JP4763353B2 - 移動ロボットの動き追跡装置及びその動き追跡方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット掃除機のような移動ロボットに関し、特に、移動ロボットの動き追跡装置及び移動ロボットの動き追跡方法に関する。

一般的に、移動ロボットの一種であるロボット掃除機は、使用者の操作がなくても所望の掃除区域内を自ら走行しながら床面からホコリなどの異質物を吸入することによって、掃除しようとする区域を自動で掃除する機器のことを言う。

このようなロボット掃除機は、内蔵プログラムに従って予め設定された掃除経路を走行しながら掃除動作を遂行するが、このように予め設定された掃除経路を自動に走行しながら掃除動作を遂行するためには、ロボット掃除機の位置、ロボット掃除機の走行距離及びロボット掃除機の周囲の障害物などを感知するための多数のセンサーが使用される。

このようなロボット掃除機が予め設定された掃除経路を正確に走行して掃除動作を遂行するためには、多くの高価のセンサーが必要であるため、前記ロボット掃除機の内部構造が複雑になり、製造単価が上昇するという問題点があった。

このような問題点を解決するために、任意の掃除経路を走行しながら掃除をするランダム方式によって掃除動作を遂行するロボット掃除機が開発された。

図３は、従来の技術によるロボット掃除機の走行装置の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、従来の技術によるロボット掃除機の走行装置は、ロボット掃除機が所定領域を直進する途中で、衝突が発生すると、その衝突により障害物を感知する障害物感知部１と、障害物感知部１から出力される信号により、前記ロボット掃除機の走行を停止させた後、ランダム方式によってランダム角度を生成し、前記生成されたランダム角度を前記ロボット掃除機の回転角度として適用して前記ロボット掃除機を回転させる制御部２と、制御部２から発生した制御信号により、前記ロボット掃除機の左輪モータ５を所定速度で駆動する左輪モータ駆動部３と、制御部２から発生した制御信号により、前記ロボット掃除機の右輪モータ６を所定速度で駆動する右輪モータ駆動部４と、からなる。

以下、図４を参照して、このような従来の技術によるロボット掃除機の走行方法動作を説明する。
図４は、従来の技術によるロボット掃除機の走行方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、従来の技術によるロボット掃除機の走行方法は、使用者により掃除命令が入力されると、ロボット掃除機を直進させながら、障害物を感知する段階(Ｓ１〜Ｓ３)と、前記感知する段階において、障害物が感知されたことにより、前記ロボット掃除機を停止させた後、ランダム方式により任意のランダム角度を生成する段階(Ｓ４)と、前記生成されたランダム角度を前記ロボット掃除機の回転角度にして、前記ロボット掃除機を前記回転角度によって回転させる段階(Ｓ５)と、前記回転されたロボット掃除機を直進させる段階(Ｓ６)と、前記ロボット掃除機が直進しながら、前記ロボット掃除機の掃除完了可否を判断して、前記ロボット掃除機の掃除が完了したと判断された時に前記ロボット掃除機の走行を停止させる段階(Ｓ７)と、からなる。

以下、従来の技術によるロボット掃除機の走行方法をさらに詳細に説明する。
まず、使用者により前記ロボット掃除機の掃除命令が入力されると(Ｓ１)、制御部２は、前記ロボット掃除機が直進するように、左輪モータ５の駆動速度と右輪モータ６の駆動速度を一致させる制御信号を出力する。
左輪モータ駆動部３は、前記出力した制御信号によって左輪モータ５を駆動させ、且つ右輪モータ駆動部４は、前記出力した制御信号によって右輪モータ６を駆動させる。従って、このように駆動する左輪モータ５及び右輪モータ６により、前記ロボット掃除機は直進する(Ｓ２)。

前記ロボット掃除機が直進する間に、前記ロボット掃除機が任意の障害物に衝突すると、障害物感知部１は、前記衝突により発生する衝撃量によって障害物の存在を感知し、前記障害物の感知による障害物感知信号を制御部２に印加する(Ｓ３)。

これによって、前記制御部２は、前記印加された障害物感知信号をもとに前記ロボット掃除機の走行を停止させた後、ランダム方式により任意のランダム角度を生成し(Ｓ４)、前記生成されたランダム角度をもとに前記ロボット掃除機の回転角度とするための制御信号を出力する。このとき、制御部２は、前記ロボット掃除機が前記回転角度だけ回転するように、左輪モータ５の速度と前記右輪モータ６の速度を異ならせる制御信号を左輪モータ駆動部３及び右輪モータ駆動部４に出力する。

