WO2016024849A1 - Robot guardian module, and robot safety ensuring device and method using same - Google Patents

Robot guardian module, and robot safety ensuring device and method using same Download PDF

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robot
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이동익
양인석
이동준
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경북대학교 산학협력단
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    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/34Director, elements to supervisory
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/34Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34477Fault prediction, analyzing signal trends

Definitions

  • the present invention relates to a robot guardian module and a robot safety guarantee device and method using the same, and more particularly, to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to determine the robot according to the determined risk
  • the present invention relates to a robot guardian module which guarantees the safety of a user and the safety of a robot by controlling the same, and a robot safety guarantee device and a method using the same.
  • Robots such as humanoids
  • smooth joint movements such as stair up and down, side steps, and curved walking, as well as dynamic bipedal walking (walking with two feet).
  • the robot industry has been developed with the ultimate goal of providing various services on behalf of or in cooperation with human beings.
  • Cog developed by the MIT Institute of Artificial Intelligence
  • Asimo developed by Nissan, Japan
  • Robot technology which looks, moves, and intelligence is no different from humans, is possible in the distant future.
  • an object of the present invention is to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to determine the risk Accordingly, the present invention provides a robot guardian module and a robot safety guarantee device and method using the same, by removing a dangerous situation caused by the robot by controlling the robot, thereby ensuring the safety of the user and the safety of the robot.
  • the robot guardian module by analyzing the user's heartbeat information, voice information and image information detected from the heart rate sensor, voice sensor and image sensor respectively to the user's risk feeling
  • a state recognition unit for recognizing related heartbeat change, screaming and facial expression information, and analyzing the state information of the robot detected from the robot state sensor to recognize the operation state of the robot
  • a risk inference unit that infers whether the robot has a danger to the user and whether the robot is in danger by analyzing the user's heartbeat change, screaming and facial expression information recognized from the state recognition unit, and the operation state of the robot
  • a risk determination unit for classifying risks inferred from the risk inference unit by risk level to determine a risk corresponding to the inferred risk, and transmitting risk information to the robot control module to control the robot to remove the risk situation. It is done by analyzing the user's heartbeat information, voice information and image information detected from the heart rate sensor, voice sensor and image sensor respectively to the user's risk feeling
  • a state recognition unit for recognizing related heartbeat change, screaming
  • the risk determining unit determines the risk level by analyzing the magnitude of the heartbeat change of the user, the magnitude and frequency of occurrence of the user's scream, the degree of risk shown in the expression of the user, and the operation state of the robot.
  • the robot safety guarantee device using a robot guardian module including a heart rate sensor, a voice sensor, an image sensor and a robot state sensor, the user's heart rate information, voice information And a sensor module that detects the user's status information including the image information and the robot's status information, and infers whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous based on the information detected from the sensor module. And a robot guardian module for transmitting the risk information, and a robot control module for controlling the robot according to the risk information transmitted from the robot guardian module.
  • the robot safety determination method using the robot guardian module by analyzing the user's heartbeat information detected from the heartbeat sensor to recognize the user's heartbeat change related to the risk feeling, voice Analyzes the user's voice information detected from the sensor to recognize the screams related to the risk emotion, analyzes the user image information detected from the image sensor to recognize the user's expression related to the risk emotion, and the state of the robot detected from the robot state sensor A first step of analyzing the information and recognizing the operation state of the robot; A second step of inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous by analyzing the recognized heartbeat change, screaming, facial expression, and operation state of the robot; And classifying the inferred risk by risk level to determine a risk corresponding to the inferred risk, and transmitting the risk information to the robot control module to control the robot to remove the risk situation.
  • the robot safety method using the robot guardian module including the user's heartbeat information, voice information and image information
  • a first step of detecting state information indicating whether the robot is present A second step of the robot guardian module analyzing the detected state information of the user and the state information of the robot to determine a risk by inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous; And a third step in which the robot control module controls the robot according to the determined risk to remove the dangerous situation.
  • the present invention is to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to control the robot according to the determined risk by removing the risk situation caused by the robot to ensure the safety of the user and the safety of the robot There is.
  • the present invention has an effect that can detect the state information of the robot to diagnose and cope with the operation state of the robot.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a robot guardian module and a robot safety guarantee device using the same according to the present invention
  • FIG. 2 is a flow chart showing a robot safety method using a robot guardian module according to the present invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method of inferring a risk based on voice information of a user
  • FIG. 4 is an exemplary diagram showing facial expression information pre-stored in a database in order to infer a risk based on facial information of a user.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a robot guardian module and a robot safety guarantee device using the same according to the present invention.
  • the robot safety guarantee device according to the present invention, the sensor module 100 for detecting the user's status information and the robot's status information, including the user's heartbeat information, voice information and image information, and Based on the information detected from the sensor module 100, the robot guardian module 200 for determining the risk and transmitting risk information by inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous, and the robot guardian module ( It is configured to include a robot control module 300 for controlling the robot according to the risk information transmitted from the 200.
  • the sensor module 100 detects image information including a heartbeat sensor 110 that detects user's heartbeat information, a voice sensor 120 that detects voice information of the user, and facial expression information of the user. It comprises an image sensor 130, and the robot state sensor 140 for detecting the robot state information indicating whether or not the normal operation of the robot.
  • the sensor for detecting the state information of the user such as the voice sensor 120 and the image sensor 130 may be installed outside the robot body.
  • the robot state sensor 140 may be installed inside the robot body.
  • the robot may receive a signal indicating whether the robot is in a normal state by utilizing a central processing unit (CPU) of the robot.
  • CPU central processing unit
  • the robot guardian module 200 recognizes the emotional state felt by the user through the analysis of the state information of the user sensed by the sensor module 100, and transmits information on the state of the user, from the sensor module 100.
  • State recognition unit 210 for transmitting the state information of the robot by recognizing the operation state of the robot through analysis of the detected state information of the robot, and whether the user state information and the robot transmitted from the state recognition unit 210
  • the risk inference unit 220 and the risk inference to infer whether or not the risk of the robot to the user by comprehensively analyzing the state or not information of the state and determine the risk corresponding to the risk inferred from the risk inference unit 220 It is configured to include a risk determination unit 230 for transmitting the risk information.
  • the state recognizer 210 analyzes the heartbeat of the user sensed by the heartbeat sensor 110 and recognizes the heartbeat change of the user with a sudden change over a predetermined size. Analyzing the voice of the user sensed from the 120 to recognize whether or not the voice recognition unit 212, and the expression of the facial expression to recognize the expression corresponding to the risk by analyzing the user's image detected from the image sensor 130 It includes a branch 213, and a robot state recognition unit 214 for analyzing the state information of the robot detected from the robot state sensor 140 to recognize whether the robot is in a normal state.
  • the risk inference unit 220 and the risk determination unit 230 may analyze the user's heartbeat information, voice information, and image information to determine whether the user is at risk and the degree of danger. Alternatively, the risk inference unit 220 and the risk determination unit 230 may use only one piece of information of a user's heartbeat information, voice information, and image information, or a combination of the two information, depending on the service environment of the robot. And risk.
  • a safety mode switching switch 400 for converting the robot into a safe mode by an external manipulation is connected to the robot guardian module 200 and the robot control module 300.
  • the robot guardian module 200 the level of risk that the robot affects the user, the size of the heart rate change of the user related to the risk feeling, the size and frequency of the user's screaming, the degree of risk shown in the user's expression, and the robot
  • the operating state is comprehensively analyzed and classified into first to third levels.
  • the robot guardian module 200 determines that the robot is in a safe state between the robot and the user, and transmits risk information to maintain the current operation of the robot to the robot control module 300. If the inferred risk is the second level, it is determined that the risk-related degree that the robot has on the user is a warning level, and the risk information for slowing or stopping the current speed of the robot is transmitted to the robot control module 300. When the inferred risk is the third level, it is determined that the risk-related degree that the robot has on the user is a risk level, and the robot control module 300 provides risk information for shutting off the robot power supply and switching the robot to a locked state. To send).
  • FIG. 2 is a flow chart showing a robot safety method using a robot guardian module according to the present invention.
