KR20050011054A - 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법에 관한 것으로, 그 목적은 어안렌즈가 장착된 카메라부에 의해 주행하고자 하는 바닥면의 영상정보를 획득하여 이동로봇의 주행상태를 정확하게 인식하고, 이를 통해 작업을 신속하고 정확하게 수행하고 주행성능을 향상시킬 수 있는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 이동로봇의 주행제어방법에 있어서; 이동로봇이 적용되는 바닥면의 정보를 영상처리하여 입력/설정하는 단계; 상기 바닥면의 정보에 따라 이동로봇의 주행경로를 설정하는 단계; 상기 주행경로 설정에 따라 이동로봇 제어부에 의해 이동로봇 구동부를 구동시키는 단계; 상기 구동되는 이동로봇의 전면부에 설치된 어안렌즈 및 카메라부를 통해 주행 바닥면 및 이에 인접한 걸레받이의 정보를 영상으로 획득하는 단계; 상기 획득된 영상의 왜곡된 부분을 실시간으로 보정하고 영상의 특정요소를 표현하는 단계; 상기 획득된 주행 바닥면 영상과 설정된 바닥면 영상에 표현되어 있는 특정요소를 대비하는 단계; 상기 특정요소의 대비에 의한 오차의 산출에 의해 이동로봇의 현재 주행상태를 확인하는 단계; 상기 오차값에 따라 이동로봇의 자세를 보정하여 주행경로를 보정하는 단계를 포함하여 이루어져 이동로봇의 자세 및 주행경로를 실시간으로 보정하여 주행성능을 향상시키는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법을 제공함에 있다.

Description

주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법 {Locomotion methode of mobile robot using floor image informations}

본 발명은 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법에 관한 것으로, 어안렌즈가 설치된 CCD 카메라부에 의해 획득된 주행면의 영상정보와 미리 설정되어 있는 바닥면 영상정보를 비교하여 주행되는 이동로봇의 자세와 움직임을제어할 수 있는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 이동용 로봇은 본체 상에 설치된 초음파 센서를 이용하여 벽이나 장애물로 둘러싸인 공간의 감지하고, 이를 토대로 주행방향을 설정하며, 설정된 주행경로에 따라 바퀴의 회전수 및 회전각도를 검출하는 센서를 통해 검출된 신호로부터 주행거리 및 현재 위치를 산출하면서 계획된 주행경로를 주행할 수 있도록 바퀴를 구동시키게 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 주행제어방법은 이동로봇이 주행하는 동안 바퀴의 슬립, 바닥면의 굴곡 등에 의해 센서로 검출된 신호로부터 산출된 주행방향과 실제 주행방향 사이에 오차가 발생하게되며, 이러한 방향 인식오차는 이동로봇이 주행하면 할 수록 누적되어 오차량이 커지게 되는 경향이 있었다.

