KR101437916B1 - 초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는이동 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 로봇이 주변에 대한 지도를 생성하는 기술에 관한 것으로서, 특히, 초음파 센서를 이용하여 격자 지도를 작성하는 경우, 오류를 최소화하며 지도를 생성할 수 있는 초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는 이동 로봇에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 장애물 위치가 도시된 현 위치의 구조도가 입력되는 구조도 입력 과정과, 입력된 상기 구조도와 격자 지도를 매핑하는 매핑 과정과, 상기 격자 지도의 각 격자들에 증감치를 설정하는 증감치 설정 과정, 및 실제 장애물을 감지하고, 감지된 상기 실제 장애물의 위치에 대응하는 상기 격자에 상기 증감치를 적용하며 상기 격자 지도를 갱신하는 갱신 과정을 포함하는 초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는 이동 로봇을 제공한다. 이러한 본 발명에 따르면, 감지 오류로 인해 격자 지도가 전혀 다른 지도로 변형되는 오류를 최소화할 수 있으므로, 격자 지도의 정확성을 높일 수 있다.

이동 로봇, 초음파 센서, 격자 지도, Certainty value, 장애물

Description

초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는 이동 로봇{Method for drawing a map by ultrasonic sensor and mobile robot using the same}

본 발명은 이동 로봇이 주변에 지도를 생성하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 센서를 이용하여 격자 지도를 작성하는 경우, 오류를 최소화하며 지도를 생성할 수 있는 초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는 이동 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 자율 이동 로봇(Autonomous mobile robot; 이하, 로봇)은 미지의 환경에서 사전지식 없이 스스로 그 환경에 대처할 수 있는 능력을 가진 로봇을 말한다. 이와 같은 로봇은 여러 분야에 걸쳐 두루 사용되고 있다. 예를 들면, 공장에서의 물류이송 작업, 우주탐사, 핵폐기물 처리장 또는 심해와 같이 위험한 환경에서의 작업 등과 같은 다양한 분야에서 인간을 대신하여 수행하고 있다. 이처럼 폭넓은 이용 가능성을 내재하고 있기 때문에, 로봇에 대한 연구는 사람들에게 생활의 윤택함을 그리고 기업들에게는 경제적으로 고부가가치의 시장을 제공해줄 것으로 기대되고 있다.

하지만, 종래 기술에 따른 로봇은 인지능력과 추론 능력이 매우 부족하다는 문제를 안고 있다. 따라서 많은 분야에서 로봇의 지능을 높이기 위한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 로봇의 가장 기본적인 기능은 원하는 목표지점까지 충돌 없이 이동할 수 있어야 하는 것이다. 즉, 로봇이 생활공간 속에서 자유롭게 이동하기 위해서는 스스로 어디에 있는지를 판단할 수 있는 능력이 필요하다. 또한 주위 환경, 즉 물체들의 전체적인 위치와 윤곽을 파악하는 능력이 필요하다. 이러한 기능들은 위치측정(localization)기술 및 지도 작성(mapping)기술에 의해 수행된다.

로봇이 주위 환경에 대한 지도를 작성(mapping)하기 위해서는 기본적으로 주위환경을 인식하기 위한 센서를 구비해야 한다. 주로 이용되는 센서로는 초음파 센서, 비전센서, 레이저센서 및 적외선센서 등이 있다. 이 중 초음파 센서는 조명의 변화에 무관하고, 구조가 간단하며, 비용이 저렴할 뿐만 아니라, 장거리의 인식도 가능하다는 이점 때문에 가장 일반적으로 사용되고 있다.

초음파 센서를 이용한 주위 환경에 대한 지도 작성 기술은 크게 형상기반과 격자기반으로 나눌 수 있다. 형상기반 지도 작성법은 주위환경을 선(line)이나 점(point) 또는 원호(arc) 등의 특정 형상으로 표현하는 방법이다. 그리고, 격자 기반 지도 작성법은 로봇의 주위 환경을 작은 격자(Grid)들로 나누어 각 격자에 물체가 있을 가능성을 확률적으로 표현하는 방법으로서 확률격자지도라고도 불린다. 격자 기반 지도는 형상기반 지도와는 달리 즉각적인 지도 갱신 및 수정이 용의하며 물체의 형상에 관계없이 물체의 존재 유무를 효율적으로 표현할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 격자 기반 지도 작성 방법을 보다 개선시키기 위해 다양한 연구가 수행되고 있다.

