KR20120041934A - 지능 로봇의 복수 물체에 대한 위치 및 형태 정보 감지 장치 및 방법 - Google Patents

지능 로봇의 복수 물체에 대한 위치 및 형태 정보 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지능 로봇에 탑재되어 전방의 복수 물체에 대한 정보를 감지하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 장치는 지능 로봇에 탑재되어 초음파를 전방으로 발신하는 한 개의 초음파 발신기, 발신된 초음파에 대해 반사체로부터 각각 반사되는 초음파를 수신하는 복수의 초음파 수신기, 초음파 발신기 및 초음파 수신기의 동작을 제어하고 수신된 초음파를 이용하여 반사체의 정보를 감지하기 위한 동작을 제어하는 제어부, 제어부의 제어에 따라 각각의 초음파 수신기에 수신된 초음파에 대한 전달시간을 산출하는 초음파 전달시간 산출부, 초음파 수신기별로 각각 하나의 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하고, 각 그룹별로 서로 다른 조합을 갖는 2개의 초음파 전달시간을 통해 반사체에 대한 복수의 위치값을 계산하여 반사체의 위치를 산출하는 위치 산출부, 각 그룹별로 선택된 조합을 통해 계산된 반사체의 위치값들에 대한 각 그룹별 표준편차를 산출하여 최소값 순으로 반사체의 개수에 대응하는 개수를 선택하는 표준편차 산출부, 및 선택된 최소값의 표준편차가 포함된 그룹의 산출된 반사체 위치를 반사체 정보로 획득하는 반사체 정보 획득부를 포함하며, 이에 의해 획득한 복수의 물체 정보를 통해 지능 로봇이 주행시 물체에 충돌하는 것을 회피할 수 있다.

Description

지능 로봇의 복수 물체에 대한 위치 및 형태 정보 감지 장치 및 방법{Apparatus and Method for tracking position and shape of multi target of an Intelligence Robot}
본 발명은 지능 로봇의 주변에 존재하는 복수 물체의 위치 및 형태 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 물체에 대한 위치 및 형태 정보를 추적할 수 있는 지능 로봇의 복수 물체 위치 및 형태 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지능 로봇은 주어진 목적을 수행하기 위해 일정 공간 내에서 자율적으로 주행을 실시하는 전자 기기이다. 최근 들어, 지능 로봇의 자율주행을 위한 주변에 대한 환경인식과 관련된 기술 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중에서도 지능 로봇의 주행 방향에 위치하는 물체와의 충돌방지를 위해, 주변 물체의 위치 정보를 파악하는 다중 물체 추적 기술이 중요한 기술로서 다양한 연구가 수행되어 지고 있다. 이러한 지능 로봇의 다중 물체 추적을 위해 주변에 위치하는 물체를 감지하여 추적하는 접촉센서, 초음파 센서, 적외선센서, 레이저센서, 레이저스캐너, 및 비전센서를 이용한 다중 물체 추적 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이와 같은 센서들을 이용한 다중 물체 추적 기술에 대해 간략히 언급하면 다음과 같다. 지능 로봇의 외부면에 접촉센서가 설치된 경우, 주행중인 지능 로봇의 이동 속도가 0[m/s]에 가까울수록 접촉센서에 의해 주위 물체의 전체를 수동적으로 파악하는 것이 가능하다. 그러나 이 경우 접촉센서의 물체 감지 성능을 유지하도록 하기 위해 지능 로봇의 주행속도를 높일 수 없다는 단점이 있다. 이에 의해 접촉센서는 최종적 충돌지점의 파악을 위한 안전센서용으로 주로 사용된다.
지능 로봇에 초음파센서를 설치한 경우, 초음파 센서의 지향각에 의해 물체의 정확한 방위각을 알 수 없다는 문제가 있다. 이 때문에 초음파 센서는 접한 물체의 감지용으로 주로 이용된다. 따라서 초음파센서가 설치된 지능 로봇은 다수의 물체가 혼재된 상태에서 초음파센서를 이용한 사전 자율주행계획을 세우는 것이 어려운 단점이 있다.
지능 로봇에 적외선센서가 설치된 경우, 적외선센서가 저가로 구성이 가능하며 직진성이 강해 많이 사용되고 있다. 그러나 적외선센서는 물체의 표면조건에 따라 오검출 빈도가 높고, 전방위 검출을 위해 지나치게 많은 수의 센서가 요구되는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 적외선센서는 유리와 같은 신호의 투과성 물체에 대한 검출이 곤란한 단점이 있다. 이를 해결하기 위해, 적외선센서는 접촉센서 또는 초음파 센서와 같이 사용되는 경우가 많다.
지능 로봇에 레이저센서가 설치된 경우, 레이저센서를 통해 가장 정확하게 거리를 측정할 수 있으나, 측정각도가 0°에 가까우므로 충돌회피를 위해서는 전방위 측정이 필요해 주로 레이저 스캐너의 형식으로 사용된다. 그러나 레이저센서는 고가이며 회전에 따른 시간이 많이 소요되고, 측정된 자료의 3차원 재구성을 위해서 많은 시간이 소요되므로 고성능의 연산기가 요구된다.
한편, 초음파 센서를 이용하는 경우, 일정한 각도로 퍼지는 현상, 즉 큰 지향각을 가짐에 따라 물체가 정확하게 어느 각도에 존재하는지 알 수 없다. 따라서 2개 이상의 수신기를 이용하여 삼각측량법에 의해 물체의 거리 및 방위각을 알 수 있는 기술이 개발되고 있다.
그런데, 이 경우에도 2개 이상의 물체가 존재하는 경우, 각각의 물체가 2개 이상의 초음파 수신기에 동시에 반사파를 발생하기 때문에 수신기에는 더 많은 수의 초음파신호가 수신되게 된다. 이 경우 어느 수신기에 수신된 초음파신호가 어느 물체로부터 반사된 것인지를 파악하고, 이를 통해 초음파신호를 반사한 물체의 위치정보를 알아낼 필요가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 초음파 센서를 이용하여 복수의 물체에 대한 위치정보를 추적할 수 있는 지능 로봇의 복수 물체 감지 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 한 개의 초음파 센서에 의해 발신된 한 개의 초음파신호에 대해 다수의 물체로부터 반사되는 초음파신호를 다수의 초음파 센서로 동시에 수신하여 각 초음파신호와 수신기와의 연결 관계를 통해 다수의 물체에 대한 위치 및 형태 정보를 획득할 수 있는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 지능 로봇에 탑재되어 전방의 복수 물체에 대한 정보를 감지하는 장치는, 상기 지능 로봇의 진행 방향 상부에 탑재되어 초음파를 전방으로 발신하는 한 개의 초음파 발신기; 발신된 상기 초음파에 대해 반사체로부터 각각 반사되는 초음파를 수신하는 복수의 초음파 수신기; 상기 초음파 발신기 및 상기 초음파 수신기의 동작을 제어하고, 수신된 상기 초음파를 이용하여 상기 반사체의 정보를 감지하기 위한 동작을 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 각각의 상기 초음파 수신기에 수신된 상기 초음파에 대한 전달시간을 산출하는 초음파 전달시간 산출부; 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하고, 각 그룹별로 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 통해 상기 반사체에 대한 복수의 위치값을 계산하여 상기 반사체의 위치를 산출하는 위치 산출부; 각 그룹별로 선택된 조합을 통해 계산된 상기 반사체의 위치값들에 대한 상기 각 그룹별 표준편차를 산출하여 최소값 순으로 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 선택하는 표준편차 산출부; 및 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 산출된 상기 반사체 위치를 상기 반사체 정보로 획득하는 반사체 정보 획득부를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 상기 위치 산출부는 상기 반사체의 형태별로 구분하여 상기 반사체의 위치를 산출하고, 상기 반사체 정보 획득부는 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 형태를 상기 반사체 정보로 더 획득한다.
