KR101190294B1 - Vision stabilization apparatus for mobile robot - Google Patents

Vision stabilization apparatus for mobile robot Download PDF

Info

Publication number
KR101190294B1
KR101190294B1 KR20100034395A KR20100034395A KR101190294B1 KR 101190294 B1 KR101190294 B1 KR 101190294B1 KR 20100034395 A KR20100034395 A KR 20100034395A KR 20100034395 A KR20100034395 A KR 20100034395A KR 101190294 B1 KR101190294 B1 KR 101190294B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axis
camera
mobile robot
yaw
base frame
Prior art date
Application number
KR20100034395A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110114975A (en
Inventor
김성수
김명호
이용관
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR20100034395A priority Critical patent/KR101190294B1/en
Publication of KR20110114975A publication Critical patent/KR20110114975A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101190294B1 publication Critical patent/KR101190294B1/en

Links

Images

Abstract

이동 로봇의 주행 중 안정된 영상을 획득하게 하는 영상 안정화 장치를 개시한다. 영상 안정화 장치는 베이스 프레임과, 자세 방위 기준장치와, 카메라와, 3축 구동 유닛과, 조종부, 통신부, 및 제어부를 포함한다. 베이스 프레임은 이동 로봇에 고정된다. 자세 방위 기준장치는 베이스 프레임 상에 장착되어 이동 로봇의 요(yaw), 피치(pitch), 및 롤(roll) 동작을 검출한다. 카메라는 베이스 프레임의 상부에 배치되어 목표물에 대한 영상을 촬영한다. 3축 구동 유닛은 베이스 프레임 상에 장착되어 카메라를 요 축, 피치 축, 및 롤 축의 3축으로 회전시키며, 3축은 공통 점(common point)을 지나도록 배치된다. 조종부는 카메라의 시선을 목표물에 대해 원격 조종하기 위한 것이다. 통신부는 조종부와의 원격 통신을 위해 베이스 프레임에 장착된다. 제어부는 베이스 프레임 상에 장착되어 자세 방위 기준장치로부터 검출된 요, 피치, 및 롤 동작과 통신부를 거쳐 조종부에 의해 조종된 카메라의 시선 방향을 기초로, 이동 로봇의 주행 중 카메라의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 카메라의 요, 피치, 및 롤의 각도를 산출해서 3축 구동 유닛을 제어한다. An image stabilization apparatus for obtaining a stable image while driving a mobile robot is disclosed. The image stabilization device includes a base frame, an attitude orientation reference device, a camera, a three-axis drive unit, a control unit, a communication unit, and a control unit. The base frame is fixed to the mobile robot. The attitude orientation reference device is mounted on the base frame to detect yaw, pitch, and roll motion of the mobile robot. The camera is disposed on the base frame to capture an image of the target. A three axis drive unit is mounted on the base frame to rotate the camera in three axes of the yaw axis, the pitch axis and the roll axis, the three axes being arranged to pass through a common point. The control unit is for remotely controlling the camera's line of sight with respect to the target. The communication unit is mounted on the base frame for remote communication with the control unit. The control unit is mounted on the base frame and based on the yaw, pitch, and roll motion detected from the attitude orientation reference device and the direction of the camera's gaze controlled by the control unit via the communication unit, the gaze of the camera while the mobile robot is driving is the target. The three-axis drive unit is controlled by calculating the angle of the yaw, the pitch, and the roll of the camera so that it always faces with respect to.