  • the robot safety method using a robot guardian module according to the present invention the user's state information including heartbeat information, voice information and image information of the user and the state information of the robot indicating whether or not normal operation
  • the first step (S10) for detecting the second, and the second step (S12) to determine the risk by inferring whether the robot is dangerous to the user by analyzing the detected state information of the user and the state information of the robot (S12) S14 and S16, and a third step S18 of controlling the robot according to the determined risk level to eliminate the dangerous situation.
  • the heartbeat sensor 110 of the sensor module 100 detects the user's heartbeat information
  • the voice sensor 120 detects the user's voice information
  • the image sensor 130 detects the image information including the user's face information.
  • the robot transmits to the heartbeat change recognition unit 211, the voice recognition unit 212, and the expression recognition unit 213 of the state recognition unit 210 in the Diane module 200.
  • the robot state sensor 140 of the sensor module 100 detects the state information of the robot indicating whether the robot is in normal operation, and sends the robot to the robot state detection unit 214 of the state of the robot module 200. It transmits (S10).
  • the state recognition unit 210 of the robot guardian module 200 analyzes the state information of each user sensed by the sensor module 100 to recognize an emotional state felt by the user, and analyzes the state information of the detected robot. Recognizes the operating state indicating whether the normal operation of (S12).
  • the heartbeat change recognition unit 211 of the state recognizer 210 receives a user's heartbeat detected from the heartbeat sensor 110 and analyzes whether there is a sudden change of a predetermined size or more that occurs when a feeling of danger occurs. When there is a sudden change (increase or decrease) over the size, the user's heartbeat change is recognized and the user's state recognition information is generated and transmitted.
  • the voice recognition unit 212 analyzes the user's voice detected by the voice sensor 120 to recognize whether the voice is screaming. As shown in FIG. 3, if a sound of a predetermined size band (for example, the 650 MHz to 2000 MHz band) lasts for a predetermined time (for example, 0.5 seconds), the sound is recognized as a scream generated when the user feels a dangerous feeling. . Alternatively, if the currently transmitted voice is higher than the previously transmitted voice, for example, 500 MHz, it may be recognized as a scream generated when a dangerous feeling is felt.
  • a predetermined size band for example, the 650 MHz to 2000 MHz band
  • a predetermined time for example, 0.5 seconds
  • the facial expression recognition unit 213 analyzes the image information of the user detected by the image sensor 130 and recognizes the facial expression corresponding to the danger. That is, as shown in FIG. 4, the robot guardian module 200 stores various expressions of the user in a database and stores the combined expressions by combining the stored expressions. The robot guardian module 200 determines the emotion of the user by detecting the most similar expression by comparing the transmitted facial information of the user with the expression previously stored in the database. For example, among the facial expressions stored in the database of FIG. 4, the emotional expression of fear because the user feels a danger is determined by action unit 1 + 2 (Action Unit 1; AU 1) and action unit 2 (AU2). AU 1 + 2) can be said. If the facial expression information of the transmitted user is most similar to the pre-stored action unit 1 + 2 facial expression, the user may determine that he is feeling fearful emotion.
  • the perceived user's state recognition information that is, cognitive information such as a user's heartbeat change, screaming, facial expression corresponding to the degree of danger is transmitted to the risk inference unit 220.
  • the risk inference unit 220 infers a risk that the robot has on the user by analyzing the transmitted state information of the user and the state information of the robot (S14).
  • the risk reasoning unit 220 is the size of the heart rate change of the user transmitted from the heart rate change unit 211, the frequency of occurrence of the user's scream transmitted from the voice recognition unit 212, duration of the scream, facial expression recognition unit
  • the risk reasoning unit 220 is the size of the heart rate change of the user transmitted from the heart rate change unit 211, the frequency of occurrence of the user's scream transmitted from the voice recognition unit 212, duration of the scream, facial expression recognition unit
  • the risk determination unit 230 classifies the degree of risk inferred by the risk inference unit 220 to determine a risk corresponding to the risk (S16).
  • Risk classification can be classified into a number of stages depending on various factors such as the type of service provided by the robot or the user's health status. For example, if the risk is classified into three levels, it can be classified into blue (safe), yellow (warning), and red (danger).
  • the robot control module 300 controls the robot according to the risk transmitted from the risk determination unit 230 to remove the dangerous situation (S18).
  • the robot guardian module 200 Upon receiving the user's image information from the image sensor, the robot guardian module 200 obtains the user's facial expression information related to the emotion from the user's image information, and obtains the user's facial expression information and the emotion-related facial expression information previously stored in the database as shown in FIG. 4. Compare with The most similar facial expression information is detected, and the risk-related emotion of the user is determined based on the emotional information corresponding to the detected facial expression information.
  • Each of the pre-stored facial expression information has a risk level set according to the degree of danger. For example, when the risk level is classified into three levels of "safety”, “warning”, and “danger”, action unit 1 (AU1) is classified as “warning” level as the expression of the inner part of the eyebrows being raised, Action unit 1 + 2 (AU1 + 2) is an expression in which both the inner and outer portions of the eyebrows are raised and may be classified as a “dangerous” level.
  • the robot guardian module 200 determines that the user feels the danger at the "risk” level and determines the risk as "risk”.
  • the robot guardian module 200 displays the risk information corresponding to the "risk” when the inferred risk is the "risk” of the highest level.
  • the safety mode means that the robot is in a locked state at the same time that power is supplied to the robot.
  • the robot guard module 200 determines that the risk feeling felt by the user is the highest, and the robot control module 300 switches the robot to the safe mode when the inferred risk level is the highest level. Therefore, the robot is prevented from sliding down the ramp along the ramp to prevent the possibility of secondary accidents at the bottom of the ramp.
  • the robot control module 300 may control the robot in such a manner as to slow down or abruptly stop the robot.
  • the robot control module 300 may determine that the user does not feel a danger to the robot providing the service, and maintain the operation without controlling the robot.
  • the safe mode switching switch 400 is operated so that the robot can be switched to the safe mode by an external operation instead of the control of the robot guardian module 200 and the robot control module 300.
  • Safety mode switch for switching the robot to the safe mode according to the risk information transmitted from the robot guardian module 200 may be provided separately.
  • the present invention is to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to control the robot according to the determined risk by removing the risk situation caused by the robot to ensure the safety of the user and the safety of the robot Provided is a guardian module and a robot safety guarantee device and method using the same.

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Abstract

The present invention provides a robot guardian module, and a robot safety ensuring device and method using same and, more particularly, provides a robot guardian module, and a robot safety ensuring device and method using same, which: detect user state information including heartbeat information of the user, sound information, and image information, and robot state information indicating whether normal operation is underway; and analyze the detected user state information and the robot state information, deduce whether there is any danger to the user by the robot and whether there is danger to the robot, and determine a danger level and control the robot according to the determined danger level in order to nullify a dangerous situation.

Description

로봇가디언모듈과 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치 및 방법Robot guardian module and robot safety guarantee device and method using same
본 발명은 로봇가디언모듈과 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 센서모듈을 통해 감지되는 다중 정보를 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험도를 결정하고 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어함으로써 사용자의 안전 및 로봇의 안전을 보장하는 로봇가디언모듈과 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a robot guardian module and a robot safety guarantee device and method using the same, and more particularly, to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to determine the robot according to the determined risk The present invention relates to a robot guardian module which guarantees the safety of a user and the safety of a robot by controlling the same, and a robot safety guarantee device and a method using the same.
휴머노이드 등과 같은 로봇은 인간친화적 외모를 지니며 층계 오르내리기, 옆걸음, 곡선보행 등 부드러운 관절 운동과 동적인 이족 보행(두 발로 걷는 것)을 시연하는 등 자율적인 로봇의 시대가 열리고 있다. 이와 같이 로봇 산업은 인간을 대신하거나 인간과 협력하여 다양한 서비스를 제공하는 것을 궁극적인 목표로 하여 발전되어 오고 있다.Robots, such as humanoids, have a human-friendly appearance, and the age of autonomous robots is being demonstrated by demonstrating smooth joint movements such as stair up and down, side steps, and curved walking, as well as dynamic bipedal walking (walking with two feet). As such, the robot industry has been developed with the ultimate goal of providing various services on behalf of or in cooperation with human beings.
