KR200435980Y1 - Intelligence receptionist robot system - Google Patents
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Abstract
본 고안의 로봇의 인공지능을 비롯한 모션제어, 음성 및 영상인식, 센서 인터페이스, 네트워킹 등과 같은 다양한 분야의 다양한 기술을 응용하여 공공건물을 일반인들에게 안내할 수 있는 지능형 안내 로봇 시스템을 제공하는 것이다. It is to provide an intelligent guide robot system that can guide public buildings to the public by applying various technologies in various fields such as motion control, voice and video recognition, sensor interface, networking, etc., including artificial intelligence of the robot of the present invention.
이러한 지능형 안내로봇 시스템을 설계하기 위해 본 고안에서는 기존의 지능형 로봇의 요소 기술이 되는 모션제어, 얼굴 검출 및 인식, 음성인식 및 음성 합성, 원격조작, PC 인터페이스, 엑츄에이터 제어 등의 기술들을 지능형 안내로봇의 공공건물 안내라고 하는 기능적 측면을 고려하여 휴머노이드 형태로 재구성 하였으며, 이를 위하여 안내를 받고자 하는 일반인의 음성을 유선 혹은 무선 마이크를 통해 로봇으로 전달할 수 있는 시스템을 구성하는 한편 유선 혹은 무선 조이스틱을 통해 로봇이 GUI형태로 제공하는 각종 공공 서비스를 선택할 수 있도록 구성하며, 또한 로봇은 음성 합성기와 모션 제어 시스템을 통해 안내 서비스를 요청하는 사용자에게 로봇의 음성과 모션을 통해 공공건물 등의 안내 임무를 수행하도록 구성한다. In order to design such an intelligent guide robot system, the present invention uses techniques such as motion control, face detection and recognition, voice recognition and speech synthesis, remote control, PC interface, and actuator control, which are elements of existing intelligent robots. In consideration of the functional aspects of public buildings, the system was reconstructed into a humanoid form. For this purpose, a system that can deliver the voice of the public to be guided to the robot through a wired or wireless microphone is constructed. It is configured to select various public services provided in this GUI form, and the robot can perform guidance tasks such as public buildings through voice and motion of robots to users who request guidance services through voice synthesizer and motion control system. Configure.
그리고 본 고안의 안내로봇은 로봇의 머리 부분에 부착된 카메라를 통해 현재 로봇의 전방에 위치한 사람이 공공건물의 관계자인지 혹은 공공건물에 오는 손님인지를 구별하여, 만일 손님이라고 판단되어지면, 각종 안내 서비스를 제공토록 구성되어 있다.In addition, the guide robot of the present invention distinguishes whether a person currently located in front of the robot is a member of a public building or a guest coming to the public building through a camera attached to the head of the robot. It is configured to provide services.
지능형 안내 로봇, 음성인식, 음성합성, 얼굴검출, 얼굴인식 Intelligent guide robot, voice recognition, voice synthesis, face detection, face recognition
Description
도 1은 본 고안의 지능형 안내로봇 시스템의 기구 프레임 구조도1 is a structural diagram of the mechanism of the intelligent guide robot system of the present invention
도 2는 본 고안의 지능형 안내로봇 시스템의 하드웨어적 장치 구조도2 is a structural diagram of a hardware device of the intelligent guide robot system of the present invention
도 3은 본 고안의 지능형 안내로봇 시스템의 인간과의 상호작용 개요도3 is a schematic diagram of interaction with human of the intelligent guide robot system of the present invention
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
1-7, 44-45 : DC 서보 모터 46 : 전원공급기1-7, 44-45: DC servo motor 46: power supply
8-14, 43 : RC 서보 모터 47 : 외부 전원 소스8-14, 43: RC servo motor 47: external power source
15, 80 : 그래픽 LCD 패널 48 : RC 서보 모터 제어 신호15, 80: graphic LCD panel 48: RC servo motor control signal
16-17, 38, 81, 82 : 스피커 49 : RC 서보 모터 구동 신호16-17, 38, 81, 82: Speaker 49: RC servo motor drive signal
30 : PC 메인보드 50 : 웹 카메라 제어 신호30: PC mainboard 50: Web camera control signal
31-32 : DC 서보 모터 제어 보드 51 : 사운드 신호31-32: DC servo motor control board 51: sound signal
33 : RC 서보 모터 컨트롤러 52, 54 59, 60 : DC 서보 모터 제어 신호33: RC
34-35 : DC 서보 모터 드라이브 보드 53 : 조이스틱 제어 신호34-35: DC Servo Motor Drive Board 53: Joystick Control Signal