Description

이동 로봇용 영상 안정화 장치{Vision stabilization apparatus for mobile robot}Vision stabilization apparatus for mobile robot
본 발명은 이동 로봇용 영상 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 로봇의 주행 중 안정된 영상을 획득하게 하는 영상 안정화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an image stabilization device for a mobile robot, and more particularly, to an image stabilization device for obtaining a stable image while driving the mobile robot.
로봇이란 외부환경의 변화를 인식하고 스스로 상황을 판단하여 자율적으로 동작하거나, 인간과의 상호작용을 하는 기계 또는 시스템을 일컫는다. 로봇은 작업 목적에 따라 다양한 형태로 개발되어 활용되고 있다. Robot is a machine or system that recognizes changes in the external environment and judges the situation by itself to operate autonomously or interact with humans. Robots are developed and utilized in various forms depending on the purpose of work.
이 중에서, 무인 이동 로봇은 바퀴 또는 다리를 이용해서 자유롭게 이동할 수 있는 것으로, 원경조종제어 또는 자율제어에 의해 인간을 대신해서 위험 지역을 탐사하는데 이용된다. 예를 들면, 무인 이동 로봇은 행성 표면의 탐사나 군사운영 지역의 감시 등에 이용되고 있다. Among them, the unmanned mobile robot can move freely using a wheel or a leg, and is used to explore a dangerous area on behalf of a human by remote control or autonomous control. For example, unmanned mobile robots are used for exploration of planetary surfaces and surveillance of military operating areas.
이러한 무인 이동 로봇을 위해서는 비전 시스템이 필수적인 요소이다. 이는 비전 시스템이 촬영된 영상을 조종자 또는 제어 유닛에 제공하여 무인 이동 로봇의 주행을 제어할 수 있도록 하기 때문이다. The vision system is essential for such an unmanned mobile robot. This is because the vision system provides the captured image to the operator or control unit to control the driving of the unmanned mobile robot.
그런데, 전술한 무인 이동 로봇은 험지에서 운용되는 것이 일반적이다. 따라서, 무인 이동 로봇은 험지를 주행하는 과정에서 지면의 굴곡에 따라 자세의 변동이 있게 되며, 이로 인해 비전 시스템의 시선 또한 변동이 있게 된다. 그러면, 비전 시스템은 목표물에 대해 안정된 영상을 획득할 수 없게 되므로, 주행 제어, 탐사, 감시 기능 등이 제대로 수행되기 어렵다. 따라서, 무인 이동 로봇의 주행 중에, 비전 시스템은 안정된 영상을 얻기 위해 안정화될 필요가 있다. However, the unmanned mobile robot described above is generally operated in a rough terrain. Therefore, the unmanned mobile robot has a change in posture according to the curvature of the ground while driving a rough terrain, and thus the vision of the vision system also changes. Then, since the vision system cannot obtain a stable image for the target, it is difficult to properly perform driving control, exploration, and monitoring functions. Therefore, while driving the unmanned mobile robot, the vision system needs to be stabilized to obtain a stable image.
본 발명의 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동 로봇의 주행 중 안정된 영상을 획득하여 원격 조종, 탐사, 감시 기능 등이 제대로 수행될 수 있게 하는 이동 로봇용 영상 안정화 장치를 제공함에 있다. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a stable image for a mobile robot to obtain a stable image while driving the mobile robot to perform a remote control, exploration, monitoring function and the like properly.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동 로봇용 영상 안정화 장치는, 이동 로봇에 고정되는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 상에 장착되어 상기 이동 로봇의 요(yaw), 피치(pitch), 및 롤(roll) 동작을 검출하는 자세 방위 기준장치; 상기 베이스 프레임의 상부에 배치되어 목표물에 대한 영상을 촬영하는 카메라; 상기 베이스 프레임 상에 장착되어 상기 카메라를 요 축, 피치 축, 및 롤 축의 3축으로 회전시키며, 상기 3축은 공통 점(common point)을 지나도록 배치되는 3축 구동 유닛; 상기 카메라의 시선을 목표물에 대해 원격 조종하기 위한 조종부; 상기 조종부와의 원격 통신을 위해 상기 베이스 프레임에 장착된 통신부; 및 상기 베이스 프레임 상에 장착되어 상기 자세 방위 기준장치로부터 검출된 요, 피치, 및 롤 동작과 상기 통신부를 거쳐 상기 조종부에 의해 조종된 카메라의 시선 방향을 기초로, 상기 이동 로봇의 주행 중 상기 카메라의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 상기 카메라의 요, 피치, 및 롤의 각도를 산출해서 상기 3축 구동 유닛을 제어하는 제어부;를 포함한다. An image stabilization apparatus for a mobile robot according to the present invention for achieving the above object is a base frame fixed to the mobile robot; An attitude orientation reference device mounted on the base frame to detect yaw, pitch, and roll motion of the mobile robot; A camera disposed on the base frame to capture an image of a target; A three-axis drive unit mounted on the base frame to rotate the camera in three axes of the yaw axis, the pitch axis, and the roll axis, wherein the three axes are arranged to pass through a common point; A control unit for remotely controlling the gaze of the camera with respect to a target; A communication unit mounted to the base frame for remote communication with the control unit; And a yaw, a pitch, and a roll operation detected on the base frame and detected by the posture azimuth reference device, and a direction of the camera controlled by the control unit via the communication unit. And a controller configured to control the three-axis drive unit by calculating angles of yaw, pitch, and roll of the camera so that the gaze of the camera is always directed to a target.
