KR20110001932A - Map constructing method of inhouse robot and start position determining method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법에 관한 것으로서, 특히 실내 기동 로봇의 경로 계획 수립을 위한 지도 작성 방법 및 이를 이용한 기동 위치 판별 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a map making method of an indoor maneuvering robot, and more particularly, to a map making method for establishing a route plan of an indoor maneuvering robot and a maneuvering position determining method using the same.
본 발명에 따른 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법은 저가의 지자기 센서, 자이로 센서, 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서 등을 이용한 절대 좌표 형식의 지도 작성 및 위치 인식에 의해 기존의 실내 위치 인식 방법 즉, 고가의 영상처리와 실내 인공 구조물을 설치하는 방법을 대체 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a method of mapping an indoor maneuvering robot uses a low-cost geomagnetic sensor, a gyro sensor, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, and the like. There is an effect that can replace the expensive image processing and the installation method of indoor artificial structures.
종래의 실내 기동 로봇을 위한 지도를 작성하는 방법은 실내에 설치된 인공 색상의 물체 또는 바닥에 설치된 라인을 이용하는 것이었다. 실내에 설치되는 인공 색상의 물체를 이용하는 경우에는 로봇이 이동하면서 영상 분석을 통하여 인공 색상의 물체를 만날 때 다음 행동 수행 및 위치 인식 등을 수행한다. 바닥에 설치된 라인을 이용하는 경우에는 적외선 반사값 분석 또는 라인 카메라를 이용하여 촬영된 라인의 기울기를 자이로 센서와 대조 후 기동하고 적외선/ 초음파 센서를 통한 단순 장애물 회피 랜덤 기동을 수행한다.The conventional method for making a map for an indoor mobile robot is to use an artificial colored object installed indoors or a line installed on the floor. In the case of using an object of artificial color installed indoors, when the robot moves and encounters an object of artificial color through image analysis, the next action and position recognition are performed. In the case of using a line installed on the floor, an infrared reflection value analysis or a line camera is used to compare the slope of the photographed line with a gyro sensor and start the simple obstacle avoidance random start using the infrared / ultrasound sensor.
그렇지만, 이러한 종래의 방법은 실내 환경 훼손 및 미관에 좋지 않은 문제점이 있고, 고가의 영상 분석 장비를 사용하여야 하기 때문에 로봇 기동 전의 환경 구축을 위한 비용 지출이 과다하다는 문제점들이 있었다.However, such a conventional method has a problem that it is not good for damage to the indoor environment and aesthetics, and because expensive image analysis equipment must be used, there is a problem that the cost for constructing the environment before the robot starts is excessive.
따라서, 본 발명의 목적은 간편하고 저가의 비용으로 실내 기동 로봇의 기동 경로 계획 수립을 위한 실내 지도를 작성하는 방법을 제공하는 것에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for creating an indoor map for planning a maneuvering route of an indoor maneuvering robot at a simple and low cost.
본 발명의 다른 목적은 작성된 실내 지도를 이용하여 로봇의 기동시의 위치를 판별하는 방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for determining the position at the start of the robot using the created indoor map.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실내 기동 로봇의 실내 지도 작성 방법은 실내 기동 로봇의 이동 경로 계획을 설정하기 위한 실내 지도를 작성하는 방법에 있어서, (a) 실내 면적에 대응하며 소정의 축척을 가지는 2차원 이진 배열 초기맵을 생성하는 단계, (b) 초기맵에서 방위각 및 로봇의 현재 위치를 설정하는 단계, (c) 로봇을 임의의 방향으로 이동시키면서 실내 공간에 존재하는 장애물의 위치를 파악하는 단계 그리고 (d) 장애물의 위치를 지도상에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an indoor map preparation method of an indoor maneuvering robot according to the present invention is a method of preparing an indoor map for setting a moving route plan of an indoor maneuvering robot. Generating a two-dimensional binary array initial map having a scale, (b) setting the azimuth angle and the current position of the robot in the initial map, and (c) positioning the obstacle in the interior space while moving the robot in any direction. And (d) displaying the position of the obstacle on the map.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 기동 위치 판단 방법은 (a) 로봇이 기동하면 메모리에 저장된 실내 지도를 독출하는 과정, (b) 실내 지도에 의해 커버되는 범위보다 적은 범위를 가지며 소정의 축척을 가지는 2차원 이진 배열 초기맵을 생성하고, 초기맵에서 방위각 및 로봇의 현재 위치를 설정하고, 로봇을 초기맵에 의해 커버되는 범위 내에서 이동시키면서 장애물의 위치를 파악하고, 장애물의 위치를 표시한 초기맵을 획득하는 과정 그리고 (c) 획득된 초기맵과 실내 지도를 비교하여 로봇의 기동 위치를 파악하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. Method for determining the starting position of the robot according to the present invention for achieving the above another object is (a) reading the indoor map stored in the memory when the robot starts, (b) less than the range covered by the indoor map Generate a two-dimensional binary array initial map with a predetermined scale, set the azimuth angle and the current position of the robot in the initial map, determine the position of the obstacle while moving the robot within the range covered by the initial map, And obtaining (c) comparing the acquired initial map and the indoor map to determine the starting position of the robot.
