KR100425695B1 - Working robot for prevention crash and his control method - Google Patents

Abstract

본 발명은 추락방지용 보행로봇 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 평지보다 높은 곳에서 이동하는 경우에, 벼랑을 인식하여 추락을 방지할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 로봇의 이동중, 카메라의 영상에서 물체의 경계선을 검색하는 제1 단계와; 상기 물체의 경계선의 위치와 영상의 수직방향의 길이의 비 및 임계값을 검출하여 비교하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 비교결과, 경계선의 위치와 수직방향의 길이의 비가 임계치보다 작으면, 로봇의 머리를 소정 각도 만큼 숙여, 적외선 센서에서 바닥으로 수직으로 그은 선이 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리를 검출하는 제3 단계와; 상기 제3 단계에서 검출한 거리값이 일정한 값 이상이면 벼랑으로 인식하고, 일정한 값 이하이면 물체 사이의 경계선으로 인식하는 제4 단계로 이루어진다.The present invention relates to a fall prevention walking robot and a control method thereof, when moving from a height higher than the flat, to recognize the cliff to prevent the fall. To this end, the present invention includes a first step of searching for the boundary of the object in the image of the camera during the movement of the robot; Detecting and comparing a ratio and a threshold value of the position of the boundary line of the object with the length in the vertical direction of the image; As a result of the comparison in the second step, if the ratio of the position of the boundary line and the length in the vertical direction is smaller than the threshold value, the robot's head is bowed down by a predetermined angle, and the distance from the point where the line perpendicular to the floor meets the infrared sensor meets the table edge. Detecting a third step; If the distance value detected in the third step is greater than or equal to a predetermined value, it is recognized as a cliff.

Description

추락방지용 보행로봇 및 그의 제어방법{WORKING ROBOT FOR PREVENTION CRASH AND HIS CONTROL METHOD}Fall prevention walking robot and its control method {WORKING ROBOT FOR PREVENTION CRASH AND HIS CONTROL METHOD}

본 발명은 추락방지용 보행로봇 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 특히 평지보다 높은 곳에서 이동하는 경우에, 벼랑을 인식하여 추락을 방지할 수 있도록 한 추락 방지용 보행 로봇 및 그의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fall prevention walking robot and a control method thereof, and more particularly, to a fall prevention walking robot and a control method thereof capable of preventing a fall by recognizing a cliff when moving from a height higher than a plain.

일반적으로, 보행 로봇은 주변환경을 인식하기 위해서 각종 센서를 이용하는데, 만약, 로봇이 평지가 아닌 테이블과 같은 평지보다 높은 곳에서 움직이는 경우에 로봇이 테이블의 가장자리를 인식하지 않고 그냥 지나간다면 테이블 밑으로 추락하게 되어, 로봇이 파손되는 위험이 있다.In general, the walking robot uses various sensors to recognize the environment. If the robot moves on a level higher than a flat surface, such as a non-flat table, and the robot does not recognize the edge of the table, it just passes under the table. There is a risk that the robot will break.

따라서, 그러한 위험을 미리 방지하기 위해서는 로봇이 벼랑을 인식하여 피하는 것이 필요한데, 종래에는 보행 로봇이 평지에서만 움직이는 것을 위주로 하였기 때문에, 평지가 아닌 테이블이나, 높이가 있는 평면에서 이동하는 경우에 로봇이 테이블이나 높이가 있는 평편의 가장자리를 인식하지 못하면 그 가장자리 밑으로 추락하게 되어 로봇이 손상되는 문제점이 있다.Therefore, in order to prevent such a risk in advance, it is necessary for the robot to recognize the cliff and avoid it. In the past, the robot was moved on a flat surface only because the robot was moved only on a flat surface. If it does not recognize the edge of the flat or the height is falling below the edge there is a problem that the robot is damaged.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 평지보다 높은 곳에서 이동하는 경우에, 벼랑을 인식하여 추락을 방지할 수 있도록 한 추락 방지용 보행 로봇 및 그의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the object of the present invention is to provide a fall prevention walking robot and its control method to prevent falling by recognizing the cliff when moving from a higher place than the flat. have.

도1은 본 발명 추락방지용 보행로봇의 제어방법에 대한 동작흐름도.1 is a flow chart for the control method of the present invention prevents walking robot.

