KR20110046212A - 인공 표식물의 지도 작성 방법 및 장치와 이를 이용한 이동체 위치 측정 방법 및 장치 - Google Patents

인공 표식물의 지도 작성 방법 및 장치와 이를 이용한 이동체 위치 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공 표식물에 대한 지도 데이터 생성 기법에 관한 것으로, 영상 기반 인공 표식물의 위치를 지도로 작성하기 위해 수작업을 필요로 하는 종래 방식과는 달리, 이동체의 주행을 통해 인공 표식물 주변의 환경 정보와 인공 표식물 영상을 획득하여 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하고, 이 상대적 위치 정보 값을 이용해 인공 표식물의 전역 좌표 값을 계산하여 지도로 작성함으로써, 이동체가 주행하는 광역 공간에 설치되는 인공 표식물에 대한 지도 정보를 작성하는데 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 이동체에 장착된 인공 표식물 탐지기를 통해 탐색한 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값과 지도 정보 DB에 저장된 대응하는 인공 표식물의 전역 좌표 값을 이용하여 이동체의 위치를 측정함으로써, 이동체의 위치 측정을 신속, 고정밀하게 실현할 수 있는 것이다.
Figure P1020090128336
이동로봇, 인공 표식물, 지도, 탐지, 위치측정

Description

인공 표식물의 지도 작성 방법 및 장치와 이를 이용한 이동체 위치 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MAP OF ARTIFICIAL MARK, METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING POSITION OF MOBILE OBJECT BY USING SAME}
본 발명은 인공 표식물에 대한 지도 데이터 생성 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상대적으로 크기가 큰 광역 공간에서 이동체(이동 로봇)나 사람에게 위치를 알려주기 위해 천장 등에 설치한 인공 표식물의 위치를 측정하여 인공 표식물의 지도를 작성하고, 이를 이용하여 이동체의 위치를 측정하는데 적합한 인공 표식물의 지도 작성 방법 및 장치와 이를 이용한 이동체 위치 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-031-01, 과제명: u-Robot 인지인프라 기술개발].
잘 알려진 바와 같이, 자율 이동 로봇은 여러 분야에 걸쳐 사용되고 있는데, 예컨대 장애자를 도와주는 일, 공장에서 물류를 이송하는 일, 우주탐사, 핵폐기물 처리장 같은 위험한 환경에서 작업 등 인간을 대신하여 수행하고 있다. 뿐만 아니라, 이동 로봇은 청소 기능, 안내 기능, 방범 기능 등의 다양한 응용분야에 사용되고 있다.
이러한 이동 로봇의 발전은 인간에게 삶의 윤택함을 제공해 줄 뿐만 아니라 기업에게는 새로운 시장을 제공함으로써 고 부가가치 시장을 제공해 주고 있다. 이를 위하여, 현재의 이동 로봇에는 인간의 눈, 코, 입과 같은 기능을 제공하는 여러 센서가 장착되어 있지만, 그 성능의 한계로 인하여 일반 로봇 사용자가 원하는 다양한 서비스를 제공하는데는 한계를 가질 수밖에 없다. 따라서, 이러한 한계를 극복하기 위하여 도처에서 많은 연구자 및 개발자들이 로봇의 지능 및 인지 능력을 향상시키기 위해 많은 연구를 진행하고 있다.
특히, 이동 로봇의 자율 주행 기술은 많은 연구가 진행되고 있는 분야 중의 하나인데, 이러한 자율 주행의 기능을 간략히 설명하면, 이동 로봇이 스스로 목적지를 향해 안전하게 주행하는 것이다. 이를 위해서는 지도 작성, 위치 추정, 경로 계획 등의 기술이 필요한데, 로봇의 주행 성능을 향상시키기 위해 각 분야별로 많은 연구자가 기술을 개발 및 연구하고 있다.
여기에서, 로봇 주행 기술에서 지도 작성 및 위치 추정 기술의 경우 서로 복합적으로 연결되어 있다. 즉, 정확한 위치 추정이 바탕이 되어야 정확한 지도를 작성할 수 있으며, 정확한 지도가 작성되어야만 로봇이 자신의 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
이러한 이유로 지도 작성 및 위치 추정 기술은 서로 연관되어 연구되고 있으며, 지도 작성 및 위치 추정 기술 중에 어느 한가지라도 완벽히 구현할 수 있다면, 보다 손쉽게 두 기술에 있어 만족하는 성능을 도출해 낼 수 있을 것이다. 이 원리에 입각하여 로봇의 위치 추정을 위해서 천장 등에 인공 표식물을 설치하여 로봇의 위치를 정확하게 측정하는 기술이 많이 사용되고 있다.
