KR20120067013A - 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법 - Google Patents

카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 기반의 실내 위치 인식 기술에 관한 것으로, 이동 로봇이 위치 인식 장치에 인식표를 등록하고 위치 정보를 요청하면, 위치 인식 장치는 카메라를 통해서 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지로부터 이동 로봇의 인식표를 검출하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고, 이에 대응하는 셀의 위치 정보를 이동 로봇에게 제공하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 실내에 설치된 카메라를 통해 바닥면 이미지를 사용자가 지정한 단위로 그리드 맵으로 구성할 수 있으므로 사용자가 원하는 크기의 단위로 위치 정보 표시가 가능하고, 이동 로봇의 인식표를 제외한 바닥면 등의 실내 환경에 어디에도 인공 표식을 부착하지 않고 위치 정보를 제공할 수 있다.

Description

카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR　INDOOR LOCALIZATION BASED ON CAMERA}
본 발명은 이동 로봇의 위치 인식 기술에 관한 것으로서, 특히 주어진 환경의 실내 공간 내 천정에 구비된 위치 인식 장치의 카메라를 통해 분석된 위치 정보를 이동 로봇에게 제공하는데 적합한 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 주어진 실내 환경에서 사람이나 이동 로봇과 같은 이동체의 위치를 파악하거나 추적하기 위해서는 실내 위치 인식 방법이 요구된다. 실외에서는 공공의 안전, 위치추적, 항법, 정보제공 등의 서비스를 위해서 지구위치측정시스템 또는 위성항법장치(예컨대, GPS)를 기반으로 한 위치 인식이 보편적으로 사용되고 있다.
그러나 실내에서는 GPS의 신호 수신이 불가능하므로 적외선, 초음파, RF(Radio Frequency) 신호, UWB(Ultra Wideband), 영상정보 등을 기반으로 한 실내 위치 인식 방법들이 사용되고 있다.
예를 들어, 청소로봇과 같은 이동 로봇의 경우 실내 위치 인식은 자율주행을 위한 필수적인 요소이다. 이에 비전 처리를 기반으로 한 실내 위치 인식을 위해서는 실내 환경의 사물 및 위치 식별을 위한 인공 표식이 필요하며 위치 인식의 수준에 따라 수없이 많은 인공 표식이 요구될 수도 있다.
상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 실내 환경의 사물 및 위치 식별을 위해서는 인공 표식이 필요할 수 있다. 이러한 인공 표식의 사용에는 제한이 없으나 실내 환경에서 흔히 볼 수 있는 동일한 문양으로 반복되는 인공 표식은 위치 인식을 위한 인공 표식으로는 부적합하므로 위치 인식을 위한 부가적인 다른 방법들이 요구될 수 있다는 문제점이 있다.
또한 실내 위치 인식을 위한 비전 처리는 높은 하드웨어 사양을 로봇이 구비해야 하므로 고비용이 소요된다는 단점이 있으며, 로봇이 주변 사물의 형태를 인식할 수 있을 정도의 비전처리 능력을 갖는 소프트웨어를 구비하는 것은 현실적으로 불가능하다는 문제점이 있었다.
그러므로 실내 환경 내 인공 표식의 부착이나 이용 없이 좌표값(또는 위치값)과 같은 높은 수준의 위치 정보를 제공할 수 있는 실내위치 인식 방법이 요구된다.