현재 미국 MIT대 인공지능연구소가 개발한 코그(Cog)와 일본 혼다사가 개발한 아시모(Asimo) 등이 현존하는 로봇 중 가장 인간과 유사한 기능을 갖고 있다. 외모는 물론 동작이나 지능까지도 인간과 다를 바가 없는 로봇 기술은 아직은 먼 미래에나 가능하다.Currently, Cog, developed by the MIT Institute of Artificial Intelligence, and Asimo, developed by Honda, Japan, have the most human-like functions. Robot technology, which looks, moves, and intelligence is no different from humans, is possible in the distant future.
그러나 로봇 산업의 꾸준한 발달로 인해 현재 안내 로봇, 교육 로봇 등 다양한 목적의 서비스 로봇에 대한 수요가 계속적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 이에 동일한 공간에서 인간과 서비스 로봇이 함께 공존하는 경우가 증가하게 되고 따라서 인간과 서비스 로봇이 함께 공존하는 공간에서 인간에게 서비스를 제공하고 있는 서비스 로봇으로 인한 인간의 상해 등을 방지하고 인간의 안전 및 로봇의 안전을 보장하기 위한 기술 제시가 요구된다.However, due to the steady development of the robot industry, the demand for service robots for various purposes such as guide robots and educational robots is continuously increasing. In the same space, humans and service robots coexist in the same space. Therefore, human injuries caused by service robots that provide services to humans in a space where humans and service robots coexist together prevent human safety and It is required to present the technology to ensure the safety of the robot.
본 발명은 상술한 바와 같이 로봇 기술의 발달에 따른 요구를 충족시키기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 센서모듈을 통해 감지되는 다중정보를 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험도를 결정하고 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어함으로써 로봇으로 인한 위험 상황을 제거하여 사용자의 안전 및 로봇의 안전을 보장하는 로봇가디언모듈과 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been proposed to meet the demands of the development of robot technology as described above, an object of the present invention is to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to determine the risk Accordingly, the present invention provides a robot guardian module and a robot safety guarantee device and method using the same, by removing a dangerous situation caused by the robot by controlling the robot, thereby ensuring the safety of the user and the safety of the robot.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 로봇가디언모듈은, 심박동센서, 음성센서 및 영상센서로부터 각각 감지된 사용자 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 분석하여 사용자의 위험 감정에 관련된 심박동변화, 비명 여부 및 표정 정보를 인지하고, 로봇상태센서로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 동작 상태를 인지하는 상태인지부와; 상기 상태인지부로부터 인지된 사용자의 심박동변화, 비명 여부 및 표정 정보와 로봇의 동작 상태를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 위험추론부; 및 상기 위험추론부로부터 추론된 위험을 위험레벨 별로 분류하여 상기 추론된 위험에 대응되는 위험도를 결정하고, 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하기 위한 위험도 정보를 로봇제어모듈로 전송하는 위험도판단부를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the robot guardian module according to the present invention, by analyzing the user's heartbeat information, voice information and image information detected from the heart rate sensor, voice sensor and image sensor respectively to the user's risk feeling A state recognition unit for recognizing related heartbeat change, screaming and facial expression information, and analyzing the state information of the robot detected from the robot state sensor to recognize the operation state of the robot; A risk inference unit that infers whether the robot has a danger to the user and whether the robot is in danger by analyzing the user's heartbeat change, screaming and facial expression information recognized from the state recognition unit, and the operation state of the robot; And a risk determination unit for classifying risks inferred from the risk inference unit by risk level to determine a risk corresponding to the inferred risk, and transmitting risk information to the robot control module to control the robot to remove the risk situation. It is done by
상기 위험도판단부는, 상기 사용자의 심박동변화의 크기, 상기 사용자의 비명의 크기 및 발생빈도, 상기 사용자의 표정에 나타난 위험 정도, 그리고 상기 로봇의 동작 상태를 분석하여 위험도를 결정한다.The risk determining unit determines the risk level by analyzing the magnitude of the heartbeat change of the user, the magnitude and frequency of occurrence of the user's scream, the degree of risk shown in the expression of the user, and the operation state of the robot.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 장치는, 심박동센서, 음성센서, 영상센서 및 로봇상태센서를 구비하여, 사용자의 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 포함하는 사용자의 상태 정보와 로봇의 상태 정보를 감지하는 센서모듈과, 상기 센서모듈로부터 감지된 정보들을 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하여 위험도를 결정하고 위험도 정보를 전송하는 로봇가디언모듈, 및 상기 로봇가디언모듈로부터 전송되는 위험도 정보에 따라 로봇을 제어하는 로봇제어모듈을 포함하여 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the robot safety guarantee device using a robot guardian module according to the present invention, including a heart rate sensor, a voice sensor, an image sensor and a robot state sensor, the user's heart rate information, voice information And a sensor module that detects the user's status information including the image information and the robot's status information, and infers whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous based on the information detected from the sensor module. And a robot guardian module for transmitting the risk information, and a robot control module for controlling the robot according to the risk information transmitted from the robot guardian module.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 판단 방법은, 심박동센서로부터 감지된 사용자 심박동 정보를 분석하여 위험 감정에 관련된 사용자 심박동변화를 인지하고, 음성센서로부터 감지된 사용자 음성 정보를 분석하여 위험 감정에 관련된 비명을 인지하며, 영상센서로부터 감지된 사용자 영상 정보를 분석하여 위험 감정에 관련된 사용자의 표정을 인지하고, 로봇상태센서로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 동작 상태를 인지하는 제 1 단계와; 상기 인지된 사용자의 심박동변화, 비명, 표정 및 로봇의 동작 상태를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 제 2 단계; 및 상기 추론된 위험을 위험레벨 별로 분류하여 상기 추론된 위험에 대응되는 위험도를 결정하고, 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하기 위한 위험도 정보를 로봇제어모듈로 전송하는 제 3 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the robot safety determination method using the robot guardian module according to the present invention, by analyzing the user's heartbeat information detected from the heartbeat sensor to recognize the user's heartbeat change related to the risk feeling, voice Analyzes the user's voice information detected from the sensor to recognize the screams related to the risk emotion, analyzes the user image information detected from the image sensor to recognize the user's expression related to the risk emotion, and the state of the robot detected from the robot state sensor A first step of analyzing the information and recognizing the operation state of the robot; A second step of inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous by analyzing the recognized heartbeat change, screaming, facial expression, and operation state of the robot; And classifying the inferred risk by risk level to determine a risk corresponding to the inferred risk, and transmitting the risk information to the robot control module to control the robot to remove the risk situation.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법은, 센서모듈이 사용자의 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 포함하는 사용자의 상태 정보와 정상 동작 여부를 나타내는 로봇의 상태 정보를 감지하는 제 1 단계와; 로봇가디언모듈이 상기 감지된 사용자의 상태 정보 및 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하여 위험도를 결정하는 제 2 단계; 및 로봇제어모듈이 상기 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하는 제 3 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the robot safety method using the robot guardian module according to the present invention, the user's state information and normal operation of the sensor module including the user's heartbeat information, voice information and image information A first step of detecting state information indicating whether the robot is present; A second step of the robot guardian module analyzing the detected state information of the user and the state information of the robot to determine a risk by inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous; And a third step in which the robot control module controls the robot according to the determined risk to remove the dangerous situation.
본 발명은 센서모듈을 통해 감지되는 다중 정보를 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험도를 결정하고 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어함으로써 로봇으로 인한 위험 상황을 제거하여 사용자의 안전 및 로봇의 안전을 보장하는 효과가 있다.The present invention is to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to control the robot according to the determined risk by removing the risk situation caused by the robot to ensure the safety of the user and the safety of the robot There is.
본 발명은 로봇의 상태 정보를 감지하여 로봇의 동작 상태에 대한 진단 및 이에 대한 대처가 가능한 효과가 있다.The present invention has an effect that can detect the state information of the robot to diagnose and cope with the operation state of the robot.
