KR20040080585A - Robot cleaner and method for recognizing location thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스스로 주행하며 지시된 작업을 수행하는 로봇청소기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라로 촬상한 천정영상을 이용하여 현재 위치를 인식하는 로봇청소기 및 위치인식방법에 관한 것이다.The present invention relates to a robot cleaner for traveling by itself and performing a designated task, and more particularly, to a robot cleaner and a position recognition method for recognizing a current position using a ceiling image captured by a camera.
일반적으로 카메라로 촬상한 영상을 이용하여 자기위치를 인식하며 작업을 수행하는 로봇청소기가 자기의 위치를 인식하는 방법은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 첫째는 인위적인 표지를 이용하는 방법으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 특정 의미를 갖는 위치표지(5)를 천정(1) 또는 벽면에 설치하고 이를 카메라로 촬상한 후 영상에서 이 위치표지(5)를 추출함으로써 로봇청소기가 자기의 위치를 인식한다. 둘째는 자연적인 표지(Natural Landmark)를 이용하는 방법으로서, 천정을 카메라로 촬상한 후 영상에서 조명기구등 천정에 설치된 구조물 및 천정과 벽과의 경계면의 직선성분을 추출한 후 이를 이용하여 자기의 위치를 인식한다.In general, a robot cleaner which performs a task by recognizing a magnetic position using an image captured by a camera can be classified into two methods. First, as a method of using an artificial mark, as shown in Figure 1, a location mark (5) having a specific meaning is installed on the ceiling (1) or the wall and photographed with a camera and then the position mark (5) in the image By extracting, the robot cleaner recognizes its position. The second method is to use natural landmarks. After capturing the ceiling with a camera, it extracts the linear components of the structure of the ceiling, such as lighting fixtures, and the interface between the ceiling and the walls, and uses them to determine the position of the self. Recognize.
그러나, 인위적인 위치표지를 사용하는 경우에는 위치표지를 별도로 천정에 설치해야 하기 때문에 미관상 좋지 않을 뿐더러 비용도 증가한다는 문제점이 있다. 그리고, 자연적인 표지를 사용하는 경우에는 주변 광원의 밝기에 영향을 많이 받는다. 따라서, 일몰후 자연광이 어두운 환경에서는 카메라로 촬상한 영상에서 경계면및 조명기구등을 구분하기가 쉬우나 자연광이 밝은 낮에는 영상에서 경계면 및 조명기구등을 구분하기 어렵다는 문제점이 있다.However, in the case of using an artificial location mark, the location mark has to be installed separately on the ceiling, which is not only aesthetically unfavorable, but also increases the cost. In addition, when a natural cover is used, the brightness of the surrounding light source is greatly affected. Therefore, in the dark environment after sunset, it is easy to distinguish the boundary surface and the lighting fixture from the image captured by the camera, but it is difficult to distinguish the boundary surface and the lighting fixture from the image during the day when the natural light is bright.
따라서, 카메라를 이용하여 자기의 위치를 인식하는 로봇청소기에 있어서, 인위적인 표지를 사용하지 않고, 또 주변 광원의 밝기에 영향을 받지 않으며 자기의 위치를 인식할 수 있는 로봇청소기 및 그 위치인식방법에 대한 발명의 필요성이 대두되어 왔다.Therefore, in the robot cleaner which recognizes the position of the person using the camera, the robot cleaner which can recognize the position of the person without using an artificial sign and is not affected by the brightness of the surrounding light source, and its position recognition method. The need for the invention has emerged.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 주변 광원의 밝기에 영향을 받지 않고 자연적인 표지를 이용하여 자기의 위치를 인식할 수 있는 로봇청소기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a robot cleaner capable of recognizing its position using a natural sign without being affected by the brightness of the surrounding light source.
본 발명의 다른 목적은 주변 광원의 밝기에 영향을 받지 않고 자연적인 표지를 이용하여 자기의 위치를 인식할 수 있는 로봇청소기의 위치인식방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a position recognition method of a robot cleaner capable of recognizing its position using a natural sign without being affected by the brightness of the ambient light source.
도 1은 종래기술에 의한 위치인식방법에 사용되는 위치인식표지의 일예가 설치된 천정을 나타내 보인 도면,1 is a view showing a ceiling in which an example of a position recognition mark used in the position recognition method according to the prior art is installed;
도 2는 본 발명에 의한 로봇청소기의 일예를 나타내 보인 사시도,Figure 2 is a perspective view showing an example of the robot cleaner according to the present invention,
도 3은 도 2의 로봇청소기의 블록도,3 is a block diagram of the robot cleaner of FIG.