이에 본 발명의 실시예는, 주어진 환경의 실내 공간 내의 천정에 구비된 위치 인식 장치의 카메라를 통해 분석된 위치 정보를 이동 로봇에게 제공할 수 있는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 주어진 실내 공간의 천정에 구비된 위치 인식 장치의 카메라를 통해서 이동 로봇이 배치될 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지를 주어진 크기의 셀 단위 이미지로 구분하여, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여함으로써, 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하고, 이동 로봇이 위치 인식 장치에 인식표를 등록하고 위치 정보를 요청하면, 위치 인식 장치는 카메라를 통해서 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지로부터 이동 로봇의 인식표를 검출하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고, 이에 대응하는 셀의 위치 정보를 이동 로봇에게 제공할 수 있는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치는, 실내 공간의 천정에 위치한 카메라를 제어하여 바닥면을 캡쳐하는 바닥면 캡쳐부와, 캡쳐된 바닥면 이미지를 기 설정된 크기의 셀 단위 이미지로 구분하고, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여하여 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하는 그리드 맵 생성부와, 상기 실내 공간 내 위치한 이동 로봇과 무선 데이터 송수신을 수행하는 무선 송수신부와, 상기 바닥면 캡쳐부 및 상기 그리드 맵 생성부를 제어하고, 상기 무선 송수신부로부터 전달된 상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 및 위치 정보 요청 메시지에 따라 인식표 등록 및 현재 위치 정보를 상기 이동 로봇에 제공하는 제어부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 메시지를 수신한 경우, 해당 메시지에서 로봇명 및 인식표 이미지를 추출하여 상기 이동 로봇에 대한 인식표 등록을 수행할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 위치 정보 요청 메시지를 수신한 경우, 상기 바닥면 캡쳐부의 제어를 통해 바닥면 이미지를 캡쳐하고, 캡쳐된 바닥면 이미지에서 상기 이동 로봇의 인식표를 검출하고, 상기 그리드 맵 생성부를 제어하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고, 매핑된 상기 그리드 맵에서 상기 인식표가 검출된 지점에 대응하는 셀의 위치 정보를 상기 이동 로봇으로 전송할 수 있다.
그리고 상기 위치 인식 장치는, 상기 위치 인식 장치의 운용 프로그램을 저장하고, 복수의 이동 로봇에 대한 로봇 명과 인식표 정보를 연계하여 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 바닥면 캡쳐부는, 상기 바닥면에 서로 직교하게 설정된 X축 눈금자와 Y축 눈금자를 포함하여 바닥면 이미지를 캡쳐할 수 있다.
그리고 상기 눈금은, 상기 바닥면을 기 설정된 크기의 셀 단위로 구분할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 그리드 맵 생성부는, 셀 단위로 분할된 셀 단위 이미지를 포함하며, 상기 캡쳐된 바닥면 이미지의 X축 및 Y축 눈금자 교점을 그리드 맵의 중심점으로 설정하고, X축 및 Y축의 각 눈금을 토대로 셀 단위의 이미지 그리드를 생성할 수 있다.
그리고 상기 그리드 맵 생성부는, 상기 이미지 그리드에서 각 셀 이미지와 상기 각 셀 이미지에 대응되는 점을 그리드 맵에 저장하여 상기 캡쳐된 바닥면 이미지에 대한 그리드 맵을 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법은, 바닥면 캡쳐부에서 실내 공간의 천정에 위치한 카메라를 제어하여 바닥면을 캡쳐하는 과정과, 그리드 맵 생성부에서 캡쳐된 바닥면 이미지를 기 설정된 크기의 셀 단위 이미지로 구분하고, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여하여 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하는 과정과, 무선 송수신부에서 실내 공간 내 위치한 이동 로봇과 무선 데이터 송수신을 수행하는 과정과, 제어부에서 상기 바닥면 캡쳐부 및 상기 그리드 맵 생성부를 제어하고, 상기 무선 송수신부로부터 전달된 상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 및 위치 정보 요청 메시지에 따라 인식표 등록 및 현재 위치 정보를 상기 이동 로봇에 제공하는 과정을 포함할 수 있다.
그리고 상기 이동 로봇에 제공하는 과정은, 상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 메시지를 수신한 경우, 해당 메시지에서 로봇명 및 인식표 이미지를 추출하여 상기 이동 로봇에 대한 인식표 등록을 수행할 수 있다.
그리고 상기 이동 로봇에 제공하는 과정은, 상기 이동 로봇의 위치 정보 요청 메시지를 수신한 경우, 상기 바닥면 캡쳐부의 제어를 통해 바닥면 이미지를 캡쳐하는 과정과, 캡쳐된 바닥면 이미지에서 상기 이동 로봇의 인식표를 검출하는 과정과, 상기 그리드 맵 생성부를 제어하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키는 과정과, 매핑된 상기 그리드 맵에서 상기 인식표가 검출된 지점에 대응하는 셀의 위치 정보를 상기 이동 로봇으로 전송하는 과정을 포함할 수 있다.
그리고 상기 위치 인식 방법은, 저장부에서 상기 위치 인식 장치의 운용 프로그램을 저장하고, 복수의 이동 로봇에 대한 로봇 명과 인식표 정보를 연계하여 저장하는 과정을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 바닥면을 캡쳐하는 과정은, 상기 바닥면에 서로 직교하게 설정된 X축 눈금자와 Y축 눈금자를 포함하여 바닥면 이미지를 캡쳐할 수 있다.
