KR20100032154A - 로봇 및 로봇 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 로봇은 360도 영상을 동시에 촬영 가능한 영상 추출부; 명령 입력시, 상기 명령에 포함된 사물과 동작을 분리하여 분석하는 명령 분석부; 상기 명령 분석부에서 분석된 사물을 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상에서 인식하는 사물 인식부; 상기 명령 분석부에서 분석된 동작을 상기 사물 인식부에서 인식된 사물에 대하여 수행하는 명령 수행부를 포함함으로써, 사용자가 내린 명령의 동작 수행 대상이 되는 사물의 인식을 신속하게 수행할 수 있으며, 이로 인하여 전반적인 명령 수행 속도가 향상된다.

로봇, 영상, 360도, 명령, 동작, 사물

Description

로봇 및 로봇 구동 방법{Robot and method for driving a robot }

본 발명은 로봇 및 로봇 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 사용자의 명령에 신속하게 응답하는 로봇 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

독립 로봇은 계속적인 사람의 안내 없이 비체계적인 환경에서 원하는 태스크를 수행할 수 있는 로봇이다. 많은 종류의 로봇들은 어느 정도 독립적이다. 상이한 로봇들은 상이한 방식으로 독립적일 수 있다. 독립 커버리지 로봇은 하나 이상의 태스크를 수행하기 위해 계속적인 사람의 안내 없이 작업물 표면을 트래버스(traverse)한다. 가정, 사무실 및/또는 소비자 지향 로봇 공학의 분야에서는, 진공 청소, 바닥 청소, 순찰, 잔디 깍기 및 다른 태스크들과 같은 가사 기능들을 수행하는 이동 로봇들이 널리 채택되어 왔다.

본 발명은 일정 사물에 대한 물리적 행위를 사용자의 명령에 따라 신속하게 수행할 수 있는 로봇 및 그 구동 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로봇은 촬영된 영상을 분석하여 상기 영상에 등장하는 사물에 대한 물리적인 행동이 가능한 로봇에 있어서, 상기 영상을 360도로 동시 촬영이 가능한 영상 추출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 영상 추출부는 제한된 각도의 촬영이 가능한 복수개의 카메라 및 적어도 수평 360도 영상을 동시에 모두 획득하도록, 상기 카메라가 다른 각도로 설치되는 카메라 바디(body)를 포함하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 본 발명은 360도 영상을 동시에 촬영 가능한 영상 추출부; 명령 입력시, 상기 명령에 포함된 사물과 동작을 분리하여 분석하는 명령 분석부; 상기 명령 분석부에서 분석된 사물을 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상에서 인식하는 사물 인식부; 상기 명령 분석부에서 분석된 동작을 상기 사물 인식부에서 인식된 사물에 대하여 수행하는 명령 수행부를 포함하여 이루어지는 로봇을 제시한다.

이때, 상기 영상 추출부는 제한된 각도의 촬영이 가능한 복수개의 카메라 및 적어도 수평 360도 영상을 동시에 모두 획득하도록, 상기 카메라가 다른 각도로 설치되는 카메라 바디(body)를 포함하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 사물 인식부는 상기 추출된 영상의 중앙인 기준점으로부터 상기 사물에 대한 각도인 사물 각도를 분석하고, 상기 명령 수행부는 상기 사물 각도를 통하여 상기 동작을 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 사물 각도는 다음의 수학식1에 의하여 분석되는 것이 바람직하다.

사물 각도 : 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상의 중앙인 기준점에 대한 상기 사물의 각도

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 로봇은 360도 전방향에 대한 영상을 동시에 획득함으로써, 명령의 수행대상이 되는 사물에 대한 인식을 빠르게 수행할 수 있으며, 그 결과 로봇의 전체 명령 수행 속도를 개선할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 로봇을 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 로봇(100)은 촬영된 영상을 분석하여 상기 영상에 등장하는 사물에 대한 물리적인 행동이 가능한 로봇, 즉, 일종의 독립 로봇의 개념을 포함하고 있으며, 특히 상기 영상을 360도로 동시 촬영이 가능한 영상 추출부를 포함하고 있다.

