KR101291149B1 - 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 실내에서 주행하는 이동 로봇의 위치를 파악하거나 지도를 구축하기 위해 실시간으로 실내의 천장 높이를 추정하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치는 패턴 조사부, 카메라부, 저장부 및 제어부를 포함한다. 패턴 조사부는 이동 로봇 본체부에 설치되며, 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시한다. 카메라부는 패턴 조사부에서 일정 거리 이격되어 이동 로봇 본체부에 설치되며, 식별 패턴이 조사되는 영역을 촬영한다. 저장부는 이동 로봇 본체부에 설치되며 식별 패턴의 기준 식별 패턴을 저장한다. 그리고 제어부는 카메라부가 촬영한 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 정보와 기준 식별 패턴을 이용하여 천장의 높이를 추정한다. 이때 제어부는 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하고, 카메라부와 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 천장의 제1 높이를 산출하고, 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 천장의 제2 높이를 산출하고, 산출한 제1 및 제2 높이로부터 천장의 높이를 추정할 수 있다.

Description

이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating ceiling height of mobile robot}

본 발명은 이동 로봇의 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내에서 주행하는 이동 로봇의 위치를 파악하거나 지도를 구축하기 위해 실시간으로 실내의 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

청소 로봇, 경비 로봇 등과 같이 실내에서 주행하는 이동 로봇이 각 가정 또는 현장에 보급되어 집안 청소와 같은 잡일하거나 물건을 옮기거나 외부인을 안내하고 있다. 예컨대 사람이 일일이 진공청소기로 집안 바닥을 청소하던 것을 무선으로 움직이는 청소용 이동 로봇은 내부의 알고리즘에 따라 진행 경로를 결정하여 이동하는 방법 또는 무작위의 경로로 이동하는 방법에 의해 진행하여 바닥을 청소한다.

이와 같이 알고리즘을 사용하여 진행 방향을 결정하는 경우에 있어서는 바닥의 약간의 굴곡에 의해서도 결정된 경로를 벗어나 진행하는 경우가 많기 때문에, 청소용 이동 로봇은 수시로 현재의 위치를 측정하고, 측정된 현재의 위치를 알고리즘에 입력하여 수정된 경로를 결정하고, 수정된 경로로 진행하는 과정을 반복하고 있다.

청소용 이동 로봇에서 자신의 현재의 위치를 추정하는 방법으로 바닥에 컴퓨터용 마우스 패드처럼 바둑판 모양의 선을 가진 장판을 설치하여 청소용 이동 로봇이 이 가로 및 세로 줄을 지나가는 개수에 의해 현재의 위치를 추정하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 반드시 이러한 특정한 장판을 설치해야 하므로 기호에 따라 다양한 바닥재, 예컨대 장판, 원목마루, 대리석 등을 시공하는 현재의 추세에 적합하지 않다.

이러한 특정 장판의 설치 시의 단점을 개선하기 위하여, 청소용 이동 로봇이 수시로 전방의 영상을 촬영하여 저장된 기준 영상과 비교하여 현재의 위치를 추정하는 방법이 사용되고 있다. 하지만 이 방법에 있어서도 청소 시 사람이 전방을 지나가거나 집안의 물건의 위치가 변경되거나 새로운 물건이 설치되면, 이 사람이나 변경 및 신설된 물건에 의해 전방 촬영 영상과 기준영상(사람이 포함되어있지 않고 물건들이 변경 및 신설되기 이전 영상)의 비교 시에 오분석의 가능성이 높아져서 청소용 이동 로봇이 이상한 경로로 주행하게 되어 제대로 청소 작업을 수행하지 못하는 문제가 발생될 수 있다.

또한 이러한 전방 촬영을 통한 위치 추정 방법은 특정 위치마다 청소용 이동 로봇의 방향에 따른 각도별 전방 영상을 모두 기준 영상으로 청소용 이동 로봇은 저장하고 있어야 한다. 즉 추후 청소용 이동 로봇이 특정 방향을 향하고 있는 상태에서 전방 촬영을 하여 위치 추정하고자 할 때, 각도별 기준 영상들과 현재의 전방 영상을 비교하여 현재의 위치를 추정하는 것이 가능하기 때문에, 이러한 각도별 전방 기준 영상을 모두 저장하기 위한 큰 용량의 기억장치가 필요하다. 그리고 청소용 이동 로봇은 각도별 기준 영상들을 모두 비교해야 하므로 비교 분석에도 많은 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.