그리고 상기 눈금은, 상기 바닥면을 기 설정된 크기의 셀 단위로 구분할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 그리드 맵을 구성하는 과정은, 셀 단위로 분할된 셀 단위 이미지를 포함하며, 상기 캡쳐된 바닥면 이미지의 X축 및 Y축 눈금자 교점을 그리드 맵의 중심점으로 설정하는 과정과, X축 및 Y축의 각 눈금을 토대로 셀 단위의 이미지 그리드를 생성하는 과정을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 그리드 맵을 구성하는 과정은, 상기 이미지 그리드에서 각 셀 이미지와 상기 각 셀 이미지에 대응되는 점을 그리드 맵에 저장하여 상기 캡쳐된 바닥면 이미지에 대한 그리드 맵을 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법은, 실내 공간 내 위치한 이동 로봇이 위치 인식 장치와 무선 연동하여 상기 이동 로봇의 로봇명 및 인식표 이미지를 포함하는 인식표 등록 요청 메시지를 전송하는 과정과, 상기 위치 인식 장치로부터 상기 인식표 등록 완료 메시지를 수신하는 과정과, 상기 이동 로봇의 로봇명을 포함하는 상기 위치 정보 요청 메시지를 상기 위치 인식 장치로 전송하는 과정과, 상기 위치 인식 장치로부터 현재 위치 정보를 포함하는 위치 정보 응답 메시지를 수신하는 과정을 포함할 수 있다.
그리고 상기 인식표 등록 완료 메시지는, 상기 이동 로봇이 위치한 바닥면에 대한 그리드 맵 식별자와, 위치 정보 값이 저장된 그리드 맵을 포함할 수 있다.
그리고 상기 위치 정보 요청 메시지는, 상기 위치 인식 장치에 기 등록된 로봇명을 포함할 수 있다.
그리고 상기 이동 로봇은, 상부에 고유 인식표를 부착할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법에 의하면, 실내에 설치된 카메라를 통해 캡쳐된 바닥면 이미지를 사용자가 지정한 단위로 그리드 맵으로 구성할 수 있으므로 사용자가 원하는 크기의 단위로 위치 정보의 표시가 가능하고, 이동 로봇의 인식표를 제외한 바닥면 등의 실내 환경에 어디에도 인공 표식을 부착하지 않고 이동 로봇에게 위치 정보를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 카메라 기반이 이미지 처리에 있어서도 주변 사물 전체가 아닌 이동 로봇의 인식표 검출만을 통해서 위치 정보를 제공하게 되므로 보다 저비용의 처리가 가능하고, 주어진 환경 내에 서로 다른 인식표를 등록한 다수의 이동 로봇들에게도 각각에 대한 현재 위치 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치 인식을 위한 카메라 기반의 위치 인식 시스템을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 인식 장치의 구조를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치 인식 장치에 의한 실내위치 인식 절차를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치 인식 장치에서 이동 로봇으로의 위치 정보 제공 절차를 도시한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예는 주어진 실내 공간의 천정에 구비된 위치 인식 장치의 카메라를 통해서 이동 로봇이 배치될 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지를 주어진 크기의 셀 단위 이미지로 구분하여, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여 함으로써, 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하고, 이동 로봇이 위치 인식 장치에 인식표를 등록하고 위치 정보를 요청하면, 위치 인식 장치는 카메라를 통해서 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지로부터 이동 로봇의 인식표를 검출하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고, 이에 대응하는 셀의 위치 정보를 이동 로봇에게 제공하는 것이다.
이를 통해 로봇 인식표를 제외한 실내 공간에 어떠한 인공표식도 부착하지 않은 상태에서 이동 로봇에게 위치정보를 제공할 수 있는 장점이 있으며, 사용자에 의한 셀 단위 지정이 가능하므로 높은 수준의 위치 정보 제공은 물론 위치 인식 장치가 로봇의 인식표만을 검출하여 위치 정보를 제공하는 방법을 제공하므로 이동 로봇에 고사양의 하드웨어 및 고기능의 비전처리 소프트웨어를 필요하지 않는다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치 인식을 위한 카메라 기반의 위치 인식 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 주어진 환경의 실내 공간(100)은 일반적인 가정이나 사무실과 같은 내부 공간으로, 천정(102)과 바닥면(104) 그리고 천정(102)과 바닥면(104) 사이의 벽체나 기둥 등을 포함할 수 있다.
