KR100586648B1 - 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법에 관한 것으로, 그 목적은 어안렌즈가 장착된 씨씨디(CCD) 카메라부에 의해 천장영상정보를 획득하여 청소용 로봇의 자기위치를 정확하게 인식하고, 이를 통해 청소작업을 신속하고 정확하게 수행하여 청소효율을 증대시킬 수 있는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법을 제공하는 것이다.

청소용 로봇의 자기 위치 추정방법에 있어서; 천장영역에 대한 지도를 작성하여 특정 요소를 입력하는 천장형상 설정단계와, 상기 주행하는 로봇의 카메라 및 어안렌즈를 통해 천장영역의 영상을 획득하여 특정요소를 표현하는 영상획득단계와, 상기 획득된 천장 영상과 미리 입력/설정된 천장지도의 특정요소를 대비하는 영상대비단계와, 상기 영상대비에 의해 실제위치를 파악하고 설정값에 맞도록 자세를 보정하는 실제위치 확인 및 보정단계를 통해 청소용 로봇의 자기 위치를 추정하고 자세를 보정할 수 있는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법을 제공함에 있다.

청소용로봇, 자기위치, 위치추정, 천장정보, 특정요소

Description

천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법 {The methode of self-localization for cleaning robot using ceiling image}

도 1 은 본 발명에 따른 개략적 구성을 보인 블록도

도 2 는 본 발명에 따른 흐름을 보인 순서도

도 3 은 본 발명에 따른 로봇의 구성을 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 아파트 거실 천장정보의 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

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(10) : 어안렌즈가 장착된 씨씨디(CCD) 카메라부
(100) : 로봇제어부 (110) : 로봇구동부

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(120) : 천장 (200) : 청소용 로봇

본 발명은 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법에 관한 것으로, 어안렌즈가 설치된 카메라부에 의해 획득된 천장영상정보와 설정된 천장영상정보를 비교하여 자기위치를 추정할 수 있는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법에 관한 것이다.

일반적으로 청소용 로봇은 본체 상에 설치된 초음파 센서를 이용하여 벽이나 장애물로 둘러싸인 청소영역의 외곽을 주행하여 청소할 영역을 결정하고, 결정된 청소 영역을 청소하기 위한 청소경로를 계획한 다음, 바퀴의 회전수 및 회전각도를 검출하는 센서를 통해 검출된 신호로부터 주행거리 및 현재 위치를 산출하면서 계획된 청소경로를 주행할 수 있도록 바퀴를 구동시키게 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 위치인식방법은 청소기가 주행하는 동안 바퀴의 슬립, 바닥면의 굴곡 등에 의해 센서로 검출된 신호로부터 산출된 주행거리 및 이동 위치와 실제 주행거리 및 위치 사이에 오차가 발생하게 되며, 이러한 위치 인식오차는 청소기가 주행하면 할 수록 누적되어 오차량이 커지게 되는 경향이 있었다.

이와 같은 오차량의 증가에 의해 청소기가 계획된 청소경로를 이탈하게 되기도 하며, 청소작업이 수행되지 않는 영역이 발생되고, 반대로 특정구역을 다수번 반복적으로 청소하게 되는 등 비효율적인 문제점들이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 어안렌즈가 장착된 카메라부에 의해 천장의 전체 외곽형태가 표현되는 천장영상정보를 획득하여 청소용 로봇의 자기위치를 정확하게 인식하고, 이를 통해 청소작업을 신속하고 정확하게 수행하여 청소효율을 증대시킬 수 있는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법을 제공하는 것이다.

