KR101266374B1 - 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법은, 보행로봇에 설치한 카메라를 통해 인식된 문자를 영상용 비전 보드에 저장된 문자와 비교하는 제1 단계; 비교한 두 개의 문자가 같으면 상기 비전 보드가 모션용 보드에 그에 해당하는 명령을 출력하는 제2 단계; 상기 모션용 보드에 내장된 프로그램이 각각의 모터를 구동시키기 위해 구동신호를 출력하는 제3 단계; 및 상기 모터의 구동에 의해 보행로봇이 해당 모션을 수행하는 제4 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 보행로봇에 설치된 카메라로 문자를 인식한 후 영상처리 보드에 저장된 문자와 비교한 후 일치하면 해당 명령을 출력하여 해당 모션을 수행하므로 지능형 보행로봇을 구현할 수 있고, 보행로봇의 모션이 연산 수행, 글쓰기, 그림 그리기, 연주, 춤추기 등으로 수행될 수 있어 좀더 자연스럽고 다양한 기능을 추가할 수 있는 효과가 있다.

보행로봇, 비전시스템, 모션, 인식

Description

비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법{MOTION IMPLEMENTING METHOD OF VISION SYSTEM GRAFTED LEGGED MOBILE ROBOT}

본 발명은 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비전 시스템을 이용하여 보행로봇이 여러 가지 모션을 수행하도록 하는 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 관한 것이다.

일반적으로 보행로봇은 인간의 관절과 같은 역할을 하는 20개~ 25개의 모터가 서로 연결되어 이동 변위와 속도를 각각 입력하면 인간과 같은 움직임을 구현할 수 있다. 이는 사람은 걸을 때 어떠한 방법에 의거하여 걷지 않지만, 로봇은 적절한 순간 모션 하나하나를 서로 연결한 후 재생시켜 인간과 비슷한 움직임이 가능하게 하는 것이다. 즉, 걸을 때는 한쪽 발을 들면서 반대 방향으로 몸을 기울이는 모션 하나(스텝 1)와 든 발을 앞으로 내딤과 동시에 반대 발을 뻗음으로써 모션 둘(스텝 2)을 생성시킬 수 있고, 역시 처음 들지 않았던 발을 다시 올리면서 대칭 모션 두 개를 만들 수 있다. 여기에서 모션 하나(각 스텝)에 속도를 입력하여 그 스 텝을 실행하는 데 드는 속도를 만들어 움직임의 자연스러움을 나타낼 수 있고, 이렇게 만들어진 총 4개의 모션(스텝 4개)을 하나의 시리즈(series)로 연결하여 재생시키면 로봇의 보행이 만들어진다. 애니메이션을 제작할 때 프레임 하나하나를 연결하여 재생시키는 방법과 동일한데, 다른 한 가지 중요한 것은 속도를 달리 주어 다음 프레임을 실행하는 속도가 다르다는 것이다.

이러한 보행로봇은 말 그대로 걷는 로봇에서 시작하여 다양한 모션의 추가가 요구되지만 이를 해소하기 위해서는 하드웨어와 소프트 웨어가 복잡해진다. 그러나 로봇 산업 발달을 위해 보다 더 자연스럽고 다양한 모션의 추가가 요구되고 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 보행로봇에 설치된 카메라로 문자를 인식한 후 영상처리 보드에 저장된 문자와 비교한 후 일치하면 해당 명령을 출력하여 해당 모션을 수행하므로 지능형 보행로봇을 구현할 수 있게 한 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 보행로봇의 모션이 연산 수행, 글쓰기, 그림 그리기, 연주, 춤추기 등으로 수행될 수 있어 좀더 자연스럽고 다양한 기능을 추가할 수 있게 한 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 보행로봇에 설치한 카메라를 통해 인식된 문자를 영상용 비전 보드에 저장된 문자와 비교하는 제1 단계; 비교한 두 개의 문자가 같으면 상기 비전 보드가 모션용 보드에 그에 해당하는 명령을 출력하는 제2 단계; 상기 모션용 보드에 내장된 프로그램이 각각의 모터를 구동시키기 위해 구동신호를 출력하는 제3 단계; 및 상기 모터의 구동에 의해 보행로봇이 해당 모션을 수행하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 제2 단계는 제시된 숫자와 연산기호를 비전을 통해 인식하고 직접 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 제2 단계는 제시된 문자를 비전을 통해 인식하고 직접 글을 쓰는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 제2 단계는 제시된 그림을 비전을 이용하여 자체 인식하고 직접 그림을 그리는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 제2 단계는 제시된 악보를 비전을 이용하여 인식하고 직접 악기를 연주하되, 미리 음계를 인식시킨 상태에서 해당 음을 내는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 제2 단계는 제시된 노래 제목이나 가수 이름이 기재된 문자를 비전을 이용하여 인식하되, 미리 댄스 동작을 인식시킨 상태에서 해당 댄스 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 비전을 이용한 문자 인식은, 입력 영상인 문자열 을 수평으로 변환하는 단계; 카메라부터 입력된 문자열을 미리 설정된 문자열의 크기와 같게 되도록 영상의 크기를 확대 또는 축소하는 단계; 및 상기 입력 영상과 비전 보드에 저장된 영상 데이터 베이스와 비교하여 템플레이트 매칭에 의해 문자를 인식하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법은, 보행 로봇에 설치된 카메라로 문자를 인식한 후 영상처리 보드에 저장된 문자와 비교한 후 일치하면 해당 명령을 출력하여 해당 모션을 수행하므로지능형 로봇을 구현할 수 있고, 보행로봇의 모션이 연산 수행, 글쓰기, 그림 그리기, 연주, 춤추기 등으로 수행될 수 있어 좀더 자연스럽고 다양한 기능을 추가할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법을 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 문자 인식단계(S100), 문자 비교단계(S110), 명령 출력단계(S120), 구동신호 출력단계(S130) 및 모션 수행단계(S140)를 포함한다.

