KR101076803B1 - 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법 및 이를 이용한 기동 위치 판별 방법 - Google Patents

Abstract

실내 기동 로봇의 경로 계획 수립을 위한 지도 작성 방법 및 이를 이용한 기동 위치 판별 방법이 개시된다.
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 배열의 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 포함한다.
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.

Description

실내 기동 로봇의 지도 작성 방법 및 이를 이용한 기동 위치 판별 방법{Map constructing method of inhouse robot and start position determining method thereof}

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.

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.

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.

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.

따라서, 본 발명의 목적은 간편하고 저가의 비용으로 실내 기동 로봇의 기동 경로 계획 수립을 위한 실내 지도를 작성하는 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 작성된 실내 지도를 이용하여 로봇의 기동시의 위치를 판별하는 방법을 제공하는 것에 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실내 기동 로봇의 지도/좌표 작성 및 경로 계획 방법에 대하여 상세히 설명한다.

로봇의 기동은 지도 구축 과정, 구축된 지도상에서의 로봇의 위치 판단 과정 그리고 경로 설정 과정을 통하여 이루어진다.

본 발명은 실내 기동 로봇의 경로 계획 작성을 위한 실내 지도의 작성 방법 및 로봇 기동시의 초기위치 판단 방법을 개시한다.

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.

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.

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.

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.

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.

입력되는 가속도를 단위시간 동안의 이동 속도로 바꾸고, 방위각을 고려하여 이차원 배열의 초기맵에서 로봇의 좌표 및 장애물의 좌표를 검출하게 된다.

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.

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.

실측에 따르는 시간이 충분할 때 이 연속 측정값을 늘려 지도의 오차율을 줄일 수 있다.

로봇의 랜덤 기동을 통해 실제 기동 환경의 크기에 따라 이 작업을 계속 하여 지도를 구축하고 완성된 지도를 로봇의 메모리에 저장한다.

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.

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.

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.

이는 토마호크의 탐색 방식 즉, 촬영한 화상과 위성 사진 간의 바이너리 비트 분석 대조와 흡사하다.

*90% 이상의 배열 화소 일치시 자신의 좌표를 저장된 지도에서 가져 오고 그렇지 않을 때 위의 과정을 반복한다.

실내 지도 및 로봇의 위치가 확인되면 로봇의 이동 경로를 설정할 수 있다.

도 3은 실내 지도 및 기동시 위치를 참조하여 로봇의 이동 경로를 설정하는 것을 도시한다.

먼저, 실내 지도를 작성한다(s300) 도 1을 참조하여 설명된 방식에 따라 실내 지도를 작성한다.

로봇 기동시의 위치를 파악한다(s310). 도 2를 참조하여 설명된 방식에 따라 실내에서의 로봇의 기동 위치를 파악한다.

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.

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.

장애물 통과시에는 좌우 장애물 값의 중간값 좌표로 이동한다.

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.

Claims (4)

1. 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) 상기 로봇에 설치된 방위각 센서에 의해 검출된 방위각에 따라 상기 초기맵을 정치시키는 단계;
   (c) 로봇을 임의의 방향으로 이동시키면서 상기 로봇에 설치된 방위각 센서, 가속도 센서 그리고 적외선 센서에 의해 로봇의 현재 위치 및 실내 공간에 존재하는 장애물의 위치를 파악하는 단계; 및
   (d) 상기 파악된 장애물의 위치를 지도상에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는
   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.
3. 제2항에 있어서, 상기 (c) 단계는
   상기 로봇에 장착된 적외선 센서를 이용하여 장애물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 실내 기동 로봇의 지도 작성 방법.
4. 실내 기동 로봇의 기동 위치를 판별하는 방법에 있어서,
   (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 기동된 로봇에 설치된 방위각 센서에 의해 검출된 방위각에 따라 상기 초기맵을 정치시키고, 상기 로봇을 상기 초기맵에 의해 커버되는 범위 내에서 이동시키면서 상기 로봇에 설치된 방위각 센서, 가속도 센서 그리고 적외선 센서에 의해 로봇의 현재 위치 및 실내 공간에 존재하는 장애물의 위치를 파악하고 파악된 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.

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