그리고 전방 영상이 가구나 화분, 가전제품 등으로 인하여 비교적 복잡한 면이 있기 때문에, 기준 영상과 현재의 촬영 영상을 비교하는데 시간이 비교적 많이 걸린다.

한편 무작위 경로로 진행하는 경우의 청소 결과를 보면, 청소 시간도 상당히 많이 걸리고 구석 부분이 청소가 잘 되어 있지 않으며, 심지어는 특정 부분으로 편중되어 청소가 되는 문제점을 안고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위해서 영상이 단순하고 장기간 변화가 적은 천장을 촬영하여 이동 로봇의 현재 위치를 추정하는 방법에 대해서 연구가 진행되고 있다. 이때 천장의 모양을 기반으로 2차원 지도를 구축하는 방식의 경우, 천장까지의 높이가 일정하고 그 높이를 알고 있어야 한다. 하지만 천장의 높이가 변하는 구조를 갖고 있거나, 또는 알고 있는 천장의 높이가 잘못되었을 경우, 오차가 발생하여 이동 로봇의 정확한 위치를 파악할 수 없고 정확한 2차원 지도를 구축할 수 없는 문제점을 안고 있다.

또한 천장은 패턴이 없거나 단순한 패턴이 반복되는 형태로 천장의 각 위치에 따른 식별성이 떨어질 수 있기 때문에, 천장을 촬영하여 이동 로봇의 현재 위치를 추정하는 데도 일부 한계가 존재한다.

따라서 본 발명의 목적은 실내에서 주행하는 이동 로봇의 위치를 파악하거나 지도를 구축하기 위해 실시간으로 실내의 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 변동되는 천장의 높이에 능동적으로 대처할 수 있는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 패턴이 없거나 단순한 패턴이 반복되는 형태로 형성된 천장에 대해서도 천장의 각 위치별 양호한 식별성을 제공하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동 로봇의 위치를 사용자가 쉽게 파악할 수 있도록 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동 로봇을 이용한 광고 효과와 고객 만족도를 높을 수 있는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이동 로봇의 주행 중 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치로서, 패턴 조사부, 카메라부, 저장부 및 제어부를 포함한다. 상기 패턴 조사부는 이동 로봇 본체부에 설치되며, 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시한다. 상기 카메라부는 상기 패턴 조사부에서 일정 거리 이격되어 상기 이동 로봇 본체부에 설치되며, 상기 식별 패턴이 조사되는 영역을 촬영한다. 상기 저장부는 상기 이동 로봇 본체부에 설치되며 상기 식별 패턴의 기준 식별 패턴을 저장한다. 그리고 상기 제어부는 상기 카메라부가 촬영한 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 정보와 상기 기준 식별 패턴을 이용하여 상기 천장의 높이를 추정한다.

본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치에 있어서, 상기 촬영 정보는 촬영한 식별 패턴의 영상, 식별 패턴의 촬영 각도, 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리에 대한 정보를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하고, 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 천장의 제1 높이를 산출하고, 상기 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 천장의 제2 높이를 산출하고, 산출한 상기 제1 및 제2 높이로부터 상기 천장의 높이를 추정할 수 있다.

본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치에 있어서, 상기 기준 식별 패턴은 일정 높이에 표시될 식별 패턴의 크기 및 모양에 대응되게 교정된 식별 패턴일 수 있다.

본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치에 있어서, 상기 패턴 조사부는 가시광선 또는 적외선을 이용하여 식별 패턴을 조사할 수 있다. 이때 상기 패턴 조사부가 가시광선을 이용한 식별 패턴을 조사하는 경우 상기 카메라부는 가시광선 카메라부이다. 상기 패턴 조사부가 적외선을 이용한 식별 패턴을 조사하는 경우 상기 카메라부는 적외선 카메라부이다.