청소용 로봇의 자기 위치 추정방법에 있어서; 천장영역에 대한 지도를 작성하여 특정 요소를 입력하는 천장형상 설정단계와, 상기 주행하는 로봇의 카메라 및 어안렌즈를 통해 천장영역의 영상을 획득하여 특정요소를 표현하는 영상획득단계와, 상기 획득된 천장 영상과 미리 입력/설정된 천장지도의 특정요소를 대비하는 영상대비단계와, 상기 영상대비에 의해 실제위치를 파악하는 실제위치 확인단계를 통해 청소용 로봇의 자기 위치를 추정하고 이를 설정값에 맞도록 보정할 수 있는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법을 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 개략적 구성을 보인 블록도를, 도 2 는 본 발명에 따른 흐름을 보인 순서도를, 도 3 은 본 발명에 따른 로봇의 구성을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 아파트 거실 천장정보의 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 천장의 특징적 요소 즉, 천장모서리, 천장의 전체형상, 천장과 벽면의 경계선 등을 이용하여 천장 외곽라인에 대한 천장지도를 작성하고, 상기 작성된 천장지도를 설정값으로 하며, 청소용 로봇의 주행에 따라 카메라부에 의해 획득된 천장영상과 천장영역 설정값을 대비하여, 청소용 로봇의 현재위치를 추정하도록 되어 있다. 즉, 본 발명은 천장영역에 대한 형상을 작성하여 특징적 요소를 입력하는 천장형상 설정단계와, 상기 주행하는 로봇의 카메라 및 어안렌즈를 통해 천장형상의 영상을 획득하여 처리하는 영상획득단계와, 상기 획득된 천장 영상과 미리 입력/설정된 천장지도를 대비하는 영상대비단계와, 상기 영상대비에 의해 실제위치를 파악하고 설정값에 맞도록 자세를 보정하는 실제위치 확인 및 보정단계를 통해 청소용 로봇의 자기 위치를 추정하고 설정값에 맞도록 자세를 보정하도록 되어 있다.

상기 천장형상 설정단계는 청소용 로봇을 사용하고자 하는 장소의 천장을 지도화하는 것으로, 도 3 에 도시된 바와 같은 청소용 로봇(200)에 설치된 어안렌즈가 장착된 씨씨디(CCD) 카메라부(10)를 이용하여 개략적인 천장형상을 작성하고, 개략적인 천장형상이 완성되면, 다시 천장의 외곽으로부터 청소용 로봇을 이동시켜 영상의 중심에 특징적 요소가 위치하게 되면, 크기와 모양을 결정하여 천장의 특징점으로 모양 위치를 입력하여 특정요소를 포함하는 세부 형상을 작성한다. 이때, 상기 특정요소로는 천장모서리, 천장과 벽면의 경계선, 천장의 전체형상 등을 사용할 수 있으며, 이와 같은 특정요소를 이용한 천장지도는 천장의 전체 외곽라인을 중심으로 설정된다. 또한, 상기 천장형상 설정단계는 반드시 천장의 전체지도를 완성할 필요는 없으며, 로봇이 천장의 특정형상을 인식하는 정도이면 충분하다.
즉, 이를 좀더 구체적으로 설명하면, 청소용 로봇을 사용 예정인 공간상에 배치하면 로봇은 로봇에 설치되어 있는 다양한 거리센서에 의해 벽면을 추종하며 일정 이동 거리별로 천장영상을 촬영한다. 이때, 출발 지점으로부터 이동한 위치값이 영상과 함께 데이터 베이스에 저장된다. 또한, 촬영과정은 벽면 추종을 시작했던 지점에 로봇이 다시 위치하면 종료되도록 되어 있으며, 이때, 로봇은 데이터 베이스에 저장된 영상들을 취합하여 한장의 이동 공간 전체 천장 영상을 만들게 되고, 이러한 천장 영상은 일련의 영상처리 과정을 통하여 지도화되게 된다. 상기 영상처리는 천장 영상에서 천정과 벽면 영역을 분리하여 천장영역만을 추출한 후 천장영역의 외곽선을 추출하고, 이와 같은 천장영역의 외곽선은 천정과 벽면 사이의 경계선이 되며 이러한 천장 형상 정보가 로봇에 입력된다. 이와 같은 과정은 하나의 예시에 불과하며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 과정을 통해 천장모서리, 천장의 전체형상, 천장과 벽면의 경계선 등의 윤곽 즉, 외곽라인으로 표현되어 천장형상이 획득되도록 되어 있다.