도 1은 본 발명에 의한 로봇가디언모듈 및 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치를 나타내는 블럭 구성도이고,1 is a block diagram showing a robot guardian module and a robot safety guarantee device using the same according to the present invention,
도 2는 본 발명에 의한 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법을 나타내는 흐름도이며,2 is a flow chart showing a robot safety method using a robot guardian module according to the present invention,
도 3은 사용자의 음성 정보를 기반으로 위험 여부를 추론하는 방법의 예시를 보이는 도면이고,3 is a diagram illustrating an example of a method of inferring a risk based on voice information of a user,
도 4는 사용자의 안면 정보를 기반으로 위험 여부를 추론하기 위하여 데이터베이스에 기저장된 표정 정보를 나타내는 예시도이다.4 is an exemplary diagram showing facial expression information pre-stored in a database in order to infer a risk based on facial information of a user.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 로봇가디언모듈 및 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치를 나타내는 블럭 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 로봇 안전 보장 장치는, 사용자의 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 포함하는 사용자의 상태 정보와 로봇의 상태 정보를 감지하는 센서모듈(100)과, 상기 센서모듈(100)로부터 감지된 정보들을 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하여 위험도를 결정하고 위험도 정보를 전송하는 로봇가디언모듈(200), 및 상기 로봇가디언모듈(200)로부터 전송되는 위험도 정보에 따라 로봇을 제어하는 로봇제어모듈(300)을 포함하여 구성된다. 1 is a block diagram showing a robot guardian module and a robot safety guarantee device using the same according to the present invention. As shown in Figure 1, the robot safety guarantee device according to the present invention, the sensor module 100 for detecting the user's status information and the robot's status information, including the user's heartbeat information, voice information and image information, and Based on the information detected from the sensor module 100, the robot guardian module 200 for determining the risk and transmitting risk information by inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous, and the robot guardian module ( It is configured to include a robot control module 300 for controlling the robot according to the risk information transmitted from the 200.
상기 센서모듈(100)은, 사용자의 심박동 정보를 감지하는 심박동센서(110)와, 상기 사용자의 음성 정보를 감지하는 음성센서(120)와, 상기 사용자의 표정 정보를 포함하는 영상 정보를 감지하는 영상센서(130), 및 로봇의 정상 동작 여부를 나타내는 로봇 상태 정보를 감지하는 로봇상태센서(140)를 포함하여 구성된다.The sensor module 100 detects image information including a heartbeat sensor 110 that detects user's heartbeat information, a voice sensor 120 that detects voice information of the user, and facial expression information of the user. It comprises an image sensor 130, and the robot state sensor 140 for detecting the robot state information indicating whether or not the normal operation of the robot.
상기 음성센서(120), 영상센서(130) 등 사용자의 상태 정보를 감지하는 센서는 로봇 몸체의 외부에 설치될 수 있다. 로봇상태센서(140)는 로봇 몸체의 내부에 설치될 수 있으며, 로봇상태센서(140)의 경우 로봇의 중앙처리장치(CPU)를 활용하여 로봇의 정상 상태 여부 신호를 수신할 수도 있다.The sensor for detecting the state information of the user such as the voice sensor 120 and the image sensor 130 may be installed outside the robot body. The robot state sensor 140 may be installed inside the robot body. In the case of the robot state sensor 140, the robot may receive a signal indicating whether the robot is in a normal state by utilizing a central processing unit (CPU) of the robot.
상기 로봇가디언모듈(200)은, 상기 센서모듈(100)로부터 감지된 사용자의 상태 정보의 분석을 통해 사용자가 느끼는 감정 상태를 인지하여 사용자의 상태인지정보를 전송하고, 상기 센서모듈(100)로부터 감지된 로봇의 상태 정보의 분석을 통해 로봇의 동작 상태를 인지하여 로봇의 상태인지정보를 전송하는 상태인지부(210)와, 상기 상태인지부(210)로부터 전송된 사용자의 상태인지정보 및 로봇의 상태인지정보를 종합적으로 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 위험추론부(220)와, 상기 위험추론부(220)로부터 추론된 위험에 대응되는 위험도를 결정하여 위험도 정보를 전송하는 위험도판단부(230)를 포함하여 구성된다.The robot guardian module 200 recognizes the emotional state felt by the user through the analysis of the state information of the user sensed by the sensor module 100, and transmits information on the state of the user, from the sensor module 100. State recognition unit 210 for transmitting the state information of the robot by recognizing the operation state of the robot through analysis of the detected state information of the robot, and whether the user state information and the robot transmitted from the state recognition unit 210 The risk inference unit 220 and the risk inference to infer whether or not the risk of the robot to the user by comprehensively analyzing the state or not information of the state and determine the risk corresponding to the risk inferred from the risk inference unit 220 It is configured to include a risk determination unit 230 for transmitting the risk information.
상기 상태인지부(210)는, 상기 심박동센서(110)로부터 감지된 사용자의 심박동을 분석하여 일정 크기 이상의 급작스런 변화가 있는 사용자의 심박동 변화를 인지하는 심박동변화인지부(211)와, 상기 음성센서(120)로부터 감지된 사용자의 음성을 분석하여 비명 여부를 인지하는 음성인지부(212)와, 상기 영상센서(130)로부터 감지된 사용자의 영상을 분석하여 위험에 해당되는 표정을 인지하는 표정인지부(213), 및 상기 로봇상태센서(140)로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 정상 상태 여부를 인지하는 로봇상태인지부(214)를 포함하여 구성된다.The state recognizer 210 analyzes the heartbeat of the user sensed by the heartbeat sensor 110 and recognizes the heartbeat change of the user with a sudden change over a predetermined size. Analyzing the voice of the user sensed from the 120 to recognize whether or not the voice recognition unit 212, and the expression of the facial expression to recognize the expression corresponding to the risk by analyzing the user's image detected from the image sensor 130 It includes a branch 213, and a robot state recognition unit 214 for analyzing the state information of the robot detected from the robot state sensor 140 to recognize whether the robot is in a normal state.
상기 위험추론부(220) 및 위험도판단부(230)는, 사용자의 심박동 정보와 음성 정보 및 영상 정보를 통합적으로 분석하여 사용자의 위험 여부 및 위험도를 판단할 수 있다. 또는 상기 위험추론부(220) 및 위험도판단부(230)는, 로봇의 서비스 환경에 따라, 사용자의 심박동 정보와 음성 정보 및 영상 정보 중 한 가지 정보만을 이용하거나 두 가지 정보 조합으로 사용자의 위험 여부 및 위험도를 판단할 수도 있다.The risk inference unit 220 and the risk determination unit 230 may analyze the user's heartbeat information, voice information, and image information to determine whether the user is at risk and the degree of danger. Alternatively, the risk inference unit 220 and the risk determination unit 230 may use only one piece of information of a user's heartbeat information, voice information, and image information, or a combination of the two information, depending on the service environment of the robot. And risk.
갑작스런 위험 상황에 대처하기 위하여 외부의 조작에 의하여 로봇을 안전모드로 전환하기 위한 안전모드전환스위치(400)가, 로봇가디언모듈(200) 및 로봇제어모듈(300)에 연결되어 구비된다.In order to cope with a sudden dangerous situation, a safety mode switching switch 400 for converting the robot into a safe mode by an external manipulation is connected to the robot guardian module 200 and the robot control module 300.
상기 로봇가디언모듈(200)은, 로봇이 사용자에게 미치는 위험의 레벨을, 위험 감정에 관련된 사용자의 심박동변화의 크기, 사용자의 비명의 크기 및 발생빈도, 사용자의 표정에 나타난 위험 정도, 그리고 로봇의 동작상태를 종합적으로 분석하여 제 1 내지 제 3 레벨로 분류한다. The robot guardian module 200, the level of risk that the robot affects the user, the size of the heart rate change of the user related to the risk feeling, the size and frequency of the user's screaming, the degree of risk shown in the user's expression, and the robot The operating state is comprehensively analyzed and classified into first to third levels.
또한, 상기 로봇가디언모듈(200)은, 추론된 위험이 제 1 레벨일 경우에는 로봇과 사용자 간에 안전한 상태라고 판단하고 로봇의 현재 동작을 유지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈(300)로 전송하며, 추론된 위험이 제 2 레벨일 경우에는 로봇이 사용자에게 미치는 위험 관련 정도가 경고 수준이라고 판단하고 로봇의 현재 속도를 감속시키거나 급정지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈(300)로 전송하고, 추론된 위험이 제 3 레벨일 경우에는 로봇이 사용자에게 미치는 위험 관련 정도가 위험 수준이라고 판단하고 로봇 공급 전원 차단 및 로봇을 락(lock) 상태로 전환하기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈(300)로 전송한다.In addition, when the inferred danger is the first level, the robot guardian module 200 determines that the robot is in a safe state between the robot and the user, and transmits risk information to maintain the current operation of the robot to the robot control module 300. If the inferred risk is the second level, it is determined that the risk-related degree that the robot has on the user is a warning level, and the risk information for slowing or stopping the current speed of the robot is transmitted to the robot control module 300. When the inferred risk is the third level, it is determined that the risk-related degree that the robot has on the user is a risk level, and the robot control module 300 provides risk information for shutting off the robot power supply and switching the robot to a locked state. To send).
