KR20160146379A - 이동 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 이동 로봇은, 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 상기 본체의 일측에 설치되어, 마커와 관련된 영상을 촬영하는 카메라, 상기 마커의 패턴과 관련된 정보를 저장하는 메모리, 상기 촬영된 영상에서, 상기 마커의 외관에 포함된 적어도 하나의 세로방향 선분과 관련된 정보를 추출하고, 상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 위치 및 자세와 관련된 정보를 검출하고, 상기 검출된 본체의 위치 및 자세 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동 로봇 및 그 제어방법{MOVING ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 이동 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마커 인식을 수행하는 이동 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.
상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다.
최근에는, 로봇 청소기가 청소 영역을 단순히 자율적으로 주행하여 청소를 수행하는 것에서 벗어나 로봇 청소기를 헬스 케어, 스마트홈, 원격제어 등 다양한 분야에 활용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다양한 방향에서도 마커 인식을 수행할 수 있는 이동 로봇 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 저해상도 카메라를 이용하여 마커 인식을 수행할 수 있는 이동 로봇 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 원통형 마커에 대해 마커 인식을 수행함으로써, 이동 로봇의 위치 및 자세를 검출하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이동 로봇은, 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 상기 본체의 일측에 설치되어, 마커와 관련된 영상을 촬영하는 카메라, 상기 마커의 패턴과 관련된 정보를 저장하는 메모리, 상기 촬영된 영상에서, 상기 마커의 외관에 포함된 적어도 하나의 세로방향 선분과 관련된 정보를 추출하고, 상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 위치 및 자세와 관련된 정보를 검출하고, 상기 검출된 본체의 위치 및 자세 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분의 길이에 근거하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 추출된 세로방향 선분과 함께, 상기 카메라의 배율과 관련된 정보를 이용하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 상기 마커에 대한 상기 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 메모리는 상기 이동 로봇의 경로와 관련된 정보를 저장하고, 상기 제어부는 상기 검출된 본체의 위치 및 자세와 상기 경로와 관련된 정보를 비교하고, 상기 비교결과에 근거하여 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 카메라는 기 설정된 주기마다 상기 마커와 관련된 영상을 촬영하고, 상기 제어부는 상기 기 설정된 주기마다 상기 검출된 본체의 위치 및 자세와 관련된 정보를 갱신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 영상에 포함된 픽셀 중 제1 색에서 제2 색으로 변경되는 부분을 세로방향 엣지로 추출하고, 상기 추출된 세로방향 엣지 중 기 설정된 조건을 만족하는 일부를 그룹화하여 상기 세로방향 선분을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르는 이동 로봇의 제어방법의 일 실시예 따르면, 마커와 관련된 영상을 촬영하는 단계, 상기 촬영된 영상에서, 상기 마커의 외관에 포함된 적어도 하나의 세로방향 선분과 관련된 정보를 추출하는 단계, 상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 마커의 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 위치와 관련된 정보를 검출하는 단계, 상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 마커의 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 자세와 관련된 정보를 검출하는 단계 및 상기 검출된 본체의 위치 및 자세 중 적어도 하나에 근거하여, 구동부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 본체의 위치와 관련된 정보를 검출하는 단계는, 상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분의 길이에 근거하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 일 실시 예에 따르면, 상기 본체의 자세와 관련된 정보를 검출하는 단계는 상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 상기 마커에 대한 상기 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단순한 패턴을 이용하여 이동 로봇의 위치 및 진행 방향을 추정함으로써, 이동 로봇의 단가를 감소시키면서도 패턴 인식과 관련된 성능을 유지하는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 위치 및 방향에서 마커 인식이 가능해지며, 이로써 마커 인식의 인식률이 증가되는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동 로봇의 위치 및 진행 방향을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 이동 로봇의 제어방법에 의하면, 마커에 대한 상대적인 좌표 및 자세를 정확하게 추정할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 촬영 대상인 마커의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 마커의 외관을 2차원 평면에 도시한 개념도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 마커를 인식하는 이동 로봇에 관련된 일 실시예를 나타내는 개념도이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 이동 로봇의 카메라에 의해 촬영된 이미지의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이동 로봇이 마커에 대한 상대적인 좌표 및 방향을 산출하는 방법을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
또한, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하의 도 1a에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 구성이 설명된다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇은, 통신부(110), 입력부(120), 구동부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 전원부(160), 메모리(170) 및 제어부(180) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이때, 도 1a에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 로봇 청소기가 구현될 수 있음은 물론이다. 이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
우선, 전원부(160)는 외부 상용 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하여 이동 로봇 내로 전원을 공급한다. 전원부(160)는 이동 로봇에 포함된 각 구성들에 구동 전원을 공급하여, 이동 로봇이 주행하거나 특정 기능을 수행하는데 요구되는 동작 전원을 공급할 수 있다.
이때, 제어부(180)는 배터리의 전원 잔량을 감지하고, 전원 잔량이 부족하면 외부 상용 전원과 연결된 충전대로 이동하도록 제어하여, 충전대로부터 충전 전류를 공급받아 배터리를 충전할 수 있다. 배터리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어부(180)에 전달될 수 있다. 출력부(150)은 제어부에 의해 상기 배터리 잔량을 화면에 표시할 수 있다.
배터리는 로봇 청소기 중앙의 하부에 위치할 수도 있고, 좌, 우측 중 어느 한쪽에 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 이동 로봇은 배터리의 무게 편중을 해소하기 위해 균형추를 더 구비할 수 있다.
한편, 구동부(130)는 모터를 구비하여, 상기 모터를 구동함으로써, 좌, 우측 주바퀴를 양 방향으로 회전시켜 본체를 회전 또는 이동시킬 수 있다. 구동부(130)는 이동 로봇의 본체를 전후좌우로 진행시키거나, 곡선주행시키거나, 제자리 회전시킬 수 있다.
