KR20030026496A - Artificial Landmark Apparatus for Landmark based Self-Localization of Mobile Robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동로봇의 자기위치를 추정하는 기술분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 정해진 조도값 이하로 떨어지는 저조도시 조명수단을 동작시켜 이동로봇으로 하여금 주행공간내 설치되어진 인공표식의 식별 및 표식의 위치정보를 검출할 수 있도록 한 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치에관한 것이다.The present invention relates to a technical field for estimating a magnetic position of a mobile robot, and more particularly, to identify an artificial marker installed in a driving space by operating a low light lighting means falling below a predetermined predetermined illuminance value. The present invention relates to an artificial marker device for marker-based magnetic position recognition of a mobile robot capable of detecting position information of a marker.
이동로봇(Mobile Robot)이란, 바퀴(wheel) 또는 로봇다리(robot leg)로 구동되는 로봇으로서 로봇의 이동성을 극대화할 수 있는 장점을 지닌다. 그 동안의 로봇은 주로 고정된 위치에서 로봇팔을 제어하여 산업용으로 쓰이는 경우가 대부분이었다. 그러나, 인간이 활동하기 어렵거나 위험한 상황 또는 로봇의 작업공간을 늘리기 위해서는 이동로봇의 도입이 필요하게 되었다.Mobile robot is a robot driven by a wheel or a robot leg, and has the advantage of maximizing the mobility of the robot. In the past, robots were mostly used for industrial purposes by controlling the robot arm in a fixed position. However, in order to increase the working space of robots or situations where humans are difficult or dangerous, it is necessary to introduce mobile robots.
따라서, 최근에는 실내환경에서 자율적으로 주행할 수 있는 개인용 로봇 및 서비스 로봇과 같은 이동로봇에 대한 제품개발 및 요소기술 연구가 활발하게 추진되고 있다. 이러한 이동로봇의 자율주행에 있어서 반드시 해결하여야 할 기술적 과제로써 이동로봇 스스로가 현재의 자기위치를 정확하게 추정할 수 있는 자기위치인식 기술이 요구되고 있다.Therefore, in recent years, product development and element technology researches on mobile robots such as personal robots and service robots that can autonomously drive in an indoor environment have been actively promoted. As a technical problem to be solved in the autonomous driving of the mobile robot, a magnetic position recognition technology capable of accurately estimating the current magnetic position by itself is required.
일반적인 이동로봇의 자기위치인식 기술로는 여러 센서 정보와 비컨(beacon) 등의 표적(landmark)을 이용하여 작업환경 내에서 로봇의 절대위치를 알아내는 인공표식기반 자기위치인식 방법이 이용되고 있다.As a general technique of magnetic position recognition of a mobile robot, an artificial marker-based magnetic position recognition method that finds an absolute position of a robot in a work environment using various sensor information and a landmark such as a beacon is used.
상술한 바와 같은 인공표식기반 이동로봇의 자기위치인식 기술분야에 있어서 종래 활용되어온 인공표식장치는 바코드 패턴이나 컬러블록 패턴 등과 같이 식별이 용이하면서도 다량의 정보를 표현할 수 있는 표식패턴을 이동로봇의 주행공간 상의 임의의 위치에 다 수개 설치하고, 상기 설치된 다 수개의 인공표식과 이동로봇과의 상대적인 위치관계를 검출하여 이동로봇의 위치를 알아낸다.The artificial marker device, which has been conventionally used in the magnetic position recognition technology of the artificial marker-based mobile robot as described above, is easy to identify, such as a barcode pattern or a color block pattern, and moves a marker pattern that can express a large amount of information. A plurality of arbitrary positions are installed in a space, and the position of the mobile robot is determined by detecting a relative positional relationship between the installed multiple artificial marks and the mobile robot.
그러나, 상기와 같은 인공표식장치는 발광특성이 없는 색지와 같은 소재로구성된 인공표식을 사용하므로써 일정한 조도가 유지되는 환경에서만 활용이 가능하고, 저조도 환경이나 야간 환경에서는 로봇에 장착된 카메라에 상기 인공표식의 영상획득이 불가능하여 영상 데이터를 이용하여 자율주행하는 이동로봇에는 적용이 불가능한 문제점이 있다.However, such an artificial marker device can be utilized only in an environment in which a constant illuminance is maintained by using an artificial marker made of a material such as color paper without light emission characteristics, and the artificial robot is mounted on a camera mounted on a robot in a low light environment or a night environment. There is a problem that cannot be applied to a mobile robot that uses autonomous driving using image data because it is impossible to acquire the image of the marker.