소정의 카메라를 구비하여 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하여 상기 영상에 등장하는 사물에 대한 명령을 수행하는 로봇은 일반적으로 도 2에 도시한 바와 같이 일정 각도로 제한된 촬영을 수행하는 카메라를 탑재하고 있다. 이와 같이 일정 각도로 제한된 촬영을 수행하는 형태의 로봇의 명령 수행 과정을 살펴보면, 사용자는 일정 사물에 대해 로봇이 일정 행위를 하도록 지시하고자 할 경우 상기 사물에 대한 구체적인 수평 좌표와 상하각도인 x, y, θ를 구체적으로 알려준 후 사물을 지칭하면서 동작 명령을 지시하는 형태를 띄고 있다.

예를 들어 "x, y, θ에 있는 리모콘을 가져와"와 같은 방식의 명령을 지시하여야 한다. 이와 같이 구체적인 사물의 좌표를 지시하여야 하는 것은 로봇이 현재 자신의 위치에서 사용자가 내린 명령에 포함된 사물을 파악하는 수단이 취약한 문 제에서 기인한다. 또한, 구체적인 좌표를 지시하더라도 사물의 명칭을 추가로 지칭하는 것은 동일 위치라 하더라도 다른 사물이 같은 위치에 있는 경우 원하는 사물을 정확히 인식시키기 위함이다. 물론, 이를 위해서는 각 사물의 형태 등을 데이터베이스화하여 상기 로봇에 탑재한 상태여야 할 것이다.

상기 로봇은 위에서 살펴본 바와 같은 사용자의 명령이 있는 경우, 먼저 위치를 인식한 후, 해당 위치에 있는 사물을 카메라를 통하여 촬영한 후 데이터베이스를 검색하여 리모콘의 여러 각도에서의 이미지를 상기 촬영된 영상과 매칭시켜 매칭되는 사물인 리모콘을 찾는다. 그 후 상기 리모콘을 집어 사용자에게 전달하게 된다. 물론, 상기 리모콘을 집은 후 명령을 내린 사용자에게 돌아가기 위해서는 상기 사용자의 위치 또한 기억하고 있어야 할 것이다.

이상에서 살펴보듯이, 현재의 로봇은 사용자가 구체적인 사물의 위치 등을 로봇에게 알려주어야 하는데, 실생활에서 이와 같이 구체적인 좌표를 사용자가 지시하는 것은 사실상 불가능한 일이 될 것이다. 따라서, "창문 근처에 있는 리모콘 가져와"와 같은 일반적인 명령에 따라 로봇이 명령을 수행하는 방안을 고려할 필요성이 있다.

이와 같은 경우를 위의 일정 각도의 촬영만이 가능한 카메라가 탑재된 로봇에 대해 적용시키면, 먼저, 상기 로봇은 창문을 찾기 위해 로봇 몸체 전체 회전을 하거나, 적어도 카메라부를 회전하면서 360도 전방향의 영상을 촬영하여야 한다. 물론, 일정 각도 회전한 위치에서 창문이 발견될 수도 있으나, 다른 창문이 존재할 수도 있으므로, 전방향을 모두 촬영하여야 하며, 촬영을 수행하면서 순간순간 획득 한 영상에서 창문을 데이터베이스의 창문과 매칭시켜 창문을 찾거나, 상기 순간순간 획득된 영상을 취합하여 전방향 영상을 획득한 후 창문을 찾게 될 것이다. 그러나, 전자의 경우에는 검색 시간에 장시간이 요구되며, 후자의 경우에 있어서도 회전하는 매 순간마다 획득된 영상을 전방향 영상으로 완성하는데 추가적인 시간이 요구될 것이다.

어쨌든 이와 같은 과정을 통하여 360도 회전하면서 창문을 검색한 후, 창문 근처에 있는 리모콘을 다시 찾는 과정을 거쳐야 한다. 리모콘도 한개가 아닌 복수개 존재할 수 있으므로, 전자의 경우에는 다시 360도 회전하면서 리모콘을 검색하여야 하며, 후자의 경우에는 완성된 전방향 영상에서 리모콘을 검색하여야 할 것이다.

이렇게 검색된 리모콘이 복수개 존재하는 경우, 소정 창문과의 거리 계산을 통하여 창문과 보다 가까이에 있는 리모콘으로 다시 일정 각도만큼 회전한 후 이동한 후 사용자에게 가져다 주어야 하는데, 이 과정에 다시 사용자를 검색하기 위하여 전자, 후자 모두 360도 회전하면서 사용자의 위치를 검색하여야 할 것이다.

