KR20020037618A

KR20020037618A - 디지털 컴패니언 로봇 및 시스템

Info

Publication number: KR20020037618A
Application number: KR1020000067651A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 천방훈; 이용훈; 이상국; 박희선; 김태영; 황보용; 김두일; 정재규
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-22

Abstract

본 발명은 인공지능을 가진 자율형 로봇 및 시스템에 관한 것으로, 인간에게 친근감을 주고 다양한 기능을 제공하며 인간 친화적인 인터페이스를 제공할 수 있는 자율형 로봇 및 시스템을 제공한다. 이를 위한 본 발명의 디지털 컴패니언 로봇은 개인용 컴퓨터와 통신 링크를 통해 접속되며, 개인용 컴퓨터와 연계되는 데이터베이스를 구비하여, 인간에게 친근감을 주고 제한된 자율적 보조 기능, 대화형 게임 기능, 홈 시큐어리티(security) 기능, 인터넷 액세스 기능 등과 같은 다양한 기능을 수행하며 자극에 대한 반응 동작을 한다. 이렇게 함으로써 가정에서 친구의 역할을 함과 아울러 제한된 보조 능력을 가지고 새로운 가정용 기기로 제공된다.

Description

디지털 컴패니언 로봇 및 시스템{DIGITAL COMPANION ROBOT AND SYSTEM THEREOF}

본 발명은 로봇(robot)에 관한 것으로, 특히 인공지능(AI:Artificial Intelligence)을 가진 자율형 로봇 및 시스템에 관한 것이다.

최근에 장난감은 수동적인 장난감에서 자율적으로 움직이는 능동적인 형태, 즉 자율형 로봇으로 변화되고 있는 추세이다. 자율형 로봇의 예로서 일본국소니(SONY)사에 의해 개발되고 시판되고 있는 AIBO가 있다. AIBO는 인공지능을 가진 4족보행 자율형 엔터테인먼트 로봇으로 소개되고 있다. 이와 관련된 일본 공개특허공보 특개평11-126017호, 일본 공개특허공보 특개평11-90866호를 참조하면, AIBO는 리얼리티가 있는 전자 애완동물을 실현하고 있다.

본 발명의 발명자들은 자율형 로봇이 향후에는 주인의 의도를 파악하여 수행함으로써 친구라는 개념으로 발전할 것으로 예상하고 있다. 그러나 현재까지 개발되고 있는 자율형 로봇은 대부분 AIBO를 모방하는 수준으로 간단한 기능을 가지고 있을 뿐이다. 또한 리모콘(REMOCON: Remote Controller) 조작이 대부분이고, 음성인식 기능을 채용하는 경우에도 특정한 마이크를 이용하고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 인간에게 친근감을 주고 다양한 기능을 제공할 수 있는 자율형 로봇 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 인간 친화적인 인터페이스를 제공할 수 있는 자율형 로봇 및 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 컴패니언 로봇 시스템 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 컴패니언 로봇의 개략적인 외관도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 컴패니언 로봇의 블록구성도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 컴패니언 로봇의 동작 시나리오 흐름도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음성 인식 흐름도.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자율형 로봇은 PC(Personal Computer), 즉 개인용 컴퓨터와 통신 링크를 통해 접속되며, PC와 연계되는 DB(Database), 즉 데이터베이스를 구비하여, 인간에게 친근감을 주고 제한된 자율적 보조(limited self-contained assistances) 기능, 대화형 게임 기능, 홈(home) 시큐어리티(security) 기능, 인터넷 액세스 기능 등과 같은 다양한 기능을 수행하며 자극에 대한 반응 행동을 한다. 아울러 외형 자체뿐만 아니라 외형에 맞춰 목소리의 톤이나, 색깔, 행동 방법 등에 따라 성격을 다르게 설정해 놓고 인간친화적인 캐릭터(character)로 설정한다.

이렇게 함으로써 가정에서 친구의 역할을 함과 아울러 제한된 보조 능력을 가지고 새로운 가정용 기기로 제공된다.