도 4는 도 2의 카메라에 의해 촬상한 천정영상을 나타내 보인 도면,4 is a view showing a ceiling image captured by the camera of FIG.
도 5는 도 4의 천정영상을 영상처리부로 처리한 후의 천정영상을 나타내 보인 도면,5 is a view illustrating a ceiling image after the ceiling image of FIG. 4 is processed by an image processor;
도 6은 본 발명에 의한 로봇청소기의 위치인식방법을 나타내 보인 순서도이다.6 is a flow chart showing a position recognition method of the robot cleaner according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10; 로봇청소기 11; 본체10; Robot cleaner 11; main body
12; 센서부 13; 주행거리 검출센서12; Sensor unit 13; Mileage sensor
14; 장애물 검출센서 20; 구동부14; Obstacle detecting sensor 20; Driving part
21,22; 바퀴 30; 카메라21,22; Wheel 30; camera
34; 영상처리부 40; 제어부34; An image processor 40; Control
90; 천정영상 90'; 영상처리된 천정영상90; Ceiling image 90 '; Image processed ceiling image
91; 천정 93; 조명기구의 발광체91; Ceiling 93; Illuminant of lighting fixtures
상기와 같은 본 발명의 목적은, 원격제어장치로부터 수신된 명령에 따라 스스로 주행하며 소정의 작업을 수행하는 로봇청소기에 있어서, 조명기구가 켜진 천정을 촬상할 수 있도록 로봇청소기의 본체에 설치된 카메라; 카메라가 촬상한 천정의 영상에서 빛을 방출하는 조명기구의 발광체만이 나타나도록 천정의 영상을 처리하는 영상처리부; 및 영상처리부에서 처리된 천정영상에서 발광체의 위치를 이용하여 자기 위치를 인식하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기를 제공함으로써 달성된다.An object of the present invention as described above, the robot cleaner for driving itself according to the command received from the remote control device to perform a predetermined task, the camera is installed on the main body of the robot cleaner so as to photograph the ceiling light is turned on; An image processor for processing an image of the ceiling such that only a light emitter of a lighting device emitting light is displayed in the image of the ceiling captured by the camera; And a control unit for recognizing a magnetic position using the position of the light emitting body in the ceiling image processed by the image processor.
여기서, 영상처리부는 카메라가 촬상한 천정 영상의 휘도와 노출을 조정하여 발광체는 밝게 표시되고 발광체의 주변은 어둡게 표시되도록 처리하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the image processor adjusts the brightness and exposure of the ceiling image captured by the camera so that the light emitter is displayed brightly and the periphery of the light emitter is displayed dark.
본 발명의 다른 측면에서, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 천정을 촬상하는 카메라와, 카메라로 촬상한 영상을 처리하는 영상처리부와, 카메라와 영상처리부를 제어하는 제어부를 포함하는 로봇청소기의 위치인식방법에 있어서, 카메라로 천정을 촬상하여 천정영상을 생성하는 단계; 영상처리부가 발광체만이 밝게 표시되고 주변은 어둡게 표시되도록 천정영상을 처리하는 단계; 제어부가 처리된 천정영상으로부터 발광체의 좌표를 산출하는 단계; 현재의 발광체 좌표를 직전에 산출한 발광체 좌표와 비교하여 현재의 로봇청소기의 위치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 위치인식방법을 제공함으로서 달성된다.In another aspect of the present invention, an object of the present invention as described above, the position of the robot cleaner including a camera for photographing the ceiling, an image processing unit for processing the image captured by the camera, and a control unit for controlling the camera and the image processing unit. A recognition method comprising: generating a ceiling image by capturing a ceiling with a camera; Processing the ceiling image such that only the light emitter is displayed brightly while the image processor is darkly displayed; Calculating coordinates of a light emitter from the processed ceiling image by the controller; Computing the current position of the robot cleaner by comparing the current illuminant coordinates with the previously calculated illuminant coordinates is achieved by providing a method for recognizing the position of the robot cleaner.
