KR100822064B1

KR100822064B1 - 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법

Info

Publication number: KR100822064B1
Application number: KR1020060050447A
Authority: KR
Inventors: 현웅근; 이창환
Original assignee: 현웅근
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2008-04-15
Also published as: KR20070116418A

Abstract

본 발명은 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법에 관한 것으로서, 바퀴에 의해 주행되는 본체의 전진 중앙점에 설치된 제1초음파 센서와, 전진 중앙점에 대해 일정 각도 벗어난 방향에 대한 장애물과의 거리를 측정할 수 있도록 제1초음파 센서를 중심으로 좌우에 각각 배치된 제2 및 제3 초음파 센서를 갖는 초음파 센서부와, 제1초음파 센서를 기준으로 90도로 어긋난 방향에 대한 거리를 광을 출사하여 수신된 광으로부터 측정할 수 있게 상기 본체에 설치된 제1광거리센서와, 제1광거리센서의 광출사중심축에 대해 일정 각도 벗어난 방향으로 광을 출사하여 거리를 측정할 수 있도록 제1광거리센서 좌우에 각각 설치된 제2 및 제3광거리센서를 구비하는 광거리센서부와, 바퀴의 회전수를 검출하는 엔코더부와, 실내지형지도 작성모드에서는 광거리센서가 벽면에 대향되게 위치되면서 벽면을 따라 주행하도록 초음파 센서부에서 출력되는 신호와 광거리 센서부의 출력신호를 이용하여 전진거리, 회전방향 및 회전량을 결정하여 본체를 주행시키면서 광거리센서들에서 출력되는 신호와 엔코더부로부터 출력된 신호를 이용하여 실내지형지도 데이터를 생성하는 제어부를 구비한다. 이러한 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법에 의하면, 벽면과의 이격거리를 광거리센서를 이용하여 정밀하게 측정할 수 있어 정밀한 지도를 작성할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법{robot and method of drawing indoor map}

도 1은 본 발명에 따른 로봇의 외관을 나타내 보인 사시도이고,

도 2는 도 1의 로봇의 블록도이고,

도 3은 도 2의 광거리센서에서 출력되는 신호의 잡음을 제거하기 위한 요소를 나타내 보인 블록도이고,

도 4는 도 1의 광거리센서의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 도 1의 로봇을 이용하여 실내지도를 작성하기 위한 주행과정을 나타내 보인 플로우도이고,

도 6 내지 도 11은 도 5의 벽면 모양 판별과정을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110: 본체 121: 제1초음파센서

122: 제2초음파센서 123: 제3초음파센서

124: 제4초음파센서 131: 제1광거리센서

132: 제2광거리센서 133: 제3광거리센서

본 발명은 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형지도 작성방법에 관한 것으로서, 상세하게는 근접 거리의 측정 정밀도를 높일 수 있는 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내지도 작성방법에 관한 것이다.

최근 인간의 노동력을 대신할 수 있는 로봇이 산업분야에서 다양하게 적용되어 이용되고 있다.

특히, 실내의 청소를 자동으로 수행할 수 있는 로봇청소기가 다양하게 개시되어 있다.

그런데, 실내를 주행하면서 장애물과 충돌없이 청소대상영역을 누락시키지 않으면서 정밀하게 청소를 수행하도록 하기 위해서는 로봇이 실내의 지형을 정확하게 작성하고 인식할 수 있는 것이 매우 중요하다. 종래의 실내 주행용 로봇은 벽면과의 거리를 측정하기 위해 초음파 센서를 적용하였다.

그런데, 초음파 센서는 조사되는 음파 확산폭이 ±22.5로 매우 넓어 거리 측정 정밀도가 떨어지고, 벽면이 흡음소재로 마감처리된 경우에는 거리 측정이 어려운 단점이 있다.

