KR102142162B1 - 로봇 위치 선정 시스템 - Google Patents

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안데르스 헤거마르크
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에이비 엘렉트로룩스
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Abstract

본 발명은 로봇 위치 선정 시스템 및 로봇 위치 선정 방법에 관한 것이다. 로봇 위치 선정 시스템은 카메라, 처리부 및 적어도 제1 라인 레이저를 포함한다. 제1 라인 레이저는 카메라의 시계 내에서 수직 레이저 라인들을 투사함으로써 공간을 조사하도록 구성된다. 카메라는 수직 레이저 라인들에 의해 조사되는 공간의 사진을 기록하도록 구성되고, 처리부는, 기록된 사진으로부터, 공간 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 수직 레이저 라인들에 의해 형성되는 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하도록 구성된다. 처리부는, 추출된 라인으로부터, 투사된 레이저 라인들을 따라 조사된 공간의 표현을 생성하도록 더 구성되고, 이 표현에 대하여 로봇이 위치된다.

Description

로봇 위치 선정 시스템{ROBOT POSITIONING SYSTEM}
본 발명은 로봇 위치 선정 시스템 및 로봇 위치 선정 방법에 관한 것이다.
여러 가지 기술 분야에서, 로봇이 가능한 장애물들과 충돌하지 않고 공간 주변을 자유롭게 이동할 수 있도록 자율적 행동을 하는 로봇을 사용하는 것이 바람직하다.
일 예로서, 테이블 및 의자와 같은 가구 및 벽 및 계단과 같은 다른 장애물이 위치되는 룸을 거의 자율적으로 진공 청소하는 능력을 갖는 로봇 진공 청소기들이 관련 분야에 존재한다. 통상적으로, 이러한 로봇 진공 청소기들은 예를 들어 초음파 또는 광파를 사용하는 것에 의해 룸을 네비게이팅(navigating)하였다. 게다가, 로봇 진공 청소기들은 통상적으로 계단 센서들, 벽 추적 센서들 및 정확하게 수행하는 다양한 트랜스폰더들과 같은 부가 센서들로 보완되어야 한다.
다수의 종래 기술 로봇 진공 청소기들은 SLAM(동시 위치 추정 및 매핑)으로 지칭되는 기술을 사용한다. SLAM은 모바일 로봇에 의해 알려지지 않은 환경의 맵을 구축하면서, 동시에 맵을 사용하여 환경을 네비게이팅하는 문제와 관계된다. 이것은 통상적으로 범위 측정을 위해 수평으로 스캐닝하는 레이저와 결합된다. 게다가, 주행 거리 측정법은 로봇의 휠들의 이동에 의해 측정되는 로봇의 대략적 위치를 제공하는데 사용된다.
US 2002/0091466은 천장에서의 베이스 표시 및 장애물 쪽으로 선형 광빔을 방사하는 라인 레이저를 인식하는 룸의 천장 쪽으로 향하는 제1 카메라, 장애물로부터의 반사되는 선형 광빔을 인식하는 제2 카메라를 갖는 모바일 로봇을 개시한다. 라인 레이저는 모바일 로봇의 전방에서 수평으로 연장되는 직선의 형태로 빔을 방사한다.
본 발명의 목적은 관련 분야에서의 이러한 문제들을 해결하거나 적어도 완화하고 개선된 로봇 위치 선정 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 카메라, 처리부 및 적어도 제1 라인 레이저를 포함하는 로봇 위치 선정 시스템에 의한 본 발명의 제1 양태에서 달성된다. 제1 라인 레이저는 카메라의 시계 내에서 수직 레이저 라인들을 투사함으로써 공간을 조사하도록 구성된다. 카메라는 수직 레이저 라인들에 의해 조사되는 공간의 사진을 기록하도록 구성되고, 처리부는, 기록된 사진으로부터, 공간 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 수직 레이저 라인들에 의해 형성되는 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하도록 구성된다. 처리부는, 추출된 라인으로부터, 투사된 레이저 라인들을 따라 조사된 공간의 표현을 생성하도록 더 구성되며, 로봇이 상기 표현에 대하여 위치된다.
이러한 목적은 로봇 위치 선정 방법에 의한 본 발명의 제2 양태에서 달성된다. 방법은 카메라의 시계 내에서 수직 레이저 라인들을 투사하는 적어도 제1 라인 레이저로 공간을 조사하는 단계 및, 카메라로, 수직 레이저 라인들에 의해 조사되는 공간의 사진을 기록하는 단계를 포함한다. 게다가, 방법은, 기록된 사진으로부터, 공간 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 수직 레이저 라인들에 의해 형성되는 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하는 단계 및, 추출된 라인으로부터, 투사된 레이저 라인들을 따라 조사된 공간의 표현을 생성하는 단계를 포함하며, 로봇은 상기 표현에 대하여 위치된다.