이때, 영상처리단계에서는 천정영상의 휘도와 노출을 조정하여 발광체는 밝게 표시되고 발광체의 주변은 어둡게 표시되도록 처리하는 것이 바람직하다.At this time, in the image processing step, it is preferable to adjust the brightness and exposure of the ceiling image so that the light emitter is displayed brightly and the periphery of the light emitter is displayed dark.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2와 도 3에는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇청소기의 사시도 및 블록도가 도시되어 있다.2 and 3 are a perspective view and a block diagram of a robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 로봇청소기(10)는 본체(11), 흡진부(16), 구동부(20), 카메라(30), 제어부(40), 기억장치(41), 송/수신부(43), 센서부(12), 및충전배터리(50)를 포함한다.Referring to the drawings, the robot cleaner 10 includes a main body 11, a suction unit 16, a driving unit 20, a camera 30, a control unit 40, a storage device 41, a transmission / reception unit 43, And a sensor unit 12 and a charging battery 50.
흡진부(16)는 공기를 흡입하면서 대향되는 바닥의 먼지를 집진할 수 있도록 본체(11) 상에 설치되어 있다. 이러한 흡진부(16)는 알려진 다양한 방식에 의해 구성될 수 있다. 일예로서, 흡진부(16)는 흡입모터(미도시)와, 흡입모터의 구동에 의해 바닥과 대향되게 형성된 흡입구 또는 흡입관을 통해 흡입된 먼지를 집진하는 집진실을 구비한다.The suction part 16 is provided on the main body 11 so that the dust | floor of the floor which opposes while collecting air may be collected. Such a suction unit 16 can be configured by a variety of known methods. As an example, the suction unit 16 includes a suction motor (not shown) and a dust collecting chamber for collecting dust sucked through a suction port or a suction pipe formed to face the floor by driving the suction motor.
구동부(20)는 전방의 양측에 설치된 두개의 바퀴(21a,21b)와, 후방의 양측에 설치된 두개의 바퀴(22a,22b), 후방의 두개의 바퀴(22a,22b)를 각각 회전 구동시키는 모터(23,24) 및 후방 바퀴(22a,22b)의 동력을 전방의 바퀴(21a,21b)로 전달할 수 있도록 설치된 타이밍벨트(25)를 포함한다. 구동부(20)는 제어부(40)의 제어신호에 따라 각 모터(23,24)를 독립적으로 정방향 또는 역방향으로 회전 구동시킨다. 주행방향은 각 모터(23,24)의 회전수를 다르게 제어함으로써 정해진다.The drive unit 20 is a motor for rotationally driving two wheels 21a and 21b installed on both sides of the front, two wheels 22a and 22b installed on both sides of the rear and two wheels 22a and 22b at the rear, respectively. And a timing belt 25 installed to transmit the power of the 23 and 24 and the rear wheels 22a and 22b to the front wheels 21a and 21b. The driver 20 independently drives the motors 23 and 24 to rotate in the forward or reverse directions according to the control signal of the controller 40. The running direction is determined by controlling the rotation speed of each motor 23, 24 differently.
카메라(30)는 천정의 이미지를 촬상할 수 있도록 로봇청소기(10)의 본체(11)상에 설치되며 촬상한 천정영상(90, 도 4 참조)을 영상처리부(40)로 출력한다. 카메라(30)는 일반적으로 CCD 카메라가 많이 사용된다.The camera 30 is installed on the main body 11 of the robot cleaner 10 so as to capture an image of the ceiling, and outputs the captured ceiling image 90 (see FIG. 4) to the image processor 40. Camera 30 is generally used a CCD camera.
영상처리부(34)는 카메라(30)로 촬상한 천정영상(90)을 영상처리하여 조명기구의 발광체(93)는 밝게 표시되고, 발광체 주변은 어둡게 표시된 천정영상(90', 도 5 참조)으로 만든다. 이때, 영상처리부(34)는 천정영상의 휘도와 노출을 조절하여 발광체(93)만 백색으로 표시되고 발광체 주변은 흑색으로 표시되도록 하는 것이 바람직하다. 그후 영상처리부(34)는 처리된 천정영상(90')을 제어부(40)로 전송한다.The image processor 34 processes the ceiling image 90 captured by the camera 30 to display the light emitter 93 of the luminaire brightly, and the periphery of the light emitter to the dark image 90 '(refer to FIG. 5). Make. In this case, the image processor 34 may adjust the brightness and exposure of the ceiling image so that only the light emitter 93 is displayed in white and the light emitter periphery is displayed in black. Thereafter, the image processor 34 transmits the processed ceiling image 90 'to the controller 40.
센서부(12)는 외부로 신호를 송출하고 반사된 신호를 수신할 수 있도록 본체(11)의 측면 둘레에 소정 간격으로 배치되어 있는 장애물 검출센서(14)와, 주행거리를 측정할 수 있는 주행거리 검출센서(13)를 구비한다.The sensor unit 12 is an obstacle detection sensor 14 which is arranged at predetermined intervals around the side surface of the main body 11 so as to transmit a signal to the outside and receive the reflected signal, and the traveling distance can be measured The distance detecting sensor 13 is provided.