또한 주행하는 과정에서 벽면의 형상을 정밀하게 판단하기 어려워 벽면과 일정거리를 유지하면서 주행시키기가 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 벽면과의 거리측정 정밀도 및 형상판단능력을 높여 실내 지형지도를 정밀하게 작성할 수 있는 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법에 관한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로봇은 본체 하부에 설치된 바퀴를 구동하여 회전 및 주행할 수 있도록 된 로봇에 있어서, 상기 본체의 전진 중앙점에 대응되는 위치에 설치되어 전방의 장애물에 대한 거리를 측정하는 제1초음파 센서와, 상기 전진 중앙점에 대해 25도 내지 35도로 벗어난 방향에 대한 장애물과의 거리를 측정할 수 있도록 상기 제1초음파 센서를 중심으로 좌우에 각각 배치된 제2 및 제3 초음파 센서를 갖는 초음파 센서부와; 상기 제1초음파 센서를 기준으로 90도로 어긋난 방향에 대한 거리를 광을 출사하여 수신된 광으로부터 측정할 수 있게 상기 본체에 설치된 제1광거리센서와, 상기 제1광거리센서의 광출사중심축에 대해 20 내지 40도로 벗어난 방향으로 광을 출사하여 거리를 측정할 수 있도록 상기 제1광거리센서 좌우에 각각 설치된 제2 및 제3광거리센서를 구비하는 광거리센서부와; 상기 바퀴의 회전수를 검출하는 엔코더부와; 실내지형지도 작성모드에서는 상기 광거리센서가 벽면에 대향되게 위치되면서 벽면을 따라 주행하도록 상기 초음파 센서부에서 출력되는 신호와 상기 광거리 센서부의 출력신호를 이용하여 전진거리, 회전방향 및 회전량을 결정하여 상기 본체를 주행시키면서 상기 광거리센서들에서 출력되는 신호와 상기 엔코더부로부터 출력된 신호를 이용하여 실내지형지도 데이터를 생성하는 제어부;를 구비한다.

바람직하게는 상기 제어부는 상기 광거리센서들로부터 출력되는 신호를 설정된 샘플링 주기마다 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그-디 지털 변환기와; 상기 아날로그-디지털변환기에서 출력되는 n번째 취득값(Xn)과 n-1번째 취득된 값(Xn-1)과의 차이값(dn)의 절대값이 설정된 허용값(R) 이내이면, n번째 취득값(Xn)을 제1보정값(X*n)으로 적용하고, 상기 차이값(dn)의 절대값이 상기 허용값(R) 을 초과하면, 상기 차이값(dn)에 설정된 보상상수(a)를 승산한 값(a×dn)을 이전 취득값(Xn-1)에 가산한 값(a×d(n)+Xn-1)을 상기 제1보정값(X*(n))으로 적용하여 출력하는 제1잡음보정부와; 상기 제1잡음보정부에서 출력되는 n-2번째 제1보정값(X*n-2)과, n-1번째 제1보정값(X*n-1) 및 n번째 제1보정값(X*(n)을 상호 합산한 다음 3으로 나눈 값을 n번째 제2보정값(X**n)으로 하여 출력하는 제2잡음보정부;를 구비하며, 상기 제2잡음보정부에 출력되는 상기 제2보정값들로부터 벽면과의 거리를 산출한다.