유리하게는, 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 위치 선정 시스템은 시스템이 조사된 환경 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 광의 결과인 영상 데이터를 기록함으로써 작동되도록 설정되는 환경의 표현을 생성한다. 종래 기술 위치 선정 센서는 위치 선정 센서가 배열되는 로봇의 위치 선정을 위해 처리되어야 할 많은 양들의 데이터를 생성하기 위해 매 초 수천 번의 측정을 정상적으로 실행한다. 반대로, 본 발명의 로봇 위치 선정 시스템은 동등한 양의 측정들을 실행하지만, 위치 선정을 위해 단지 적은 양의 결과적인 데이터를 사용한다. 본 발명의 로봇 위치 선정 시스템은 단지 라인 레이저에 의해 투사되는 수직 레이저 라인들에 의해 달성되는 평면 표면을 따라 기록되는 영상 데이터를 고려한다. 종래 기술 위치 선정 센서들과 비교하여 이러한 차이는 모든 작은 세부 사항들이 상대적으로 적은 양의 영상 데이터를 처리함으로써 나타내어질 것이므로, 표현이 생성되게 될 환경이 많은 대상들을 포함하는 경우에 훨씬 더 강조된다. 많은 종래 기술 로봇 위치 선정 시스템들과 대조적으로, 어떤 플로어 센서도 예를 들어, 로봇이 계단에서 우발적으로 넘어지는 것을 방지하기 위해 요구되지 않는다.
더 유리한 것은 로봇 위치 선정 시스템이 위치 선정 시스템이 배열될 수 있는 로봇 진공 청소기의 전방에서 먼지 및 쓰레기를 검출하는데 사용될 수 있는 것이다. 라인 레이저들에 의해 조사되는 플로어 상의 작은 입자들도 깨끗한 플로어보다 상당히 더 많은 광을 반사시킬 것이고 반사된 광의 변화를 기록함으로써 쉽게 검출될 수 있다.
또 다른 이점은 사진의 복잡한 분석을 착수하여 환경의 전체 표현을 구축하지 않고도, 기록된 사진의 픽셀/영상 데이터가 장애물들, 에지들 및 벽들을 검출하는데 직접 사용될 수 있다는 것이다. 각각의 픽셀은 공간에서의 작은 지점에 대해 장애물 검출기로 간주될 수 있고, 레이저 광을 검출하는 모든 픽셀은 로봇이 대상과 부딪칠 때까지, 로봇이 얼마나 많이 더 이동할 수 있는지로 쉽게 변환될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 위치 선정 시스템은 근접한 거리에서 지나간 장애물들을 내비게이션하는데 정확하고 적절한 데이터를 제공할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 로봇 위치 선정 시스템은 수직 레이저 라인들을 투사함으로써 카메라의 시계 내에서 공간을 조사하도록 구성되는 제2 라인 레이저를 더 포함한다. 이러한 특정 실시예에서, 처리부는, 기록된 사진으로부터, 공간에 위치되는 대상에 대하여 반사되는 제1 및 제2 라인 레이저의 수직 레이저 라인들에 의해 형성되는 각각의 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하도록 구성된다. 게다가, 처리부는, 각각의 추출된 라인으로부터, 제1 및 제2 라인 레이저의 투사된 레이저 라인들을 따라 조사된 공간의 표현을 생성하도록 구성된다.
유리하게는, 2개의 광원을 사용하는 경우에, 위치 선정 정확성이 개선되고, 기록된 사진들은 로봇 위치 선정 시스템이 작동되는 환경의 상세한 표현의 생성을 용이하게 하는 더 많은 정보를 포함할 것이다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제1 및 제2 라인 레이저들은 카메라의 광 축에 수직인 축을 따라 카메라의 각각의 측부 상에 배열된다. 유리하게는 이러한 배열로, 각각의 라인 레이저는 카메라로부터 가능한 멀리 장착되어, 가능한 최대 공간을 조사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광 필터는 카메라에 배열되며, 광 필터가 제1 (및 제2) 라인 레이저에 의해 방사되는 광의 파장에 적응된다. 유리하게는, 카메라는 라인 레이저(들)에 의해 사용되는 특정 파장에 고감도로 될 수 있어, 라인 레이저들로부터 반사된 광만을 기록한다.