본 실시예에서 상기 반사체의 위치 정보는 상기 초음파 발신기로부터 상기 반사체까지의 거리 및 방위각 정보를 포함한다. 또한, 상기 반사체의 형태는 점상 형태 또는 판상 형태로 획득된다.
본 실시예에서 상기 위치 산출부는, 산출한 상기 초음파 전달시간으로부터 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하는 그룹핑부; 그룹핑된 각 그룹에 대해 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 각 조합별로 상기 반사체에 대한 위치값을 계산하는 위치 계산부; 및 상기 그룹별로 계산된 상기 위치값의 평균을 상기 반사체의 위치로 획득하는 위치 획득부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 표준편차 산출부는, 상기 그룹별로 계산된 상기 위치값들에 대한 표준편차를 계산하는 표준편차 계산부; 그룹별로 계산된 상기 표준편차를 전체 그룹에 대해 최소값 또는 최대값 순으로 정렬하는 정렬부; 및 정렬된 상기 표준편차 값들 중에서 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 최소값을 갖는 표준편차 순으로 선택하는 선택부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 감지 장치는, 상기 반사체 정보 획득부에서 획득한 상기 반사체 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하여 구성된다. 이에 따라, 상기 제어부는, 저장된 상기 반사체 정보를 기초로 상기 지능 로봇의 주행 계획을 세우고 주행 방향을 제어한다.
본 실시예에서 상기 초음파 전달시간 산출부는, 상기 반사체가 N개의 점상 형태인 것으로 가정하고 상기 초음파 수신기가 M개인 경우, 아래 수학식을 이용하여 상기 초음파 전달시간을 산출한다.
Figure pat00001
여기서, c=초음파 속도, TOF=초음파 전달시간, n=1,2, ..., N, m=1,2, ..., M, x=초음파 수신기 거리, ln=n번 반사체와 로봇 사이의 거리, l(n,m)은 n번 반사체와 m번 초음파 센서 사이의 거리임.
이때, 상기 위치 산출부는, 상기 점상 형태의 반사체에 대해 아래 수학식을 이용하여 상기 그룹별 상기 점상 반사체의 위치를 산출한다.
Figure pat00002
여기서, l=반사체와 로봇 사이의 거리, θ=방위각, TOF=초음파 전달시간, n=반사체(1,2, ..., N), m=초음파 수신기(1,2, ..., M), xm=초음파 수신기 m의 위치임.
한편, 상기 초음파 전달시간 산출부는, 상기 반사체가 N개의 판상 형태인 것으로 가정하고 상기 초음파 수신기가 M개인 경우, 아래 수학식을 이용하여 상기 초음파 전달시간을 산출한다.
Figure pat00003
여기서, c=초음파 속도, TOF=초음파 전달시간, n=1,2, ..., N, m=1,2, ..., M, x=초음파 수신기 거리임.
이때, 상기 위치 산출부는, 상기 판상 형태의 반사체에 대해 아래 수학식을 이용하여 상기 그룹별 상기 판상 반사체의 위치를 산출한다.
Figure pat00004
여기서, l=거리, θ=방위각, TOF=초음파 전달시간, n=반사체(1,2, ..., N), m=초음파 수신기(1,2, ..., M), x=초음파 수신기 거리임.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복수 물체 감지 방법은, 지능 로봇에 탑재된 초음파 발신기 및 복수의 초음파 수신기, 초음파 전달시간 산출부, 위치 산출부, 표준편차 산출부, 반사체 정보 획득부, 및 제어부를 포함하여 구성되는 장치의 복수 물체 감지하는 방법에 있어서, 상기 제어부가, a) 상기 초음파 발신기를 제어하여 상기 지능 로봇의 진행 방향으로 초음파를 발신하는 단계; b) 발신된 상기 초음파에 대해 반사체로부터 각각 반사되는 초음파를 상기 복수의 초음파 수신기를 제어하여 수신하는 단계; c) 상기 초음파 전달시간 산출부를 제어하여 각각의 상기 초음파 수신기에 수신된 상기 초음파에 대한 전달시간을 산출하는 단계; d) 상기 위치 산출부를 제어하여 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하고, 각 그룹별로 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 통해 상기 반사체에 대한 복수의 위치값을 계산하여 상기 반사체의 위치를 각각 산출하는 단계; e) 상기 표준편차 산출부를 제어하여 각 그룹별로 선택된 조합을 통해 계산된 상기 반사체의 위치값들에 대한 상기 각 그룹별 표준편차를 산출하여 최소값 순으로 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 선택하는 단계; 및 f) 상기 반사체 정보 획득부를 제어하여 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 산출된 상기 반사체 위치를 상기 반사체 정보로 획득하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 실시예의 상기 d) 단계에서 상기 제어부가 상기 위치 산출부를 제어하여 상기 반사체의 형태별로 구분하여 상기 반사체의 위치를 산출하고, 이에 따라, 상기 f) 단계에서 상기 제어부가 상기 반사체 정보 획득부를 제어하여 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 형태를 상기 반사체 정보로 더 획득한다.
본 실시예에서 상기 d) 단계는, 상기 제어부가 상기 위치 산출부를 제어하여, 산출한 상기 초음파 전달시간으로부터 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하는 단계; 그룹핑된 각 그룹에 대해 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 각 조합별로 상기 반사체에 대한 위치값을 계산하는 단계; 및 상기 그룹별로 계산된 상기 위치값의 평균을 상기 반사체의 위치로 획득하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 상기 e) 단계는, 상기 제어부가 상기 표준편차 산출부를 제어하여, 상기 그룹별로 계산된 상기 위치값들에 대한 표준편차를 계산하는 단계; 그룹별로 계산된 상기 표준편차를 전체 그룹에 대해 최소값 또는 최대값 순으로 정렬하는 단계; 및 정렬된 상기 표준편차 값들 중에서 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 최소값을 갖는 표준편차 순으로 선택하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 복수의 반사체로부터 반사되어 복수의 초음파 수신기에 수신된 초음파신호들에 대해 각각의 초음파 전달시간을 산출하고 산출한 초음파 전달시간 중에서 초음파 수신기에 대응하여 점상 및 면상 반사체 형태 별로 하나씩 선택하여 서로 다른 조합을 갖는 그룹을 구성하고 각 그룹들에 대해 2개씩 신호를 선택하는 조합을 통해 점상 및 면상 반사체에 대한 위치를 계산하고 표준편차를 계산한 후 전체 그룹에 대해 표준편차가 최소값을 갖는 값을 각 초음파 수신기에 수신된 초음파신호의 종류에 대응하는 개수만큼 선택하여 이에 대응되는 위치 및 형태를 복수의 반사체에 대한 위치 및 형태 정보로 획득함으로써, 지능 로봇의 주행시 반사체에 충돌하는 것을 회피하면서 주행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전방향에 위치하는 반사체에 대한 위치 및 형태 정보를 미리 획득하기 때문에, 지능 로봇의 현재 위치를 기준으로 사전에 지능 로봇의 주행계획을 세울 수 있는 효과가 있다.
도 1은 1개의 초음파 송신기에서 발신된 초음파 신호가 점상(원기둥) 형태의 물체로부터 반사된 후 2개의 초음파 수신기에 수신되는 것을 나타낸 개념도이다.