전술하였듯이, 격자 기반 지도를 생성하기 위해서는 초음파 센서를 사용한다. 그런데, 이러한 초음파 센서는 지향각이 넓어 물체 위치에 대한 방향 불확실성이 크고, 또 정반사(Specular Reflection) 특성에 따라 물체의 존재정보를 잘못 제공하는 경우가 많아 오류가 빈번하게 발생된다는 문제가 있다. 따라서, 초음파 센서를 사용함으로 인한 오류를 최소화하여 줄여 실제 주위 환경을 정확하게 표현할 수 있는 격자 기반 지도 작성 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 오류를 최소화하여 정확도가 높은 격자 지도를 작성할 수 있는 초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는 이동 로봇을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법은, 장애물 위치가 도시된 현 위치의 구조도가 입력되는 구조도 입력 과정과, 입력된 상기 구조도와 격자 지도를 매핑하는 매핑 과정과, 상기 격자 지도의 각 격자들에 증감치를 설정하는 증감치 설정 과정, 및 실제 장애물을 감지하고, 감지된 상기 실제 장애물의 위치에 대응하는 상기 격자에 상기 증감치를 적용하며 상기 격자 지도를 갱신하는 갱신 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 이동 로봇은 장애물 위치가 도시된 현 위치의 구조도를 입력받아 격자 지도와 매핑하고, 상기 격자 지도의 각 격자들에 증감치를 설정하는 증감치 설정부, 실제 장애물을 감지하는 감지부, 및 상기 감지부를 통해 상기 실제 장애물의 위치 정보를 획득하고, 상기 실제 장애물의 위치에 대응하는 상기 격자에 상기 증감치를 적용하며 상기 격자 지도를 갱신하는 지도 갱신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지도 작성 방법은 확신 값(Certainty Value)의 증감치를 결 정하는 판단 근거로 두 가지의 요소를 이용한다. 즉, 구조도에 도시되어 있는 장애물들의 위치와, 감지부에 의해 실제 감지되는 장애물의 위치를 이용하여 증감치를 결정 및 수정한다. 이를 통해 고정 장애물에 대해 보다 빠르게 확신 값을 높이며, 비어있는 공간에 대해 확신 값을 빠르게 감소시킨다. 또한, 본 발명은 고정 장애물 영역과 가변 장애물 영역, 및 중복 영역에 대해 각각 다른 증감치를 설정한다. 이에, 고정 장애물을 빠르게 인지할 수 있으며, 감지 오류가 발생하더라도 이에 따른 영향을 최소화할 수 있다. 더하여, 빈 공간에 일시적으로 위치하는 장애물에 대해, 장애물이 제어된 후 장애물의 흔적을 빠르게 제거할 수 있다. 따라서, 감지 오류로 인해 격자 지도가 전혀 다른 지도로 변형되는 오류를 최소화할 수 있으므로, 격자 지도의 정확성을 높일 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

한편 본 발명을 설명함에 있어서, 격자 지도는 Moravec과 Elfes와 Borenstein/Koren에 의해 제안된 방법으로서 주변환경을 등간격으로 설정된 격자로 표현함으로써 물체의 절대적인 기하학적 위치에 기초하여 공간을 나타낸다. 각각의 격자는 실제 환경에서의 대응되는 영역 내에 장애물이 존재하는지 여부를 표시한다. 특히 본 실시예에서는 'The Certainty Grid'를 이용한다. 이 방법은 카네기 멜론 대학(CMU)에서 개발한 방법으로 모든 센서정보들을 바탕으로 격자지도의 각 격자의 장애물에 의한 점유를 확률적으로 나타낸다. 공간은 2차원의 배열로서 나타내며, 각각의 격자는 해당 격자 안에 장애물이 존재하는 지에 대한 확신을 나타내는 확신 값(Certainty Value; CV, occupied probability density function)를 갖는다. 본 실시예에서는 이러한 확신 값의 범위를 0~255로 설정하여 설명한다. 즉, 각 격자들에는 0~255 사이의 값이 확신 값으로 설정될 수 있다. 확신 값이 0인 경우, 해당 격자에는 장애물이 존재하지 않는 것을 의미하며, 255에 근접할수록 해당 격자에 장애물이 존재할 확률이 높음을 의미한다. 또한 본 실시예에서는 확신 값이 150 이상인 경우, 해당 격자에 장애물이 있는 것으로 판단한다. 이는 본 실시예를 설명 하기 위해 설정한 값으로, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇(100)은 감지부(120), 저장부(150), 및 제어부(130)를 포함한다.