일 실시예에서, 카메라는 CMOS(상보성 금속 산화막 반도체) 카메라이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 로봇 위치 선정 시스템은 수직 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성된다. 이것은 로봇 진공 청소기에 고정 장착되는 로봇 위치 선정 시스템을 갖고 진공 청소기를 회전시킴으로써, 또는 로봇 진공 청소기에 회전 가능하게 장착되는 로봇 위치 선정 시스템을 가짐으로써 달성될 수 있다. 유리하게는, 로봇 위치 선정 시스템은 회전하도록 설정될 수 있고 카메라는 진공 청소기가 작동되도록 설정되는 전체 환경의 사진들을 기록할 것이다. 따라서, 환경의 전체 표현이 획득될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 로봇 내비게이션 시스템은 로봇 위치 선정 시스템의 순간적 위치를 추정하는 위치 선정 시스템을 더 포함한다. 이것은 좌표들의 근원이 각각의 기록된 사진에 대해 그리고 따라서 궁극적으로 생성된 표현에 대해 확립될 수 있으므로, 유리하다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 영상 데이터는 카메라의 센서 어레이의 좌표 시스템으로 매핑된다. 유리하게는, 기록된 사진의 각각의 영상 피처는 따라서 센서 어레이 좌표 시스템을 활용함으로써 고유 좌표와 연관될 수 있다. 생성된 표현은 따라서 로봇 진공 청소기의 위치 선정을 용이하게 하기 위해 좌표 시스템과 연관될 것이다.
본 발명은 청구항들에서 재인용되는 특징들의 모든 가능한 조합들에 관한 것임을 주목한다. 본 발명의 추가의 특징들 및 본 발명의 이점들은 첨부된 청구항들 및 이하의 설명을 검토할 때 명백해질 것이다. 당업자는 본 발명의 상이한 특징들이 이하에서 설명되는 실시예들 이외의 실시예들을 생성하기 위해 조합될 수 있다는 점을 인식한다.
본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 예로서 이제 설명한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템으로 구성되는 로봇 진공 청소기의 평면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 나타내어지는 카메라의 시계를 갖는 도 2a의 평면도를 도시한다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템으로 구성되는 로봇 진공 청소기의 측면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 로봇이 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템을 사용함으로써 작동하는 환경의 표현을 생성하는 절차를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 위치 선정 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 추가 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템을 도시한다.
본 발명은 이제 첨부 도면들을 참조하여 이하에 보다 충분히 설명될 것이며, 이 첨부 도면들에서 본 발명의 특정 실시예들이 도시된다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고 본 원에 제시된 실시예들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 하며; 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시를 철저하고 완벽하게 하고, 본 발명의 범위를 당업자에게 충분히 전하도록 예로서 제공된다. 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 내비게이션 시스템이 위치 선정하기 위해 SLAM을 사용한다는 점이 주목되어야 한다. SLAM은 관련 분야에 널리 알려져 있고 더 이상 상세히 논의되지 않을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템을 도시한다. 로봇 위치 선정 시스템(10)은 라인 레이저들의 형태로 2개의 광원들(13, 14)뿐만 아니라 CMOS 카메라와 같은 광 검출기(12)가 위치되는 섀시(11)를 포함한다. 라인 레이저들(13, 14)은 CMOS 카메라(12)의 시계 내에서 수직 레이저 라인들을 투사하도록 구성된다. CMOS 카메라(12)는 조사된 공간의 표현이 정확한 위치 선정을 위해 생성될 수 있도록 2개의 라인 레이저들(13, 14)에 의해 조사되는 공간의 사진들을 반복적으로 기록할 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 로봇 위치 선정 시스템이 단일 광원을 포함한다는 점이 주목되어야 한다. 그러나, 2개의 광원들을 사용하는 경우에, 위치 선정 정확성이 개선되고, 기록된 사진들은 로봇 위치 선정 시스템이 작동하는 환경의 상세한 표현의 생성을 용이하게 하는 더 많은 정보를 포함할 것이다. 설명 내내, 2개의 라인 레이저들의 사용이 설명될 것이다.
조사된 공간의 표현의 데이터 처리 및 도출은 RAM(랜덤 액세스 메모리), 플래시 메모리 또는 하드 디스크 드라이브와 같은 마이크로프로세서와 연관되는 적절한 저장 매체(17)에 다운로드되는 각각의 컴퓨터 프로그램(16)을 실행하도록 구성되는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 형태로 구현되는 처리부(15)에 의해 통상적으로 수행된다. 처리부(15)는 컴퓨터 실행 가능 명령어들을 포함하는 적절한 컴퓨터 프로그램(16)이 저장 매체(17)에 다운로드되고 처리부(15)에 의해 실행될 때, 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 적어도 부분적으로 수행하도록 구성된다. 저장 매체(17)는 컴퓨터 프로그램(16)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품일 수도 있다. 대안적으로, 컴퓨터 프로그램은 플로피 디스크 또는 메모리 스틱과 같은 적절한 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 저장 매체로 전송될 수 있다. 추가의 대안으로서, 컴퓨터 프로그램(16)은 네트워크를 통해 저장 매체(17)로 다운로드될 수 있다. 처리부(15)는 ASIC(주문형 반도체), FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이), CPLD(복합 프로그램 가능 논리 소자) 등의 형태로 대안적으로 구현될 수 있다. 로봇 위치 선정 시스템(10)이 로봇 진공 청소기와 같은 디바이스와 통합되는 경우에, 로봇 위치 선정 시스템은 진공 청소기에서 이미 이용 가능한 마이크로프로세서를 활용할 수 있다는 점이 또한 주목되어야 한다.