従って、左輪モータ駆動部３は、制御部２から出力された制御信号により左輪モータ５を駆動させ、且つ右輪モータ駆動部４は、制御部２から出力された制御信号により右輪モータ６を駆動させることによって、前記ロボット掃除機は、前記任意のランダム角度で回転する(Ｓ５)。

その後、制御部２は、左輪モータ５の速度と右輪モータ６の速度を一致させる制御信号を左輪モータ駆動部３及び右輪モータ駆動部４に出力することによって、前記ロボット掃除機を直進させる(Ｓ６)。

さらにその後、前記ロボット掃除機は直進しながら、前記ロボット掃除機の掃除完了可否を判断し、前記ロボット掃除機の掃除が完了したと判断される場合は、前記ロボット掃除機の走行を停止することによって前記ロボット掃除機の掃除を終了して、前記ロボット掃除機の掃除が完了しなかったと判断される場合、前記障害物を感知する段階に戻ることによって掃除動作を反復遂行する。

前述したロボット掃除機は、掃除機能だけでなく、最近はマルチメディア機能が含まれた新しい概念のロボット掃除機が開発されている。
即ち、ロボット掃除機を利用して外部インターネットに接続したり無線移動通信ネットワークに接続し、多様なコンテンツをダウンロードして再生または運用し得るロボット掃除機が開発されている。

また、前記ロボット掃除機は、カメラを利用することによって、前記ロボット掃除機の周辺環境の変化や動きを追跡する用途として使用されている。

従来技術のロボット掃除機のような移動ロボットに内蔵されたカメラを利用して、前記移動ロボットの周辺環境の変化や動きを追跡する技術は、前記移動ロボットに内蔵されたカメラにより特定物体を撮影した現在映像とその後の未来映像とを抽出した後、前記抽出された２つの映像の差映像(difference image)を求めることで前記特定物体の動きを追跡するが、前記特定物体の動きが大きい部分であるほど、差映像の値が大きくなり、前記動きが大きい部分は白色に見える。

しかしながら、従来の技術による移動ロボットの特定物体の動き追跡技術は、抽出された現在映像の全ての画素とその後の未来映像の全ての画素を１:１に比較しなければならないため、長時間の演算時間が必要であるという問題点があった。

従って、本発明の目的は、特定物体を撮影した現在映像の全ての画素と所定時間前に前記特定物体を撮影した以前映像の全ての画素のうち、予め設定された基準領域の枠に該当する画素のみの差映像に基づいて前記特定物体の動きを追跡することによって、前記特定物体の動きを追跡するために画素を比較する演算量を画期的に減少させることができると共に、前記特定物体の四方に対する動きを効率的に感知し得る移動ロボットの動き追跡装置及びその方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明による移動ロボットの動き追跡装置は、 特定物体を撮影するカメラと、前記カメラによって撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する動き追跡映像生成部と、前記現在映像の基準領域の枠の画素と以前映像の基準領域の枠の画素の差映像を抽出する差映像抽出部と、前記抽出された差映像に基づいて、前記特定物体の動きを追跡するマイクロコンピュータと、から構成される。

さらに、上述の目的を達成するために、本発明による移動ロボットの動き追跡方法は、 特定物体を撮影する段階と、前記撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する段階と、前記生成された現在映像の基準領域の枠の画素と所定時間前の以前映像の基準領域の枠の画素の差映像を抽出する段階と、前記抽出された差映像に基づいて前記特定物体の動きを追跡する段階と、からなる。

本発明による移動ロボットの動き追跡装置及びその方法は、特定物体を撮影した現在映像の全ての画素と所定時間前に前記特定物体を撮影した以前映像の全ての画素のうち、予め設定された基準領域の枠に該当する画素のみの差映像に基づいて前記特定物体の動きを追跡することによって、前記特定物体の動きを追跡するために画素を比較する演算量を画期的に減少させることができると共に、前記特定物体の四方に対する動きを効率的に感知し得るという効果がある。

以下、図１及び図２を参照して、本発明による移動ロボットの動き追跡装置及びその方法の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明による移動ロボットの動き追跡装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明による移動ロボットの動き追跡装置は、特定物体を撮影するカメラ１０と、前記カメラによって撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する動き追跡映像生成部２０と、前記現在映像の基準領域の枠の画素と以前映像の基準領域の枠の画素との差映像(difference image)を抽出する差映像抽出部３０と、前記抽出された差映像に基づいて、前記特定物体の動きを追跡するマイクロコンピュータ４０と、から構成される。