상기 문자 인식단계(S100)는 보행로봇에 설치한 카메라(CCD camera)를 통해 문자를 인식하는 단계이다. 이때, 카메라를 이용한 문자 인식은, 도 2에 도시된 바와 같이 문자열을 수평으로 변환하는 단계(S102), 확대/축소(resizing) 단계(S104) 및 템플레이트 매칭에 의한 문자 인식 단계(S106)를 포함한다.

특히, 숫자를 포함한 문자 인식시 비슷한 숫자의 인식 오류는 숫자의 폰트를 바꾸고, 상관계수를 미세 조정하여 각 숫자 간의 인식 차이를 두어 정확한 숫자 인식이 가능하고, 조도의 차이에 따른 문자 인식 오류는 이진화 기법의 계수를 조정하고, 가장 인식이 잘 될 때의 조도를 찾아내어 원래의 글자 모양을 그대로 인식할 수 있도록 한다.

상기 문자열을 수평으로 변환하는 단계(S102)는 카메라로부터 입력받은 영상의 문자열 영상을 회전시키면서 문자열의 높이를 계산하는데, 이때, 문자열 높이가 최소가 될 때 문자열은 수평이 된다. 문자열의 높이를 계산하는 방법은 라인 히스토그램을 구하여 라인 히스토그램이 임계값(threshold)보다 큰 영역을 검출하는 방법으로 높이를 구한다.

상기 확대/축소 단계(S104)는 상기 카메라로부터 입력된 문자열의 크기(가로×세로)가 비전으로 임베디드 보드에 저장되어 있는 문자열의 크기와 같게 되도록 입력받은 영상의 크기를 일정한 비율로 확대/축소한다.

상기 템플레이트 매칭에 의한 문자 인식 단계(S106)는 상기 카메라로부터 입력된 영상과 비전용 임베디드 보드에 저장된 영상 데이터 베이스와 비교하여 카메라로부터 입력된 영상(문자)을 인식하게 된다. 이때, 인식된 결과를 토대로 보행로 봇은 동작(연산 수행, 글쓰기, 그림 그리기, 연주 및 춤추기 등)을 하게 된다.

상기 문자 비교단계(S110)는 도 1에 도시된 바와 같이 인식된 문자를 영상용 비전 보드에 저장된 문자와 프로그램에 의해 비교하는 단계이다.

상기 명령 출력단계(S120)는 인식된 문자와 영상용 비전 보드에 저장된 문자를 비교한 후, 비교한 두 개의 문자가 같으면 상기 영상용 비전 보드가 모션용 보드에 보행로봇이 상기 카메라에서 인식된 문자를 쓰도록 명령을 출력하는 단계이다. 이때, 상기 비전 보드는 임베디드(Embeded) 보드를 사용한다. ( 도 3 참조 )

상기 구동신호 출력단계(S130)는 상기 모션용 보드에 내장된 프로그램이 각각의 상기 보행로봇의 이동 부위마다 설치된 모터를 구동시키기 위해 구동신호를 출력하는 단계이다.

