KR20070050283A - 지능형 서비스 로봇 및 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서버와 네트워크 연결되어 제어되는 지능형 서비스 로봇(Ubiquitous Robotic Companion; URC) 및 상기 지능형 서비스 로봇에서 서버로 음성 데이터를 전송하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지능형 서비스 로봇에서 서버로 음성 데이터를 전송함에 있어서, 복수 개의 음성인식 마이크에서 인식된 음성신호를 모두 전송하지 않고, 음원의 방향을 나타내는 방향 신호를 구하고 음성신호 가운데에서 하나만을 선택해서 상기 방향 신호와 선택된 음성신호를 전송하는 지능형 서비스 로봇 및 그것의 음성 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 지능형 서비스 로봇과 서버 간의 데이터 전송량을 줄일 수 있다.

음성인식, 음성 데이터, 음원 방향

Description

지능형 서비스 로봇 및 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 방법{Ubiquitous robotic companion and method for transporting voice data thereof}

도 1은 본 발명의 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 방법의 일 실시예가 수행되는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 2는 본 발명의 지능형 서비스 로봇의 일 실시예의 부분을 나타낸 것이다.

도 3은 음성인식 마이크에 인식되는 음성신호의 일 예를 파형으로 표현한 것이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

201 : 음성인식 마이크 202 : 필터부

203 : A/D 변환부 204 : 음원방향추적부

205 : 음원선별부 206 : 데이터 변환장치

207 : 신호전송장치

본 발명은 서버와 네트워크 연결되어 제어되는 지능형 서비스 로봇(Ubiquitous Robotic Companion; URC) 및 상기 지능형 서비스 로봇에서 서버로 음성신호를 전송하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지능형 서비스 로봇에서 서버로 음성신호를 전송함에 있어서, 복수의 음성인식 마이크에서 인식된 음성신호를 모두 전송하지 않고, 음원의 방향을 나타내는 것으로 산출된 신호 및 음성신호 가운데의 하나만을 전송하는 지능형 서비스 로봇 및 지능형 서비스 로봇의 음성신호 전송 방법에 관한 것이다.

근래 로봇 관련 기술의 발전과 무선통신의 급속한 성장으로 지능형 서비스 로봇(Ubiquitous Robotic Companion; URC)에 대한 연구가 활발하다.

지능형 서비스 로봇은 기존의 독립된 로봇과는 달리, 초고속 통신망에 단말로 연결됨으로써 로봇 외부의 서버에 주요 연산 기능 및 프로세서와 콘텐츠 등의 기능을 분담시킨 로봇을 말한다. 네트워크 로봇 또는 분산 지능 로봇이라고도 일컬어지는 지능형 서비스 로봇은, 서버에 복잡한 연산수행 등을 맡김으로써 기존의 독립된 로봇에 비해 로봇 자체의 하드웨어 구성은 단순화되면서, 서버와의 통신을 통해 보다 다양한 기능을 수행할 수 있다.

상기 지능형 서비스 로봇은 통상 로봇의 외부에 별도로 마련되는 서버와 네트워크로 연결되어 전기적으로 통신을 하면서, 상기 서버의 제어에 의해 구동, 동작한다. 상기 지능형 서비스 로봇은 인간의 활동을 보조 또는 대체하는 그 목적에 의거해 인간의 감각기관과 유사한 기능을 하는 센서수단을 구비하며, 상기 센서수단에 의해 수집되는 주변의 환경에 대한 데이터를 상기 서버로 전송한다. 상기 서버는 상기 로봇으로부터 수집된 데이터를 프로세서에서 처리한 후 상기 로봇으로 수행할 동작의 명령을 전송한다.

예를 들어 로봇이 장애물 등을 회피하여 이동함에 있어서, 로봇이 주변의 음성신호 및 영상신호 등의 데이터를 채집하여 서버로 전송하면, 상기 서버는 상기 음성신호 및 영상신호의 데이터를 분석, 처리하여 상기 로봇 주위의 장애물 등의 위치 및 로봇과의 거리 등을 산출한 후, 상기 로봇으로 이동방향, 거리 및 속도 등을 제어하는 명령을 전송한다. 상기와 같이 로봇은 서버로 주변 환경 데이터를 수집하여 전송하고 상기 전송된 데이터를 바탕으로 제어신호를 산출하는 서버에 의해 제어됨으로써 장애물 등을 피해서 이동, 운동할 수 있다.