더욱 바람직하게는 상기 본체에는 상기 제1광거리센서와 180도로 어긋난 방향에 중간 장애물 검출용 제4초음파센서;를 더 구비한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차원 실내지도 작성 방법은 설정된 전방에 대해 거리를 측정하는 복수 개의 원거리 측정용 초음파 센서와 측면에 대해 근거리를 측정하는 복수개의 광거리센서가 본체에 장착된 로봇을 주행시켜 실내지형 지도를 작성하는 방법에 있어서, 가. 로봇의 현위치에서 가장 거리가 가까운 벽면을 찾기 위해 로봇을 회전시키면서 주변거리를 측정하는 단계와; 나. 상기 가단계에서 측정된 거리중 가장 가까운 벽면으로 상기 본체를 이동시키되 상기 광거리센서가 상기 벽면에 대향되며 설정된 안전거리 범위 내에 위치되도록 배치시켜 초기위치를 결정하는 단계와; 다. 상기 본체를 주행시키면서 상기 광거리센서로부터 출력되는 신호를 이용하여 상기 벽면과의 거리를 측정하는 단계와; 라. 상기 벽멱과의 거리로부터 벽면의 모양을 판별하는 단계와; 마. 판별된 상기 벽면의 모양에 따라 상기 로봇의 회전방향, 회전량 및 전진거리를 결정하는 단계와; 바. 상기 마단계에서 결정된 내용에 따라 상기 로봇을 주행시키는 단계와; 사. 상기 로봇이 상기 초기위치에 도달하였는지를 판단하면서 상기 로봇의 주행궤적정보와 주행시 상기 광거리센서로부터 측정한 벽면과의 이격거리 정보를 이용하여 실내 지형 지도를 작성하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는 상기 라단계는 라-1. 상기 광거리센서들로부터 출력되는 신호를 설정된 샘플링 주기마다 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하는 단계와; 라-2. 상기 디지털 데이터의 n번째 취득값(Xn)과 바로 이전에 취득된 값(Xn-1)과의 차이값(dn)의 절대값이 설정된 허용값(R) 이내이면, n번째 취득값(Xn)을 제1보정값(X*n)으로 적용하고, 상기 차이값(dn)의 절대값이 상기 허용값(R)을 초과하면, 상기 차이값(dn)에 설정된 보상상수(a)를 승산한 값(a×dn)을 이전 취득값(Xn-1)에 가산한 값(a×d(n)+Xn-1)을 상기 제1보정값(X*(n))으로 적용하여 출력하는 단계와; 라-3. 상기 n-2번째 제1보정값(X*n-2)과, n-1번째 제1보정값(X*n-1) 및 n번째 제1보정값(X*(n)을 상호 합산한 다음 3으로 나눈 값을 n번째 제2보정값(X**n)으로 하여 출력하는 단계와; 라-4. 상기 제2보정값을 이용하여 상기 벽면과의 거리를 산출하는 단계;를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇의 외관을 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 로봇의 블록도이다.

도면을 참조하면, 로봇(100)은 본체(110), 초음파 센서부(120), 광거리센서부(130), 제어부(140), 기억장치(145), 바퀴구동부(170) 및 엔코더부(180)를 구비한다.

본체(110)는 원형구조로 형성되어 있다.

본체(110)는 주행 및 회전할 수 있도록 저부에 회전가능하게 복수의 바퀴(171)가 설치되어 있다.

본체(110)에 설치되는 주행용 바퀴는 4륜 또는 3륜의 바퀴가 적용될 수 있고, 바퀴 구동부(170)에 의해 바퀴(171)를 구동하여 주행 및 회전할 수 있는 구조는 다양하게 공지되어 있어 바퀴 구동구조에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본체(110)의 외주면에는 제1 내지 제4초음파센서(U0)(U1)(U2)(U3)(121 내지124)와, 제1 내지 제3 광거리센서(P0)(P1)(P2)(131 내지 133)가 측정방향에 대해 거리 또는 장애물 유무를 검출할 수 있도록 설치되어 있다.

초음파 센서부(120)의 요소인 제1 내지 제4초음파 센서(121 내지 124) 중 제1초음파 센서(121)는 설정된 전진 중앙점의 전방에 대해 거리를 측정할 수 있도록 설치되어 있다. 여기서 전진 중앙점은 바퀴(171)가 상호 나란하게 배치된 상태에서 회전시킬 때 본체(110)의 주행경로가 직선을 유지할 때에 대응되는 본체의 중앙점을 적용하면 된다.