도 2는 1개의 초음파 송신기에서 발신된 초음파 신호가 면상(벽면) 형태의 물체로부터 반사된 후 2개의 초음파 수신기에 수신되는 것을 나타낸 개념도이다.
도 3은 1개의 초음파 송신기에서 발신된 초음파 신호가 2개의 반사체로부터 반사된 후 5개의 초음파 수신기에 수신되는 것을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능 로봇의 복수 물체의 위치 및 형태 정보 감지 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 4의 장치를 이용한 지능 로봇의 복수 물체의 위치 및 형태 정보 감지 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 복수의 물체에 대한 실제 위치 정보와 도 4의 장치를 이용하여 검출한 위치 정보의 실험 결과 값을 비교한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 초음파 발신기를 통해 발신된 한 개의 초음파신호에 대해 다수의 물체로부터 반사되는 초음파신호를 다수의 초음파 수신기를 이용하여 취득함으로써, 각각 수신된 초음파신호를 각각의 반사물체와의 연결 관계를 수학적으로 산출하여 삼각법의 역변환에 의한 물체의 위치 및 형태 정보를 정확하게 획득하는 방법을 개시한다. 이를 위해 본 발명은 지능 로봇에 탑재한 초음파 센서를 이용하여 지능 로봇 주위에 존재하는 물체의 위치정보(거리 및 방위각도) 및 형태정보(점상 및 판상)를 파악함에 있어, 초음파 센서만을 이용하여 지능 로봇 주위에 있는 다수의 물체를 단 일회의 초음파 센서 구동을 통해 파악할 수 있는 방법을 개시한다.
도 1은 1개의 초음파 송신기에서 발신된 초음파 신호가 점상(원기둥) 형태의 물체로부터 반사된 후 2개의 초음파 수신기에 수신되는 것을 나타낸 개념도이다.
도시된 도 1의 (a)와 같이, 한 개의 초음파 송신기(Tx)(12) 및 초음파 송신기(Tx)(12)와 수평하게 양측에 배치되는 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(14,16)는 지능 로봇의 일측에 설치된다. 이와 같이 설치된 한 개의 초음파 송신기(Tx)(12) 및 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(14,16)를 이용하여 물체1(10)의 위치정보를 구하는 방식에 대해 설명한다.
도시된 도1의 (b)에 따르면, 초음파 송신기(Tx)(12)를 기준으로 x1, x2에 위치하는 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(14,16)에서 얻어지는 초음파 전달시간(Time Of Flight: TOF) TOF(1,1) 및 TOF(1,2)은 다음 수식과 같이 구해질 수 있다. 여기서, TOF(1,1)은 초음파 송신기(Tx)(12)로부터 발신되어 물체1(10)에 반사되어 x1에 위치하는 초음파 수신기(Rx1)(14)에 수신된 초음파 신호에 대한 전달시간을 말한다. 또한, TOF(1,2)은 초음파 송신기(Tx)(12)로부터 발신되어 물체1(10)에 반사되어 x2에 위치하는 초음파 수신기(Rx2)(16)에 수신된 초음파 신호에 대한 전달시간을 말한다.
한 개의 초음파 송신기(Tx)(12)에서 발신된 초음파 신호가 위치정보(거리(l1), 방위각(θ1))를 알고 있는 점상 반사체(10)로부터 반사되어 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(i)(14,16)에 수신된 경우, 삼각법에 의해 각 수신기(i)에 수신된 두 개의 초음파 전달시간(TOF)을 산출하는 것을 아래 수학식 1에 의해 얻을 수 있다.
Figure pat00005
여기서, c는 초음파 속도이고, x는 초음파 발신기로부터 초음파 수신기까지의 거리를 나타낸다.
도 2는 1개의 초음파 송신기에서 발신된 초음파 신호가 면상(벽면) 형태의 물체로부터 반사된 후 2개의 초음파 수신기에 수신되는 것을 나타낸 개념도이다.
도시된 도 2의 (a)와 같이, 한 개의 초음파 송신기(Tx)(12) 및 초음파 송신기(Tx)(12)와 수평하게 양측에 배치되는 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(14,16)는 지능 로봇의 일측에 설치된다. 이와 같이 설치된 한 개의 초음파 송신기(Tx)(12) 및 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(14,16)를 이용하여 물체2(20)의 위치정보를 구하는 방식에 대해 설명한다.
도시된 도2의 (b)에 따르면, 초음파 송신기(Tx)(12)를 기준으로 x1, x2에 위치하는 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(14,16)에서 얻어지는 초음파 전달시간 TOF(1,1) 및 TOF(1,2)은 다음 수식과 같이 구해질 수 있다. 여기서, TOF(1,1)은 초음파 송신기(Tx)(12)로부터 발신되어 물체2(20)에 반사되어 x1에 위치하는 초음파 수신기(Rx1)(14)에 수신된 초음파 신호에 대한 전달시간을 말한다. 또한, TOF(1,2)은 초음파 송신기(Tx)(12)로부터 발신되어 물체2(20)에 반사되어 x2에 위치하는 초음파 수신기(Rx2)(16)에 수신된 초음파 신호에 대한 전달시간을 말한다.
한 개의 초음파 송신기(Tx)(12)에서 발신된 초음파 신호가 위치정보(거리(l1), 방위각(θ1))를 알고 있는 판상 반사체(20)로부터 반사되어 두 개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2)(i)(14,16)에 수신된 경우, 삼각법에 의해 각 수신기(i)에 수신된 두 개의 초음파 전달시간(TOF)을 산출하는 것을 아래 수학식 2에 의해 얻을 수 있다.
Figure pat00006
여기서, c는 초음파 속도이고, x는 초음파 발신기로부터 초음파 수신기까지의 거리를 나타낸다. D
이때, 초음파 전달시간 TOF(1,1) 및 TOF(1,2)를 획득한 경우, 반사체의 위치 정보(l,θ)를 아래 수식을 통해 산출하여 획득할 수 있다.
먼저, 반사체가 도 1과 같이 점상 반사체인 경우에는 아래 수학식 3에 의해 점상 반사체(10)의 위치정보(l1,θ1)를 획득할 수 있다.
Figure pat00007
여기서, n은 점상 반사체 개수(1,2, ... , N)이고, m은 점상 반사체로부터 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신기 개수(1,2, ... , M)이다.
한편, 반사체가 도 2와 같이 면상 반사체인 경우에는 아래 수학식 4에 의해 면상 반사체(20)의 위치정보(l1,θ1)를 획득할 수 있다.
Figure pat00008
여기서, n은 면상 반사체 개수(1,2, ... , N)이고, m은 면상 반사체로부터 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신기 개수(1,2, ... , M)이다.
본 실시예에서 반사체의 개수는 초음파 수신기에 수신되는 신호의 개수(종류)에 대응하여 결정된다. 즉, 하나의 초음파 수신기에 수신되는 초음파가 하나의 종류이면 하나의 반사체, 수신된 초음파가 두 종류이면 두 개의 반사체로부터 초음파가 반사된 것으로 결정된다.
도 1 및 도 2를 확장하여 반사체가 2개이고 초음파 수신기가 5개인 경우, 발신된 초음파의 전달시간은 도 3과 같이 나타낼 수 있다. 도 3은 1개의 초음파 송신기에서 발신된 초음파 신호가 2개의 반사체로부터 반사된 후 5개의 초음파 수신기에 수신되는 것을 나타낸 개념도이다.