로봇 위치 선정 시스템(10)은 로봇 진공 청소기 또는 플로어 세척기와 같은 기기에 통상적으로 장착된다. 로봇 기기에 장착될 때, 로봇 위치 선정 시스템은 본 발명의 일 실시예에서 그것이 수직 축을 중심으로 회전할 수 있도록 구성된다. 이것은 로봇 진공 청소기에 고정 장착되는 로봇 위치 선정 시스템(10)을 갖고 진공 청소기를 회전시킴으로써, 또는 로봇 진공 청소기에 회전 가능하게 장착되는 로봇 위치 선정 시스템(10)을 가짐으로써 달성될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템으로 구성되는 로봇 진공 청소기(20)의 평면도를 도시하며, 2개의 라인 레이저들(13, 14)이 수직 레이저 라인들(22, 23)에 의해 CMOS 카메라(12)의 시계에 위치되는 공간(21)을 각각 조사한다. 각각의 라인 레이저(13, 14)는 CMOS 카메라(12)로부터 가능한 멀리 장착되어, 가능한 최대 공간(21)을 조사할 것이다. 게다가, 로봇 위치 선정 시스템은 로봇 진공 청소기가 작동하게 될 환경의 최고 전체상을 생성하도록 로봇 진공 청소기에서 가능한 높게 배치될 것이다.
CMOS 카메라(12) 및 적어도 하나의 라인 레이저(13, 14)로, 카메라로 찍히는 모든 사진은 방사된 레이저 빔들(22, 23)을 따라 조사된 공간의 일부의 표현을 생성하는데 사용될 수 있다. 로봇 위치 선정 시스템 및/또는 로봇 위치 선정 시스템이 장착되는 완전한 로봇 진공 청소기가 이동하고 회전함에 따라, 카메라(12)는 레이저들에 의해 조사되는 공간(21) 내에 위치되는 환경의 표현을 생성하기 위해 영상 데이터가 도출될 수 있는 정보를 포함하는 사진들을 반복적으로 찍는다. 일 실시예에서, 반복적으로 사진들을 찍는 동안 로봇 위치 선정 시스템을 360도 회전시켜 환경의 기하학적 구조의 극도로 상세한 표현이 생성될 수 있는 영상 데이터의 형태의 정보를 포함하는 복수의 사진들을 생성할 것이다.
CMOS 카메라(12)는 비컨들 및 트랜스폰더들이 레이저와 동일한 파장으로 방사하기만 하면 상기 환경에서 그것들을 위치시키는데 사용될 수도 있다.
로봇 진공 청소기들은 공간 주변을 자유롭게 이동할 수 있어야 하고 따라서 배터리 구동된다. 충전소가 그것의 형상 또는 그것의 전방에서의 특정 반사 패턴에 의해 식별되거나 위치될 수 있으므로 본 발명의 진공 청소기의 충전소 상에 능동 비컨이 필요 없다는 점이 주목되어야 한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템으로 구성되는 로봇 진공 청소기(20)의 평면도를 도시하며, 2개의 라인 레이저들(13, 14)이 수직 레이저 라인들(22, 23)에 의해 CMOS 카메라(12)의 시계에 위치되는 공간(21)을 각각 조사한다.
도 2a에서와 같이, 제1 라인 레이저(13) 및 제2 라인 레이저(14)는 카메라의 광 축에 수직인 축을 따라 카메라(12)의 각각의 측부 상에 배열된다. 게다가, 도 2a 및 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 라인 레이저들(13, 14)은 그것들의 각각의 레이저 빔들(23, 22)이 카메라(12)의 시계 내에서 교차하도록 향한다. 통상적으로, 교차 지점은 카메라(12)의 광 축과 일치한다.