제2초음파 센서(122) 및 제3초음파 센서(133)는 전진 중앙점에 대해 25도 내 지 35도로 벗어난 방향에 대한 장애물과의 거리를 측정할 수 있도록 제1초음파 센서를 중심으로 좌우에 각각 배치되어 있다. 바람직하게는 제2 및 제3 초음파센서(122)(123)는 제1초음파 센서(121)를 기준으로 각각 좌우로 30도 각도 벗어난 방향에 대해 거리를 측정할 수 있도록 배치된다.

이러한 제1 내지 제3초음파 센서(121 내지 123)은 전방 원거리 즉 수미터 정도까지 벽면의 유무 및 장애물 유무를 검출하기 위한 것으로서 이용된다.

제4초음파 센서(124)는 우측에 중간 장애물 유무를 검출할 수 있도록 적용된 것으로서 생략될 수도 있다. 여기서 중간 장애물 이란 벽면 사이에 있는 시설물 예를 들면 탁자 등을 말한다.

제1 내지 제3광거리센서(131 내지 133)는 광거리 센서부(130)로서 적용된 것이다.

제1광거리센서(131)는 제1초음파 센서(121)를 기준으로 좌측으로 90도로 어긋난 방향에 대한 거리를 광을 출사하여 수신된 광으로부터 측정할 수 있게 본체(110)에 설치되어 있다. 제1광거리센서(131)는 벽면과의 이격거리를 산출하는데 이용된다.

제2 및 제3 광거리센서(132)(133)는 제1광거리센서(131)의 광출사중심축에 대해 20 내지 40도로 벗어난 방향으로 광을 출사하여 거리를 측정할 수 있도록 제1광거리센서(131) 좌우에 각각 설치되어 있다.

바람직하게는 제2 및 제3 광거리센서(132)(133)는 제1광거리센서(131)를 기준으로 각각 좌우로 30도 각도 벗어난 방향에 대해 거리를 측정할 수 있도록 배치 된다. 제2 및 제3광거리센서(132)(133)는 제1광거리센서(131)와 함께 벽면의 형상을 판단하는데 이용된다.

각 광거리센서(131)(132)(133)는 동일 구조로 되어 있고, 도 4를 참조하면, 광원(131a), 송광렌즈(131d), 수광소자(131b) 및 수광렌즈(131c)를 구비한다.

수광소자(131b)는 수광렌즈(131c)를 통해 집속된 광의 집속되는 위치에 대응되는 신호를 출력할 수 있도록 되어 있다.

송광렌즈(131d)는 광원(131a)에서 출사된 광을 집속시켜 출사한다.

이러한 광거리센서(131)(132)(133)를 이용하여 벽면(210)과의 거리를 측정하는 방법을 설명하면, 도 4에서 광원(131a)에서 벽면(210)까지의 거리(D)와, 벽면(210)으로부터 반사되어 수광렌즈(131c)를 거쳐 수광소자(131b)에 입사된 광의 수광렌즈(131c)의 중심점을 기준으로 수광소자(131b)에서의 결상거리(y)와, 수광렌즈(131c)와 수광소자(131b)와의 거리(b) 및 송광렌즈(131d)와 수광렌즈(131c)와의 거리(P) 사이에는 렌즈 시스템의 비례관계에 의해 아래의 수학식 1과 같은 관계를 갖는다.

따라서, 구하고자 하는 벽면(210)과의 거리 D는 수광렌즈(131c)와 수광소자(131b)와의 거리(b) 및 송광렌즈(131d)와 수광렌즈(131c)와의 거리(P)와 수광소자(131b)로부터 결상거리(y)에 대응되어 출력되는 값으로부터 위 수학식 1을 이용 하여 구할 수 있다.

이러한 광거리센서(131)(132)(133)는 저가의 경우 통상 20 내지 50cm의 거리범위에 대해 정밀하게 측정할 수 있다.

그런데, 광거리센서(131)(132)(133)는 외부 조명에 의한 광잡음 및 각 광거리센서(131)(132)(133)에서 출력되는 신호를 멀티플렉싱 하여 제어부(140)로 출력할 때의 스위칭잡음에 의해 오차가 발생한다.