도시된 도 3의 (a)와 같이, 한 개의 초음파 송신기(Tx)(31) 및 초음파 송신기(Tx)(31)와 수평하게 일정 간격으로 배치되는 5개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5)(32,33, 34, 35, 36)는 지능 로봇의 전면부에 전방을 향하도록 설치된다.
도시된 도3의 (b)에 따르면, 초음파 송신기(Tx)(31)를 기준으로 x1, x2, x3, x4, x5에 위치하는 5개의 초음파 수신기(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5)(32,33, 34, 35, 36)에는, 각각 제1 반사체(30) 및 제2 반사체(40)로부터 반사되어 수신되는 2개씩의 초음파로부터 2개의 전달시간을 각각 얻을 수 있다.
도면에서와 같이, 제1 초음파 수신기(Rx1)(32)를 통해서는 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제1 반사체(30)에서 반사되어 제1 초음파 수신기(Rx1)(32)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(1,1))과, 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제2 반사체(40)에서 반사되어 제1 초음파 수신기(Rx1)(32)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(2,1))을 얻을 수 있다.
제2 초음파 수신기(Rx2)(33)를 통해서는 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제1 반사체(30)에서 반사되어 제2 초음파 수신기(Rx2)(33)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(1,2))과, 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제2 반사체(40)에서 반사되어 제1 초음파 수신기(Rx2)(33)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(2,2))을 얻을 수 있다.
제3 초음파 수신기(Rx3)(34)를 통해서는 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제1 반사체(30)에서 반사되어 제3 초음파 수신기(Rx3)(34)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(1,3))과, 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제2 반사체(40)에서 반사되어 제3 초음파 수신기(Rx3)(34)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(2,3))을 얻을 수 있다.
제4 초음파 수신기(Rx4)(35)를 통해서는 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제2 반사체(40)에서 반사되어 제4 초음파 수신기(Rx4)(35)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(2,4))과, 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제1 반사체(30)에서 반사되어 제4 초음파 수신기(Rx4)(35)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(1,4))을 얻을 수 있다.
제5 초음파 수신기(Rx5)(36)를 통해서는 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제2 반사체(40)에서 반사되어 제5 초음파 수신기(Rx5)(36)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(2,5))과, 초음파 발신기(Tx)(31)로부터 발신되어 제1 반사체(30)에서 반사되어 제5 초음파 수신기(Rx5)(36)에 수신되는 초음파의 전달시간(TOF(1,5))을 얻을 수 있다.
이러한 초음파 수신기(i=1,2, ... , 5)에 수신된 초음파를 이용하여 얻은 초음파 전달시간을 통해 제1 반사체의 위치정보(l1,θ1) 및 제2 반사체에 대한 정보(l2,θ2)를 획득하는 방법에 대해 간략하게 설명한다.
먼저, 각각의 초음파 수신기에 수신된 초음파에 대응하여 얻은 초음파 전달시간을 초음파 수신기별로 한 개씩 선택하여 M개(M=초음파 수신기의 개수(5개))의 전달시간을 한 묶음으로 그룹핑한다.
그룹별로 M개의 초음파 전달시간 중에서 임의의 두 개의 전달시간을 선택하여 경우에 수에 대한 모든 조합을 통해 각각 물체의 위치를 계산한다. 이 경우 모두 'MC2'개(=10개)(M=초음파 수신기의 개수(5개))의 위치값을 구할 수 있다. 반사체의 위치값은 거리(l) 및 방위각(θ) 정보를 포함하기 때문에, 반사체의 위치값을 위치벡터(
Figure pat00009
)라고 할 때 그룹별로 이 위치벡터들간의 표준편차(σ)는 아래 수학식 5에 의해 구할 수 있다.
Figure pat00010
본 실시예에서 반사체가 N개, 초음파 수신기가 M개 있을 경우, 각각의 반사체로부터 초음파가 반사되어 각각의 초음파 수신기에 반사된 초음파가 수신되므로, 모두 'N×M'개의 초음파 전달시간(TOF)을 얻을 수 있다. 'N×M' 개의 초음파 전달시간에서 서로 다른 조합을 갖는 M개의 초음파 전달시간을 선택하는 과정을 반복하여 각각 수학식 5와 같은 표준편차를 구함으로써, 최소의 표준편차 값을 갖는 초음파 전달시간의 위치벡터를 획득할 수 있게 된다.
본 실시예에서 초음파 전달시간을 이용하여 반사체의 위치정보를 구하는 역변환의 경우, 반사체를 점상(원기둥) 형태 및 판상(벽) 형태의 두 가지를 대상으로 각각 위치정보 및 표준편차를 구한 후, 전체적으로 최소 표준편차 값을 갖는 반사체의 위치정보 및 반사체의 형태(종류)를 구할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지능 로봇의 복수 물체의 위치 및 형태 정보 감지 장치를 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이, 지능 로봇의 복수 물체의 위치 및 형태 정보 감지 장치는, 초음파 발신기(110), 복수의 초음파 수신기(121,122, 123, 124, 125), 제어부(210), 초음파 전달시간 산출부(220), 그룹핑부(230), 위치 계산부(240), 위치 획득부(250), 표준편차 계산부(260), 정렬부(270), 선택부(280), 반사체정보 획득부(290), 및 저장부(295)를 포함하여 구성된다.
초음파 발신기(110)는 전방을 향해 초음파를 발신하고, 복수의 초음파 수신기(121,122, 123, 124, 125)는 발신된 초음파가 복수의 반사체에 의해 반사되어 각각 돌아오는 초음파를 수신한다.
제어부(210)는 초음파를 이용한 반사체의 위치 및 형태 정보를 감지하기 위한 전반적인 동작을 제어한다. 본 실시예에서 제어부(210)는 초음파를 발신하고 반사되는 초음파를 수신하기 위한 초음파 발신기(110) 및 초음파 수신기(121,122, 123, 124, 125)의 동작을 제어하며, 감지된 반사체의 위치 및 형태 정보에 기초한 지능 로봇의 주행 동작을 제어한다.
초음파 전달시간 산출부(220)는 초음파 수신기(121,122, 123, 124, 125)에 수신된 초음파를 이용하여 초음파 발신기(110)로부터 발신되어 각 반사체로부터 반사되어 수신된 초음파의 전달시간을 산출한다. 이때 초음파 전달시간 산출부(220)는 점상 반사체 및 면상 반사체에 대응하여 초음파 전달시간 산출을 위해 수학식 1 및 수학식 2를 이용한다.
그룹핑부(230)는 산출된 점상 반사체 및 면상 반사체의 각 초음파 전달시간을 각 초음파 수신기 별로 하나씩 선택하여 서로 다른 조합을 갖는 그룹으로 그룹핑한다.
위치 계산부(240)는 그룹핑된 각각의 그룹에 대해 모든 경우의 수에 대해 서로 다른 조합을 갖는 2개의 초음파 전달시간을 선택하여 점상 반사체 및 면상 반사체에 대한 위치를 각각 계산한다. 이때 위치 계산부(240)는 점상 반사체 및 면상 반사체에 대응하여 위치값을 계산하기 위해 수학식 3 및 수학식 4를 이용한다.
위치 획득부(250)는 각 그룹별로 산출된 점상 반사체 및 면상 반사체 별로 위치값들의 평균값을 통해 점상 반사체 및 면상 반사체의 각 그룹별 위치를 획득한다.
표준편차 계산부(260)는 각 그룹별로 산출된 점상 반사체 및 면상 반사체 별로 위치값들의 표준편차를 각각 계산한다. 이때 표준편차 계산부(260)는 각 그룹별로 점상 반사체 및 면상 반사체의 표준편차를 계산하기 위해 수학식 5를 이용한다.