그리고 실내 공간(100)의 천정(102)에는 카메라(112)를 포함하는 위치 인식 장치(110)를 구비할 수 있고, 위치 인식 장치(110)의 카메라(112)는 바닥면(104)을 향할 수 있다. 이때, 카메라(112)는 바닥면(104)과 서로 직각수평을 이루도록 구성할 수 있다.
인식표 Ia(122)를 가진 이동 로봇A(120)가 바닥면(104)에서 이동 로봇 A (130)의 위치로 이동할 때 이동 로봇A(120)는 위치 인식 장치(110)를 통해서 위치 정보를 제공 받을 수 있다.
이동 로봇A(120)로부터 요청되는 위치 정보를 제공하기 위해서 위치 인식 장치(110)는 카메라(112)를 통해서 바닥면(104)을 캡쳐하고, 캡쳐된 바닥면 이미지(140)를 그리드 맵(150)으로 구성할 수 있다.
바닥면(104)에 대한 이미지 캡쳐를 위해서 바닥면(104)에는 서로 직교하는 X축 눈금자(106)와 Y축 눈금자(108)를 바닥면(104)에 설정할 수 있다. X축 눈금자(106)와 Y축 눈금자(108)에는 바닥면(104)을 셀 단위로 구분할 수 있는 눈금이 있으며, X축 눈금자(106)와 Y축 눈금자(108)의 교점이 카메라(112)의 수직 아래에 놓이도록 배치할 수 있다.
그리드 맵(150) 구성을 위한 바닥면(104)의 캡쳐 준비가 완료되면, 위치 인식 장치(110)는 바닥면(104)을 캡쳐하고, 캡쳐된 바닥면 이미지(140)로부터 그리드 맵(150)을 구성할 수 있다.
그리드 맵(150)은 캡쳐된 바닥면 이미지(140)의 셀 단위 분할로써 셀 단위 이미지 FI(x, y)를 포함하며, 캡쳐된 바닥면 이미지(140) 상의 교점(142)이 그리드 맵(150)의 중심점(512)(0, 0)이 되도록 하고, 도 1에 도시된 그리드 맵(150)과 같이 (x, y) 좌표와 대응하는 각 셀 P(x, y)에 아래와 같은 값을 부여할 수 있다.
P(x, y) = { (x, y) | -|xleft| ≤ x ≤ |xright|, -|ydown| ≤ y ≤ |yup|,
(x ≠ 0 ∧ y ≠ 0 인 정수 x, y) }
이를 통해 생성된 그리드 맵(150)은 아래의 GM(x, y)와 같이 된다.
GM(x, y) = (P(x, y), FI(x, y))
바닥면(104)에 대한 그리드 맵(150) 구성이 완료되면 위치 인식 장치(110)는 이동 로봇A(120)에게 위치 정보를 제공할 수 있다. 위치 정보를 제공받기 위해 이동 로봇A(120)는 먼저, 무선 통신망을 통해 연동 및 데이터 송수신이 가능한 위치 인식 장치(110)로 자기의 인식표 Ia(122)를 등록해야 한다.
이에 이동 로봇A(120)는 위치 인식 장치(110)와 연동하여 기 약속된 프로토콜을 통해 무선으로 데이터를 송수신할 수 있으며, 인식표를 등록하기 위해 자신의 로봇명(RN: Robot Name)과 인식표 이미지(IM: Identification iMage)를 포함하는 인식표 등록 요청 메시지를 위치 인식 장치(110)로 전송할 수 있다.
이동 로봇A(120)는 위치 인식 장치(110)로부터 제공되는 위치 정보를 이용하여 바닥면(104)을 이동할 수 있다. 인식표 Ia(122)를 포함하는 이동 로봇 A(120)가 인식표 등록 직후 이동 없이 위치 인식 장치(110)로 위치 정보를 요청하면, 위치 인식 장치(110)는 그리드 맵(150)에서 (0, 0)을 위치값으로 제공할 수 있다.