따라서, 이러한 잡음을 제거하기 위한 잡음 보정부(143)가 제어부(140) 내에 탑재되어 있고 잡음보정 방법을 도 3을 함께 참조하여 설명한다.

광거리센서(131)(132)(133)의 광원(131a)으로부터 출사되어 벽면(210)에서 반사되어 수광소자(131b)에서 수광된 광의 결상위치에 대응되어 출력되는 신호는 로우패스필터(LPF)(135)를 거쳐 제어부(140) 내에 탑재된 아날로그-디지털 변환기(ADC)(141)에 의해 설정된 샘플링 주기마다 디지털 신호로 변환되어 제1잡음보정부(143a)로 출력된다.

제1잡음 보정부(143a)는 아날로그-디지털변환기(141)에서 순차적으로 출력되는 현재값과 이전값을 상호 비교하여 보정하며, 설명의 편의를 위해 시간 순서에 따라 출력되는 디지털값의 순서를 n으로 표기하고 현재 출력되는 n번째 디지털 값에 대해 취득값에 대해 순서에 대응되는 첨자를 붙여 표기하여 설명한다.

제1잡음 보정부(143a)는 현재 즉, n번째 취득값(Xn)과 바로 이전 차수의 취득값(Xn-1)과의 차이값(dn)의 절대값이 설정된 허용값(R) 이내이면, n번째 취득값(Xn)을 제1보정값(X*n)으로 적용하여 출력한다. 여기서 허용값(R)은 적절한 값으 로 설정하면 되고, 이 경우 허용값의 범위는 절대치에 대응되는 음의 값영역에서 양의 값 영역에 해당한다.

이와는 다르게 차이값(dn)의 절대값이 허용값(R)을 벗어나면, 잡음이 섞인 것으로 판단하고, 차이값(dn)에 설정된 보상상수(a)를 승산한 값(a×dn)을 이전 취득값(Xn-1)에 가산한 값(a×d(n)+Xn-1)을 제1보정값(X*(n))으로 적용하여 출력한다.

바람직하게는 보상상수(a)는 0보다 크고 0.5보다는 작은 값 범위에서 적용한다.

제2잡음 보정부(143b)는 제1잡음보정부(143a)에서 출력되는 n-2번째 제1보정값(X*n-2)과와, n-1번째 제1보정값(X*n-1) 및 n번째 제1보정값(X*(n)을 상호 합산한 다음 3으로 나눈 값을 n번째 제2보정값(X**n)으로 하여 출력한다.

따라서, 제어부(140)는 제2보정값(X**n)을 이용하여 앞서 도 4를 참조하여 설명된 방식에 의해 벽면(210)의 거리를 측정한다.

이러한 잡음 보정부(143)는 벽면(210)과의 거리측정 모드시 초기의 수회 동안에는 적용하지 않고, 실측회수가 일정 회수 지나면 적용하면 된다.

본체(110) 내의 각 요소는 내장된 배터리(191)로부터 전력을 공급받는다.

배터리 충전량 검출부(192)는 배터리(191)의 충전 전위 레벨을 검출하여 제어부(140)에 출력한다.

기억장치(145)는 제어부(140)에 제어되어 기록대상 정보를 기록한다.

엔코더부(180)는 제1 및 제2엔코더(181)(182)를 구비한다.

제1엔코더(181)는 제1바퀴의 회전수를 카운트하여 출력하고, 제2엔코더(182)는 제2바퀴의 회전수를 출력한다.

여기서 제1 바퀴 및 제2바퀴는 본체(110)가 4륜 즉, 4개의 바퀴가 장착된 구조로 되어 있을 때 전륜의 좌측 및 우측의 바퀴에 해당한다.

바퀴 구동부(170)는 제어부(140)의 제어신호에 따라 바퀴를 구동한다.

도시되지는 않았지만, 실내지도작성모드를 설정하는 입력부가 본체(110)에 마련된다.