이에, 본 발명의 목적은 저조도 환경이나 야간 환경에서도 이동로봇의 영상처리장치를 이용한 표식인식 작업이 가능하도록 조명장치에 의한 발광기능을 부여하므로써 저조도 환경에서도 표식인식에 의한 이동로봇의 자율주행이 가능하도록 한 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide autonomous driving of a mobile robot by using a marker recognition even in a low light environment by providing a light emitting function by a lighting device to enable a marker recognition operation using an image processing apparatus of a mobile robot even in a low light environment or a night environment. The present invention provides an artificial marker device for marking-based magnetic position recognition of a mobile robot.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치는 외부로부터 사용자에 의해 소정의 조도값이 설정되거나 수동조작 신호가 입력되는 사용자 인터페이스부와, 이동로봇의 주행공간 상의 조도를 측정하는 조도측정부와, 이동로봇의 영상처리장치에 의해 식별이 용이하고 다량의 정보를 표현하는 인공표식부와, 상기 인공표식부와 인접하여 설치되고, 전원공급시 발광하여 상기 인공표식부를 조명하는 조명수단, 및 상기 조도측정부에서 측정된 조도값이 설정된 소정의 조도값 보다 작거나 또는 상기 사용자 인터페이스부를 통해 수동조작 신호가 입력되면 상기 조명수단에 전원을 공급하는 제어부가 구비된다.In order to achieve the above object, the artificial marker device for marking-based magnetic position recognition of the mobile robot according to the present invention includes a user interface unit in which a predetermined illuminance value is set by an external user or a manual operation signal is inputted to the robot. Illuminance measuring unit for measuring the illuminance on the running space of the robot, an artificial marker unit for easy identification and expressing a large amount of information by the image processing apparatus of the mobile robot, and installed adjacent to the artificial marker unit, when the power supply Illuminating means for illuminating the artificial marker and illuminating the artificial marker and supplying power to the illuminating means when the illuminance value measured by the illuminance measuring unit is smaller than a predetermined illuminance value or when a manual operation signal is input through the user interface unit. A control unit is provided.
도 1은 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치의 내부 블럭도.1 is an internal block diagram of an artificial marking device for marking-based magnetic position recognition of a mobile robot according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치의 동작과정을 예시한 도면.2 is a view illustrating an operation process of an artificial marking apparatus for marking-based magnetic position recognition of a mobile robot according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 사용자 인터페이스부 20 : 조도측정부10: user interface 20: roughness measuring unit
30 : 제어부 40 : 인공표식부30: control unit 40: artificial marker
50 : 조명수단50: lighting means
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치의 내부 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치의 동작과정을 예시한 도면이다.1 is an internal block diagram of an artificial marking apparatus for marking-based magnetic position recognition of a mobile robot according to the present invention, Figure 2 is an operation of the artificial marking apparatus for marking-based magnetic position recognition of a mobile robot according to the present invention The illustrated figure.
이들 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치(1)는 사용자가 상기 인공표식장치(1)를 직접 또는 원격으로 작동시킬 수 있는 사용자 인터페이스부(10)와, 상기 인공표식장치(1)가 설치된 주변 조도를 측정하는 조도측정부(20)와, 이동로봇의 영상처리장치에 의해 식별이 용이하고 다량의 정보를 표현하는 인공표식부(40)와, 전원공급시 발광하여 인공표식부(40)를 조명하는 조명수단(50)과, 상기 조명수단(50)을 자동 및 수동조작에 의하여 동작 가능하도록 제어하는 제어부(30)가 구비된다.Referring to these drawings, the artificial marker device 1 for the marker-based magnetic position recognition of the mobile robot according to the present invention is a user interface unit that allows the user to operate the artificial marker device 1 directly or remotely. 10, the illumination measuring unit 20 for measuring the peripheral illumination installed with the artificial marker 1, and the artificial marker 40 for easy identification and expressing a large amount of information by the image processing apparatus of the mobile robot. And a lighting means (50) for illuminating the artificial marker (40) upon power supply, and a controller (30) for controlling the lighting means (50) to be operated by automatic and manual operation.