그러나 이동 로봇 A(120)가 인식표 Ia'(132)를 포함하는 이동 로봇 A'(130)의 위치로 이동하여 위치 정보를 요청하면, 위치 인식 장치(110)는 카메라(112)를 통해서 바닥면(104)을 캡쳐하고, 캡쳐된 바닥면 이미지(140)에서 이동 로봇 A'(130)의 인식표 Ia'(132)가 포함된 이미지 영역을 검출하여, 검출 지점을 그리드 맵(150)에서 대응하는 셀(154)의 위치값(1,1)을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 인식 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 위치 인식 장치(110)는 이동 로봇이 이동할 실내 바닥면(104)을 이미지로 캡쳐하여 그리드 맵(150)으로 구성하고, 이동 로봇으로부터의 위치 정보 요청 메시지를 수신한 경우, 이동 로봇이 위치한 그리드 맵(150)에서 대응 셀의 위치값을 위치 정보로 제공하는 것으로서, 무선 송수신부(200), 저장부(202), 바닥면 캡쳐부(204), 그리드 맵 생성부(206), 제어부(208) 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 위치 인식 장치(110)의 무선 송수신부(200)는 제어부(208)의 제어하에 무선 통신망을 통해 실내 공간(100)에 위치하는 적어도 하나의 이동 로봇과의 연동 및 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 즉, 이동 로봇들로부터의 인식표 등록 요청 메시지 및 위치 정보 요청 메시지를 수신할 수 있으며, 인식표 등록 완료 메시지 및 위치 정보 응답 메시지를 이동 로봇들로 전송할 수 있다.
저장부(202)는 위치 인식 장치(110)의 운용프로그램을 저장하고 있으며, 제어부(208)의 요청에 의해 해당 운용프로그램을 제공할 수 있다. 또한, 바닥면 캡쳐부(204)로부터 캡쳐된 바닥면 이미지(140)와, 제어부(208)로부터 전달된 그리드 맵(150) 정보, 각 이동 로봇들에 대한 정보(예컨대, 로봇명 등) 및 인식표 등을 저장할 수 있다.
바닥면 캡쳐부(204)는 카메라(112)를 제어하여 위치 인식 장치(110)가 위치한 실내 공간(100) 내 바닥면(104)의 캡쳐를 수행할 수 있으며, 캡쳐된 바닥면 이미지(140)를 제어부(208) 및 그리드 맵 생성부(206)로 전달할 수 있다. 그리드 맵 생성부(206)는 바닥면 캡쳐부(204)로부터 캡쳐된 바닥면 이미지(140)를 전달받아 이를 토대로 기 설정된 크기의 셀 단위로 분할된 그리드 맵(150)을 구성할 수 있으며, 구성된 그리드 맵(150)은 제어부(208)로 전달할 수 있다.
제어부(208)는 위치 인식 장치(110)의 각 기능 블록을 제어할 수 있으며, 무선 송수신부(200)로부터 특정 이동 로봇의 인식표 등록 요청 메시지를 전달 받은 경우, 인식표와 해당 이동 로봇에 정보를 연계하여 저장부(202)에 저장되도록 제어하고, 특정 이동 로봇으로는 인식표 등록 완료 메시지를 전송할 수 있다.
그리고 무선 송수신부(200)로부터 특정 이동 로봇의 위치 정보 요청 메시지를 전달 받은 경우, 바닥면 캡쳐부(204)를 제어하여 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지로부터 특정 이동 로봇의 인식표를 검출하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고, 이에 대응하는 셀의 위치 정보를 위치 정보 응답 메시지에 포함시켜 이를 무선 송수신부(200)에서 특정 이동 로봇에게 전송하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치 인식 장치에 의한 실내위치 인식 절차를 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 300단계에서 위치 인식 장치(110)는 바닥면(104)에 X,Y 축 눈금자의 크기 값을 지정하고, 302단계에서 바닥면 캡쳐부(204)는 카메라(112)를 통해 바닥면(104)에 서로 직교하게 설정된 X축 눈금자(106)와 Y축눈금자(108)를 포함하여 바닥면 FI(x, y)를 캡쳐하게 된다.
그리고 304단계에서 캡쳐된 바닥면 이미지(140)에서 FI에 대한 이미지 상태확인 값을 변수 ST와 바닥명(Floor Name)을 FN으로 정의하고, 306단계에서 상태 확인 변수 ST가 OK이면, 308단계로 진행하여 위치 인식 장치(110)의 저장부(202)에 바닥명과 캡쳐된 바닥 이미지(140) 쌍 (FN, FI)을 저장하게 된다. 그러나 306단계에서 상태 확인 변수 ST가 NO인 경우는 환경적인 요인 또는 카메라(112)의 오동작으로 인해 이미지가 잘못 캡쳐된 것으로서, 이때에는 302단계로 복귀하여 바닥면 이미지 캡쳐를 다시 수행하게 된다.