상기 모션 수행단계(S140)는 상기 모터의 구동에 의해 보행로봇이 해당 모션을 수행하는 단계로, 각 모터의 적절한 변위 비율과 속도를 찾아 효율적이고 부드러운 움직임을 구현하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 단계(S100~S130)를 거쳐 상기 보행로봇이 수행하는 모션은 연산 수행, 글 쓰기, 그림 그리기, 연주 및 춤 추기 등이다.

즉, 상기 보행로봇이 수행하는 모션 중 연산 수행은 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 카메라로부터 입력된 제시 숫자와 연산기호를 상기 비전 보드를 통해 인식하고 프로그램에 의해 직접 연산한 후 보행로봇 손에 고정된 펜으로 표시하게 된다.

그리고 글 쓰기는 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 카메라로부터 입력된 제시 문자를 상기 비전 보드를 통해 인식하고 프로그램에 의해 보행로봇 손에 고정된 펜으로 글을 쓰게 하는 것으로, 제어부의 중앙 처리 장치(CPU)에서 각각의 자음과 모음을 인식하여 해당하는 글을 쓸 수 있도록 명령하고 동작을 구현하게 한다.

그리고 그림 그리기는 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 카메라로부터 입력된 제시 그림을 상기 비전 보드를 통해 자체 인식하고 보행로봇 손에 고정된 펜으로 직접 그림을 그리는 것이며, 위 글 쓰기와는 다르게 이미 내장된 프로그램에 의한 처리 과정이 아닌 그림 자체를 인식한 후 바로 동작을 구현하게 한다.

그리고 악기 연주는 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 카메라로부터 입력된 제시 악보를 상기 비전 보드를 통해 인식하고 보행로봇 손에 막대를 고정시킨 후 직접 악기를 연주하되, 위 글 쓰기와 비슷한 방법으로 상기 제어부의 CPU에서 음계를 인식하여 해당하는 음을 낼 수 있도록 명령하고 동작을 구현하게 한다.

그리고 춤 추기는 도 4e에 도시된 바와 같이 상기 카메라로부터 입력된 제시 노래 제목이나 가수 이름이 기재된 문자를 상기 비전 보드를 통해 인식하되, 미리 댄스 동작을 인식시킨 상태에서 해당 댄스 동작을 구현하게 한다.

이때, 춤 추기는 노래 제목이나 가수 이름 등이 인식되면 그 문자에 해당하는 모션 즉, 해당 곡에 따른 동일한 안무가 프로그램화되어 있어 프로그램에 따라 보행로봇이 춤을 추는 것이다.

예컨대, 상기 보행로봇의 모션을 위한 프로그램 설정시 결정 사항은 도 5에 도시된 바와 같이 다음과 같다.

① 서보모터 번호: 채택 프로그램은 16진수를 사용하고 있는데, 모터 또한 0 번을 첫 번째 모터로 하여 18번까지 총 25개의 모터를 한꺼번에 제어를 할 수 있다.

② 모션 데이터: 16진수 0000~03ff 의 범위 안에 모터의 회전 위치를 제어할 수 있다. 스텝은 0부터 6까지 총 7개가 한 페이지를 이루어 한 화면에서 동시에 제어할 수 있다.

③ 페이지(page) 설정 창: 현재 페이지 번호를 알 수 있으며 페이지는 16진수 0부터 7f 까지 있습니다. 주요 사용 메뉴는 Toque, PlayCount, PageStep, NextPage, ExitPage가 있는데, 이는 몇 퍼센트의 토크를 줄 것이며, 현재 페이지의 스텝들은 몇 번이 실행되고 몇 개의 스텝이 사용할 것인지 정할 수 있다. 그리고 Nextpage와 ExitPage를 이용해 현재 페이지를 실행하고 어느 페이지로 이동할 것인가, 아니면 어느 페이지에서 마칠 것인가를 입력할 수 있다.

④ 메시지 출력창: 현재 페이지의 명령어 후 응답을 나타내어 오류 등을 검출하거나 사용자가 현재 상태를 알 수 있다.

⑤ 명령어 입력창: 프로그램을 사용하기 위해 사용자는 명령어를 입력할 수 있다.

⑥ 통신설정 창: 포트 번호와 통신 속도를 입력하면 컴퓨터와 보행로봇의 보드(Board)를 연결시켜 준다.