도 2는 본 발명에 의한 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법은, 사용자의 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 포함하는 사용자의 상태 정보와 정상 동작 여부를 나타내는 로봇의 상태 정보를 감지하는 제 1 단계(S10)와, 상기 감지된 사용자의 상태 정보 및 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하여 위험도를 결정하는 제 2 단계(S12,S14,S16), 및 상기 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하는 제 3 단계(S18)를 포함하여 이루어진다.2 is a flow chart showing a robot safety method using a robot guardian module according to the present invention. As shown in Figure 2, the robot safety method using a robot guardian module according to the present invention, the user's state information including heartbeat information, voice information and image information of the user and the state information of the robot indicating whether or not normal operation The first step (S10) for detecting the second, and the second step (S12) to determine the risk by inferring whether the robot is dangerous to the user by analyzing the detected state information of the user and the state information of the robot (S12) S14 and S16, and a third step S18 of controlling the robot according to the determined risk level to eliminate the dangerous situation.
상기 제 2 단계(S12,S14,S16)는, 상기 감지된 사용자의 상태 정보의 분석을 통해 사용자가 느끼는 감정 상태를 인지하여 사용자의 상태인지정보를 전송하고 상기 감지된 로봇의 상태 정보의 분석을 통해 로봇의 정상 여부 동작 상태를 인지하여 로봇의 상태인지정보를 전송하는 단계(S12)와, 상기 전송된 사용자의 상태인지정보 및 로봇의 상태인지정보를 종합적으로 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 단계(S14), 및 상기 추론된 위험에 따라 위험도를 분류하여 결정하는 단계(S16)를 포함하여 이루어진다.The second step (S12, S14, S16), through the analysis of the detected state information of the user to recognize the emotional state felt by the user to transmit the user's state information and to analyze the state information of the detected robot Recognizing the normal operation state of the robot through the step (S12) for transmitting the information whether the state of the robot, and whether or not the risk of the robot to the user by comprehensively analyzing the transmitted state information of the user and information of the state of the robot And inferring whether the robot is dangerous (S14), and classifying and determining the risk according to the inferred risk (S16).
이제, 본 발명에 의한 로봇가디언모듈과 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Now, the operation of the robot guardian module and the robot safety guarantee device using the same according to the present invention will be described in detail.
센서모듈(100)은 사용자가 위험을 느끼는 상태임을 나타내는 정보들을 감지하고 또한 로봇이 정상적으로 동작되고 있는지를 감지하기 위한 것이다. 도 1에는 심박동센서(110), 음성센서(120) 및 영상센서(130)가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The sensor module 100 detects information indicating that the user feels a danger and also detects whether the robot is operating normally. 1 illustrates a heartbeat sensor 110, a voice sensor 120, and an image sensor 130, but is not limited thereto.
센서모듈(100)의 심박동센서(110)는 사용자의 심박동 정보를, 음성센서(120)는 상기 사용자의 음성 정보를, 영상센서(130)는 상기 사용자의 안면정보를 포함하는 영상 정보를 감지하여, 각각 로봇가디언모듈(200) 내의 상태인지부(210)의 심박동변화인지부(211), 음성인지부(212), 표정인지부(213)로 전송한다. 또한 센서모듈(100)의 로봇상태센서(140)는 로봇의 정상 동작 여부를 나타내는 로봇의 상태정보를 감지하여 로봇가디언모듈(200) 내의 상태인지부(210)의 로봇상태인지부(214)로 전송한다(S10).The heartbeat sensor 110 of the sensor module 100 detects the user's heartbeat information, the voice sensor 120 detects the user's voice information, and the image sensor 130 detects the image information including the user's face information. , Respectively, the robot transmits to the heartbeat change recognition unit 211, the voice recognition unit 212, and the expression recognition unit 213 of the state recognition unit 210 in the Diane module 200. In addition, the robot state sensor 140 of the sensor module 100 detects the state information of the robot indicating whether the robot is in normal operation, and sends the robot to the robot state detection unit 214 of the state of the robot module 200. It transmits (S10).
로봇가디언모듈(200)의 상태인지부(210)는 센서모듈(100)로부터 감지된 각각의 사용자의 상태 정보를 분석하여 사용자가 느끼는 감정 상태를 인지하고, 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 정상 동작 여부를 나타내는 동작 상태를 인지한다(S12). The state recognition unit 210 of the robot guardian module 200 analyzes the state information of each user sensed by the sensor module 100 to recognize an emotional state felt by the user, and analyzes the state information of the detected robot. Recognizes the operating state indicating whether the normal operation of (S12).
즉, 상태인지부(210)의 심박동변화인지부(211)는, 심박동센서(110)로부터 감지된 사용자의 심박동을 수신하여 위험 감정을 느낄 때 발생되는 일정 크기 이상의 급작스런 변화가 있는지를 분석하고 일정 크기 이상의 급작스런 변화(증가 또는 감소 등)가 있으면 사용자의 심박동 변화를 인지하여 사용자 상태인지정보를 생성하여 전송하게 된다.That is, the heartbeat change recognition unit 211 of the state recognizer 210 receives a user's heartbeat detected from the heartbeat sensor 110 and analyzes whether there is a sudden change of a predetermined size or more that occurs when a feeling of danger occurs. When there is a sudden change (increase or decrease) over the size, the user's heartbeat change is recognized and the user's state recognition information is generated and transmitted.
음성인지부(212)는, 음성센서(120)로부터 감지된 사용자의 음성을 분석하여 비명 여부를 인지한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일정 크기 대역(예를 들면, 650MHz~2000MHz 대역)의 소리가 설정된 시간(예를 들면, 0.5초) 이상 지속되면 사용자가 위험 감정을 느낄 때 발생되는 비명이라고 인지한다. 혹은, 현재 전송된 음성이 이전에 전송된 음성보다, 예를 들면 500MHz 더 높은 경우 위험 감정을 느낄 때 발생되는 비명이라고 인지할 수도 있다.The voice recognition unit 212 analyzes the user's voice detected by the voice sensor 120 to recognize whether the voice is screaming. As shown in FIG. 3, if a sound of a predetermined size band (for example, the 650 MHz to 2000 MHz band) lasts for a predetermined time (for example, 0.5 seconds), the sound is recognized as a scream generated when the user feels a dangerous feeling. . Alternatively, if the currently transmitted voice is higher than the previously transmitted voice, for example, 500 MHz, it may be recognized as a scream generated when a dangerous feeling is felt.
표정인지부(213)는, 영상센서(130)로부터 감지된 사용자의 영상 정보를 분석하여 위험에 해당되는 표정을 인지한다. 즉, 로봇가디언모듈(200)은, 도 4에 도시된 바와 같이 사용자의 다양한 표정을 데이터베이스에 저장하고 저장된 표정들을 조합하여 조합된 표정도 함께 저장한다. 로봇가디언모듈(200)은 전송된 사용자의 안면정보를 데이터베이스에 기저장되어 있는 표정과 비교하여 가장 유사한 표정을 검출함으로써 사용자의 감정을 판단한다. 예를 들면, 도 4의 데이터베이스에 저장된 표정 중에서, 사용자가 위험을 느껴서 두려움의 감정 표정은 액션유닛1(Action Unit 1; AU 1)과 액션유닛2(AU2)를 조합한 액션유닛1+2(AU 1+2)의 표정이라 할 수 있다. 전송된 사용자의 표정 정보가 기저장된 액션유닛1+2 표정과 가장 유사하다면, 사용자는 두려운 감정을 느끼고 있다고 판단할 수 있는 것이다.The facial expression recognition unit 213 analyzes the image information of the user detected by the image sensor 130 and recognizes the facial expression corresponding to the danger. That is, as shown in FIG. 4, the robot guardian module 200 stores various expressions of the user in a database and stores the combined expressions by combining the stored expressions. The robot guardian module 200 determines the emotion of the user by detecting the most similar expression by comparing the transmitted facial information of the user with the expression previously stored in the database. For example, among the facial expressions stored in the database of FIG. 4, the emotional expression of fear because the user feels a danger is determined by action unit 1 + 2 (Action Unit 1; AU 1) and action unit 2 (AU2). AU 1 + 2) can be said. If the facial expression information of the transmitted user is most similar to the pre-stored action unit 1 + 2 facial expression, the user may determine that he is feeling fearful emotion.