본 발명에 따른 자율형 로봇은 통신(communication)과, 인간 친화적인 입출력 인터페이스(human friendly interface), 진화(evolution), 모빌리티/ 메카닉스(mobility/mechanics)의 속성(attribute)을 가지게 된다. 통신에 있어서는 인터넷 액세스, 주위 장치들과 대화, 외부 디바이스에 대한 융통성을 제공한다. 인간 친화적인 입출력 인터페이스로는 시각, 음성 입출력, 터치(touch), 통상의 감지(온도, 습도, 잡음, 빛 등)를 제공한다. 진화는 육체적으로 특화된 능력, 논리적 진화(자기 학습, 향상 가능성), 논리적 성장(인격화)을 제공한다. 모빌리티/메카닉스는 제한된 자체 이동성을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 자율형 로봇을 본 발명에서는 '디지털 컴패니언 로봇(digital companion robot)'라 칭하고 약칭으로 'DC'라 칭한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC 시스템 구성도를 보인 것으로, DC(100)는 통신 링크로서 무선 링크(114)를 통해 PC(102)와 접속되며, PC(102)는 인터넷(104) 액세스에 의해 포털 사이트의 서버(106)에 접속된다. 또한 DC(100)는 IR(Infrared) 링크(116)를 통한 리모트 콘트롤(remote control)을 제공한다.

상기한 도 1의 DC 시스템은 포털 사이트의 서버(106)에 구비되는 포털 사이트 DB인 SDB(Site Database)(108)와, PC(102)에 구비되는 PCDB(Personal Computer Database)(110)와, DC(100)에 구비되는 DCDB(Digital Companion Database)로 이루어지는 3개의 DB를 가진다. 이 DB들은 서로 연계되는 3 레벨의 계층 구조를 가진다. 즉, PCDB(110)는 SDB(108)중에서 주문하여 받은 서브셋(subset)이고, DCDB(112)는 PCDB(110)중에서 주문하여 받은 서브셋이 된다. DC(100)는 DCDB(112)에 따른 각종 기능을 수행하게 된다. 그리고 PC(102)에만 있는 PCDB 콘텐츠(contents)와, PC(102)와 DC(100)에 모두 있는 DCDB 콘텐츠로 이루어지는 2개의 콘텐츠 클래스(contents classes)를 가진다. DCDB(112)는 PC(102)와 상당부분 공유(sharing)하지만 DC(100) 자체만의 특화된 기능을 갖고 있게 되며, PCDB(110)에서 데이터가 업데이트(update)된 DCDB(112)와 동기할 경우 DCDB(112)에서 가장 오랫동안 사용하지 않은 데이터를 지운다.

상기한 DC(100)는 그의 개략적인 형태를 도식적으로 예를 들어 보인 도 2를 참조하면, 기본적으로 깡통형이며, 몸통(200)과 얼굴을 가지는 머리(202)와 이동부(204)와 팔(206)을 가지고 있는 인간 친화형으로 만든다. 몸통(200)에는 주변 환경 감지를 위해 온도 센서, 가스 센서, 습도 센서가 설치되며, DC(100)의 각종 기능 수행을 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어가 탑재된다. 머리(202)는 몸통(200)의 상부에 활동 가능하게 설치되며 얼굴을 가지는데, 예를 들어 120° 회전 가능하게 설치되고 시청각 정보를 입출력하게 된다. 얼굴은 2개의 눈(208)과 입(210)을 가지는데, 눈(208)에는 시각적 정보의 입출력을 위한 LCD(Lyquid Crystal Display), CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 적외선 센서, 광센서가 설치되고, 입(210)에는 청각적 정보인 음성의 출력을 위한 스피커가 설치되며, 측면의 귀 위치에는 음성을 입력하기위한 마이크가 설치되어, 시청각 정보를 입출력한다. 그리고 눈(208)은 커버를 이용한 깜박임 효과를 보이고, 머리(202)에는 압력 센서가 설치된다. 이동부(204)는 몸통(200)의 하부에 설치되며 몸통(200)의 회전없이 360°전방위 전후진 이동성을 제공하는데, 바퀴 형태로 구현하며, 이동에 따른 정보를 감지하기 위해 가속도 센서, 각속도 센서, 회전 센서가 설치된다. 2개의 팔(206)은 몸통(200)의 측면에 활동 가능하게 설치되는데, 예를 들어 180°회전 가능하게 설치된다.