명령에 포함된 사물을 카메라를 통하여 촬영된 영상에서 찾아 명령을 수행하는 로봇의 경우 이상에서 살펴보았듯이, 좌표를 포함한 명령은 사용자가 사용하기에 실질적으로 불가능하고, 사용자가 용이하게 사용가능한 일반적인 명령에 대해서는 로봇의 명령 수행에 장시간이 요구되는 관계로 어느 방안도 사용자에게 만족을 줄 수 없게 될 것이다.

이에 대하여, 본 발명에는 도 1에서와 같이 촬영된 영상을 분석하여 상기 영 상에 등장하는 사물에 대한 물리적인 행동이 가능한 로봇에 있어서, 상기 영상을 360도로 동시 촬영이 가능한 영상 추출부를 포함하는 로봇이 제시되어 있다.

즉, 본 발명에 따르면 360도 동시 촬영이 가능한 영상 추출부를 포함하고 있으며, 이는 곧 상기 로봇은 기본적으로 항상 전방향 영상을 획득하고 있거나, 획득할 수 있는 상태에 있음을 의미하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 영상 추출부(110)는 제한된 각도의 촬영이 가능한 복수개의 카메라(111) 및 적어도 수평 360도 영상을 동시에 모두 획득하도록, 상기 카메라가 다른 각도로 설치되는 카메라 바디(body)(113)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 카메라(111)는 영상을 촬영하는 요소로 한개의 카메라는 제한된 각도의 촬영이 가능하다. 상기 카메라는 CMOS 카메라로 구성될 수 있으며, 전력 소모와 가격 면에서 불리하더라도 우수한 화질을 얻기 위하여 CCD(charge-coupled device) 카메라로 구성할 수도 있다.

상기 카메라 바디(113)는 상기 카메라가 설비되는 요소로, 일시점에서, 즉 동시에 360도 전방향 촬영이 불가능한 상기 카메라 복수개를 외면에 다른 각도로 설비함으로써, 동시에 전방향 촬영이 가능하도록 한다. 물론, 그 형태는 다양하게 변경가능할 것이다.

이와 같은 동시에 360도 전방향 촬영이 가능한 영상 추출부를 구비함으로써, 로봇은 사용자의 명령에 포함된 사물을 찾기 위해 회전할 필요가 없으며, 바로 획득이 가능한 전방향 영상에서 해당 사물을 찾을 수 있다. 또한, 해당 사물로 이동 한 후에 사용자에게 되돌아 갈 경우에도, 상기 사용자에 대한 위치 파악을 위한 별도의 촬영을 요구하지 않음으로써 빠른 명령의 수행이 가능하다. 사용자가 실생활에서 사용가능한 일반적인 명령 지시시 제자리에서 회전하는 불필요한 동작을 수행하지 않고 원하는 사물로 바로 접근 및 사용자에게 되돌아 옴으로써, 신뢰성 있는 로봇의 제공이 가능하다.

이러한 로봇의 구성을 도 4를 통하여 보다 상세히 살펴보도록 하자.

도 4는 도 1의 로봇의 구성을 보다 상세하게 나타낸 것으로서, 살펴보면 360도 영상을 동시에 촬영 가능한 영상 추출부(210), 명령 입력시, 상기 명령에 포함된 사물과 동작을 분리하여 분석하는 명령 분석부(220), 상기 명령 분석부에서 분석된 사물을 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상에서 인식하는 사물 인식부(230), 상기 명령 분석부에서 분석된 동작을 상기 사물 인식부에서 인식된 사물에 대하여 수행하는 명령 수행부(240)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 영상 추출부(210)는 도 3에서 살펴본 영상 추출부와 같은 요소로, 일예로 제한된 각도의 촬영이 가능한 복수개의 카메라 및 적어도 수평 360도 영상을 동시에 모두 획득하도록, 상기 카메라가 다른 각도로 설치되는 카메라 바디(body)로 구성되어 동시에 360도 전방향에 대한 영상을 추출하게 된다. 상기 영상 추출부(210)는 상기 영상 추출부 내 배설된 카메라에서 추출된 영상의 이미지에서 노이즈를 제거하는 등의 영상 개선 요소 등을 더 포함할 수 있다.

상기 명령 분석부(220)는 사용자의 명령을 분석하여 사물과 동작을 분리하는 요소로, 상기 명령은 음성 명령, 별도의 입력 수단을 통한 명령을 모두 포함하며, 이하에서 구체적인 예들은 음성 명령을 기준으로 설명하도록 한다.