도2는 본 발명 추락방지용 보행로봇의 구성을 보인 개략도.Figure 2 is a schematic view showing the configuration of the fall robot for preventing the fall of the present invention.

도3은 도2에 있어서, 로봇의 전방을 바라보고 있는 모습을 보인 개략도.FIG. 3 is a schematic view showing the robot in front of FIG. 2; FIG.

도4는 도2에 있어서, 로봇의 카메라에 잡히는 경계선 모양을 보인 개략도.Fig. 4 is a schematic diagram showing the boundary line shape of the robot of the robot in Fig. 2;

도5는 도2에 있어서,로봇이 머리를 숙일 때의 각도와 로봇과 가장자리까지의 관계를 보인 개략도.Figure 5 is a schematic diagram showing the relationship between the angle and the robot to the edge when the robot bows in Figure 2;

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 보행 로봇에 있어서, 로봇의 머리에 부착되어, 머리가 가리키는 방향의 영상을 캡쳐하는 카메라와; 로봇의 머리에 부착되어, 바닥까지의 거리를 감지하는 적외선 센서와; 상기 카메라로부터 출력되는 영상의 물체에 대한 경계선의 위치와 그 영상의 수직방향의 길이의 비가 임계값 보다 크면 로봇을 이동시키도록 제어하고, 임계값 보다 작으면 로봇이 머리를 소정 각도 만큼 숙이도록 제어한후, 적외선센서로부터 물체의 경계선의 위치까지의 거리인 거리감지신호를 검출하여 그 거리 감지신호에 따라 벼랑을 인식하는 제어부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the walking robot, attached to the head of the robot, the camera to capture the image of the head pointing direction; An infrared sensor attached to the head of the robot and detecting a distance to the floor; If the ratio of the position of the boundary line to the object of the image output from the camera and the vertical length of the image is greater than the threshold, the robot is moved. If the ratio is smaller than the threshold, the robot tilts the head by a predetermined angle. After that, it comprises a control unit for detecting a distance detection signal which is the distance from the infrared sensor to the position of the boundary line of the object and recognizes the cliff according to the distance detection signal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 로봇의 이동중, 카메라의 영상에서 물체의 경계선을 검색하는 제1 단계와; 상기 물체의 경계선의 위치와 영상의 수직방향의 길이의 비 및 임계값을 검출하여 비교하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 비교결과, 경계선의 위치와 수직방향의 길이의 비가 임계치보다 작으면, 로봇의 머리를 소정 각도 만큼 숙여, 적외선 센서에서 바닥으로 수직으로 그은 선이 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리를 검출하는 제3 단계와; 상기 제3 단계에서 검출한 거리값이 일정한 값 이상이면 벼랑으로 인식하고, 일정한 값 이하이면 물체 사이의 경계선으로 인식하는 제4 단계로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first step of searching for the boundary of the object in the image of the camera during the movement of the robot; Detecting and comparing a ratio and a threshold value of the position of the boundary line of the object with the length in the vertical direction of the image; As a result of the comparison in the second step, if the ratio of the position of the boundary line and the length in the vertical direction is smaller than the threshold value, the robot's head is bowed down by a predetermined angle, and the distance from the point where the line perpendicular to the floor meets the infrared sensor meets the table edge. Detecting a third step; If the distance value detected in the third step is greater than or equal to a predetermined value, it is recognized as a cliff, and if it is less than or equal to a predetermined value, the fourth step of recognizing the boundary between objects is characterized in that it is performed.

이하, 본 발명에 의한 추락방지용 보행 로봇에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the action and effect on the fall prevention walking robot according to the present invention will be described in detail.

도1은 본 발명 추락방지용 보행로봇의 제어방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 로봇의 이동중, 카메라의 영상에서 물체의 경계선을 검색하는 제1 단계와; 상기 물체의 경계선의 위치와 영상의 수직방향의 길이의 비 및 임계값을 검출하여 비교하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 비교결과, 경계선의 위치와 수직방향의 길이의 비가 임계치보다 작으면, 로봇의 머리를 소정 각도 만큼 숙여, 적외선 센서에서 바닥으로 수직으로 그은 선이 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리를 검출하는 제3 단계와; 상기 제3 단계에서 검출한 거리값이 일정한 값 이상이면 벼랑으로 인식하고, 일정한 값 이하이면 물체 사이의 경계선으로 인식하는 제4 단계로 이루어진다.1 is a flowchart illustrating a control method of a fall prevention walking robot according to an embodiment of the present invention. As shown therein, a first step of searching for a boundary of an object in an image of a camera during a robot's movement; Detecting and comparing a ratio and a threshold value of the position of the boundary line of the object with the length in the vertical direction of the image; As a result of the comparison in the second step, if the ratio of the position of the boundary line and the length in the vertical direction is smaller than the threshold value, the robot's head is bowed down by a predetermined angle, and the distance from the point where the line perpendicular to the floor meets the infrared sensor meets the table edge. Detecting a third step; If the distance value detected in the third step is greater than or equal to a predetermined value, it is recognized as a cliff.