이와 같이, 인지된 사용자의 상태인지정보들, 즉, 사용자의 심박동변화, 비명여부, 위험 정도에 대응되는 표정 등의 인지정보들은 위험추론부(220)로 전송된다.In this way, the perceived user's state recognition information, that is, cognitive information such as a user's heartbeat change, screaming, facial expression corresponding to the degree of danger is transmitted to the risk inference unit 220.
로봇상태인지부(214)는 로봇상태센서(140)로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 확인하여 로봇이 정상적으로 동작되고 있는지, 고장 상태인 지를 판단함으로써 로봇의 동작 상태를 인지한다. 인지된 로봇의 동작 상태는 위험추론부(220)로 전송된다. The robot state recognition unit 214 recognizes the operation state of the robot by determining whether the robot is operating normally or a failure state by checking the state information of the robot detected from the robot state sensor 140. The recognized operating state of the robot is transmitted to the risk inference unit 220.
위험추론부(220)는 전송된 사용자의 상태인지정보와 로봇의 상태인지정보를 통합적으로 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험을 추론한다(S14).The risk inference unit 220 infers a risk that the robot has on the user by analyzing the transmitted state information of the user and the state information of the robot (S14).
즉, 위험추론부(220)는 심박동변화인지부(211)로부터 전송된 사용자의 심박동변화의 크기, 음성인지부(212)로부터 전송된 사용자의 비명의 발생 빈도, 비명의 지속 시간, 표정인지부(213)로부터 전송된 사용자의 위험 감정에 해당되는 표정 및 로봇상태인지부(214)로부터 전송된 로봇의 동작 상태를 통합적으로 분석하여, 로봇이 사용자에게 위험을 유발하고 있는 상황이라고 추론한다.That is, the risk reasoning unit 220 is the size of the heart rate change of the user transmitted from the heart rate change unit 211, the frequency of occurrence of the user's scream transmitted from the voice recognition unit 212, duration of the scream, facial expression recognition unit By integrating analysis of the facial expression corresponding to the user's risk sent from 213 and the operation state of the robot transmitted from the robot state recognition unit 214, it is inferred that the robot is causing the user a danger.
위험도판단부(230)는, 위험추론부(220)에서 추론된 위험의 정도를 분류하여 위험에 대응되는 위험도를 판단한다(S16). 위험도의 분류는 로봇이 제공하는 서비스 종류나 사용자의 건강 상태 등 다양한 요인에 따라 다수의 단계로 분류할 수 있다. 일례로, 위험도를 3단계로 분류할 경우, Blue(안전), Yellow(경고), Red(위험)으로 분류할 수 있다. The risk determination unit 230 classifies the degree of risk inferred by the risk inference unit 220 to determine a risk corresponding to the risk (S16). Risk classification can be classified into a number of stages depending on various factors such as the type of service provided by the robot or the user's health status. For example, if the risk is classified into three levels, it can be classified into blue (safe), yellow (warning), and red (danger).
로봇제어모듈(300)은, 위험도판단부(230)로부터 전송되는 위험도에 따라 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하게 된다(S18).The robot control module 300 controls the robot according to the risk transmitted from the risk determination unit 230 to remove the dangerous situation (S18).
예를 들어, 로봇제어모듈(300)이 사용자의 영상정보를 분석하여 위험을 추론하고 위험도를 결정하는 방법에 대하여 좀더 상세히 설명하기로 한다. For example, a method of inferring a risk and determining a risk by analyzing the image information of the user by the robot control module 300 will be described in more detail.
영상센서로부터 사용자의 영상정보를 수신하면, 로봇가디언모듈(200)은 사용자의 영상정보로부터 감정에 관련된 사용자 표정 정보를 획득하고 획득된 사용자 표정 정보와 도 4와 같은 데이터베이스에 기저장된 감정 관련 표정 정보와 비교한다. 가장 유사한 표정 정보를 검출하고, 검출된 표정 정보에 해당되는 감정 정보를 기반으로 사용자의 위험 관련 감정을 판단하는 것이다. Upon receiving the user's image information from the image sensor, the robot guardian module 200 obtains the user's facial expression information related to the emotion from the user's image information, and obtains the user's facial expression information and the emotion-related facial expression information previously stored in the database as shown in FIG. 4. Compare with The most similar facial expression information is detected, and the risk-related emotion of the user is determined based on the emotional information corresponding to the detected facial expression information.
기저장된 표정 정보 각각은 위험을 느끼는 정도에 따라 위험 레벨이 설정되어 있다. 예를 들면, 위험도가 "안전", "경고", "위험"의 3개 레벨로 분류되는 경우, 액션유닛1(AU1)은 눈썹의 안쪽부분이 올라가 있는 표정으로서 "경고" 레벨로 분류되고, 액션유닛1+2(AU1+2)는 눈썹의 안쪽부분 및 바깥부분이 모두 올라가 있는 표정으로서 "위험" 레벨로 분류될 수 있다.Each of the pre-stored facial expression information has a risk level set according to the degree of danger. For example, when the risk level is classified into three levels of "safety", "warning", and "danger", action unit 1 (AU1) is classified as "warning" level as the expression of the inner part of the eyebrows being raised, Action unit 1 + 2 (AU1 + 2) is an expression in which both the inner and outer portions of the eyebrows are raised and may be classified as a “dangerous” level.
검출된 표정 정보가 액션유닛(AU1+2)의 표정이면, 로봇가디언모듈(200)은 사용자가 "위험" 레벨로 위험을 느끼고 있다고 판단하고 위험도를 "위험"으로 결정하게 되는 것이다.If the detected facial expression information is the expression of the action unit AU1 + 2, the robot guardian module 200 determines that the user feels the danger at the "risk" level and determines the risk as "risk".
위험도를 안전, 경고, 위험의 3개 레벨로 분류하는 경우를 예를 들어 설명하면, 추론된 위험도가 최상위 레벨인 “위험”인 경우 로봇가디언모듈(200)은 “위험”에 해당되는 위험도 정보를 로봇제어모듈(300)로 전송하고, 로봇제어모듈(300)은 신속히 로봇을 안전모드로 전환한다. 안전모드는 로봇에 공급되는 전원을 차단함과 동시에 로봇이 락(lock) 상태가 됨을 의미한다. 서비스 로봇이 경사로에 있는 상황에서, 로봇가디언모듈(200)이 사용자가 느끼는 위험 감정이 최고조로 판단되어 추론된 위험도가 최상위 레벨일 경우에 로봇제어모듈(300)은 로봇을 안전모드로 전환한다. 따라서, 경사로에서 로봇이 경사로를 따라 아래로 미끄러져 내려가는 것을 방지하여 경사로 하단에서 2차적인 사고가 발생할 가능성을 방지한다.For example, when the risk is classified into three levels of safety, warning, and danger, the robot guardian module 200 displays the risk information corresponding to the "risk" when the inferred risk is the "risk" of the highest level. Transmission to the robot control module 300, the robot control module 300 quickly switches the robot to the safe mode. The safety mode means that the robot is in a locked state at the same time that power is supplied to the robot. In the situation where the service robot is on the slope, the robot guard module 200 determines that the risk feeling felt by the user is the highest, and the robot control module 300 switches the robot to the safe mode when the inferred risk level is the highest level. Therefore, the robot is prevented from sliding down the ramp along the ramp to prevent the possibility of secondary accidents at the bottom of the ramp.
위험도가 “경고”레벨일 경우, 로봇제어모듈(300)은 로봇을 감속시키거나 급정지시키는 방식으로 로봇을 제어할 수 있다.When the risk level is a "warning" level, the robot control module 300 may control the robot in such a manner as to slow down or abruptly stop the robot.
또한 위험도가 "안전" 레벨일 경우, 로봇제어모듈(300)은 사용자가 서비스를 제공하는 로봇에 대해 위험을 느끼지 않는 상황이라고 판단하고 로봇을 제어하지 않고 동작을 그대로 유지시킬 수 있다. In addition, when the risk level is a "safe" level, the robot control module 300 may determine that the user does not feel a danger to the robot providing the service, and maintain the operation without controlling the robot.