한편, 입력부(120)는 사용자로부터 로봇 청소기에 대한 각종 제어 명령을 입력받는다. 입력부(120)는 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있고, 예를 들어, 입력부(120)는 확인버튼, 설정버튼 등을 포함할 수 있다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 맵 정보를 확인하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이고, 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이다.
또한, 입력부(120)는 이전 사용자 입력을 취소하고 다시 사용자 입력을 받기 위한 입력재설정버튼, 기 설정된 사용자 입력을 삭제하기 위한 삭제버튼, 작동 모드를 설정하거나 변경하는 버튼, 충전대로 복귀하도록 하는 명령을 입력받는 버튼 등을 포함할 수 있다.
또한, 입력부(120)는 하드 키나 소프트 키, 터치패드 등으로 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 또, 입력부(120)는 출력부(150)와 함께 터치 스크린의 형태를 가질 수 있다.
한편, 출력부(150)는, 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 물론 설치 위치나 설치 형태는 달라질 수 있다. 예를 들어, 출력부(150)는 배터리 상태 또는 주행 방식 등을 화면에 표시할 수 있다.
또한, 출력부(150)는, 센싱부(140)가 검출한 이동 로봇 내부의 상태 정보, 예를 들어 이동 로봇에 포함된 각 구성들의 현재 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력부(150)는 센싱부(140)가 검출한 외부의 상태 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 화면에 디스플레이할 수 있다. 출력부(150)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.
출력부(150)는, 제어부(180)에 의해 수행되는 이동 로봇의 동작 과정 또는 동작 결과를 청각적으로 출력하는 음향 출력 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(150)는 제어부(180)에 의해 생성된 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다.
이때, 음향 출력 수단은 비퍼(beeper), 스피커 등의 음향을 출력하는 수단일 수 있고, 출력부(150)는 메모리(170)에 저장된 소정의 패턴을 가진 오디오 데이터 또는 메시지 데이터 등을 이용하여 음향 출력 수단을 통해 외부로 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇은, 출력부(150)를 통해 주행 영역에 대한 환경 정보를 화면에 출력하거나 음향으로 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에 따라, 이동 로봇은 출력부(150)를 통해 출력할 화면이나 음향을 단말 장치가 출력하도록, 지도 정보 또는 환경 정보를 통신부(110)릍 통해 단말 장치에 전송할 수 있다.
한편, 통신부(110)는 단말 장치 및/또는 특정 영역 내 위치한 타 기기(본 명세서에서는 "가전 기기"라는 용어와 혼용하기로 한다)와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 신호와 데이터를 송수신한다.
통신부(110)는 특정 영역 내에 위치한 타 기기와 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 타 기기는 네트워크에 연결하여 데이터를 송수신할 수 있는 장치이면 어느 것이어도 무방하며, 일 예로, 공기 조화 장치, 난방 장치, 공기 정화 장치, 전등, TV, 자동차 등과 같은 장치일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 문, 창문, 수도 밸브, 가스 밸브 등을 제어하는 장치 등일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 온도, 습도, 기압, 가스 등을 감지하는 센서 등일 수 있다.
따라서, 제어부(180)는 통신부(110)를 통해 상기 타 기기에 제어 신호를 전송할 수 있고, 이에 따라, 상기 타 기기는 수신한 제어 신호에 따라 동작할 수 있다. 일 예로, 상기 타 기기가 공기 조화 장치인 경우, 전원을 켜거나 제어 신호에 따라 특정 영역에 대하여 냉방 또는 난방을 수행할 수 있고, 창문을 제어하는 장치인 경우, 제어 신호에 따라 창문을 개폐하거나 일정 비율로 개방할 수 있다.
또한, 통신부(110)는 특정 영역 내에 위치한 적어도 하나의 타 기기로부터 각종 상태 정보 등을 수신할 수 있고, 일 예로, 통신부(110)는 공기 조화 장치의 설정 온도, 창문의 개폐 여부 또는 개폐 정도를 나타내는 개폐 정보, 온도 센서에 의해 감지되는 특정 영역의 현재 온도 등을 수신할 수 있다.
이에 따라, 제어부(180)는 상기 상태 정보, 입력부(120)를 통한 사용자 입력, 또는 단말 장치를 통한 사용자 입력에 따라 상기 타 기기에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 통신부(110)는 적어도 하나의 타 기기와 통신하기 위해 라디오 주파수(RF) 통신, 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신(IrDA), 무선 랜(LAN), 지그비(Zigbee) 등과 같은 무선 통신 방식 중 적어도 하나의 통신 방식을 채용할 수 있고, 이에 따라 상기 타 기기 및 이동 로봇(100)은 적어도 하나의 네트워크를 구성할 수 있다. 이때, 상기 네트워크는, 인터넷(internet)인 것이 바람직하다.
통신부(110)는 단말 장치로부터 제어 신호를 수신할 수 있다. 이에 따라, 제어부(180)는 상기 통신부(110)를 통해 수신한 제어 신호에 따라 다양한 작업과 관련된 제어 명령을 수행할 수 있다. 일 예로, 입력부(120)를 통해 사용자로부터 입력받을 수 있는 제어 명령을 통신부(110)를 통해 단말 장치로부터 수신할 수 있고, 제어부(180)는 수신한 제어 명령을 수행할 수 있다. 또한, 통신부(110)는 상기 단말 장치로 이동 로봇의 상태 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 영상 정보, 지도 정보 등을 전송할 수 있다. 일 예로, 출력부(150)를 통해 출력할 수 있는 각종 정보를 통신부(110)를 통해 단말 장치로 전송할 수 있다.