36, 85 : 조이스틱 혹은 무선 키보드 55, 61 : DC 서보 모터 구동 신호36, 85: joystick or wireless keyboard 55, 61: DC servo motor drive signal
37 : 사운드 코덱 62 : 무선랜 신호37: sound codec 62: WLAN signal
39, 84 : 마이크 83 : 카메라 영상 입력39, 84: microphone 83: camera video input
40 : 무선랜 카드 86 : 인간의 서비스 요구 지령40: WLAN card 86: human service request command
41 : 원격지 PC 87 : 안내로봇 시스템 제어 지령41: Remote PC 87: Guide Robot System Control Command
42 : 웹 카메라 88 : 로봇의 휴먼 인터페이스 제공신호 42: web camera 88: robot human interface providing signal
본 고안은 지능형 서비스 로봇 중에서도 공공건물의 안내역할을 스스로 수행할 수 있는 지능형 안내로봇 시스템에 관한 것으로, 기존의 지능형 로봇을 위한 각종 요소 기술, 즉 인공지능, 얼굴검출 및 인식, 음성 인식 및 합성, 엑츄에이터 및 모션 제어, 원격 조작 등의 기술을 로봇의 기능적 측면에 집중함으로써 지능형 안내로봇 시스템을 제공하는 것이다.The present invention relates to an intelligent guide robot system capable of performing a guide role of a public building among intelligent service robots. The various element technologies for the existing intelligent robots, that is, artificial intelligence, face detection and recognition, voice recognition and synthesis, By focusing on the functional aspects of the robot, such as actuators, motion control, and remote control, the intelligent guidance robot system is provided.
이러한 지능형 안내로봇은 소비자의 요구 사항과 실제적 기술 수준의 큰 격차로 인하여 현재까지는 상용화된 경우가 거의 전무한 상태이나, 우리나라를 비롯한 세계 각국에서는 이러한 지능형 안내로봇을 상용화하기 위한 연구 및 개발이 매우 활발히 진행 되어지고 있는 실정이다. Such intelligent guide robots are rarely commercialized until now due to the large gap between consumer's requirements and actual technology level, but research and development for commercialization of these intelligent guide robots are very active in Korea and other countries. It is being done.
그럼에도 불구하고 현재까지 국내에서 상용화된 안내로봇의 경우 인간과의 상호 작용적 측면에서 매우 수동적 형태의 움직임을 띠고 있는데, 예를 들면, 상황에 따른 안내 정보 서비스를 능동적으로 제공하지 못하고, 사전에 미리 정해진 일정 패턴의 동작 흐름에 따른 서비스 컨텐츠만을 제공한다거나, 원격지에서의 유선 혹은 무선을 통한 안내로봇 운영자(Operator)의 제어 행동에 따른 동작 수행방식이 주류를 이루고 있다.Nevertheless, the guide robots that have been commercially available in Korea so far have a very passive form of movement in terms of interaction with humans. For example, they cannot proactively provide guidance information services according to the situation. Providing only service contents according to a certain predetermined pattern of operation flow, or a method of performing an operation according to a control action of a guide robot operator through a wire or wirelessly in a remote place is mainstream.
그러나 이러한 로봇 행동 패턴은 항상 고정된 수동적인 동작 형태이기 때문에 인간과의 상호작용 능력이 현저히 떨어질 수밖에 없으며, 뿐만 아니라 로봇 운영자(Operator)가 항상 로봇 상태를 관측하고 로봇을 운용(Operating)해야만 하는 단점이 존재한다.However, since the robot behavior pattern is always a fixed passive motion form, the ability to interact with humans is inevitably degraded. In addition, the robot operator must always observe the robot state and operate the robot. This exists.
즉 기존의 안내로봇은 상황에 따른 능동적인 안내가 이루어지지 못하고, 운영자가 미리 프로그램하여 설계한 데로 수동적인 안내를 하게 되므로, 외부의 환경을 인식하여 지능적이고 능동적인 안내가 이루어지도록 할 필요가 있는 것이다.In other words, the existing guide robot cannot be actively guided according to the situation, and because the operator guides the manual guide as designed by the operator in advance, it is necessary to recognize the external environment and to perform the intelligent and active guide. will be.
본 고안은 지능형 로봇의 각종 요소 기술을 안내로봇에 접목하여 지능적이면서 외부의 각 상황에 따른 각종 안내 서비스를 일반인에게 제공토록 하는 지능형 안내로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.The object of the present invention is to provide intelligent guide robots which provide various guide services according to each situation externally intelligently by integrating various element technologies of intelligent robots into guide robots.