상기 사물 인식부(230)는 상기 명령 분석부에서 분석되어 분리된 사물을 전송받아 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상인 전방향 영상에서 검색하는 요소로, 이를 위해서는 상기 사물에 대한 데이터베이스를 포함하고 있어야 하는 것이 전제된다. 상기 데이터베이스에 데이터베이스화되어 있는 사물은 이미지 형태이어야 하며, 다양한 각도에서의 이미지를 포함하고 있어야 하는데, 이부분에 대해서는 종래와 동일하므로 별도의 설명은 생략한다.

상기 명령 수행부(240)는 상기 명령 분석부에서 분석된 동작을 상기 사물 인식부에서 인식된 사물에 대하여 수행하는 요소로, 상기 사물에 대한 접근 등의 물리적 동작이 요구되는 경우가 대부분이므로, 로봇의 이동 수단 또는 팔과 같은 행동 수단의 상기 사물에 대한 각도 계산이 요구된다. 물론, 거리 측정도 요구되나, 이는 종래의 기술을 그대로 적용이 가능하다.

상기 각도의 계산은 상기 사물 인식부(230)를 통하여 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 상기 사물 인식부에서 이루어지는 상기 사물에 대한 각도(사물 각도) 계산은 기준이 요구되는데, 상기 영상 추출부에서 추출되는 전방향 영상을 펼쳐 놓았을 경우의 중앙을 기준으로 하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 기준이 되는 기준점은 로봇의 이동 수단과 같은 행동 수단과 연관되어야 할 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이 360도 전방향 영상을 평면상에 펼쳤을 경우 중앙을 기준으로 하여 상기 사물 각도를 분석한다. 상기 사물 각도의 분석을 다양하게 가능하며, 그 중 일예를 아래의 수학식 1에 나타내었다.

사물 각도 : 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상의 중앙인 기준점에 대한 상기 사물의 각도

상기 전방향 영상의 중앙에서 영상 끝까지의 거리는 +180도 또는 -180도에 대응될 것이므로, 위 수학식 1을 통하면 상기 사물 인식부에서는 상기 기준점으로부터 몇도 위치에 상기 사물이 존재하는지 파악이 가능하며, 상기 사물 각도를 상기 명령 수행부로 전송함으로써, 상기 명령 수행부가 필요할 경우 상기 사물 각도를 이용하여 사용자가 내린 동작 명령을 수행하도록 한다.

물론, 수학식1에서 '기준점에서 사물까지의 거리'는 ±로 파악되어야 할 것이다.

사용자에 의한 명령에서 동작 명령이 반드시 상기 명령에 포함된 사물에 대한 물리적 행동을 요구하지 않을 경우도 있을 것이다. 일반적으로 상기 사물을 가져오거나 어디로 옮기라는 명령이 대부분일 것이나, 로봇에게 단순히 사물의 위치를 인지시키고자 할 경우도 있을 것이다. 따라서, 상기 사물 각도를 반드시 상기 명령 수행부가 요구하지는 않을 것이나, 상기 사물에 대한 사용자의 물리적 행위를 요구하는 명령이 추가될 가능성이 높으므로, 상기 사물 각도를 상기 명령 수행부로 전송하는 것이 유리하다.

한편, 상기 영상 추출부는 항상 전방향 영상을 일정 시간마다 취득하여 저장해 놓음으로써, 사용자에 의한 명령이 있는 경우 별도의 영상 촬영을 하지 않고 바로 명령을 수행할 수도 있으나, 불필요한 영상의 저장으로 인한 용량의 문제 등을 감안하여 사용자의 명령이 있는 경우 영상 촬영을 수행하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 영상 추출부는 동시에 360도 전방향에 대한 영상 촬영이 가능하므로, 한자리에서 회전 등의 불필요한 동작 없이 바로 전방향 영상을 취득한 후 곧바로 명령을 처리할 수 있을 것이다. 이 경우, 사용자는 로봇이 자신의 명령에 대해 곧바로 반응하는 것으로 보이게 되므로, 로봇에 대한 신뢰성이 증가하게 된다.