또한, 상기 천장형상 설정은 이와 같이 청소용 로봇에 의해 촬상되어 설정될 수 있으며, 피씨(PC)나 기타 기기를 이용하여 입력할 수 있다.

상기 영상획득단계는 청소용 로봇의 상부에 설치된 어안렌즈가 장착된 씨씨디(CCD) 카메라부(10)를 통해 주행하는 로봇의 천장영상을 획득하는 것으로, 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부로 천장을 촬영(S10)하여 천장영상을 획득(S20)하고, 상기 획득된 영상의 왜곡부분을 실시간으로 영상처리부에서 처리하여 영상분석부로 전송하며, 상기 영상분석부에서는 입력된 영상에서 특정요소를 추출(S30)분리한 후 천장지도와 특정요소를 대비하여 그 위치를 설정/입력하도록 되어 있다. 상기 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부는 하나 또는 다수개가 설치될 수 있다. 상기 영상처리부는 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 획득된 영상의 왜곡된 부분을 보정하고 조명처리(S40)한 다음 이를 이미지화하여 영상분석부로 전송한다.

상기와 같은 수단에 의해 천장형상의 영상지도를 획득할 수 있으며, 상기 획득된 천장 영상지도와 미리 입력/설정된 천장영상 지도를 대비(S50)함으로써, 로봇의 실제 자기위치를 추정(S60)할 수 있으며, 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부(10)를 통한 천장영상정보 이외에 로봇에 설치되어 있는 기타 센서정보(S70) 즉, 다양한 거리센서를 통한 정보를 병행하여 사용할 수 있다.

이와 같은 청소용 로봇(200)의 자기위치 추정 후에는 청소용 로봇이 차후 주행하여야 하는 경로를 계획하고, 이러한 경로를 추정하는 명령을 도 3 에 도시된 로봇 제어부(100)에서 생성하여 로봇구동부(110)로 전달하게 되며, 이와 같은 제어에 의해 로봇의 자세를 보정(S80)하고, 청소영역으로의 이동 및 청소영역에서의 청소작업을 설정값에 따라 수행하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 상세한 천장영상을 획득하고, 획득된 영상정보를 분석하여 천장과 벽면의 경계라인에 관한 정보(길이, 높이, 형상 등등)을 입력하여 천장지도를 설정한다.

이와 같이 설정된 천장지도를 청소용 로봇에 입력하고, 상기 청소용 로봇에 청소구역을 설정하여 청소작업을 진행시키면, 상기 청소용 로봇은 미리 설정된 천장지도의 경계라인을 통해 청소구역을 인식하게 되고, 인식된 정보에 의해 구동부가 작동되어 청소구역으로 이동한 다음, 청소작업을 수행하게 된다.

이때, 상기 청소로봇은 상부에 설치된 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 광범위한 천장영상을 획득하게되고, 상기 획득된 영상을 분석하게 되며, 상기 분석에 의해 획득된 천장영상의 천장과 벽면의 경계라인의 정보(길이, 높이, 형상 등등)을 표현한다.

이와 같은 획득영상의 분석이 완료되면, 상기 획득영상에 표현된 경계라인의 정보와 미리 설정되어 있던 천장지도의 경계라인의 정보를 대비하며, 이와 같은 경계라인의 대비에 의해 청소용 로봇의 현재 위치를 파악한다.

또한, 상기 획득된 영상에 의해 파악된 위치가 청소구역설정에 따른 로봇의 위치와 다를 경우, 오차정보를 로봇의 제어부로 전달하여 로봇 구동부를 작동시킴으로써, 청소구역 설정에 따른 로봇의 위치를 보정하게 된다.

실시예 2

어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 상세한 천장영상을 획득하고, 획득된 영상정보를 분석하여 도 4 에 도시된 바와 같이 천장의 특정요소 즉, 천장모서리 및 구석점, 천장의 형상 및 이들간의 거리 등을 입력하여 천장지도를 설정한다. 이때, 상기 도 4 는 아파트 거실 천장지도에 대한 하나의 예시를 보인 것으로, 네모점은 문의 양측을 의미한다.