즉, 이동 로봇과 같은 이동체가 실내외 공간에서 안정적으로 주행하기 위해서는 정확한 위치 측정 기술이 필요한데, 이러한 이동체의 위치 측정을 위해 주행 공간상에 인공 표식물을 설치하여 사용하고 있으며, 특히 영상 기반 인공 표식물의 경우 천장 등에 인공 표식물을 설치하는 것이 일반적이다. 여기에서, 천장 등에 설치되는 인공 표식물의 위치 측정을 위한 지도 작성은 사람을 통한 수작업으로 진행하게 된다.
그러나, 종래의 영상 기반 인공 표식물은 인공 표식물의 위치에 지도 작성을 사람이 수작업으로 수행해야만 하기 때문에 시간적인 측면과 인력적인 측면을 고려할 때 고비용이 소요된다는 근본적인 문제점을 갖는다.
본 발명은, 일 관점의 일 형태에 따라, 이동체의 움직인 위치 정보와 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보 및 상기 인공 표식물의 영상을 획득하여 인공 표식물을 탐색하는 과정과, 상기 탐색된 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 과정과, 상기 산출된 상대적 위치 정보 값을 이용하여 상기 인공 표식물의 전역 좌표를 계산하는 과정과, 상기 계산된 전역 좌표와 상기 인공 표식물의 ID를 지도 정보로서 데이터베이스에 저장하는 과정을 포함하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법을 제공한다.
여기에서, 본 발명의 지도 작성 방법의 탐지하는 과정은, 상기 이동체의 움직인 위치 정보를 측정하는 과정과, 상기 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 과정과, 상기 측정된 주변 물체들의 위치 정보를 이용하여 상기 이동체의 위치를 보정하여 상기 이동체의 보정된 위치 정보를 생성하는 과정과, 상기 인공 표식물 탐지기를 통해 상기 인공 표식물의 영상을 획득하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 지도 작성 방법은, 상기 전역 좌표를 계산하기 전에 상기 인공 표식물의 ID가 이전 탐지 ID인지를 체크하는 과정과, 상기 체크의 결과, 상기 이전 탐지 ID가 아닐 때 상기 계산하는 과정 이후를 진행시키는 과정과, 상기 체크의 결과, 상기 이전 탐지 ID일 때 상기 이동체와 인공 표식물 사이의 현재 탐지 거리와 상기 이전 탐지 ID에 해당하는 이전 탐지 거리를 비교하는 과정과, 비교 결과, 상기 현재 탐지 거리가 상기 이전 탐지 거리보다 상대적으로 작을 때 상기 계산하는 과정 이후를 진행시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상대적 위치 정보 값은, 상기 인공 표식물의 ID, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 x축 위치 정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 y축 위치 정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 설치방향 정보, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리 정보를 이용하여 산출되거나 혹은 상기 인공 표식물의 ID, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 설치방향 정보, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리 정보를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 다른 관점의 일 형태에 따라, 이동체의 움직인 위치 정보와 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 환경 정보 획득 수단과, 상기 인공 표식물의 영상을 획득하는 인공 표식물 탐지기와, 상기 움직인 위치 정보와 주변 물체들의 위치 정보 및 상기 획득된 영상의 분석을 통해 상기 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 인공 표식물 탐지 블록과, 상기 산출된 상대적 위치 정보 값을 이용하여 상기 인공 표식물의 전역 좌표를 계산하고, 이 계산된 전역 좌표와 상기 인공 표식물의 ID를 지도 정보로서 데이터베이스에 저장하는 지도 작성 수단을 포함하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치를 제공한다.
여기에서, 본 발명에 채용되는 환경 정보 획득 수단은, 상기 움직인 위치 정보를 측정하는 인코더와, 상기 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 레이저 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 지도 작성 장치는, 상기 측정된 주변 물체들의 위치 정보를 이용하여 상기 이동체의 위치를 보정한 후 이를 상기 인공 표식물 탐지 블록으로 전달하는 위치 보정 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 채용되는 지도 작성 수단은, 상기 인공 표식물의 ID가 이전 탐지 ID가 아닐 때 상기 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 상기 지도 작성 블록으로 통지하고, 상기 인공 표식물의 ID가 상기 이전 탐지 ID이면서 상기 이동체와 인공 표식물 사이의 현재 탐지 거리가 상기 이전 탐지 ID에 해당하는 이전 탐지 거리보다 상대적으로 작을 때 상기 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 상기 지도 작성 블록으로 통지하는 지도 대상 판단 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 일 관점의 다른 형태에 따라, 이동체에 장착된 인공 표식물 탐지기를 통해 상기 이동체에 인접한 인공 표식물을 탐색하는 과정과, 상기 탐색된 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 과정과, 지도 정보 DB를 탐색하여 상기 탐지된 인공 표식물의 ID가 존재하는 지를 체크하는 과정과, 상기 ID가 존재할 때 상기 지도 정보 DB로부터 상기 탐색된 인공 표식물의 전역 좌표 값을 인출하는 과정과, 상기 산출된 상대적 위치 정보 값과 상기 인출된 전역 좌표 값을 이용하여 상기 이동체의 위치를 계산하는 과정을 포함하는 이동체 위치 측정 방법을 제공한다.