지능형 서비스 로봇에는 이동 및 운동과 관련되는 주변의 영상정보 및 음성정보에 대한 센서수단으로서 카메라와 마이크(마이크로폰)가 대부분 구비되어 있다. 특히 한 방향에 대해서만 영상정보를 획득하는 카메라와 달리, 전방위로부터의 음성정보가 획득하는 마이크가 로봇의 주변 환경의 데이터를 수집하는 데 유리하므로, 음성신호를 주로 이용하여 로봇 주변 환경의 데이터를 수집한다.

상기 음성신호로부터 획득되는 정보로는 음성신호의 내용과 음성이 발생한 음원의 방향의 두 가지가 있다. 이 중 음성신호의 내용은 소리의 높이, 크기, 음색을 분석하여 파악할 수 있는 것으로 하나의 음성신호만을 수집하는 것으로도 정보 를 충분히 획득할 수 있다.

그런데 음원의 방향은 하나의 음성신호만으로는 그 정보를 획득하기가 어려우며, 음성신호가 도달하는 시간차 등을 계산하는 등의 방법으로 음원의 방향을 추정하기 위해서는 서로 다른 위치에 구비되는 복수 개의 음성인식 마이크를 이용할 필요가 있다.

종래 지능형 서비스 로봇에는 상기 음원 방향의 추정을 위해 종래에는 통상적으로 3개 내지는 8개의 음성인식 마이크가 사용되었다. 그리고 상기 복수 개의 음성인식 마이크에 의해 각각 수집되는 복수 개의 음성신호가 모두 서버로 전송되며, 상기 서버에서는 상기 음성신호를 모두 전송받아 음원의 방향을 분석하였다.

그러나 상기와 같이 복수 개의 음성인식 마이크에 의해 수집된 복수 개의 음성신호를 모두 서버로 전송하는 경우에는 지능형 서비스 로봇과 서버 간의 통신이 이루어지는 네트워크가 다량의 데이터를 전송해야하는 부담을 안게 된다.

특히 상기 지능형 서비스 로봇에 의해 보다 다양한 서비스를 구현하기 위해서는 상기 서버와 지능형 서비스 로봇 사이에 보다 많은 양의 데이터가 전송되어야 하며, 이 경우에는 상기 지능형 서비스 로봇과 서버 사이의 네트워크에 과부하가 걸릴 수도 있다.

또한, 최근 휴대용 이동통신 단말기 등을 서버로 하여 지능형 서비스 로봇을 원격에서 제어하는 기술도 개발되고 있다. 이 경우 범용의 무선통신 네트워크 내에서 서버와 지능형 서비스 로봇 사이의 데이터 통신이 이루어지므로, 상기 무선통신 네트워크의 원활한 운용을 위해서도 데이터의 양을 줄일 필요가 있다.

상기 지능형 서비스 로봇으로부터 서버로 전송되는 음성의 데이터 양을 줄이기 위해서는 음성 압축 기술을 사용할 수 있으나, 상기 음성의 압축과 압축 해제를 위해서는 고성능의 추가적인 하드웨어가 필요한 문제점이 있다. 그리고 상기 음성의 데이터 양을 압축하지 않고 단순히 감소시키는 경우에는 음질이 저하되어, 서버에서 음원의 방향을 분석하는 성능이 저하될 우려가 있다.