이때, 통신부(110)는, 랩탑(laptop)과 같은 컴퓨터, 디스플레이 장치 및 이동 단말기(일 예로, 스마트폰) 등과 같은 단말 장치와 통신하기 위해 라디오 주파수(RF) 통신, 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신(IrDA), 무선 랜(LAN), 지그비(Zigbee) 등과 같은 무선 통신 방식 중 적어도 하나의 통신 방식을 채용할 수 있고, 이에 따라 상기 타 기기 및 이동 로봇(100)은 적어도 하나의 네트워크를 구성할 수 있다. 이때, 상기 네트워크는, 인터넷(internet)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 단말 장치가 이동 단말기인 경우에 로봇 청소기(100)는 이동 단말기가 가용한 통신 방식을 사용하는 통신부(110)를 통해 단말 장치와 통신할 수 있다.
한편, 메모리(170)는 로봇 청소기를 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 오디오 정보, 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 저장할 수 있다. 또, 메모리(170)는 주행 패턴과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
상기 메모리(170)는 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.
한편, 센싱부(140)는, 외부 신호 감지 센서, 전방 감지 센서, 낭떠러지 감지 센서, 하부 카메라 센서, 상부 카메라 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
외부 신호 감지 센서는 이동 로봇의 외부 신호를 감지할 수 있다. 외부 신호 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor) 등일 수 있다.
이동 로봇은 외부 신호 감지 센서를 이용하여 충전대가 발생하는 안내 신호를 수신하여 충전대의 위치 및 방향을 확인할 수 있다. 이때, 충전대는 이동 로봇이 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신할 수 있다. 즉, 이동 로봇은 충전대로부터 발신되는 신호를 수신하여 현재의 위치를 판단하고 이동 방향을 설정하여 충전대로 복귀할 수 있다.
또한, 이동 로봇은 외부 신호 감지 센서를 이용하여 리모컨, 단말기 등의 원격 제어 장치가 발생하는 신호를 감지할 수 있다.
외부 신호 감지 센서는 이동 로봇의 내부나 외부의 일 측에 구비될 수 있다. 일 예로, 적외선 센서는 이동 로봇 내부 또는 출력부(150)의 하부 또는 상부 카메라 센서의 주변에 설치될 수 있다.
한편, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 전방, 구체적으로 이동 로봇의 측면 외주면을 따라 일정 간격으로 설치될 수 있다. 전방 감지 센서는 이동 로봇의 적어도 일 측면에 위치하여, 전방의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 전방 감지 센서는 이동 로봇의 이동 방향에 존재하는 물체, 특히 장애물을 감지하여 검출 정보를 제어부(180)에 전달할 수 있다. 즉, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(180)에 전달할 수 있다.
전방 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있고, 이동 로봇은 전방 감지 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다.
일 예로, 초음파 센서는 일반적으로 원거리의 장애물을 감지하는 데에 주로 사용될 수 있다. 초음파 센서는 발신부와 수신부를 구비하여, 제어부(180)는 발신부를 통해 방사된 초음파가 장애물 등에 의해 반사되어 수신부에 수신되는 지의 여부로 장애물의 존부를 판단하고, 초음파 방사 시간과 초음파 수신 시간을 이용하여 장애물과의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 발신부에서 방사된 초음파와, 수신부에 수신되는 초음파를 비교하여, 장애물의 크기와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 수신부에 더 많은 초음파가 수신될수록, 장애물의 크기가 큰 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수(일 예로, 5개)의 초음파 센서가 이동 로봇의 전방 측면에 외주면을 따라 설치될 수 있다. 이때, 바람직하게 초음파 센서는 발신부와 수신부가 교대로 이동 로봇의 전면에 설치될 수 있다.
즉, 발신부는 본체의 전면 중앙으로부터 좌, 우측에 이격되도록 배치될 수 있고, 수신부의 사이에 하나 또는 둘 이상의 발신부가 배치되어 장애물 등으로부터 반사된 초음파 신호의 수신 영역을 형성할 수 있다. 이와 같은 배치로 센서의 수를 줄이면서 수신 영역을 확장할 수 있다. 초음파의 발신 각도는 크로스토크(crosstalk) 현상을 방지하도록 서로 다른 신호에 영향을 미치지 아니하는 범위의 각을 유지할 수 있다. 또한, 수신부들의 수신 감도는 서로 다르게 설정될 수 있다.
또한, 초음파 센서에서 발신되는 초음파가 상향으로 출력되도록 초음파 센서는 일정 각도만큼 상향으로 설치될 수 있고, 이때, 초음파가 하향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 소정의 차단 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 전방 감지 센서는, 전술한 바와 같이, 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있고, 이에 따라, 전방 감지 센서는 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서 등 중 어느 한 가지 종류의 센서를 사용할 수 있다.
일 예로, 전방 감지 센서는 초음파 센서 이외에 다른 종류의 센서로 적외선 센서를 포함할 수 있다.
적외선 센서는 초음파 센서와 함께 이동 로봇의 외주면에 설치될 수 있다. 적외선 센서 역시, 전방이나 측면에 존재하는 장애물을 감지하여 장애물 정보를 제어부(180)에 전달할 수 있다. 즉, 적외선 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(180)에 전달한다. 따라서, 이동 로봇은 본체가 장애물과의 충돌없이 특정 영역 내에서 이동할 수 있다.
한편, 낭떠러지 감지 센서(또는 클리프 센서(Cliff Sensor))는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하여, 이동 로봇의 본체를 지지하는 바닥의 장애물을 감지할 수 있다.
즉, 낭떠러지 감지 센서는, 바닥의 이동 로봇의 배면에 설치되되, 이동 로봇의 종류에 따라 다른 위치에 설치될 수 있음은 물론이다. 낭떠러지 감지 센서는 이동 로봇의 배면에 위치하여, 바닥의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 낭떠러지 감지 센서는 상기 장애물 감지 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등일 수 있다.