즉 본 고안은 종래의 지능형 로봇의 각 요소 기술을 안내 로봇의 기능적 측면에 집중한 지능형 안내로봇 시스템을 제공하는 것이다.That is, the present invention is to provide an intelligent guide robot system that focuses on the functional aspects of the guide robot, each element technology of the conventional intelligent robot.
이러한 본 고안은 안내로봇에서 인간과의 상호작용에 기반한 각종 안내 서비스를 제공토록 하기 위하여 GUI(Graphical User Interface) 환경 하에서 로봇 제어 수단의 구현과 마이크를 통한 사용자 음성 지령 전달 시스템 구현 및 조이스틱 등과 같은 조작체를 이용한 직접적인 로봇 제어 도구 등을 구현이 가능하고, 로봇의 내부적으로는 사용자의 음성(Speech) 혹은 조이스틱 조작체 등으로부터 전달되어져 오는 사용자 지령을 해석한 후 이에 반응하여 로봇의 음성 합성기 및 출력기와 모션 제어 시스템 등을 이용한 각종 공공안내 서비스 컨텐츠를 사용자에게 제공하도록 하며, 로봇의 머리 부분에는 카메라를 탑재하여 로봇으로 하여금 카메라를 통해 사용자의 얼굴을 촬영하고 이를 이미지화하여 미리 입력시킨 관계자 이미지와 비교하여 현재의 로봇 사용자가 공공건물의 관계자인지 혹은 손님인지를 스스로 판단할 수 있도록 한 후 각 상황에 따른 서비스 컨텐츠를 제공토록 함으로써 음성 인식기와 더불어 로봇의 능동적 임무 수행 능력을 향상시키도록 하는 것이다.The present invention implements robot control means in a GUI (Graphical User Interface) environment, implements a user voice command transmission system through a microphone, and operates a joystick to provide various guide services based on human interaction in a guide robot. It is possible to implement a direct robot control tool using a sieve, and the robot's voice synthesizer and output device can be interpreted in response to the user's instructions transmitted from the user's voice or joystick control body. It provides users with various contents of public guidance service using a motion control system, etc., and the camera is mounted on the head of the robot so that the robot can capture the user's face through the camera, image it, and compare it with the pre-entered official image. Current robot users Then to determine whether the personnel of a public building or guests themselves to actively mission to improve the performance of the robot, with voice recognition ever offered by a service content according to each situation.
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본 고안은 공공건물을 일반인들에게 능동적으로 안내할 수 있도록 하는 지능형 안내 로봇 시스템을 제공하기 위한 것으로, 본 고안은 효율적인 공공안내 서비스를 제공하기 위한 휴머노이드 형태의 로봇 기구 프레임을 구비하고, 상기 로봇 기구 프레임을 구동하기 위한 각종 제어장치를 구비하는 한편 로봇의 인공지능을 탑재하고 상위 수준에서 전체 시스템을 제어하기 위한 PC 메인보드 등을 구비함으로써 구성되어 진다. The present invention is to provide an intelligent guide robot system for actively guiding public buildings to the general public, the present invention is provided with a humanoid robot mechanism frame for providing an efficient public guidance service, the robot mechanism It is equipped with various control devices for driving the frame, and equipped with a robot main board for mounting the robot's artificial intelligence and controlling the entire system at a higher level.
우선 인간과 유사한 형태로 공공안내 서비스를 제공하기 위한 로봇 기구 프레임은 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 인간이 의자에 앉아 있는 모습과 유사한 형태로 구성되어 있으며, 로봇의 허리 하반부는 의자에 고정된 상태이고, 실제 로봇이 구동되는 부분은 허리 위쪽의 상반신 부분이며, 이러한 로봇의 상반신은 2축 의 목 관절과, 회전 가능한 허리 관절, 각각 5축의 양팔과 물건을 잡을 수 있는 그리퍼(Griper)로 구성되어 있다.First, as shown in Figure 1, the robot mechanism frame for providing a public guidance service in a form similar to a human being is configured in a form similar to a human sitting on a chair, and the lower half of the robot is fixed to the chair. The robot's upper body is composed of two neck joints, a rotatable waist joint, five axes of arms and a gripper that can hold things. It is.
이러한 구성은 최소한의 단순구조를 이용하면서도 실질적이고 능동적인 인간의 안내행동 패턴과 최대한 유사한 동작을 안내로봇이 생성할 수 있도록 하는 것이다. This configuration allows the guide robot to create a motion that is as close as possible to the actual and active human guided behavior pattern while using a minimal simple structure.