따라서 음성신호의 인식에 따른 음원 방향의 추정이 충분히 제대로 이루어지면서도 로봇과 서버 간의 네트워크의 부담을 줄일 수 있도록 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 구조 및 방법을 개선할 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 음성신호로부터 음원의 방향을 추정하는 성능을 유지하면서, 서버로의 음성 데이터 전송량을 줄일 수 있도록 개선된 지능형 서비스 로봇 및 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 지능형 서비스 로봇은 서버와 네트워크 연결되어 상기 서버로 센서에서 채집된 신호를 전송하고 상기 서버의 제어에 의해 구동되는 지능형 서비스 로봇에 있어서, 외부의 음성신호를 입력받아 전기적인 신호로 변환하는 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크; 상기 적어도 둘 이상의 마이크에서 전기적인 신호로 변환된 각각의 음성신호에 대해 각각 아날로그-디지털 변환을 수행하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에서 아날로그-디지털 변환된 둘 이상의 음성신호를 분석하여 상기 음성신호가 생성된 음원의 방향에 대한 정보인 방향신호를 산출하는 음원방향추적부; 상기 A/D 변환부에서 변환된 둘 이상의 음성신호 중의 하나를 선택하는 음원선별부; 및 상기 음원방향추적부에서 산출된 방향신호 및 상기 음원선별부에서 선택된 음성신호를 상기 서버로 전송하는 신호전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 음원선별부는 상기 A/D 변환부에서 변환된 둘 이상의 음성신호 중 신호의 크기가 가장 큰 하나의 음성신호 또는 신호대 잡음비(SNR)가 가장 큰 하나의 음성신호를 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 방법은 지능형 서비스 로봇에 구비된 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크에 음성신호가 인식되는 단계; 상기 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크에 인식된 음성으로부터 음원의 방향정보를 산출하는 단계; 상기 산출된 음원의 방향정보와 상기 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크에 인식된 음성신호 중의 하나가 상기 지능형 서비스 로봇을 제어하는 서버로 전송되는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가 지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 방법의 일 실시예가 수행되는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 1에서 지능형 서비스 로봇으로부터 서버로 음성 데이터를 수집하여 전송하는 방법은, 둘 이상의 음성인식 마이크에 각각 음성신호가 인식되면(S102), 상기 인식된 둘 이상의 음성신호들로부터 음성신호의 음원의 방향 정보를 산출하여 방향 신호를 생성하고(S103), 상기 방향 신호 및 상기 음성인식 마이크에 인식된 음성신호들 가운데 선택된 하나를 취합한 것을 음성 데이터로서 서버로 전송하는 과정(S104)을 거쳐 수행된다.

도 2는 본 발명의 지능형 서비스 로봇의 일 실시예의 부분을 나타낸 것으로 음성 데이터의 전송과 관련된 부분만을 나타낸 것으로, 도 1의 실시예에 나타난 음성 데이터 전송 방법의 실시예는 도 2의 실시예에 의해서 수행된다.

도 2에서 지능형 서비스 로봇은 음성 데이터의 전송과 관련하여, 음성신호를 입력받는 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크(201), 상기 마이크(201)에 입력된 신호를 필터링하는 필터부(202), 상기 필터링된 음성신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하는 A/D 변환부(203), 상기 A/D 변환부(203)에서 변환된 음성신호들로부터 음원의 방향을 추적하여 방향신호를 산출하는 음원방향추적부(204), 상기 A/D 변환부(203)에서 변환된 음성신호들 중에서 하나를 선택하는 음원선별부(205), 상기 음원방향추적부(204)에서 산출된 방향신호와 상기 음선선별부(205)에서 선택된 음성신호를 전송에 적합한 형태로 변환하는 데이터 변환장치(206) 및 상기 데이터 변환장치(206)에서 출력된 데이터를 서버로 전송하는 신호전송장치(207)를 포함한다.

상기 둘 이상의 음성인식 마이크(201)는 다수 개의 마이크로폰으로 구성된 마이크 어레이로, 동일한 음원으로부터 발생한 같은 소리라도 마이크의 음원에 대한 상대적인 위치의 차이에 따라 인식되는 음성신호의 값이 달라진다.

상기 음원방향추적부(204)는 상기 A/D 변환부(203)에 의해서 디지털화된 음성신호를 입력받아 분석하여 음원의 방향에 대한 정보를 담은 방향 신호를 산출한다.

상기 음원방향추적부(204)는 음성을 인식하는 위치에 따른 소리의 강도차(interaural intersity/level difference; IID/ILD) 또는 음성을 인식하는 위치에 따른 소리의 시간차(interaural time difference; ITD)의 개념을 이용하여 음원의 방향을 추적하는 방법에 의해 음원의 방향에 대한 정보를 획득하는 것이 바람직하다.

상기 방향 신호는 지능형 서비스 로봇 내의 마이크들의 위치의 중심점이나 회전운동 또는 이동운동이 일어나는 구동수단의 위치 등과 같은 소정의 지점에 대해서 이진수의 방위각 형태로 산출되는 것이 바람직하며, 2바이트 미만의 크기로 표현될 수 있다.