상기한 DC(100)는 도 3의 블록구성도와 같이 CPU(300)를 구비하고, CPU(300)에 연결되는 스마트 미디어(smart media) 장치(314), 기억장치(316), 기구 구동부(318), 통신 인터페이스(320), 리모트 콘트롤부(322)를 구비하며, 전원장치(324)를 구비한다. CPU(300)는 기억장치(316)에 저장되는 도 1에서 설명한 바와 같이 DCDB(112)에 따른 기능을 수행한다. 센서부(304)는 도 2에서 설명한 각 부분에 설치되는 센서들에 의해 감지되는 신호를 입출력 인터페이스(302)를 통해 CPU(300)에 제공한다. 마이크(306)와 스피커(308)와 LCD(310)와 CCD 카메라(312)는도 2에서 설명한 바와 같이 얼굴에 설치되어 입출력 인터페이스(302)를 통해 CPU(300)에 연결되어 시청각 정보와 감지 신호를 입출력한다. 스마트 미디어 장치(314)에는 스마트 미디어를 착탈하여 사용한다. 기억장치(316)는 DCDB(112)를 저장하며, CPU(300)의 동작 프로그램과 참조 데이터를 저장하고 동작 메모리를 제공한다. 기구 구동부(318)는 도 2에서 설명한 바와 같이 CPU(300)의 제어에 의해 각 기구 구동장치를 활동, 즉 목 또는 팔(206)을 회전시키고 이동부(204)를 구동시킨다. 통신 인터페이스(320)는 도 1과 같이 무선 링크(114)를 통한 CPU(300)와 PC(102) 간의 통신을 제공한다. 리모트 콘트롤부(322)는 도 1과 같이 IR 링크(116)를 통한 리모트 콘트롤을 제공한다. 전원장치(324)는 전지와 충전장치를 구비하여 DC(100)에 필요한 전원을 제공한다.

상기한 바와 같은 DC(100)는 기본적으로 자극에 대한 반응 행동을 제공한다. 자극에 대한 반응 동작으로는 속도 가변을 포함한 전진, 후진, 회전기능 등의 기본동작과, 손을 들어 악수, 안녕하는 인사, 싫다고 고개 돌림, 음악에 맞춰 간단한 춤, 눈/입/코 움직임, 술래잡기 등 응용 동작을 제공할 수 있다. 한편 이러한 동작에 따른 모터 소음을 극복할 필요가 있다. 이를 위해 소음과 성능(속도 등)은 제한을 우선 설정토록 하고, 주간에는 성능을 올리고 야간에는 소음 감소에 초점을 두어 설계할 필요가 있다.