以下、図２を参照して、本発明による移動ロボットの動き追跡装置の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明による移動ロボットの動き追跡方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、本発明による移動ロボットの動き追跡方法は、特定物体を撮影する段階(Ｓ４１)と、前記撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する段階(Ｓ４２)と、前記生成された現在映像の前記基準領域の枠の画素と所定時間前の以前映像の基準領域の枠の画素との差映像を抽出する段階(Ｓ４３)と、前記抽出された差映像に基づいて前記特定物体の動きを追跡する段階(Ｓ４４)と、からなる。

以下、前記本発明による移動ロボットの動き追跡方法を詳細に説明する。
まず、使用者により、前記移動ロボットの動き追跡モードが選択されると、前記移動ロボットは、前記移動ロボットに取り付けられたカメラ１０を利用して動いている特定物体の映像を撮影する(Ｓ４１)。前記撮影された特定物体の映像を追跡映像生成部２０に出力する。

動き追跡映像生成部２０は、前記特定物体の動きを追跡するために、前記入力された特定物体の映像に前記基準領域を設定する(Ｓ４２)。さらに、動き追跡映像生成部２０は、前記基準領域が設定された映像を差映像抽出部３０に出力する。ここで、前記基準領域は、使用者により予め設定される。さらに、前記基準領域は、多様な多角形に具現されることができ、その大きさも可変的である。ここで、前記基準領域は、四角形であることが望ましい。

差映像抽出部３０は、動き追跡映像生成部２０から現在出力される前記基準領域が設定された現在映像の基準領域の枠に該当する画素と所定時間前の以前映像の基準領域の枠に該当する画素とを比較し、前記比較結果値に基づいて差映像を抽出する(Ｓ４３)。差映像抽出部３０は、前記抽出された差映像を前記マイクロコンピュータ４０に出力する。ここで、差映像抽出部３０は、前記現在映像の前記基準領域の枠に該当する画素と前記以前映像の前記基準領域の枠に該当する画素とを比較するために、前記以前映像の全ての画素のうち前記基準領域に該当する画素の情報のみを貯蔵部に貯蔵することもでき、前記以前映像の全ての画素の情報を貯蔵することもできる。しかしながら、前記以前映像の全ての画素のうち前記基準領域に該当する画素の情報を貯蔵することが望ましい。ここで、２つの映像の差映像を抽出することは、従来技術であるので、ここでは、差映像の抽出方法の説明は省略する。

マイクロコンピュータ４０は、前記入力された差映像に基づいて前記特定物体の動き(例えば、上、下、左または右)を追跡する。前記基準領域が四角形である場合、前記四角形の上辺、下辺、右辺、または左辺に存在する画素の相違点(差映像)のみに基づいて前記特定物体の動きを追跡する(Ｓ４４)。

実施形態として、前記基準領域が四角形である場合、マイクロコンピュータ４０は、前記現在映像の前記四角形の四辺に該当する画素と前記以前映像の前記四角形の四辺に該当する画素との差異点(差映像)のみをチェックする。ここで、画素の差異点が存在する場合、前記差異点が現れる部分は、差映像において白色に見える。
以下、例を挙げて、より詳細に説明する。

前記基準領域を横‘１５０’及び縦‘１００’の大きさの四角形に決めた場合、従来の技術による移動ロボットの動き追跡装置は、特定物体を追跡するために現在映像と以前映像の１５０×１００＝１５０００個の画素とを比較する演算過程が必要であるが、本発明による移動ロボットの動き追跡装置は、前記四角形の上辺１００、下辺１００、右辺１５０、左辺１５０の長さの合計である５００個の画素のみを比較する演算を遂行すれば良い。また、前記特定物体が前記四角形の中のみで動いて、前記四角形の四辺のうちいずれの一ヶ所も横切って動かないと、前記現在映像の前記四角形の四辺に該当する画素と前記以前映像の前記四角形の四辺に該当する画素との差が存在しない。従って、差映像で白色部分に見える部分は存在しない。従って、マイクロコンピュータ４０は、前記特定物体の動きを無視し(感知できず)、カメラ１０を動かさない。反面、前記特定物体が前記四角形の右辺を横切って動くと、現在映像と以前映像の前記四角形の四辺のうち右辺に該当する画素に差が存在するので、差映像が存在する。従って、マイクロコンピュータ４０は、前記特定物体が右に動いたことを認識してカメラ１０を右側に動かす。また、前記特定物体が前記四角形の上辺を横切って動くと、前記四角形の四辺のうち上辺に該当する画素に差が存在するので、差映像が存在する。従って、マイクロコンピュータ４０は、前記特定物体が上側に動いたことを認識してカメラ１０を上側に動かす。