사용자는 상기 사용자 인터페이스부(10)를 통해 이동로봇이 주행공간 상의 소정위치에 설치된 다 수개의 인공표식을 식별하고 표식의 위치정보를 검출할 수 있는 최소 조도값을 제어부(30)에 입력한다.The user inputs a minimum illuminance value to the controller 30 through which the mobile robot identifies a plurality of artificial marks installed at a predetermined position on the driving space and detects position information of the mark.
또한, 사용자는 상기 사용자 인터페이스부(10)를 통해 인공표식장치(1)를 수동으로 조작하는 신호를 제어부(30)에 입력한다.In addition, the user inputs a signal for manually manipulating the artificial marking apparatus 1 through the user interface unit 10 to the controller 30.
상기 조도측정부(20)는 이동로봇이 주행하는 이동공간 상의 주변 조도를 주기적으로 측정하고, 측정된 조도값을 제어부(30)에 입력한다.The illuminance measuring unit 20 periodically measures the ambient illuminance on the moving space in which the mobile robot travels, and inputs the measured illuminance value to the controller 30.
상기 인공표식부(40)는 이동로봇에 장착된 카메라 등과 같은 영상처리장치에 의해 인식되어 상기 이동로봇이 현재의 자기위치를 정확하게 추정하고 자율주행을 수행할 수 있도록 식별이 용이하고 다량의 정보를 포함하고 있다.The artificial marker 40 is recognized by an image processing apparatus such as a camera mounted on the mobile robot so that the mobile robot can easily estimate the current magnetic position and perform autonomous driving. It is included.
상기 제어부(30)는 조도측정부(20)에서 측정된 조도값이 사용자에 의해 입력된 최소 조도값 보다 작거나 또는 상기 사용자 인터페이스부(10)를 통해 수동조작 신호가 입력되면 조명수단(50)에 전원을 공급하므로써 조명수단(50)을 온(ON)시킨다.The control unit 30 is a lighting means 50 when the illuminance value measured by the illuminance measuring unit 20 is smaller than the minimum illuminance value input by the user or a manual operation signal is input through the user interface unit 10. The lighting means 50 is turned on by supplying power thereto.
상기 조명수단(50)은 상기 인공표식부(40)와 인접하여 설치되고, 상기 제어부(30)로부터 전원이 공급되면 발광하여 인공표식부(40)를 조명한다. 이때, 상기 조명수단(50)은 투명한 유기필름 또는 선형구조물에 발광층이 될 형광체를 도포한 후 교류전압을 가하여 형광체로 하여금 충전과 방전현상을 일으키게 하여 전자의 순환적인 움직임에 따라 빛을 발산하는 EL(Electro Luminescence) 현상을 이용하여 만들어진 상용 EL시트를 활용하거나 고휘도 LED(Light Emitting Diode)를 이용하여 제작된다.The lighting means 50 is installed adjacent to the artificial marker 40, and emits light when power is supplied from the controller 30 to illuminate the artificial marker 40. At this time, the lighting means 50 is applied to the transparent organic film or linear structure phosphors to be the light emitting layer and apply an alternating voltage to cause the phosphors to charge and discharge phenomena EL emitting light according to the cyclic movement of electrons It is manufactured by using commercial EL sheet made by using Electro Luminescence phenomenon or by using high brightness LED (Light Emitting Diode).
따라서, 상기 조명수단(50)은 EL시트 및 고휘도 LED와 같은 발광소자에 전원을 수동조작에 의하여 공급하거나 조도측정부(20)에서 측정된 조도값에 따라 일정조도 이하에서는 자동적으로 전원이 공급되므로써 농담 또는 컬러패턴으로 구성된 인공표식부(40)를 조명하여 이동로봇의 영상처리장치를 이용한 표식인식이 가능하다.Therefore, the lighting means 50 is supplied to the light emitting device, such as EL sheet and high-brightness LED by manual operation or by automatically supplying power under a certain illuminance according to the illuminance value measured by the illuminance measuring unit 20. Illumination of the artificial marker 40 composed of a shade or color pattern enables the marker recognition using the image processing apparatus of the mobile robot.