감지부(120)는 로봇(100)의 주변에 존재하는 장애물을 감지한다. 이를 위해 본 실시예에 따른 감지부(120)는 주위로 초음파를 송출하고, 장애물에 의해 반사된 초음파를 수신하는 다수 개의 초음파 센서(도시되지 않음)를 포함한다. 이러한 초음파 센서는 로봇(100)의 외형을 따라 사방을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다. 초음파 센서는 일정한 주기에 따라 반복적으로 초음파를 송출 및 수신한다.

저장부(150)는 본 발명의 실시예에 따른 기능 동작에 필요한 응용 프로그램과 데이터 등을 저장한다. 저장부(150)는 프로그램 영역 및 데이터 영역을 포함할 수 있다.

프로그램 영역은 로봇(100)을 구동(booting)시키는 운영체제(OS, Operating System)와, 이동 기능을 포함한 로봇(100)의 기타 기능들에 필요한 응용 프로그램 등이 저장된다. 사용자 요청에 따라 해당 기능을 활성화하는 경우, 제어부(130)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들이 각각의 기능을 제공하게 된다.

데이터 영역은 로봇(100)의 이동에 따라 생성되는 데이터가 저장되는 영역으로서, 사용자에 의해 입력되는 구조도와, 본 발명의 실시예에 따른 격자 지도를 포함한 다양한 데이터 파일들이 저장된다.

제어부(130)는 로봇(100)의 전반적인 동작 및 로봇(100)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어한다. 즉, 제어부(130)는 저장부(150)와, 감지부(120)를 포함하는 로봇(100)의 구성 요소들 간의 신호 흐름을 제어한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)는 사용자에 의해 입력되는 구조도를 기반으로 하여 격자 지도를 작성하고, 이를 기반으로 하여 장애물들의 위치를 파악한다. 이를 위해 제어부(130)는 증감치 설정부(132)와, 지도 갱신부(134)를 포함한다.

증감치 설정부(132)는 사용자로부터 장애물 위치가 도시된 현 위치의 구조도를 입력받아 격자 지도와 매핑하고, 격자 지도의 각 격자들에 증감치를 설정한다. 또한, 격자들에 설정되는 확신 값에 따라 각 격자들의 증감치를 수정하여 설정한다.

이를 위해 본 실시예에 따른 증감치 설정부(132)는 구조도에 도시된 장애물 위치에 따라 격자들의 증감치를 차별화하여 설정한다. 도 3d를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 증감치 설정부(132)는 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응하는 격자들(도 3d에서 어두운 색의 격자들)에 대해 큰 증가치와 작은 감소치로 증감치를 설정하고, 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응하지 않는 격자들(도 3d에서 밝은 색의 격자들)에 대해 작은 증가치와 큰 감소치로 증감치를 설정한다.

또한, 증감치 설정부(132)는 격자들 중 설정된 확신 값이 기 설정 된 기준 값 이상인 격자가 존재하면, 해당하는 격자를 고정 장애물 영역으로 설정하고, 고정 장애물 영역으로 설정된 격자들에 대해 감소치를 더 작게 설정한다. 더하여, 증 감치 설정부(132)는 고정 장애물 영역의 둘레를 따라 접하고 있는 격자들을 가변 장애물 영역으로 설정하고, 가변 장애물 영역으로 설정된 격자들의 증가치와 감소치의 크기를 기준 값의 절반 정도의 값으로 설정한다. 이때, 하나의 격자가 적어도 두 개의 가변 장애물 영역에 동시에 포함되는 경우, 증감치 설정부(132)는 해당하는 격자에 대해 증가치를 크게 설정하고, 감소치를 작게 설정한다.

지도 갱신부(134)는 감지부(120)를 통해 실제 장애물의 위치 정보를 획득하고, 실제 장애물의 위치에 대응하는 격자에 확신 값을 설정하며 격자 지도를 갱신한다. 이 과정에서 지도 갱신부(134)는 해당 격자에 대응하는 증감치 즉, 증감치 설정부(132)에 의해 해당 격자에 설정된 증감치를 적용하며 확신 값을 설정한다.