同様な方式によって、前記特定物体が前記四角形の左辺を横切って動くと、マイクロコンピュータ４０は、カメラ１０を左側に動かし、前記特定物体が前記四角形の下辺を横切って動くと、マイクロコンピュータ４０は、カメラ１０を下側に動かす。ここで、前記四角形の大きさは、使用者のより可変的である。

以下、前記本発明による移動ロボットの動き追跡方法の他の実施形態を説明する。
本発明による移動ロボットの動き追跡方法の他の実施形態は、特定物体を撮影する段階と、現在撮影された特定物体の現在映像の画素のうち予め設定された基準領域の枠に該当する画素と所定時間前に撮影された特定物体の以前映像の画素のうち前記基準領域の枠に該当する画素とを比較する段階と、前記比較結果に基づいて前記特定物体の動きを追跡する段階と、からなる。ここで、前記画素を比較する段階は、前記現在映像の前記基準領域に該当する映像と前記以前映像の前記基準領域に該当する映像の差映像のみを抽出する段階をさらに含む。

ここで、差映像を抽出する方法と、前記抽出された差映像に基づいて前記移動ロボットのカメラを動かす方法は、前述した実施形態と同様である。
本発明は、特定物体を撮影した映像に一定基準を有した基準領域を設定した後、現在映像及び以前映像の全ての画素のうち前記基準領域の枠に該当する画素の差のみを感知して特定物体の動きを追跡するようにしたものである。

本発明による移動ロボットの動き追跡装置の構成を示すブロック図である。 本発明による移動ロボットの動き追跡方法を示すフローチャートである。 従来の技術によるロボット掃除機の走行装置の構成を示すブロック図である。 従来の技術によるロボット掃除機の走行方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ カメラ
２０ 動き追跡映像生成部
３０ 差映像抽出部
４０ マイクロコンピュータ

Claims (18)