이러한 구조의 로봇에서 실내지도 작성모드시에는 로봇을 저속주행시는 것이 바람직하게고 일 예로서 10cm/sec로 주행시킨다.

또한, 제어부(140)는 광거리 센서(131 내지 133)의 샘플링 시간을 수밀리세컨드 예를 들면 1msec로 적용한다. 이 경우 매 샘플링 시간 마다 광거리센서(13 내지 133)에 의해 측정된 값에 대해 로봇이 움직이는 거리는 0.1mm 정도이기 때문에 앞서의 잡음 보정 방법에 의해 정밀한 거리 측정이 가능함을 알 수 있다.

이하에서는 이러한 로봇의 이차원 실내지형 지도 작성과정을 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 지도작성 모드시로 설정되면, 제어부(140)는 로봇(100)의 현위치에서 가장 거리가 가까운 벽면을 찾기 위해 로봇(100)을 회전시키면서 주변거리를 측정한다(단계 310).

여기서 주변 거리측정은 로봇을 최단거리 회전반경으로 회전시키면서 초음파 센서(121 내지 123)에서 출력되는 신호를 이용하면 한다.

다음은 가장 짧은 거리가 감지됐는 지를 판단한다(단계 320).

가장 짧은 거리가 된 것으로 판단되면, 가장 가까운 벽면으로 본체(110)를 이동시킨다(단계 330).

이후, 벽면에 대해 설정된 안전거리에 접근하였는지를 판단한다(단계 340).

여기서 안전거리는 벽면과의 충돌을 억제시키면서 원활한 주행을 유도할 수있도록 설정된 값으로 일 예로서 20 내지 30센티미터가 적용될 수 있다.

다음은 안전거리에 도달됐다고 판단되면, 광거리센서(131 내지 133)가 벽면에 대향되되 설정된 안전거리 범위 내에 위치되도록 배치시킨 후, 현 위치를 초기위치로 설정한다(단계 350).

여기서 초기위치는 지도작성의 시작점에 해당한다.

이후, 광거리센서(131 내지 133)로부터 출력되는 신호를 이용하여 벽면과의 거리를 측정한다(단계 360).

다음은 각 광거리센서(131 내지 133)로부터 측정된 벽면과의 거리데이터로부터 벽면의 모양을 판별한다(단계 370). 즉, 주행방향에 대해 벽면이 일직선으로 놓여 있는지 경사지게 있는지 굴곡진 코너인지 등을 판단한다.

이후 단계 370에서 판별된 벽면의 모양에 따라 로봇의 회전방향, 회전량 및 전진거리를 결정한다(단계 380).

단계 370 및 단계 380의 과정을 더욱 상세하게 설명하면 벽면의 형상이 도 6 내지 도 11과 같이 주행되는 본체(110)에 대해 위치될 때 각 광거리센서(131 내지 133)에서 출력되는 값 상호간의 비교에 의해 벽면의 형상을 판단하고, 그에 따라 결정되는 회전방향, 회전량 및 전진거리의 예를 아래의 표 1에 기재하였다.

벽면모양	측정거리(VL, L, M, S)			회전방향 (N, L, R)	회전량 (L, M, S, N)	전진거리 (L, S)
벽면모양	P1	P0	P2	회전방향 (N, L, R)	회전량 (L, M, S, N)	전진거리 (L, S)
도 6	M	S	M	N	N	L
도 7	S	M	L	L	M	S
도 8	L	M	S	R	M	S
도 9	L	S/M	L	L	M	M
도 10	VL	L	M	L	L	M
도 11	VL	VL	M	L	L	S

상기 표 1에서 영문약자로 표기된 각 문자중 거리값, 회전량 및 전진거리에 대해서는 상호 상대적인 비교치를 나타낸 것으로서 VL(very large) > L(large) > M(medium) > S(small) 관계를 나타내고, 회전방향에서 N(no)은 없음, L(left)은 좌측, R(right)은 오른쪽을 각각 나타낸다.

