KR101678767B1

KR101678767B1 - 레이저 스캐너를 이용한 이동로봇의 실내 주행 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101678767B1
Application number: KR1020150019986A
Authority: KR
Inventors: 박태형; 박종관
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-11-22
Also published as: KR20160097762A

Abstract

본 발명은 이동로봇의 실내 주행 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 레이저 스캐너를 구비하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템에서, 상기 레이저 스캐너로부터 각도에 따라 주변 환경과의 거리를 측정한 측정점 데이터를 전송받아, 이 데이터로부터 불연속점과 모서리점으로 구성된 표식점을 추출하는 표식점 추출부, 상기 표식점으로부터 이동 로봇의 경로를 생성하기 위하여, 이동 로봇의 좌, 우 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 벽면 표식점 추출부 및 상기 벽면 표식점으로부터 이동 로봇의 이동 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함한다. 본 발명에 의하면 복도환경에서 다른 인공표식이나 지형물 없이 불연속점과 모서리점을 찾아 로봇의 경로를 설정하여 자동으로 주행하도록 함으로써, 인공표식이나 다른 지형물을 설치하는 데 드는 노력과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저 스캐너를 이용한 이동로봇의 실내 주행 시스템 및 방법{Indoor driving system and method for mobile robot using laser scanner}

본 발명은 이동로봇의 실내 주행 시스템 및 방법에 관한 것으로, 이동로봇에 적용된 레이저 스캐너를 통해 실내 자동 주행을 수행하는 이동로봇의 실내 주행 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 이동로봇에 대한 기술이 발달하면서 이동로봇의 필요성이 증가하고 있다. 이미 공장에서는 이동로봇을 사용하고 있고, 물건의 운반이나 공공장소 안내 등을 위한 다양한 실내 환경 이동로봇 개발이 진행되고 있다. 레이저 스캐너(laser scanner)를 이용한 이동로봇 제어 방법은 실내 환경에서 이동로봇을 제어하는 방법 중 하나로 각광받고 있다.

레이저 스캐너를 이용하여 이동로봇을 제어하는 방법으로는 인공표식(artificial landmark)을 사용하는 방법과 자연표식(natural landmark)을 사용하는 방법이 있다. 여기서, 인공표식은 인식하는 것을 목적으로 사람이 직접 설치하는 표식을 의미하고, 자연표식은 환경 내에 존재하는 인식 가능한 표식을 말한다. 인공표식을 사용하는 방법은 실내에 인공표식을 설치해야하기 때문에 비용 문제 등 많은 문제가 있다. 자연표식을 사용하는 방법은 별다른 외부작업이 필요하지 않기 때문에 이를 이용한 많은 방법이 연구되고 있다.

그러나 자연표식을 사용하여 복도를 주행할 때에는 복도라는 공간의 특성상 별다른 특징이 없기 때문에 로봇을 제어하는 데 어려움을 겪게 된다. 즉, 자연표식으로서 인식할만한 점을 찾을 수 없는 문제가 발생하게 된다.

이와 같이, 자연표식을 사용하여 이동로봇을 자동으로 제어하는 방법은 표식을 스스로 인식하여 로봇을 제어해야 하므로, 인식할 만한 표식이 없는 환경에서는 사용하기 힘들다.

기존의 방법에서는 로봇 전방의 장애물을 탐지하거나 반사판을 설치하여 제어를 하는 방법이 있는데, 레이저 스캐너는 단순히 장애물을 탐지하는 것보다 많은 일을 할 수 있고, 반사판은 인공 표식의 일종으로 이를 설치하는데 노력과 비용이 소모된다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0061509호(공개일 2013.06.11.) 대한민국 공개특허공보 제10-2000-0016976호(공개일 2000.03.25.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 이동로봇에 레이저 스캐너를 적용하고, 이를 사용해 측정된 값을 이용하여 실내 환경에서 벽면의 자연표식을 찾아 주행을 할 수 있도록 하는 이동로봇의 주행 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 스캐너를 구비하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템에서, 상기 레이저 스캐너로부터 각도에 따라 주변 환경과의 거리를 측정한 측정점 데이터를 전송받아, 이 데이터로부터 불연속점과 모서리점으로 구성된 표식점을 추출하는 표식점 추출부, 상기 표식점으로부터 이동 로봇의 경로를 생성하기 위하여, 이동 로봇의 좌, 우 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 벽면 표식점 추출부 및 상기 벽면 표식점으로부터 이동 로봇의 이동 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함한다.