본 발명에 따른 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법에 의하면, 각종 행사장, 전시회, 백화점 등에서 사전에 몇 분~몇 시간 기동으로 실내 지도를 구축한 후 인력을 대체하여 로봇이 홍보 활동을 할 수 있게 하는 효과가 있다.According to the mapping method of the indoor maneuvering robot according to the present invention, the effect of allowing the robot to carry out promotional activities by constructing indoor maps by maneuvering several minutes to several hours in advance at various event venues, exhibitions, department stores, etc. There is.
또한, 본 발명은 구축된 지도의 좌표값이 있으므로 관리자는 사전에 이 지도를 보고 대표점에 특정 장소를 매칭시켜주고 고객이 이를 참조하여 원하는 장소를 설정하면 로봇이 해당 위치까지 안내함으로써 고객안내 및 미아 안내를 용이하게 실행할 수 있게 하는 효과가 있다.In addition, since the present invention has a coordinate value of the built map, the administrator sees this map in advance, matches a specific place to the representative point, and when the customer sets the desired place with reference to this, the robot guides the customer to the corresponding location by There is an effect to facilitate the guidance of the lost.
그리고 로봇이 직접 주변 지도를 작성함으로써 가변적인 환경에 대응이 가능하며 특정 장소가 아니라 어디에서나 고급인력이 지원 없이 활용될 수 있으며, 고가의 장비가 들어가지 않으므로 로봇의 기동 전의 주변 환경 구축을 위한 비용이 크게 소요되지 않는다는 효과가 있다.In addition, it is possible to cope with the variable environment by creating the surrounding map by the robot directly, and high-quality manpower can be used anywhere without support at a specific place, and because the expensive equipment is not included, the cost for building the surrounding environment before the robot is started This has the effect that it does not take much.
도 1은 본 발명에 따른 실내 지도 작성 방법에서 사용되는 초기맵의 구성 및 정치 방법을 도시한다.
도 2는 로봇의 기동시 자신의 초기 위치를 탐색하는 것을 도식적으로 도시한다.
도 3은 실내 지도 및 기동시 위치를 참조하여 로봇의 이동 경로를 설정하는 것을 도시한다. 1 is a block diagram illustrating a configuration and a political method of an initial map used in an indoor map preparation method according to the present invention.
Figure 2 diagrammatically shows the search for its initial position at the start of the robot.
3 illustrates setting a moving path of a robot with reference to an indoor map and a location at the time of starting.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실내 기동 로봇의 지도/좌표 작성 및 경로 계획 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a map / coordinate creation and route planning method of the indoor maneuvering robot according to the present invention.
로봇의 기동은 지도 구축 과정, 구축된 지도상에서의 로봇의 위치 판단 과정 그리고 경로 설정 과정을 통하여 이루어진다.The robot is started through the map construction process, the position determination process of the robot on the constructed map, and the route setting process.
본 발명은 실내 기동 로봇의 경로 계획 작성을 위한 실내 지도의 작성 방법 및 로봇 기동시의 초기위치 판단 방법을 개시한다.The present invention discloses a method of preparing an indoor map for preparing a route plan of an indoor maneuvering robot, and a method of determining an initial position at the start of a robot.