본 발명은, 다른 관점의 다른 형태에 따라, 다수의 인공 표식물에 대한 전역 좌표 값을 저장하는 지도 정보 DB와, 이동체의 주행하는 공간에서 인공 표식물의 영상을 획득하는 인공 표식물 탐지기와, 상기 획득된 영상의 분석을 통해 상기 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 인공 표식물 탐지 블록과, 상기 지도 정보 DB를 탐색하여 상기 인공 표식물의 ID가 존재하는 지를 체크하고, 상기 ID가 존재할 때 상기 지도 정보 DB로부터 해당 인공 표식물의 전역 좌표 값을 인출하고, 상기 산출된 상대적 위치 정보 값과 상기 인출된 전역 좌표 값을 이용하여 상기 이동체의 위치를 계산하는 이동체 위치 계산 블록을 포함하는 이동체 위치 측정 장치를 제공한다.
본 발명은 이동체의 주행을 통해 인공 표식물 주변의 환경 정보와 인공 표식물 영상을 획득하여 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하고, 이 상대적 위치 정보 값을 이용해 인공 표식물의 전역 좌표 값을 계산하여 지도로 작성할 수 있으며, 이를 통해 이동체가 주행하는 광역 공간에 설치되는 인공 표식물에 대한 지도 정보를 작성하는데 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감함으로써, 광역 공간에서의 인공 표식물 기반 위치 측정 기술을 저비용으로 설계할 수 있다.
또한, 본 발명은 인공 표식물들에 대한 전역 좌표 값들이 저장된 지도 정보 DB를 이동체에 탑재시키고, 이동체에 장착된 인공 표식물 탐지기를 통해 탐색한 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값과 지도 정보 DB에 저장된 대응하는 인공 표식물의 전역 좌표 값을 이용하여 이동체의 위치를 측정함으로써, 이동체의 위치 측정을 신속, 고정밀하게 실현할 수 있다.
본 발명의 기술요지는, 영상 기반 인공 표식물의 위치를 지도로 작성하기 위해 수작업을 필요로 하는 전술한 종래 방식과는 달리, 이동체의 주행을 통해 인공 표식물 주변의 환경 정보와 인공 표식물 영상을 획득하여 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하고, 이 상대적 위치 정보 값을 이용해 인공 표식물의 전역 좌표 값을 계산하여 지도로 작성한다는 것으로, 본 발명은 이러한 기술적 수단을 통해 종래 방식에서의 문제점을 효과적으로 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 이동체에 장착된 인공 표식물 탐지기를 통해 탐색한 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값과 지도 정보 DB에 저장된 대응하는 인공 표식물의 전역 좌표 값을 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 기술사상을 다른 기술요지로서 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
먼저, 천장 등에 인공 표식물을 설치하여 이동로봇 등의 이동체의 위치를 정확하게 측정하는 기술을 인공 표식물 기반 위치측정 기술이라 하는데, 인공 표식물 기반 위치 측정 기술은 전파 측정 방식과 영상 처리 방식으로 크게 나눌 수 있다. 여기에서, 영상 처리 방식의 경우 전파 측정 방식 보다 더 정확한 위치정보를 이동 로봇 등의 이동체에게 제공할 수 있지만, 천장 등에 인공 표식물을 설치해야 하고, 설치된 인공 표식물의 위치정보를 사전에 이동 로봇 등 이동체에 제공하여야만 한다.
이와 같이 천장 등에 설치된 인공 표식물의 위치를 측정하기 위해서는 이동체에 환경정보 획득 장치를 장착해야 하며, 인공 표식물의 정확한 위치 측정을 위해서는 주위 환경 물체들의 위치 정보를 이용하여 환경정보 획득 장치의 위치를 보정해야 할 필요가 있는데, 이를 위해 본 발명에서는 레이저 센서, 인코더 등으로 된 환경정보 획득 장치를 이동체에 장착한다. 여기에서,
이동체의 구동바퀴에 장착된 인코더는 이동체의 움직인 위치정보를 측정하기 위한 것이고, 레이저 센서는 인공 표식물이 설치된 주변 환경의 물체들의 위치정보를 측정하기 위한 것이며, 이들 위치 정보(이동체의 위치 정보, 주변 물체의 위치 정보)는 확장 칼만 필터와 같은 위치 보정 알고리즘을 이용하여 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치의 블록구성도로서, 인코더(102), 레이저 센서(104), 인공 표식물 탐지기(106), 위치 보정 블록(108), 인공 표식물 탐색 블록(110), 지도 대상 판단 블록(112), 지도 작성 블록(114) 및 데이터베이스(116) 등을 포함한다.