이어서, 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 지도 작성 방법에 대하여 실시예를 통하여 자세히 설명한다. 지도 작성 방법에 대한 이하의 설명으로부터 전술한 로봇(100)의 구성 또한 보다 명확해질 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지도 작성 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 실시예에 따른 지도 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 3g를 참조하여 본 발명에 따른 지도 작성 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 지도 작성 방법은 전원이 인가되고, 정상 동작에 따라 대기 상태(idle state)로 진입한 로봇(100)에 구조도가 입력되는 S10 과정부터 수행된다.

본 발명의 실시예에 따른 구조도는 현재 로봇(100)이 위치한 영역의 평면 구조를 나타내는 도면으로, 도 3a와 같이 형성될 수 있다. 이러한 구조도는 실제 환경을 사용자가 직접 캐드(CAD; Computer-Aided design)나 기타 다른 전용 저작도구를 이용하여 도면화하거나, 실제 건축 도면 등을 획득하여 이용할 수 있다. 도 3a는 캐드로 작성된 실제 건축 도면을 이용한 구조도를 예로 들고 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 이를 기반으로 하여 수정된 구조도를 이용하는 것도 가능하다. 도 3c는 도 3a에 도시된 구조도를 수정한 구조도로, 도 3a에 도시된 구조도에서 벽이나 기둥, 가구 등과 같은 고정 장애물의 위치가 영역으로 표현되도록 단순화하여 도시하였다. 즉, 고정 장애물이 위치한 영역과, 비어있는 영역으로만 구분되도록 표현하였다. 이러한 수정된 구조도는 사용자가 도 3a에 도시된 구조도를 기반으로 하여 도 3b과 같이 직접 표시하거나, 다른 저작도구를 이용하여 생성할 수 있다. 또한, 도 3a에 도시된 구조도를 입력받은 로봇이 자체적으로 생성하는 것도 가능하다.

한편, 이처럼 본 발명에 따른 구조도나 수정된 구조도를 이용하는 경우, 사용자는 가상의 장애물을 추가할 수 있다. 즉, 실제 장애물이 존재하지 않지만, 장애물이 생성될 가능성이 있는 영역인 경우, 도 3c의 H와 같이 사용자는 해당 영역을 고정 장애물 영역으로 표시할 수 있다. 한편, 이하의 설명에서는 도 3c에 도시된 수정된 구조도(H 영역 제외, 이하 구조도)가 로봇(100)에 입력된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

구조도가 로봇(100)에 입력되면, 구조도는 저장부(150)에 저장된다. 이어서, 저장된 구조도와 로봇(100) 내에서 자체적으로 생성하는 격자 지도를 매핑하는 S11 과정이 수행된다. 도 3d는 도 3c에 도시된 구조도에 격자 지도가 매핑된 상태를 나타내는 도면이다. 제어부(130)의 증감치 설정부(132)는 먼저 구조도와 격자 지도의 크기를 동일하게 형성한다. 그리고, 도 3d에 도시된 바와 같이 구조도와 격자 지도를 겹쳐 각각의 격자들과 구조도를 매핑한다. 여기서, 본 실시예에서는 구조도에서 고정 장애물이 위치한 영역과 겹치는 격자들은 모두 어두운 영역(즉, 장애물 영역)으로 표시하였다. 이에 따라 로봇의 저장부에는 도 3e와 같은 격자 지도가 생성된다. 그러나, 이에 한정되지 않으며 격자의 절반 이상이 구조도의 고정 장애물이 위치한 영역과 겹치는 경우에만 해당 격자를 어두운 영역으로 표시하는 등 다양한 응용이 가능하다.

다음으로, 증감치 설정부(132)가 각 격자별로 대응하는 증감치를 설정하는 S12 과정이 수행된다. 증감치 설정부(132)는 격자 지도의 모든 격자들에 각각 증감치를 설정한다. 이 과정에서 증감치 설정부(132)는 일련의 규칙을 따라 증감치를 설정한다. 즉, 증감치 설정부(132)는 구조도에 도시된 장애물 위치에 따라 격자들의 증감치를 차별화하여 설정한다. 보다 상세히 설명하면, 증감치 설정부(132)는 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응하는 격자들(즉, 도 3e의 어두운 영역)에 대해, 큰 증가치(이하, +30)와 작은 감소치(이하, -5)를 갖도록 증감치를 설정한다. 그리고, 장애물 위치에 대응하지 않는 격자들(즉, 도 3e의 밝은 영역)의 증감치는 작은 증가치(이하, +10)와 큰 감소치(이하, -30)를 갖도록 설정한다.