정렬부(270)는 각 그룹별로 점상 반사체 및 면상 반사체에 대해 계산된 표준편차 값을 크기순으로 정렬한다. 선택부(280)는 정렬된 표준편차 값이 가장 작은 값 순으로 2개를 선택한다. 반사체정보 획득부(290)는 선택된 각 표준편차에 대응하는 반사체의 위치 및 형태 정보를 확인하고, 확인된 정보를 반사체의 위치 및 형태 정보를 획득한다.
저장부(295)는 지능 로봇의 동작 및 주행에 관련된 정보를 저장하고, 본 실시예에 따라 감지한 반사체의 위치 및 형태 정보를 저장한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 4의 장치를 이용한 지능 로봇의 복수 물체의 위치 및 형태 정보 감지 방법을 도시한 흐름도이다.
도면을 참조한 본 발명의 실시예에서는 1개의 초음파 발신기, 5개의 초음파 수신기(m), 및 2개의 점상 반사체(n)로 구성된 상황을 가정하여 반사체의 정보(위치 및 형태)를 획득하는 방법에 대해 설명한다. 본 실시예에서 1개의 초음파 발신기는 (x,y)=(0,0)에 위치하고, 5개의 초음파 수신기(M)는 각각 (x,y)=(-0.2,0), (-0.1,0), (0,0), (0.1,0), (0.2,0)에 위치한다고 저장하며, 단위는 [m](미터)이다. 2개의 반사체(N)는 각각
Figure pat00011
1(l1=0.6,θ1=-2),
Figure pat00012
2(l2=0.63,θ2=3)에 위치한다고 가정하며, 단위는 '°'(도)이다.
도시된 바와 같이, 먼저 초음파 발신기(110)는 제어부(210)의 제어에 따라 초음파를 전방으로 발신한다(S110). 초음파 수신기(121,122,123,124,125)는 초음파 발신기(110)로부터 발신되어 반사체에 반사되어 전송되는 초음파를 각각 수신한다(S120). 본 실시예에서 중앙에 위치한 초음파 발신기(110)로부터 발신된 초음파는 2개의 반사체에 의해 반사되어 5개의 초음파 수신기(121,122,123,124,125)에 각각 수신된다. 이에 따라, 5개의 초음파 수신기(121,122,123,124,125)는 2개의 반사체로부터 각각 1개씩 초음파를 수신하여, 초음파 수신기(121,122,123,124,125) 전체적으로 10개의 초음파를 수신한다.
초음파 전달시간 산출부(220)는 초음파 발신기(110)로부터 발신되어 반사체로부터 반사되어 각 초음파 수신기(121,122,123,124,125)에 수신되는 각 초음파의 전달시간(TOF)을 산출한다(S130). 이렇게 산출되는 초음파 전달시간은 아래 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
초음파 수신기 위치(x,y) 제1 반사체로부터 전달시간(TOF(1,n)) 제2 반사체로부터 전달시간(TOF(2,n))
Rx1 (-0.2,0) TOF(1,1)=1.2258 TOF(2,1)=1.3009
Rx2 (-0.1,0) TOF(1,2)=1.2048 TOF(2,2)=1.2730
Rx3 (0,0) TOF(1,3)=1.2000 TOF(2,3)=1.2600
Rx4 (0.1,0) TOF(1,4)=1.2117 TOF(2,4)=1.2627
Rx5 (0.2,0) TOF(1,5)=1.2390 TOF(2,5)=1.2809
이와 같이, 발신된 하나의 초음파에 대해 2개의 반사체로부터 반사되어 5개의 초음파 수신기(121,122,123,124,125)에 수시된 초음파들에 대한 전달시간은 10개를 얻을 수 있다.
이후 그룹핑부(230)는 각 초음파 수신기(121,122,123,124,125)에 대응하는 초음파 전달시간(10개) 중에서 초음파 수신기(121,122,123,124,125)별로 하나씩 선택하여 서로 다른 5개의 조합으로 구성되는 그룹들을 구성한다(S140). 이에 따라 32개의 그룹을 구성할 수 있다. 아래 표 2는 서로 다른 5개의 조합으로 구성되는 하나의 그룹 예를 나타낸 것이다.
초음파 수신기 Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5
1번 조합 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5)
초음파 전달시간 1.2258 1.2048 1.2000 1.2117 1.2390
본 실시예에서는 반사체가 점상인 경우와 판상인 경우를 모두 고려하여 반사체의 위치 및 형태 정보를 감지한다.
이에 따라, 위치 계산부(240)는 S140 단계에서 구성한 각 그룹에 대하여 서로 다른 조합을 갖는 2개의 초음파 전달시간을 선택하여 수학식 3을 이용하여 점상 반사체의 위치를 계산한다(S150). 이를 통해, 각 그룹별로 10개의 점상 반사체 위치를 계산할 수 있다.
이로부터 위치 획득부(250)는 각 그룹별로 계산된 10개의 점상 반사체 위치값의 평균값을 계산하여 그 결과 값을 해당 그룹의 점상 반사체의 위치로 획득한다(S160).
아래 표 3은 표 2의 조합으로부터 2개의 초음파 전달시간을 선택하여 얻게 되는 10개의 반사체 위치의 계산 결과를 도시한 예이다.
조합번호 초음파 전달시간1 초음파 전달시간2 거리(l) 방위각(θ)
1 Rx1:1.2258 Rx2:1.2048 0.600 -2
2 Rx1:1.2258 Rx3:1.2000 0.600 -2
3 Rx1:1.2258 Rx4:1.2117 0.600 -2
4 Rx1:1.2258 Rx5:1.2390 0.600 -2
5 Rx2:1.2048 Rx3:1.2000 0.600 -2
6 Rx2:1.2048 Rx4:1.2117 0.600 -2
7 Rx2:1.2048 Rx5:1.2390 0.600 -2
8 Rx3:1.2000 Rx4:1.2117 0.600 -2
9 Rx3:1.2000 Rx5:1.2390 0.600 -2
10 Rx4:1.2117 Rx5:1.2390 0.600 -2
모든 그룹(32개)에 대해 각 그룹별 점상 반사체에 대한 위치값이 획득되면, 표준편차 계산부(260)는 수학식 5를 이용하여 각 그룹별 점상 반사체의 위치정보들(10개)에 대한 표준편차(σp)를 산출한다(S170).
아래 표 4는 S140 단계에서 그룹핑한 각 그룹별(32개)로 점상 반사체에 대한 위치 및 표준편차를 산출한 결과를 나타낸 예이다.