유리하게는, 라인 레이저들(13, 14)의 지향성 구성 및 카메라(12)의 시계(24)는 카메라(12)의 시계(24) 내에 위치되는 조사된 공간(21)의 폭(wC)이 로봇 진공 청소기(20)의 폭(wR)보다 더 크도록 배열된다. 따라서, 라인 레이저들(13, 14)은 선택된 시계(24)를 갖는 카메라(12)가 로봇 진공 청소기(20)의 폭(wR)보다 더 큰 폭(wC)을 갖는 조사된 공간(21)을 캡처할 수 있도록 향한다. 이것은 로봇(20)이 적어도 그것의 전체 폭(wR)을 따라 나타나는 장애물들을 감지할 수 있으므로, 장애물들을 검출하는데 유용하다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 위치 선정 시스템으로 구성되는 도 2a 및 도 2b에 도시된 로봇 진공 청소기(20)의 측면도를 도시한다. 도 2b에 관련하여 제시되는 구성과의 유사점으로, 레이저 빔들(22, 23)을 야기하는 라인 레이저들의 지향성 구성 및 카메라(12)의 시계(24)는 카메라(12)의 시계(24) 내에 위치되는 조사된 공간(21)의 높이(hC)가 로봇 진공 청소기(20)의 높이(hR)보다 더 크도록 유리하게 배열된다. 따라서, 라인 레이저들은 주어진 시계(24)를 갖는 카메라(12)가 로봇 진공 청소기(20)의 높이(hR)보다 더 큰 높이(hC)를 갖는 조사된 공간(21)을 캡처할 수 있도록 향한다. 또한, 이것은 로봇(20)이 적어도 그것의 전체 높이(hR)를 따라 나타나는 장애물들을 감지할 수 있으므로, 장애물들을 검출하는데 유용하다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 본 발명의 로봇 위치 선정 시스템은 라인 레이저들(13, 14)에 의해 조사되는 먼지, 쓰레기 및/또는 입자들을 검출하는 먼지 센서를 포함한다. 먼지 센서는 로봇 위치 선정 시스템이 구비된 로봇 진공 청소기에서 먼지 감지 기능성을 얻기 위해 적절한 컴퓨터 프로그램을 실행하는 앞서 논의된 마이크로프로세서(15)에 의해 실제로 구현될 수 있다. 따라서, 라인 레이저들(13, 14)은 공간(21)을 조사하고, 카메라가 공간의 사진들을 기록한다. 이러한 사진들로부터, 조사된 입자들을 나타내는 영상 데이터가 명확하게 추출될 수 있다. 로봇 진공 청소기가 입자들을 포함하는 영역에 접하는 경우에, 입자들은 환해질 것이고, 따라서 영상 처리를 이용함으로써 청결한, 입자가 없는 플로어와 구별될 수 있다. 로봇 진공 청소기는 따라서 이러한 정보에 기반하여 유리하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 흡입 용량은 다수의 입자들을 포함하는 영역을 통과 할 때, 일시적으로 증가될 수 있거나, 진공 청소기는 모든 먼지 및 쓰레기가 제거된 것을 보장하기 위해 두세 번 영역을 검토하도록 제어될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 로봇이 본 발명의 로봇 위치 선정 시스템을 사용함으로써 작동하는 환경의 표현을 생성하는 절차를 도시하는 본 발명의 일 실시예가 설명될 것이며, 이 표현에 대하여 로봇이 위치될 수 있다. 라인 레이저들(13, 14)은 CMOS 카메라(12)가 반복적으로 사진들을 찍도록 작동되는 동안, 각각의 수직 레이저 라인(22, 23)을 생성하는 광을 방사하도록 제어된다. 주변 광의 유해 영향들을 최소화하기 위해, 라인 레이저들은 최고 가능한 효과로 광을 방사하도록 선택적으로 제어된다. 게다가, 광 필터는 CMOS 카메라가 라인 레이저들에 의해 방사되는 광을 더 감지하도록 카메라 전방에 배열될 수 있다.
로봇의 추정된 위치는 추측 항법을 적용함으로써 각각의 사진을 찍을 때 기록된다. 이것은 현재의 위치가 앞서 결정된 위치에 관한 데이터를 사용함으로써 계산되는 알려진 방법이다. 각각의 사진의 영상 데이터는 잡음 감소를 위해 필터링되고 각각의 수직 레이저 라인들을 한정하는 라인은 예를 들어, 캐니(Canny) 에지 검출 알고리즘과 같은 임의의 적절한 에지 검출 방법을 사용하여 추출된다. 영상 데이터로부터 추출되는 각각의 라인이 선명하지 못할 수 있으므로, 영상 처리는 레이저 라인의 중심을 계산하기 위해 각각의 에지 검출된 레이저 라인에서 인접한 픽셀 값들 상에 예를 들어, 이른바 무게 중심 방법을 사용하여 사진에 존재하는 레이저 라인들의 중심을 추출함으로써 더 향상될 수 있다.
CMOS 카메라가 광 센서 어레이를 구비하므로, 어레이에서 각각의 개별 광 센서(즉 픽셀)가 공간에서의 고유 위치로부터 검출된 광을 나타내는 경우, 기록된 사진은 라인 레이저들이 조사했던 대상들을 나타내는 영상 데이터를 포함할 것이고, 영상 데이터는 고유 좌표들과 더 연관될 수 있다. 이후에, 레이저 라인들의 중심이 센서 어레이 즉, 기록된 사진에 미치는 좌표들의 목록이 도출된다. 유리하게는, 이러한 좌표들은 각각의 레이저 라인 중심 좌표가 수개의 픽셀들 및 모든 그러한 픽셀들에서 기록된 광으로부터 계산되므로, 좌표들이 추출되었던 사진 픽셀들보다 훨씬 더 높은 해상도를 가질 것이다.
