KR100746300B1 - 로봇의 이동방향 결정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇의 이동방향 결정 방법에 대한 발명으로, 보다 상세하게는 발광소자와 컬러패턴을 동시에 사용하여 로봇이 특정 목적 위치로 이동방향을 결정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 영상획득수단을 구비한 로봇이 영상정보를 획득하는 단계; 상기 로봇이 상기 획득한 영상에서 특정의 컬러패턴으로 인식되는 영역, 바람직하게는 로봇의 이동 목적지에 해당되는 장소에 부착되어 있는 특정의 컬러패턴으로 인식되는 영역을 판별하는 단계; 및 상기 로봇이 상기 판별된 영역의 방향을 이동방향으로 결정하는 단계를 포함하며, 본 발명에 의하면 보다 효율적이고 정확하게 로봇의 이동방향을 결정할 수 있다.
로봇, 컬러패턴, 발광소자, 근적외선 LED

Description

로봇의 이동방향 결정 방법{Method for determining moving direction of robot}
도 1은 본 발명의 일 실시예가 수행되는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예가 수행되는 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 로봇의 카메라에 컬러패턴 및 발광소자에 의한 영상이 획득된 모습의 예를 나타낸 것이다.
{도면의 주요부분에 대한 설명}
201 : 컬러패턴 202 : 발광소자
203 : 카메라 화면 300 : 카메라 원점
본 발명은 로봇의 이동방향 결정 방법에 대한 발명으로, 보다 상세하게는 발광소자와 컬러패턴을 동시에 사용하여 로봇이 특정 목적 위치로 이동방향을 결정하는 것이 보다 효율적이고 정확하게 이루어지도록 하는 로봇의 이동방향 결정 방법 에 관한 것이다.
최근 로봇과 관련된 기술의 발전에 힘입어 종래 산업현장 등에서 사용되던 제한된 기능의 산업용 로봇 외에 청소 로봇 등 다양한 형태와 기능을 갖춘 가정용 로봇이 등장하고 있다.
가정에서 사용되는 로봇이 가정의 다른 기기들과 구별되는 주요한 특징은 로봇이 스스로 이동할 위치를 파악하고 모터 등을 구동하여 이동한다는 점으로, 로봇은 수행하던 작업이 종료되는 경우 또는 배터리를 충전할 필요가 있는 경우에 지정된 홈 또는 충전장치 쪽으로 이동할 필요가 있다.
종래 로봇이 스스로 특정의 장소로 이동하도록 하기 위해서, 이동목적지에는 적외선 등을 방출하는 발광부를 부착하고 로봇에는 적외선 등의 광을 감지하는 광센서 등의 수광부를 부착하는 방법이 이용되었다. 로봇은 수광부의 센서 데이터를 이용하여 목적지의 방향을 파악하며, 이로써 이동방향을 결정하고 모터 등 구동수단을 가동하여 목적지로 접근한다.
그러나 종래 적외선 센서 등을 이용하는 방법은, 발광부가 위치한 이동목적지와 수광부가 위치한 로봇이 원거리로 떨어져 있는 경우에는 광의 세기가 약하고 수광 범위가 제한되어 목적지와 로봇 사이가 근거리인 경우에 비해 정확성 및 이동방향 결정의 효율 및 정확성이 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 발광부에서 방출된 광을 수광한 정보 외에 컬러패턴을 인식한 정보를 이용하여 로봇의 이동방향을 결정하는 로봇의 이동방향 결정 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 로봇의 이동방향 결정 방법은 영상획득수단을 구비한 로봇이 영상정보를 획득하는 단계; 상기 로봇이 상기 획득한 영상에서 특정의 컬러패턴으로 인식되는 영역을 판별하는 단계; 및 상기 로봇이 상기 판별된 영역의 방향을 이동방향으로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 로봇이 획득한 영상에서 특정의 컬러패턴으로 인식되는 영역을 판별하는 단계는 상기 획득한 영상에서 로봇 외부의 특정 장소에 부착된 특정의 컬러패턴과 일치하는 영역을 판별하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 로봇 외부의 특정 장소에 부착된 특정의 컬러패턴은 테두리를 따라 발광소자가 부착되는 것이 바람직하며, 상기 발광소자는 근적외선 파장의 광을 방출하는 LED인 것 더욱 바람직하다.