도2는 본 발명 추락방지용 보행로봇의 구성을 보인 개략도로서, 로봇의 머리에 부착되어, 머리가 가리키는 방향의 영상을 캡쳐하는 카메라와; 로봇의 머리에 부착되어, 바닥까지의 거리를 감지하는 적외선 센서와; 상기 카메라의 영상에서, 물체의 경계선을 검색한후, 그 물체의 경계선의 위치와 영상의 수직 방향의 길이비에 따라, 로봇의 머리를 숙이도록 제어한후, 상기 적외선 센서로부터 거리 감지신호를 입력받아 그 거리 감지신호에 따라 벼랑을 인식하는 제어부를 포함하여 구성한다.Figure 2 is a schematic view showing the configuration of the fall prevention walking robot of the present invention, a camera attached to the head of the robot, capturing the image of the head pointing direction; An infrared sensor attached to the head of the robot and detecting a distance to the floor; After searching the boundary line of the object in the image of the camera, controlling to bow the robot head according to the position ratio of the boundary line of the object and the vertical length of the image, and then inputs a distance detection signal from the infrared sensor. And a control unit for recognizing the cliff according to the distance detection signal.

상술한 로봇의 머리는 두개의 모터가 부착되어 있어서 상하좌우로 움직임이 가능하고,로봇의 몸통에 부착된 다리는 각각 세개의 관절이 있으며, 그 목부분에는 두개의 관절이 있다.The head of the robot can be moved up, down, left and right because two motors are attached, and the legs attached to the body of the robot have three joints, and two joints are provided at the neck.

상기 각각의 관절은, 도2에 도시된 화살표 방향과 그 반대 방향으로 회전이 가능하여, 로봇은 전후 좌우로 이동이 가능하고, 머리도 상하 좌우로 이동이 가능한데, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.Each of the joints can be rotated in the direction opposite to the arrow direction shown in FIG. 2, so that the robot can move back and forth, left and right, and the head can also be moved up, down, left, and right. do.

먼저, 상기 보행 로봇은 머리에 부착된 카메라를 이용하여 그 머리가 가리키는 방향의 영상을 얻어 내는데, 로봇이 테이블에 있는 경우, 머리를 수평으로 세우고 도3과 같이 전방을 바라보면, 카메라는 도4와 같은 영상이 잡히게 된다.First, the walking robot obtains an image in a direction indicated by the head using a camera attached to the head. When the robot is on a table, the head is placed horizontally and looking forward as shown in FIG. You will get an image like this.

그리고, 로봇이 가장자리에 가까워 지게 되면, 카메라에 잡힌 경계면이 점점 더 아래쪽으로 이동하게 된다.And as the robot gets closer to the edge, the boundary captured by the camera moves further and further downward.

이때, 로봇에 내장된 제어부는, 상기 경계면의 위치와 카메라 영상의 수직방향 길이의 비가 어느 임계값 이하로 내려가기 전까지는 보통의 행동을 계속하게 되고, 임계값 이하로 내려가게 되면, 로봇은 이 경계선이 테이블의 가장자리인지 아니면, 단지 물체 사이의 경계선인지를 판단하게 된다.At this time, the controller embedded in the robot continues normal operation until the ratio between the position of the boundary surface and the vertical length of the camera image falls below a certain threshold value. It is determined whether the boundary is the edge of the table or just the boundary between objects.

