KR20160063140A

KR20160063140A - 객체 추종 기능을 구비한 로봇

Info

Publication number: KR20160063140A
Application number: KR1020140166763A
Authority: KR
Inventors: 김기형
Original assignee: 김기형
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-06-03
Also published as: KR101643751B1

Abstract

본 발명은 객체 추종이 가능한 로봇에 관한 것으로서, 주행가능하게 된 로봇 본체와; 상기 로봇 본체를 주행시키기 위한 주행구동부와; 추종 대상인 객체가 소지하고, 설정된 신호정보를 송출하도록 된 송신부와; 상기 로봇 본체에 설치되고, 상기 송신부로부터 송출되는 신호정보를 수신할 수 있도록 상기 송신부와 통신가능하게 된 수신부와; 상기 로봇 본체에 설치되어 상기 로봇 본체와 상기 객체 사이의 거리를 측정하는 거리측정부와; 상기 송신부가 상기 수신부로부터 일정거리 이상 벗어나면, 상기 로봇 본체를 객체와 인접한 지점으로 이동시키도록 상기 주행구동부를 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 객체 추종이 가능한 로봇은 객체가 소지하고 있는 RFID 태그로부터 수신된 RFID 정보를 이용하여 해당 객체가 추적하고자 하는 객체인가를 확인하고, 추적하고자 하는 객체인 경우 객체와의 거리정보를 이용하여 객체와 일정한 거리를 유지하도록 제어함으로써, 객체의 추종을 원활하게 수행할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 객체 추종이 가능한 로봇은 실시간으로 입력되는 음원을 대상으로 잡음을 감소시키고, 음원 적의 실행시간을 고려하면서 현재 음원이 발생하는 방향을 지속으로 추적함으로써, 그 음원이 발생한 방향으로 로봇의 움직임을 효율적으로 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 객체 추종이 가능한 로봇은 필터를 사용하여 음원 외의 잡음을 제거하고, 마이크로폰으로 들어오는 입력 음원의 강도를 계산하여, 강도가 큰 두 개의 마이크로폰을 선택하고, 선택된 채널에서만 시간차를 계산하여 음원 추적의 실행시간을 줄임으로써 음원의 위치를 지속적이면서 신속하게 확인하고 갱신할 수 있고, 시스템의 신뢰도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.

Description

객체 추종 기능을 구비한 로봇{Robot with object tracking function}

본 발명은 객체 추종 기능을 구비한 로봇에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이동하는 객체를 일정한 거리를 두고서 지속적으로 추종할 수 있는 객체 추종 기능을 구비한 로봇에 관한 것이다.

로봇의 자율주행 기술의 비약적인 성능개선의 힘입어 다양한 형태의 어플리케이션이 개발되었으며 이들은 상용화 단계에 있을 정도이나, 여전히 협소한 곳에서의 주행이나 사용자와의 인터랙션 기술은 낮은 수준에 머물러 있다.

사용자 추종기술은 사용자와의 인터랙션과 주행기술이 결합된 것으로서 사용자 입장에서 다양한 서비스를 받을 수 있어서 매우 편리하다. 예를 들어서 길을 알려주거나 물건을 들고 따라오는 등의 일을 시킬 수 있다.

이를 구현하기 위한 종래의 기술은 대부분 매우 고가의 레이저 스캐너와 영상처리를 이용하는 기술로서, 상용화 측면에서 매우 불리하다는 문제점이 있다.

즉, 일반적으로 영상을 이용한 사람 인식 기술은 구성 비용을 증가시키고 복잡한 영상 인식 알고리즘을 이용해야 하며, 또한 영상을 이용한 방법은 사람의 뒤를 보고 추종해야 하는 로봇 시스템에서는 거리, 각도 측정 및 사람의 형상을 인식하는데 어려움이 있다는 문제점이 있다.