이처럼 본 발명에 따른 지도 작성 방법은 장애물이 위치될 것으로 예상되는 영역에 대해 큰 증가치와 작은 감소치를 부여하고, 장애물이 없을 것으로 예상되는 영역에 대해 큰 감소치와 작은 증가치를 부여한다. 이로 인하여 장애물이 위치될 것으로 예상되는 영역은 장애물이 위치한다는 확신 값이 빠르게 증가되며, 빈 공간으로 예상되는 영역은 장애물이 존재하다 제거되는 경우, 빠르게 장애물이 있던 흔적이 제거(즉 확신 값이 감소)될 수 있다.

이어서, 로봇(100)이 주변에 위치하고 있는 실제 장애물들을 감지하는 S13 과정이 수행된다. 로봇(100)은 감지부(120)를 통해 주변에 위치하고 있는 장애물을 감지하게 된다. 이러한 감지 과정은 일회적으로 수행되지 않으며, 지속적이며 반복적으로 수행된다.

S13 과정에서 로봇(100)이 실제 장애물을 감지하면, 지도 갱신부(134)는 감지한 장애물의 위치에 대응하는 격자에 확신 값을 설정하는 S14 과정을 수행한다. 본 실시예의 경우, 초기의 격자 지도는 모든 격자들의 확신 값이 0으로 설정된다. 그리고, 지도 갱신부(134)를 통해 S14 과정에서 해당 격자의 확신 값이 갱신된다. 이때, 지도 갱신부(134)는 각 격자에 설정되어 있는 증감치를 기준으로 하여 확신 값을 증가시키거나 감소시킨다. 이를 도 3f와 같이 빗금으로 표시된 영역에 실제 장애물이 있음을 로봇(100)이 감지한 경우를 예로 들면 다음과 같다.

빗금으로 표시된 영역에 대응하는 격자들은 전술하였듯이 +30의 증가치와, -5의 감소치로 증감치가 설정되어 있다. 따라서, 해당 영역에서 실제 장애물이 감지된 경우, 지도 갱신부(134)는 해당 격자들의 확신 값을 +30 증가시킨다. 이에, 대응하는 격자들(즉 빗금 표시된 격자들)은 모두 30의 확신 값으로 설정된다. 한 편, 실제 장애물을 인지하지 못한 부분의 격자들은 확신 값이 계속 0으로 설정되어 있게 된다.

이러한 S13 내지 S14 과정은 로봇(100)이 이동하며 감지하는 모든 장애물에 대해 동일하게 수행된다.

다음으로, 증감치 설정부(132)는 현재 격자에 수정된 확신 값이 기 설정된 기본 값보다 큰 값인지 여부를 확인하는 S15 과정을 수행한다. 여기서 기본 값은 사용자에 의해 기 설정된 값으로, 본 실시예에서는 기본 값을 '150'으로 설정한 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나, 이에 한정되지 않으며 필요에 따라 다양한 값으로 설정할 수 있다. 기본 값은 본 실시예에 따른 '고정 장애물 영역'을 설정하기 위한 값으로, 본 실시예에서는 확신 값이 기본 값 보다 높은 값을 갖는 경우, 해당 격자를 고정 장애물 영역으로 설정한다. 이러한 고정 장애물 영역은 로봇(100)이 격자 지도를 통해 장애물이 존재하는지 여부를 판단하는 기준이 된다. 즉, 특정 격자가 고정 장애물 영역으로 설정되어 있는 경우, 로봇(100)은 해당 격자에 장애물이 있는 것으로 판단하게 된다.

현재 빗금으로 표시된 격자들의 확신 값은 30으로 설정되어 있다. 즉 기본 값인 150보다 작은 값을 갖는다. 따라서, 증감치 설정부(132)는 S20 과정으로 진입하여 또 다른 장애물이 감지되는지 여부를 확인한다. 그리고 다른 장애물이 감지되면 전술한 S14 내지 S15 과정을 반복적으로 수행하며 해당 격자에 대응하는 확신 값을 수정하여 격자 지도를 갱신한다.