즉, 상기 제어부는, 영상의 물체의 경계선의 위치와 그 영상의 수직방향의 길이의 비가 임계값 보다 크면 로봇을 이동시키도록 제어하고, 임계값 보다 작으면 로봇이 머리를 소정 각도 만큼 숙이도록 제어한후, 적외선센서로부터 물체의 경계선의 위치까지의 거리인 거리감지신호를 출력한다.That is, the controller controls the robot to move when the ratio between the position of the boundary of the object of the image and the vertical length of the image is larger than the threshold value, and controls the robot to bow the head by a predetermined angle when the ratio is smaller than the threshold value. Then, the distance detection signal, which is the distance from the infrared sensor to the position of the boundary line of the object, is output.

여기서, 상기 거리감지신호는, 하기의 수학식으로 구하는데, 그 거리감지신호가 일정값 이상이면 경계선이 테이블의 가장자리로 판단한다.Here, the distance detection signal is obtained by the following equation. If the distance detection signal is equal to or greater than a predetermined value, the boundary line is determined as the edge of the table.

[수학식][Equation]

여기서, 'd'는 적외선 센서를 바닥에 수직으로 그은 선이 바닥과 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리이고, h는 적외선 센서의 높이를 나타낸다.Here, 'd' is the distance from the point where the line perpendicular to the floor meets the floor to the edge of the table, h is the height of the infrared sensor.

이때, 상기 로봇이 머리를 숙이는 소정각도는, 하기의 수학식으로 산출한다.At this time, the predetermined angle at which the robot bows is calculated by the following equation.

[수학식][Equation]

여기서, h: 적외선 센서의 높이Where h is the height of the infrared sensor

d:적외선 센서를 바닥에 수직으로 그은 선이 바닥과 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리d: Distance from the point where the line drawn perpendicular to the floor sensor meets the floor and the edge of the table

또한, 상기 임계값은, 하기의 수학식으로 산출한다.In addition, the said threshold value is computed by the following formula.

[수학식][Equation]

여기서, α:카메라의 시야각Where α is the viewing angle of the camera

다시 말해서, 본 발명은, 로봇의 이동중, 카메라의 영상에서 물체의 경계선을 검색하여, 그 물체의 경계선의 위치와 영상의 수직방향의 길이의 비 및 임계값을 검출하여 비교한다.In other words, the present invention searches for the boundary line of an object in the image of the camera while the robot is moving, detects and compares the ratio and the threshold value of the position of the boundary line in the vertical direction of the image.

상기 비교결과, 경계선의 위치와 수직방향의 길이의 비가 임계치보다 작으면, 로봇의 머리를 소정 각도 만큼 숙여, 적외선 센서에서 수직으로 바닥에 그은 선이 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리를 검출하여, 그 검출한 거리값이 일정한 값 이상이면 벼랑으로 인식하여 로봇의 이동을 중지시키고, 일정한 값 이하이면 물체 사이의 경계선으로 인식하여 로봇을 계속하여 이동시킨다.As a result of the comparison, if the ratio between the position of the boundary line and the length in the vertical direction is smaller than the threshold value, the head of the robot is leaned by a predetermined angle to detect the distance from the point where the line drawn on the floor perpendicularly meets the infrared sensor to the edge of the table. If the detected distance value is above a certain value, it is recognized as a cliff and the movement of the robot is stopped. If it is below a certain value, it is recognized as a boundary line between objects and the robot is continuously moved.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.The specific embodiments or examples made in the detailed description of the present invention are intended to clarify the technical contents of the present invention to the extent that they should not be construed as limited to these specific embodiments and should not be construed in consultation. Various changes can be made within the scope of.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 보행 로봇이 테이블과 같이 높은 지역에서 이동할 때, 그 높은 지역의 가장자리를 인식하여 추락을 방지함으로써, 이동중에 가장자리로 떨어져서 로봇이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.As described in detail above, when the walking robot moves in a high area such as a table, the robot recognizes the edge of the high area and prevents the fall, thereby preventing the robot from being damaged by falling to the edge during movement. .