한편, 310단계에서는 FI 이미지의 X, Y축 눈금자 교점을 그리드맵의 중심점 (0,0)으로 지정하고, 312단계에서 FI 이미지의 X, Y축에 주어진 눈금을 따라 눈금 종이와 같은 셀 단위의 이미지 그리드 FI(x, y)를 생성하게 된다.
이후, 이미지 그리드에서 각 셀 이미지 FI(x, y)와 셀 이미지에 대응된 점 P(x, y)을 그리드 맵(GM)에 저장함으로써 바닥면 이미지에 대한 그리드 맵 구성을 완료하게 된다. 여기서 셀 이미지에 대응되는 점 P(x, y)와 그리드 맵 GM(x, y)은 아래와 같다.
P(x, y) = { (x, y) |
- |(0, 0)에서 왼쪽 그리드 수+1| ≤ x ≤| (0, 0)에서 오른쪽 그리드 수+1|,
- |(0, 0)에서 아래쪽 그리드 수+1| ≤ y ≤| (0, 0)에서 윗쪽 그리드 수+1|,
(x ≠ 0 ∧ y ≠ 0) }
GM(x, y) = (P(x, y), FI(x, y))
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치 인식 장치에서 이동 로봇으로의 위치 정보 제공 절차를 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 위치 인식 장치(110)에서 이동 로봇의 인식표 등록 요청 및 위치 정보 요청에 대한 동작 절차로서, 어느 한 이동 로봇은 천정 카메라(112)가 인식표를 캡쳐할 수 있도록 이동 로봇의 상부에 인식표를 가지고 있으며, 내부에 로봇명(RN)과 인식표 이미지(IM)를 가지고 있다. 그리고 이동 로봇이 위치 인식 장치(110)에 인식표를 등록하기 위해서 이동 로봇은 로봇명(RN) 및 인식표 이미지(IM) 등을 포함하는 인식표 등록 요청메시지(IDREG_REQ_MSG)를 위치 인식 장치(110)로 송신하게 된다.
이와 같이 400단계에서 이동 로봇으로부터 인식표 등록 요청메시지를 수신한 경우, 위치 인식 장치(110)는 402단계로 진행하여 인식표 등록 요청메시지로부터 로봇명(RN), 인식표 이미지(IM)를 추출하고, 402단계에서 로봇명, 인식표 이미지 쌍 (RN, IM)을 저장부(202)에 저장한 후, 해당 이동 로봇이 위치한 바닥면에 대하여 완성된 그리드 맵 GM의 그리드 맵 식별자(GMID)와 위치 정보 값이 저장된 그리드 맵(GM)을 포함하는 인식표 등록 완료 메시지를 이동 로봇에게 송신하게 된다.
이를 통해 이동 로봇은 자신이 위치한 바닥면에 대하여 위치 인식 장치(110)로부터 위치 정보값을 제공 받게 된다.
이후, 위치 인식 장치(110)에 인식표를 등록한 이동 로봇이 주어진 환경의 실내에서 이동할 때 이동 로봇은 주어진 환경의 바닥면내에서의 이동을 위해 위치 인식 장치(110)로 위치 정보를 요청하는 위치 정보 요청 메시지(PI_REQ_MSG)를 전송하게 된다.
즉, 408단계에서 위치 인식 장치(110)가 위치 정보 요청 메시지를 수신한 경우로서, 이동 로봇은 위치 정보 값을 요청하기 위해서 로봇명(RN)과 함께 위치 정보 요청 메시지를 위치 인식 장치에 전송하게 된다.
이에 위치 인식 장치(110)는 410단계에서 위치 정보 요청 메시지로부터 로봇명(RN)을 추출하고, 412단계에서 추출한 로봇명(RN)의 이동 로봇이 등록되어 있는지 여부를 확인하게 된다.
이에 등록되지 않은 로봇명(RN)인 경우에는 414단계로 진행하여 이동 로봇으로 위치 정보 요청을 거절하는 위치 정보 응답 메시지를 전송하거나, 인식표 등록을 요청하는 메시지를 제공하고, 400단계로 복귀하게 된다.
그러나 추출한 로봇명(RN)이 등록된 이동 로봇인 경우에는 416단계로 진행하여 로봇명 RN의 이동 로봇에 대한 위치 정보 제공을 위해서 카메라(112)로 바닥면 이미지 FM을 캡쳐하고, 418단계에서 바닥면 이미지 FM에서 로봇명 RN의 인식표 이미지 IM을 검출하게 된다.