상기 음원선별부(205)는 상기 적어도 둘 이상의 마이크(201)에 인식된 후, A/D 변환부(203)에 의해 디지털화된 음성신호 가운데 하나를 선택한다.

상기 음원선별부(205)에 의해 음성신호 가운데 하나를 선택하는 것은, 선택된 하나의 음성신호를 서버로 전송하여 서버에서 음성신호의 내용을 파악할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 음원선별부(205)는 둘 이상의 마이크에 인식되고 디지털화된 음성신호 가운데 가장 음성의 내용을 가장 명확하게 나타내는 것을 선택하는 것이 바람직하며, 특히 신호의 크기가 가장 큰 음성신호 또는 신호대 잡음비(SNR)가 가장 큰 음성신호를 선택하는 것이 바람직하다.

상기 음원방향추적부(204)에서 산출된 방향신호와 상기 음원선별부(205)에서 선택된 음성신호는 데이터 변환장치(206)에서 변환된다. 상기 데이터 변환장치(206)는 상기 방향신호와 선택된 음성신호를 취합하여 서버로 전송하기 적당한 형태의 데이터를 구성하기 위한 것으로, 그 구성결과의 데이터는 어떤 구조로 형성되더라도 무방하다. 예를 들어 선택된 음성신호의 비트 스트림 뒤에 방향신호 데이터를 덧붙이는 형태로 데이터를 변환할 수도 있다.

상기 데이터 변환장치(206)에 의해 변환된 데이터가 신호전송장치(207)에서 서버로 전송됨으로써 지능형 서비스 로봇의 서버로의 음성 데이터 전송이 마무리된 다.

도 3은 본 발명의 지능형 서비스 로봇에서 하나의 음성인식 마이크에 인식되는 음성신호의 일 예를 나타낸 것이다. 상기와 같은 음성신호는 디지털화되는 경우, 샘플링 레이트 등 아날로그-디지털 변환의 조건에 따라 최소 수십 바이트 이상의 크기로 표현된다.

종래에 지능형 서비스 로봇에서 서버로 음성신호를 전송하는 경우에는 복수 개의 마이크에 대해 인식되는 음성신호를 모두 전송하므로 전송되어야 하는 데이터의 양이 매우 크다.

본 발명의 지능형 서비스 로봇 및 음성 데이터 전송 방법에 의할 경우, 하나의 음성신호에 대한 데이터와 수 바이트 미만의 크기를 갖는 방향신호의 데이터만을 전송하게 되므로, 전송되는 데이터의 양이 많이 줄어든다.

지능형 서비스 로봇은 제어 기능, 연산 기능 등 그 기능의 일부가 서버로 분산되어 통상적으로 상기 서버의 제어에 의해 구동되어, 상기 로봇과 서버는 클라이언트-서버 구조와 마찬가지인 같은 관계를 갖게 되며, 이 경우 상기 서버에 구비되는 응용 프로그램은 클라이언트인 로봇 장치에 대한 의존성이 줄어들고, 상기 응용 프로그램의 각 클라이언트 로봇 플랫폼 간의 이식성은 향상되는 것이, 상기 로봇을 구동하는 응용 프로그램과 지능형 서비스 로봇의 효율적인 개발 및 개량에 유리하다.

이에 따라 상기 클라이언트의 로봇은 공통의 인터페이스를 갖는 로봇으로 정의될 필요가 있어, 구성부품과 하드웨어에 따라 특성과 종류가 다양한 지능형 서비스 로봇들에 대해 공통의 인터페이스를 도출하기 위해 일종의 가상 로봇 모델을 세우고 이를 기반으로 공통된 인터페이스를 정의하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.

상기 시도의 일 예로 한국정보통신기술협회의 URC 장치의 추상화를 위한 공통 로봇 인터페이스 표준에 의하면, 로봇 인터페이스에는 디퍼런셜 타입의 바퀴 구동장치, 카메라가 부착된 펜틸트 가능한 헤드, 로봇 외부 객체와의 거리를 측정할 수 있는 거리센서장치, 충돌감지용 범퍼 센서, 소리를 입력받는 마이크장치, 소리를 출력하는 스피커 장치, 로봇 외부의 이미지를 획득하기 위한 영상장치, 및 배터리 전압감지장치가 구비된다.