또한 DC(100)의 응용으로는 제한된 자율적 보조 기능, 대화형 게임 기능, 리모트 콘트롤 기능과, 홈 시큐어리티 기능과, 전화 기능과, 인터넷 액세스 기능과, 자가 충전 기능과, 오디오 데이터 재생 기능과, 주변 환경 감지 기능을 제공할 수있다. 자율적 보조 기능으로는 전화, 주소록, 우편번호, 가족 중대사, 알람, 음성 다이어리(diary), 바이오리듬 체크, 가계부, 비밀번호 관리 등과 같은 PIM(Personal Information Manager) 기능을 제공할 수 있으며, 요리 백과, 사전, 대화형 이야기꾼(interactive story teller), 관공서 전화/주소, 가정기기 고장 검색/통보/수리 기능등을 제공할 수 있다. 이들중에 예를 들어 전화번호, 주소록, 우편번호, 가족 중대사는 DCDB(112)로, 나머지는 PCDB(110)로 구현한다. 대화형 게임 기능은 소프트웨어 벤더를 통한 다양한 게임 발굴이 가능하다. 리모트 콘트롤 기능으로는 TV 및 오디오 콘트롤, 실내 조명, 온도, 습도 콘트롤, 아파트 전자식 현관 출입문 개폐 제어 등을 제공할 수 있다. 홈 시큐어리티 기능에 있어서 시각적으로는 영상 캡쳐(capture), 침입자 감시, 원격 콘트롤 등을 제공할 수 있고, 후각적으로는 체취를 활용한 외부 침입자 감시, 개스 누출 방지, 요리 타는 냄새 감지 등을 제공할 수 있으며, 청각적으로는 감청기능, 도청 기능 등을 제공할 수 있으며, 화재 감시, 열발생 기기에 접근 경고 기능 등의 열감지 기능을 제공할 수 있으며, 기타 컴퓨터 또는 게임 록킹(locking) 장치를 제공할 수 있다. 전화 기능으로는 PC(102)를 본체(base station)로 하거나 기존의 무선 전화기(cordless phone)를 그대로 활용하여 DC(100)를 자기(子器)로 하는 스피커 폰 기능을 제공할 수 있으며, 휴대폰을 DC(100)에 꽂아 DC(100)를 핸즈프리 키트(hands free kit)로 사용할 수도 있으며, 전화번호, 이름 알려주기 등과 같은 발신자 확인 기능, 외부 전화 연결, 자동 응답기능(메시지 포스트-잇), 음성 녹음 및 재생 기능을 제공할 수 있다. 음성에 의해 활성화되는 인터넷 액세스 기능으로는 전용 포털 웹사이트을 운영하여접속할 수 있도록 하며, 전자 우편(e-mail)을 사용할 수 있다. 전용 포털 웹사이트는 주식, 날씨, 교통, 상황, 최신 뉴스 등의 관심 분야의 자료를 주기적으로 업데이트하여 사용자에게 제공하고, DC(100)의 성장 프로그램을 다운로드할 수 있도록 한다. 전자 우편은 TTS(Text To Speech)를 통한 내용 읽기, 음성으로 전자 우편 작성 등을 제공한다. 또한 MP3 플레이어와 같은 오디오 데이터 재생 기능과, 저전압시 자동으로 콘센트를 찾아 재충전을 하는 자가 충전 기능과, 주변 환경 감지 기능을 제공한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 DC(100)의 동작 시나리오(scenario)를 흐름도 형태로 보인 도 4를 참조하면, 전원이 온되면 자가 테스트를 포함한 초기화(400)를 수행하고 자율적 대기(ready)(402)를 한다. 대기(402)에서 타이머 입력이 있는 경우에는 알람 스테이트(404)로 천이하고, 음성 입력이 있는 경우에는 음성인식 스테이트(410)로 천이하며, 온도, 습도, 개스 등이 정해진 환경 임계치를 초과하면 홈 시큐어리티 스테이트(440)로 천이하며, 전화라인으로부터 링(ring)신호가 수신되면 전화 착신 스테이트(448)로 천이하며, 전지의 저전압 검출이 되면 재충전 스테이트(454)로 천이한다. 이들 각 스테이트를 종료하면 다시 대기(402)로 된다.

상기한 알람 스테이트(404)에서는 사운드(sound)(406), 통보(notify)(408)로 알린다. 음성인식 스테이트(410)에서는 음성 인식 결과에 따라 각종 응용(application)을 우선 순위 이벤트에 따라 수행하는데, PIM 스테이트(412)로 천이하여 사운드(414)로 출력하거나, 활동(movement) 스테이트(416), 가전기기 스테이트(420), 스피커폰 스테이트(424), 게임 스테이트(428), 인터넷 액세스 스테이트(432), 자율 스테이트(436), 입력 스테이트(438)로 천이한다. 여기서 출력 형태는 PIM 스테이트(412)에서는 사운드(414)로 출력하고, 활동(movement) 스테이트(416)에서는 활동(418)을 하게 되며, 가전기기 스테이트(420)에서는 콘트롤(422)을 하게 되며, 스피커폰 스테이트(424)와 게임 스테이트(428) 및 인터넷 액세스 스테이트(432)에서는 사운드(426,430,434) 출력을 제공한다. 홈 시큐어리티 스테이트(440)에서는 입력 순서에 따라 감지 신호를 처리하여 사운드(442), 통보(444), 콘트롤(446)을 하게 되고, 전화 착신 스테이트(448)에서는 알람 스테이트(404)와 활동 스테이트(416)와 전화 연결 스테이트가 함께 이루어지며, 사운드(450), 통보(452)를 하게 된다. 재충전 스테이트(454)에서는 알람 스테이트(404)와 활동 스테이트(416)와 자가 충전 스테이트가 함께 이루어진다.

따라서 인간에게 친근감을 주고 다양한 기능을 제공하며 인간 친화적인 인터페이스를 제공함으로써 가정에서 친구의 역할을 함과 아울러 제한된 보조 능력을 가지고 새로운 가정용 기기로 제공될 수 있게 된다.