본 발명에서, 상기 로봇이 획득한 영상에서 특정의 컬러패턴으로 인식되는 영역을 판별하는 단계는 상기 획득한 영상에서 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 하나 이상 판별하는 단계; 상기 판별된 각 지점 주변의 소정 영역의 색상정보를 인식하는 단계; 및 상기 인식된 소정 영역의 색상정보와 상기 특정의 컬러패턴 사이의 일치 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 획득한 영상에서 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 하나 이상 판별하는 단계는 상기 영상을 픽셀 단위로 구분하고 광도가 소정의 임계값을 초과하는 픽셀을 판별하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 로봇의 이동방향 결정 방법은 상기 로봇이 판별된 영역의 방향을 이동방향으로 결정하는 단계 이후에 상기 로봇이 상기 판별된 영역까지의 거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 로봇의 이동방향 결정 방법은, 로봇이 이동할 장소(로봇의 이동목적지)에 컬러패턴과 발광소자를 마련해둔 뒤, 로봇이 영상정보를 획득하여 이동방향을 결정함에 있어서 이동목적지에 마련된 컬러패턴과 발광소자를 인식하며 상기 인식된 컬러패턴과 발광소자가 위치한 방향으로 이동방향을 결정하도록 한다.
상기 로봇은 이동목적지에 해당하는 컬러패턴을 미리 인식하고 있으므로, 획득된 영상정보로부터 해당 컬러패턴이 위치하는 방향을 인식해낼 수 있으며, 상기 컬러패턴이 위치하는 방향을 이동방향으로 결정한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 수행되는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 1의 실시예에서, 로봇의 이동방향 결정 방법은 로봇이 영상정보를 획득하기 시작하면(S101), 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 판별하고(S102), 상기 판별된 지점 주변의 소정 영역의 색상정보를 인식하며(S103), 상기 인식된 소정 영역의 색상정보를 특정의 컬러패턴과 비교하여 일치 여부를 판단하고(S104), 상기 색상정보가 상기 특정의 컬러패턴과 일치하는 것으로 판단된 경우에는 상기 색상정보가 획득된 방향을 이동방향으로 결정하여(S105) 해당방향으로 이동하는 과정을 거쳐서 수행된다.
상기 로봇은 상기 단계(S101) 내지 단계(S103)에서 영상정보를 획득하기 위해 색상을 포함한 영상정보 발광소자로부터 방출되는 광을 감지하기 위한 영상획득수단을 구비한다.
상기 실시예에서, 로봇은 특정의 컬러패턴이 형성된 방향을 이동방향으로 결정하며, 이를 위해 로봇이 이동할 대상이 되는 이동목적지에는 로봇에 의한 영상획득(S101)이 개시되기 전에 컬러패턴이 형성되어 있다. 상기 이동목적지의 컬러패턴은 로봇 내부의 저장장치에 저장되는 방법 등에 의해 로봇이 미리 인지한다.
상기의 이동목적지는 로봇의 홈 또는 충전위치 등 다양한 것이 가능하며, 이동목적지별로 서로 다른 컬러패턴을 형성하는 것도 가능하다. 로봇은 상황에 따라 적절한 이동목적지를 가질 수 있고, 각각의 이동목적지에 해당하는 컬러패턴을 모두 저장하며, 추후 설명할 단계(S104)의 컬러패턴 비교과정에서 당해 이동목적지에 해당하는 컬러패턴을 비교의 기준으로 사용할 수 있다.
상기 컬러패턴은 하나 이상의 색상을 포함하고 도형의 형상으로 형성되며, 둘 이상의 서로 다른 색상을 포함하며 다각형 또는 원 등 2차원 평면도형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 이동목적지의 컬러패턴에는 발광소자가 부착되는 것이 바람직하며, 상기 발광소자는 상기 컬러패턴의 테두리를 따라서 일정 간격을 두고 부착되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 발광소자는 근적외선 파장의 광을 방출하는 LED인 것이 바람직하며, 이 경우 상기 로봇은 근적외선 파장의 광도 검출할 수 있는 카메라를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 발광소자가 근적외선 파장의 광을 방출하는 LED인 경우, 상기 근적외선 LED로부터는 고출력으로 광을 방출할 수 있으므로, 상당히 원거리에서도 LED에서 방출된 광을 검출할 수 있다.
상기 실시예에서, 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 판별하는 단계(S102)는 로봇의 카메라 등 영상획득수단에 의해 획득된 영상에서 관찰되는 밝은 점을 추출하는 단계이다. 또한, 화면의 주변 영역에 비해 광도가 상대적으로 높은 지점을 상기의 지점으로 판별할 수도 있다. 상기 이동목적지에 발광소자가 부착되는 경우, 상기 획득된 영상에서 상기 발광소자에 해당하는 부분은 상기 단계(S102)에서 추출되는 밝은 점에 포함됨이 상당하다.