이하에서는, 전술한 과정들을 통해 로봇(100)이 도 3g에 도시된 격자 지도를 작성한 경우를 예로 들어 설명한다. 도 3g의 경우, 본 실시예의 설명에 필요한 격자들만을 대상으로 하여 확신 값을 표기하였다. 다른 격자들도 모드 확신 값이 설정되어 있으나, 본 실시예를 설명함에 있어 활용되지 않으므로, 표기를 생략하였다.

로봇이 도 3g에 도시된 격자 지도를 생성한 후, 이동하는 과정에서 도 3d에서 빗금으로 표시된 장애물들을 다시 감지하게 되면(S20), 지도 갱신부(134)는 대응하는 격자에 대한 확신 값을 다시 수정하여 설정하게 된다. 이 경우, 해당 격자에는 이미 130, 140, 135, 130 등의 확신 값이 설정되어 있다. 이에 지도 갱신부(134)는 해당 격자들에 설정되어 있는 증가치에 따라 30을 증가시킨다. 이에 해당 격자들의 확신 값은 도 3h에 도시된 바와 같이 160, 170, 165, 160 등으로 설정된다.

S15 과정에서 증감치 설정부(132)는 새롭게 설정된 확신 값과 기본 값을 비교한다. 이 경우, 해당 격자들의 확신 값은 160, 170, 165, 160이므로, 모두 기본 값인 150보다 큰 값을 갖는다. 따라서, 증감치 설정부(132)는 S16 과정으로 진입한다.

S16 과정에서 증감치 설정부(132)는 해당 격자를 고정 장애물 영역으로 설정한다. 격자가 고정 장애물 영역으로 설정되면, 해당 격자의 증감치도 변경된다. 고정 장애물 영역의 경우, 감소치를 보다 작게 설정하거나, 증감치를 보다 크게 설정한다. 본 실시예에서는 이러한 고정 장애물 영역의 증감치를 +50, -3으로 설정하였다. 이에 따라 로봇(100)이 감지 오류로 인하여 고정 장애물 영역의 장애물을 인지 하지 못하더라도 확신 값이 매우 작은 폭으로 감소되므로 종래와 같이 확신 값이 큰 폭으로 변하여 발생되는 오류를 최소화할 수 있다.

이처럼 S16 과정을 통해 적어도 하나의 격자가 고정 장애물 영역으로 설정되면, 이어서 가변 장애물 영역을 설정하는 S17 과정이 수행된다.

도 3i는 도 3h의 P영역을 확대하여 도시한 도면으로, 이를 참조하면 S17 과정에서 증감치 설정부(132)는 고정 장애물 영역(A1)의 둘레를 따라 접하고 있는 격자들을 가변 장애물 영역(A2)으로 설정한다. 이러한 가변 장애물 영역(A2)은 고정 장애물 주변의 일정 범위(예컨대, 10cm) 내의 영역으로, 실제 장애물의 외곽선을 따라 형성되는 영역이다.

이러한 가변 장애물 영역(A2)은 센서의 오차 등으로 인하여 오류가 빈번하게 발생되는 영역이다. 따라서 격자들의 확신 값이 너무 빨리 증가하거나 너무 빨리 감소하도록 증감치가 설정된 경우, 잘못된 격자 지도가 작성될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 가변 장애물 영역(A2)으로 설정된 격자들의 증감치를 너무 크거나 너무 작지 않은 크기로 설정한다. 본 실시예에서는 이러한 격자들의 증감치를 다른 격자들의 증감치의 절반 정도의 값으로 설정한다. 즉, 최대 증감치인 +50과 최소 증감치인 +10의 중간 값인 +30으로 증가치를 설정하고, 최대 감소치인 -30과 최소 감소치인 -3의 중간 값인 -14로 설정한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

이처럼 가변 장애물 영역(A2)과, 그에 대응하는 증감치가 설정되면, 이어서 증감치 설정부(132)는 중복적으로 가변 장애물 영역(A2)에 포함되는 격자가 존재하는 지 확인하는 S18 과정을 수행한다. 확인 결과, 대응하는 격자가 존재하지 않으 면 S20 과정으로 진입하여 다른 장애물을 감지한다.