이와 같은 오차량의 증가에 의해 이동로봇은 최초로 계획되어 설정된 경로를 이탈하게 되기도 하며, 이러한 주행경로 이탈로 인하여 작업수행능력 및 효율이 저하되고, 예기치 못한 충돌사고가 발생되기도 하며, 이로인해 수리비용이 발생되었다. 특히, 특정공간내를 순차적으로 왕복이동하는 로봇이나, 설정된 구역을 청소하는 청소용 로봇의 경우, 설정된 주행경로를 이탈하게 될 경우, 작업이 불가능하게 되고, 감시자가 항시 대기하거나 수시로 주행상태를 체크해야 하므로, 추가 인력이 필요하며, 이로 인해 로봇의 적용목적을 무의미하게 하는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 어안렌즈가 장착된 카메라부에 의해 주행하고자 하는 바닥면의 영상정보를 획득하여 이동로봇의 주행방향을 정확하게 인식하고, 이를 통해 작업을 신속하고 정확하게 수행하고 주행성능을 향상시킬 수 있는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 이동로봇의 주행제어방법에 있어서; 이동로봇이 적용되는 바닥면 및 걸레받이의 정보를 영상처리하여 직선성분을 검출/입력하는 단계; 상기 바닥면의 정보에 따라 이동로봇의 주행경로를 설정하는 단계; 상기 주행경로 설정에 따라 이동로봇 제어부에 의해 이동로봇 구동부를 구동시키는 단계; 상기 구동되는 이동로봇의 전면부에 설치된 어안렌즈 및 카메라부를 통해 주행 바닥면 및 이에 인접한 걸레받이의 정보를 영상으로 획득하는 단계; 상기 획득된 영상의 왜곡된 부분을 실시간으로 보정하고 영상의 특정요소를 표현하는 단계; 상기 획득된 주행 바닥면 영상과 설정된 바닥면 영상에 표현되어 있는 특정요소를 대비하는 단계; 상기 특정요소의 대비에 의한 오차의 산출에 의해 이동로봇의 현재 주행상태를 확인하는 단계; 상기 오차값에 따라 이동로봇의 자세를 보정하여 주행경로를 보정하는 단계를 포함하여 이루어져 이동로봇의 자세 및 주행경로를 실시간으로 보정하여 주행성능을 향상시키는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법을 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 개략적 구성을 보인 블록도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 어안렌즈가 장착된 CCD 카메라부 (20) : 주행 바닥면 영상획득

(30) : 영상왜곡보정/조명처리 (40) : 영상내 특징요소 추출

(50) : 바닥면지도와 특정요소대비 (60) : 이동로봇의 주행상태 추정

(70) : 기타 센서정보

도 1 은 본 발명에 따른 개략적 구성을 보인 블록도를 도시한 것으로, 본 발명은 이동로봇이 적용되는 바닥면의 무늬를 영상처리하여 직선성분을 검출/설정/입력하고, 이동로봇의 전면에 설치된 카메라부 및 어안렌즈를 통해 주행하는 로봇의 바닥면 영상을 획득하며, 상기 획득된 영상과 설정 입력된 영상을 대비하여, 주행하는 이동로봇의 주행상태 및 이동로봇의 자세를 파악한 다음, 최초의 설정값과 대비하여 이동로봇의 자세를 보정하므로써, 주행방향(각도)를 보정하도록 되어 있다.

본 발명은 이동로봇이 적용되는 공간내 바닥면 형상의 특정요소를 중심으로 영상처리하여 직선성분을 검출/입력한다. 이때 상기 특정요소의 상세한 정보 즉, 직선성분의 거리, 길이, 방향, 형상, 특정요소들간의 거리 등등의 정보가 입력된다. 이와 같은 특정요소를 중심으로 바닥면 영상정보에 대한 직선성분의 설정이 완료되면, 이를 이동로봇에 기본 설정값으로 입력하고, 상기 기본 설정값을 토대로 이동로봇의 주행경로를 설정한 다음, 로봇제어부에 의해 로봇구동부를 작동시켜 주행경로를 따라 이동로봇을 주행시킨다. 이때, 상기 이동로봇은 전면부에 설치된 어안렌즈 및 카메라부를 통해 주행하는 방향의 바닥면 영상을 획득하게 되며, 획득된 영상은 영상처리부를 통해 왜곡된 부분이 보정되고 조명처리된 후 영상분석부를 통해 특정요소가 분석되어 표시된다. 이와 같은 획득된 영상의 처리가 완료되면, 상기 획득된 영상정보와 설정된 영상정보를 대비하여 이동로봇의 주행상태를 확인하게 된다.

이를 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 이동로봇이 적용되는 바닥면 및 이에 인접한 걸레받이의 정보를 영상처리하여 직선성분을 검출/입력하는 단계와, 상기 직선성분에 따라 이동로봇의 주행경로를 설정하는 주행경로 설정단계와, 상기 주행경로 설정에 따라 이동로봇의 구동부를 구동시키는 이동로봇구동단계와, 상기 구동되는 이동로봇의 전면부에 설치된 어안렌즈 및 카메라부를 통해 주행 바닥면의 정보를 영상으로 획득하여 실시간으로 보정하고 특정요소를 표현하는 영상획득단계와, 상기 획득된 영상과 설정된 영상의 특정요소를 대비하는 영상대비단계와, 상기 특정요소의 대비에 의해 주행상태를 확인하는 주행상태 확인단계와, 상기 주행상태에 따라 이동로봇의 자세를 보정하는 자세보정단계로 이루어져 있다.