도 1을 참조하면, 환경 정보(이동체의 움직인 위치 정보, 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보)를 획득하는 환경 정보 획득 수단으로서 기능하는 인코더(102)는 환경 정보 획득 수단과 인공 표식물 탐지기가 장착되는 이동체의 바뀌 등에 장착되어 이동체의 움직인 위치 정보를 측정하는 것으로, 여기에서 측정되는 이동체의 움직인 위치 정보는 위치 보정 블록(108)으로 전달된다.
다음에, 환경 정보 획득 수단으로서 기능하는 레이저 센서(104)는 이동체에 장착되어 인공 표식물이 설치된 환경의 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 것으로, 여기에서 측정되는 인공 표식물 주변의 물체들의 위치 정보는 위치 보정 블록(108)으로 전달된다.
또한, 인공 표식물 탐지기(106)는, 예컨대 카메라와 포인터 등을 포함하는 것으로, 이동체에 인접한 인공 표식물을 탐지하여 얻은 인공 표식물의 영상을 인공 표식물 탐색 블록(110)으로 전달하는데, 여기에서 레이저 또는 적외선을 주사하는 포인터는 천장 등에 설치된 인공 표식물을 트래킹하는 데 사용되며, 카메라는 인공 표식물의 영상을 획득하는데 사용된다. 물론, 본 발명에서는 카메라 대신에 리시버 등과 같은 전파 탐지기를 인공 표식물 탐지기로 사용할 수도 있음은 물론이다.
즉, 본 발명에서는 일 예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 천장(302) 등에 설치된 인공 표식물(304)을 탐색하기 위하여, 이동체(306)에 인코더(102), 레이저 센서(104), 인공 표식물 탐지기(106) 등을 장착한다.
다음에, 위치 보정 블록(108)은 측정된 주변 물체들의 위치 정보를 이용하여 이동체의 위치를 보정한 후 이(이동체의 보정된 위치 정보)를 인공 표식물 탐색 블 록(110)으로 전달하는데, 이러한 이동체의 위치 보정을 위해, 예컨대 확장 칼만 필터 등으로 이루어진 위치 보정 알고리즘이 이용될 수 있다.
한편, 인공 표식물 탐색 블록(110)은 이동체의 보정된 위치 정보, 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보, 인공 표식물의 영상 정보(영상 분석 정보)를 이용하여 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값(즉, 이동체(또는 인공 표식물 탐지기)로부터 인공 표식물까지의 상대 위치 정보 값)을 산출하여 데이터베이스(116)에 저장한 후 이를 지도 대상 판단 블록(112)으로 통지하는데, 이러한 상대적 위치 정보 값은, 일 예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 인공 표식물 탐지기(106)의 중앙이 원점이 되어 인공 표식물이 설치된 위치까지의 상대적인 좌표인 (ID, Δx, Δy, Δθ, Δz) 또는 (ID, Δd, Δθ, Δz) 형태로 측정된다. 즉, 도 4는 본 발명에 따라 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
여기에서, ID는 다른 인공 표식물과 구별하기 위한 아이디 정보를, Δx는 인공 표식물 탐지기(106)의 위치를 기준으로 인공 표식물의 x축 위치 정보를, Δy는 인공 표식물 탐지기(106)의 위치를 기준으로 인공 표식물의 y축 위치정보를, Δz는 인공 표식물 탐지기(106)의 위치를 기준으로 인공 표식물의 z축 위치(설치높이) 정보를, Δθ는 인공 표식물 탐지기(106)의 위치를 기준으로 인공 표식물의 설치 방향 정보를, Δd는 인공 표식물 탐지기(106)와 인공 표식물 사이의 거리 정보를 각각 의미한다.
다음에, 지도 대상 판단 블록(112)은, 인공 표식물 탐색 블록(110)으로부터 의 통지에 응답하여 데이터베이스(116)를 탐색함으로써, 탐색된 인공 표식물의 탐지 ID가 이전 탐지 ID인지의 여부를 체크하는데, 현재 탐지 ID가 이전 탐지 ID가 아닐 때 해당 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 지도 작성 블록(114)으로 통지하고, 현재 탐지 ID가 이전 탐지 ID일 때 이동체와 인공 표식물 사이의 현재 탐지 거리와 이전 탐지 ID에 해당하는 이전 탐지 거리를 비교한 후 현재 탐지 거리가 이전 탐지 거리보다 상대적으로 작을 때 해당 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 지도 작성 블록(114)으로 통지하는 등의 기능을 제공한다.