이러한 안내로봇의 각 관절에 사용된 엑츄에이터의 경우 비교적 부하가 크게 걸리는 부분인 허리 1축(1)과 양쪽 어깨관절 3축(2, 3, 4, 5, 6, 7)은 토크를 크게 생성할 수 있는 엔코더 부착형 DC 기어드 모터를 사용하였으며, 비교적 부하가 적게 걸리는 부분인 로봇 머리 부분 2축(8)과, 양쪽 팔꿈치 관절 1축(11, 12), 그리고 양쪽 팔목(10, 13) 및 그리퍼 1축(9, 14)은 RC 서보 모터를 사용하였다.In the actuators used in the joints of these guide robots, the one-axis (1) and the three-axis (2, 3, 4, 5, 6, 7) of the shoulder joint, which are relatively heavily loaded, can generate a large torque. Encoder-mounted DC geared motors, with two less-load robot heads, two axes (8), one elbow joint (11, 12), and two cuffs (10, 13) and grippers One
또한 그래픽 기반의 사용자 인터페이스(GUI) 제공을 위한 그래픽 LCD 패널(15)을 로봇의 가슴 전방에 위치시키고, 그 아래에는 로봇의 음성 합성기로 합성한 로봇 음성이나 웨이브(Wave) 형태의 로봇 음성을 출력하기 위한 스피커(16, 17)를 장착하였다. In addition, the
이러한 형태의 로봇 기구물은 인간과 매우 흡사한 모습을 띠고 있기 때문에 일반인에게 안내임무를 수행하기에 가장 적합한 형태이며, 로봇의 시선이나 몸체의 방향 전환을 포함해 다양한 형태의 동작을 생성할 수 있는 장점을 지니고 있으면서도, 의자에 고정되어 항상 안정된 자세를 유지하고 있기 때문에 안정적인 임무 수행을 보장받을 수 있다. This type of robot mechanism is very similar to humans, so it is the most suitable type for guiding missions to the general public, and can produce various types of motions including the eyes of the robot or the change of direction of the body. It is secured to the chair and always maintains a stable posture, which ensures stable mission performance.
이와 같은 본 고안의 안내로봇 기구를 제어하기 위한 하드웨어적 구성은 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, PC 메인보드(30)를 중심으로 DC 서보 모터 제어 보드(31, 32) 2개와 DC 서보 모터 드라이브 보드(34, 35), RC 서보 모터 컨트롤러(33) 그리고 로봇 외부로부터 영상을 받아들이기 위한 카메라(42)와 사용자 음성을 받아들이기 위한 마이크(39), 로봇 음성을 출력하기 위한 스피커(38), 외부 컴퓨터(41) 등과의 네트워킹을 위한 무선랜(40)과 사용자의 로봇 직접 제어를 위한 조이스틱 혹은 무선 키보드(36) 등을 구비함으로써 이루어지게 된다.As shown in FIG. 2, the hardware configuration for controlling the guide robot mechanism of the present invention is two DC servo
본 고안의 지능형 안내로봇을 구성하는 각각의 하드웨어는 모두 PC 메인보드(30)에 의해 중앙에서 제어되며, PC 메인보드(30)는 안내로봇 시스템 주변에 장착된 각종 사용자 인터페이스 도구 즉, 조이스틱이나 무선 키보드(36), 마이크(39), 그리고 카메라(42) 등을 통해 입력되는 주변 환경 변화에 대응하여 로봇 주변에 장착된 각종 장치들에게 가장 능동적인 제어 지령을 전달하도록 구성되어져 있다.Each hardware constituting the intelligent guide robot of the present invention is all centrally controlled by the PC
이러한 지능형 안내로봇의 제어 지령의 전달 체계는 도 2를 참고로 하여 살펴보면, PC 메인보드(30)와 DC 서보 모터 제어 보드(31, 32)간의 전달 신호(52, 59)는 USB to Serial에 의해 구성되고, PC 메인보드(30)와 RC 서보 모터 컨트롤러(33)간의 전달 신호(48)는 RS-232 규격의 신호로 구성되며, PC 메인보드(30)와 카메라(42), 조이스틱 혹은 무선 키보드(36), 무선랜(40)의 전달 신호(50, 53, 58)의 경우는 USB 규격의 신호에 의해 구성된다. Referring to FIG. 2, the transmission system for the control command of the intelligent guide robot, the
또한 스피커(38) 및 마이크(39)의 PC 인터페이스(56, 57)는 아날로그 신호에 의해 이루어지도록 되어 있다. In addition, the
그리고 마지막으로 이렇게 구성한 지능형 안내로봇 시스템의 엑츄에이터를 포함한 전체 하드웨어의 전원 인가는 220V의 외부 전원 소스(47)를 전원 공급기(46)를 통해 3가지 형태(5V, 9V, 12V)의 전압 레벨로 변환하여 한꺼번에 이루어지도록 되어 있으며, 이는 안내로봇이 이동하지 않고 고정된 상태에서 상체를 움직이게 되기 때문에 외부전원을 사용할 수 있다.Finally, the power supply of the entire hardware including the actuator of the intelligent guide robot system thus configured converts the 220V