또한, 추종하고 있던 사람이 로봇의 인지 범위를 벗어나더라도 사람의 위치를 추정할 수 있어야 하는 어려움이 있으며, 정밀한 스캐너를 통해서 위치와 거리를 보정할 수 있기는 하지만 비용적인 측면에서 상용화가 어렵다는 문제점이 있다.

KR

10-2013-0045999

A

KR

10-2013-0122231

A

KR

10-2009-0030158

A

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 이동하는 객체에 구비된 식별 아이디 정보를 이용하여 객체를 인식하고, 객체와의 거리정보를 이용하여 인식된 객체를 일정한 거리를 두고서 추종할 수 있는 객체 추종 기능을 구비한 로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇은 주행가능하게 된 로봇 본체와; 상기 로봇 본체를 주행시키기 위한 주행구동부와; 추종 대상인 객체가 소지하고, 설정된 신호정보를 송출하도록 된 송신부와; 상기 로봇 본체에 설치되고, 상기 송신부로부터 송출되는 신호정보를 수신할 수 있도록 상기 송신부와 통신가능하게 된 수신부와; 상기 로봇 본체에 설치되어 상기 로봇 본체와 상기 객체 사이의 거리를 측정하는 거리측정부와; 상기 송신부가 상기 수신부로부터 일정거리 이상 벗어나면, 상기 로봇 본체를 객체와 인접한 지점으로 이동시키도록 상기 주행구동부를 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신부는 RFID가 각각 부여된 RFID 태그를 구비하고, 상기 수신부는 상기 RFID태그로부터 송출되는 RFID 정보를 수신하기 위한 RF리시버를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신부는 설정된 음원을 송출하는 음원발생부를 구비하고, 상기 수신부는 상기 음원발생부에서 송출되는 음원을 획득하는 다수의 음원획득부와, 상기 음원획득부에서 획득된 음원의 잡음을 감소시키는 잡음제거부와, 상기 잡음제거부를 통해 잡음이 감소된 음원에서 음원의 시작 부분과 끝 부분을 각각 검출하는 음원디렉터부와, 잡음이 감소된 음원의 에너지와 시간차를 토대로 음원의 방향을 인식하는 음원방향인식부와, 상기 음원방향인식부에서 인식된 방향의 방위각을 계산하고 상기 제어부로 방위각 정보를 송출하는 방위각검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신부는 알람을 송출하는 부저를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 수신부와 상기 송신부의 거리가 기설정된 기준거리 이상이고, 상기 수신부와 상기 송신부가 상기 기준거리 이상으로 떨어진 상태가 기설정된 기준시간을 초과하는 경우 상기 부저를 작동되게 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 객체 추종이 가능한 로봇은 객체가 소지하고 있는 RFID 태그로부터 수신된 RFID 정보를 이용하여 해당 객체가 추적하고자 하는 객체인가를 확인하고, 추적하고자 하는 객체인 경우 객체와의 거리정보를 이용하여 객체와 일정한 거리를 유지하도록 제어함으로써, 객체의 추종을 원활하게 수행할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명에 따른 객체 추종이 가능한 로봇은 실시간으로 입력되는 음원을 대상으로 잡음을 감소시키고, 음원 적의 실행시간을 고려하면서 현재 음원이 발생하는 방향을 지속으로 추적함으로써, 그 음원이 발생한 방향으로 로봇의 움직임을 효율적으로 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 객체 추종이 가능한 로봇은 필터를 사용하여 음원 외의 잡음을 제거하고, 마이크로폰으로 들어오는 입력 음원의 강도를 계산하여, 강도가 큰 두 개의 마이크로폰을 선택하고, 선택된 채널에서만 시간차를 계산하여 음원 추적의 실행시간을 줄임으로써 음원의 위치를 지속적이면서 신속하게 확인하고 갱신할 수 있고, 시스템의 신뢰도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇을 개략적으로 설명하기 위한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇의 구성을 나타내는 블럭도
도 3은 RFID태그와 RF리시버를 더 구비하는 객체 추종 기능을 구비한 로봇을 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇의 다른 실시 예를 나타낸 블럭도.
도 5는 도 4에 도시된 객체 추종 기능을 구비한 로봇의 음원획득부를 통하여 음원발생부의 방향을 계산하는 방법을 설명하는 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 에는 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 를 참조하면, 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇은 로봇 본체(10)와, 주행구동부(20)와, 송신부(30)와, 수신부(40)와, 거리측정부(50)와, 제어부(60)를 구비한다.