상기 표식점 추출부는 상기 측정점 데이터로부터 불연속점을 획득하고, 이웃한 불연속점 사이에 있는 모서리점을 탐색하는 방식으로 표식점을 추출할 수 있다.

상기 표식점 추출부는 각 이웃한 불연속점 사이에 더 이상 모서리점이 존재하지 않을 때까지 모서리점의 탐색을 반복할 수 있다.

상기 벽면 표식점 추출부는 어느 하나의 표식점에 대한 각도 히스토그램을 생성하고, 상기 각도 히스토그램을 통해 특징값을 구하여 벽면 표식점을 설정하는 방식으로 벽면 표식점을 추출할 수 있다.

상기 벽면 표식점 추출부는 상기 각도 히스토그램을 통해 얻은 특징값의 표식점 개수가 미리 정해진 기준치 이상이면 벽면 표식점으로 설정할 수 있다.

상기 벽면 표식점 추출부는 모든 표식점에 대해 상기 방식을 수행하여 벽면 표식점을 추출할 수 있다.

상기 경로 생성부는 벽면 표식점들로부터 하나의 벽면 표식점을 선택하고, 선택한 벽면 표식점과 다른 벽면 표식점과의 각도를 계산하고, 계산한 각도와 선택한 벽면 표식점의 특징값을 비교하여 같으면 서로 같은 벽에 존재하는 것으로 판단하고, 다르면 서로 맞은편 벽에 존재하는 것으로 판단하는 제1 과정을 수행할 수 있다.

상기 경로 생성부는 상기 제1 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 맞은편 벽에 존재하는 벽면 표식점 중 거리가 가장 가까운 점을 대응점으로 선택하고, 벽면 표식점과 대응점의 중점을 로봇의 경로점으로 설정하는 제2 과정을 수행할 수 있다.

상기 경로 생성부는 상기 제2 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 설정한 경로점들 중에서 이동 로봇에 가장 가까운 경로점을 현재 이동 로봇이 진행해야할 경로로 선택할 수 있다.

본 발명의 레이저 스캐너를 구비하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템에서의 실내 주행 방법에 있어서, 상기 이동 로봇의 실내 주행 시스템은 상기 레이저 스캐너로부터 각도에 따라 주변 환경과의 거리를 측정한 측정점 데이터를 전송받아, 이 데이터로부터 불연속점과 모서리점으로 구성된 표식점을 추출하는 표식점 추출 단계, 상기 표식점으로부터 이동 로봇의 경로를 생성하기 위하여, 이동 로봇의 좌, 우 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 벽면 표식점 추출 단계 및 상기 벽면 표식점으로부터 이동 로봇의 이동 경로를 생성하는 경로 생성 단계를 포함한다.

상기 표식점 추출 단계는 상기 측정점 데이터로부터 불연속점을 획득하는 단계, 이웃한 불연속점 사이에 있는 모서리점을 탐색하는 방식으로 표식점을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 표식점 추출 단계는 각 이웃한 불연속점 사이에 더 이상 모서리점이 존재하지 않을 때까지 모서리점의 탐색을 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 벽면 표식점 추출 단계는 어느 하나의 표식점에 대한 각도 히스토그램을 생성하는 단계, 상기 각도 히스토그램을 통해 특징값을 구하여 벽면 표식점을 설정하는 방식으로 벽면 표식점을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 벽면 표식점 추출 단계는 상기 각도 히스토그램을 통해 얻은 특징값의 표식점 개수가 미리 정해진 기준치 이상이면 벽면 표식점으로 설정할 수 있다.

상기 벽면 표식점 추출 단계는 모든 표식점에 대해 상기 방식을 수행하여 벽면 표식점을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 경로 생성 단계는 벽면 표식점들로부터 하나의 벽면 표식점을 선택하는 단계, 선택한 벽면 표식점과 다른 벽면 표식점과의 각도를 계산하는 단계, 계산한 각도와 선택한 벽면 표식점의 특징값을 비교하여 같으면 서로 같은 벽에 존재하는 것으로 판단하고, 다르면 서로 맞은편 벽에 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 제1 과정을 수행할 수 있다.

상기 경로 생성 단계는 상기 제1 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 맞은편 벽에 존재하는 벽면 표식점 중 거리가 가장 가까운 점을 대응점으로 선택하는 단계, 벽면 표식점과 대응점의 중점을 로봇의 경로점으로 설정하는 단계를 포함하는 제2 과정을 수행할 수 있다.