즉, 영상 기반 인공 표식물 탐지기의 경우 인공 표식물 탐지기와 천장 등에 설치된 인공 표식물과의 거리가 가까울수록 그 위치를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 현재 탐지된 인공 표식물의 ID 정보가 이전에 탐지된 적이 있을 경우, 두 정보 중에 값이 상대적으로 작은 인공 표식물의 측정 정보(위치 정보)를 사용한다.
마지막으로, 지도 작성 블록(114)은 지도 대상 판단 블록(112)으로부터의 통지에 응답하여, 데이터베이스(116)로부터 해당 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 인출하고, 이 인출된 상대적 위치 정보 값을 이용하여 해당 인공 표식물의 전역 좌표 값(전역 좌표 기반 인공 표식물의 위치 좌표)을 도 5 및 아래의 수학식 1과 계산(치환)한다. 즉, 도 5는 본 발명에 따라 상대적 위치 정보 값을 이용하여 인용 표식물의 전역 좌표 값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
[수학식 1]
XT = XC + Δx·cos(Θc) - Δy·sin(Θc)
YT = YC + Δx·sin(Θc) + Δy·cos(Θc)
ΘT = ΘC + Δθ
여기에서, OG(XOG, YOG)는 전역 좌표의 원점을, OL(xOL, yOL)은 인공 표식물 탐지기(106)의 지역 좌표 원점을, (XC, YC, ΘC)는 전역 좌표 기반 인공 표식물 탐지기의 위치 좌표를, (ID, Δx, Δy, Δθ)는 인공 표식물 탐지기의 지역 좌표 기반 인공 표식물의 상대 위치 좌표 및 아이디를, (XT, YT, ΘT)는 전역 좌표 기반 인공 표식물의 위치 좌표를 각각 의미한다.
즉, 지도 작성 블록(114)에서는 해당 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 이용하여 해당 인공 표식물의 전역 좌표를 계산한 후 전역 좌표와 해당 인공 표식물의 ID를 지도 정보로서 데이터베이스(116)에 저장(등록)하게 된다.
여기에서, 인공 표식물의 지도 정보로서 저장되는 ID는 인공 표식물의 ID를, XT는 전역 좌표 상의 인공 표식물의 X축 위치 정보를, YT는 전역 좌표상의 인공 표식물의 Y축 위치 정보를, ΘT는 전역 좌표상의 인공 표식물의 설치 방향 정보를, ZT는 전역 좌표상의 인공 표식물의 Z축 위치(높이) 정보를 각각 나타낸다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 지도 작성 장치를 이용하여 광역 공간에 설치된 인공 표식물의 지도를 작성하는 일련의 과정에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라 이동체를 위한 인공 표식물의 지도를 작성하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 인코더(102), 레이저 센서(104) 및 인공 표식물 탐지기(106)가 장착된 이동체(306)가 광역 공간을 주행할 때(단계 202), 인코더(102)와 레이저 센서(104)를 통해 측정되는 환경 정보, 즉 이동체의 움직인 위치 정보와 인공 표식물이 설치된 주변 물들의 위치 정보가 위치 보정 블록(108)으로 전달되고, 위치 보정 블록(108)에서는 측정된 주변 물체들의 위치 정보를 이용하여 이동체의 위치를 보정한 후 이동체의 보정된 위치 정보와 주변 물체들의 위치 정보를 인공 표식물 탐색 블록(110)으로 전달한다(단계 206). 여기에서, 이동체의 위치 정보 보정은, 예컨대 칼만 확장 필터 등을 이용하여 수행될 수 있다.
그리고, 인공 표식물 탐지기(106)에서는 포인터를 이용한 트래킹을 통해 이동체에 인접하는 인공 표식물의 영상(카메라 또는 전파 탐지기를 통해 얻은 영상)을 촬상하여 인공 표식물 탐색 블록(110)으로 전달한다.
이에 응답하여 인공 표식물 탐색 블록(110)에서는, 인공 표식물이 탐색된 것으로 판단되면(단계 208), 이동체의 보정된 위치 정보, 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보, 인공 표식물의 영상 정보(영상 분석 정보)를 이용하여 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하여 데이터베이스(116)에 저장한 후(단계 210), 이를 지도 대상 판단 블록(112)으로 통지한다. 여기에서, 상대적 위치 정보 값은, 일 예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 인공 표식물 탐지기(106)의 중앙이 원점이 되어 인공 표식물이 설치된 위치까지의 상대적인 좌표인 (ID, Δx, Δy, Δ θ, Δz) 또는 (ID, Δd, Δθ, Δz) 형태로 측정될 수 있다.
다음에, 지도 대상 판단 블록(112)에서는, 인공 표식물 탐색 블록(110)으로부터의 통지에 응답하여 데이터베이스(116)를 탐색함으로써(단계 212), 탐색된 인공 표식물의 현재 탐지 ID가 이전 탐지 ID인지의 여부를 체크한다(단계 214).
