KR20190019232A - 실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템 - Google Patents

실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 로봇에 설치된 영상전송장치를 통해 로봇 시점에서 영상을 촬영하고, 장애물과의 거리를 정확하게 측정한 후, 촬영된 영상에 측정된 거리 정보를 매칭시켜 원격조작부에서 출력되도록 함으로써, 사용자가 로봇의 시점에서 경기 상황을 판단하여 경기를 운용할 수 있다.

Description

실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템{Image transmission device and robot control system using the device}
본 발명은 영상 전송 기술에 대한 것으로, 더욱 구체적으로는 영상 처리 센서와 레이저 센서가 결합된 Wireless 형의 실시간 영상 전송 장치와, 이를 이용한 로봇 제어 시스템에 관한 것이다.
각종 연구 보고서에 따르면 최근의 세계 산업로봇 시장은 연평균 5.2%씩 성장하여 2020년에는 시장규모가 400억 8천만달러에 이르고, 같은 기간 서비스 로봇은 이보다 4배 가량 높은 연평균 21.5%씩 성장하여 194억 1천만달러에 달할 것으로 보고 있다. 국내 로봇 시장 역시 가파른 성장세를 보이고 있고, 일본에서는 1가구 1로봇 시대도 조만간 도래할 것이라고 내다봤다.
또한 최근 창의적 교육에 대한 관심으로 창의 교구 및 창의 교육 수행이 가능한 로봇 시장도 꾸준하게 성장하고 있다. 이에 따라 창의적 교육의 방편인 에듀테인먼트 로봇에 대한 사회적 관심도 증가하고 있고, 이에 발 맞추어 각급 학교에서도 로봇을 이용한 방과 후 수업이 관심 받고 있다.
현재 국내에서 개발된 창의교육 교재는 대부분 일정 형상을 갖춘 휴머노이드 로봇이나 교육용 모바일 로봇과 같이 그 형태가 정형화되어 있다. 따라서 로봇을 이용한 교육을 다양화 하기 위하여 다양한 대회를 개최하기도 한다.
로봇 관련 경진 대회로는 로봇과 공을 이용한 구기 종목 대회가 가장 인기를 끌고 있다. 로봇 구기 종목의 경우 대회 규정에 입각하여 어느 로봇이 골을 많이 넣는가 등을 통해 목표 달성 여부를 정량적으로 쉽게 확인할 수 있다는 장점도 있다.
로봇을 이용한 구기종목을 진행할 시, 통상적으로 리모콘 등의 원격조작기를 이용하게 된다. 즉, 경기장 바깥에서 사용자가 경기장 내의 로봇을 육안으로 확인하면서 원격조작기에 명령을 입력하여 로봇을 조작하는 형태이다.
즉 로봇의 시점이 아닌 관람자의 시선으로 주위 사물을 확인한 후 조작 명령을 입력하는 것이다. 따라서 로봇 기준으로 사물과의 거리가 얼만큼인지, 골대와의 사이에 장애물이 어떻게 배치되어 있는지 등을 감으로만 파악한 후 조작이 이루어져서, 경기 운용의 묘미가 떨어지게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 로봇에 설치된 영상전송장치를 통해 로봇 시점에서 영상을 촬영하고, 장애물과의 거리를 정확하게 측정한 후, 촬영된 영상에 측정된 거리 정보를 매칭시켜 원격조작부에서 출력되도록 함으로써, 사용자가 로봇의 시점에서 경기 상황을 판단하여 경기를 운용할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 전송 장치는, 로봇의 머리부분에 설치되는 케이스; 상기 케이스의 전방에 설치되며 로봇 시점의 전방 영상을 촬영하는 카메라; 장애물과의 거리를 측정하는 레이저센서; 상기 카메라에서 촬영된 영상을 화면 출력되도록 처리하거나, 원격 전송되도록 처리하거나, 상기 카메라에서 촬영된 영상에 상기 레이저센서에서 측정한 거리 좌표를 합성 처리하는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 처리된 영상을 화면 출력하는 디스플레이; 상기 영상처리부에서 처리된 영상을 원격조작부 측으로 전송하는 정보전송부; 및 상기 원격조작부 측으로부터 조작 명령을 수신하는 정보수신부;를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 로봇 제어 시스템은, 로봇에 설치되며 전방 영상을 촬영하고, 장애물과의 거리를 측정하며, 촬영된 영상에 측정된 거리 좌표를 합성하여 원격 전송하는 영상전송장치; 및 상기 영상전송장치에서 촬영되어 원격 전송된 영상을 화면 출력하고, 사용자의 조작 명령을 입력 받아 상기 영상전송장치 측으로 전송하는 원격조작부;를 포함한다.