본 발명은 또한, 이동 로봇의 주행 중 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 방법으로, 천장 높이 추정 장치가 패턴 조사부를 통하여 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시하는 표시 단계, 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 패턴 조사부에서 일정 거리 이격되어 상기 이동 로봇에 설치된 카메라부를 통하여 상기 식별 패턴이 조사되는 영역을 촬영하는 촬영 단계, 및 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부가 촬영한 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 정보와 기준 식별 패턴을 이용하여 상기 천장의 높이를 추정하는 추정 단계를 포함하는 동 로봇의 천장 높이 추정 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 천장 높이 추정 방법에 있어서, 상기 추정 단계는 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하는 단계, 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 상기 천장의 제1 높이를 산출하는 단계, 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 상기 천장의 제2 높이를 산출하는 단계, 및 상기 천장 높이 추정 장치가 산출한 상기 제1 및 제2 높이로부터 상기 천장의 높이를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 천장 높이 추정 방법에 있어서, 상기 추정 단계는 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 상기 천장의 제2 높이를 산출하는 단계, 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하는 단계, 상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 상기 천장의 제1 높이를 산출하는 단계, 및 상기 천장 높이 추정 장치가 산출한 상기 제1 및 제2 높이로부터 상기 천장의 높이를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이동 로봇의 패턴 조사부는 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시하면, 패턴 조사부에서 일정 거리에 설치된 카메라부가 천장에 표시된 식별 패턴을 촬영함으로써, 패턴 조사부와 카메라부 간의 거리 및 산출된 카메라부의 촬영 각도로부터 이동 로봇에서 천장까지의 높이를 주행하면서 실시간으로 추정할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치를 구비한 이동 로봇은 변동되는 천장의 높이에 능동적으로 대처할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치는 촬영한 식별 패턴과 기저장된 식별 패턴 간의 크기 및 모양을 비교함으로써, 천장의 상태 예컨대 천장의 높이, 천장의 기울기, 천장의 거칠기 등을 파악할 수 있다.

이와 같이 천장 높이 추정 장치는 패턴 조사부와 카메라부 간의 거리 및 산출된 카메라부의 촬영 각도로부터 추정한 이동 로봇에서 천장까지의 높이와, 촬영한 식별 패턴과 기저장된 식별 패턴 간의 크기 및 모양을 비교하여 추정한 천장의 상태 정보를 획득함으로써, 천장 높이가 다양한 환경에서 이동 로봇의 위치를 파악하거나 지도 구축을 수행할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치는 패턴 조사부를 이용하여 천장에 식별성 및 인식율이 높은 식별 패턴을 조사하여 표시하기 때문에, 패턴이 없거나 단순한 패턴이 반복되는 형태로 형성된 천장에 대해서도 천장의 각 위치별 양호한 식별성을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 천장 높이 추정 장치는 패턴 조사부를 이용하여 천장에 식별 패턴을 조사하여 표시하기 때문에, 사용자는 천장에 표시된 식별 패턴을 통하여 이동 로봇의 위치를 쉽게 파악할 수 있다.

또한 이동 로봇의 주행 중 천장에 표시하는 식별 패턴으로 브랜드 로고, 제조사명, 제품명 등을 채택하여 광고 효과 및 고객 만족도를 높일 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치를 갖는 이동 로봇을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 천장 높이 추정 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 천장 높이 추정 방법에 따른 흐름도이다.
도 5는 도 4의 천장의 높이 추정 단계의 제1 예에 따른 상세 흐름도이다.
도 6은 도 4의 천장의 높이 추정 단계의 제2 예에 따른 상세 흐름도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 하나의 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, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)를 갖는 이동 로봇(100)을 보여주는 도면이다. 여기서 천장 높이(h)는 이동 로봇(100)에서 천장(50) 간의 거리를 의미이다. 본 실시예에서는 천장 높이(h)는 이동 로봇(100)의 상부에서 천장(50) 간의 거리로 표시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 천장 높이(h)는 이동 로봇(100)의 중심에서 천장(50) 간의 거리로 설정할 수도 있고, 실내의 바닥(40)에서 천장(50) 간의 거리로 설정할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)를 갖는 이동 로봇(100)은 이동 로봇 본체부(20), 주행부(30) 및 천장 높이 추정 장치(10)를 포함한다. 이동 로봇(100)은 주행 하면서 천장 높이 추정 장치(10)를 통하여 실시간으로 천장 높이(h)를 추정하여 이동 로봇(100)의 위치를 파악하거나 천장 모양을 기반으로 2차원의 지도를 작성할 수 있다.