1. 特定物体を撮影するカメラと、
   前記カメラによって撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する動き追跡映像生成部と、
   前記現在映像の基準領域の枠の画素と以前映像の基準領域の枠の画素の差映像を抽出する差映像抽出部と、
   前記抽出された差映像における前記現在映像の基準領域の枠の画素と前記以前映像の基準領域の枠の画素との相違点を利用して、前記特定物体が前記基準領域の枠を構成する複数の辺のうちの少なくともいずれか一辺を含む特定の辺を横切って動いた場合に、前記特定の辺に該当する画素に生じる差映像に基づいて前記特定物体が前記特定の辺側に動いたことを認識して前記カメラを前記特定の辺側に動かすことにより前記特定物体の動きを追跡するマイクロコンピュータと、
   を含み、且つ
   前記現在映像に設定される基準領域と前記以前映像の基準領域は同一であることを特徴とする移動ロボットの動き追跡装置。
2. 前記以前映像の基準領域の枠に該当する画素に対する情報を貯蔵する貯蔵部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボットの動き追跡装置。
3. 前記以前映像の全ての画素に対する情報を貯蔵する貯蔵部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボットの動き追跡装置。
4. 前記基準領域の形状は、多様に形成され、前記基準領域の大きさは、可変できることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボットの動き追跡装置。
5. 特定物体を撮影する段階と、
   前記撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する段階と、
   前記生成された現在映像の基準領域の枠の画素と所定時間前の以前映像の基準領域の枠の画素の差映像を抽出する段階と、
   前記抽出された差映像における前記現在映像の基準領域の枠の画素と前記以前映像の基準領域の枠の画素との相違点を利用して、前記特定物体が前記基準領域の枠を構成する複数の辺のうちの少なくともいずれか一辺を含む特定の辺を横切って動いた場合に、前記特定の辺に該当する画素に生じる差映像に基づいて前記特定物体が前記特定の辺側に動いたことを認識して前記カメラを前記特定の辺側に動かすことにより前記特定物体の動きを追跡する段階と、
   を含み、且つ
   前記現在映像に設定される基準領域と前記以前映像の基準領域は同一であることを特徴とする移動ロボットの動き追跡方法。
6. 前記差映像を抽出する段階は、
   前記以前映像の前記基準領域の枠に該当する画素に対する情報を貯蔵する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の移動ロボットの動き追跡方法。
7. 前記差映像を抽出する段階は、
   前記以前映像の全ての画素に対する情報を貯蔵する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の移動ロボットの動き追跡方法。
8. 前記基準領域の形状は、多様に形成され、前記基準領域の大きさは、可変できることを特徴とする請求項５に記載の移動ロボットの動き追跡方法。
9. 特定物体を撮影する段階と、
   現在撮影された特定物体の現在映像の画素のうち予め設定された基準領域の枠に該当する画素と所定時間前に撮影された特定物体の以前映像の画素のうち前記基準領域の枠に該当する画素とを比較する段階と、
   前記比較結果に基づいて、前記特定物体が前記基準領域の枠を構成する複数の辺のうちの少なくともいずれか一辺を含む特定の辺を横切って動いた場合に、前記特定の辺に該当する画素に生じる差映像に基づいて前記特定物体が前記特定の辺側に動いたことを認識して前記カメラを前記特定の辺側に動かすことにより前記特定物体の動きを追跡する段階と、
   を含むことを特徴とする移動ロボットの動き追跡方法。
10. 前記画素を比較する段階は、
    前記現在映像の前記基準領域に該当する映像及び前記以前映像の前記基準領域に該当する映像の差映像のみを抽出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の移動ロボットの動き追跡方法。
11. 特定物体を撮影するカメラと、
    前記カメラによって撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する動き追跡映像生成部と、
    前記現在映像の基準領域の枠の画素と以前映像の基準領域の枠の画素の差映像を抽出する差映像抽出部と、
    前記抽出された差映像における前記現在映像の基準領域の枠の画素と前記以前映像の基準領域の枠の画素との相違点を利用して、前記特定物体が前記基準領域の枠を構成する複数の辺のうちの少なくともいずれか一辺を含む特定の辺を横切って動いた場合に、前記特定の辺に該当する画素に生じる差映像に基づいて前記特定物体が前記特定の辺側に動いたことを認識して前記カメラを前記特定の辺側に動かすことにより前記特定物体の動きを追跡するマイクロコンピュータと、
    を含み、且つ
    前記現在映像に設定される基準領域と前記以前映像の基準領域は同一であることを特徴とする動き追跡装置。
12. 前記以前映像の前記基準領域の枠に該当する画素に対する情報を貯蔵する貯蔵部をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の動き追跡装置。
13. 前記以前映像の全ての画素に対する情報を貯蔵する貯蔵部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の動き追跡装置。
14. 前記基準領域の形状は、多様に形成され、前記基準領域の大きさは、可変できることを特徴とする請求項１１に記載の動き追跡装置。
15. 特定物体を撮影する段階と、
    前記撮影された特定物体の現在映像に基準領域を設定し、前記基準領域が設定された現在映像を生成する段階と、
    前記生成された現在映像の前記基準領域の枠の画素と所定時間前の以前映像の基準領域の枠の画素の差映像を抽出する段階と、
    前記抽出された差映像における前記現在映像の基準領域の枠の画素と前記以前映像の基準領域の枠の画素との相違点を利用して、前記特定物体が前記基準領域の枠を構成する複数の辺のうちの少なくともいずれか一辺を含む特定の辺を横切って動いた場合に、前記特定の辺に該当する画素に生じる差映像に基づいて前記特定物体が前記特定の辺側に動いたことを認識して前記カメラを前記特定の辺側に動かすことにより前記特定物体の動きを追跡する段階と、
    を含み、且つ
    前記現在映像に設定される基準領域と前記以前映像の基準領域は同一であることを特徴とする動き追跡方法。
16. 前記差映像を抽出する段階は、
    前記以前映像の前記基準領域の枠に該当する画素に対する情報を貯蔵する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の動き追跡方法。
17. 前記差映像を抽出する段階は、
    前記以前映像の全ての画素に対する情報を貯蔵する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の動き追跡方法。
18. 前記基準領域の形状は、多様に形成され、前記基準領域の大きさは、可変できることを特徴とする請求項１５に記載の動き追跡方法。

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