반사체 Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5 거리(l) 방위각
(θ)		 표준편차
(σ)
점상1 TOF (1,1) TOF (1,2) TOF (1,3) TOF (1,4) TOF (1,5) 0.6000 -2.00 0.0000
점상2 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5915 -7.76 0.1.30
점상3 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5880 -4.75 0.1644
점상4 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5980 -10.03 0.1155
점상5 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5834 -2.02 0.1954
점상6 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5791 -7.83 0.2076
점상7 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5922 -4.52 0.1945
점상8 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6061 -9.65 0.1375
점상9 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5744 1.77 0.2195
점상10 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5641 -4.18 0.2460
점상11 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5661 -1.01 0.2642
점상12 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5747 -6.53 0.2417
점상13 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5873 1.57 0.2190
점상14 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5813 -4.15 0.2346
점상15 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6000 -0.96 0.2056
점상16 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6126 -6.08 0.1577
점상17 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5621 8.85 0.2183
점상18 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5438 2.90 0.2634
점상19 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5476 6.14 0.2467
점상20 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5487 0.32 0.2734
점상21 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5533 8.92 0.2737
점상22 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5393 2.92 0.3021
점상23 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5599 6.09 0.2790
점상24 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5652 0.46 0.2660
점상25 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5939 11.35 0.1490
점상26 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5750 5.80 0.2145
점상27 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5837 8.77 0.2157
점상28 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5841 3.30 0.2132
점상29 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.6137 10.71 0.1095
점상30 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5996 5.35 0.1739
점상31 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6248 80.7 0.0878
점상32 TOF (2,1) TOF (2,2) TOF (2,3) TOF (2,4) TOF (2,5) 0.6300 3.00 0.0000
한편, S140 단계에서 각 그룹에 대해, 위치 계산부(240)는 서로 다른 조합을 갖는 2개의 초음파 전달시간을 선택하여 수학식 4를 이용하여 면상 반사체의 위치를 계산한다(S155). 이를 통해, 각 그룹별로 10개의 면상 반사체 위치를 계산할 수 있다.
이로부터 위치 획득부(250)는 각 그룹별로 계산된 10개의 면상 반사체 위치값의 평균값을 계산하여 그 결과 값을 해당 그룹의 면상 반사체의 위치로 획득한다(S165).
모든 그룹(32개)에 대해 각 그룹별 면상 반사체에 대한 위치값이 획득되면, 표준편차 계산부(260)는 수학식 5를 이용하여 각 그룹별 면상 반사체의 위치정보들(10개)에 대한 표준편차(σw)를 산출한다(S175).
아래 표 5는 S140 단계에서 그룹핑한 각 그룹별(32개)로 면상 반사체에 대한 위치 및 표준편차를 산출한 결과를 나타낸 예이다.
반사체조합 Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5 거리(l) 방위각
(θ)		 표준편차(σ)
면상1 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5996 -1.95 0.0445
면상2 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5884 -7.12 0.1273
면상3 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5921 -4.35 0.1516
면상4 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5973 -9.56 0.1251
면상5 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5907 -1.92 0.1736
면상6 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5835 -7.14 0.1974
면상7 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6018 -4.29 0.1628
면상8 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6108 -9.37 0.1175
면상9 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5820 1.28 0.1996
면상10 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5699 -3.98 0.2343
면상11 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5785 -1.14 0.2355
면상12 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5827 -6.48 0.2226
면상13 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5980 1.44 0.1880
면상14 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5896 -3.67 0.2142
면상15 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6130 -0.94 0.1620
면상16 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6209 -5.97 0.1224
면상17 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5707 7.08 0.1965
면상18 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5525 1.84 0.2466
면상19 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5621 4.68 0.2461
면상20 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5601 -0.86 0.2501
면상21 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5692 7.21 0.2386
면상22 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5549 1.93 0.2726
면상23 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5790 4.59 0.2356
면상24 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5810 -0.80 0.2290
면상25 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5922 10.63 0.1604
면상26 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5727 5.68 0.2246
면상27 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5874 8.30 0.2076
면상28 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5838 3.00 0.2173
면상29 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.6154 10.47 0.1049
면상30 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5999 5.65 0.1772
면상31 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6289 7.93 0.0579
면상32 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6296 2.93 0.0445
제어부(210)는 점상 반사체 및 면상 반사체에 대한 모든 그룹에 대해 위치 및 표준편차의 산출이 완료되었는지의 여부를 판별한다(S180,S185).
모든 그룹에 대한 위치 및 표준편차의 산출이 완료된 것으로 판단되면, 정렬부(270)는 제어부(210)의 제어에 따라 S170 단계 및 S175 단계에서 산출한 표준편차(σp,σw)를 크기순으로 정렬한다(S210).
아래 표 6은 S210 단계에서 표준편차(σp,σw) 크기순으로 정렬한 점상 반사체 및 면상 반사체에 대한 위치 및 형태 정보를 나타낸 예이다.
반사체 Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5 거리(l) 방위각
(θ)		 표준편차(σ)
점상1 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.6000 -2.00 0.0000
점상32 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6300 3.00 0.0000
면상1 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5996 -1.95 0.0445
면상32 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6296 2.93 0.0445
면상31 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6289 7.93 0.0579
점상31 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6248 80.7 0.0878
점상2 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5915 -7.76 0.1.30
면상29 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.6154 10.47 0.1049
점상29 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.6137 10.71 0.1095
점상4 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5980 -10.03 0.1155
면상8 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6108 -9.37 0.1175
면상16 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6209 -5.97 0.1224
면상4 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5973 -9.56 0.1251
면상2 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5884 -7.12 0.1273
점상8 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6061 -9.65 0.1375
점상25 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5939 11.35 0.1490
면상3 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5921 -4.35 0.1516
점상16 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.6126 -6.08 0.1577
면상25 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5922 10.63 0.1604
면상15 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6130 -0.94 0.1620
면상7 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6018 -4.29 0.1628
점상3 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5880 -4.75 0.1644
면상5 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5907 -1.92 0.1736
점상30 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5996 5.35 0.1739
면상30 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5999 5.65 0.1772
면상13 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5980 1.44 0.1880
점상7 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5922 -4.52 0.1945
점상5 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5834 -2.02 0.1954
면상17 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5707 7.08 0.1965
면상6 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5835 -7.14 0.1974
면상9 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5820 1.28 0.1996
점상15 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.6000 -0.96 0.2056
면상27 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5874 8.30 0.2076
점상6 TOF(1,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5791 -7.83 0.2076
점상28 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5841 3.30 0.2132
면상14 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5896 -3.67 0.2142
점상26 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5750 5.80 0.2145
점상27 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5837 8.77 0.2157
면상28 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5838 3.00 0.2173
점상17 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5621 8.85 0.2183
점상13 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5873 1.57 0.2190
점상9 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5744 1.77 0.2195
면상12 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5827 -6.48 0.2226
면상26 TOF(2,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5727 5.68 0.2246
면상24 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5810 -0.80 0.2290
면상10 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5699 -3.98 0.2343
점상14 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5813 -4.15 0.2346
면상11 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5785 -1.14 0.2355
면상23 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5790 4.59 0.2356
면상21 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5692 7.21 0.2386
점상12 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5747 -6.53 0.2417
점상10 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5641 -4.18 0.2460
면상19 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5621 4.68 0.2461
면상18 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5525 1.84 0.2466
점상19 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5476 6.14 0.2467
면상20 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5601 -0.86 0.2501
점상18 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5438 2.90 0.2634
점상11 TOF(1,1) TOF(2,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5661 -1.01 0.2642
점상24 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5652 0.46 0.2660
면상22 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5549 1.93 0.2726
점상20 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(1,3) TOF(2,4) TOF(2,5) 0.5487 0.32 0.2734
점상21 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(1,5) 0.5533 8.92 0.2737
점상23 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(2,4) TOF(1,5) 0.5599 6.09 0.2790
점상22 TOF(2,1) TOF(1,2) TOF(2,3) TOF(1,4) TOF(2,5) 0.5393 2.92 0.3021
이때, 선택부(280)는 표준편차 값이 최소값을 갖는 2개의 위치 및 형태 정보를 선택한다(S220). 이에 따라, 반사체 정보 획득부(290)는 선택된 2개의 표준편차에 대응하는 반사체의 위치 및 형태 정보를 반사체의 위치 및 형태 정보로 획득한다(S230).