상기 단계(214)에서의 체크 결과, 탐색된 인공 표식물의 현재 탐지 ID가 이전 탐지 ID가 아닌 것으로 판단될 때 처리는 후술하는 단계(220)로 진행되어 탐색된 인공 표식물에 대한 지도 작성 프로세스(해당 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 전역 좌표 값으로 계산하여 지도 정보로서 저장하는 프로세스)가 실행된다.
상기 단계(214)에서의 체크 결과, 탐색된 인공 표식물의 현재 탐지 ID가 이전 탐지 ID이면, 지도 대상 판단 블록(112)에서는 이동체와 탐색된 인공 표식물 사이의 현재 탐지 거리와 이전 탐지 ID에 해당하는 이전 탐지 거리를 비교한다(단계 216).
상기 단계(216)에서의 비교 결과, 현재 탐지 거리가 이전 탐지 거리보다 상대적으로 클 때 처리는 단계(218)를 경유하여 전술한 단계(204)로 진행되는데, 단계(218)에서는 해당 인공 표식물에 대해 산출한 상대적 위치 정보 값을 데이터베이스(116)에서 삭제시킨다.
한편, 단계(216)에서의 비교 결과, 현재 탐지 거리가 이전 탐지 거리보다 상대적으로 작을 때, 지도 대상 판단 블록(112)에서는 해당 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 지도 작성 블록(114)으로 통지한다.
이에 응답하여, 지도 작성 블록(114)에서는 데이터베이스(116)로부터 탐색된 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 인출하고, 이 인출된 상대적 위치 정보 값을 이용하여 탐색된 인공 표식물의 전역 좌표를 계산한 후(단계 220), 전역 좌표와 해당 인공 표식물의 ID를 지도 정보로서 데이터베이스(116)에 저장(등록)한다(단계 222).
즉, 본 발명에 따르면 , 상술한 바와 같이 이동체를 주행시키면서 자동으로 수행되는 일련의 프로세스를 통해 광역 공간에 설치된 인공 표식물들에 대한 전역 좌표와 ID를 계산하여 데이터베이스에 등록하는 방식으로 인공 표식물들에 대한 지도 정보를 작성하게 된다.
다음에, 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 작성한 인공 표식물 지도를 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따라 인공 표식물 지도를 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 이동체 위치 측정 장치의 블록구성도로서, 인코더(602), 레이저 센서(604), 인공 표식물 탐지기(606), 위치 보정 블록(608), 인공 표식물 탐색 블록(610), 이동체 위치 계산 블록(612) 및 지도 정보 DB(614) 등을 포함한다.
도 6을 참조하면, 도 1의 일부 구성부재들과 대응하는 각 구성부재, 즉 인코더(602), 레이저 센서(604), 인공 표식물 탐지기(606), 위치 보정 블록(608) 및 인공 표식물 탐색 블록(610)의 각 기능들은 도 1에 도시된 대응하는 각 구성부재들의 기능과 실질적으로 동일하다. 따라서, 명세서의 간결화를 위한 불필요한 중복기재를 피하기 위하여 여기에서는 이들 구성부재들에 대한 설명을 생략한다.
즉, 인공 표식물 탐색 블록(610)은, 광역 공간에서 인공 표식물이 탐색되면, 산출된 해당 인공 표식물의 ID를 포함하는 상대적 위치 정보 값(이동체로부터 인공 표식물까지의 상대 위치 정보 값)을 이동체 위치 계산 블록(612)으로 전달한다.
이에 응답하여, 이동체 위치 계산 블록(612)은 지도 정보 DB(614)를 탐색함으로써, 탐색된 인공 표식물의 ID가 지도 정보 DB(614)상에 존재하는지를 체크하고, ID가 존재할 때 지도 정보 DB(614)로부터 해당 인공 표식물의 전역 좌표 값(전역 좌표 위치 정보)을 인출하고, 이 인출된 전역 좌표 값과 탐색된 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 이용하여 이동체의 위치를 계산한다. 이를 위하여, 지도 정보 DB(614)에는 광역 공간상에 설치된 각 인공 표식물들에 대한 전역 좌표 값들이 저장되어 있다.
보다 상세하게, 이동체 위치 계산 블록(612)에서는 아래의 도 8 및 수학식 2를 이용하여 이동체의 위치를 계산한다. 즉, 도 8은 본 발명에 따라 인공 표식물 지도를 이용하여 인공 표식물의 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
[수학식 2]
ΘC=ΘT-Δθ
XC=XT-Δx·cos(Θc)+Δy·sin(Θc)
YC=YT-Δx·sin(Θc)-Δy·cos(Θc)
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 이동체 위치 측정 장치를 이용하여 광역 공간에 설치된 인공 표식물을 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 일련의 과정에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 따라 인공 표식물 지도를 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 단계 702 내지 710 각각의 처리는 전술한 도 2에 도시된 단계 202 내지 210의 대응하는 각 단계에서와 처리와 실질적으로 동일하다. 따라서, 명세서의 간결화를 위한 불필요한 중복기재를 피하기 위하여 여기에서는 이들 단계들에 대한 설명을 생략한다.