한편, 상기 EL시트나 고휘도 LED를 이용한 조명수단(50)에 전원을 공급하여야 하는 문제점을 보완하기 위하여 자체 형광성분이 포함되어 있는 형광시트를 이용하여 상기 인공표식부(40)를 구성하기도 한다.On the other hand, in order to compensate for the problem that the power supply to the lighting means 50 using the EL sheet or high-brightness LED, the artificial marker portion 40 may be configured by using a fluorescent sheet containing its own fluorescent component.
또한, 상기 조명장치에 의한 발광이 불필요한 조도환경에서는 전원을 수동또는 자동으로 차단하므로써 이동로봇의 영상처리장치로 인공표식부(40)의 표식패턴의 획득이 가능한 조도 이상에서의 불필요한 전원의 낭비를 방지한다.In addition, in an illuminance environment in which light is not emitted by the illumination device, power is cut off manually or automatically, thereby eliminating unnecessary waste of power at illuminance or higher, which is possible to obtain a marker pattern of the artificial marker 40 by the image processing apparatus of the mobile robot. prevent.
상기와 같은 구성으로 이루어진 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치는 다음과 같은 과정을 통해 작동된다.The artificial marker device for marking-based magnetic position recognition of the mobile robot having the above configuration is operated through the following process.
이동로봇은 주행하는 이동공간 내의 소정위치에 설치된 다 수개의 인공표식장치(1)의 인공표식부(40)에 표현된 다량의 정보를 통해 이동로봇과 다 수개의 인공표식장치(1)와의 상대적인 위치관계를 검출하여 이동로봇의 절대위치(X,Y)를 알아낸다.The mobile robot is relative to the mobile robot and the plurality of artificial markers 1 through a large amount of information expressed in the artificial markers 40 of the plurality of artificial markers 1 installed at predetermined positions in the moving space. The absolute position (X, Y) of the mobile robot is determined by detecting the positional relationship.
저조도 환경 및 야간 환경에서 상기 이동로봇의 작동을 원하는 사용자는 인공표식장치(1)의 사용자 인터페이스부(10)를 통해 이동로봇의 작동에 필요한 최소 조도값을 제어부(30)에 설정한다. 또한, 상기 인공표식장치(1)의 수동조작을 원하는 사용자는 사용자 인터페이스부(10)를 통해 조명수단(50)의 온(ON) 또는 오프(OFF) 제어신호를 제어부(30)에 입력한다(S201).A user who wants to operate the mobile robot in a low light environment and a night environment sets the minimum illuminance value necessary for the operation of the mobile robot through the user interface unit 10 of the artificial marking apparatus 1 to the controller 30. In addition, a user who wants to manually operate the artificial marking apparatus 1 inputs an ON or OFF control signal of the lighting means 50 to the controller 30 through the user interface unit 10 ( S201).
상기 제어부(30)는 사용자 인터페이스부(10)를 통해 조명수단(50)을 온시키기 위한 수동조작 신호가 입력되면(S202), 인공표식장치(1) 내의 EL시트 또는 고휘도 LED로 구성된 조명수단(50)에 전원을 공급하여 조명수단(50)을 온시킨다(S205).The control unit 30, if a manual operation signal for turning on the lighting means 50 through the user interface unit 10 is input (S202), the lighting means consisting of an EL sheet or high-brightness LED in the artificial marking apparatus 1 ( Supplying power to 50 to turn on the lighting means (50) (S205).
한편, 상기 제어부(30)는 사용자 인터페이스부(10)를 통해 조명수단(50)을 오프시키기 위한 수동조작 신호가 입력되면(S202), 인공표식장치(1) 내의 EL시트 또는 고휘도 LED로 구성된 조명수단(50)에 공급되는 전원을 차단하여 조명수단(50)을 오프시킨다(S206).On the other hand, the control unit 30 when the manual operation signal for turning off the lighting means 50 through the user interface unit 10 is input (S202), the illumination consisting of an EL sheet or high-brightness LED in the artificial marker device (1) The power supply to the means 50 is cut off to turn off the lighting means 50 (S206).