Claims (8)

보행 로봇에 있어서,In the walking robot, 로봇의 머리에 부착되어, 머리가 가리키는 방향의 영상을 캡쳐하는 카메라와;A camera attached to the head of the robot and capturing an image in a direction indicated by the head; 로봇의 머리에 부착되어, 바닥까지의 거리를 감지하는 적외선 센서와;An infrared sensor attached to the head of the robot and detecting a distance to the floor; 상기 카메라로부터 출력되는 영상의 물체에 대한 경계선의 위치와 그 영상의 수직방향의 길이의 비가 임계값 보다 크면 로봇을 이동시키도록 제어하고, 임계값 보다 작으면 로봇이 머리를 소정 각도 만큼 숙이도록 제어한후, 적외선센서로부터 물체의 경계선의 위치까지의 거리인 거리감지신호를 검출하여 그 거리 감지신호에 따라 벼랑을 인식하는 제어부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 추락방지용 보행 로봇.If the ratio of the position of the boundary line to the object of the image output from the camera and the vertical length of the image is greater than the threshold, the robot is moved. If the ratio is smaller than the threshold, the robot tilts the head by a predetermined angle. Then, the fall prevention walking robot, comprising a control unit for detecting a distance detection signal which is the distance from the infrared sensor to the position of the boundary line of the object and recognizes the cliff according to the distance detection signal. 삭제delete 제1 항에 있어서, 거리감지신호는, 하기의 수학식으로 구하는 것을 특징으로 하는 추락방지용 보행로봇.The fall prevention walking robot according to claim 1, wherein the distance detection signal is obtained by the following equation. [수학식][Equation] 제1 항에 있어서, 로봇이 머리를 숙이는 소정각도는, 하기의 수학식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 추락 방지용 보행로봇.The fall prevention walking robot according to claim 1, wherein the predetermined angle at which the robot bows is calculated by the following equation. [수학식][Equation] 여기서, h: 적외선 센서의 높이Where h is the height of the infrared sensor d:적외선 센서를 바닥에 수직으로 그은 선이 바닥과 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리d: Distance from the point where the line drawn perpendicular to the floor sensor meets the floor and the edge of the table 제1 항에 있어서, 임계값은, 하기의 수학식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 추락 방지용 보행 로봇.The fall prevention walk robot according to claim 1, wherein the threshold value is calculated by the following equation. [수학식][Equation] 여기서, α:카메라의 시야각Where α is the viewing angle of the camera 로봇의 이동중, 카메라의 영상에서 물체의 경계선을 검색하는 제1 단계와;A first step of searching for a boundary of an object in an image of a camera while the robot is in motion; 상기 물체의 경계선의 위치와 영상의 수직방향의 길이의 비 및 임계값을 검출하여 비교하는 제2 단계와;Detecting and comparing a ratio and a threshold value of the position of the boundary line of the object with the length in the vertical direction of the image; 상기 제2 단계의 비교결과, 경계선의 위치와 수직방향의 길이의 비가 임계치보다 작으면, 로봇의 머리를 소정 각도 만큼 숙여, 적외선 센서에서 바닥으로 수직으로 그은 선이 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리를 검출하는 제3 단계와;As a result of the comparison in the second step, if the ratio of the position of the boundary line and the length in the vertical direction is smaller than the threshold value, the robot's head is bowed down by a predetermined angle, and the distance from the point where the line perpendicular to the floor meets the infrared sensor meets the table edge. Detecting a third step; 상기 제3 단계에서 검출한 거리값이 일정한 값 이상이면 벼랑으로 인식하고, 일정한 값 이하이면 물체 사이의 경계선으로 인식하는 제4 단계로 수행함을 특징으로 하는 추락 방지용 보행로봇의 제어방법.And if the distance value detected in the third step is greater than or equal to a predetermined value, recognizes it as a cliff, and if it is less than or equal to a predetermined value, performs the fourth step of recognizing it as a boundary line between objects. 제6 항에 있어서, 임계값은, 하기의 수학식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 추락 방지용 보행로봇의 제어방법.The control method of the fall prevention walk robot according to claim 6, wherein the threshold value is calculated by the following equation. [수학식][Equation] 여기서, α:카메라의 시야각Where α is the viewing angle of the camera 제6 항에 있어서, 로봇이 머리를 숙이는 소정각도는, 하기의 수학식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 추락 방지용 보행로봇의 제어방법.The control method of claim 6, wherein the predetermined angle at which the robot bows is calculated by the following equation. [수학식][Equation] 여기서, h: 적외선 센서의 높이Where h is the height of the infrared sensor d:적외선 센서를 바닥에 수직으로 그은 선이 바닥과 만나는 점으로부터 테이블 가장자리까지의 거리d: Distance from the point where the line drawn perpendicular to the floor sensor meets the floor and the edge of the table