일 예로, 낭떠러지 감지 센서 중 어느 하나는 이동 로봇의 전방에 설치되고, 다른 두 개의 낭떠러지 감지 센서는 상대적으로 뒤쪽에 설치될 수 있다.
예를 들어, 낭떠러지 감지 센서는 PSD 센서일 수 있으나, 복수의 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수도 있다.
PSD 센서는 반도체 표면저항을 이용해서 1개의 p-n접합으로 입사광의 단장거리 위치를 검출한다. PSD 센서에는 일축 방향만의 광을 검출하는 1차원 PSD 센서와, 평면상의 광위치를 검출할 수 있는 2차원 PSD 센서가 있으며, 모두 pin 포토 다이오드 구조를 가질 수 있다. PSD 센서는 적외선 센서의 일종으로서, 적외선을 이용하여, 적외선을 송신한 후 장애물에서 반사되어 돌아오는 적외선의 각도를 측정하여 거리를 측정한다. 즉, PSD 센서는 삼각측량방식을 이용하여, 장애물과의 거리를 산출한다.
PSD 센서는 장애물에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 구비하되, 일반적으로 모듈 형태로 구성된다. PSD 센서를 이용하여, 장애물을 감지하는 경우, 장애물의 반사율, 색의 차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있다.
제어부(180)는 낭떠러지 감지 센서가 지면을 향해 발광한 적외선의 발광신호와 장애물에 의해 반사되어 수신되는 반사신호 간의 적외선 각도를 측정하여, 낭떠러지를 감지하고 그 깊이를 분석할 수 있다.
한편, 제어부(180)는 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 감지한 낭떠러지의 지면 상태에 따라 통과 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 낭떠러지의 통과 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)은 낭떠러지 감지 센서를 통해 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지 깊이를 판단한 다음, 낭떠러지 감지 센서를 통해 반사 신호를 감지한 경우에만 낭떠러지를 통과하도록 한다.
다른 예로, 제어부(180)은 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 이동 로봇의 들림 현상을 판단할 수도 있다.
한편, 하부 카메라 센서는, 이동 로봇의 배면에 구비되어, 이동 중 하방, 즉, 바닥면(또는 피청소면)에 대한 이미지 정보를 획득한다. 하부 카메라 센서는, 다른 말로 옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)라 칭하기도 한다. 하부 카메라 센서는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 메모리(170)에 저장될 수 있다.
하부 카메라 센서는, 렌즈(미도시)와 상기 렌즈를 조절하는 렌즈 조절부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 렌즈로는 초점거리가 짧고 심도가 깊은 팬포커스형 렌즈를 사용하는 것이 좋다. 상기 렌즈 조절부는 전후 이동되도록 하는 소정 모터와 이동수단을 구비하여 상기 렌즈를 조절한다.
또한, 하나 이상의 광원이 이미지 센서에 인접하여 설치될 수 있다. 하나 이상의 광원은, 이미지 센서에 의해 촬영되는 바닥면의 소정 영역에 빛을 조사한다. 즉, 이동 로봇이 바닥면을 따라 특정 영역을 이동하는 경우에, 바닥면이 평탄하면 이미지 센서와 바닥면 사이에는 일정한 거리가 유지된다. 반면, 이동 로봇이 불균일한 표면의 바닥면을 이동하는 경우에는 바닥면의 요철 및 장애물에 의해 일정 거리 이상 멀어지게 된다. 이때 하나 이상의 광원은 조사되는 빛의 양을 조절하도록 제어부(180)에 의해 제어될 수 있다. 상기 광원은 광량 조절이 가능한 발광 소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등일 수 있다.
하부 카메라 센서를 이용하여, 제어부(180)는 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어부(180)은 하부 카메라 센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다. 하부 카메라 센서를 이용하여 이동 로봇의 하방에 대한 이미지 정보를 이용함으로써, 제어부(180)는 다른 수단에 의해 산출한 이동 로봇의 위치에 대하여 미끄러짐에 강인한 보정을 할 수 있다.
한편, 상부 카메라 센서는 이동 로봇의 상방이나 전방을 향하도록 설치되어 이동 로봇 주변을 촬영할 수 있다. 이동 로봇이 복수의 상부 카메라 센서들을 구비하는 경우, 카메라 센서들은 일정 거리 또는 일정 각도로 이동 로봇의 상부나 옆면에 형성될 수 있다.
상부 카메라 센서는 피사체의 초점을 맞추는 렌즈와, 카메라 센서를 조절하는 조절부와, 상기 렌즈를 조절하는 렌즈 조절부를 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 소정의 위치에서도 주변의 모든 영역, 예를 들어 천장의 모든 영역이 촬영될 수 있도록 화각이 넓은 렌즈를 사용한다. 예를 들어 화각이 일정 각, 예를 들어 160도, 이상인 렌즈를 포함한다.
제어부(180)는 상부 카메라 센서가 촬영한 영상 데이터를 이용하여 이동 로봇의 위치를 인식할 수 있고, 특정 영역에 대한 지도 정보를 생성할 수 있다. 제어부(180)은 가속도 센서, 자이로 센서, 휠 센서, 하부 카메라 센서에 의한 영상 데이터와 상부 카메라 센서에 의해 획득한 영상 데이터를 이용하여 정밀하게 위치를 인식할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 전방 감지 센서나 장애물 감지 센서 등에 의해 검출된 장애물 정보와 상부 카메라 센서에 의해 인식된 위치를 이용하여, 지도 정보를 생성할 수 있다. 이와 달리, 지도 정보는 제어부(180)에 의해 생성되지 않고, 외부로부터 입력받고, 메모리(170)에 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 상부 카메라 센서는 이동 로봇의 전방을 향하도록 설치될 수 있다. 또한, 상부 카메라 센서의 설치 방향은 고정될 수도 있고, 제어부(180)에 의해 변경될 수도 있다.
이하의 도 1b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 외관에 대해 설명한다.