이에 420단계에서 기설정된 재시도 횟수까지는 인식표 이미지 IM이 검출되지 않은 경우, 416단계로 복귀하여 바닥면 이미지 FM을 캡쳐 및 인식표 이미지 IM을 재 검출하게 된다. 그러나, 기설정된 재시도 횟수를 초과할 때까지 인식표 이미지 IM이 검출되지 않은 경우에는 종료하거나, 414단계로 진행하여 위치 정보 거절 메시지를 해당 이동 로봇으로 전송하게 된다.
한편, 420단계에서 기설정된 재시도 횟수 이내로 인식표 이미지 IM이 검출된 경우에는 422단계로 진행하여 IM이 검출된 이미지 영역을 그리드 맵 GM의 셀 이미지 FI(x, y)로 맵핑하고, 424단계에서 그리드 맵 GM에서 FI(x, y) 셀 이미지에 대응하는 위치값 P(x, y)을 반환 값으로 해당 이동 로봇으로 송신하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치 및 방법은, 주어진 실내 공간의 천정에 구비된 위치 인식 장치의 카메라를 통해서 이동 로봇이 배치될 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지를 주어진 크기의 셀 단위 이미지로 구분하여, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여 함으로써, 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하고, 이동 로봇이 위치 인식 장치에 인식표를 등록하고 위치 정보를 요청하면, 위치 인식 장치는 카메라를 통해서 바닥면을 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지로부터 이동 로봇의 인식표를 검출하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고, 이에 대응하는 셀의 위치 정보를 이동 로봇에게 제공한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 실내 공간 102 : 천정
104 : 바닥면 110 : 위치 인식 장치
112 : 카메라 120 : 이동로봇A
122 : 인식표 Ia 130 : 이동로봇A
132 : 인식표 Ia' 140 : 캡쳐된 바닥면 이미지
150 : 그리드 맵 200 : 무선 송수신부
202 : 저장부 204 : 바닥면 캡쳐부
206 : 그리드 맵 생성부 208 : 제어부

Claims (20)

  1. 실내 공간의 천정에 위치한 카메라를 제어하여 바닥면을 캡쳐하는 바닥면 캡쳐부와,
    캡쳐된 바닥면 이미지를 기 설정된 크기의 셀 단위 이미지로 구분하고, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여하여 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하는 그리드 맵 생성부와,
    상기 실내 공간 내 위치한 이동 로봇과 무선 데이터 송수신을 수행하는 무선 송수신부와,
    상기 바닥면 캡쳐부 및 상기 그리드 맵 생성부를 제어하고, 상기 무선 송수신부로부터 전달된 상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 및 위치 정보 요청 메시지에 따라 인식표 등록 및 현재 위치 정보를 상기 이동 로봇에 제공하는 제어부
    를 포함하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 메시지를 수신한 경우, 해당 메시지에서 로봇명 및 인식표 이미지를 추출하여 상기 이동 로봇에 대한 인식표 등록을 수행하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이동 로봇의 위치 정보 요청 메시지를 수신한 경우, 상기 바닥면 캡쳐부의 제어를 통해 바닥면 이미지를 캡쳐하고,
    캡쳐된 바닥면 이미지에서 상기 이동 로봇의 인식표를 검출하고,
    상기 그리드 맵 생성부를 제어하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키고,
    매핑된 상기 그리드 맵에서 상기 인식표가 검출된 지점에 대응하는 셀의 위치 정보를 상기 이동 로봇으로 전송하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 인식 장치는,
    상기 위치 인식 장치의 운용 프로그램을 저장하고, 복수의 이동 로봇에 대한 로봇 명과 인식표 정보를 연계하여 저장하는 저장부를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 바닥면 캡쳐부는,
    상기 바닥면에 서로 직교하게 설정된 X축 눈금자와 Y축 눈금자를 포함하여 바닥면 이미지를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 눈금은,
    상기 바닥면을 기 설정된 크기의 셀 단위로 구분할 수 있는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 그리드 맵 생성부는,
    셀 단위로 분할된 셀 단위 이미지를 포함하며, 상기 캡쳐된 바닥면 이미지의 X축 및 Y축 눈금자 교점을 그리드 맵의 중심점으로 설정하고,
    X축 및 Y축의 각 눈금을 토대로 셀 단위의 이미지 그리드를 생성하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 그리드 맵 생성부는,
    상기 이미지 그리드에서 각 셀 이미지와 상기 각 셀 이미지에 대응되는 점을 그리드 맵에 저장하여 상기 캡쳐된 바닥면 이미지에 대한 그리드 맵을 구성하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 장치.