이렇게 구성한 본 고안의 지능형 안내로봇 시스템에서 가장 중요한 것은 인간과의 상호작용을 통한 로봇의 안내 서비스 구현이며, 이러한 것은 도 3에서와 같이 지능형 안내로봇의 카메라 영상(83)이나 마이크(84)를 통한 인간의 음성 혹은 조이스틱(85) 등과 같은 직접적인 제어 도구를 통해 입력되는 주변의 상황 변화 혹은 인간의 지령 신호(86, 87)에 대응하여 로봇으로 하여금 각종 안내 동작 행위를 수행하도록 하고, 이와 반대로 인간은 로봇 몸체에 장착된 그래픽 LCD(80)를 통한 GUI 환경으로나 스피커(81, 82)를 통해 출력되는 로봇 음성 서비스 등의 신호(88)를 통해 로봇이 현재 제공할 수 있는 서비스 컨텐츠를 파악하도록 함으로써 로봇과 인간간의 상호작용이 자연스럽게 이루어지는 구조를 만들어 냄으로써 가능하게 되었다.The most important in the intelligent guide robot system of the present invention configured as described above is the implementation of the guide service of the robot through human interaction, and this is through the
특히 본 고안에서는 이러한 구성이 가능해지도록 하기 위해 통상의 지능형 로봇에 적용되는 음성 인식 소프트웨어와 음성 합성 소프트웨어 그리고 얼굴 인식 소프트웨어를 로봇 모션 제어용 소프트웨어와 연계시켜 로봇 내부의 PC 상에서 운용되도록 하였으며, 로봇이 운용될 공공건물의 각종 안내정보와 건물 관계자의 음성 및 얼굴을 사전에 로봇에게 등록시키도록 하였다. 이렇게 함으로써 로봇은 자신에게 다가오는 사람의 얼굴과 음성을 로봇에 부착된 카메라와 마이크를 통해 영상정보(83) 및 음성정보(84)를 입력받고 이를 사전에 등록된 모든 사람과 비교한 후 사전에 등록된 관계자인지 아닌지를 구분하여 그에 따른 적절한 건물 안내 서비스를 제공할 수 있도록 함으로써 로봇으로 하여금 능동적인 안내 행위를 수행하도록 하였다.In particular, in order to make such a configuration possible, in this invention, the voice recognition software, the voice synthesis software, and the face recognition software applied to the general intelligent robot are linked with the robot motion control software to be operated on the PC inside the robot. Various information of public buildings and voices and faces of building officials were registered in advance. By doing so, the robot receives the image information (83) and the voice information (84) through the camera and microphone attached to the robot, and compares it with all the registered people before registering it in advance. The robot was able to perform active guidance by distinguishing whether or not it was an authorized person and providing appropriate building guidance services accordingly.
이와 같은 본 고안의 지능형 안내로봇 시스템은 종래에 지능형 휴머노이드 로봇에 사용되는 각종 요소 기술을 인간과의 상호작용에 기반한 공공건물의 안내 기능이라는 측면에 집중함으로써 상용화가 가능한 형태의 지능형 서비스 로봇 시스템으로 구현한 것이다. The intelligent guide robot system of the present invention is realized as a commercial service robot system that can be commercialized by concentrating conventional element technologies used in intelligent humanoid robots on the side of public buildings based on human interaction. It is.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안의 지능형 안내로봇 시스템은 종래의 지능형 서비스 로봇에 사용되는 각종 요소 기술을 이용하여 공공건물의 안내 역할을 수행할 수 있는 새로운 형태의 로봇 시스템을 설계한 것으로써 지능형 로봇에 사용되는 각 요소 기술의 효용 가치를 높이고, 종래에 상용화된 수동적 형태 혹은 고정적 흐름의 행동 패턴만을 갖는 안내로봇 기능에 인간과의 상호작용이 강화되어 상용화가 가능한 지능형 안내로봇을 구현하는 것이다.As described above, the intelligent guide robot system of the present invention is designed a new type of robot system that can perform a guide role of a public building using various element technologies used in the conventional intelligent service robot as an intelligent robot Increasing the utility value of each element technology used in the, and to enhance the interaction with humans in the guide robot function having only a conventionally passive form or fixed flow behavior pattern to implement an intelligent guide robot that can be commercialized.
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