도 1b를 참조하면, 이동 로봇(100)은 이동이 가능하도록 마련된 본체(50)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 로봇(100)이 로봇 청소기인 경우, 상기 본체(50)는 흡입력을 발생시키는 청소부(미도시)를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 이동 로봇(100)이 잔디 깎기 로봇인 경우, 상기 본체(50)는 잔디를 절삭하는 절삭부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 본체(50)에는 상기 본체(50)를 원하는 방향으로 이동시키고, 회전시킬 수 있는 구동부가 마련된다. 상기 구동부는 복수 개의 회전가능한 바퀴를 포함할 수 있고, 각각의 바퀴는 개별적으로 회전될 수 있어서, 상기 본체(50)는 원하는 방향으로 회전될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 구동부는 적어도 하나의 주 구동바퀴(40)와, 보조 바퀴(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 본체(50)는 두개의 주 구동 바퀴(40)를 포함할 수 있으며, 상기 주 구동 바퀴는 본체(50)의 후방 저면에 설치될 수 있다.
상기 본체(50)에는 이동 로봇의 주행 영역의 외곽을 정의하는 경계 와이어(미도시)를 감지할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 상기 경계 와이어에 흐르는 전류에 의해서 발생되는 자기장과 그에 따라 유도되어 발생되는 전압값을 감지해서, 상기 본체(50)가 상기 경계 와이어에 도달했는지, 상기 본체(50)가 상기 경계와이어에 의해서 형성되는 폐곡면 내에 존재하는지, 상기 본체(50)가 상기 경계 와이어를 따라서 주행하고 있는지 등에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한 상기 센서는 상기 본체(50)의 이동 거리, 이동 속도, 이동에 따른 상대적인 위치 변화 등에 관한 다양한 정보를 감지하는 것도 가능하다.
상기 본체(50)는 상기 센서에서 감지된 정보를 이용해서, 상기 구동바퀴(40)를 구동할 수 있다. 즉 상기 제어부(20)는 상기 센서에서 측정한 정보를 이용해서 상기 본체(50)의 주행을 제어해서, 상기 본체(50)가 작업 영역 내부에 위치하도록 상기 구동부를 구동하는 것도 가능하다.
상기 본체(50)는 상기 경계 와이어로부터 유도되는 전압값을 감지하는 센서와, 상기 센서에서 감지된 전압값에 의해서 상기 본체(50)와 상기 경계 와이어의 거리를 판단하는 제어부(20)를 포함할 수 있다.
상기 본체(50)는 충전 장치(100)와 접촉하여 전력을 공급받도록, 전력 수신부(60)를 포함할 수 있다. 상기 전력 수신부(60)는 적어도 하나의 단자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 단자는 탄성부(미도시)와 결합되어, 상하 이동이 가능하도록 형성될 수 있다. 상기 전력 수신부(60)는 구동부의 주 구동바퀴(40) 중 어느 하나의 상방에 설치될 수 있다. 아울러, 상기 전력 수신부(60)는 본체(50)의 상방으로 노출되도록 설치될 수 있다.
이하의 도 2a에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 촬영 대상인 마커가 설명된다.
도 2a를 참조하면, 마커(200)는 원통형으로 형성될 수 있다. 마커(200)의 상면에는 마커(200)의 방향을 나타내는 표식(220)이 형성될 수 있다. 이로써, 특정 좌표계(221)의 좌표축 중 어느 하나가 지향하는 방향과 상기 표식(220)이 지향하는 방향이 대응되도록 상기 마커(200)가 설치될 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 것과 같이, 마커(200)의 외관은 적어도 하나의 세로방향 선분과, 대각선방향 선분 중 적어도 하나를 포함하는 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 패턴은 고성능 카메라로 촬영하지 않아도 인식될 수 있도록, 간단한 모양으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴에 포함된 복수의 선분은 복수의 영역을 정의할 수 있고, 이와 같이 정의되는 복수의 영역은 소정의 면적 값 이상을 가질 수 있다. 아울러 상기 정의되는 복수의 영역에 포함된 꼭지점 개수는 소정 개수 이하일 수 있다. 또한, 상기 정의되는 복수의 영역 중 어느 하나는 사용자에 의해 선택된 두 가지 색상 중 어느 하나를 가질 수 있다.
마커(200)의 외관의 패턴에 대해서는 이하의 도 2b에서 더욱 상세히 설명한다.
한편, 마커(200)의 하부에는 고정 유닛(미도시)을 포함할 수 있고, 상기 고정 유닛은 마커(200)의 설치 방향이 외력에 의해 변경되지 않도록, 마커(200)의 본체와 바닥을 고정시킬 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 고정 유닛은 모터를 포함하며, 상기 모터의 움직임에 따라 마커(200)의 설치 방향이 변경될 수도 있다.
마커(200)는 통신 유닛(미도시)을 포함할 수 있고, 마커(200)의 통신 유닛은 이동 로봇(100)의 통신부(110)와 데이터 송수신을 수행할 수 있다.
마커(200)의 외관은 디스플레이 유닛으로 형성되어, 상기 마커(200)의 외관은 디스플레이의 출력에 따라 변경될 수도 있다.
이하의 도 2b에서는 마커(200)의 외관에 도시된 패턴의 일 실시예가 설명된다. 도 2b는 원통형 마커(200)의 패턴(210)을 2차원 평면에 도시한 것이다.