여기서, 상기 영상전송장치는 제1항의 영상 전송 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템에 의하면, 로봇에 설치된 영상전송장치를 통해 로봇 시점에서 영상을 촬영하고, 장애물과의 거리를 정확하게 측정한 후, 촬영된 영상에 측정된 거리 정보를 매칭시켜 원격조작부에서 출력되도록 함으로써, 사용자가 로봇의 시점에서 경기 상황을 판단하여 경기를 운용할 수가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 시스템을 설명하기 위한 도면.
도2는 도1에 도시된 로봇 제어 시스템에서 로봇에 탑재된 영상전송장치와 원격조작부의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도3 내지 도6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 시스템의 다른 예시를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도2는 도1에 도시된 로봇 제어 시스템에서 로봇에 탑재된 영상전송장치와 원격조작부의 구성을 설명하기 위한 블록도이며, 도3 내지 도6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 시스템의 다른 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도1 내지 도6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 시스템(10)은 크게 로봇(11) 및 원격조작부(30)를 포함한다.
로봇(11)은 자체 내장된 프로그램에 따라 또는 원격조작부(30)의 조작 명령 입력에 따라 동작한다. 본 실시예에서 다루어지는 로봇(11)은 축구 등의 구기 종목을 수행하는 이족 보행 로봇(11)이라고 가정토록 한다. 하지만 로봇(11)이 반드시 구기 종목 수행을 위한 이족 보행 로봇(11)일 필요는 없으며, 본 발명의 사상은 다양한 로봇(11)에 적용될 수 있음을 알리는 바이다.
이러한 로봇(11)은 몸체(12), 로봇제어수단(13), 영상전송장치(14)를 포함한다.
몸체(12)는 로봇(11)의 움직임을 관장하는 몸통, 팔, 다리 부분을 말하며, 몸체(12)에는 별도의 모터 등의 구동 수단이 탑재되어 있고, 로봇제어수단(13)이 미리 설치된 프로그램에 따라 모터 등을 동작시키거나, 영상전송장치(14)를 통해 수신되는 조작 명령에 따라 로봇제어수단(13)이 동작을 제어할 수 있다.
영상전송장치(14)는 몸체(12)의 상부에 설치된다. 즉 영상전송장치(14)는 로봇(11)의 머리 부분에 해당되며, 로봇(11) 전방의 영상을 촬영하거나, 전방의 장애물을 감지하고, 촬영된 영상을 처리하여 원격조작부(30)로 전송한다. 이러한 영상전송장치(14)는 팬-틸트 기능을 탑재하여 몸체(12) 상에서 회전 또는 상하 각도 조절이 가능하다.
영상전송장치(14)는 케이스(15), 카메라(16), 영상처리부(17), 디스플레이(18), 정보전송부(19), 정보수신부(20) 및 레이저센서(21)를 포함한다.
케이스(15)는 영상전송장치(14)의 다른 구성들을 실장하기 위한 것으로, 대략 로봇(11)의 머리 형태로 제작된다.
카메라(16)는 케이스(15)의 전방에 설치되어 로봇(11) 전방의 영상을 촬영한다. 즉 카메라(16)는 로봇(11)의 눈 역할을 수행하게 된다.
영상처리부(17)는 카메라(16)에서 촬영된 영상을 디스플레이(18)에서 화면 출력되도록 처리하거나, 정보전송부(19)를 통해 원격조작부(30)로 전송하기 위해 압축처리할 수 있다. 또한 영상처리부(17)는 카메라(16)에서 촬영된 영상을 분석하여 컬러 좌표를 기록하여 저장하거나, 레이저센서(21)를 통해 측정된 장애물과의 거리 정보, 즉 좌표 정보를 촬영된 영상에 합성 처리할 수 있다. 영상처리부(17)에서 분석 및 처리된 영상 정보는 로봇제어수단(13)으로 전송됨으로써, 로봇제어수단(13)이 영상 정보에 기반하여 모터 등을 구동시킬 수도 있다.
디스플레이(18)는 영상처리부(17)에서 처리된 실시간 촬영 영상을 화면 출력하기 위해 마련된다. 즉 카메라(16)에서 촬영된 영상이 케이스(15) 측면에 설치된 디스플레이(18)를 통해 출력됨으로써, 사용자는 로봇(11)을 통해서도 로봇(11) 시점에서 촬영된 영상을 확인할 수 있다.