도 3a 및 도 3b, 그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시하는 도 4의 흐름도를 참조하면, 로봇 진공 청소기(20)가 청소될 룸 주변을 이동함에 따라, 제1 및 제2 라인 레이저(13, 14)는 단계(S101)에서 각각 수직 레이저 라인들(22, 23)에 의해 CMOS 카메라(12)의 시계에서의 공간(21)을 조사한다. 카메라(12)는 단계(S102)에서, 조사된 공간(21)의 사진들을 기록한다. 그 후에, 각각의 수직 레이저 라인들(22, 23)에 의해 형성되는 라인을 나타내는 영상 데이터가 단계(S103)에서 기록된 사진(들)으로부터 추출된다. 이러한 추출된 라인들로부터, 투사된 레이저 라인들을 따른 조사된 공간의 표현이 추출된 라인들이 공간(21)에서의 고유 좌표들과 연관될 수 있으므로, 단계(S104)에서 생성된다. 문턱(31) 형태의 제1 장애물 그리고 벽(32) 형태의 제2 장애물이 라인 레이저들에 의해 조사된다. 도 3b에서, CMOS 카메라(12)의 각각의 개별 광 센서가 공간에서의 고유 위치를 나타내므로, 기록된 사진은 조사된 대상들 및 공간(21)에서의 그것들의 특정 좌표들을 나타내는 영상 데이터를 포함한다. 따라서, 투사된 레이저 라인들을 따라 조사된 공간의 표현은 방사된 레이저 라인들(22, 23)에 의해 형성되는 평면 표면을 따른 룸의 단면으로 나타날 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 문턱(31) 및 벽(32)은 도 3b에서 발견될 수 있다. 게다가, 대상들이 룸에 위치되는 장소가 높은 정확성으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 문턱(31)까지의 거리는 0.5m이고, 문턱은 높이가 0.1m, 폭이 0.15m 등이다. 로봇의 위치가 사진이 찍혀졌을 때 기록되었으므로, 복수의 이러한 2D 표현은 로봇이 이동하고 룸의 추가 부분들을 지속적으로 기록함에 따라, 3D 공간으로 변환되고 룸의 전체 3D 맵을 구축하는데 사용될 수 있다.
도 5는 표현을 생성하는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 방법을 도시한다. 단계들(S101 내지 S103)은 도 4를 참조하여 설명된 단계들과 동일하다. 부가 단계(S103b)에서, 현재 기록된 사진의 영상 데이터는 적어도 하나의 이전에 기록된 사진의 영상 데이터와 비교된다. 이것은 바로 이전의 기록된 사진, 또는 더 먼저 기록된 사진일 수 있다. 훨씬 더 먼저 기록된 사진들과 비교할 수 있다. 그 다음, 단계(S103c)에서, 현재 기록된 사진으로부터 추출되는 라인은 추측 항법을 사용함으로써 상이한 세트들의 영상 데이터의 비교에 기반하여 조정된다. 따라서, 이전에 알려진 위치들에 관한 지식을 활용함으로써, 현재의 위치는 보다 양호하게 추정될 수 있고, 사진에서 방해들(즉, 잡음)의 경우에, 잡음은 잡음이 사진들을 서로에 관한 알려진 상대 이동과 비교할 때 예상되는 방식으로 사진에 걸쳐 이동할 개연성이 없으므로, 필터링해 내어질 수 있다.
마지막으로 단계(S104')에서, 투사된 레이저 라인들을 따라 조사된 공간의 표현이 조정된 추출된 라인으로부터 생성된다. 따라서, 현재 기록된 영상 데이터를 이전에 기록된 영상 데이터로부터 만들어진 표현과 비교하고 추측 항법을 적용함으로써, 더 정확한 표현이 생성될 수 있고, 이 표현에 대하여 로봇이 더 정확하게 위치될 수 있다.
선택적으로, 사진에서 라인들의 추출에 더하여, 라인들의 명암도 및 폭이 추출된다. 라인 폭 및 명암도에 관한 정보는 거짓일 가능성이 있는 라인들을 필터링해 내는데 사용될 수 있다. 단일 라인을 따른 명암도의 변동은 라인이 플로어 특유의 위치 및 경사를 갖는다면, 쓰레기 표시기로서 사용될 수 있다. 게다가, 실제로, 로봇이 플로어를 가로질러 이동할 때 로봇이 근소하게 전후로 그리고 좌우로 기울 것이므로, 3D 맵 형태의 표현을 생성하는데 사용되는 영상 데이터는 예를 들어, 로봇이 이동하는 플로어가 평평하다고 가정함으로써 조정되고 사진들에서 영상 데이터의 선형 조정을 수행해야 할 수 있다. 결과적으로, 3D 공간에서 거의 수평인 긴 라인들은 완전히 수평이 되도록 조정되고, 거의 수평 라인들에 대한 편차의 파라미터들이 기록되고, 남은 라인들이 편차의 상응하는 파라미터들로 조정된다.