본 발명에 따르면, 이동 로봇이 험지에서 주행하는 과정에서, 지면의 굴곡에 따라 자세의 변동이 있게 되더라도, 카메라의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 제어될 수 있으므로, 카메라로부터 안정된 영상이 확보될 수 있다. 따라서, 안정되게 확보된 영상을 통해 이동 로봇의 주행 제어, 탐사, 감시 기능 등이 제대로 수행될 수 있다. According to the present invention, even when there is a change in posture according to the curvature of the ground while the mobile robot is traveling in a rough terrain, since the gaze of the camera can be controlled to always aim at the target, a stable image can be secured from the camera. have. Therefore, the driving control, exploration, monitoring function, and the like of the mobile robot can be properly performed through the securely secured image.
본 발명에 따르면, 3축 구동 유닛에서 3축은 공통 점을 지나도록 배치되므로, 제어부에서 카메라의 요, 피치, 및 롤의 각도를 산출하는 안정화 알고리즘이 보다 단순화될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 영상 안정화 장치는 모듈화된 구성을 갖기 때문에, 사용자가 이동 로봇으로부터 영상 안정화 장치만을 떼어내어 다른 이동 로봇에 장착하여 적용할 수 있는바, 활용성이 뛰어날 수 있다. According to the present invention, since the three axes in the three axis drive unit are arranged to pass through a common point, the stabilization algorithm for calculating the yaw, pitch, and roll angle of the camera in the control unit can be more simplified. In addition, since the image stabilization device according to the present invention has a modular configuration, the user can remove the image stabilization device from the mobile robot and apply it to other mobile robots, thereby providing excellent utility.
본 발명에 따르면, 3축 구동 유닛에서 각 회전부의 무게 중심이 각 회전 축선 상에 위치하므로, 각 구동부의 토크를 줄이는데 유리할 수 있다. 또한, 방진부재에 의해 이동 로봇으로부터 카메라로 전달되는 진동이 차단되므로, 카메라로부터 보다 안정된 영상이 획득될 수 있다. According to the present invention, since the center of gravity of each rotating unit in the three-axis driving unit is located on each rotation axis, it may be advantageous to reduce the torque of each driving unit. In addition, since vibration transmitted from the mobile robot to the camera is blocked by the dustproof member, a more stable image can be obtained from the camera.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇용 영상 안정화 장치에 대한 정면도.
도 2는 도 1의 이동 로봇용 영상 안정화 장치에 대한 사시도.
도 3은 도 2에 대한 측면도.
도 4는 도 2에 대한 분해 사시도.
1 is a front view of the image stabilization device for a mobile robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an image stabilization device for a mobile robot of FIG. 1. FIG.
3 is a side view of FIG. 2.
4 is an exploded perspective view of FIG. 2.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇용 영상 안정화 장치에 대한 정면도이고, 도 2는 도 1의 이동 로봇용 영상 안정화 장치에 대한 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 2에 대한 측면도이며, 도 4는 도 2에 대한 분해 사시도이다. 1 is a front view of an image stabilization apparatus for a mobile robot according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view of the image stabilization apparatus for a mobile robot of FIG. 3 is a side view of FIG. 2, and FIG. 4 is an exploded perspective view of FIG. 2.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 이동 로봇용 영상 안정화 장치(100)는 이동 로봇(10)의 주행 중 안정된 영상을 획득할 수 있게 하는 것으로, 베이스 프레임(110)과, 자세 방위 기준장치(attitude and heading reference system; AHTS, 120)와, 카메라(130)와, 3축 구동 유닛(140)과, 조종부(150)와, 제어부(160), 및 통신부(170)를 포함한다. 1 to 4, the image stabilization apparatus 100 for a mobile robot enables to acquire a stable image while the mobile robot 10 is traveling, and includes a base frame 110 and an attitude orientation reference apparatus. and a heading reference system (AHTS) 120, a camera 130, a three-axis drive unit 140, a control unit 150, a control unit 160, and a communication unit 170.
베이스 프레임(110)은 이동 로봇(10)에 고정되며, 영상 안정화 장치(100) 전체가 이동 로봇(10)에 장착된 상태로 지지될 수 있게 한다. 자세 방위 기준장치(120)는 베이스 프레임(110) 상에 장착되어 이동 로봇(10)의 요(yaw), 피치(pitch), 및 롤(roll) 동작을 검출하기 위한 것이다. 즉, 이동 로봇(10)의 주행 중에, 이동 로봇(10)은 지형에 따라 자세와 방위가 변할 수 있는데, 이때 자세 방위 기준장치(120)는 이동 로봇(10)의 자세 및 방위를 검출하게 된다. The base frame 110 is fixed to the mobile robot 10 and allows the entire image stabilization apparatus 100 to be supported while being mounted on the mobile robot 10. The attitude orientation reference device 120 is mounted on the base frame 110 to detect yaw, pitch, and roll motion of the mobile robot 10. That is, while the mobile robot 10 is traveling, the attitude and orientation of the mobile robot 10 may change depending on the terrain, and the attitude orientation reference device 120 detects the attitude and orientation of the mobile robot 10. .
카메라(130)는 베이스 프레임(110)의 상부에 배치되어, 목표물에 대한 영상을 촬영한다. 카메라(130)는 촬영된 영상을 무선 송출할 경우 무선 카메라로 구성될 수 있다. 3축 구동 유닛(140)은 베이스 프레임(110) 상에 장착되어 카메라(130)를 롤 축(X 축), 피치 축(Y 축), 및 요 축(Z 축)의 3축으로 회전시키기 위한 것이다. The camera 130 is disposed above the base frame 110 to capture an image of the target. The camera 130 may be configured as a wireless camera when wirelessly transmitting the captured image. The three-axis drive unit 140 is mounted on the base frame 110 to rotate the camera 130 in three axes of the roll axis (X axis), pitch axis (Y axis), and yaw axis (Z axis). will be.
