하는 각이 30°이고, 다음 x축 보정을 수행하기 위하여 회전하는 각이 90°이며, 다음 목적지 이동 방향으로 상기 모바일 로봇의 이동 방향선을 향하게 하기 위하여 회전하는 각이 90°이기 때문에, 모바일 로봇의 총 회전각은 210°가 된다.However, on the contrary, after the position error correction is first performed in the y-axis direction, the position error correction is completed by the x-axis direction, and the final position error correction is completed, the mobile robot rotates by 210 ° in order to move to the next destination. Done. That is, the angle to rotate to perform the first y-axis correction is 30 °, the angle to rotate to perform the next x-axis correction is 90 °, in order to face the direction of movement of the mobile robot in the next destination movement direction Since the angle of rotation is 90 °, the total angle of rotation of the mobile robot is 210 °.

이와 같이, 위치 오차 보정과 다음 목적지(랜드 마크)로 이동을 반복하는 모바일 로봇의 위치 오차 보정은 상술한 바와 같은 규칙에 따라 수행하는 것이 전력 소모 등을 최소화할 수 있는 장점이 있다.As such, the position error correction of the mobile robot which repeats the position error correction and the movement to the next destination (landmark) has the advantage of minimizing the power consumption.

특히 네 개의 홀 센서를 바닥면에 부착하고 있는 모바일 로봇이 자석의 배치를 변경하여 형성되는 복수 종류의 랜드 마크들이 배치되어 있는 이동판을 이동하는 경우에, 상기 모바일 로봇이 특정 랜드 마크 및 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 저장하고 있는 랜드마크 공간맵과 비교함으로써, 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 용이하게 추정할 수 있고, 상기 모바일 로봇의 위치 오차를 용이하게 보정할 수 있는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법이 제공된다.In particular, when a mobile robot having four Hall sensors attached to the floor moves a moving plate on which a plurality of kinds of landmarks formed by changing the arrangement of magnets are moved, the mobile robot is located at a specific landmark and neighbors. By recognizing a pattern of landmarks that exist, and comparing it with the stored landmark space map, the absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located can be easily estimated, and the position error of the mobile robot can be estimated. A global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark that can be easily corrected is provided.

Claims (4)

마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법에 있어서,In the global position estimation and correction method of the mobile robot using the magnetic landmark, 모바일 로봇이 위치하고 있는 특정 랜드 마크의 패턴과 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴을 인식하여 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정하는 단계;Recognizing a pattern of a specific landmark where the mobile robot is located and a pattern of neighboring landmarks to estimate an absolute position coordinate value of the landmark where the mobile robot is currently located; 상기 추정된 랜드 마크의 절대 위치 좌표값에서 벗어난 상기 모바일 로봇의 위치 오차(xe, ye, θe)를 추정하는 단계;Estimating a position error (x e , y e , θ e ) of the mobile robot that deviates from the absolute position coordinate value of the estimated landmark; 상기 모바일 로봇이 상기 랜드 마크의 절대 위치 좌표값으로 이동될 수 있도록, 상기 추정된 위치 오차(xe, ye, θe)만큼 상기 모바일 로봇을 이동시켜 위치 오차를 보정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법.And correcting the position error by moving the mobile robot by the estimated position error (x e , y e , θ e ) so that the mobile robot can be moved to the absolute position coordinate value of the landmark. Global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark, characterized in that. 청구항 1에 있어서, 상기 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추정하는 단계는,The method of claim 1, wherein estimating an absolute position coordinate value of the landmark comprises: 상기 모바일 로봇이 위치하고 있는 특정 랜드 마크에서 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 인식한 후, 이웃하고 있는 랜드 마크로 이동하는 제1 과정, A first process of recognizing a pattern of the specific landmark in a specific landmark where the mobile robot is located, and then moving to a neighboring landmark, 상기 이동한 이웃하고 있는 랜드 마크에서 랜드 마크의 패턴을 인식하는 제2 과정, A second process of recognizing a pattern of a landmark in the moved neighboring landmark, 상기 인식된 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 상기 특정 랜드 마크의 패턴을 랜드 마크 공간맵과 비교하는 제3 과정;A third step of comparing the recognized neighboring landmark pattern and the specific landmark pattern with a landmark space map; 상기 비교 결과, 상기 이웃하고 있는 랜드 마크의 패턴과 특정 랜드 마크의 패턴으로 구성된 랜드 마크 그룹 패턴이 상기 랜드 마크 공간맵에 하나만 존재한 경우에는, 상기 랜드 마크 공간맵 상의 상기 모바일 로봇이 현재 위치하고 있는 랜드 마크의 절대 위치 좌표값을 추출하고, 두 개 이상 존재한 경우에는 이웃하고 있는 다른 랜드 마크로 이동한 후 상기 제2 과정을 수행하는 제4 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법.As a result of the comparison, when only one landmark group pattern composed of the neighboring landmark pattern and the specific landmark pattern exists in the landmark space map, the mobile robot on the landmark space map is currently located. Extracting the absolute position coordinate value of the landmark, and if there are two or more, using a magnetic landmark, characterized in that it comprises a fourth process of moving to another neighboring landmark and performing the second process Global position estimation and correction method for mobile robots. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 랜드 마크 공간맵은,The landmark space map, 상기 모바일 로봇이 이동하는 공간인 이동판에 배치된 랜드 마크들의 각 패턴들에 대응하여 구성되고, 상기 랜드 마크의 패턴들은 각 랜드 마크를 구성하는 n개의 자석 위치를 변경시켜 형성되는 P개의 패턴인 것을 특징으로 하는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법.Corresponding to the patterns of the landmarks disposed on the moving plate, which is the space where the mobile robot moves, the patterns of the landmarks are P patterns formed by changing the n magnet positions constituting each landmark. Global position estimation and correction method of a mobile robot using a magnetic landmark, characterized in that. 여기서, 상기 P는
Figure PCTKR2011000125-appb-I000018
이고, 여기서, N은 자석의 개수이고, 1HN은 N개의 자석을 한 방향으로 놓는 경우의 수를 의미하는 중복조합이고, m은 자석의 배치 방향의 경우의 수를 의미하고, gcd(a, N-a)는 a와 N-a의 최대공약수이고, l│gcd(a, N-a)는 l이 gcd(a, N-a)의 약수임을 의미하며,
Figure PCTKR2011000125-appb-I000019
는 l 이하의 l과 서로소인 자연수의 개수를 의미하는 오일러 함수임.
Where P is
Figure PCTKR2011000125-appb-I000018
Where N is the number of magnets, 1 H N is an overlapping combination that means the number of cases where N magnets are placed in one direction, m is the number of cases in the direction of magnet placement, and gcd (a , Na) is the greatest common divisor of a and Na, and l│gcd (a, Na) means that l is a divisor of gcd (a, Na),
Figure PCTKR2011000125-appb-I000019
Is an Euler function that means the number of natural numbers that are less than or equal to l less than l.
청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 모바일 로봇은 상기 P개의 랜드 마크의 패턴들과 상기 모바일 로봇이 상기 P개의 랜드 마크들에서 회전할 때의 출력 전압을 일대일 매칭하여 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 랜드마크를 이용한 모바일 로봇의 전역 위치 추정 및 보정 방법.The mobile robot stores the patterns of the P landmarks and the output voltages when the mobile robot rotates on the P landmarks in a one-to-one correspondence and store the entire area of the mobile robot using magnetic landmarks. Position estimation and correction method.
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