KR101263233B1 - 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 청소 로봇이 일정 공간의 영역을 청소하기 위한 방법에 있어서, 상기 일정 공간에 대한 탐색을 통해 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 단계와, 상기 특징점 추출을 통해 구성된 지도와 특징점을 이용하여 영역을 분할하는 단계와, 상기 특징점을 기준으로 격자로 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계를 포함하는 것으로서, 주어진 청소 공간에 대한 탐색에 의해 전체 영역에 대한 특징점을 추출하고 지도를 구성하게 되므로, 전체 청소 공간에 대한 정보를 파악할 수 있으며, 청소 영역이 중복되지 않도록 경로를 계획할 수 있어 청소 효율이 향상될 수 있는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법을 제공한다.

Description

특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법{Cleaning method of cleaning robots by detecting a feature point}

본 발명은 청소 로봇의 청소 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주행에 따른 선분 관계를 이용하여 특징점을 추출하고, 그 특징점을 기준으로 청소 영역을 격자 분할하여 주어진 청소 영역에 대한 반복 청소를 최소화하여 모든 영역을 청소할 수 있는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법에 관한 것이다.

청소 로봇은 배터리를 동력원으로 하여 사용자가 원하는 영역에 대해 스스로 청소를 수행하는 자동청소기이다.

이러한 청소 로봇은 거리 측정 센서나 비전 센서와 같은 환경을 파악할 수 있는 센서를 이용하여, 주어진 청소 영역을 최단 시간에 모든 영역을 완전하게 청소하는 것이 목적이다.

가정이나 작은 사무실에서 사용할 수 있는 청소 로봇은 제작비용과 원거리에 비해 근거리 장애물을 더 확실히 볼 수 있어야 하는 것, 구석진 곳과 높이가 낮은 곳이 많은 공간을 청소할 수 있어야 한다는 조건을 고려한 구조 설계 때문에, 거리 측정 센서의 센서 선택과 센서 측정 범위에 제약을 받는다.

이러한 제약에 의해, 종래의 거리 측정 센서만을 부착한 청소 로봇은 주어진 청소 영역을 완전하게 청소할 수 없거나 반복하여 동일한 영역을 청소하게 되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 거리 측정 센서만을 가진 청소 로봇의 동일 영역의 반복 청소를 최소화하고, 모든 영역을 청소할 수 있도록 하기 위한 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 청소 로봇의 주행을 통해 추출된 특징점을 이용하여 지도를 구성하고, 구성된 영역을 특징점을 기준으로 격자 분할하여 영역별로 청소를 진행할 수 있는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수평 또는 수직적인 구조의 모델링 설정에 따라 추출된 특징점들의 위치와 청소 로봇의 위치를 재설정함으로써, 로봇의 진행 방향과 위치가 일부 수정되어 로봇의 위치 정보 오류를 막기 위한 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 분할된 영역간 이동시 벽면을 따라 이동하면서 위치를 보정하도록 하기 위한 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법을 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 청소 로봇이 일정 공간의 영역을 청소하는 방법에 있어서, 상기 일정 공간에 대한 탐색을 통해 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 단계; 상기 특징점 추출을 통해 구성된 지도와 특징점을 이용하여 영역을 분할하는 단계; 및 상기 특징점을 기준으로 격자로 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 수평 또는 수직적인 구조의 모델링 설정에 따라 추출된 특징점들의 위치와 청소 로봇의 위치를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 단계는, 청소 로봇이 벽면을 따라 주행하는 단계; 청소 로봇이 지나온 경로에 따라 위치를 저장하고, 그 위치들을 선분으로 근사화하는 단계; 상기 근사화한 선분의 길이가 일정 길이 이상으로 판단되면 특징점을 추출하기 위한 선분으로 저장하는 단계; 및 상기 선분의 연속 관계를 통해 특징점을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 지도와 특징점을 이용하여 영역을 분할하는 단계는, 상기 특징점을 기준으로 격자 형태로 공간을 분할하는 단계; 및 상기 격자 형태로 분할된 서로 다른 공간의 병합을 통해 사각형태의 공간으로 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계는, 분리된 영역에서 현재 청소 로봇이 위치하고 있는 분할된 영역만을 위한 격자 지도를 구성하면서 영역을 청소하고, 분할된 영역간의 이동에는 벽면을 따라 주행하면서 저장된 지도를 이용하여 로봇의 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계는, 분할 영역간의 이동 과정에서 청소 로봇은 벽면을 따라 주행하면서 벽면에 따른 선분을 추출하여 저장되어 있는 지도상의 현재 로봇의 위치를 추출할 수 있는 선분과의 비교를 통해 청소 로봇의 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 주어진 청소 공간에 대한 탐색에 의해 전체 영역에 대한 특징점을 추출하고 지도를 구성하게 되므로, 전체 청소 공간에 대한 정보를 파악할 수 있으며, 청소 영역이 중복되지 않도록 경로를 계획할 수 있어 청소 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 청소 로봇의 주행 방법에 의하면, 환경은 수평 또는 수직 성분으로만 구성되어 있다는 가정에 의해 특징점의 위치가 보정되고, 로봇의 진행 방향과 위치가 일부 수정되므로, 로봇의 위치 정보 오류를 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 전체 청소 영역을 분할해서 분할된 영역별로 청소를 수행하므로 청소 로봇의 청소 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 분할된 영역간을 이동할 때에는 벽면을 따라 이동하면서 위치를 보정하므로, 청소 로봇의 위치 정보의 정확성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 분할된 영역의 청소에서 분할된 영역을 위한 격자 지도를 구성하므로써 중복을 최소화하고, 청소가 안된 부분을 파악할 수 있으므로 청소의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 청소 로봇이 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 흐름을 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연속되는 선분 관계에 따른 특징점 추출의 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기존 지도를 구성하고 있는 특징점과의 위치를 이용하여 새로 추출된 특정의 위치를 보정하는 예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특징점을 기준으로 격자 형태로 분할되어 서로 다른 크기를 갖는 영역의 격자 지도를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특징점 추출에 따라 내부와 외부로 구분한 후 분할 된 영역의 설정 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분할 영역의 청소 단계의 흐름을 나타낸 도면.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 전 영역 청소를 위한 주행 방법은 크게, 일정 공간에 대한 탐색을 통해 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 단계(S100)와, 상기 특징점 추출을 통해 지도를 구성하는 단계(S102)와, 이렇게 구성된 지도와 상기 특징점을 이용하여 영역을 분할하는 단계(S104)와, 상기 특징점을 기준으로 격자로 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계(S106)를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 청소 로봇이 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 흐름을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 청소 로봇은 청소 영역의 지도를 구성하기 위해 먼저 벽면을 따라 주행을 시작한다(S200).