정보전송부(19)는 카메라(16)에서 실시간 촬영되고 영상처리부(17)에서 처리된 영상을 원격조작부(30)로 전송하기 위해 마련된다.
정보수신부(20)는 원격조작부(30)에서 입력된 사용자의 조작 명령을 수신하기 위해 마련된다. 정보수신부(20)에서 수신된 조작 명령은 영상처리부(17) 또는 로봇제어수단(13)으로 전송되어, 영상처리부(17)의 영상 처리 방식이 제어되거나, 로봇(11)의 움직임이 제어될 수 있다. 또한 로봇제어수단(13)은 조작 명령에 따라 영상전송장치(14)를 회전시키거나(고개 돌림), 상하 각도 조절(고개를 들거나 숙임)할 수 있다.
레이저센서(21)는 로봇(11) 전방의 장애물과의 거리를 측정하기 위해 마련된다. 레이저센서(21)는 로봇(11)의 상단, 즉 영상전송장치(14)의 케이스(15) 상단에 설치되며, 타겟 및 주위의 세밀한 깊이정보를 취득하고, 타겟을 롤 축의 중심선상에 위치하도록 한 뒤, 롤 축을 기준으로 회전하여 깊이 정보를 수집한다. 레이저센서(21)에서 측정한 좌표 정보는 영상처리부(17)로 전달되어, 영상처리부(17)가 카메라(16)에서 촬영된 영상의 각 객체에 좌표 정보를 합성 처리할 수 있다. 또한 레이저센서(21)에서 측정된 정보는 로봇제어수단(13)으로 전송되어, 로봇제어수단(13)이 전방 장애물의 좌표 정보를 참고하여 움직임을 수행할 수 있다.
원격조작부(30)는 로봇(11)의 영상전송장치(14)에서 촬영된 영상을 화면 출력하여 사용자가 확인할 수 있도록 하거나, 사용자의 조작 명령을 입력 받아 로봇(11)의 영상전송장치(14)로 전송하기 위해 마련된다. 이러한 원격조작부(30)는 본체(31), 화면출력부(32), 명령입력부(33), 조작제어부(34) 및 통신처리부(35)를 포함한다.
본체(31)는 원격조작부(30)의 다른 구성들을 실장하기 위해 마련된다. 본체(31)는 조이패드 형태, 리모콘 형태, 노트북 형태 등 다양하게 구현될 수 있다.
화면출력부(32)는 영상전송장치(14)에서 전송된 영상 정보를 화면 출력하기 위해 마련된다. 즉 카메라(16)에서 실시간 촬영된 영상이 출력되거나, 좌표 정보가 합성 처리된 영상이 출력될 수 있다.
명령입력부(33)는 사용자의 조작 명령을 입력 받기 위한 것으로 키패드, 마우스, 조이스틱 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 실시하기에 따라 명령입력부(33)는 음성 명령을 입력받을 수도 있다.
조작제어부(34)는 통신처리부(35)를 통해 수신한 영상 정보를 화면출력부(32)에서 출력되도록 처리하거나, 명령입력부(33)를 통해 입력된 조작 명령을 신호처리하여 통신처리부(35)를 통해 영상전송장치(14)로 전송하기 위해 마련된다.
통신처리부(35)는 영상전송장치(14)에서 전송한 영상 정보를 수신하거나, 명령입력부(33)에서 입력된 조작 명령을 영상전송장치(14)로 전송하기 위해 마련된다.
본 발명에 따른 실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템(10)에 의하면, 로봇(11)에 설치된 영상전송장치(14)를 통해 로봇(11) 시점에서 영상을 촬영하고, 장애물과의 거리를 정확하게 측정한 후, 촬영된 영상에 측정된 거리 정보를 매칭시켜 원격조작부(30)에서 출력되도록 함으로써, 사용자가 로봇(11)의 시점에서 경기 상황을 판단하여 경기를 운용할 수가 있다. 따라서 원격 로봇 대회 등에서 조작 효율을 극대화시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 로봇 제어 시스템(10)에서 영상전송장치(14)는 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
먼저, 카메라(16)에서 촬영된 원 영상을 실시간으로 원격조작부(30)로 무선 전송하고, 원격조작부(30)에서 수신 가능하도록 하드웨어 설계되어 있다.
또한, 촬영된 영상의 손실을 최소화하고, 실시간으로 데이터 전송할 수 있도록 H.264 H/W 인코더 설계되어 있다.