본 발명에 따른 패턴(210)은 복수의 세로방향 선분과, 대각선방향 선분으로 형성될 수 있다. 또한, 패턴(210)은 복수의 세로방향 선분과, 대각선 방향 선분에 의해 복수의 영역으로 구획될 수 있다. 복수의 영역 중 어느 하나의 영역은 각각 인접한 영역과 다른 색으로 형성될 수 있다. 아울러, 복수의 영역 중 어느 하나는 사용자에 의해 선택된 두 가지 색 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
두 가지 색으로 형성된 패턴(210)은 제1 엣지(211, WB)와 제2 엣지(212, BW)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 두 가지 색이 흑색 및 백색인 경우, 제1 엣지(211)는 백색에서 흑색으로 변경되는 부분에 대응될 수 있고, 제2 엣지(212)는 흑색에서 백색으로 변경되는 부분에 대응될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 엣지와 관련된 기준 방향은 패턴(210)의 좌측에서 우측 방향을 지향할 수 있다.
아울러, 패턴(210)은 세로방향 선분(213)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 엣지의 정의를 고려하면, 상기 세로방향 선분(213)은 제1 및 제2 엣지가 연속적으로 연결되어 이루어질 수 있다.
또한, 패턴(210)과 관련된 정보는 상기 세로방향 선분마다 대응되는 특정 각도 값(214)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 세로방향 선분(213)은 표식(220)에 대응될 수 있으며, 상기 표식(220)에 대응되는 세로방향 선분에 0°가 할당될 수 있다. (도 2a 참조)
아울러, 패턴(210)과 관련된 정보는 각각의 세로방향 선분에 포함된 엣지와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 구체적으로, 패턴(210)과 관련된 정보는 각각의 세로방향 선분에 포함된 엣지의 개수, 엣지 각각의 길이(d1), 엣지의 종류 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제어부(180)는 위와 같은 패턴(210)과 관련된 정보에 근거하여 패턴(210)과 관련된 영상으로부터 세로방향 선분을 추출할 수 있고, 추출된 세로방향 선분이 마커(200)의 표면 상에서 특정 좌표축(221)을 기준으로 어떤 방향에 존재하는지 검출할 수 있다.
메모리(170)에 저장된 패턴(210)과 관련된 정보는, 세로방향 선분마다 대응되는 각도, 엣지의 길이 등과 관련된 정보를 포함하여, 테이블 형식으로 형성될 수 있다.
또한 도 2b에 도시된 것과 같이, 패턴(210)에 포함된 복수의 세로방향 선분은 특정 간격(d2)마다 배치될 수 있다.
이하의 도 2c에서는 이동 로봇(100)이 마커(200)를 인식하여, 충전대에 복귀하는 일 실시예가 설명된다.
도 2c에 도시된 것과 같이, 이동 로봇(100)은 마커(200)와 관련된 영상을 획득하여, 마커(200)와의 상대적인 위치 및 자세와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 이로써, 이동 로봇(100)은 마커(200)가 설치된 장소로 특정 자세를 유지한 채 진입할 수 있다. 예를 들어, 마커(200)가 설치된 장소는 이동 로봇(100)의 충전대가 설치된 장소일 수 있다. 이 경우, 메모리(170)는 마커(200)의 표식(220)이 지향하는 방향과 충전대와 이동 로봇이 결합하는 자세와 관련된 정보를 저장하며, 제어부(180)는 상기 저장된 정보 및 마커와 관련된 영상을 이용하여 충전대에 안전하게 진입할 수 있다.
이하의 도 3에서는 본 발명에 따른 이동 로봇의 제어 방법과 관련된 일 실시 예가 설명된다.
이동 로봇(100)의 카메라는 마커(200)와 관련된 영상을 촬영할 수 있다(S310).
구체적으로, 카메라는 이동 로봇(100)의 전방 또는 특정방향을 지향하도록 고정적으로 설치될 수 있다. 아울러, 카메라는 기 설정된 주기마다 마커(200)와 관련된 영상을 촬영할 수 있다. 제어부(180)는 카메라가 마커(200)와 관련된 영상을 촬영할 때마다, 촬영된 영상에서 마커 인식 기능을 수행할 수 있다.
제어부(180)는 마커(200)의 외관에 포함된 적어도 하나의 세로방향 선분을 추출할 수 있다(S320).
제어부(180)는 추출된 세로방향 선분 및 마커(200)의 패턴(210)과 관련된 정보에 근거하여, 로봇의 위치를 검출할 수 있다(S330).
구체적으로 제어부(180)는 패턴(210)과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분의 길이에 근거하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출할 수 있다.
일 실시 예에서, 마커(200)의 패턴(210)과 관련된 정보는 패턴(210)에 포함된 세로방향 선분 사이의 실제거리, 세로방향 선분 각각에 대응되는 각도 값, 세로방향 선분의 길이 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(180)는 패턴(210)에 포함된 세로방향 선분 사이의 실제거리와, 상기 추출된 세로방향의 길이를 비교하여, 이동 로봇(100)의 본체와 마커(200) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
즉, 제어부(180)는 마커(200)의 패턴(210)에 포함된 세로방향 선분의 실제길이와, 마커(200)와 관련된 영상으로부터 추출된 세로방향 선분의 길이의 비율에 근거하여, 카메라의 렌즈로부터 마커(200)의 중심까지의 거리와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 아울러, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 마커(200)의 좌표정보에 근거하여, 본체의 현재 위치와 관련된 좌표정보를 추정할 수 있다.
다만, 서로 다른 속성의 카메라에 의해 피사체(마커)가 촬영되면, 피사체와 카메라 렌즈의 거리가 동일한 경우라도, 촬영된 영상으로부터 추출되는 피사체의 길이는 다를 수 있다. 따라서, 또 다른 실시 예의 제어부(180)는 패턴(210)과 관련된 정보 및 추출된 세로방향 선분의 길이와 함께 카메라의 속성 정보를 이용하여, 본체와 마커(200) 사이의 거리를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(180)는 이동 로봇(100)에 설치된 카메라의 속성에 근거하여, 본체와 마커(200) 사이의 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 카메라의 속성 정보는 카메라에 설치된 렌즈의 배율, 상기 렌즈의 초점 거리, 촬영되는 영상의 배율 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 추출된 세로방향 선분 및 마커(200)의 패턴(210)과 관련된 정보에 근거하여, 로봇의 자세를 검출할 수 있다(S340).