청소 로봇이 지나온 경로에 따라 위치를 저장하고, 그 위치들을 선분으로 근사화하여 선분의 길이가 일정 길이 이상으로 판단되면 특징점을 추출하기 위한 선분으로 저장한다(S202).

이후, 상기 선분의 연속 관계를 통해 특징점을 추출한다(S204).

동일 특징점이 발견될 때까지 추출한 선분들의 관계를 이용하여 특징점을 추출하여 지도를 구성한다(S210).

단계 210에서, 동일 특징점이 발견되면 청소 로봇이 전 영역에 대한 탐색을 마친 후에 모든 특징점들의 위치를 재보정하고(S208), 지도를 구성하기 위해 특징점의 위치를 보정하는 과정에서 적용된 위치 정보를 이용하여 로봇의 위치를 보정한다(S212).

상기 과정에서 벽면을 따라 전체 영역을 탐색하는 과정에서는 좌수법 또는 우수법을 사용하여 벽면에 근접한 상태에서 전체 영역을 탐색하게 된다. 이 경우에 충전기에서 로봇이 청소를 시작하는 경우에는, 충전기가 벽면에 접해 있기 때문에 문제가 없지만, 임의의 장소에서 시작하는 경우에는 벽면을 찾는 과정이 추가되는 것이 바람직하다.

상기 과정에서 선분을 추출하는 과정은 청소 로봇이 벽면을 따라 주행하면서 로봇이 지나온 경로에 따라 위치를 저장하고 이 위치들을 선분으로 근사화한다. 근사화한 선분의 길이가 일정 길이 이상이 되면 특징점을 추출하기 위해 필요한 선분으로 저장한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연속되는 선분 관계에 따른 특징점 추출의 예를 나타낸 도면이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 청소 로봇(10)의 경로(R1)에 따라 추출되는 두 선분(L1, L2)에 의해 특징점들(P1, P2)을 추출할 수 있다.

도 3a의 경우에는 가장 기본적인 선분의 관계를 이용하는 예시로, 두 선분(L1, L2)이 만나는 교차점을 특징점(P1)으로 한다.