상기 본 발명의 실시예에서는 광도가 높은 지점을 판별하는 단계(S102)에서 획득된 영상을 복수 개의 영역으로 구분(segmentation)하는 과정을 거친다. 상기 영상은 픽셀단위로 구분되는 것도 바람직하다.
상기 영상의 구분 이후에는 영상을 바이너리(binary) 이미지로 처리하는 과정을 거치며, 이후 모폴로지(morphology) 기법을 사용해 상기 바이너리 이미지화 과정에서 발생한 노이즈의 영향을 줄인다.
이어서 상기 구분된 영역들을 다시 그룹화(region grouping)하여 발광소자로부터 방출된 광에 의해 영상에서 밝은 점으로 표시되는 부분을 분리해낼 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 판별한 이후(S102)에는, 상기 판별된 지점 주변의 소정 영역의 색상정보를 인식하는 단계(S103)가 수행되고, 이어서 상기 인식된 색상정보와 미리 인지하고 있는 이동목적지의 컬러패턴을 비교하여 일치 여부를 판단하는 단계(S104)가 수행된다.
로봇이 획득하는 영상에는 이동목적지에 부착된 발광소자 외의 다른 광원에 의해 밝은 점으로 인식되는 부분이 있을 수도 있으므로, 상기 판별된 지점 주변의 색상정보를 미리 인지하고 있는 이동목적지의 컬러패턴과 비교하여 그 일치여부를 판단함으로써, 상기 단계(S102)에서 판별된 지점 중에서 발광소자에 해당하는 부분을 판별해낼 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 광도가 높은 지점 주변의 색상정보를 미리 인지하는 컬러패턴과 비교하여 일치 여부를 판단한 후(S104), 상기 색상정보와 상기 컬러패 턴이 서로 일치하는 경우에는 영상에서 상기 광도가 높은 지점 및 색상정보가 획득된 방향을 이동방향으로 결정한다(S105).
상기 단계(S104)의 비교 및 판단에서, 모든 광도 높은 지점 주변의 색상정보가 컬러패턴과 일치하지 않는 것으로 판단되는 경우에는, 로봇이 영상을 획득하는 방향을 바꾸어 단계(S101)부터 다시 수행하도록 한다.
로봇이 이동 중에 위치를 새로이 결정해야 할 필요가 있는 경우에는, 영상정보를 획득하는 상기 단계(S101) 이후의 과정을 수행하여 이동방향을 결정하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 과정에 의하면 단계(S102)에서 광도가 높은 것으로 판별된 지점 가운데 발광소자에 해당하는 것을 판별하기 위해 이동목적지의 컬러패턴 정보를 이용하게 된다. 또한, 상기와 같은 과정에 의하면, 이동목적지에 부착된 컬러패턴에 해당하는 부분을 판별해내기 위해 획득된 영상정보를 컬러패턴과 비교함에 있어서, 상기 단계(S102)에서 발광소자에 해당할만한 광도가 높은 지점을 몇 군데 선별한 후, 상기 광도가 높은 지점 주변의 소정의 영역에 대해서만 컬러패턴과의 색상 비교를 행함으로써 신속한 판별이 이루어지게 된다.
이와 같이 상기 실시예에서 이동목적지에 부착된 컬러패턴과 발광소자는 로봇에서 이동목적지를 판별해냄에 있어서 상호보완적인 역할을 하여 이동방향 결정의 정확성 및 효율을 향상시킨다.
상기 실시예에서는 광도가 높은 지점을 판별하여 발광소자에 해당 가능한 지 점을 먼저 파악한 후에(S102), 이어서 색상정보를 인식하여 컬러패턴과 비교하는 단계(S103, S104)가 수행되었다. 이와 반대로 색상정보를 인식하여 컬러패턴과 비교한 후에, 상기 컬러패턴의 비교 결과의 신뢰성을 보장하기 위해 광도 정보를 이용하는 것도 가능하다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 나타난 본 발명의 일 실시예가 수행되는 과정을 나타낸 것으로, 도 2a는 이동목적지에 컬러패턴 및 발광소자가 부착된 모습을, 도 2b는 도 1의 실시예에서 단계(S101)가 수행된 모습을 각각 나타낸 것이다.
도 2a는 이동목적지에 컬러패턴(201) 및 발광소자(202)가 각각 형성 및 부착된 일 예를 나타낸 것이다.
도 2a에서 상기 컬러패턴(201)은 전체적으로 사각형의 형상으로 두 가지 색상으로 형성되었다. 상기 발광소자(202)는 상기 컬러패턴(201) 사각형의 네 꼭지점의 위치에 각각 부착되었다.