⑦ 모드선택버튼: 이 모션 에디트를 이용해 보행로봇을 컴퓨터로 제어하거나 리모컨으로 제어를 할 수 있다. 이 제어를 위해 구별해주는 버튼이고 사용자가 입력한 값들의 총 페이지와 스텝들을 저장하고 관리하도록 도와준다.

더욱이, 모션 에디트(Motion Edit)를 이용한 보행로봇의 댄스 모션 만들기를 일 예로 설명하면 다음과 같다.

① 물구나무서서 춤춘 후 제자리 복귀: 바닥에 손 짚기 → 다리 올리기 → 힘 비축하기 → 재빨리 팔과 허리 튕기기 → 원위치 순서이다.

여기서, 바닥에 손 짚기는 도 6a에 도시된 바와 같이 물구나무 서기 위한 준비 동작으로 순간적인 다리와 손의 반동을 이용하여 다리를 올리기 위한 힘을 원심력을 이용해 만든다.

그리고 다리 올리기는 도 6b에 도시된 바와 같이 원심력을 이용해 순간 힘을 발휘하여 다리를 바닥과 수직으로 높이 들고 손과 다리의 모터를 이용해 몸을 박자에 맞게 튕겨준다.

그리고 힘 비축하기는 도 6c에 도시된 바와 같이 제자리로 원위치하기 위한 준비 동작으로 서서히 몸을 땅과 가까이하여 회전하기 위한 힘을 비축해 둔다.

그리고 재빨리 팔과 허리 튕기기는 도 6d에 도시된 바와 같이 비축한 힘과 순간 빠른 속도로 팔과 다리(허리)를 뻗음으로써 발생하는 원심력으로 땅에 발을 맞닿게 하고 중심을 잡는다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있 음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법을 도시한 블럭도이다.

도 2는 상기 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에서 비전을 이용한 문자 인식 순서를 나타낸 블럭도이다.

도 3은 상기 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 적용되는 임베디드 보드를 나타낸 사진이다.

도 4a 내지 도 4e는 상기 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 의한 보행로봇의 수행 모션을 나타낸 사진이다.

도 5는 상기 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 의한 프로그램을 설명하는 사진이다.

도 6a 내지 도 6d는 상기 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법에 의한 댄스 모션 만들기를 나타낸 보행로봇의 동작 사진이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 보행로봇에 설치한 카메라를 통해 문자를 인식하는 제1단계;

   상기 카메라를 통해 인식된 문자를 영상용 비전 보드에 저장된 문자와 비교하는 제2단계;

   상기 카메라를 통해 인식된 문자와 상기 영상용 비전 보드에 저장된 문자가 동일하면, 상기 보행로봇이 상기 카메라를 통해 인식된 문자를 쓰도록 상기 영상용 비전 보드가 모션용 보드에 명령을 출력하는 제3단계;

   상기 모션용 보드에 내장된 프로그램이 각각의 모터를 구동시키기 위해 구동신호를 출력하는 제4단계; 및

   상기 모터의 구동에 의해 상기 보행로봇이 상기 카메라를 통해 인식된 문자를 쓰는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법.
4. 삭제
5. 보행로봇에 설치한 카메라를 통해 악보를 인식하는 제1단계;

   상기 카메라를 통해 인식된 악보를 영상용 비전 보드에 저장된 음계와 비교하는 제2단계;

   상기 카메라를 통해 인식된 악보와 상기 영상용 비전 보드에 저장된 음계가 동일하면, 상기 보행로봇이 상기 카메라를 통해 인식된 악보에 따라 연주하도록 상기 영상용 비전 보드가 모션용 보드에 명령을 출력하는 제3단계;

   상기 모션용 보드에 내장된 프로그램이 각각의 모터를 구동시키기 위해 구동신호를 출력하는 제4단계; 및

   상기 모터의 구동에 의해 상기 보행로봇이 상기 카메라를 통해 인식된 악보에 따라 연주하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법.
6. 삭제
7. 제3항에 있어서,

   상기 카메라를 통한 문자 인식은,

   상기 카메라로부터 입력받은 문자열을 수평으로 변환하는 단계;

   수평으로 변환된 문자열을 미리 설정된 문자열의 크기와 동일하게 영상의 크기를 확대 또는 축소하는 단계; 및

   상기 카메라로부터 입력받은 문자열과 상기 영상용 비전 보드에 저장된 영상 데이터 베이스를 비교하여 템플레이트 매칭에 의해 문자를 인식하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전시스템 접목형 보행로봇의 모션 수행 방법.

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