상기 표준에 의해 상기와 같은 인터페이스의 로봇이 클라이언트가 되고, 서버에는 상기 로봇을 구동, 제어하는 응용 프로그램이 탑재된다. 이때 상기 표준에 따르는 로봇은 공통의 인터페이스를 구비하고 있어, 상기 인터페이스에 대해서 구비되는 응용 프로그램에 의해 구동이 가능하다.

따라서 하나의 응용 프로그램으로 플랫폼은 서로 다르나, 표준에 따르는 인터페이스를 구비하는 다수의 로봇을 구동할 수 있고, 하나의 로봇에 대해서 내용은 서로 다르나, 표준의 인터페이스를 고려하여 형성된 다수의 프로그램을 적용할 수 있다. 이로써 응용 프로그램 및 로봇의 개발의 독립성, 유연성, 이식성이 향상되어 응용 프로그램 및 로봇의 개발, 개량이 촉진된다.

상기 표준에 의하면, 클라이언트인 지능형 서비스 로봇에 음성신호가 입력되는 경우, 상기 지능형 서비스 로봇은 상기 음성신호를 마이크장치를 통해 입력받는다. 상기 마이크장치는 클라이언트 내에 적어도 둘 이상 구비된다.

상기 표준에 따르는 서버와 클라이언트 사이에서, 클라이언트로부터 서버로 음성 데이터를 전송하는 경우에 있어서, 본 발명의 지능형 서비스 로봇의 음성 데이터 전송 방법에 의한다면 서버와 클라이언트 사이의 통신 네트워크의 데이터 전송량이 줄어드는 유리한 점이 있다. 따라서 상기 표준 하에서의 음성 데이터 전송이 본 발명의 음성 데이터 전송 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 지능형 서비스 로봇으로부터 서버로 전송되는 음성 데이터의 전송량을 줄일 수 있어 상기 로봇과 서버 사이의 통신 네트워크에 가해지는 부담이 줄어들고 상기 통신 네트워크의 효율적인 운용이 가능하다.

Claims (6)

1. 서버와 네트워크 연결되어 상기 서버로 센서에서 채집된 신호를 전송하고 상기 서버의 제어에 의해 구동되는 지능형 서비스 로봇에 있어서,

   외부의 음성신호를 입력받아 전기적인 신호로 변환하는 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크;

   상기 적어도 둘 이상의 마이크에서 전기적인 신호로 변환된 각각의 음성신호에 대해 각각 아날로그-디지털 변환을 수행하는 A/D 변환부;

   상기 A/D 변환부에서 아날로그-디지털 변환된 둘 이상의 음성신호를 분석하여 상기 음성신호가 생성된 음원의 방향에 대한 정보인 방향신호를 산출하는 음원방향추적부;

   상기 A/D 변환부에서 변환된 둘 이상의 음성신호 중의 하나를 선택하는 음원선별부; 및

   상기 음원방향추적부에서 산출된 방향신호 및 상기 음원선별부에서 선택된 음성신호를 상기 서버로 전송하는 신호전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 서비스 로봇.
2. 제 1항에 있어서, 상기 음원선별부는 상기 A/D 변환부에서 변환된 둘 이상의 음성신호 중 신호의 크기가 가장 큰 하나의 음성신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 지능형 서비스 로봇.
3. 제 1항에 있어서, 상기 음원선별부는 상기 A/D 변환부에서 변환된 둘 이상의 음성신호 중 신호대 잡음비(SNR)가 가장 큰 하나의 음성신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 지능형 서비스 로봇.
4. 제 1항에 있어서, 상기 음원방향추적부는 상기 방향신호를 음원의 위치를 나타내는 방위각 값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 지능형 서비스 로봇.
5. 제 1항에 있어서, 상기 음원방향추적부는 상기 방향신호를 2바이트 이하의 크기로 산출하는 것을 특징으로 하는 지능형 서비스 로봇.
6. 지능형 서비스 로봇에 구비된 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크에 음성신호가 인식되는 단계;

   상기 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크에 인식된 음성으로부터 음원의 방향정보를 산출하는 단계;

   상기 산출된 음원의 방향정보와 상기 적어도 둘 이상의 음성인식 마이크에 인식된 음성신호 중의 하나가 상기 지능형 서비스 로봇을 제어하는 서버로 전송되는 단계를 포함하는 지능형 서비스 로봇의 음성신호 데이터 전송 방법.

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