제어부(180)는 패턴(210)과 관련된 정보 및 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 상기 마커에 대한 상기 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 추출된 세로방향 선분 사이의 픽셀 거리에 근거하여, 마커(200)에 대한 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(180)는 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 카메라의 렌즈가 지향하는 방향과, 마커(200)가 설치된 방향 사이의 각도 차이를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 마커(200)의 표식(220)이 지향하는 방향과 관련된 정보를 이용하여, 본체의 자세와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 본체의 자세와 관련된 정보는 마커(200)가 설치된 방향에 대한 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
한편, 카메라가 기 설정된 주기마다 마커와 관련된 영상을 촬영하는 경우, 제어부(180)는 상기 기 설정된 주기마다 상기 검출된 본체의 위치 및 자세와 관련된 정보를 갱신할 수 있다.
다음으로, 제어부(180)는 로봇의 위치 및 자세 중 적어도 하나에 근거하여 구동부(130)를 제어할 수 있다(S350)
제어부(180)는 상기 선분추출 단계(S320), 위치 검출 단계(S330), 자세 검출 단계(S340)를 수행함으로써, 미리 설정된 좌표축에 대한 이동 로봇(100)의 현재 위치의 좌표 정보를 검출할 수 있다.
아울러, 제어부(180)는 주행 경로와 관련된 정보와 상기 검출된 현재 위치의 좌표 정보를 비교하여, 이동 로봇(100)이 주행 경로를 이탈했는지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(180)는 주행 경로를 이탈한 것으로 판단되면, 이동 로봇(100) 주행 경로에 진입하도록 구동부(130)를 제어할 수 있다.
제어부(180)는 기 설정된 주기마다 마커 인식을 수행하여, 상기 기 설정된 주기마다 이동 로봇(100)의 자세 및 위치 보정을 수행하기 위해 구동부(130)를 제어할 수 있다.
이하의 도 4a에서는 본 발명에 따른 이동 로봇의 제어방법과 관련된 또 다른 실시 예가 설명된다.
도 4a에 도시된 것과 같이, 카메라는 마커와 관련된 영상을 획득할 수 있다(S410).
카메라에 의해 획득되는 마커와 관련된 영상은 도 4b에 자세히 도시된다.
도 4b를 참조하면, 획득된 영상(400)은 마커(200)와 관련된 부분(401)을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 영상(400)은 마커(200) 주변에 배치된 사물과 관련된 부분을 포함할 수 있다. 제어부(180)는 획득된 영상(400)으로부터 마커(200)와 관련된 부분(401)을 따로 추출할 필요가 있으며, 이러한 추출 방법에 대해 이하에서 상세히 설명된다.
제어부(180)는 획득된 영상을 이진화할 수 있다(S420).
구체적으로, 제어부(180)는 획득된 영상(400)의 픽셀마다 할당된 색상과 관련된 정보를 추출하고, 추출된 색상에 근거하여, 상기 픽셀마다 이진수를 할당할 수 있다. 제어부(180)는 할당된 이진수를 이용하여 영상 분석을 수행할 수 있다.
다음으로, 제어부(180)는 이진화된 영상을 특정 방향으로 분석하여, 세로방향 엣지(edge)를 검출할 수 있다(S430).
구체적으로, 제어부(180)는 영상(400)의 좌우 방향을 기준으로, 서로 맞닿은 픽셀에 할당된 색상을 비교하여, 제1 색상에서 제1 색상과 다른 제2 색상으로 변경되는 부분을 상기 세로방향 엣지로 검출할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 색상은 각각 마커(200)의 외관에 포함된 두 색상일 수 있다.
일 예로, 도 2b 및 4b에 도시된 것과 같이, 제1 색상은 백색, 제2 색상은 흑색일 수 있다.
또한, 제어부(180)는 영상(400)의 좌측에서 우측방향으로 픽셀에 할당된 색상을 분석하여, 제1 색상에서 제2 색상으로 변경되는 제1 세로방향 엣지와, 제2 색상에서 제1 색상으로 변경되는 제2 세로방향 엣지를 검출할 수 있다. 이하에서는 상기 제1 세로방향 엣지를 "WB 엣지"로 정의하고, 상기 제2 세로방향 엣지를 "BW 엣지"로 정의할 수 있다.
다만, 상기 제1 및 제2 색상과, 영상을 분석하는 방향은 위에 개시된 구성에 한정되는 것은 아니며, 마커(200)의 패턴(210)에 맞추어 설정될 수 있다.
다음으로, 제어부(180)는 기 설정된 조건을 만족하는 복수의 엣지를 그룹화하여, 세로방향 선분을 검출할 수 있다(S440).
구체적으로, 제어부(180)는 검출된 엣지가 특정 개수 이상 연속되는 경우, 상기 연속되는 엣지를 그룹화하여, 세로방향 선분을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 개수는 3일 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 특정 개수는 사용자에 의해 설정될 수 있다.
또한, 제어부(180)는 제1 BW엣지, 제1 WB엣지, 제2 BW엣지가 연속되는 경우, 상기 연속되는 엣지를 그룹화하여, 세로방향 선분을 검출할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(180)는 제1 WB엣지, 제1 BW엣지, 제2 WB엣지가 연속되는 경우, 상기 연속되는 엣지를 그룹화하여, 세로방향 선분을 검출할 수 있다.
아울러, 제어부(180)는 복수의 세로방향 선분이 검출된 경우, 검출된 복수의 세로방향 선분 중 적어도 하나의 선분을 선택할 수 있다. 도한, 제어부(180)는 선택된 세로방향 선분을 이용하여, 이동 로봇(100)의 현재 위치에 대응하는 좌표 정보를 추출할 수 있다.