위험도 레벨에 따라 로봇을 제어하는 동작은 이에 한정되지 않으며, 서비스 로봇이 제공하는 서비스 종류나 사용자의 상태에 따라 다양하게 구현될 수 있다.The operation of controlling the robot according to the risk level is not limited thereto, and may be variously implemented according to the type of service provided by the service robot or the state of the user.
안전모드전환스위치(400)는 로봇가디언모듈(200) 및 로봇제어모듈(300)의 제어가 아닌 외부의 조작에 의해서도 로봇을 안전모드로 전환할 수 있도록 동작된다.The safe mode switching switch 400 is operated so that the robot can be switched to the safe mode by an external operation instead of the control of the robot guardian module 200 and the robot control module 300.
상기 로봇가디언모듈(200)로부터 전송되는 위험도 정보에 따라 로봇을 안전모드로 전환하기 위한 안전모드전환스위치(400)가 별도로 구비될 수 있다.Safety mode switch for switching the robot to the safe mode according to the risk information transmitted from the robot guardian module 200 may be provided separately.
본 발명은 센서모듈을 통해 감지되는 다중정보를 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험도를 결정하고 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어함으로써 로봇으로 인한 위험 상황을 제거하여 사용자의 안전 및 로봇의 안전을 보장하는 로봇가디언모듈과 이를 이용한 로봇 안전 보장 장치 및 방법을 제공한다.The present invention is to determine the risk of the robot to the user based on the multiple information detected through the sensor module and to control the robot according to the determined risk by removing the risk situation caused by the robot to ensure the safety of the user and the safety of the robot Provided is a guardian module and a robot safety guarantee device and method using the same.

Claims (13)

  1. 심박동센서, 음성센서 및 영상센서로부터 각각 감지된 사용자 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 분석하여 사용자의 위험 감정에 관련된 심박동변화, 비명 여부 및 표정 정보를 인지하고, 로봇상태센서로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 동작 상태를 인지하는 상태인지부와;Analyzing the user's heartbeat information, voice information and image information detected from the heart rate sensor, the voice sensor and the image sensor, respectively, recognizes the heartbeat change, screaming and facial expressions related to the user's risk feeling, and detects the robot A state recognition unit for recognizing state of operation of the robot by analyzing state information;
    상기 상태인지부로부터 인지된 사용자의 심박동변화, 비명 여부 및 표정 정보와 로봇의 동작 상태를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 위험추론부; 및A risk inference unit that infers whether the robot has a danger to the user and whether the robot is in danger by analyzing the user's heartbeat change, screaming and facial expression information recognized from the state recognition unit, and the operation state of the robot; And
    상기 위험추론부로부터 추론된 위험을 위험레벨 별로 분류하여 상기 추론된 위험에 대응되는 위험도를 결정하고, 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하기 위한 위험도 정보를 로봇제어모듈로 전송하는 위험도판단부를 포함하는 로봇가디언모듈.A risk determination unit for classifying risks inferred from the risk inference unit by risk level to determine a risk corresponding to the inferred risk, and transmitting risk information to the robot control module to control the robot to remove the risk situation. Robot Guardian Module.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위험도판단부는,The method of claim 1, wherein the risk determination unit,
    상기 사용자의 심박동변화의 크기, 상기 사용자의 비명의 크기 및 발생빈도, 상기 사용자의 표정에 나타난 위험 정도, 그리고 상기 로봇의 동작 상태를 분석하여 위험도를 결정하는 로봇가디언모듈.Robot guardian module for determining the risk by analyzing the size of the heart rate change of the user, the size and frequency of occurrence of the user's screaming, the degree of risk shown in the expression of the user, and the operation state of the robot.
  3. 심박동센서, 음성센서, 영상센서 및 로봇상태센서를 구비하여, 사용자의 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 포함하는 사용자의 상태 정보와 로봇의 상태정보를 감지하는 센서모듈과;A sensor module including a heartbeat sensor, a voice sensor, an image sensor, and a robot state sensor, for detecting a user's state information including a user's heartbeat information, voice information, and image information and state information of a robot;
    상기 센서모듈로부터 감지된 정보들을 기반으로 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하여 위험도를 결정하고 위험도 정보를 전송하는 로봇가디언모듈; 및A robot guardian module for determining a risk by transmitting a risk information by inferring whether a robot has a danger to a user and a risk of the robot based on the information detected from the sensor module; And
    상기 로봇가디언모듈로부터 전송되는 위험도 정보에 따라 로봇을 제어하는 로봇제어모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 장치.Robot safety module using a robot guardian module, characterized in that it comprises a robot control module for controlling the robot according to the risk information transmitted from the guardian module.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 로봇가디언모듈은,According to claim 3, The robot guardian module,
    상기 센서모듈로부터 감지된 사용자의 상태 정보의 분석을 통해 사용자가 느끼는 감정 상태를 인지하여 사용자의 상태인지정보를 전송하고, 상기 센서모듈로부터 감지된 로봇의 상태 정보의 분석을 통해 로봇의 동작 상태를 인지하여 로봇의 상태인지정보를 전송하는 상태인지부와;Recognizing the emotional state felt by the user through the analysis of the user's state information detected from the sensor module and transmits the user's state information, and analyzes the robot's operation state through the analysis of the state information of the robot detected from the sensor module A state recognition unit for recognizing and transmitting state information of the robot;
    상기 상태인지부로부터 전송된 사용자의 상태인지정보 및 로봇의 상태인지정보를 종합적으로 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 위험추론부; 및A risk inference unit that infers whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is in danger by comprehensively analyzing the user's state information and the state information of the robot transmitted from the state recognition unit; And
    상기 위험추론부로부터 추론된 위험에 대응되는 위험도를 결정하여 위험도정보를 전송하는 위험도판단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 장치.Robot safety module using a robot guardian module, characterized in that it comprises a risk determination unit for transmitting the risk information to determine the risk corresponding to the risk inferred from the risk inference unit.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 상태인지부는,The method of claim 4, wherein the state recognizer,
    상기 심박동센서로부터 감지된 사용자의 심박동을 분석하여 일정 크기 이상의 급작스런 변화가 있는 사용자의 심박동 변화를 인지하는 심박동변화인지부와;A heartbeat change recognition unit for analyzing a heartbeat of the user sensed by the heartbeat sensor and recognizing a change in the heartbeat of a user having a sudden change over a predetermined size;
    상기 음성센서로부터 감지된 사용자의 음성을 분석하여 비명 여부를 인지하는 음성인지부와;A voice recognition unit for recognizing the scream by analyzing the voice of the user sensed by the voice sensor;
    상기 영상센서로부터 감지된 사용자의 영상을 분석하여 위험에 해당되는 표정을 인지하는 표정인지부; 및An expression recognizing unit that recognizes an expression corresponding to a risk by analyzing an image of the user sensed by the image sensor; And
    상기 로봇상태센서로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 정상상태 여부를 인지하는 로봇상태인지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 장치.Robot safety module using a robot guardian module, characterized in that it comprises a robot state recognition unit for analyzing the state information of the robot sensed from the robot state sensor to recognize whether the robot is in a normal state.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 로봇가디언모듈은,According to claim 3, The robot guardian module,
    로봇이 사용자에게 미치는 위험의 레벨을, 사용자의 심박동정보로부터 분석된 위험 감정에 관련된 사용자의 심박동변화의 크기, 사용자의 음성정보로부터 분석된 사용자의 비명의 크기 및 발생빈도, 사용자의 영상정보로부터 분석된 사용자의 표정에 나타난 위험 정도, 그리고 로봇의 동작상태를 종합적으로 분석하여 제 1 내지 제 3 레벨로 분류하는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 장치.Analyzes the level of risk that the robot has on the user from the size of the user's heart rate change related to the risk emotion analyzed from the user's heartbeat information, the size and frequency of the user's scream analyzed from the user's voice information, and the user's video information. Robot safety module using a robot guardian module, characterized in that the classification of the first to the third level by analyzing the degree of risk and the operation state of the robot displayed on the expression of the user.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 로봇가디언모듈은,According to claim 3, The robot guardian module,
    추론된 위험이 제 1 레벨일 경우에는 로봇과 사용자 간에 안전한 상태라고 판단하고 로봇의 현재 동작을 유지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하며,When the inferred danger is the first level, it is determined that the robot is safe between the user and the robot, and the risk information for maintaining the current operation of the robot is transmitted to the robot control module.