본 발명에 의하면 복도환경에서 다른 인공표식이나 지형물 없이 불연속점과 모서리점을 찾아 로봇의 경로를 설정하여 자동으로 주행하도록 함으로써, 인공표식이나 다른 지형물을 설치하는 데 드는 노력과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 환경에서 레이저 스캐너의 데이터 측정 과정과 측정점을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표식점을 나타낸 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 벽면표시점을 나타낸 예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 경로점과 이동 로봇의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 벽면 표식점을 구하기 위해 생성하는 각도 히스토그램을 구하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 각도 히스토그램을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 이동로봇의 실내 주행 시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 표식점 추출부에서, 레이저 스캐너의 측정점 데이터로부터 표식점을 추출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 벽면 표식점 추출부에서, 표식점 추출부에서 추출한 표식점으로부터 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 경로 생성부에서, 벽면 표식점 추출부에서 추출한 벽면 표식점으로부터 로봇의 경로를 생성하는 과정의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 레이저 스캐너를 이용한 이동로봇의 실내 주행 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 환경에서 레이저 스캐너의 데이터 측정 과정과 측정점을 나타낸 도면이다.

도 1에서 이동 로봇(100)은 레이저 스캐너(11)를 구비하고 있다.

도 1을 참조하면, 레이저 스캐너(11)는 한 평면상에 존재하는 사물과의 거리를 측정하는 센서로, 측정각도(θ)와 측정거리(d)를 출력한다. 측정각도(θ)는 레이저 스캐너(11)가 측정을 시작한 곳과 현재 측정하는 곳 사이의 각도를 의미한다. 레이저 스캐너(11)는 일정 간격의 각도마다 측정을 하며, 이 일정 간격의 각도를 스캔 각도(12)라고 한다.

쉽게 계산하기 위해 각도(θ)와 거리(d)로 구성된 데이터를 X, Y의 좌표데이터로 이루어진 측정점(13)으로 바꾸는 것이 바람직하다. 측정점(13)은 X, Y로 구성된 점으로 표시된다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표식점을 나타낸 예이다.

도 2를 참조하면, 표식점(23)은 레이저 스캐너(11)의 측정점으로부터 추출하며, 불연속점(21)과 모서리점(22)으로 이루어진다.

불연속점(21)은 측정점(13)에서 이웃한 두 점 사이의 거리가 일정 기준값 이상 벌어진 점들을 의미한다. 불연속점(21)을 판별할 때 사용하는 기준값은 사용 환경에 따라 사용자가 유동적으로 설정할 수 있는데, 예를 들어 Adaptive Breakpoint Detector나 KF-based Breakpoint detector 등의 방법을 사용할 수 있다.

모서리점(22)은 불연속점(21)이 아닌 점들 중 도형의 꼭지점과 같이 다른 측정점(13)보다 돌출된 점들을 의미한다. 모서리점(22)을 판별할 때에는, 상기에서 얻은 연속된 두 불연속점(21)을 이은 선에서 가장 멀리 떨어진 점을 모서리점(22)으로 판별하고, 거리의 하한선을 설정하여 잡음에 강하게 만들 수 있다. 예를 들어, IEPF(Iterative Endpoind Fit), RANSAC(Random Sample Consensus)등의 방법을 사용하여 모서리점(22)을 구할 수 있다.

본 발명에서 표식점(23)을 구하는 상세한 내용은 후술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 벽면표시점을 나타낸 예이다.

도 3을 참조하면, 벽면 표식점(31)은 추출한 표식점(23) 중 이동 로봇(100)이 진행할 곳의 벽면에 위치한 표식점(23)을 의미한다. 이 벽면 표식점(31)은 실내 벽에 위치하는 표식점(23)이 된다.

본 발명에서 벽면 표식점(31)을 구하는 상세한 내용은 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 경로점과 이동 로봇의 진행 경로를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 경로점(41)은 추출한 벽면 표식점(31)과 그 대응점(42)의 중점으로, 이동 로봇(100)의 진행경로의 후보가 된다. 이동 로봇(100)의 진행경로는 추출한 경로점(41) 중 이동 로봇(100)과 가장 가까운 점으로 선택한다.

대응점(42)은 한 벽면 표식점(31)에 대하여 그 맞은편 벽에 존재하는 가장 가까운 점을 말한다. 이 대응점(42)과 해당 벽면 표식점(31)의 중점으로 경로점(41)을 생성한다.