여기서, 3축 구동 유닛(140)에서 3축은 공통 점(common point)을 지나도록 배치된다. 이에 따라, 카메라(130)는 공통 점을 중심으로 롤, 피치, 및 요 동작하게 되므로, 제어부(160)에서 카메라(130)의 롤, 피치, 및 요의 각도를 산출하는 안정화 알고리즘이 보다 단순화될 수 있다. 일 예로, 3축 구동 유닛(140)에서, 롤 축(X 축)의 회전 범위는 -30°~ 30°, 피치 축(Y 축)의 회전 범위는 -20°~ 40°, 요 축(Z 축)의 회전 범위는 -60°~ 60°로 설정될 수 있다. Here, the three axes in the three axis drive unit 140 are disposed to pass through a common point. Accordingly, since the camera 130 rolls, pitches, and yaw movement around a common point, a stabilization algorithm for calculating the angles of the rolls, pitches, and yaw of the camera 130 in the controller 160 may be simplified. Can be. For example, in the three-axis drive unit 140, the rotation range of the roll axis (X axis) is -30 ° ~ 30 °, the rotation range of the pitch axis (Y axis) is -20 ° ~ 40 °, yaw axis (Z Axis of rotation) can be set to -60 ° ~ 60 °.
조종부(150)는 카메라(130)의 시선을 목표물에 대해 원격 조종하기 위한 것이다. 즉, 조종부(150)는 사용자로 하여금 카메라(130)의 시선을 원하는 목표물을 향하도록 원격 조종할 수 있게 한다. 조종부(150)로는 조이스틱 등의 입력장치가 이용될 수 있다. The controller 150 is for remotely controlling the gaze of the camera 130 with respect to the target. That is, the control unit 150 allows the user to remotely control the gaze of the camera 130 to the desired target. As the controller 150, an input device such as a joystick may be used.
통신부(170)는 조종부(150)와의 원격 통신을 위해 베이스 프레임에 장착된다. 통신부(170)로는 무선 통신 모듈, 예컨대 블루투스 통신 모듈 등이 이용될 수 있으며, 무선 통신 모듈에 의해 조이스틱의 명령을 제어부(160)로 송신할 수 있다. The communication unit 170 is mounted to the base frame for remote communication with the control unit 150. As the communication unit 170, a wireless communication module such as a Bluetooth communication module may be used, and a command of a joystick may be transmitted to the control unit 160 by the wireless communication module.
제어부(160)는 이동 로봇(10)의 주행 중 카메라(130)의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 제어함으로써 카메라(130)로부터 안정된 영상을 획득할 수 있게 한다. 즉, 제어부(160)는 베이스 프레임(110) 상에 장착되어 자세 방위 기준장치(120)로부터 검출된 롤, 피치, 및 요 동작 정보와 통신부(170)를 거쳐 조종부(150)에 의해 조종된 카메라(130)의 시선 방향 정보를 제공받는다. The controller 160 controls the gaze of the camera 130 to always direct the target while driving the mobile robot 10 so as to obtain a stable image from the camera 130. That is, the controller 160 is mounted on the base frame 110 and controlled by the control unit 150 via the roll, pitch, and yaw motion information detected from the posture orientation reference device 120 and the communication unit 170. The gaze direction information of the camera 130 is provided.
그러면, 제어부(160)는 제공받은 정보들을 기초로, 이동 로봇(10)의 주행 중 카메라(130)의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 카메라(130)의 롤, 피치, 및 요의 각도를 산출한다. 그 다음, 제어부(160)는 산출된 각도 값에 따른 제어 신호를 3축 구동 유닛(140)으로 출력해서 3축 구동 유닛(140)을 제어한다. 그 결과, 이동 로봇(10)의 주행 중 카메라(130)의 시선은 목표물에 대해 항상 지향하게 되므로, 카메라(130)로부터 안정된 영상이 획득될 수 있는 것이다. Then, the controller 160 calculates the angle of the roll, pitch, and yaw of the camera 130 so that the gaze of the camera 130 is always directed to the target while driving the mobile robot 10 based on the information provided. do. Next, the controller 160 controls the triaxial drive unit 140 by outputting a control signal according to the calculated angle value to the triaxial drive unit 140. As a result, since the gaze of the camera 130 is always directed to the target while the mobile robot 10 is traveling, a stable image can be obtained from the camera 130.
제어부(160)에서 카메라(130)의 롤, 피치, 및 요의 각도를 산출하기 위한 안정화 알고리즘의 수학식들은 다음과 같이 이루어질 수 있다. Equations of the stabilization algorithm for calculating the roll, pitch, and yaw angle of the camera 130 in the controller 160 may be performed as follows.
Figure 112010023812832-pat00001
Figure 112010023812832-pat00001
Figure 112010023812832-pat00002
Figure 112010023812832-pat00002
Figure 112010023812832-pat00003
Figure 112010023812832-pat00003
여기서, θx 는 롤의 각도, θy 는 피치의 각도, θz는 요의 각도를 나타낸다. 그리고, kx, ky, kz의 구성요소로 이루어진 k 벡터는 이동 로봇의 롤, 피치, 요 동작에 대한 함수이며, Px, Py, Pz의 구성요소를 갖는 P 벡터는 카메라의 시선 방향에 대한 함수를 나타낸다. Here, θ x represents the angle of the roll, θ y represents the angle of the pitch, and θ z represents the angle of yaw. And, k vector consisting of components of the k x, k y, k z is the function of the roll, pitch and yaw motion of the mobile robot, P vector having the components of P x, P y, P z is the camera Represents a function for the line of sight.
전술한 구성의 이동 로봇용 영상 안정화 장치(100)는, 이동 로봇(10)이 험지에서 주행하는 과정에서, 지면의 굴곡에 따라 자세의 변동이 있게 되더라도, 카메라(130)의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 제어될 수 있다. 따라서, 카메라(130)로부터 안정된 영상이 확보될 수 있으므로, 확보된 영상을 통해 이동 로봇(10)의 주행 제어, 탐사, 감시 기능 등이 제대로 수행될 수 있다. 또한, 본 실시예의 영상 안정화 장치(100)는 모듈화된 구성을 갖기 때문에, 사용자가 이동 로봇(10)으로부터 영상 안정화 장치(100)만을 떼어내어 다른 이동 로봇에 장착하여 적용할 수 있는바, 활용성이 뛰어날 수 있다.