위의 도 3에서 설명한 바와 같이, 제어부(180)는 패턴(210)과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분의 길이에 근거하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 패턴(210)과 관련된 정보 및 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 상기 마커에 대한 상기 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 추출된 세로방향 선분 사이의 픽셀 거리에 근거하여, 마커(200)에 대한 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출할 수 있다.
다음으로, 제어부(180)는 세로방향 선분 및 마커 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 구동부(130)를 제어할 수 있다(S450).
위에 개시된 본 발명에 따르면, 제어부(180)는 상기 영상(400) 중 마커(200)와 관련된 부분을 추출하여, 상기 영상(400)의 바닥 및 주변 사물과 관련된 일부분을 제외하고, 상기 마커(200)와 관련된 부분에 대해 선분 추출 기능을 수행할 수 있다. 또한, 마커(200)의 패턴(210)이 형성된 방식이 단순하기 때문에, 획득된 영상(400)이 고해상도 이미지일 필요가 없으므로, 본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 저가의 카메라만으로, 패턴 인식을 수행할 수 있다.
이하의 도 5에서는 본 발명에 따른 이동 로봇이 마커에 대한 상대적인 좌표 및 방향을 산출하는 방법이 설명된다.
도 5를 참조하면, 이동 로봇(100)의 카메라는 제1 방향(X)을 지향하면서, 마커(200)와 관련된 영상을 촬영할 수 있다. 제어부(180)는 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 세개의 세로방향 선분(510a, 510b, 510c)과 관련된 정보를 추출할 수 있다.
제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 마커(200)의 패턴과 관련된 정보에서, 상기 추출된 세로방향 선분(510a, 510b, 510c)과 관련된 정보를 검색할 수 있다.
예를 들어, 세로방향 선분과 관련된 정보는, 각 세로방향 선분이 기 설정된 기준 축(501)에 대해 형성하는 각도(θa, θb, θc) 및 각 세로방향 선분의 좌표와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 기준축(501)은 마커(200)의 표식(220)이 지향하는 방향과 대응될 수 있다(도 2a 참조).
또 다른 예에서, 세로방향 선분과 관련된 정보는, 카메라에 의해 획득된 영상에서 추출된 세로방향 선분 사이의 거리(dl, dr)와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 추출된 세로방향 선분 사이의 거리(dl, dr)는 카메라의 렌즈로부터 세로방향 선분의 실제 위치까지 연결되는 가상의 선 상에서, 카메라의 렌즈로부터 초점 거리(f)만큼 떨어진 점 사이의 거리와 대응될 수 있다.
제어부(180)는 추출된 세로방향 선분 사이의 거리(dl, dr)와, 각 세로방향 선분이 기 설정된 기준 축(501)에 대해 형성하는 각도(θa, θb, θc) 및 각 세로방향 선분의 좌표와 관련된 정보를 이용하여, 기준축(501)에 대해 카메라가 지향하는 방향(X)을 검출할 수 있다. 이로써, 제어부(180)는 본체의 자세와 관련된 정보를 추출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단순한 패턴을 이용하여 이동 로봇의 위치 및 진행 방향을 추정함으로써, 이동 로봇의 단가를 감소시키면서도 패턴 인식과 관련된 성능을 유지하는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 위치 및 방향에서 마커 인식이 가능해지며, 이로써 마커 인식의 인식률이 증가되는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동 로봇의 위치 및 진행 방향을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 이동 로봇의 제어방법에 의하면, 마커에 대한 상대적인 좌표 및 자세를 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 구동부;
    상기 본체의 일측에 설치되어, 마커와 관련된 영상을 촬영하는 카메라;
    상기 마커의 패턴과 관련된 정보를 저장하는 메모리;
    상기 촬영된 영상에서, 상기 마커의 외관에 포함된 적어도 하나의 세로방향 선분과 관련된 정보를 추출하고,
    상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 위치 및 자세와 관련된 정보를 검출하고,
    상기 검출된 본체의 위치 및 자세 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분의 길이에 근거하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추출된 세로방향 선분과 함께, 상기 카메라의 배율과 관련된 정보를 이용하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 상기 마커에 대한 상기 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 이동 로봇의 경로와 관련된 정보를 저장하고,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 본체의 위치 및 자세와 상기 경로와 관련된 정보를 비교하고,
    상기 비교결과에 근거하여 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는,
    기 설정된 주기마다 상기 마커와 관련된 영상을 촬영하고,
    상기 제어부는,
    상기 기 설정된 주기마다 상기 검출된 본체의 위치 및 자세와 관련된 정보를 갱신하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 영상에 포함된 픽셀 중 제1 색에서 제2 색으로 변경되는 부분을 세로방향 엣지로 추출하고,
    상기 추출된 세로방향 엣지 중 기 설정된 조건을 만족하는 일부를 그룹화하여 상기 세로방향 선분을 검출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  8. 마커와 관련된 영상을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 영상에서, 상기 마커의 외관에 포함된 적어도 하나의 세로방향 선분과 관련된 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 마커의 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 위치와 관련된 정보를 검출하는 단계;
    상기 추출된 세로방향 선분 및 상기 마커의 패턴 중 적어도 하나와 관련된 정보에 근거하여, 상기 본체의 자세와 관련된 정보를 검출하는 단계;
    상기 검출된 본체의 위치 및 자세 중 적어도 하나에 근거하여, 구동부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 본체의 위치와 관련된 정보를 검출하는 단계는,
    상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분의 길이에 근거하여, 상기 마커와 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 본체의 자세와 관련된 정보를 검출하는 단계는,
    상기 패턴과 관련된 정보 및 상기 추출된 세로방향 선분 사이의 거리에 근거하여, 상기 마커에 대한 상기 본체의 상대적 방향과 관련된 정보를 검출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
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