반면에, 대응하는 격자가 존재하면, 증감치 설정부(132)는 S19 과정으로 진입한다. 도 3j는 도 3h의 P영역에서 두 개의 고정 장애물 영역(A1)이 인접하게 형성된 경우를 도시하고 있다. 이러한 경우, 각 고정 장애물 영역(A1)으로 인해 형성되는 가변 장애물 영역(A2)은 서로 겹치기 쉽다. 이처럼 두 개의 가변 장애물 영역(A2)에 동시에 포함되는 격자들(A3)은 해당 영역이 실제 장애물들 사이에 형성되는 좁은 틈일 가능성이 높다. 또한, 도면과 같이 실질적으로 하나의 장애물이지만 센서 오류 등으로 인하여 장애물 전체가 감지되지 않고 분리된 장애물로 감지된 경우일 수 있다. 상기한 경우 중 어떠한 경우이던 이러한 중복 영역(A3)은 가능한 한 로봇(100)이 이동하지 못하도록 제어하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명에서는 해당 중복 영역(A3)에 대응하는 격자들이 용이하게 고정 장애물 영역(A1)에 포함될 수 있도록 증가치를 설정한다. 즉, 해당 격자들에 대해 증가치를 높게 설정하고, 감소치를 작게 설정한다. 본 실시예에서는 +50의 증가치와 -5의 감소치로 고정 장애물 영역의 증감치와 동일한 증감치로 설정하였다.

이와 같이 고정 장애물 영역, 가변 장애물 영역, 및 중복 영역에 포함되는 격자들에 대해 각각 증감치가 변경되어 설정되면, 로봇(100)은 S20 과정으로 진입하여 다른 장애물을 감지한다. 그리고 전술한 S14 과정 내지 S20 과정을 반복적으로 수행하며 격자 지도를 지속적으로 갱신하며 작성한다.

이상과 같은 과정에 따라 수행되는 본 발명에 따른 지도 작성 방법은 확신 값의 증감치를 결정하는 판단 근거로 두 가지의 요소를 이용한다. 즉, 구조도에 도 시되어 있는 장애물들의 위치와, 감지부에 의해 실제 감지되는 장애물의 위치를 이용하여 증감치를 결정 및 수정한다. 이를 통해 고정 장애물에 대해 보다 빠르게 확신 값을 높이며, 비어있는 공간에 대해 확신 값을 빠르게 감소시킨다. 또한, 본 발명은 고정 장애물 영역과 가변 장애물 영역, 및 중복 영역에 대해 각각 다른 증감치를 설정한다. 이를 통해 고정 장애물을 빠르게 인지할 수 있으며, 감지 오류가 발생하더라도 이에 따른 영향을 최소화할 수 있다. 더하여, 빈 공간에 일시적으로 위치하는 장애물에 대해, 장애물이 제어된 후 장애물의 흔적을 빠르게 제거할 수 있다. 이처럼 본 발명은 감지 오류로 인해 격자 지도가 전혀 다른 지도로 변형되는 오류를 최소화할 수 있으므로, 격자 지도의 정확성을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는 이동 로봇은 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 실제 장애물이 위치한 위치를 감지하고, 장애물의위치에 대응하는 격자들의 확신 값 만을 갱신하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 해당 격자들과 로봇 사이에 위치한 격자들에 대해 확신 값을 갱신하는 등 다양한 응용이 가능하다. 이러한 경우, 증감치 설정부는 각 격자들에 대해 로봇과 장애물 사이에 위치될 경우의 증감치를 더 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 초음파 센서를 이용하여 실제 장애물을 감지하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 비전센서, 레이저센 서, 및 적외선센서 등 장애물을 감지할 수 있는 센서라면 다양하게 이용될 수 있다.

더하여, 본 실시예에서는 이동 로봇에서 초음파 센서를 이용하여 격자 지도를 작성하는 방법을 설명하고 있다. 그러나 이 외에도 이동이 가능하며 초음파 센서를 구비하는 전자 기기라면 다양하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇을 개략적으로 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지도 작성 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 실시예에 따른 지도 작성 방법을 설명하기 위한 도면.