본 발명에서 경로점(41)을 구하는 상세한 내용은 후술하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 벽면 표식점을 구하기 위해 생성하는 각도 히스토그램을 구하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 5에서 (a)는 표식점이 벽면 표식점이 아닌 경우이고, (b)는 표식점이 벽면 표식점인 경우이다.

도 5를 참조하면, 빨간색 원으로 표시한 표식점(23)에서 다른 표식점(23)으로 이은 선의 각도를 구하여 각각의 각도에 해당하는 표식점(23)의 개수를 구할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 각도 히스토그램을 나타낸 도면이다.

도 6에서 (a)는 표식점이 벽면 표식점이 아닌 경우이고, (b)는 표식점이 벽면 표식점인 경우이다.

도 6에서, 각도 히스토그램(51)은 하나의 표식점(23)에 대하여 다른 표식점(23)들과 이루는 각을 구하였을 때, 해당 각에 대한 표식점(23)의 개수를 표현한 그래프이다. 각도 히스토그램(51)에서 해당 각에 대한 표식점(23)의 개수를 높이기 위해 마주보는 두 각을 하나의 각으로 생각하여 0~180° 범위의 각도 히스토그램(51)을 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게 만든 각도 히스토그램(51)에서 가장 많은 표식점(23) 개수를 갖는 각도값이 그 표식점(23)의 특징값(52)이 된다.

도 6을 참조하면, (a)에서 벽면 표식점(31)이 아닌 경우 각도 히스토그램(51)이 골고루 분포되어있는 반면, (b)에서 벽면 표식점(31)인 경우 한 지점에 표식점(23)이 몰려있는 것을 볼 수 있다. 이 지점의 각이 해당 표식점(23)의 특징값(52)이다.

도 7은 본 발명의 이동로봇의 실내 주행 시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 이동로봇의 실내 주행 시스템은, 레이저 스캐너(11)로부터 측정점(13) 데이터를 수신받아 불연속점(21)과 모서리점(22)으로 이루어진 표식점(23)을 추출하는 표식점 추출부(71)와, 추출한 표식점(23)으로부터 로봇의 경로를 생성하기 위해 로봇의 좌, 우 벽면에 위치한 표식점(23)인 벽면 표식점(31)을 추출하는 벽면 표식점 추출부(72)와, 추출한 벽면 표식점(31)으로부터 로봇의 경로점를 생성하는 경로 생성부(73)를 포함한다.

본 발명에서 표식점 추출부(71), 벽면 표식점 추출부(72), 경로 생성부(73)는 해당 기능을 명확하게 구분하기 위해 제시한 것이며, 이 구성은 하나의 프로세서에 의해 일괄 처리될 수 있을 것이다. 또한, 이런 기능을 갖는 프로그램에 의해 일련의 과정이 수행될 수 있다.

표식점 추출부(71)는 레이저 스캐너로부터 각도에 따라 주변 환경과의 거리를 측정한 측정점 데이터를 전송받아, 이 데이터로부터 불연속점과 모서리점으로 구성된 표식점을 추출한다.

벽면 표식점 추출부(72)는 표식점으로부터 이동 로봇(100)의 경로를 생성하기 위하여, 이동 로봇(100)의 좌, 우 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 역할을 한다.

경로 생성부(73)는 벽면 표식점으로부터 이동 로봇(100)의 이동 경로를 생성하는 역할을 한다.

본 발명에서 표식점 추출부(71)는 측정점 데이터로부터 불연속점을 획득하고, 이웃한 불연속점 사이에 있는 모서리점을 탐색하는 방식으로 표식점을 추출한다. 본 발명에서 표식점 추출부(71)는 각 이웃한 불연속점 사이에 더 이상 모서리점이 존재하지 않을 때까지 모서리점의 탐색을 반복한다.

본 발명에서 벽면 표식점 추출부(72)는 어느 하나의 표식점에 대한 각도 히스토그램을 생성하고, 각도 히스토그램을 통해 특징값을 구하여 벽면 표식점을 설정하는 방식으로 벽면 표식점을 추출한다. 벽면 표식점 추출부는 모든 표식점에 대해 상기 방식을 수행하여 벽면 표식점을 추출한다.

벽면 표식점 추출부(72)는 각도 히스토그램을 통해 얻은 특징값의 표식점 개수가 미리 정해진 기준치 이상이면 벽면 표식점으로 설정할 수 있다.

경로 생성부(73)는 벽면 표식점들로부터 하나의 벽면 표식점을 선택하고, 선택한 벽면 표식점과 다른 벽면 표식점과의 각도를 계산하고, 계산한 각도와 선택한 벽면 표식점의 특징값을 비교하여 같으면 서로 같은 벽에 존재하는 것으로 판단하고, 다르면 서로 맞은편 벽에 존재하는 것으로 판단하는 제1 과정을 수행한다.