In the mobile robot image stabilization apparatus 100 having the above-described configuration, even when the movement of the robot 10 moves in rough terrain, even if there is a change in posture depending on the curvature of the ground, the gaze of the camera 130 is directed to the target. It can be controlled to always be directed. Therefore, since a stable image may be secured from the camera 130, the driving control, exploration, and monitoring function of the mobile robot 10 may be properly performed through the secured image. In addition, since the image stabilization device 100 of the present embodiment has a modular configuration, the user can remove the image stabilization device 100 from the mobile robot 10 and apply it to other mobile robots. This can be excellent.
한편, 3축 구동 유닛(140)은 다양하게 구성될 수 있는데, 일 예로, 회전 지지부(141)와, 요 축 회전부(142)와, 요 축 구동부(143)와, 피치 축 회전부(144)와, 피치 축 구동부(145), 및 롤 축 구동부(146)를 포함할 수 있다. On the other hand, the three-axis drive unit 140 may be configured in various ways, for example, the rotary support 141, yaw axis rotating part 142, yaw axis driving unit 143, pitch axis rotating unit 144 and , Pitch axis driver 145, and roll axis driver 146.
회전 지지부(141)는 베이스 프레임(110) 상에 장착된다. 회전 지지부(141)는 요 축 회전부(142)의 회전을 지지하기 위한 것이다. 회전 지지부(141)는 원판 형상으로 이루어지고, 중앙에 요 축 회전부(142)의 회전 축을 끼워서 지지하는 축 홀이 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 요 축 회전부(142)는 회전 지지부(141) 상에 요 축(Z 축)으로 회전 가능하도록 설치된다. 요 축 회전부(142)는 원판 형상의 베이스(142a)와, 베이스(142a) 상에 피치 축 회전부(144)의 회전을 지지하기 위한 한 쌍의 지지 칼럼(142b)들, 및 지지 칼럼(142b)들에 각각 설치된 지지 축(142c)들이 형성된 구조로 이루어질 수 있다. The rotary support 141 is mounted on the base frame 110. The rotation support part 141 is for supporting the rotation of the yaw axis rotation part 142. The rotation support part 141 may be formed in a disc shape, and may have a structure in which a shaft hole for supporting the rotation shaft of the yaw axis rotation part 142 is inserted in the center thereof. The yaw axis rotating part 142 is installed on the rotation support part 141 so as to be rotatable with a yaw axis (Z axis). The yaw axis rotating part 142 includes a disc-shaped base 142a, a pair of supporting columns 142b for supporting rotation of the pitch axis rotating part 144 on the base 142a, and a supporting column 142b. Each of the support shafts 142c installed in the field may be formed.
요 축 구동부(143)는 요 축 회전부(142)를 회전시키기 위한 것이다. 요 축 구동부(143)는 제1 회전 모터(143a)와, 제1 구동 풀리(143b), 제1 종동 풀리(143c), 및 제1 벨트(143d)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 회전 모터(143a)는 정,역 회전 가능하게 구성된다. 제1 회전 모터(143a)는 BLDC(Brushless DC) 모터가 이용될 수 있으며, BLDC 모터를 제어하기 위한 모터 드라이브가 구비될 수 있다. 이 경우, 제어부(160)는 DSP(Digital Signal Processor)를 기반으로 제1 회전 모터(143a)를 제어할 수 있다. 후술할 제2 회전 모터(145a) 및 제3 회전 모터(146a)의 경우도 마찬가지이다. The yaw axis drive part 143 is for rotating the yaw axis rotation part 142. The yaw axis driver 143 may include a first rotary motor 143a, a first drive pulley 143b, a first driven pulley 143c, and a first belt 143d. The first rotary motor 143a is configured to be capable of forward and reverse rotation. A brushless DC (BLDC) motor may be used as the first rotary motor 143a, and a motor drive for controlling the BLDC motor may be provided. In this case, the controller 160 may control the first rotary motor 143a based on a digital signal processor (DSP). The same applies to the second rotating motor 145a and the third rotating motor 146a which will be described later.
제1 구동 풀리(143b)는 제1 회전 모터(143a)의 구동 축에 고정된다. 여기서, 제1 회전 모터(143a)의 구동 축은 회전 지지부(141)를 관통하여 설치되고, 회전 지지부(141) 상에 제1 구동 풀리(143b)가 배치된다. 제1 종동 풀리(143c)는 요 축 회전부(142)의 회전 중심과 동축 상으로 배치되어 요 축 회전부(142)의 하면에 고정된다. 제1 벨트(143d)는 제1 구동 풀리(143b)와 제1 종동 풀리(143c)에 걸쳐져 제1 구동 풀리(143b)의 구동력이 제1 종동 풀리(143c)에 전달되게 한다. 한편, 제1 벨트(143d)의 텐션을 조정하기 위한 제1 텐션 롤러(143e)가 회전 지지부(141) 상에 설치될 수 있다. The first drive pulley 143b is fixed to the drive shaft of the first rotary motor 143a. Here, the drive shaft of the first rotary motor 143a is installed through the rotary support 141, and the first drive pulley 143b is disposed on the rotary support 141. The first driven pulley 143c is coaxially disposed with the rotation center of the yaw axis rotating part 142 and is fixed to the bottom surface of the yaw axis rotating part 142. The first belt 143d spans the first driving pulley 143b and the first driven pulley 143c so that the driving force of the first driving pulley 143b is transmitted to the first driven pulley 143c. Meanwhile, a first tension roller 143e for adjusting the tension of the first belt 143d may be installed on the rotation support part 141.
피치 축 회전부(144)는 요 축 회전부(142) 상에 피치 축(Y 축)으로 회전 가능하도록 설치된다. 피치 축 회전부(144)는 요 축 회전부(142)의 지지 축(142c)들에 각각 끼워져 회전 지지되도록 축 홀들이 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 피치 축 회전부(144)는 카메라(130)를 롤 축(X 축)으로 회전 가능하도록 지지한다. The pitch axis rotating part 144 is provided on the yaw axis rotating part 142 so as to be rotatable with a pitch axis (Y axis). The pitch shaft rotating part 144 may be formed in a structure in which shaft holes are formed to be rotatably supported by the support shafts 142c of the yaw shaft rotating part 142. And the pitch axis rotation part 144 supports the camera 130 so that rotation to the roll axis (X axis) is possible.