도 1은 본 발명에 따른 실내 지도 작성 방법에서 사용되는 초기맵의 구성 및 정치 방법을 도시한다. 초기맵은 실내 면적에 대응하며 소정의 축적을 갖도록 설정된다. 예를 들어, 로봇의 5cm만큼의 이동 거리는 좌표 상의 한 눈금에 해당하도록 설정된다. 초기맵은 이차원 배열을 가지며 가로 60,000 /세로 60,000일 때 시작 좌표점은 중앙점인 (30000,30000)이다. 실내 기동이라는 점과 현대 메모리 기술에서 볼 때 배열은 무한대 값으로 확장이 가능하다. 예를 들어, 1Gbyte SD RAM일 때 25,000 * 25,000 bit의 배열이 가능하며 한 칸이 5cm 단위일 때 1.25km2 공간의 지도 작성이 가능하다.1 is a block diagram illustrating a configuration and a political method of an initial map used in an indoor map preparation method according to the present invention. The initial map corresponds to the indoor area and is set to have a predetermined accumulation. For example, the moving distance of 5 cm of the robot is set to correspond to one scale on the coordinates. The initial map has a two-dimensional array and when the width is 60,000 / 60,000, the starting coordinate point is (30000,30000) which is the center point. In terms of indoor maneuvering and in modern memory technology, the array can be extended to infinite values. For example, an array of 25,000 * 25,000 bits is possible in 1Gbyte SD RAM, and a map of 1.25km 2 can be created in a unit of 5cm.
본 발명에 따른 지도 작성 방법에 있어서 로봇은 실내의 중앙 즉, 초기맵의 중앙점에서 기동을 시작하는 것으로 가정된다. 실제에 있어서, 충분한 크기의 이차원 배열이 주어진다면 로봇이 반드시 실내 중앙에서 기동할 필요는 없다. In the mapping method according to the present invention, it is assumed that the robot starts a maneuver at the center of the room, that is, the center point of the initial map. In practice, given a sufficiently large two-dimensional array, the robot does not necessarily have to maneuver in the center of the room.
로봇 기동 시작점에서 지자기 센서를 이용하여 방위각을 측정하고 방위각에 맞추어 초기맵을 정치시킨다. 통상적으로 이차원 배열의 중앙점을 통과하는 가상의 수직선을 정북 및 정남 방향으로 고정시키게 된다.The geomagnetic sensor is used to measure the azimuth at the starting point of the robot, and the initial map is fixed according to the azimuth. Typically, a virtual vertical line passing through the center point of the two-dimensional array is fixed in the north and south directions.
기동 시작점으로부터 로봇을 임의의 방향으로 이동시키면서 장애물의 위치를 검출한다. 장애물의 위치를 검출하기 위해서는 로봇의 이동 거리 및 방향 그리고 로봇으로부터 장애물까지의 거리를 검출하여야 한다. 로봇의 이동거리는 가속도 센서를 이용하여 검출하고 이동 방향은 방위각 센서에 의해 검출하며 그리고 로봇으로부터 장애물까지의 거리는 적외선 센서에 의해 검출한다.The position of the obstacle is detected while moving the robot in an arbitrary direction from the starting point of start. In order to detect the position of the obstacle, the moving distance and direction of the robot and the distance from the robot to the obstacle must be detected. The moving distance of the robot is detected using an acceleration sensor, the moving direction is detected by an azimuth sensor, and the distance from the robot to an obstacle is detected by an infrared sensor.
가속도 센서를 이용하여 로봇의 이동 거리를 계산함에 있어서, 자이로 센서를 통해 평지가 아닌 곳에서 발생하는 중력 가속도 값을 계산하여 이를 보상 상쇄하도록 할 수 있다. In calculating the moving distance of the robot by using the acceleration sensor, the gravitational acceleration value generated in the non-flat place may be calculated and compensated by the gyro sensor.
입력되는 가속도를 단위시간 동안의 이동 속도로 바꾸고, 방위각을 고려하여 이차원 배열의 초기맵에서 로봇의 좌표 및 장애물의 좌표를 검출하게 된다.The input acceleration is changed to the moving speed during the unit time, and the coordinates of the robot and the coordinates of the obstacle are detected from the initial map of the two-dimensional array in consideration of the azimuth angle.
로봇의 기동이 직각 방향으로 이루어질 경우 먼저 x축 기동에 대하여 장애물을 검출하고 이어서 y축 기동에 대하여 장애물을 검출한다. 지자기의 방위가 90도 회전했을 때 Y축 기동으로 인식하게 된다. When the robot is started in the perpendicular direction, an obstacle is first detected for the x-axis maneuver and then an obstacle is detected for the y-axis maneuver. When the bearing of the geomagnetic rotates 90 degrees, it is recognized as Y-axis maneuver.