3D 공간에서의 지점들을 나타내는 많은 양들의 데이터가 생성되는 경우에, 그것들은 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 위치 선정 시스템의 처리부의 계산력에 대한 요건들을 감소시키기 위해 압축될 수 있다. 예를 들어, 공간에서 다수의 연접 지점들은 라인에 의해 근사화될 수 있고 라인의 시작 및 중단 지점들만이 메모리에 기록되고 따라서 공간에서의 모든 연접 지점들을 나타내고, 공간에서 다수의 연접 라인들이 표면으로 근사화될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 로봇 위치 선정 시스템의 추가 실시예를 도시한다. 로봇 진공 청소기(20)가 그것을 근소하게 기울게 하는 카페트(25)와 같은 장애물에 접할 때, 로봇 진공이 청소될 표면과 평행이라고 가정하면, 생성된 표현은 부정확해질 수 있다. 이것은 로봇 진공 청소기(20)가 문간 계단 위를 통과하는 경우에 훨씬 더 분명하며, 이 경우에 로봇 진공 청소기가 문간 계단을 더 용이하게 넘기 위해 그것의 무게 중심을 이동시키기 위해 임의의 방향으로 기울임 작동을 수행할 수 있다. 따라서, 이러한 특정 실시예에서, 생성되는 표현은 로봇 진공 청소기가 이동하는 표면과 관련된다. 따라서, 생성된 표현은 플로어에 고정되는 좌표 시스템과 관련되고, 따라서 로봇 기울어짐에 변하지 않게 된다.
본 발명이 그것의 구체적인 예시하는 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 많은 상이한 수정들, 변경들 등이 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 상기 실시예들은 첨부된 청구항들에서 정의되는 바와 같이 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

Claims (26)

  1. 로봇 위치 선정 방법에 있어서,
    카메라의 시계 내에서 수직 레이저 빔들을 투사하는 적어도 제1 라인 레이저로 공간을 조사하는 단계(S101);
    상기 카메라로, 상기 수직 레이저 빔들에 의해 조사되는 상기 공간의 사진을 기록하는 단계(S102);
    상기 기록된 사진으로부터, 상기 공간 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 상기 수직 레이저 빔들에 의해 형성되는 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출함으로써 추출된 라인을 발생시키는(generating) 단계(S103);
    상기 기록된 사진의 상기 추출된 라인의 영상 데이터를 적어도 하나의 이전에 기록된 사진의 이전에 추출된 라인의 영상 데이터와 비교하는 단계(S103b);
    추측 항법을 사용하여 상기 비교에 기반하여 상기 추출된 라인을 조정함으로써 조정된 추출된 라인을 발생시키는 단계(S103c); 및
    상기 조정된 추출된 라인으로부터, 상기 투사된 레이저 빔들을 따르는 상기 조사된 공간의 표현 및 상기 조사된 공간에 관한 상기 로봇의 위치의 추정을 생성하는(creating) 단계(S104')
    를 포함하는, 로봇 위치 선정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간을 조사하는 단계는, 상기 카메라의 시계 내에서 수직 레이저 빔들을 투사하는 적어도 제2 라인 레이저로 상기 공간을 조사하는 단계를 더 포함하고;
    상기 추출된 라인을 발생시키는 단계는, 상기 기록된 사진으로부터, 상기 공간 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 상기 제1 및 제2 라인 레이저들의 각각의 수직 레이너 빔에 의해 형성되는 각각의 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하는 단계를 포함하고;
    상기 조정된 추출된 라인을 발생시키는 단계는, 추측 항법을 사용하여 상기 영상 데이터의 비교에 기반하여 상기 각각의 라인을 조정하는 단계를 포함하고;
    상기 조정된 추출된 라인으로부터 표현을 생성하는 단계는, 상기 제1 및 제2 라인 레이저들의 추출된 라인들로부터, 상기 제1 및 제2 라인 레이저들의 상기 투사된 레이너 빔들을 따라 상기 조사된 공간의 표현을 생성하는 단계를 포함하는, 로봇 위치 선정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 카메라의 위치 추정을 획득하는 단계; 및
    상기 조사된 공간의 표현을 생성하기 위해 상기 위치 추정을 활용하는 단계로서, 상기 표현은 상기 위치 추정에 기반하여 좌표들과 연관되는 것인, 상기 위치 추정을 활용하는 단계
    를 더 포함하는 로봇 위치 선정 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    수직 축을 중심으로 상기 카메라를 회전시키는 단계;
    상기 표현이 생성되는 사진들을 반복적으로 기록하는 단계
    를 더 포함하는, 로봇 위치 선정 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 카메라의 고유 센서 어레이 좌표들에 상기 영상 데이터를 매핑하는 단계; 및
    상기 고유 센서 어레이 좌표들을 상기 추출된 라인들에 할당하는 단계로서, 상기 표현은 상기 고유 센서 어레이 좌표들과 연관되는 것인, 상기 고유 센서 어레이 좌표들을 할당하는 단계
    를 더 포함하는 로봇 위치 선정 방법.