피치 축 구동부(145)는 피치 축 회전부(144)를 회전시키기 위한 것이다. 피치 축 구동부(145)는, 피치 축 회전부(144)에 장착되고 정,역 회전 가능한 제2 회전 모터(145a)와, 제2 회전 모터(145a)의 구동 축에 고정된 제2 구동 풀리(145b)와, 요 축 회전부(142)의 지지 축(142c)들 중 하나에 설치된 제2 종동 풀리(145c), 및 제2 구동 풀리(145b)와 제2 종동 풀리(145c)에 걸쳐지는 제2 벨트(145d)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제2 벨트(145d)의 텐션을 조정하기 위한 제2 텐션 롤러(145e)가 피치 축 회전부(144)에 설치될 수 있다. The pitch axis driver 145 is for rotating the pitch axis rotor 144. The pitch axis driver 145 is mounted on the pitch axis rotor 144 and is capable of forward and reverse rotation, and a second drive pulley 145b fixed to the drive shaft of the second rotation motor 145a. ), A second driven pulley 145c installed on one of the support shafts 142c of the yaw axis rotating part 142, and a second belt spanning the second driving pulley 145b and the second driven pulley 145c. 145d may be configured. Here, the second tension roller 145e for adjusting the tension of the second belt 145d may be installed in the pitch axis rotating part 144.
롤 축 구동부(146)는 카메라(130)를 롤 축(X 축)으로 회전시키기 위한 것이다. 롤 축 구동부(146)는, 피치 축 회전부(144)에 장착되고 정,역 회전 가능한 제3 회전 모터(146a)와, 제3 회전 모터(146a)의 구동 축에 고정된 제3 구동 풀리(146b)와, 피치 축 회전부(144)에 설치된 제3 종동 풀리(146c), 및 제3 구동 풀리(146b)와 제3 종동 풀리(146c)에 걸쳐지는 제3 벨트(146d)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제3 벨트(146d)의 텐션을 조정하기 위한 제3 텐션 롤러(146e)가 피치 축 회전부(144)에 설치될 수 있다. The roll axis drive unit 146 is for rotating the camera 130 to a roll axis (X axis). The roll shaft drive unit 146 is mounted on the pitch shaft rotation unit 144 and is capable of forward and reverse rotation, and a third drive pulley 146b fixed to the drive shaft of the third rotation motor 146a. ), A third driven pulley 146c installed in the pitch axis rotation part 144, and a third belt 146d spanning the third driving pulley 146b and the third driven pulley 146c. have. Here, the third tension roller 146e for adjusting the tension of the third belt 146d may be installed in the pitch axis rotating part 144.
구동 토크를 줄이기 위해, 축(X 축), 피치 축(Y 축), 및 요 축(Z 축)을 중심으로 회전하는 각 부분은 각각의 회전 축선 상에 위치할 수 있다. 즉, 요 축 회전부(142), 피치 축 회전부(144), 및 카메라(130)의 각 무게 중심은 각각의 회전 축선 상에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 회전 모터(143a)(145a)(146a)의 토크를 줄이는 데 유리할 수 있다.In order to reduce the drive torque, each part that rotates about the axis (X axis), the pitch axis (Y axis), and the yaw axis (Z axis) can be located on each rotation axis. That is, each center of gravity of the yaw axis rotation part 142, the pitch axis rotation part 144, and the camera 130 may be located on each rotation axis. Accordingly, it may be advantageous to reduce torque of the first to third rotary motors 143a, 145a, 146a.
한편, 카메라(130)로부터 촬영된 영상은 통신부(170)에 의해 모니터링 장치로 전송될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 모니터링 장치로부터 출력되는 영상을 통해 이동 로봇(10)을 원격 조종할 수 있게 된다. On the other hand, the image taken from the camera 130 may be transmitted by the communication unit 170 to the monitoring device. Accordingly, the user can remotely control the mobile robot 10 through the image output from the monitoring device.
영상 안정화 장치(100)는 이동 로봇(10)으로부터 전원을 공급받아서 구동할 수 있다. 영상 안정화 장치(100)가 이동 로봇(10)으로부터 12V의 전원을 공급받는다면, 영상 안정화 장치(100)는 12V로 제1 내지 제3 회전 모터(143a)(145a)(146a)로 구동시키고, 레귤레이터를 통해 12V를 5V로 변환시켜 카메라(130), 제어부(160), 통신부(170) 등에 공급하도록 구성될 수 있다. The image stabilization apparatus 100 may be driven by receiving power from the mobile robot 10. If the image stabilization device 100 is supplied with 12V power from the mobile robot 10, the image stabilization device 100 is driven by the first to third rotary motors 143a, 145a and 146a at 12V, The regulator may be configured to convert 12V into 5V and supply the same to the camera 130, the controller 160, and the communicator 170.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(110)과 이동 로봇(10) 사이에는 방진부재(180)가 설치될 수 있다. 방진부재(180)는 이동 로봇(10)으로부터 카메라(130)로 전달되는 진동을 차단하여, 카메라(130)로부터 보다 안정된 영상을 획득할 수 있게 한다. In addition, as illustrated in FIG. 1, a dustproof member 180 may be installed between the base frame 110 and the mobile robot 10. The anti-vibration member 180 blocks vibrations transmitted from the mobile robot 10 to the camera 130, so that a more stable image can be obtained from the camera 130.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation and that those skilled in the art will recognize that various modifications and equivalent arrangements may be made therein. It will be possible. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
110..베이스 프레임 120..자세 방위 기준장치
130..카메라 140..3축 구동 유닛
150..조종부 160..제어부
170..통신부 180..방진부재
110. Base frame 120. Posture bearing reference
130. Camera 140. 3-axis drive unit
150. Control part 160. Control part
170. Communication unit 180. Dustproof member