즉, 인공 표식물 탐색 블록(610)에서는 광역 공간에서 인공 표식물이 탐색되어 산출한 해당 인공 표식물의 ID를 포함하는 상대적 위치 정보 값(이동체로부터 인공 표식물까지의 상대 위치 정보 값)을 이동체 위치 계산 블록(612)으로 전달한다.
다음에, 이동체 위치 계산 블록(612)에서는 지도 정보 DB(614)를 탐색하여 탐색된 인공 표식물의 ID(탐지 ID)가 지도 정보 DB(614)상에 존재하는지를 체크하는데(단계 712, 714), 여기에서의 체크 결과 탐지 ID가 지도 정보 DB(614)에 존재하지 않는 ID인 것으로 판단되면, 처리는 단계(702)로 진행되어 그 이후의 과정을 처리하게 된다.
상기 단계(714)에서의 체크 결과, 탐지 ID가 지도 정보 DB(614)에 존재하는 ID인 것으로 판단되면, 이동체 위치 계산 블록(612)에서는 지도 정보 DB(614)로부터 해당 인공 표식물의 전역 좌표 값(전역 좌표 위치 정보)을 인출한다(단계 716).
이후, 이동체 위치 계산 블록(612)에서는 인출된 전역 좌표 값과 탐색된 인 공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 이용하여 이동체의 위치를 계산한다(단계 718).
따라서, 본 발명의 이동체 위치 측정 기법에 따르면, 이동체에 탑재시킨 인공 표식물 지도를 이용하여 이동체의 위치를 신속, 고정밀하게 측정할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치의 블록구성도,
도 2는 본 발명에 따라 이동체를 위한 인공 표식물의 지도를 작성하는 과정을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에 따라 이동체에 장착된 인공 표식물 탐지기를 통해 인공 표식물의 위치를 탐지하는 과정을 설명하기 위한 예시도,
도 4는 본 발명에 따라 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 것을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 본 발명에 따라 상대적 위치 정보 값을 이용하여 인용 표식물의 전역 좌표 값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도,
도 6은 본 발명에 따라 인공 표식물 지도를 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 이동체 위치 측정 장치의 블록구성도,
도 7은 본 발명에 따라 인공 표식물 지도를 이용하여 이동체의 위치를 측정하는 과정을 도시한 순서도,
도 8은 본 발명에 따라 인공 표식물 지도를 이용하여 인공 표식물의 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
102, 602 : 인코더
104, 604 : 레이저 센서
106, 606 : 인공 표식물 탐지기
108, 608 : 위치 보정 블록
110, 610 : 인공 표식물 탐색 블록
112 : 지도 대상 판단 블록
114 : 지도 작성 블록
116 : 데이터베이스
612 : 이동체 위치 계산 블록
614 : 지도 정보 DB

Claims (20)

  1. 이동체의 움직인 위치 정보와 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보 및 상기 인공 표식물의 영상을 획득하여 인공 표식물을 탐색하는 과정과,
    상기 탐색된 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 상대적 위치 정보 값을 이용하여 상기 인공 표식물의 전역 좌표를 계산하는 과정과,
    상기 계산된 전역 좌표와 상기 인공 표식물의 ID를 지도 정보로서 데이터베이스에 저장하는 과정
    을 포함하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐색하는 과정은,
    상기 이동체의 움직인 위치 정보를 측정하는 과정과,
    상기 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 과정과,
    상기 측정된 주변 물체들의 위치 정보를 이용하여 상기 이동체의 위치를 보정하여 상기 이동체의 보정된 위치 정보를 생성하는 과정과,
    상기 인공 표식물 탐지기를 통해 상기 인공 표식물의 영상을 획득하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정은, 확장 칼만 필터를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 인공 표식물의 영상은, 카메라를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 인공 표식물의 영상은, 전파 탐지기를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지도 작성 방법은,
    상기 전역 좌표를 계산하기 전에 상기 인공 표식물의 ID가 이전 탐지 ID인지를 체크하는 과정과,
    상기 체크의 결과, 상기 이전 탐지 ID가 아닐 때 상기 계산하는 과정 이후를 진행시키는 과정과,
    상기 체크의 결과, 상기 이전 탐지 ID일 때 상기 이동체와 인공 표식물 사이 의 현재 탐지 거리와 상기 이전 탐지 ID에 해당하는 이전 탐지 거리를 비교하는 과정과,
    비교 결과, 상기 현재 탐지 거리가 상기 이전 탐지 거리보다 상대적으로 작을 때 상기 계산하는 과정 이후를 진행시키는 과정
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    비교 결과, 상기 이전 탐지 ID이면서 상기 현재 탐지 거리가 상기 이전 탐지 거리보다 상대적으로 클 때 상기 탐색하는 과정부터 다시 수행하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  8. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대적 위치 정보 값은,
    상기 인공 표식물의 ID, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 x축 위치 정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 y축 위치 정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 설치방향 정보, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리 정보를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 방법.