따라서, 광거리센서(131 내지 133)들에 의해 측정된 거리 상호 간을 비교하여 벽면의 형상을 판단하고, 그에 따라 적절한 회전방향, 회전량 및 전진거리를 결정한 다음 바퀴구동부를 구동하면 벽면과 일정거리범위를 유지시키면서 주행시킬 수 있다.

다음은 결정된 내용 로봇(100)에 대해 결정된 회전방향, 회전량 및 전진거리에 따라 로봇을 주행시킨다(단계 390).

단계 380 이후에는 초기위치에 도달하였는 지를 판단한다(단계 400).

단계 400에서 초기위치에 도달하지 않았다고 판단되면 단계 360으로 복귀하여 상기 단계 390을 반복한다.

한편, 단계 400에서 초기위치에 도달됐다고 판단되면, 중간에 장애물이 있는지를 판단한다(단계 410).

여기서 중간에 장애물이 있는지의 판단은 앞서 단계 400까지의 과정을 수행하는 동안 본체(110)가 벽면(210)을 따라 주행하는 과정에서 제4초음파센서(124)에 의해 검출된 정보를 이용하여 판단하면 된다.

중간에 장애물이 있다고 판단되면 장애물 발견 위치로 이동하고(단계 420). 단계 330으로 복귀하여 새로운 초기위치를 결정한 다음 앞서와 같은 방법으로 작업을 수행하면 된다.

이러한 과정에서 로봇의 주행궤적정보와 주행시 광거리센서로부터 측정한 벽면과의 이격 거리 정보를 이용하여 실내 지형 지도를 작성하면 된다.

여기서 로봇의 주행궤적정보는 엔코더의 출력정보를 이용하여 연산한 값을 이용하면 된다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 로봇 및 이를 이용한 이차원 실내 지형 지도 작성방법에 의하면, 벽면과의 이격거리를 광거리센서를 이용하여 정밀하게 측정할 수 있어 정밀한 지도를 작성할 수 있는 장점을 제공한다.

Claims

본체 하부에 설치된 바퀴를 구동하여 회전 및 주행할 수 있도록 된 로봇에 있어서,

상기 본체의 전진 중앙점에 대응되는 위치에 설치되어 전방의 장애물에 대한 거리를 측정하는 제1초음파 센서와, 상기 전진 중앙점에 대해 25도 내지 35도로 벗어난 방향에 대한 장애물과의 거리를 측정할 수 있도록 상기 제1초음파 센서를 중심으로 좌우에 각각 배치된 제2 및 제3 초음파 센서를 갖는 초음파 센서부와;

상기 제1초음파 센서를 기준으로 90도로 어긋난 방향에 대한 거리를 광을 출사하여 수신된 광으로부터 측정할 수 있게 상기 본체에 설치된 제1광거리센서와, 상기 제1광거리센서의 광출사중심축에 대해 20 내지 40도로 벗어난 방향으로 광을 출사하여 거리를 측정할 수 있도록 상기 제1광거리센서 좌우에 각각 설치된 제2 및 제3광거리센서를 구비하는 광거리센서부와;

상기 바퀴의 회전수를 검출하는 엔코더부와;

실내지형지도 작성모드에서는 상기 광거리센서가 벽면에 대향되게 위치되면서 벽면을 따라 주행하도록 상기 초음파 센서부에서 출력되는 신호와 상기 광거리 센서부의 출력신호를 이용하여 전진거리, 회전방향 및 회전량을 결정하여 상기 본체를 주행시키면서 상기 광거리센서들에서 출력되는 신호와 상기 엔코더부로부터 출력된 신호를 이용하여 실내지형지도 데이터를 생성하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 광거리센서들로부터 출력되는 신호를 설정된 샘플링 주기마다 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기와;