  6. 로봇 위치 선정 시스템(10)에 있어서,
    카메라(12);
    처리부(15); 및
    상기 카메라의 시계 내에서 제1 수직 레이저 빔들(23)을 투사함으로써 공간(21)을 조사하도록 구성되는 적어도 제1 라인 레이저(13)
    를 포함하며;
    상기 카메라는 상기 제1 수직 레이저 빔들에 의해 조사되는 상기 공간의 사진을 기록하도록 구성되고;
    상기 처리부는,
    상기 기록된 사진으로부터, 상기 공간 내에 위치되는 대상들에 대하여 반사되는 상기 제1 수직 레이저 빔들에 의해 형성되는 제1 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하고,
    상기 기록된 사진의 상기 추출된 제1 라인의 영상 데이터를 적어도 하나의 이전에 기록된 사진의 이전에 추출된 라인의 영상 데이터와 비교하고,
    추측 항법을 사용하여 상기 비교에 기반하여 상기 제1 라인을 나타내는 영상 데이터를 조정하고,
    상기 제1 라인을 나타내는 영상 데이터로부터, 상기 투사된 제1 수직 레이저 빔들을 따라 조사된 공간의 표현 및 상기 조사된 공간에 관한 상기 로봇의 위치의 추정을 생성하도록
    구성되는 것인, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  7. 제6항에 있어서,
    제2 수직 레이저 빔들(22)을 투사함으로써 상기 카메라(12)의 시계 내에서 상기 공간(21)을 조사하도록 구성되는 제2 라인 레이저(14)를 더 포함하며;
    상기 처리부(15)는, 상기 기록된 사진으로부터, 상기 제1 및 제2 수직 레이저 빔들에 의해 형성되는 각각의 라인을 나타내는 영상 데이터를 추출하도록 구성되고, 상기 각각의 추출된 라인으로부터, 상기 투사된 제1 및 제2 수직 레이저 빔들을 따라 상기 조사된 공간의 표현을 생성하도록 더 구성되는, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1(13) 및 제2(14) 라인 레이저들은 상기 카메라의 광 축에 수직인 축을 따라 상기 카메라(12)의 각각의 측부 상에 배열되는, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1(13) 및 제2(14) 라인 레이저들은 그것들의 각각의 레이저 빔들 (23, 22)이 상기 카메라(12)의 시계 내에서 교차하도록 구성되는, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1(13) 및 제2(14) 수직 레이저 빔들의 방향 및 상기 카메라(12)의 시계(24)는, 상기 카메라의 시계 내에 위치되는 상기 조사된 공간(21)의 폭(wC)이 상기 로봇 위치 선정 시스템이 배열되는 상기 로봇의 폭(wR)보다 더 크도록 구성되는, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1(13) 및 제2(14) 수직 레이저 빔들의 방향 및 상기 카메라(12)의 시계(24)는, 상기 카메라의 시계 내에 위치되는 상기 조사된 공간(21)의 높이(hC)가 상기 로봇 위치 선정 시스템이 배열되는 상기 로봇의 높이(hR)보다 더 크도록 구성되는, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  12. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(15)는:
    상기 카메라(12)의 고유 센서 어레이 좌표들에 상기 영상 데이터를 매핑하고;
    상기 고유 센서 어레이 좌표들을 상기 추출된 라인들에 할당하도록
    더 구성되며, 상기 표현은 상기 고유 센서 어레이 좌표들과 연관되는 것인, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  13. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    조사된 입자들을 표시하는 영상 데이터를 추출함으로써 상기 제1(13) 및 제2(14) 라인 레이저들에 의해 조사되는 입자들을 검출하도록 구성되는 먼지 센서를 더 포함하며,
    로봇 위치 선정 시스템이 배열되는 상기 로봇의 작동은 상기 먼지 센서에 의한 입자들의 검출에 응답하여 제어될 수 있는 것인, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  14. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부(15)는 상기 생성된 표현을 상기 로봇 위치 선정 시스템과 관련된 로봇이 이동하는 표면에 고정되는 좌표 시스템에 관련시키도록 더 구성되는 것인, 로봇 위치 선정 시스템(10).
  15. 컴퓨터 실행 가능 구성 요소들이 디바이스에 포함된 처리부(15) 상에서 실행될 때, 제1항 또는 제2항의 단계들의 적어도 부분들을 디바이스(10)가 수행하게 하는 컴퓨터 실행 가능 구성 요소들을 포함하는 컴퓨터 프로그램(17)을 갖는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  16. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 로봇 위치 선정 시스템(10)으로 구성되는 로봇 진공 청소기(20).
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