그리고, 경로 생성부(73)는 제1 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 맞은편 벽에 존재하는 벽면 표식점 중 거리가 가장 가까운 점을 대응점으로 선택하고, 벽면 표식점과 대응점의 중점을 로봇의 경로점으로 설정하는 제2 과정을 수행한다.

그리고, 경로 생성부(73)는 제2 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 설정한 경로점들 중에서 이동 로봇에 가장 가까운 경로점을 현재 이동 로봇이 진행해야할 경로로 선택한다.

도 8은 본 발명의 표식점 추출부에서, 레이저 스캐너의 측정점 데이터로부터 표식점을 추출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 표식점 추출부(71)는, 측정점(13)으로부터 불연속점(21)을 판별하는 단계(S81)와, 판별한 각 이웃한 불연속점(21) 사이에 있는 모서리점(22)을 판별하는 단계(S82)를 포함한다.

그리고, 불연속점(21)을 먼저 구한 뒤, 각 불연속점(21) 사이에 존재하는 모서리점(22)을 탐색하는 순서로 진행하며, 모서리점(22)의 탐색은 각 이웃한 표식점(23) 사이에 더 이상 모서리점(22)이 존재하지 않을 때까지 반복한다(S83).

도 9는 본 발명의 벽면 표식점 추출부에서, 표식점 추출부에서 추출한 표식점으로부터 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 방법에 대한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 벽면 표식점(31)을 생성하는 과정에서는, 먼저 한 표식점(23)에 대한 각도 히스토그램(51)을 구한다(S91).

그리고, 각도 히스토그램(51)을 통해 얻은 특징값(52)의 표식점(23) 개수가 기준치 이상인지 여부를 확인한다(S92).

각도 히스토그램(51)을 통해 얻은 특징값(52)의 표식점(23) 개수가 기준치 이상이면, 이 점을 벽면 표식점(31)으로 지정하고(S93), 그렇지 않은 점들은 제외한다(S94).

그리고, 모든 표식점에 대해 수행하여 벽면 표식점(31)을 얻는다(S95).

도 10은 본 발명의 경로 생성부에서, 벽면 표식점 추출부에서 추출한 벽면 표식점으로부터 로봇의 경로를 생성하는 과정의 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 추출한 벽면 표식점(31)으로부터 한 벽면 표식점(31)을 선택하고(S101), 선택한 점과 다른 벽면 표식점(31)과의 각도를 계산한다(S102).

그리고, 계산한 각도와 선택한 벽면 표식점(31)의 특징값(52)을 비교하여(S103), 같으면 같은 벽에 존재하는 것으로 인식하고(S104), 다르면 맞은편 벽에 존재하는 것으로 인식한다(S105).

S101 단계 내지 S105 단계의 과정을 모든 다른 벽면 표식점(31)에 대해 수행한다(S106).

다음, 맞은편 벽에 존재하는 벽면 표식점(31) 중 거리가 가장 가까운 점을 대응점(42)으로 선택하고(S107), 벽면 표식점(31)과 그 대응점(42)의 중점을 이동 로봇(100)의 경로점(41)으로 설정한다(S108).

S101 단계 내지 S108 단계의 과정을 모든 벽면 표식점(31)에 대하여 수행한다(S109).

마지막으로, 이상에서 구한 경로점(41) 중 이동 로봇(100)에 가장 가까운 점을 현재 로봇이 가야 할 경로로 선택한다(S110).

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

11 : 레이저 스캐너
12 : 스캔 각도
13 : 측정점
21 : 불연속점
22 : 모서리점
23 : 표식점
31 : 벽면 표식점
41 : 경로점
42 : 대응점
51 : 각도 히스토그램
52 : 특징값
71 : 표식점 추출부
72 : 벽면 표식점 추출부
73 : 경로 생성부
100 : 이동 로봇