이동 로봇 본체부(20)는 천장 높이 추정 장치(10) 및 주행부(30)이 설치되며, 주행부(30)에 의해 전후좌우로 이동한다.

주행부(30)는 통상 실내의 바닥(40)에서 이동할 수 있도록, 이동 로봇 본체부(20)의 하부에 설치되며, 주행부(30)의 바퀴는 이동 로봇 본체부(20)의 하부 또는 측면에 설치될 수 있다.

그리고 천장 높이 추정 장치(10)는 실내의 천장 높이(h)를 추정할 수 있도록, 이동 로봇 본체부(20)의 상부에 설치될 수 있으며, 천장 높이 추정 장치(10)를 구성하는 패턴 조사부(14)와 카메라부(16)는 천장(50)을 향하게 설치된다. 천장 높이 추정 장치(10)는 이동 로봇(100)의 주행 중 패턴 조사부(14)에서 천장(50)에 조사되는 식별 패턴(15)을 카메라부(16)로 촬영하고, 그 촬영 정보를 활용하여 천장 높이(h)를 실시간으로 추정한다.

이와 같은 본 실시예에 따른 이동 로봇(100)의 천장 높이 추정 장치(10)에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 1의 천장 높이 추정 장치(10)의 구성을 보여주는 블록도이다.

본 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)는 저장부(12), 패턴 조사부(14), 카메라부(16) 및 제어부(18)를 포함한다.

저장부(12)는 천장 높이 추정 장치(10)의 동작 제어시 필요한 프로그램과, 그 프로그램 수행 중에 발생되는 정보를 저장한다. 특히 저장부(12)는 카메라부(16)로 촬영한 식별 패턴(15)의 영상 정보를 활용하여 천장 높이(h)를 실시간으로 추정하는 실행 프로그램을 저장한다. 저장부(12)는 촬영한 식별 패턴(15)과 비교하기 위한 기준 식별 패턴과, 카메라부(16)와 패턴 조사부(14) 간의 거리(l)에 대한 정보를 저장한다.

여기서 촬영 정보는 촬영한 식별 패턴(15)의 영상, 식별 패턴(15)의 촬영 각도(θ), 카메라부(16)와 패턴 조사부(14) 간의 거리(l)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 기준 식별 패턴은 일정 높이에 표시될 식별 패턴(15)의 크기 및 모양에 대응되게 교정된 식별 패턴으로, 저장부(12)는 기준 식별 패턴의 크기와 모양에 대한 정보를 저장한다. 일정 높이는 기준 식별 패턴에 대응하는 천장 높이이다.

패턴 조사부(14)는 이동 로봇 본체부(20)의 상부에 천장(50)을 향하게 설치되며, 천장(50)으로 식별 패턴(15)을 조사하여 표시한다. 패턴 조사부(14)는 발광부와, 발광부 앞쪽에 설치되는 식별 패턴판을 구비할 수 있다. 패턴 조사부(14)는 가시광선 또는 적외선을 이용하여 식별 패턴(15)을 조사할 수 있다. 이때 식별 패턴(15)은 카메라부(16)의 인식율을 높이고, 천장(50)에 조사된 식별 패턴(15)의 변화로부터 천장(50)의 상태를 쉽게 확인할 수 있도록 방사형으로 구현하는 것이 바람직하다. 식별 패턴(15)은 다수의 방향으로 돌출부를 갖는 방사형 패턴으로 구현하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 6 방향으로 돌출부를 갖는 별 모양의 방사형 패턴으로 구현된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 식별 패턴(15)의 돌출부는 끝이 뾰족한 삼각 형태가 아닌 사각 형태로 구현될 수도 있다.