Claims (5)

  1. 삭제delete
  2. 이동 로봇에 고정되는 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임 상에 장착되어 상기 이동 로봇의 요(yaw), 피치(pitch), 및 롤(roll) 동작을 검출하는 자세 방위 기준장치;
    상기 베이스 프레임의 상부에 배치되어 목표물에 대한 영상을 촬영하는 카메라;
    상기 베이스 프레임 상에 장착되어 상기 카메라를 요 축, 피치 축, 및 롤 축의 3축으로 회전시키며, 상기 3축은 공통 점(common point)을 지나도록 배치되는 3축 구동 유닛;
    상기 카메라의 시선을 목표물에 대해 원격 조종하기 위한 조종부;
    상기 조종부와의 원격 통신을 위해 상기 베이스 프레임에 장착된 통신부; 및
    상기 베이스 프레임 상에 장착되어 상기 자세 방위 기준장치로부터 검출된 요, 피치, 및 롤 동작과 상기 통신부를 거쳐 상기 조종부에 의해 조종된 카메라의 시선 방향을 기초로, 상기 이동 로봇의 주행 중 상기 카메라의 시선이 목표물에 대해 항상 지향하도록 상기 카메라의 요, 피치, 및 롤의 각도를 산출해서 상기 3축 구동 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 3축 구동 유닛은:
    상기 베이스 프레임 상에 장착되는 회전 지지부와,
    상기 회전 지지부 상에 요 축으로 회전 가능하도록 설치된 요 축 회전부와,
    상기 요 축 회전부를 회전시키는 요 축 구동부와,
    상기 요 축 회전부 상에 피치 축으로 회전 가능하도록 설치되며 상기 카메라를 롤 축으로 회전 가능하도록 지지하는 피치 축 회전부와,
    상기 피치 축 회전부를 회전시키는 피치 축 구동부와,
    상기 카메라를 롤 축으로 회전시키는 롤 축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 영상 안정화 장치.
    A base frame fixed to the mobile robot;
    An attitude orientation reference device mounted on the base frame to detect yaw, pitch, and roll motion of the mobile robot;
    A camera disposed on the base frame to capture an image of a target;
    A three-axis drive unit mounted on the base frame to rotate the camera in three axes of the yaw axis, the pitch axis, and the roll axis, wherein the three axes are arranged to pass through a common point;
    A control unit for remotely controlling the gaze of the camera with respect to a target;
    A communication unit mounted to the base frame for remote communication with the control unit; And
    The camera is mounted on the base frame based on the yaw, pitch, and roll motion detected from the posture azimuth reference device and the gaze direction of the camera controlled by the control unit via the communication unit. And a controller configured to control the three-axis drive unit by calculating angles of yaw, pitch, and roll of the camera so that the gaze of the target is always directed to a target.
    The three axis drive unit is:
    A rotatable support mounted on the base frame;
    A yaw axis rotating part installed to be rotatable on a yaw axis on the rotatable support;
    A yaw shaft drive unit for rotating the yaw shaft rotating unit;
    A pitch axis rotating part installed on the yaw axis rotating part so as to be rotatable on a pitch axis and supporting the camera rotatably on a roll axis;
    A pitch axis driving unit for rotating the pitch axis rotating unit;
    And a roll axis driver for rotating the camera to a roll axis.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 요 축 회전부, 피치 축 회전부, 및 카메라의 각 무게 중심은 각각의 회전 축선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 영상 안정화 장치.
    The method of claim 2,
    And each of the centers of gravity of the yaw axis rotating part, the pitch axis rotating part, and the camera are located on respective rotation axes.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 프레임과 이동 로봇 사이에는 상기 이동 로봇으로부터 상기 카메라로 전달되는 진동을 차단하기 위한 방진부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 영상 안정화 장치.
    The method of claim 2,
    An image stabilization device for a mobile robot, characterized in that a dustproof member is installed between the base frame and the mobile robot to block vibration transmitted from the mobile robot to the camera.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 카메라로부터 촬영된 영상을 모니터링 장치로 전송하여 사용자가 상기 모니터링 장치로부터 출력되는 영상을 통해 상기 이동 로봇을 원격 조종하도록 된 것을 특징으로 하는 이동 로봇용 영상 안정화 장치.
    The method of claim 2,
    The communication unit is an image stabilization device for a mobile robot, characterized in that the user to remotely control the mobile robot through the image output from the monitoring device by transmitting the image taken from the camera.
KR20100034395A 2010-04-14 2010-04-14 Vision stabilization apparatus for mobile robot KR101190294B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100034395A KR101190294B1 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Vision stabilization apparatus for mobile robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100034395A KR101190294B1 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Vision stabilization apparatus for mobile robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110114975A KR20110114975A (en) 2011-10-20
KR101190294B1 true KR101190294B1 (en) 2012-10-12