상기 로봇 본체(10)는 주행 가능하게 하부에 주행 휠이 설치되어 있고, 상부에는 물건을 적재할 수 있게 적재부가 구비되어 있다.

상기 주행구동부(20)는 상기 로봇 본체(10)를 주행시키기 위한 것으로서, 상기 로봇 본체(10)에 설치된 주행 휠을 각각 정역회전구동시키는 주행용 구동모터를 포함하여 구성되어 있다.

상기 송신부(30)는 객체(본 실시 예에서는 작업자)가 소지하는 것으로서, 설정된 신호정보를 송출하도록 되어 있다. 상기 송신부(30)는 손이나 팔, 다리 또는 허리 등에 착용이 가능하도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 객체는 추종 대상인 사람 또는 추종 대상인 또 다른 로봇을 적용할 수도 있다.

상기 송신부(30)는 각각의 독립적인 식별 아이디가 부여된 즉, RFID가 각각 부여된 RFID태그(31)와, 설정된 주파수 대역을 갖는 음원을 송출하는 음원발생부(32)를 포함한다.

상기 RFID태그(31)는 리더기 측으로부터 전달되는 전력에 의해 구동되는 수동형 태그를 적용할 수 있으나, 능동형 태그를 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 음원발생부(32)는 단일 주파수만을 포함할 수도 있고, 이와 다르게 서로 다른 주파수를 다수 포함할 수 있다.

상기 수신부(40)는 상기 로봇 본체(10)에 설치되고, 상기 송신부(30)로부터 송출되는 신호정보를 수신할 수 있도록 상기 송신부(30)와 통신가능하게 되어 있다.

상기 수신부(40)는 상기 RFID태그(31)로부터 송출되는 RFID 정보를 수신하기 위한 RF리시버(41)와, 상기 음원발생부(32)에서 송출되는 음원을 획득하는 다수의 음원획득부(42)와, 상기 음원획득부(42)에서 획득된 음원의 잡음을 감소시키는 잡음제거부(43)와, 상기 잡음제거부(43)를 통해 잡음이 감소된 음원에서 음원의 시작 부분과 끝 부분을 각각 검출하는 음원디렉터부(44)와, 잡음이 감소된 음원의 에너지와 시간차를 토대로 음원의 방향을 인식하는 음원방향인식부(45)와, 상기 음원방향인식부(45)에서 인식된 방향의 방위각을 계산하고 상기 제어부(60)로 방위각 정보를 송출하는 방위각검출부(46)를 구비한다.

상기 RF리시버(41)는 통상적인 RFID리더기를 적용하였으며, RFID태그(31)로부터 정보를 읽어들일 수 있도록 설정된 주파수의 전파를 송출하도록 되어 있다.

상기 음원획득부(42)는 2개의 마이크로폰을 적용할 수 있으며, 상기 다수의 마이크로폰은 로봇 본체(10)의 전면 중앙을 기준으로 좌측과 우측에 각각 동일한 간격으로 이격되게 배치되어 있다.

상기 잡음제거부(43)는 상기 음원송출부에서 송출되는 음원의 주파수에 해당하는 주파수 대역 이외의 잡음 즉, 노이즈를 제거하여 후술하는 음원방향인식부(45)에서의 음원 방향에 대한 인식률을 높이도록 한다.

상기 잡음제거부(43)는 음원획득부(42)에서 실시간으로 다수 개의 마이크로폰을 통해 획득되어 전달된 음원에 대해 필터(일 예로, 칼만 필터;KALMAN FILTER)를 적용하여 잡음을 제거한다.