도 3b와 도 3c의 예시는 두 선분(L1, L2) 사이에 선분이 추출되지 않거나, 추출되었다 하더라도 선분 기준에 미달이 되어 특징점을 찾기 위한 선분으로 사용할 수 없는 경우를 보여준다. 이러한 경우에는 두 선분(L1, L2)의 관계에서 환경의 모양을 유추하여 두 개의 특징점(P1, P2)을 추출한다.

상기 과정에서 특징점을 이용하여 지도를 구성하는 과정은 청소를 해야 할 환경이 수직 또는 수평 선분들로 구성되어 있다는 가정을 이용하여 이루어진다. 지도를 구성하기 위해 추가되는 특징점은 이전에 지도를 구성하고 있는 특징점들의 수평 또는 수직적 위치에만 존재하게 된다.

청소 로봇(10)이 특징점을 추출하고 청소 로봇(10)의 위치 정보로 특징점의 위치를 정하였을 때와 이를 수직 또는 수평의 가정을 이용하여 특징점의 위치를 보정하였을 때를 나타낸다.

상기 과정에서 지도를 구성하는 모든 특징점들을 재보정하는 과정은 청소 로봇(10)이 전 영역에 대한 탐색을 마쳤다는 것을 인식함과 동시에 이루어진다.

청소 로봇(10)이 벽면을 따라 주행하면서 특징점을 추출하게 되는데, 추출한 특징점이 기존에 지도를 구성하고 있는 특징점과 동일한 특징점이 있을 때, 전 영역에 대한 탐색이 이루어졌다고 판단한다.

이때 동일하다고 판단된 특징점의 위치가 기존에 저장되어 있는 특징점의 위치와 동일한 위치상에 있어야 하므로 이 두 특징점의 위치를 일치시킴과 동시에 나머지 특징점들의 위치들이 이웃하는 특징점들과의 상대적 위치 관계를 이용하여 위치가 보정된다.

상기 과정에서 청소 로봇(10)의 위치를 보정하는 과정은 특징점으로 지도를 구성하는 과정에서 특징점의 위치를 보정하기 위해 이용한 위치 오차를 이용하여 청소 로봇(10)의 현재 위치를 보정한다. 추출된 특징점과 청소 로봇(10)의 상대적 위치를 이용하여 추가된 특징점의 보정된 위치만큼 청소 로봇(10)의 위치도 보정이 이루어지도록 한다.

한편, 영역 분할 단계는 특징점을 이용한 다양한 크기의 공간을 가지는 격자 지도 구성과 공간의 병합 두 과정으로 이루어진다. 특징점들 각각에 대해 수직과 수평 선분을 긋는다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기존에 지도를 구성하고 있는 특징점과의 위치를 이용하여 새로 추출된 특정의 위치를 보정하는 예를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 청소 로봇이 특징점을 추출하고 로봇의 위치 정보로 특징점의 위치를 정하였을 때와 이를 수직 또는 수평의 가정을 이용하여 특징점의 위치를 보정하였을 때를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특징점을 기준으로 격자 형태로 분할되어 서로 다른 크기를 갖는 영역의 격자 지도를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특징점 추출에 따라 내부와 외부로 구분한 후 분할된 영역의 설정 상태를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 청소 로봇이 탐색을 한 정보를 이용하여 청소할 공간인 내부와 청소 공간이 아닌 외부를 구분한다.

도 6에 도시된 바와 같이 나누어진 공간에 대해 병합 과정이 이루어진다. 이 과정에서는 두 가지 조건을 고려해서 이루어지는데, 병합되는 영역(Cell)중 하나에는 반드시 청소 공간의 외곽 면(또는 벽면)을 접하는 영역이 있어야 하며, 병합된 후의 영역의 모양은 반드시 사각형 형태가 되어야 한다.

예를 들어, 분할된 영역에서 I1 + I4 + I7이 병합될 수 있지만, I4 + I5 + I7은 병합될 수 없다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분할 영역의 청소 단계의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 분할 영역 청소 단계는 크게 분할 영역 청소 단계와, 미 청소 분할 영역으로의 이동 단계와, 청소 로봇의 위치 보정 단계로 이루어 진다.

상기 과정에서 분할된 영역들을 청소하는 분할 영역 청소 단계(S700)는 사각형 모양의 영역을 청소할 수 있는 모든 청소 방법을 이용할 수 있다.