Family

ID=45029765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20100034395A KR101190294B1 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Vision stabilization apparatus for mobile robot

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101190294B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103576427B (en) * 2013-11-05 2017-02-08 易瓦特科技股份公司 Triple-axis cradle head
KR102076535B1 (en) * 2018-02-01 2020-05-18 호남대학교 산학협력단 Robots for shooting dangerous areas
CN110142779B (en) * 2019-06-05 2021-07-27 南京溧水高新产业股权投资有限公司 Anti-terrorism security intelligent robot
CN111983875B (en) * 2020-07-21 2021-06-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Three-linear-array aerial surveying and mapping camera and arrangement method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100586433B1 (en) 2004-02-04 2006-06-08 박희재 The two wheel based security Robot

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100586433B1 (en) 2004-02-04 2006-06-08 박희재 The two wheel based security Robot

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110114975A (en) 2011-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9789976B2 (en) Carrier having non-orthogonal axes
US10953998B2 (en) Systems and methods for providing stability support
KR101190294B1 (en) Vision stabilization apparatus for mobile robot
US8269447B2 (en) Magnetic spherical balancing robot drive
US7101045B2 (en) Automatic pan and tilt compensation system for a camera support structure
US9586636B1 (en) Multi-segmented magnetic robot
US9529210B2 (en) Track and bogie based optically centered gimbal
WO2015127741A1 (en) Motor, cradle head using motor, and photographing apparatus using cradle head
CN105068541A (en) Self-balancing two-wheel robot
WO2009136857A1 (en) Unitary rolling vehicle
US10545392B2 (en) Gimbal and unmanned aerial vehicle and control method thereof
KR101179816B1 (en) Joint module for robot and joint system for robot having the same
CN107284551A (en) A kind of sniffing robot for being applicable complicated landform
WO2012008005A1 (en) Inverted pendulum type moving body and moving robot
CN108705980B (en) Vehicle front wheel and camera synchronous steering system
CN112606899A (en) Chassis, chassis control system and chassis control method
KR20140111162A (en) Multi joint robot to drive rough terrain
JP2003200366A (en) Robot
JP2020091830A (en) Multipurpose mobile device control method
KR101061066B1 (en) Sensor assembly for terrain detecting and autonomous vehicle having the same
CN110421543A (en) A kind of remotely bionical individual soldier's robot system and its long-range control method
KR20180130328A (en) The three-axis driving device
JP6759734B2 (en) Tracked vehicle
Kung Design of agile two-wheeled robot with machine vision
KR101685416B1 (en) Moving robot

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151001

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170927

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180921

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190926

Year of fee payment: 8