표 6에서는 선택된 표준편차 값이 최소인 2개의 표준편차 값은 모두 '0'이다. 이때, 하나의 반사체는 초음파 전달시간의 조합이 TOF(1,1), TOF(1,2), TOF(1,3), TOF(1,4), TOF(1,5)으로 이루어져있고, 위치벡터(
Figure pat00013
)가 거리(l)=0.6[m], 방위각(θ)=-2°이며, 반사체의 형태는 점상 반사체 형태임을 알 수 있다.
다른 하나의 반사체는 초음파 전달시간의 조합이 TOF(2,1), TOF(2,2), TOF(2,3), TOF(2,4), TOF(2,5)으로 이루어져있고, 위치벡터(
Figure pat00014
)가 거리(l)=0.63[m], 방위각(θ)=3°이며, 반사체의 형태는 점상 반사체 형태임을 알 수 있다.
이와 같은 초음파를 이용한 복수의 반사체에 대한 위치 및 형태를 감지함으로써, 지능 로봇의 주행 중에 충돌을 회피할 수 있고 감지된 반사체의 정보를 반영하여 지능 로봇의 주행 계획을 세울 수 있다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 복수의 물체에 대한 실제 위치 정보와 도 4의 장치를 이용하여 검출한 위치 정보의 실험 결과 값을 비교한 도면이다.
도 6은 1개의 초음파 발신기와 2 개의 초음파 수신기를 사용하여 점상(원기둥) 형태의 3개의 반사체(물체)가 (거리, 방위각)=(0.5[m], 0˚), (0.7[m] ,0˚), (0.9[m], 0˚)에 있을 경우 초음파 전달시간을 계산한 후 그 결과를 이용하여 역으로 반사체의 위치정보를 얻은 결과이다.
도시된 바와 같이, 도 6의 (b)에 따른 산출된 반사체의 위치정보(a', b', c')는 각각 도 6의 (a)에 표시된 실제 반사체의 위치(a, b, c)와 대응되는 위치를 가짐을 알 수 있다.
도 7은 1개의 초음파 발신기와 2 개의 초음파 수신기를 사용하여 점상 형태의 3개의 반사체가 (거리, 방위각)=(0.6[m], -15˚), (0.6[m], 15˚), (0.7[m], 0˚)에 있을 경우 초음파 전달시간을 계산한 후 그 결과를 이용하여 역으로 반사체의 위치정보를 얻은 결과이다.
도시된 바와 같이, 도 7의 (b)에 따른 산출된 반사체의 위치정보(a', b', c')는 각각 도 7의 (a)에 표시된 실제 반사체의 위치(a, b, c)와 대응되는 위치를 가짐을 알 수 있다.
도 8은 1개의 초음파 발신기와 2 개의 초음파 수신기를 사용하여 점상 형태의 2개의 반사체가 (거리, 방위각)=(0.68[m], 30˚), (0.68[m], -30˚)에 있고 면상 형태의 1개의 반사체가 (거리, 방위각)=(0.7[m], 0˚)에 있을 경우 초음파 전달시간을 계산한 후 그 결과를 이용하여 역으로 반사체의 위치정보를 얻은 결과이다.
도시된 바와 같이, 도8의 (b)에 따른 산출된 반사체의 위치정보(a', b', c')는 각각 도 8의 (a)에 표시된 실제 반사체의 위치(a, b, c)와 대응되는 위치를 가짐을 알 수 있다.
도 9는 1개의 초음파 발신기와 2 개의 초음파 수신기를 사용하여 점상 형태의 4개의 반사체가 (거리, 방위각)=(0.6[m], -15˚), (0.6[m], 15˚), (0.7[m], 5˚), (0.7[m], -5˚)에 있을 경우 초음파 전달시간을 계산한 후 그 결과를 이용하여 역으로 반사체의 위치정보를 얻은 결과이다.
도시된 바와 같이, 도 9의 (b)에 따른 산출된 반사체의 위치정보(a', b', c', d')는 각각 도 9의 (a)에 표시된 실제 반사체의 위치(a, b, c, d)와 대응되는 위치를 가짐을 알 수 있다.
도 10은 1개의 초음파 발신기와 2 개의 초음파 수신기를 사용하여 점상 형태의 5개의 반사체가 (거리, 방위각)=(0.504[m], 20˚), (0.507[m], 0˚), (0.51[m], -20˚), (0.49[m], 30˚), (0.5[m], -30˚)에 있을 경우 초음파 전달시간을 계산한 후 그 결과를 이용하여 역으로 반사체의 위치정보를 얻은 결과이다.
도시된 바와 같이, 도 10의 (b)에 따른 산출된 반사체의 위치정보(a', b', c', d', e')는 각각 도 10의 (a)에 표시된 실제 반사체의 위치(a, b, c, d, e)와 대응되는 위치를 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치가 초음파를 이용하여 복수 물체에 대한 위치 및 형태 정보를 취득하는 것을 기술하였으나, 초음파 대신에 마이크로웨이브(microwave)를 이용해서도 본 발명과 같은 복수 물체에 대한 위치 및 형태 정보를 취득할 수 있도록 구현될 수 있다. 이 경우, 초음파 발신기는 마이크로웨이브 발신기, 복수의 초음파 수신기는 복수의 마이크로웨이브 수신기, 제어부는 제어부, 초음파 전달시간 산출부는 마이크로웨이브 전달시간 산출부, 위치 산출부는 위치 산출부, 표준편차 산출부는 표준편차 산출부, 및 반사체 정보 획득부는 반사체 정보 획득부로 각각 대체되어 본 발명의 실시예와 같이 구현될 수 있고 그 결과 또한 본 발명의 실시예와 같은 결과를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 지능 로봇에 탑재되어 전방의 복수 물체에 대한 정보를 감지하는 장치에 있어서,
    상기 지능 로봇에 탑재되어 초음파를 상기 전방으로 발신하는 초음파 발신기;
    발신된 상기 초음파에 대해 반사체로부터 각각 반사되는 초음파를 수신하는 복수의 초음파 수신기;
    상기 초음파 발신기 및 상기 초음파 수신기의 동작을 제어하고, 수신된 상기 초음파를 이용한 상기 반사체의 정보를 감지하기 위한 동작을 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 각각의 상기 초음파 수신기에 수신된 상기 초음파에 대한 전달시간을 산출하는 초음파 전달시간 산출부;
    상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하고, 각 그룹별로 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 통해 상기 반사체에 대한 복수의 위치값을 계산하여 상기 반사체의 위치를 산출하는 위치 산출부;
    각 그룹별로 선택된 조합을 통해 계산된 상기 반사체의 위치값들에 대한 상기 각 그룹별 표준편차를 산출하여 최소값 순으로 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 선택하는 표준편차 산출부; 및
    선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 산출된 상기 반사체 위치를 상기 반사체 정보로 획득하는 반사체 정보 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 산출부는 상기 반사체의 형태별로 구분하여 상기 반사체의 위치를 산출하고,
    상기 반사체 정보 획득부는 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 형태를 상기 반사체 정보로 더 획득하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반사체의 위치 정보는 상기 초음파 발신기로부터 상기 반사체까지의 거리 및 방위각 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 반사체 정보 획득부는 상기 반사체의 형태를 점상 형태 또는 판상 형태로 획득하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 위치 산출부는,
    산출한 상기 초음파 전달시간으로부터 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하는 그룹핑부;
    그룹핑된 각 그룹에 대해 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 각 조합별로 상기 반사체에 대한 위치값을 계산하는 위치 계산부; 및
    상기 그룹별로 계산된 상기 위치값의 평균을 상기 반사체의 위치로 획득하는 위치 획득부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 표준편차 산출부는,
    상기 그룹별로 계산된 상기 위치값들에 대한 표준편차를 계산하는 표준편차 계산부;
    그룹별로 계산된 상기 표준편차를 전체 그룹에 대해 최소값 또는 최대값 순으로 정렬하는 정렬부; 및
    정렬된 상기 표준편차 값들중에서 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 최소값을 갖는 표준편차 순으로 선택하는 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반사체 정보 획득부에서 획득한 상기 반사체 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 저장된 상기 반사체 정보를 기초로 상기 지능 로봇의 주행 계획을 세우고 주행 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 전달시간 산출부는,