한편 상기한 음성 인식 스테이트(410)에서 음성 인식은 도 5의 음성 인식 흐름도로서 보인 바와 같이 스피치(speech) 입력(500)을 하여 엔드 포인트 검출(end point detecting)을 포함한 전처리(preprocessing)(502)를 하고, 특징 추출(feature extraction)(504)를 한후 매칭(matching)(506)에 의해 인식하여 결과를 출력(508)한다. 여기서 DC(100)에 대한 음성인식 사용자 스펙(SPEC')을 예를 들어 살펴보면, 소음은 높아지면 엔드 포인트 검출이 어려워지므로 S/N비(Signal to Noise)를 20㏈로 하고, 거리는 가정내 환경을 커버하는 수준을 감안하여 5m로 하며, 화자는 가족 구성원 3∼4명을 커버하는 정도로 화자종속과 화자독립을 병행하며, 인식율은 평균 98%로 하며, 인식어휘는 500단어로 하는데 어휘수가 많아질 경우 처리가 복잡해 짐에 따라 하드웨어 구현이 필요하다. 그리고 음성 인식 기술적 스펙을 예를 들어 살펴 보면, DC(100)의 이름을 불러 줌으로써 음성 인식 스테이트(410)로 천이하게 하고, 연속어 인식이 필요하며 이를 위해 화자독립형으로 DB 구축이 필요한데 키워드는 한정하며, 잡음 제거(noise cancelling), 전처리, 인간 귀와 같이 마이크 방향에 무관하게 인식할 수 있는 생물학적 귀 모델이 필요하다. 아울러 알아 듣지 못했을 경우 거부하거나 다시 물어보는 거부 기능을 부여할 필요가 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 DC(100)의 형태나 몸통, 얼굴, 머리, 팔 등의 구성은 물론이고 각종 응용 기능도 필요에 따라 선택적으로 채용될 것이다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 DC는 가정에서 친구의 역할을 함과 아울러 제한된 보조 능력을 가지고 새로운 가정용 기기로 제공할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

자율형 로봇에 있어서,

이동성을 제공하는 이동부를 구비하고, 시청각 정보를 입출력하며, 개인용 컴퓨터와 통신 링크를 통해 접속되며, 상기 개인용 컴퓨터와 연계되는 데이터베이스를 구비하여 상기 데이터베이스에 따른 각종 기능을 수행하며 자극에 대한 반응 행동을 함을 특징으로 하는 디지털 컴패니언 로봇.
제1항에 있어서, 상기 디지털 컴패니언 로봇이, 자율적 보조 기능과, 대화형 게임 기능과, 리모트 콘트롤 기능과, 홈 시큐어리티 기능과, 전화 기능과, 인터넷 액세스 기능과, 자가 충전 기능과, 오디오 데이터 재생 기능과, 주변 환경 감시 기능 중에 적어도 하나 이상을 수행함을 특징으로 하는 디지털 컴패니언 로봇.
자율형 로봇 시스템에 있어서,

이동성을 제공하는 이동부를 구비하고, 시청각 정보를 입출력하며, 개인용 컴퓨터와 통신 링크를 통해 접속되며, 상기 개인용 컴퓨터와 연계되는 데이터베이스를 구비하여 상기 데이터베이스에 따른 각종 기능을 수행하며 자극에 대한 반응 행동을 하는 디지털 컴패니언 로봇과,

상기 디지털 컴패니언 로봇에 의해 수행시키기 위한 각 기능에 따른 데이터베이스를 구비하는 포털 사이트와,

인터넷 액세스에 의해 상기 포털 사이트와 접속되고 무선 링크를 통해 상기 디지털 컴패니언 로봇에 접속되며, 상기 디지털 컴패니언 로봇의 데이터베이스 및 상기 포털 사이트의 데이터베이스와 연계되는 데이터베이스를 구비하는 개인용 컴퓨터를 구비하는 디지털 컴패니언 로봇 시스템.
제3항에 있어서, 상기 디지털 컴패니언 로봇이, 자율적 보조 기능과, 대화형 게임 기능과, 리모트 콘트롤 기능과, 홈 시큐어리티 기능과, 전화 기능과, 인터넷 액세스 기능과, 자가 충전 기능과, 오디오 데이터 재생 기능과, 주변 환경 감시 기능 중에 적어도 하나 이상을 수행함을 특징으로 하는 디지털 컴패니언 로봇 시스템.