또, 초소형 리눅스를 탑재한 고성능 임베디드 시스템 하드웨어로 설계되어 있다.
또, 로봇(11)에 탑재된 불안한 전원을 사용해야하기 때문에 전원 노이즈 제거를 위한 하드웨어 설계가 이루어져 있다.
또, 대회 무선 주파수 환경을 고려하여 영상처리부(17)는 해상도 가변 형태의 영상 전송이 가능토록 하고 있다. 예컨대 1280×720, 640×480, 320×240, 160×120 등의 해상도 조절이 가능하다.
또, 영상전송장치(14)는 로봇(11)의 상태를 쉽게 확인할 수 있는 디스플레이(18) 구조와 디자인으로 설계되어 있다.
또, 영상전송장치(14)는 팬-틸트 동작이 원활히 이루어질 수 있는 구조로 설계되어 있다.
또, 영상전송장치(14)는 로봇제어수단(13)과 통신이 원활하게 이루어질 수 있도록 간결한 배선 구조를 가지고 있다.
또, 영상전송장치(14)는 특정 물체 영상의 좌표 출력을 구현한다. 즉 다양한 컬러 패턴의 영상 좌표를 추출하고, 특정 컬러 패턴 20가지 이상을 기억하며, 로봇(11) 연동 제어를 위한 시리얼 데이터 좌표 데이터 출력이 가능하다.
한편, 원격조작부(30)는 원활한 로봇 대회 진행을 위해 Wireless 타입의 동시 접속이 가능하다. 즉 한 대의 로봇(11)에 여러대의 원격조작부(30)가 동시 접속 가능하며, 여러 사용자가 동시에 접속하더라도 신호 끊김이 없도록 무선 환경이 구축되어 있다. 예컨대 한 대의 로봇(11)에 조작을 위한 원격조작부(30)가 접속되고, 동시에 로봇(11) 시점의 영상을 확인하기 위한 운영 위원의 원격조작부(30)가 접속할 수 있다. 10미터 공간 내에서 최대 6명이 동시 접속 가능하다.
또한, 대회 출전의 원활한 진행을 위한 무선 접속자 수를 제한하고, 접속 권한을 부여할 수 있다.
또, 실시간 스트리밍 프로토콜(Real Time Streaming Protocol, RTSP)을 이용하여 실시간 데이터 스트리밍이 가능하다.
또, 영상의 딜레이 시간이 300ms 이내이기 때문에, 실시간 조작 환경에 더욱 유리하다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 로봇 제어 시스템
11 : 로봇
12 : 몸체
13 : 로봇제어수단
14 : 영상전송장치
15 : 케이스
16 : 카메라
17 : 영상처리부
18 : 디스플레이
19 : 정보전송부
20 : 정보수신부
21 : 레이저센서
30 : 원격조작부
31 : 본체
32 : 화면출력부
33 : 명령입력부
34 : 조작제어부
35 : 통신처리부

Claims (3)

  1. 로봇의 머리부분에 설치되는 케이스;
    상기 케이스의 전방에 설치되며 로봇 시점의 전방 영상을 촬영하는 카메라;
    장애물과의 거리를 측정하는 레이저센서;
    상기 카메라에서 촬영된 영상을 화면 출력되도록 처리하거나, 원격 전송되도록 처리하거나, 상기 카메라에서 촬영된 영상에 상기 레이저센서에서 측정한 거리 좌표를 합성 처리하는 영상처리부;
    상기 영상처리부에서 처리된 영상을 화면 출력하는 디스플레이;
    상기 영상처리부에서 처리된 영상을 원격조작부 측으로 전송하는 정보전송부; 및
    상기 원격조작부 측으로부터 조작 명령을 수신하는 정보수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치.
  2. 로봇에 설치되며 전방 영상을 촬영하고, 장애물과의 거리를 측정하며, 촬영된 영상에 측정된 거리 좌표를 합성하여 원격 전송하는 영상전송장치; 및
    상기 영상전송장치에서 촬영되어 원격 전송된 영상을 화면 출력하고, 사용자의 조작 명령을 입력 받아 상기 영상전송장치 측으로 전송하는 원격조작부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영상전송장치는 제1항의 영상 전송 장치인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 시스템.
KR1020170103441A 2017-08-16 2017-08-16 실시간 거리 측정 및 영상 처리 기능을 갖는 영상 전송 장치와 이를 이용한 로봇 제어 시스템 KR20190019232A (ko)

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