Claims

레이저 스캐너를 구비하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템에서,
상기 레이저 스캐너로부터 각도에 따라 주변 환경과의 거리를 측정한 측정점 데이터를 전송받아, 이 데이터로부터 불연속점과 모서리점으로 구성된 표식점을 추출하는 표식점 추출부;
상기 표식점으로부터 이동 로봇의 경로를 생성하기 위하여, 이동 로봇의 좌, 우 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 벽면 표식점 추출부; 및
상기 벽면 표식점으로부터 이동 로봇의 이동 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 표식점 추출부는 상기 측정점 데이터로부터 불연속점을 획득하고, 이웃한 불연속점 사이에 있는 모서리점을 탐색하는 방식으로 표식점을 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 표식점 추출부는 각 이웃한 불연속점 사이에 더 이상 모서리점이 존재하지 않을 때까지 모서리점의 탐색을 반복하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 벽면 표식점 추출부는 어느 하나의 표식점에 대한 각도 히스토그램을 생성하고, 상기 각도 히스토그램을 통해 특징값을 구하여 벽면 표식점을 설정하는 방식으로 벽면 표식점을 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 벽면 표식점 추출부는 상기 각도 히스토그램을 통해 얻은 특징값의 표식점 개수가 미리 정해진 기준치 이상이면 벽면 표식점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 벽면 표식점 추출부는 모든 표식점에 대해 상기 방식을 수행하여 벽면 표식점을 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 경로 생성부는 벽면 표식점들로부터 하나의 벽면 표식점을 선택하고, 선택한 벽면 표식점과 다른 벽면 표식점과의 각도를 계산하고, 계산한 각도와 선택한 벽면 표식점의 특징값을 비교하여 같으면 서로 같은 벽에 존재하는 것으로 판단하고, 다르면 서로 맞은편 벽에 존재하는 것으로 판단하는 제1 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 경로 생성부는 상기 제1 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 맞은편 벽에 존재하는 벽면 표식점 중 거리가 가장 가까운 점을 대응점으로 선택하고, 벽면 표식점과 대응점의 중점을 로봇의 경로점으로 설정하는 제2 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 경로 생성부는 상기 제2 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 설정한 경로점들 중에서 이동 로봇에 가장 가까운 경로점을 현재 이동 로봇이 진행해야할 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템.
레이저 스캐너를 구비하는 이동 로봇의 실내 주행 시스템에서의 실내 주행 방법에 있어서,
상기 이동 로봇의 실내 주행 시스템은 상기 레이저 스캐너로부터 각도에 따라 주변 환경과의 거리를 측정한 측정점 데이터를 전송받아, 이 데이터로부터 불연속점과 모서리점으로 구성된 표식점을 추출하는 표식점 추출 단계;
상기 표식점으로부터 이동 로봇의 경로를 생성하기 위하여, 이동 로봇의 좌, 우 벽면에 위치한 벽면 표식점을 추출하는 벽면 표식점 추출 단계; 및
상기 벽면 표식점으로부터 이동 로봇의 이동 경로를 생성하는 경로 생성 단계를 포함하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 표식점 추출 단계는 상기 측정점 데이터로부터 불연속점을 획득하는 단계, 이웃한 불연속점 사이에 있는 모서리점을 탐색하는 방식으로 표식점을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 표식점 추출 단계는 각 이웃한 불연속점 사이에 더 이상 모서리점이 존재하지 않을 때까지 모서리점의 탐색을 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 벽면 표식점 추출 단계는 어느 하나의 표식점에 대한 각도 히스토그램을 생성하는 단계, 상기 각도 히스토그램을 통해 특징값을 구하여 벽면 표식점을 설정하는 방식으로 벽면 표식점을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 벽면 표식점 추출 단계는 상기 각도 히스토그램을 통해 얻은 특징값의 표식점 개수가 미리 정해진 기준치 이상이면 벽면 표식점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 벽면 표식점 추출 단계는 모든 표식점에 대해 상기 방식을 수행하여 벽면 표식점을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 경로 생성 단계는 벽면 표식점들로부터 하나의 벽면 표식점을 선택하는 단계, 선택한 벽면 표식점과 다른 벽면 표식점과의 각도를 계산하는 단계, 계산한 각도와 선택한 벽면 표식점의 특징값을 비교하여 같으면 서로 같은 벽에 존재하는 것으로 판단하고, 다르면 서로 맞은편 벽에 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 제1 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 경로 생성 단계는 상기 제1 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 맞은편 벽에 존재하는 벽면 표식점 중 거리가 가장 가까운 점을 대응점으로 선택하는 단계, 벽면 표식점과 대응점의 중점을 로봇의 경로점으로 설정하는 단계를 포함하는 제2 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 경로 생성 단계는 상기 제2 과정을 모든 벽면 표식점에 대해 수행한 후, 설정한 경로점들 중에서 이동 로봇에 가장 가까운 경로점을 현재 이동 로봇이 진행해야할 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 실내 주행 방법.