    상기 초음파 수신기가 M개이고 상기 반사체가 N개인 경우, 상기 N개의 반사체의 형태가 점상 형태인 것으로 가정하여 아래 수학식을 이용하여 상기 초음파 전달시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
    Figure pat00015

    여기서, c=초음파 속도, TOF=초음파 전달시간, n=1,2, ..., N, m=1,2, ..., M, x=초음파 수신기 거리, ln=반사체와 로봇 사이의 거리, l(n,m)=n번 반사체와 m번 초음파 센서 사이의 거리임.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 위치 산출부는, 상기 N개의 반사체 형태가 상기 점상 형태인 것으로 가정한 경우, 상기 N개의 점상 형태 반사체에 대해 아래 수학식을 이용하여 상기 그룹별 상기 점상 반사체의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
    Figure pat00016

    여기서, l=반사체와 로봇 사이의 거리, θ=방위각, TOF=초음파 전달시간, n=반사체(1,2, ..., N), m=초음파 수신기(1,2, ..., M), xm=초음파 수신기 m의 위치임.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 전달시간 산출부는,
    상기 초음파 수신기가 M개이고 상기 반사체가 N개인 경우, 상기 N개의 반사체의 형태가 판상 형태인 것으로 가정하여 아래 수학식을 이용하여 상기 초음파 전달시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
    Figure pat00017

    여기서, c=초음파 속도, TOF=초음파 전달시간, n=1,2, ..., N, m=1,2, ..., M, x=초음파 수신기 거리임.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 위치 산출부는, 상기 N개의 반사체 형태가 상기 판상 형태인 것으로 가정한 경우, 상기 N개의 판상 형태 반사체에 대해 아래 수학식을 이용하여 상기 그룹별 상기 판상 반사체의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
    Figure pat00018

    여기서, l=거리, θ=방위각, TOF=초음파 전달시간, n=반사체(1,2, ..., N), m=초음파 수신기(1,2, ..., M), x=초음파 수신기 거리
  12. 지능 로봇에 탑재된 초음파 발신기 및 복수의 초음파 수신기, 초음파 전달시간 산출부, 위치 산출부, 표준편차 산출부, 반사체 정보 획득부, 및 제어부를 포함하여 구성되는 장치의 복수 물체 감지하는 방법에 있어서,
    상기 제어부가,
    a) 상기 초음파 발신기를 제어하여 상기 지능 로봇의 진행 방향으로 초음파를 발신하는 단계;
    b) 발신된 상기 초음파에 대해 반사체로부터 각각 반사되는 초음파를 상기 복수의 초음파 수신기를 제어하여 수신하는 단계;
    c) 상기 초음파 전달시간 산출부를 제어하여 각각의 상기 초음파 수신기에 수신된 상기 초음파에 대한 전달시간을 산출하는 단계;
    d) 상기 위치 산출부를 제어하여 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하고, 각 그룹별로 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 통해 상기 반사체에 대한 복수의 위치값을 계산하여 상기 반사체의 위치를 각각 산출하는 단계;
    e) 상기 표준편차 산출부를 제어하여 각 그룹별로 선택된 조합을 통해 계산된 상기 반사체의 위치값들에 대한 상기 각 그룹별 표준편차를 산출하여 최소값 순으로 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 선택하는 단계; 및
    f) 상기 반사체 정보 획득부를 제어하여 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 산출된 상기 반사체 위치를 상기 반사체 정보로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 제어부가 상기 위치 산출부를 제어하여 상기 반사체의 형태별로 구분하여 상기 반사체의 위치를 산출하고,
    이에 따라, 상기 f) 단계에서 상기 제어부가 상기 반사체 정보 획득부를 제어하여 선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 형태를 상기 반사체 정보로 더 획득하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 반사체의 위치 정보는 상기 초음파 발신기로부터 상기 반사체까지의 거리 및 방위각 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 반사체의 형태는 점상 형태 또는 판상 형태로 획득되는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 제어부가 상기 위치 산출부를 제어하여,
    산출한 상기 초음파 전달시간으로부터 상기 초음파 수신기별로 각각 하나의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하는 단계;
    그룹핑된 각 그룹에 대해 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 초음파 전달시간을 선택하여 각 조합별로 상기 반사체에 대한 위치값을 계산하는 단계; 및
    상기 그룹별로 계산된 상기 위치값의 평균을 상기 반사체의 위치로 획득하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    상기 제어부가 상기 표준편차 산출부를 제어하여,
    상기 그룹별로 계산된 상기 위치값들에 대한 표준편차를 계산하는 단계;
    그룹별로 계산된 상기 표준편차를 전체 그룹에 대해 최소값 또는 최대값 순으로 정렬하는 단계; 및
    정렬된 상기 표준편차 값들중에서 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 최소값을 갖는 표준편차 순으로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제어부가,
    상기 반사체 정보 획득부에서 획득한 상기 반사체 정보를 저장부에 저장하는 단계; 및
    저장된 상기 반사체 정보를 기초로 상기 지능 로봇의 주행 계획을 세우고 주행 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 방법.
  19. 지능 로봇에 탑재되어 전방의 복수 물체에 대한 정보를 감지하는 장치에 있어서,
    상기 지능 로봇에 탑재되어 마이크로웨이브를 상기 전방으로 발신하는 마이크로웨이브 발신기;
    발신된 상기 마이크로웨이브에 대해 반사체로부터 각각 반사되는 마이크로웨이브를 수신하는 복수의 마이크로웨이브 수신기;
    상기 마이크로웨이브 발신기 및 상기 마이크로웨이브 수신기의 동작을 제어하고, 수신된 상기 마이크로웨이브를 이용한 상기 반사체의 정보를 감지하기 위한 동작을 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 각각의 상기 마이크로웨이브 수신기에 수신된 상기 마이크로웨이브에 대한 전달시간을 산출하는 마이크로웨이브 전달시간 산출부;
    상기 마이크로웨이브 수신기별로 각각 하나의 상기 마이크로웨이브 전달시간을 선택하여 서로 다른 조합으로 그룹핑하고, 각 그룹별로 서로 다른 조합을 갖는 2개의 상기 마이크로웨이브 전달시간을 통해 상기 반사체에 대한 복수의 위치값을 계산하여 상기 반사체의 위치를 산출하는 위치 산출부;
    각 그룹별로 선택된 조합을 통해 계산된 상기 반사체의 위치값들에 대한 상기 각 그룹별 표준편차를 산출하여 최소값 순으로 상기 반사체의 개수에 대응하는 개수를 선택하는 표준편차 산출부; 및
    선택된 최소값의 상기 표준편차가 포함된 그룹의 산출된 상기 반사체 위치를 상기 반사체 정보로 획득하는 반사체 정보 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능 로봇의 복수 물체 정보 감지 장치.
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