상기 바닥면 및 이에 인접한 걸레받이의 정보를 영상처리하는 단계는 이동로봇을 사용하고자 하는 장소의 바닥면 및 이에 인접하는 걸레받이의 직선성분을 검출하는 것으로, 이동로봇의 전면부에 설치된 어안렌즈 및 카메라부를 이용하여 개략적인 바닥면 지도를 작성하고, 개략적인 바닥면 지도가 완성되면, 다시 바닥면의 외곽으로부터 이동로봇을 이동시켜 영상의 중심에 특징요소가 위치하게 되면, 크기와 모양을 결정하여 특징요소의 모양 및 위치를 입력하여 세부 지도를 작성한다. 이때, 상기 특정요소로 사용할 수 있는 바닥면 정보는 바닥면과 벽면의 경계선, 바닥면의 형상, 바닥면의 무늬, 문틀의 모서리부분 및 형상, 도어 하단의 형상, 폭, 모서리부분 등의 직선성분 요소들을 사용할 수 있다.

상기 영상획득단계는 이동로봇의 전면부에 설치된 어안렌즈 및 카메라부를통해 주행하는 로봇의 주행방향 바닥면 영상을 획득하는 것으로, 어안렌즈가 장착된 카메라부로 주행방향의 바닥면을 촬영하여 주행 바닥면 영상을 획득하고, 상기 획득된 영상의 왜곡부분을 실시간으로 영상처리부에서 처리하여 영상분석부로 전송하며, 상기 영상분석부에서는 입력된 영상에서 직선성분을 구비하는 특정요소를 분리하여 그 위치를 설정/입력하도록 되어 있다. 상기 어안렌즈가 장착된 카메라부는 하나 또는 다수개가 설치될 수 있다. 상기 영상처리부는 어안렌즈 및 카메라부를 통해 획득된 영상의 왜곡된 부분을 보정하고 조명처리 한다음 이를 이미지화하여 영상분석부로 전송한다.

상기 영상대비단계에 의해 실제 주행상태와 설정된 주행상태에 대한 오차값이 산출되며, 이러한 오차값의 산출에 의해 이동로봇의 주행상태를 확인할 수 있게 된다. 또한, 상기 오차값의 산출을 토대로 주행경로에 맞도록 이동로봇의 자세를 보정하도록 되어 있다.

상기와 같은 수단에 의해 로봇의 주행상태를 추정할 수 있으며, 어안렌즈가 장착된 카메라부를 통한 주행 바닥면 영상정보 이외에 로봇에 설치되어 있는 다양한 거리센서를 통한 정보를 병행하여 사용할 수 있다.

이와 같은 이동로봇의 주행상태가 파악되면, 이동로봇이 차후 주행하여야 하는 경로를 계획(보정)하고, 이러한 경로를 추정하는 명령을 로봇 제어부에서 생성하여 로봇구동부로 전달하게 되며, 이와 같은 제어에 의해 최초의 주행설정값에 따라 이동로봇이 신속하게 주행하게 된다.