로봇의 네 귀퉁이에 부착된 초음파/적외선 장치를 이용하여 주변 장애물을 탐지한다. 탐지거리에 장애물이 없으면 무시하며 탐지시 배열에 1로 저장한다. 예를 들어, 시작시 우측으로 15cm 기동 후 로봇의 왼쪽 센서에서 20cm 떨어진 곳의 벽(장애물)을 발견하면 배열상 (29985,29980)에 표시하게 된다. 하나의 콘택트를 위해 ADC(Analog Digital Converter)를 4분주하여 500번의 평균값을 측정하게 되고 이를 다시 5번의 연속되는 하는 방법으로 측정 오차를 줄인다. 위와 같이 연속적으로 기동하면서 로봇의 주변 장애물을 검출하고 이를 이차원 배열에 저장하게 된다.Surrounding obstacles are detected using ultrasonic / infrared devices attached to the four corners of the robot. If there is no obstacle at the detection distance, it is ignored and stored as 1 in the array when detected. For example, after starting 15cm to the right at the start, if a wall (obstacle) is found 20cm away from the robot's left sensor, it is displayed on the array (29985, 29980). The ADC (Analog Digital Converter) is divided into four for one contact, and the average value of 500 times is measured, and the measurement error is reduced by 5 successive times. As described above, the robot continuously detects obstacles around the robot and stores them in a two-dimensional array.
실측에 따르는 시간이 충분할 때 이 연속 측정값을 늘려 지도의 오차율을 줄일 수 있다.When there is sufficient time to measure, this continuous measurement can be increased to reduce the error rate of the map.
로봇의 랜덤 기동을 통해 실제 기동 환경의 크기에 따라 이 작업을 계속 하여 지도를 구축하고 완성된 지도를 로봇의 메모리에 저장한다. Random operation of the robot allows the robot to continue with this task, depending on the size of the actual maneuvering environment, to construct a map and to store the completed map in the robot's memory.
도 2는 로봇의 기동시 자신의 초기 위치를 탐색하는 것을 도식적으로 도시한다. 로봇의 기동시 자신의 초기 위치를 탐색하는 것은 기작성된 실내 지도와 기동 후 소정의 범위 내에서 작성된 작은 지도를 비교함에 의해 달성된다. Figure 2 diagrammatically shows the search for its initial position at the start of the robot. Searching for its initial position at the start of the robot is accomplished by comparing a pre-made indoor map with a small map created within a predetermined range after the start.
즉, 로봇이 기동하면 저장된 실내 지도(100)를 불러오고, 초기 지도 작성과 같은 방식으로 주변을 기동 후 작성된 작은 지도(300)를 저장된 지도(100)와 바이너리 서치 방식으로 비교한다.That is, when the robot starts up, the stored
구체적으로 두 지도(100, 300)의 방위각이 서로 일치하도록 작은 지도(300)를 회전시킨 후 배열의 (0,0)에서(END,END)까지 작은 지도(300)를 비트 단위로 쉬프트시켜가며 작은 지도(300)와 일치되는 배열을 가지는 좌표를 찾는다.Specifically, after rotating the
이는 토마호크의 탐색 방식 즉, 촬영한 화상과 위성 사진 간의 바이너리 비트 분석 대조와 흡사하다.
This is similar to Tomahawk's search method: binary bit analysis contrast between captured and satellite images.
*90% 이상의 배열 화소 일치시 자신의 좌표를 저장된 지도에서 가져 오고 그렇지 않을 때 위의 과정을 반복한다. * If the array pixels match more than 90%, get their coordinates from the saved map, otherwise repeat the above procedure.
실내 지도 및 로봇의 위치가 확인되면 로봇의 이동 경로를 설정할 수 있다.Once the indoor map and the location of the robot are confirmed, the movement path of the robot can be set.
도 3은 실내 지도 및 기동시 위치를 참조하여 로봇의 이동 경로를 설정하는 것을 도시한다. 3 illustrates setting a moving path of a robot with reference to an indoor map and a location at the time of starting.
먼저, 실내 지도를 작성한다(s300) 도 1을 참조하여 설명된 방식에 따라 실내 지도를 작성한다.First, an indoor map is created (s300). An indoor map is created according to the method described with reference to FIG. 1.