장애물 검출센서(14)는 적외선을 출사하는 적외선 발광소자(14a)와, 반사된 광을 수신하는 수광소자(14b)가 수직상으로 쌍을 이루어 본체(11) 외주면을 따라 다수가 배열되어 있다. 또 다르게는 장애물 검출센서(14)는 초음파를 출사하고, 반사된 초음파을 수신할 수 있도록 된 초음파 센서가 적용될 수 있다. 장애물 검출센서(14)는 로봇청소기(10)로부터 장애물 또는 벽과의 거리를 측정하는 데도 이용된다.The obstacle detecting sensor 14 is arranged along the outer circumferential surface of the main body 11 in a vertical pair of the infrared light emitting element 14a for emitting infrared light and the light receiving element 14b for receiving the reflected light. Alternatively, the obstacle detection sensor 14 may emit an ultrasonic wave, and an ultrasonic sensor capable of receiving the reflected ultrasonic wave may be applied. The obstacle detecting sensor 14 is also used to measure the distance from the robot cleaner 10 to an obstacle or a wall.
주행거리 검출센서(13)는 바퀴(21a,21b,22a,22b)의 회전수를 검출하는 회전검출센서가 적용될 수 있다. 예컨대, 회전 검출센서는 모터(23,24)의 회전수를 검출하도록 설치된 로터리 엔코더(rotary encoder)가 적용될 수 있다.The mileage detection sensor 13 may be a rotation detection sensor for detecting the rotational speed of the wheel (21a, 21b, 22a, 22b). For example, the rotation detection sensor may be a rotary encoder installed to detect the rotation speed of the motor (23, 24).
송/수신부(43)는 송신대상 데이터를 안테나(42)를 통해 리모콘(60)으로 송출하고, 안테나(42)를 통해 수신된 리모콘(60)의 신호를 제어부(40)로 전송한다.The transmitter / receiver 43 transmits the transmission target data to the remote controller 60 through the antenna 42, and transmits a signal of the remote controller 60 received through the antenna 42 to the controller 40.
충전배터리(50)는 본체(11) 상에 설치되며, 로봇청소기(10)의 모터(23,24)나 제어부(40)등의 동작에 필요한 전원을 공급한다.The rechargeable battery 50 is installed on the main body 11, and supplies power required for the operation of the motors 23 and 24, the control unit 40, and the like of the robot cleaner 10.
제어부(40)는 송/수신부(43)를 통해 리모콘(60)으로부터 수신된 신호를 처리하고, 상술한 각 요소들을 제어한다. 본체(11)상에 로봇청소기(10)의 기능 설정을 조작하기 위한 다수의 키가 마련된 키입력장치(미도시)가 더 구비된 경우 제어부(40)는 키입력장치로부터 입력된 키신호를 처리한다.The controller 40 processes signals received from the remote controller 60 through the transmitter / receiver 43 and controls the above-described elements. When a key input device (not shown) is provided on the main body 11 with a plurality of keys for manipulating the function setting of the robot cleaner 10, the controller 40 processes the key signal input from the key input device. do.
제어부(40)는 영상처리부(34)에서 처리된 천정영상(90')으로부터 발광체(93)를 추출하고 발광체(93)의 좌표를 산출한다. 그후 제어부(40)는 기억장치(41)에 저장된 직전에 산출한 발광체(93)의 좌표와 비교하여 로봇청소기(10)의 현재 위치 및 방향을 산출한다.The controller 40 extracts the light emitter 93 from the ceiling image 90 'processed by the image processor 34 and calculates coordinates of the light emitter 93. Thereafter, the controller 40 calculates the current position and direction of the robot cleaner 10 by comparing the coordinates of the light emitter 93 calculated immediately before stored in the storage device 41.
이하, 도 5를 참조하여 상기와 같은 구조를 갖는 로봇청소기(10)가 자기의 위치를 인식하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of recognizing a position of the robot cleaner 10 having the above structure will be described with reference to FIG. 5.