본 발명에서는 분할 영역 내에서만 적용되는 격자 지도를 구성하여 분할된 영역이 모두 청소되었는지 점검할 수 있도록 한다.

청소 로봇이 청소를 하고 있는 분할 영역에 대한 격자 지도에 대해 청소가 종료되면 그 격자 지도는 메모리에서 제거 되고, 다음 청소할 분할 영역에 대한 격자 지도를 새로이 생성한다. 분할 영역에 대한 격자 지도는 분할 영역에 대한 청소를 하면서 구성한다. 분할된 영역에 대한 격자 지도를 완전하게 구성하기 위해서 분할 영역의 외곽부터 청소를 해야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 외곽에서 내부로 청소를 하는 형태의 나선형 동작을 사용한다.

분할 영역에 대한 격자 지도에서 미 청소 영역을 찾을 때에는 청소 로봇을 중심으로 미 청소 영역을 찾게 되는 Constrained Inverse Distance Transform 방식을 사용한다.

청소가 되지 않은 영역으로 이동하는 미 청소 분할 영역으로 이동하는 단계에서는 분할된 영역에 대한 정보에서 미 청소 영역이 발견되면(S702), 현재 청소한 분할 영역에 포함되어 있는 벽면으로 이동한다(S704). 모든 분할 영역은 하나 이상의 벽면을 포함하고 있기 때문에 미 청소 분할 영역으로 이동할 때는 벽면에 접근하여 벽면을 이용한 주행으로 이동한다(S706).

벽면 주행 과정에서는 특징점을 이용하여 지도를 구성하는 단계에서와 동일한 방법으로 선분을 추출한다.

청소 로봇의 위치 보정 단계(S708)에서는 청소 로봇이 벽면 주행 과정에서 추출한 선분을 이용하여 청소 로봇의 위치를 보정한다.

청소 로봇이 벽면 주행 중인 구간이 임의의 두 특징점 사이일 경우, 여기서 추출되는 선분은 청소 로봇에 저장되어 있는 특징점으로 구성된 지도에서 동일한 특징점으로 만들 수 있는 선분과 비교를 한다.

청소 로봇이 벽면을 따라 주행하면서 추출한 선분과 지도에서 동일한 특징점을 가지고 만들어 낸 선분의 위치 차이를 이용하여 청소 로봇의 위치 정보를 수정한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명이 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 청소 로봇 P1~P9 : 특징점
L1,L2 : 선분 R1 : 청소 로봇 이동 경로
I1~I8 : 분할 영역

Claims (6)

1. 청소 로봇이 일정 공간의 영역을 청소하는 방법에 있어서,
   상기 일정 공간에 대한 탐색을 통해 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 단계;
   상기 특징점 추출을 통해 구성된 지도와 특징점을 이용하여 영역을 분할하는 단계; 및
   상기 특징점을 기준으로 격자로 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계를 포함하되,
   상기 특징점을 추출하여 지도를 구성하는 단계는,
   청소 로봇이 벽면을 따라 주행하는 단계;
   청소 로봇이 지나온 경로에 따라 위치를 저장하고, 그 위치들을 선분으로 근사화하는 단계;
   상기 근사화한 선분의 길이가 일정 길이 이상으로 판단되면 특징점을 추출하기 위한 선분으로 저장하는 단계; 및
   상기 선분의 연속 관계를 통해 특징점을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   수평 또는 수직적인 구조의 모델링 설정에 따라 추출된 특징점들의 위치와 청소 로봇의 위치를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 지도와 특징점을 이용하여 영역을 분할하는 단계는,
   상기 특징점을 기준으로 격자 형태로 공간을 분할하는 단계; 및
   상기 격자 형태로 분할된 서로 다른 공간의 병합을 통해 사각형태의 공간으로 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계는,
   분리된 영역에서 현재 로봇이 위치하고 있는 분할된 영역만을 위한 격자 지도를 구성하면서 영역을 청소하고, 분할된 영역간의 이동에는 벽면을 따라 주행하면서 저장된 지도를 이용하여 로봇의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 분할된 영역들을 순차적으로 청소하는 단계는,
   분할 영역간의 이동 과정에서 청소 로봇은 벽면을 따라 주행하면서 벽면에 따른 선분을 추출하여 저장되어 있는 지도상의 현재 로봇의 위치를 추출할 수 있는 선분과의 비교를 통해 청소 로봇의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 특징점 추출을 통한 청소 로봇의 청소 방법.

Images