일예로 도 5에서 사용자가 로봇에게 'TV 옆에 있는 손님에게 가서 인사해'라고 명령을 내린 경우, 로봇은 상기 영상 추출부를 통하여 제자리에서 바로 전방향 영상을 촬영한 후, 획득된 전방향 영상에서 TV를 데이터베이스를 이용해서 찾은 후 상기 TV에 가장 가까운 인간 형상의 물체 중에서 사용자를 제외한 물체의 각도를 분석한 후, 상기 각도로 이동 수단을 조정한 후 상기 물체에 접근한 후 인사 동작을 수행하게 된다. 사용자의 입장에서는 로봇이 상기 손님을 행하여 각도를 잡은 후 바로 접근하여 인사를 수행하는 형태로 비춰지게 될 것이다. 로봇은 상기 명령 수행 후 인사를 수행한 위치에 머물게 되는데, 이 때 다시 사용자가 '이리와'란 명령을 지시하게 되면, 로봇은 현재 있는 위치에서 360도 전방향 영상을 촬영하여 사용자가 위치하는 각도를 분석한 후, 그에 맞게 이동 수단을 조정한 후 바로 사용자에게 되돌아 오게 된다.

이상의 동작 설명을 도 6을 통하여 설명하면, 도 4의 구성을 갖는 본 실시예 에 따른 로봇은 사용자의 명령이 있을 때까지 대기하게 되며(S 310), 사용자의 명령이 있는 경우 상기 명령을 사물과 동작으로 분석하여 분리하고(S 320), 전방향 영상을 촬영한다(S 330). 물론, 상기 명령의 분석과 영상 촬영의 순서는 병렬적으로 수행될 수 있으며, 선후를 달리하여 수행될 수도 있다. 상기 명령에서 분석된 사물을 소정 데이터베이스를 통하여 상기 촬영된 전방향 영상에서 인식한 후(S 340), 상기 명령에서 분석된 동작을 상기 인식된 사물에 대해서 수행하게 된다(S 350).

이상에서, 동시에 전방향의 영상의 촬영이 가능한 영상 추출부를 포함하는 로봇을 주요 기술사상으로 하여 설명하였다. 이와 같은 본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 로봇을 나타낸 개략도.

도 2는 일반적인 로봇의 상태를 나타낸 개략도.

도 3은 도 1에 나타낸 로봇의 영상 추출부의 일예를 나타낸 개략도.

도 4는 도 1에 나타낸 로봇의 구체적인 구성을 나타낸 블럭도.

도 5는 도 4의 로봇의 동작을 설명하기 위한 개략도.

도 6은 도 4의 로봇의 동작 순서를 나타낸 흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110, 210...영상 추출부 111...카메라

113...카메라 바디 220...명령 분석부

230...사물 인식부 240...명령 수행부

Claims (7)

1. 촬영된 영상을 분석하여 상기 영상에 등장하는 사물에 대한 물리적인 행동이 가능한 로봇에 있어서,

   상기 영상을 360도로 동시 촬영이 가능한 영상 추출부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영상 추출부는

   제한된 각도의 촬영이 가능한 복수개의 카메라; 및

   적어도 수평 360도 영상을 동시에 모두 획득하도록, 상기 카메라가 다른 각도로 설치되는 카메라 바디(body)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
3. 360도 영상을 동시에 촬영 가능한 영상 추출부;

   명령 입력시, 상기 명령에 포함된 사물과 동작을 분리하여 분석하는 명령 분석부;

   상기 명령 분석부에서 분석된 사물을 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상에서 인식하는 사물 인식부;

   상기 명령 분석부에서 분석된 동작을 상기 사물 인식부에서 인식된 사물에 대하여 수행하는 명령 수행부

   를 포함하여 이루어지는 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 영상 추출부는

   제한된 각도의 촬영이 가능한 복수개의 카메라; 및

   적어도 수평 360도 영상을 동시에 모두 획득하도록, 상기 카메라가 다른 각도로 설치되는 카메라 바디(body)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 사물 인식부는 상기 추출된 영상의 중앙인 기준점으로부터 상기 사물에 대한 각도인 사물 각도를 분석하고,

   상기 명령 수행부는 상기 사물 각도를 통하여 상기 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 사물 각도는 다음의 수학식에 의하여 분석되는 것을 특징으로 하는 로봇.

   

   사물 각도 : 상기 영상 추출부를 통하여 추출된 영상의 중앙인 기준점에 대한 상기 사물의 각도
7. 사용자의 명령을 대기하는 단계:

   사용자에 의한 명령시, 상기 명령을 사물과 동작으로 분석 및 분리하는 단계;

   전방향 영상을 동시에 촬영하여 전방향 영상을 획득한 후, 상기 명령에서 분석된 사물을 상기 전방향 영상에서 인식하는 단계;

   상기 명령에서 분석된 동작을 상기 인식된 사물에 대해 수행하는 단계

   를 포함하는 로봇 구동 방법.

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