먼저, 로봇청소기(10)가 송/수신부(43)를 통해 리모콘(60)으로부터 작업명령 신호를 수신하면, 제어부(40)는 카메라(30)로 현위치에서 천정의 영상을 촬상하도록 영상처리부(34)로 명령을 내린다. 그러면, 카메라(30)가 동작하여 현재의 위치에서 천정의 영상(90)을 촬상한다. 이때, 천정(91)의 조명기구는 모두 켜져 있는 상태이다. 따라서, 도 4의 천정(91)에서 밝게 빛나는 부분은 조명기구의 발광체(93)이다.First, when the robot cleaner 10 receives a work command signal from the remote controller 60 through the transmitter / receiver 43, the controller 40 may capture an image of the ceiling at the current location with the camera 30. 34). Then, the camera 30 operates to capture the ceiling image 90 from the current position. At this time, the lighting fixtures of the ceiling 91 are all turned on. Accordingly, the brightly shining portion of the ceiling 91 of FIG. 4 is the light emitter 93 of the luminaire.
이어서, 영상처리부(34)는 카메라(30)가 촬상한 천정영상(90)에서 조명기구의 발광체(93)만이 밝게 표시되고, 발광체 주변의 부분은 전부 어둡게 표시되도록 영상처리한다. 이때, 영상처리부(34)는 천정영상의 휘도와 노출을 최대한 줄여 도 5에 도시된 바와 같이 발광체(93)만이 보이고 나머지 부분은 보이지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그러면, 명확한 2진영상이 얻어진다.Subsequently, the image processing unit 34 performs image processing such that only the light emitting body 93 of the luminaire is brightly displayed on the ceiling image 90 captured by the camera 30, and all the parts around the light emitting body are darkly displayed. In this case, the image processor 34 may reduce the luminance and exposure of the ceiling image as much as possible, so that only the light emitter 93 is visible and the remaining part is not visible as shown in FIG. 5. Then, a clear binary image is obtained.
제어부(40)는 영상처리부(34)에서 처리된 천정영상(90')에서 발광체(93)의 좌표를 산출한다. 이때, 발광체(93)의 좌표는 천정영상(90')의 중심부를 원점으로 하여 산출하거나, 천정영상(90')의 모서리중 한 곳을 원점으로 하여 산출한다.The controller 40 calculates coordinates of the light emitter 93 in the ceiling image 90 ′ processed by the image processor 34. In this case, the coordinates of the light emitter 93 are calculated using the center of the ceiling image 90 'as the origin, or calculated using one of the corners of the ceiling image 90' as the origin.
이어서, 제어부(40)는 기억장치(41)에 저장된 직전의 발광체 좌표와 산출한 현재의 발광체 좌표를 비교하여 현재의 로봇청소기(10)의 위치를 계산한다.Subsequently, the controller 40 calculates the position of the current robot cleaner 10 by comparing the light emitting coordinates immediately stored in the storage device 41 with the calculated current light emitting coordinates.
이후, 제어부(40)는 로봇청소기(10)의 현재 위치가 계획된 주행경로와 일치하는지 확인하고 필요한 경우에는 주행방향을 보정하면서 수신된 작업명령에 따라 작업을 수행한다.Thereafter, the controller 40 checks whether the current position of the robot cleaner 10 corresponds to the planned driving route, and if necessary, corrects the driving direction and performs work according to the received work command.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 로봇청소기는 조명기구가 켜진 천정을 촬상하여 점등된 발광체를 인식표지로 사용하기 때문에 별도의 인위적인 위치인식표지를 천정에 설치할 필요가 없으며, 발광체가 점등되어 있기 때문에 주위의 밝기에 관계없이 발광체를 추출하여 현재의 위치를 산출할 수 있다.As described above, the robot cleaner according to the present invention does not need to install a separate artificial position recognition mark on the ceiling because the illuminated illuminator photographs the ceiling on which the lighting fixture is turned on, and uses the illuminated illuminator as a recognition mark. Irrespective of the brightness of the surroundings, the current position may be calculated by extracting the light emitter.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 로봇청소기에 의하면, 점등된 조명기구를 이용하기 때문에 주변 광원의 밝기에 영향을 받지 않고 자기의 위치를 인식할 수 있다.As described above, according to the robot cleaner according to the present invention, the position of the magnetic body can be recognized without being affected by the brightness of the surrounding light source because the illuminated luminaire is used.
본 발명에 의하면, 점등된 조명기구를 인식표지로 사용하기 때문에, 주변 광원의 밝기에 영향을 받지 않고 자기의 위치를 인식할 수 있는 로봇청소기의 위치인식방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, since the illuminated luminaire is used as a recognition mark, it is possible to provide a robot vacuum cleaner position recognition method capable of recognizing its position without being affected by the brightness of the surrounding light source.
본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Such changes are intended to fall within the scope of the claims.
Claims (4)
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