또한 패턴 조사부(14)는 천장(50)의 색상에 따라서 카메라부(16)의 인식율이 좋은 색상으로 식별 패턴(15)을 천장(50)으로 조사할 수 있다. 예컨대 천장(50)이 밝은 색상인 경우, 어두운 색상의 식별 패턴(15)을 천장(50)에 조사할 수 있다. 이때 패턴 조사부(14)는 식별 패턴(15)을 형성하는 식별 패턴판 앞 또는 뒤에 색상판을 구비하거나, 식별 패턴판으로 조사하는 발광부의 광의 색상 변경을 통하여 다양한 색상의 식별 패턴(15)을 천장(50)에 조사할 수 있다.

이와 같이 패턴 조사부(14)를 이용하여 천장(50)에 식별성과 인식율이 높은 식별 패턴(15)을 조사하여 표시하기 때문에, 문양이 없거나 단순한 문양이 반복되는 형태로 형성된 천장(50)에 대해서도 천장(50)의 각 위치별 양호한 식별성을 제공할 수 있다. 또한 패턴 조사부(14)를 이용하여 천장(50)에 식별 패턴(15)을 조사하여 표시하기 때문에, 사용자는 천장(50)에 표시된 식별 패턴(15)을 통하여 이동 로봇(100)의 위치를 쉽게 파악할 수 있다.

또한 식별 패턴(15)으로 브랜드 로고, 제조사명, 제품명 등을 채택하여 해당 제품 또는 제조사의 광고 효과와 더불어 고객 만족도를 높일 수 있다.

카메라부(16)는 이동 로봇 본체부(20)의 상부에 천장(50)을 향하게 설치되며, 패턴 조사부(14)에서 일정 거리(l) 이격된 지점의 이동 로봇 본체부(20)에 설치되며, 식별 패턴(15)이 조사되는 영역을 촬영한다. 즉 카메라부(16)의 촬영 가능한 영역(17)은 식별 패턴(15)이 조사되는 천장 영역을 포함한다. 이러한 카메라부(16)는 피사체의 촬영 기능을 수행하며, 천장(50)에 조사되어 표시된 식별 패턴(15)을 촬영하여 획득한다. 카메라부(16)는 이미지 센서, 신호처리부 및 영상처리부를 포함하여 구성될 수 있다. 이미지 센서는 촬영한 영상의 광신호를 아날로그 신호로 변환한다. 신호처리부는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 그리고 영상처리부는 신호처리부를 통해 입력되는 영상신호를 처리하여 영상데이터를 획득하며, 획득된 영상데이터를 제어부(18)로 전달하거나 저장부(12)에 저장할 수 있다.

카메라부(16)로는 패턴 조사부(14)에 따라 가시광선 카메라부 또는 적외선 카메라부가 사용될 수 있다. 즉 패턴 조사부(14)가 가시광선을 이용한 식별 패턴(15)을 조사하는 경우, 카메라부(16)로는 가시광선 카메라부가 사용된다. 패턴 조사부(14)가 적외선을 이용한 식별 패턴(15)을 조사하는 경우, 카메라부(16)로는 적외선 카메라부가 사용될 수 있다. 또한 패턴 조사부(14)가 가시광선 및 적외선 식별 패턴(15)을 함께 조사하는 경우, 카메라부(16)로는 가시광선 및 적외선 카메라부를 함께 사용할 수 있다.