Claims (19)

1. 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법에 있어서,

   장애물 위치가 도시된 현 위치의 구조도가 입력되는 구조도 입력 과정과,

   입력된 상기 구조도와 격자 지도를 매핑하는 매핑 과정과,

   상기 격자 지도의 각 격자들에 증감치를 상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 따라 차별화하여 설정하는 증감치 설정 과정, 및

   실제 장애물을 감지하고, 감지된 상기 실제 장애물의 위치에 대응하는 상기 격자에 상기 증감치를 적용하며 상기 격자 지도를 갱신하는 갱신 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 갱신 과정은,

   상기 증감치에 대응하여 상기 격자에 상기 실제 장애물이 존재하는 지에 대한 확신을 나타내는 확신 값(CV; certainty value)을 상기 격자에 설정하는 과정인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서, 상기 증감치 설정 과정 내지 상기 갱신 과정은,

   상기 이동 로봇이 이동함에 따라 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 증감치 설정 과정은,

   상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응하는 격자들에 상기 장애물에 대응하여 기 설정된 증가치와 감소치를 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 증감치 설정 과정은,

   상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응하지 않는 격자들에 비장애물에 대응하여 기 설정된 증가치와 감소치를 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 증감치 설정 과정은,

   상기 격자들 중 설정된 상기 확신 값이 기 설정 된 기준 값 이상인 격자가 존재하면, 해당하는 상기 격자를 고정 장애물 영역으로 설정하는 고정 영역 설정 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 고정 영역 설정 과정은,

   상기 고정 장애물 영역으로 설정된 상기 격자들에 설정된 감소치를 기 설정된 크기만큼 감소시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 증감치 설정 과정은,

   상기 고정 영역 설정 과정이 수행된 후, 설정된 상기 고정 장애물 영역의 둘레를 따라 접하고 있는 격자들을 가변 장애물 영역으로 설정하는 가변 영역 설정 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 가변 영역 설정 과정은,

    상기 가변 장애물 영역으로 설정된 상기 격자들의 상기 증가치와 상기 감소치의 크기를 상기 기준 값의 절반 정도의 값으로 설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 증감치 설정 과정은,

    상기 가변 영역 설정 과정이 수행된 후, 하나의 상기 격자가 적어도 두 개의 상기 가변 장애물 영역에 동시에 포함되는 경우, 해당하는 상기 격자의 증가치를 기 설정된 크기만큼 증가시키고, 상기 감소치를 기 설정된 크기만큼 감소시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 격자 지도 작성 방법.
12. 장애물 위치가 도시된 현 위치의 구조도를 입력받아 격자 지도와 매핑하고, 상기 격자 지도의 각 격자들에 증감치를 상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 따라 차별화하여 설정하는 증감치 설정부,

    실제 장애물을 감지하는 감지부, 및

    상기 감지부를 통해 상기 실제 장애물의 위치 정보를 획득하고, 상기 실제 장애물의 위치에 대응하는 상기 격자에 상기 증감치를 적용하며 상기 격자 지도를 갱신하는 지도 갱신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 지도 갱신부는,

    상기 증감치에 대응하여 상기 격자에 장애물이 존재하는 지에 대한 확신을 나타내는 확신 값(CV; certainty value)을 상기 격자에 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
14. 삭제
15. 제 12 항에 있어서, 상기 증감치 설정부는

    상기 격자들에 설정되는 확신 값에 따라 상기 각 격자들의 증감치를 수정하여 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 증감치 설정부는,

    상기 격자들이 상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응되는 경우, 상기 경우에 해당하는 기 설정된 증가치와 감소치로 상기 증감치를 상기 격자들에 설정하고, 상기 격자들이 상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응하지 않는 경우, 상기 경우에 해당하는 기 설정된 증가치와 감소치로 상기 증감치를 상기 격자들에 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 증감치 설정부는,

    상기 격자들 중 설정된 상기 확신 값이 기 설정된 기준 값 이상인 격자가 존재하면, 해당하는 상기 격자를 고정 장애물 영역으로 설정하고, 상기 고정 장애물 영역으로 설정된 상기 격자들에 대해 상기 감소치를 상기 격자들이 상기 구조도에 도시된 장애물 위치에 대응되는 경우에 설정되는 감소치보다 더 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 증감치 설정부는,

    상기 고정 장애물 영역의 둘레를 따라 접하고 있는 격자들을 가변 장애물 영역으로 설정하고, 상기 가변 장애물 영역으로 설정된 상기 격자들의 상기 증가치와 상기 감소치의 크기를 상기 기준 값의 절반 정도의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 증감치 설정부는,

    하나의 상기 격자가 적어도 두 개의 상기 가변 장애물 영역에 동시에 포함되는 경우, 상기 격자에 대해 상기 경우에 해당되는 기 설정된 증가치와 감소치로 상기 증감치를 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.

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