  9. 이동체의 움직인 위치 정보와 인공 표식물이 설치된 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 환경 정보 획득 수단과,
    상기 인공 표식물의 영상을 획득하는 인공 표식물 탐지기와,
    상기 움직인 위치 정보와 주변 물체들의 위치 정보 및 상기 획득된 영상의 분석을 통해 상기 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 인공 표식물 탐지 블록과,
    상기 산출된 상대적 위치 정보 값을 이용하여 상기 인공 표식물의 전역 좌표를 계산하고, 이 계산된 전역 좌표와 상기 인공 표식물의 ID를 지도 정보로서 데이터베이스에 저장하는 지도 작성 수단
    을 포함하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 환경 정보 획득 수단은,
    상기 움직인 위치 정보를 측정하는 인코더와,
    상기 주변 물체들의 위치 정보를 측정하는 레이저 센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 지도 작성 장치는,
    상기 측정된 주변 물체들의 위치 정보를 이용하여 상기 이동체의 위치를 보정한 후 이를 상기 인공 표식물 탐지 블록으로 전달하는 위치 보정 블록
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동체의 위치 보정은, 확장 칼만 필터를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 인공 표식물 탐지기는, 카메라인 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 인공 표식물 탐지기는, 전파 탐지기인 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 지도 작성 수단은,
    상기 인공 표식물의 ID가 이전 탐지 ID가 아닐 때 상기 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 상기 지도 작성 블록으로 통지하고, 상기 인공 표식물의 ID가 상기 이전 탐지 ID이면서 상기 이동체와 인공 표식물 사이의 현재 탐지 거리가 상기 이전 탐지 ID에 해당하는 이전 탐지 거리보다 상대적으로 작을 때 상기 인공 표식물을 지도 작성 대상 인공 표식물로 분류하여 상기 지도 작성 블록으로 통지하는 지도 대상 판단 블록
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인공 표식물 탐지 블록은,
    상기 인공 표식물의 ID, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 x축 위치 정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 y축 위치 정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 설치방향 정보, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 상대적 위치 정보 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  17. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인공 표식물 탐지 블록은,
    상기 인공 표식물의 ID, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리정보, 상기 인공 표식물 탐지기의 위치 기준으로 상기 인공 표식물의 설치방향 정보, 상기 인공 표식물 탐지기와 인공 표식물 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 상대적 위치 정보 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체를 위한 인공 표식물의 지도 작성 장치.
  18. 이동체에 장착된 인공 표식물 탐지기를 통해 상기 이동체에 인접한 인공 표식물을 탐색하는 과정과,
    상기 탐색된 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 과정과,
    지도 정보 DB를 탐색하여 상기 탐지된 인공 표식물의 ID가 존재하는 지를 체크하는 과정과,
    상기 ID가 존재할 때 상기 지도 정보 DB로부터 상기 탐색된 인공 표식물의 전역 좌표 값을 인출하는 과정과,
    상기 산출된 상대적 위치 정보 값과 상기 인출된 전역 좌표 값을 이용하여 상기 이동체의 위치를 계산하는 과정
    을 포함하는 이동체 위치 측정 방법.
  19. 다수의 인공 표식물에 대한 전역 좌표 값을 저장하는 지도 정보 DB와,
    이동체의 주행하는 공간에서 인공 표식물의 영상을 획득하는 인공 표식물 탐지기와,
    상기 획득된 영상의 분석을 통해 상기 인공 표식물의 상대적 위치 정보 값을 산출하는 인공 표식물 탐지 블록과,
    상기 지도 정보 DB를 탐색하여 상기 인공 표식물의 ID가 존재하는 지를 체크하고, 상기 ID가 존재할 때 상기 지도 정보 DB로부터 해당 인공 표식물의 전역 좌표 값을 인출하고, 상기 산출된 상대적 위치 정보 값과 상기 인출된 전역 좌표 값을 이용하여 상기 이동체의 위치를 계산하는 이동체 위치 계산 블록
    을 포함하는 이동체 위치 측정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 인공 표식물 탐지기는, 카메라 또는 전파 탐지기인 것을 특징으로 하는 이동체 위치 측정 장치.
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