한편 본 실시예에서는 패턴 조사부(14)가 천장(50)에 수직하게 식별 패턴(15)을 조사하는 예를 개시하였지만, 카메라부(16)의 촬영 가능한 영역(17)에 포함되는 범위 내에서 천장(50)에 대해서 일정 각도로 경사지게 조사할 수도 있다. 물론 기준 식별 패턴과 비교하고, 촬영 각도(θ)를 정확히 산출하기 위해서, 패턴 조사부(14)에서 천장(50)으로 식별 패턴(15)을 조사하는 각은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

그리고 제어부(18)는 천장 높이 추정 장치(10)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)로서, 이동 로봇(100)이 주행 중인 상태에서 실시간으로 천장 높이를 추정한다. 즉 제어부(18)는 카메라부(16)가 촬영한 천장에 표시된 식별 패턴(15)의 촬영 정보와 저장부(12)에 저장된 기준 식별 패턴을 이용하여 천장 높이(h)를 추정한다. 그리고 제어부(18)는 추정한 천장 높이(h)를 이용하여 이동 로봇(100)의 위치를 파악하거나 천장 모양을 2차원의 기반으로 지도를 작성할 수 있다. 제어부(18)는 이동 로봇 본체부(20)에 설치되며, 이동 로봇(100)의 전반적인 기능 수행을 제어하는 콘트롤러부(도시 안됨)에 함께 설치되거나 콘트롤러부일 수 있다. 즉 제어부(18)는 천장 높이 추정 장치(10)를 포함하여 이동 로봇(100)의 전반적인 제어 동작을 함께 수행할 수 있다.

여기서 제어부(18)는 다음과 같이 천장 높이(h)를 추정할 수 있다.

제어부(18)는 천장(50)에 표시된 식별 패턴(15)의 촬영 각도(θ)를 산출한다. 이때 제어부(18)는 카메라부(16)의 렌즈의 중심에서 천장(50)으로 내린 법선에 대해서 렌즈의 중심과 촬영된 식별 패턴(15)의 중심 지점 간의 사이각을 촬영 각도(θ)로 산출한다.

제어부(18)는 카메라부(16)와 패턴 조사부(14) 간의 거리(l)와 산출한 촬영 각도(θ)로부터 천장(50)의 제1 높이(h₁)를 산출한다. 즉 제어부(18)는 카메라부(16)와 패턴 조사부(14) 간의 거리(l)에 대한 정보를 저장부(12)에서 독출한다. 그리고 제어부(18)는 아래의 수학식1로부터 천장(50)의 제1 높이(h₁)를 산출한다.

또한 제어부(18)는 촬영된 식별 패턴(15)과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 천장(50)의 제2 높이(h₂)를 산출한다. 즉 천장(50)에 표시되는 식별 패턴(15)의 크기는 이동 로봇(100)에 대한 천장(50)의 높이(h)에 비례하기 때문에, 기준 식별 패턴의 크기에 따른 천장 높이와, 촬영된 식별 패턴(15)의 크기에 따른 천장의 제2 높이(h₂)의 비례식으로부터, 제어부(18)는 천장(50)의 제2 높이(h₂)를 산출할 수 있다.

그리고 제어부(18)는 산출한 제1 및 제2 높이(h₁,h₂)로부터 천장 높이(h)를 추정한다. 이때 제어부(18)는 제1 또는 제2 높이(h₁,h₂)를 산술 평균하여 천장 높이(h)를 추정할 수도 있고, 제1 또는 제2 높이(h₁,h₂)에 가중치를 주어 천장 높이(h)를 추정할 수 있다.

또한 제어부(18)는 기준 식별 패턴과 촬영된 식별 패턴(15)의 비교를 통하여 천장 상태를 측정할 수 있다. 즉 기준 식별 패턴에 대해서 촬영된 식별 패턴(15)의 크기와 모양 변화로부터 천장(50)의 상태 예컨대 천장(50)의 높이(h), 천장(50)의 기울기, 천장(50)의 거칠기 등을 파악할 수 있다.

한편 제어부(18)는 제1 높이(h₁)를 산출한 후 제2 높이(h₂)를 산출하여 천장 높이(h)를 추정할 수도 있고, 제2 높이(h₂)를 산출한 후 제1 높이(h₁)를 산출하여 천장 높이(h)를 추정할 수 있다. 또는 제어부(18)는 제1 높이(h₁)와 제2 높이(h₂)를 함께 산출하여 천장 높이(h)를 추정할 수도 있다.