이와 같이 설정된 천장지도를 청소용 로봇에 입력하고, 상기 청소용 로봇에 청소구역을 설정하여 청소작업을 진행시키면, 상기 청소용 로봇은 미리 설정된 천장지도의 천장에 설치된 등에 관한 정보를 통해 청소구역을 인식하게 되고, 인식된 정보에 의해 로봇구동부가 작동되어 청소구역으로 이동한 다음, 청소작업을 수행하게 된다.

이때, 상기 청소로봇은 상부에 설치된 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 광범위한 천장영상을 획득하게되고, 상기 획득된 영상을 분석하게 되며, 상기 분석에 의해 획득된 천장영상 정보(특정요소 및 이들 간의 거리)를 표현한다.

이와 같은 획득영상의 분석이 완료되면, 상기 획득영상에 표현된 특정요소에 관한 정보와 미리 설정되어 있던 천장지도의 특정요소에 관한 정보를 대비하게 되며, 이와 같은 특정요소의 대비에 의해 청소용 로봇의 현재 위치를 파악한다.

또한, 상기 획득된 영상에 의해 파악된 위치가 청소구역설정에 따른 로봇의 위치와 다를 경우, 오차정보를 로봇의 제어부로 전달하여 로봇 구동부를 작동시킴으로써, 청소구역 설정에 따른 로봇의 위치를 보정하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 천장의 전체형상, 천장모서리, 천장과 벽면의 경계라인 등의 특정요소에 의해 입력된 천장지도의 정보와 획득된 천장영상 정보를 대비하여 주행하는 청소용 로봇의 실제위치를 파악하고 자세를 보정하도록 되어 있어, 로봇의 실제위치의 정확도를 향상시키고, 이를 통해 청소작업효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 천장영상을 획득하도록 되어 있어, 광범위한 범위를 한번의 촬영으로 획득할 수 있으며, 이로 인해 로봇위치 파악시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 실제 천장의 형태를 이용하므로, 별도의 특정요소를 설정할 필요가 없으며, 이로 인해 종래의 위치추정방식에 비해 사용이 간편하고 장소의 적용에 제약을 받지 않는 등 많은 효과가 있다.

Claims (4)

1. 청소용 로봇의 자기 위치 추정방법에 있어서;

   천장영역에 대한 지도를 작성하여 특정 요소를 입력하는 천장형상 설정단계와,

   상기 주행하는 로봇의 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 통해 천장영역의 영상을 획득하여 특정요소를 표현하는 영상획득단계와,

   상기 획득된 천장 영상과 미리 입력/설정된 천장지도의 특정요소를 대비하는 영상대비단계와,

   상기 영상대비에 의해 실제위치를 파악하고 설정값에 맞도록 자세를 보정하는 실제위치 확인 및 보정단계를 통해 청소용 로봇의 자기 위치를 추정하고 설정값에 맞도록 자세를 보정하는 것을 특징으로 하는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 천장형상 설정단계는 청소용 로봇에 설치된 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부를 이용하여 개략적인 천장지도를 작성하는 단계와,

   상기 개략적인 천장지도를 토대로 다시 천장의 외곽으로부터 청소용 로봇을 이동시켜 영상의 중심에 특정요소가 위치하게 되면 크기와 모양을 결정하여 천장의 특정요소로 입력하여 특정요소를 포함하는 세부 지도를 작성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서;

   상기 특정요소는 천장모서리, 천장과 벽면의 경계선, 천장의 전체형상으로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 영상획득단계는 어안렌즈가 장착된 씨씨디 카메라부로 천장을 촬영하는 단계와,

   상기 촬영된 영상의 왜곡된 부분을 실시간으로 영상처리부에서 처리 보정한 후 조명처리하는 단계와,

   상기 영상처리부로 부터 전송된 영상을 영상분석부에서 분석하여 특정요소를 분리하고 그 위치를 설정/입력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 천장 영상을 이용한 청소용 로봇의 자기위치 추정방법.

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