로봇 기동시의 위치를 파악한다(s310). 도 2를 참조하여 설명된 방식에 따라 실내에서의 로봇의 기동 위치를 파악한다.The position at the time of robot startup is determined (s310). Determine the starting position of the robot in the room in the manner described with reference to FIG.
로봇을 이동시키기 위한 목표 구역을 입력한다(s320). 고객 혹은 관리자는 터치 스크린상에 표시되는 지도를 보면서 목표 구역을 입력한다. 관리자는 터치 스크린을 통해 해당 점을 특정위치로 기억되게 할 수 있다. 가령 (28000~28100, 14000~14100)에서 대표점 (28050,14050)으로 ‘화장실’로 표기할 수 있다.Input a target area for moving the robot (s320). The customer or manager enters the target area while viewing the map displayed on the touch screen. The administrator can have the point stored in a specific location via the touch screen. For example, you can write 'toilet' as the representative point (28050,14050) at (28000 ~ 28100, 14000 ~ 14100).
로봇의 현재 지점으로부터 목표 구역까지의 이동 경로를 계획한다(s330). 목표 구역으로의 이동은 작성된 지도에서 목표 구역과 현재 자신의 좌표를 참조하여 두 지점간에 장애물이 없는 경로를 통하게 된다. 직각 이동 로봇의 경우 최단 경로가 아닌 직각 경로로 기동하게 된다. A movement path from the current point of the robot to the target area is planned (s330). The movement to the target area is based on the obstacle-free path between the two points by referring to the target area and the current coordinates of the map. In the case of a right-angle mobile robot, the robot is maneuvered at a right angle path, not the shortest path.
장애물 통과시에는 좌우 장애물 값의 중간값 좌표로 이동한다. When the obstacle passes, it moves to the middle value coordinate of the left and right obstacle values.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.
Claims (4)
(a) 실내 면적에 대응하며 소정의 축척을 가지는 2차원 이진 배열 초기맵을 생성하는 단계;
(b) 상기 초기맵에서 방위각 및 로봇의 현재 위치를 설정하는 단계;
(c) 로봇을 임의의 방향으로 이동시키면서 실내 공간에 존재하는 장애물의 위치를 파악하는 단계; 및
(d) 상기 장애물의 위치를 지도상에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법.In the method of making the indoor map for setting the movement route plan of the indoor mobile robot,
(a) generating a two-dimensional binary array initial map corresponding to the indoor area and having a predetermined scale;
(b) setting an azimuth angle and a current position of the robot in the initial map;
(c) determining the position of an obstacle existing in the indoor space while moving the robot in an arbitrary direction; And
and (d) displaying the position of the obstacle on a map.
상기 로봇에 장착된 가속도 센서 및 방위각 센서를 이용하여 상기 로봇의 이동 거리 및 이동 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법.The method of claim 1, wherein step (c)
And a moving distance and a moving direction of the robot using an acceleration sensor and an azimuth sensor mounted on the robot.
상기 로봇에 장착된 적외선 센서를 이용하여 장애물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법.The method of claim 2, wherein step (c)
And a position of the obstacle is detected using an infrared sensor mounted on the robot.
(a) 로봇이 기동하면 메모리에 저장된 실내 지도를 독출하는 과정;
(b) 상기 실내 지도에 의해 커버되는 범위보다 적은 범위를 가지며 소정의 축척을 가지는 2차원 이진 배열 초기맵을 생성하고, 상기 초기맵에서 방위각 및 로봇의 현재 위치를 설정하고, 로봇을 상기 초기맵에 의해 커버되는 범위 내에서 이동시키면서 장애물의 위치를 파악하고, 상기 장애물의 위치를 표시한 초기맵을 획득하는 과정; 및
(c) 상기 획득된 초기맵과 상기 실내 지도를 비교하여 상기 로봇의 기동 위치를 파악하는 과정을 포함하는 실내 기동 로봇의 기동 위치 판별 방법.In the method of determining the starting position of the indoor starting robot,
(a) reading the indoor map stored in the memory when the robot starts;
(b) generating a two-dimensional binary array initial map having a range smaller than the range covered by the indoor map and having a predetermined scale, setting an azimuth angle and the current position of the robot in the initial map, and mapping the robot to the initial map. Grasping the position of the obstacle while moving within the range covered by and obtaining an initial map indicating the position of the obstacle; And
(c) comparing the obtained initial map and the indoor map to determine a starting position of the robot.
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