이와 같이 패턴 조사부(14)는 천장(50)으로 식별 패턴(15)을 조사하여 표시하면, 패턴 조사부(14)에서 일정 거리(l)에 설치된 카메라부(16)가 천장(50)에 표시된 식별 패턴(15)을 촬영함으로써, 패턴 조사부(14)와 카메라부(16) 간의 거리(l) 및 산출된 카메라부(16)의 촬영 각도(θ)로부터 이동 로봇(100)에서 천장(50)까지의 높이(h)를 주행하면서 실시간으로 추정할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)를 구비한 이동 로봇(100)은 변동되는 천장(50)의 높이(h)에 능동적으로 대처할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)는 촬영한 식별 패턴(15)과 기저장된 식별 패턴 간의 크기 및 모양을 비교함으로써, 천장(50)의 상태 예컨대 천장(50)의 높이(h), 천장(50)의 기울기, 천장(50)의 거칠기 등을 파악할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)는 패턴 조사부(14)와 카메라부(16) 간의 거리(l) 및 산출된 카메라부(16)의 촬영 각도(θ)로부터 추정한 이동 로봇(100)에서 천장(50)까지의 제1 높이(h₁)와, 촬영한 식별 패턴(15)과 기저장된 식별 패턴 간의 크기 및 모양을 비교하여 추정한 천장의 제2 높이(h₂)를 포함한 천장(50)의 상태 정보를 획득함으로써, 천장 높이(h)가 다양한 환경에서 이동 로봇(100)의 위치를 파악하거나 지도 구축을 수행할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 천장 높이 추정 장치(10)를 이용하여 주행 중인 이동 로봇(100)의 천장 높이(h)를 추정하는 방법에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(100)의 천장 높이 추정 방법에 따른 흐름도이다. 도 5는 도 4의 천장(50)의 높이 추정 단계의 제1 예에 따른 상세 흐름도이다. 그리고 도 6은 도 4의 천장(50)의 높이 추정 단계의 제2 예에 따른 상세 흐름도이다.

먼저 S61단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 저장부(12)에 기준 식별 패턴을 저장한다. 또한 저장부(12)에는 패턴 조사부(14)와 카메라부(16) 간의 거리(l)에 대한 정보도 저장한다.

다음으로 S63단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 이동 로봇(100)이 주행을 시작하면, 패턴 조사부(14)를 통하여 천장(50)에 식별 패턴(15)을 조사하여 표시한다.

다음으로 S65단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 주행하면서 카메라부(16)를 통하여 실시간으로 천장(50)에 표시된 식별 패턴(15)을 촬영한다.

다음으로 S67단계에서 천장 높이 추정 장치(100)는 촬영한 식별 패턴(15)의 촬영 정보와 기준 식별 패턴을 이용하여 이동 로봇(100)이 주행 중인 실내의 천장 높이(h)를 추정한다.

그리고 S69단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 추정한 천장 높이(h)를 이용하여 이동 로봇(100)의 위치를 파악하거나 천장 모양을 기반으로 2차원의 지도를 작성할 수 있다.

여기서 S67단계에 따른 천장 높이(h)의 추정은 도 5에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 먼저 S671단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 천장(50)에 표시된 식별 패턴(15)의 촬영 각도(θ)를 산출한다. 다음으로 S673단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 패턴 조사부(14)와 카메라부(16) 간의 거리(l)와 산출한 촬영 각도(θ)로부터 수학식1을 이용하여 천장(50)의 제1 높이(h₁)를 산출한다. 다음으로 S675단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 촬영한 식별 패턴(15)과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 천장(50)의 제2 높이(h₂)를 산출한다. 그리고 S677단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 산출한 제1 및 제2 높이(h₁,h₂)로부터 천장 높이(h)를 추정한다.