상기의 칼만 필터는 장애물에 의해 약간의 수신장애가 발생할 경우의 약한 신호에도 좋은 결과를 검출해 낸다. 또한, 이 필터는 신호와 잡음의 분리가 우수하여 순간적인 위치의 점프 현상을 방지할 수도 있으며, 정확한 위치, 속도 및 시간을 안정적으로 검출하는데 이용되고 있다.

상기 음원디렉터부(44)는 잡음제거부(43)에서 잡음이 감소된 음원으로부터 음원의 시작점과 끝점을 검출한다. 상기 음원디텍터부(44)의 정확한 시작점의 검출 결과는 신호 분석, 합성, 코딩 등과 같은 신호 처리에서 매우 중요하다.

특히 본 발명에서 신호의 시작점과 끝점을 정확하게 추출하는 것은 시간차 계산의 성능에 큰 영향을 미친다. 따라서, 실시간으로 신호의 시작점과 끝점을 감지하기 위해서 구간 에너지를 이용하고, 이 신호의 발생 구간을 추출하기 위한 임계치는 반복적인 음원 추적 과정을 통해 최적화된 값이다.

여기서, 임계치를 구하기 위한 음원 추정 과정을 설명하면, 주위 환경(예를 들면, 조용한 환경, 잡음이 있는 환경 등)에 따른 여러 상황에서 미리 녹음된 여러 개의 신호를 가지고 각각 신호에 대하여 임계치를 구한 다음 평균한 값, 즉, 임계치를 계산한다. 결국, 임계치는 구간에너지의 평균값으로 미리 세팅된 값이며, 따라서 본 발명의 음원디텍터부(44)는 실시간으로 들어오는 음성 신호에 대해 프레임별로 구간에너지를 계산하여 임계치보다 크면 신호의 시작점이라고 인지하고, 그 후에 구간에너지 값이 임계치보다 작으면 신호의 끝점이라고 인지한다.

상기 음원방향인식부(45)는 음원의 에너지의 강도를 추출하기 위한 음원강도추출부와, 시간차 계산부를 포함한다.

상기 음원강도추출부에서는 구간 에너지 정보를 이용하여 신호의 강도를 계산하며, 상기 시간차 계산부에서는 다수 개의 마이크로폰 중에서 큰 강도를 가지는 순서대로 2개의 마이크로폰을 결정한 다음, 결정한 2개의 마이크로폰으로 각각 입력된 음원 신호의 시작점 시간차 및 끝점 시간 차이를 계산한다.

상기 방위각검출부(46)는 시간차 계산부에서 결정된 시간차를 가지고 기준선에 대한 음원발생부(32)의 각도를 결정한다. 이때, 기준이 되는 기준선은 로봇 본체(10)가 현재 바라보고 있는 방향을 기준으로 설정한다. 일 예로, 좌측에 위치하는 마이크로폰에 획득된 음원 신호의 시작점 또는 끝점보다 우측에 위치하는 마이크로폰에 획득된 음원 신호의 시작점 또는 끝점이 시간상 늦은 경우, 음원발생부(32)가 기준선을 기준으로 좌측에 위치하도록 판정하며, 세부적인 과정은 음원 신호의 진폭 정보, 진행 속도 정보, 마이크로폰들과 음원발생부(32)와의 거리 정보 등을 토대로 계산할 수 있다.

상기 거리측정부(50)는 상기 로봇 본체(10)에 설치되어 상기 로봇 본체(10)와 상기 객체 사이의 거리를 측정하도록 되어 있다. 상기 거리측정부(50)는 초음파를 이용한 초음파거리측정장치를 적용할 수 있다.