사각플레이트 형상의 나무 바닥재가 설치된 바닥면을 주행하도록 이동로봇의 주행경로를 설정할 경우, 상기 사각플레이트 형상의 나무 바닥재가 설치된 바닥면은 종방향으로 일직선의 라인이 일정폭을 유지하며 형성되어 있다. 이러한 바닥면의 정보 즉, 라인의 형상과 길이, 라인간의 거리 등을 영상처리하여 직선성분을 구비하는 특정요소를 중심으로 이미지화 한 다음 이를 로봇에 기본 설정값으로 설정한다. 이와 같이 기본 설정값이 설정되면, 상기 바닥면의 정보를 토대로 주행경로를 설정한 다음, 로봇구동부를 작동하여 이동로봇을 주행시키면, 상기 이동로봇은 전면에 설치된 어안렌즈 및 카메라부에 의해 주행되는 방향의 바닥면 정보(직선성분을 구비하는 나무바닥재의 라인형상과 길이, 라인간의 거리 등등)를 영상으로 획득하게 되고, 상기 획득된 영상정보의 왜곡된 부분은 영상처리부를 통해 처리됨과 동시에 영상분서부를 통해 특정요소의 위치 및 상태가 파악된다. 이와 같이 획득영상의 정보가 분석되면, 상기 분석된 정보와 설정된 바닥면의 정보를 대비하여 현재 주행되는 이동로봇의 주행상태를 확인할 수 있게 된다. 상기와 같은 이동로봇의 주행상태 확인에 의해 최초 주행설정값에 맞도록 이동로봇의 자세를 보정할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 바닥면에 설치 및 형성된 직선성분을 구비하는 특정요소에 의해 입력된 바닥면지도의 정보와 획득된 주행 바닥면 영상정보를 대비하여 주행하는 청소용 로봇의 주행상태를 실시간으로 파악할 수 있으며, 이동로봇의 자세 및 움직임의 신속한 제어가 가능하고, 이를 통해 이동로봇의 주행성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 어안렌즈를 통해 바닥면 영상을 획득하도록 되어 있어, 광범위한 영상을 획득할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이동로봇의 주행제어방법에 있어서;

   이동로봇이 적용되는 바닥면의 정보를 영상처리하여 입력/설정하는 단계;

   상기 바닥면의 정보에 따라 이동로봇의 주행경로를 설정하는 단계;

   상기 주행경로 설정에 따라 이동로봇을 구동하여 어안렌즈 및 카메라부를 통해 주행 바닥면의 정보를 영상으로 획득하는 단계;

   상기 획득된 영상의 왜곡된 부분을 실시간으로 보정하고 영상의 특정요소를 표현하는 단계;

   상기 획득된 주행 바닥면 영상과 설정된 바닥면 영상에 표현되어 있는 특정요소를 대비하는 단계;

   상기 특정요소의 대비에 의한 오차의 산출에 의해 이동로봇의 현재 주행상태를 확인하고 오차값에 따라 이동로봇의 자세를 보정하여 주행경로를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 설정 입력되는 바닥면 정보는

   이동로봇의 전면부에 설치된 어안렌즈 및 CCD 카메라부를 이용하여 개략적인바닥면지도를 작성하는 단계와,

   상기 개략적인 바닥면 지도를 토대로 바닥면의 외곽으로부터 이동로봇을 이동시켜 영상의 중심에 특정요소가 위치하게 되면 크기와 모양을 결정하여 바닥면의 특정요소로 입력하여 특정요소를 포함하는 세부 지도를 작성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법.
3. 제 2 항에 있어서;

   상기 특정요소는 바닥면과 벽면의 경계선, 걸레받이, 바닥면의 형상, 바닥면의 무늬, 문틀의 모서리부분 및 형상, 도어 하단의 형상, 폭, 모서리부분의 직선성분을 구비하는 군에서 하나 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서;

   상기 특정요소는 다각형으로 표현하여 설정하는 것을 것을 특징으로 하는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 영상획득단계는 어안렌즈를 통해 CCD 카메라부로 바닥면을 촬영하는 단계와,

   상기 촬영된 영상의 왜곡된 부분을 실시간으로 영상처리부에서 처리 보정한 후 조명처리하는 단계와,

   상기 영상처리부로 부터 전송된 영상을 영상분석부에서 분석하여 특정요소를 분리하고 그 위치를 설정/입력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 주행 바닥면 영상정보를 이용한 이동로봇의 주행제어방법.