또한 S67단계에 따른 천장 높이(h)의 추정은 도 6에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 먼저 S672단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 촬영한 식별 패턴(15)과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 천장(50)의 제2 높이(h₂)를 산출한다. 다음으로 S674단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 천장(50)에 표시된 식별 패턴(15)의 촬영 각도(θ)를 산출한다. 다음으로 S676단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 패턴 조사부(14)와 카메라부(16) 간의 거리(l)와 산출한 촬영 각도(θ)로부터 수학식1을 이용하여 천장(50)의 제1 높이(h₁)를 산출한다. 그리고 S677단계에서 천장 높이 추정 장치(10)는 산출한 제1 및 제2 높이(h₁,h₂)로부터 천장 높이(h)를 추정한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 천장 높이 추정 장치
12 : 저장부
14 : 패턴 조사부
16 : 카메라부
18 : 제어부
20 : 이동 로봇 본체부
30 : 주행부
40 : 바닥
50 : 천장
100 : 이동 로봇

Claims (8)

1. 이동 로봇의 주행 중 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치로서,
   이동 로봇 본체부에 설치되며, 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시하는 패턴 조사부;
   상기 패턴 조사부에서 일정 거리 이격되어 상기 이동 로봇 본체부에 설치되며, 상기 식별 패턴이 조사되는 영역을 촬영하는 카메라부;
   상기 이동 로봇 본체부에 설치되며 상기 식별 패턴의 기준 식별 패턴을 저장하는 저장부;
   상기 카메라부가 촬영한 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 정보와 상기 기준 식별 패턴을 이용하여 상기 천장의 높이를 추정하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하고, 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 천장의 제1 높이를 산출하고, 상기 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 천장의 제2 높이를 산출하고, 산출한 상기 제1 및 제2 높이로부터 상기 천장의 높이를 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 촬영 정보는 촬영한 식별 패턴의 영상, 식별 패턴의 촬영 각도, 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 기준 식별 패턴은 일정 높이에 표시될 식별 패턴의 크기 및 모양에 대응되게 교정된 식별 패턴인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 패턴 조사부는 가시광선 또는 적외선을 이용하여 식별 패턴을 조사하고,
   상기 패턴 조사부가 가시광선을 이용한 식별 패턴을 조사하는 경우 상기 카메라부는 가시광선 카메라부이고,
   상기 패턴 조사부가 적외선을 이용한 식별 패턴을 조사하는 경우 상기 카메라부는 적외선 카메라부인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 장치.
6. 삭제
7. 이동 로봇의 주행 중 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 방법으로,
   천장 높이 추정 장치가 패턴 조사부를 통하여 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시하는 표시 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 패턴 조사부에서 일정 거리 이격되어 상기 이동 로봇에 설치된 카메라부를 통하여 상기 식별 패턴이 조사되는 영역을 촬영하는 촬영 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부가 촬영한 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 정보와 기준 식별 패턴을 이용하여 상기 천장의 높이를 추정하는 추정 단계;를 포함하고,
   상기 추정 단계는,
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하는 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 상기 천장의 제1 높이를 산출하는 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 상기 천장의 제2 높이를 산출하는 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 산출한 상기 제1 및 제2 높이로부터 상기 천장의 높이를 추정하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 방법.
8. 이동 로봇의 주행 중 천장 높이를 추정하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 방법으로,
   천장 높이 추정 장치가 패턴 조사부를 통하여 천장으로 식별 패턴을 조사하여 표시하는 표시 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 패턴 조사부에서 일정 거리 이격되어 상기 이동 로봇에 설치된 카메라부를 통하여 상기 식별 패턴이 조사되는 영역을 촬영하는 촬영 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부가 촬영한 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 정보와 기준 식별 패턴을 이용하여 상기 천장의 높이를 추정하는 추정 단계;를 포함하고,
   상기 추정 단계는,
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 촬영된 식별 패턴과 기준 식별 패턴의 크기를 비교하여 상기 천장의 제2 높이를 산출하는 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 천장에 표시된 식별 패턴의 촬영 각도를 산출하는 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 상기 카메라부와 상기 패턴 조사부 간의 거리와 산출한 촬영 각도로부터 상기 천장의 제1 높이를 산출하는 단계;
   상기 천장 높이 추정 장치가 산출한 상기 제1 및 제2 높이로부터 상기 천장의 높이를 추정하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 천장 높이 추정 방법.

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