상기 제어부(60)는 상기 송신부(30)가 상기 수신부(40)로부터 일정거리 이상 벗어나면, 상기 로봇 본체(10)를 객체와 인접한 지점으로 이동시키도록 상기 주행구동부(20)를 제어하도록 되어 있다. 또한, 상기 제어부(60)는 방위각검출부(46)에서 검출된 방위각에 기반하여 상술한 기준선을 기준으로 로봇 본체(10)의 방향을 조정하도록 되어 있다.

본 발명에 따른 객체 추종 기능을 갖는 로봇은 알람을 송출하기 위한 부저(35)를 상기 송신부(30)에 더 설치할 수 있다. 이때, 상기 제어부(60)는 상기 수신부(40)와 상기 송신부(30)의 거리가 기설정된 기준거리 이상이고, 상기 수신부(40)와 상기 송신부(30)가 상기 기준거리 이상으로 떨어진 상태가 기설정된 기준시간을 초과하는 경우 상기 부저(35)를 작동되게 제어한다. 상기 수신부(40)에서는 상기 송신부(30) 측으로 부저(35)를 동작시키기 위한 제어신호를 송출할 수 있도록 되어 있으며, 상기 송신부(30) 측에도 수신부(40) 측으로부터 송출되는 제어신호를 수신할 수 있도록 되어 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 객체 추종 기능을 구비한 로봇은 도면에 도시된 일 예를 참조하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 로봇 본체
20 : 주행구동부
30 : 송신부
31 : RFID태그
32 : 음원발생부
35 : 부저
40 : 수신부
41 : RF리시버
42 : 음원획득부
43 : 잡음제거부
44 : 음원디렉터부
45 : 음원방향인식부
46 : 방위각검출부
50 : 거리측정부
60 : 제어부

Claims

주행가능하게 된 로봇 본체와;
상기 로봇 본체를 주행시키기 위한 주행구동부와;
추종 대상인 객체가 소지하고, 설정된 신호정보를 송출하도록 된 송신부와;
상기 로봇 본체에 설치되고, 상기 송신부로부터 송출되는 신호정보를 수신할 수 있도록 상기 송신부와 통신가능하게 된 수신부와;
상기 로봇 본체에 설치되어 상기 로봇 본체와 상기 객체 사이의 거리를 측정하는 거리측정부와;
상기 송신부가 상기 수신부로부터 일정거리 이상 벗어나면, 상기 로봇 본체를 객체와 인접한 지점으로 이동시키도록 상기 주행구동부를 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 객체 추종 기능을 구비한 로봇.
제1항에 있어서,
상기 송신부는 RFID가 각각 부여된 RFID 태그를 구비하고,
상기 수신부는 상기 RFID태그로부터 송출되는 RFID 정보를 수신하기 위한 RF리시버를 구비하는 것을 특징으로 하는 객체 추종 기능을 구비한 로봇.
제2항에 있어서,
상기 송신부는 설정된 음원을 송출하는 음원발생부를 구비하고,
상기 수신부는 상기 음원발생부에서 송출되는 음원을 획득하는 다수의 음원획득부와, 상기 음원획득부에서 획득된 음원의 잡음을 감소시키는 잡음제거부와, 상기 잡음제거부를 통해 잡음이 감소된 음원에서 음원의 시작 부분과 끝 부분을 각각 검출하는 음원디렉터부와, 잡음이 감소된 음원의 에너지와 시간차를 토대로 음원의 방향을 인식하는 음원방향인식부와, 상기 음원방향인식부에서 인식된 방향의 방위각을 계산하고 상기 제어부로 방위각 정보를 송출하는 방위각검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 객체 추종 기능을 구비한 로봇.
제3항에 있어서,
상기 송신부는 알람을 송출하는 부저를 더 구비하고,
상기 제어부는 상기 수신부와 상기 송신부의 거리가 기설정된 기준거리 이상이고, 상기 수신부와 상기 송신부가 상기 기준거리 이상으로 떨어진 상태가 기설정된 기준시간을 초과하는 경우 상기 부저를 작동되게 제어하는 것을 특징으로 하는 객체 추종 기능을 구비한 로봇.