  9. 바닥면 캡쳐부에서 실내 공간의 천정에 위치한 카메라를 제어하여 바닥면을 캡쳐하는 과정과,
    그리드 맵 생성부에서 캡쳐된 바닥면 이미지를 기 설정된 크기의 셀 단위 이미지로 구분하고, 각 셀에 대응하는 위치값을 부여하여 셀 이미지와 위치값을 포함하는 그리드 맵을 구성하는 과정과,
    무선 송수신부에서 실내 공간 내 위치한 이동 로봇과 무선 데이터 송수신을 수행하는 과정과,
    제어부에서 상기 바닥면 캡쳐부 및 상기 그리드 맵 생성부를 제어하고, 상기 무선 송수신부로부터 전달된 상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 및 위치 정보 요청 메시지에 따라 인식표 등록 및 현재 위치 정보를 상기 이동 로봇에 제공하는 과정
    을 포함하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 이동 로봇에 제공하는 과정은,
    상기 이동 로봇의 인식표 등록 요청 메시지를 수신한 경우, 해당 메시지에서 로봇명 및 인식표 이미지를 추출하여 상기 이동 로봇에 대한 인식표 등록을 수행하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 이동 로봇에 제공하는 과정은,
    상기 이동 로봇의 위치 정보 요청 메시지를 수신한 경우, 상기 바닥면 캡쳐부의 제어를 통해 바닥면 이미지를 캡쳐하는 과정과,
    캡쳐된 바닥면 이미지에서 상기 이동 로봇의 인식표를 검출하는 과정과,
    상기 그리드 맵 생성부를 제어하여 인식표가 속한 이미지 영역을 그리드 맵으로 매핑시키는 과정과,
    매핑된 상기 그리드 맵에서 상기 인식표가 검출된 지점에 대응하는 셀의 위치 정보를 상기 이동 로봇으로 전송하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 위치 인식 방법은,
    저장부에서 상기 위치 인식 장치의 운용 프로그램을 저장하고, 복수의 이동 로봇에 대한 로봇 명과 인식표 정보를 연계하여 저장하는 과정
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 바닥면을 캡쳐하는 과정은,
    상기 바닥면에 서로 직교하게 설정된 X축 눈금자와 Y축 눈금자를 포함하여 바닥면 이미지를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 눈금은,
    상기 바닥면을 기 설정된 크기의 셀 단위로 구분할 수 있는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 그리드 맵을 구성하는 과정은,
    셀 단위로 분할된 셀 단위 이미지를 포함하며, 상기 캡쳐된 바닥면 이미지의 X축 및 Y축 눈금자 교점을 그리드 맵의 중심점으로 설정하는 과정과,
    X축 및 Y축의 각 눈금을 토대로 셀 단위의 이미지 그리드를 생성하는 과정
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 그리드 맵을 구성하는 과정은,
    상기 이미지 그리드에서 각 셀 이미지와 상기 각 셀 이미지에 대응되는 점을 그리드 맵에 저장하여 상기 캡쳐된 바닥면 이미지에 대한 그리드 맵을 구성하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  17. 실내 공간 내 위치한 이동 로봇이 위치 인식 장치와 무선 연동하여 상기 이동 로봇의 로봇명 및 인식표 이미지를 포함하는 인식표 등록 요청 메시지를 전송하는 과정과,
    상기 위치 인식 장치로부터 상기 인식표 등록 완료 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 이동 로봇의 로봇명을 포함하는 상기 위치 정보 요청 메시지를 상기 위치 인식 장치로 전송하는 과정과,
    상기 위치 인식 장치로부터 현재 위치 정보를 포함하는 위치 정보 응답 메시지를 수신하는 과정
    을 포함하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 인식표 등록 완료 메시지는,
    상기 이동 로봇이 위치한 바닥면에 대한 그리드 맵 식별자와, 위치 정보 값이 저장된 그리드 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 위치 정보 요청 메시지는,
    상기 위치 인식 장치에 기 등록된 로봇명을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 이동 로봇은,
    상부에 고유 인식표를 부착한 것을 특징으로 하는 카메라 기반의 실내 위치 인식 방법.
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