상기 아날로그-디지털변환기에서 출력되는 n번째 취득값(Xn)과 n-1번째 취득된 값(Xn-1)과의 차이값(dn)의 절대값이 설정된 허용값(R) 이내이면, n번째 취득값(Xn)을 제1보정값(X*n)으로 적용하고, 상기 차이값(dn)의 절대값이 상기 허용값(R) 을 초과하면, 상기 차이값(dn)에 설정된 보상상수(a)를 승산한 값(a×dn)을 이전 취득값(Xn-1)에 가산한 값(a×d(n)+Xn-1)을 상기 제1보정값(X*(n))으로 적용하여 출력하는 제1잡음보정부와;

상기 제1잡음보정부에서 출력되는 n-2번째 제1보정값(X*n-2)과, n-1번째 제1보정값(X*n-1) 및 n번째 제1보정값(X*(n)을 상호 합산한 다음 3으로 나눈 값을 n번째 제2보정값(X**n)으로 하여 출력하는 제2잡음보정부;를 구비하며,

상기 제2잡음보정부에 출력되는 상기 제2보정값들로부터 벽면과의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇.
제2항에 있어서, 상기 본체에는 상기 제1광거리센서와 180도로 어긋난 방향에 중간 장애물 검출용 제4초음파센서;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
설정된 전방에 대해 거리를 측정하는 복수 개의 원거리 측정용 초음파 센서 와 측면에 대해 근거리를 측정하는 복수개의 광거리센서가 본체에 장착된 로봇을 주행시켜 실내지형 지도를 작성하는 방법에 있어서,

가. 로봇의 현위치에서 가장 거리가 가까운 벽면을 찾기 위해 로봇을 회전시키면서 주변거리를 측정하는 단계와;

나. 상기 가단계에서 측정된 거리중 가장 가까운 벽면으로 상기 본체를 이동시키되 상기 광거리센서가 상기 벽면에 대향되며 설정된 안전거리 범위 내에 위치되도록 배치시켜 초기위치를 결정하는 단계와;

다. 상기 본체를 주행시키면서 상기 광거리센서로부터 출력되는 신호를 이용하여 상기 벽면과의 거리를 측정하는 단계와;

라. 상기 벽멱과의 거리로부터 벽면의 모양을 판별하는 단계와;

마. 판별된 상기 벽면의 모양에 따라 상기 로봇의 회전방향, 회전량 및 전진거리를 결정하는 단계와;

바. 상기 마단계에서 결정된 내용에 따라 상기 로봇을 주행시키는 단계와;

사. 상기 로봇이 상기 초기위치에 도달하였는지를 판단하면서 상기 로봇의 주행궤적정보와 주행시 상기 광거리센서로부터 측정한 벽면과의 이격거리 정보를 이용하여 실내 지형 지도를 작성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇을 이용한 실내 지도 작성방법.
제4항에 있어서, 상기 라단계는

라-1. 상기 광거리센서들로부터 출력되는 신호를 설정된 샘플링 주기마다 샘 플링하여 디지털 데이터로 변환하는 단계와;

라-2. 상기 디지털 데이터의 n번째 취득값(Xn)과 바로 이전에 취득된 값(Xn-1)과의 차이값(dn)의 절대값이 설정된 허용값(R) 이내이면, n번째 취득값(Xn)을 제1보정값(X*n)으로 적용하고, 상기 차이값(dn)의 절대값이 상기 허용값(R)을 초과하면, 상기 차이값(dn)에 설정된 보상상수(a)를 승산한 값(a×dn)을 이전 취득값(Xn-1)에 가산한 값(a×d(n)+Xn-1)을 상기 제1보정값(X*(n))으로 적용하여 출력하는 단계와;

라-3. 상기 n-2번째 제1보정값(X*n-2)과, n-1번째 제1보정값(X*n-1) 및 n번째 제1보정값(X*(n)을 상호 합산한 다음 3으로 나눈 값을 n번째 제2보정값(X**n)으로 하여 출력하는 단계와;

라-4. 상기 제2보정값을 이용하여 상기 벽면과의 거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇을 이용한 실내 지도 작성방법.