    추론된 위험이 제 2 레벨일 경우에는 로봇이 사용자에게 미치는 위험 관련 정도가 경고 수준이라고 판단하고 로봇의 현재 속도를 감속시키거나 급정지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하고,If the inferred risk is the second level, it is determined that the risk-related degree that the robot has on the user is a warning level, and the risk information for slowing or stopping the current speed of the robot is transmitted to the robot control module.
    추론된 위험이 제 3 레벨일 경우에는 로봇이 사용자에게 미치는 위험 관련 정도가 위험 수준이라고 판단하고 로봇 공급 전원 차단 및 로봇을 락(lock) 상태로 전환하기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 장치.When the inferred risk is the third level, it is determined that the degree of risk related to the user is a risk level, and the risk information for shutting down the robot power supply and switching the robot to the locked state is transmitted to the robot control module. Robot safety device using a robot guardian module, characterized in that.
  8. 심박동센서로부터 감지된 사용자 심박동 정보를 분석하여 위험 감정에 관련된 사용자 심박동변화를 인지하고, 음성센서로부터 감지된 사용자 음성 정보를 분석하여 비명 여부를 인지하며, 영상센서로부터 감지된 사용자 영상 정보를 분석하여 사용자의 표정을 인지하고, 로봇상태센서로부터 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 동작 상태를 인지하는 제 1 단계와;Analyzes user heartbeat information detected from heart rate sensor to recognize user's heartbeat change related to risk feeling, analyzes user voice information detected from voice sensor and recognizes screaming, analyzes user image information detected from image sensor A first step of recognizing a facial expression of a user and analyzing state information of the robot detected by the robot state sensor to recognize an operation state of the robot;
    상기 인지된 사용자의 심박동변화, 비명, 표정 및 로봇의 동작 상태를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 제 2 단계; 및A second step of inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous by analyzing the recognized heartbeat change, screaming, facial expression, and operation state of the robot; And
    상기 추론된 위험을 위험레벨 별로 분류하여 상기 추론된 위험에 대응되는 위험도를 결정하고, 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하기 위한 위험도 정보를 로봇제어모듈로 전송하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 로봇가디언모듈의 로봇 안전 판단 방법.The robot guardian includes a third step of classifying the inferred risk by risk level to determine a risk corresponding to the inferred risk, and transmitting risk information to the robot control module to control the robot to remove the risk situation. How to determine robot safety of modules.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,The method of claim 8, wherein the third step,
    사용자의 심박동변화의 크기, 사용자의 비명의 크기 및 발생빈도, 사용자의 표정에 나타난 위험 정도, 그리고 로봇의 정상 동작 여부에 따라 위험도를 제 1 내지 제 3 레벨로 분류하는 단계와;Classifying the risks into first to third levels according to the magnitude of the heartbeat change of the user, the magnitude and frequency of screaming of the user, the degree of danger in the facial expression of the user, and whether the robot is normally operated;
    상기 추론된 위험이 제 1 레벨일 경우에는 로봇과 사용자 간에 안전한 상태라고 판단하고 로봇의 현재 동작을 유지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 단계와;If the inferred risk is the first level, determining that the robot and the user are in a safe state and transmitting risk information for maintaining the current operation of the robot to the robot control module;
    상기 추론된 위험이 제 2 레벨일 경우에는 로봇이 사용자에게 미치는 위험 관련 정도가 경고 수준이라고 판단하고 로봇의 현재 속도를 감속시키거나 급정지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 단계; 및If the inferred risk is the second level, determining that the risk-related degree that the robot has on the user is a warning level, and transmitting risk information for slowing or stopping the current speed of the robot to the robot control module; And
    상기 추론된 위험이 제 3 레벨일 경우에는 로봇이 사용자에게 미치는 위험 관련 정도가 위험 수준이라고 판단하고 로봇 공급 전원 차단 및 로봇을 락(lock) 상태로 전환하기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 단계를 포함하는 로봇가디언모듈의 로봇 안전 판단 방법.When the inferred risk is the third level, it is determined that the degree of risk related to the user is a risk level, and the risk information for shutting down the robot supply power and switching the robot to the locked state is transmitted to the robot control module. Robot safety determination method of the robot guardian module comprising the step of.
  10. 센서모듈이 사용자의 심박동 정보, 음성 정보 및 영상 정보를 포함하는 사용자의 상태 정보와 정상 동작 여부를 나타내는 로봇의 상태 정보를 감지하는 제 1 단계와;A first step of the sensor module detecting user state information including heart rate information, voice information, and image information of the user and robot state information indicating whether the robot is in normal operation;
    로봇가디언모듈이 상기 감지된 사용자의 상태 정보 및 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하여 위험도를 결정하는 제 2 단계; 및 A second step of the robot guardian module analyzing the detected state information of the user and the state information of the robot to determine a risk by inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is dangerous; And
    로봇제어모듈이 상기 결정된 위험도에 따라 로봇을 제어하여 위험 상황을 제거하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법.And a third step of removing the dangerous situation by controlling the robot according to the determined risk level.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,The method of claim 10, wherein the second step,
    감지된 사용자 심박동 정보를 분석하여 위험 관련 심박동변화를 인지하고, 감지된 사용자 음성 정보를 분석하여 비명 여부를 인지하며, 감지된 사용자 영상 정보를 분석하여 위험에 해당되는 표정을 인지하고, 감지된 로봇의 상태 정보를 분석하여 로봇의 동작 상태를 인지하는 제1 서브단계와;Analyzes detected user heartbeat information to recognize risk-related heartbeat changes, analyzes detected user voice information to recognize whether they are screaming, analyzes detected user image information to recognize facial expressions corresponding to risk, and detects robots A first sub-step of recognizing an operating state of the robot by analyzing state information of the robot;
    상기 인지된 사용자의 심박동변화, 비명, 표정 및 로봇의 동작 상태를 종합적으로 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험 여부 및 로봇의 위험 여부를 추론하는 제2 서브단계; 및A second sub-step of inferring whether the robot is dangerous to the user and whether the robot is in danger by comprehensively analyzing the recognized heartbeat change, scream, facial expression, and operation state of the robot; And
    상기 추론된 위험에 대한 위험도를 상기 사용자의 심박동변화의 크기, 사용자의 비명의 크기 및 발생빈도, 사용자의 표정에 나타난 위험 정도, 그리고 로봇의 정상 동작 여부를 종합적으로 분석하여 결정하는 제3 서브단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법.A third sub-step of comprehensively analyzing the risk of the inferred risk by analyzing the magnitude of the user's heartbeat change, the magnitude and frequency of the user's screaming, the degree of danger in the user's expression, and whether the robot is in normal operation; Robot safety method using a robot guardian module, characterized in that comprises a.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 3 서브단계는,The method of claim 11, wherein the third sub-step,
    상기 추론된 위험이 안전 레벨일 경우에는 로봇의 현재 동작을 유지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 단계와;Transmitting risk information to the robot control module to maintain a current operation of the robot when the inferred risk is a safe level;
    상기 추론된 위험이 경고 레벨일 경우에는 로봇의 현재 속도를 감속시키거나 급정지시키기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 단계; 및If the inferred danger is a warning level, transmitting risk information to the robot control module to slow down or abruptly stop the current speed of the robot; And
    상기 추론된 위험이 위험 레벨일 경우에는 로봇 공급 전원 차단 및 로봇을 락(lock) 상태로 전환하기 위한 위험도 정보를 상기 로봇제어모듈로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법.When the inferred risk is a risk level, the robot guard module further comprises the step of transmitting the robot information to the robot control module and the risk information for switching off the robot power supply to a locked state. How to ensure robot safety.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,The method of claim 10, wherein the second step,
    로봇이 사용자에게 제공하는 서비스 환경에 따라, 사용자 심박동 정보, 사용자 음성 정보 및 사용자 영상 정보 중 어느 하나만을 분석하여 로봇이 사용자에게 미치는 위험을 추론하여 위험도를 결정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇가디언모듈을 이용한 로봇 안전 보장 방법.According to the service environment provided by the robot to the user, by analyzing any one of the user heart rate information, the user voice information and the user image information, further comprising the step of inferring the risk to the user to determine the risk Robot safety method using a robot guardian module.
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