도 2b는 로봇의 카메라(203)에 컬러패턴 및 발광소자에 의한 영상이 획득된 모습을 나타낸 것이다.
도 1에 나타난 본 발명의 일 실시예에서 단계(S104)의 판별과정 및 단계(S105)의 이동방향 결정 과정을 모두 거친 뒤에는 상기 획득된 영상을 이용해 이동목적지까지의 거리를 측정하는 과정을 수행하는 것이 가능하다.
도 3은 로봇의 카메라(203)에 컬러패턴 및 발광소자에 의한 영상이 획득된 모습을 나타낸 것이다.
상기 카메라 화면(203)에는 네 개의 꼭지점을 가진 사각형의 컬러패턴의 영상을 획득하며, 로봇의 카메라와 컬러패턴(201) 사이의 상대적인 위치 및 방향에 따라 컬러패턴이 카메라(203)에 획득되는 모습이 달라진다. 컬러패턴의 형상 및 크기 등은 미리 로봇에 인지되어 있으므로, 카메라에 획득된 영상으로부터 로봇과 컬러패턴 사이의 거리를 계산할 수 있다.
컬러패턴의 영상을 획득하는 카메라의 원점(300)을 기준으로, 카메라 화면(203) 상의 네 꼭지점의 좌표를 각각 (
Figure 112005077296921-pat00001
,
Figure 112005077296921-pat00002
)라 하면 네 꼭지점 방향의 단위벡터
Figure 112005077296921-pat00003
는 다음 식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112005077296921-pat00004
여기에서
Figure 112005077296921-pat00005
는 카메라의 초점거리이다.
상기 카메라 원점(300)으로부터 컬러패턴의 네 꼭지점(P1, P2, P3, P4)까지의 거리를 각각 (
Figure 112005077296921-pat00006
,
Figure 112005077296921-pat00007
,
Figure 112005077296921-pat00008
,
Figure 112005077296921-pat00009
)라 하고 컬러패턴 사각형의 각 변의 길이를 각각 (
Figure 112005077296921-pat00010
,
Figure 112005077296921-pat00011
,
Figure 112005077296921-pat00012
,
Figure 112005077296921-pat00013
)라 하면, 상기 컬러패턴 사각형의 각 변의 길이는 이미 알려진 값이므로 카메라 원점으로부터 컬러패턴의 네 꼭지점까지의 거리는 다음의 식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112005077296921-pat00014
상기와 같이 카메라 원점(300)으로부터 컬러패턴의 네 꼭지점까지의 거리를 계산해냄으로써, 상기 카메라가 위치한 로봇과 상기 컬러패턴이 부착된 이동목적지 사이의 거리를 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 발광소자에서 방출된 광을 인식한 정보 외에 발광소자 주변의 컬러패턴의 정보를 함께 이용하여 로봇의 이동방향을 결정할 수 있으므로, 로봇의 이동방향을 결정하는 효율과 정확성이 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 보다 원거리에서도 로봇의 이동방향을 정확하게 결정할 수 있다.

Claims (7)

  1. 영상획득수단을 구비한 로봇이 영상정보를 획득하는 단계;
    상기 획득한 영상에서 로봇 외부의 특정 장소에 테두리를 따라 발광소자가 부착된 특정의 컬러패턴과 일치하는 영역을 판별하는 단계; 및
    상기 로봇이 상기 판별된 영역의 방향을 이동방향으로 결정하는 단계를 포함하는 로봇의 이동방향 결정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서 상기 로봇이 획득한 영상에서 특정의 컬러패턴으로 인식되는 영역을 판별하는 단계는
    상기 획득한 영상에서 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 하나 이상 판별하는 단계;
    상기 판별된 각 지점 주변의 소정 영역의 색상정보를 인식하는 단계; 및
    상기 인식된 소정 영역의 색상정보와 상기 특정의 컬러패턴 사이의 일치 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 이동방향 결정 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 획득한 영상에서 광도가 소정의 임계값을 초과하는 지점을 하나 이상 판별하는 단계는 상기 영상을 픽셀 단위로 구분하고 광도가 소정의 임계값을 초과하는 픽셀을 판별하는 것을 특징으로 하는 로봇의 이동방향 결정 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 발광소자는 근적외선 파장의 광을 방출하는 LED인 것을 특징으로 하는 로봇의 이동방향 결정 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 로봇이 판별된 영역의 방향을 이동방향으로 결정하는 단계 이후에 상기 로봇이 상기 판별된 영역까지의 거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 이동방향 결정 방법.
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