상기 제어부(30)에 수동조작 신호가 입력되지 않으면, 조도측정부(20)는 이동로봇이 주행하는 이동공간 내의 조도를 주기적으로 측정한다(S203). 상기 조도측정부(20)에 의해 측정된 조도값은 상기 제어부(30)로 입력되고, 상기 제어부(30)는 입력된 조도값을 사용자에 의해 설정된 최소 조도값과 비교한다(S204).If the manual operation signal is not input to the controller 30, the illuminance measuring unit 20 periodically measures the illuminance in the moving space in which the mobile robot travels (S203). The illuminance value measured by the illuminance measuring unit 20 is input to the controller 30, and the control unit 30 compares the input illuminance value with a minimum illuminance value set by the user (S204).
상기 측정된 이동공간 내의 조도값이 설정된 조도값 보다 작으면, 제어부(30)는 조명수단(50)에 전원을 공급하여 조명수단(50)을 온시킨다(S205).If the measured illuminance value in the moving space is smaller than the set illuminance value, the controller 30 supplies power to the lighting means 50 to turn on the lighting means 50 (S205).
따라서, 저조도 환경이나 야간 환경과 같이 주행공간 내의 조도가 낮은 경우에는 인공표식장치(1)의 조명수단(50)이 자동으로 발광되고, 상기 조명수단(50)의 발광에 따라 조명수단에 인접되어 설치된 인공표식부(40)는 조명수단의 빛에 의해 이동로봇의 영상처리장치에 검출된다.Therefore, when the illuminance in the driving space is low, such as a low light environment or a night environment, the lighting means 50 of the artificial marking apparatus 1 automatically emits light, and is adjacent to the lighting means according to the light emission of the lighting means 50. The installed artificial marker 40 is detected by the image processing apparatus of the mobile robot by the light of the lighting means.
한편, 상기 조도측정부(20)에서 측정된 이동공간 내의 조도값이 설정된 최소 조도값 이상이면, 제어부(30)는 조명수단(50)에 공급되는 전원을 차단하여 조명수단(50)을 오프시킨다(S206).On the other hand, if the illuminance value in the moving space measured by the illuminance measuring unit 20 is greater than or equal to the set minimum illuminance value, the controller 30 turns off the illuminating means 50 by cutting off the power supplied to the illuminating means 50. (S206).
상기 인공표식장치(1)의 제어부(30)는 사용자에 의해 별도의 수동조작 신호가 입력되지 않는 경우, 상기 조도측정부(20)를 통해 주기적으로 이동로봇의 주행공간 내의 조도를 측정한 후 설정된 조도값과 비교하는 과정을 반복하므로써 자동으로 조명장치(50)에 전원을 공급 또는 차단한다.The control unit 30 of the artificial marking device 1 is set after measuring the illuminance in the traveling space of the mobile robot periodically through the illuminance measuring unit 20 when a separate manual manipulation signal is not input by the user. By repeating the process of comparing with the illuminance value, the power supply to the lighting device 50 is automatically cut off.
따라서, 자율 이동로봇은 저조도 환경 및 야간 환경에서도 효과적으로 자기위치인식을 수행할 수 있다.Therefore, the autonomous mobile robot can perform the self position recognition effectively even in the low light environment and the night environment.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을위한 인공표식장치에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위에서 청구하는 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment of the artificial marker device for the marker-based magnetic position recognition of the mobile robot according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, but the scope of the claims Until the technical spirit of the present invention will be said.
상술한 바와같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 표식기반 자기위치인식을 위한 인공표식장치는 전원공급에 의해 발광할 수 있는 조명장치를 이용하여 저조도 환경이나 야간 환경에서 이동로봇이 영상처리장치를 이용해 표식검출을 수행할 수 있도록 하므로써 어두운 조도에서도 표식기반 이동로봇의 자율적인 주행작업이 가능하도록 하는 효과가 있다.As described above, the artificial marker device for the marker-based magnetic position recognition of the mobile robot according to the present invention uses an image processing apparatus in a low light environment or a night environment by using a lighting device that can emit light by power supply. By enabling the marker detection, the autonomous driving operation of the marker-based mobile robot can be performed even in the dark illumination.
Claims (2)
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Publications (1)
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| KR1020010059500A KR20030026496A (en) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | Artificial Landmark Apparatus for Landmark based Self-Localization of Mobile Robot |
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2001
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