KR101009721B1

KR101009721B1 - 모바일 영상 로봇 단말기

Info

Publication number: KR101009721B1
Application number: KR1020080068918A
Authority: KR
Inventors: 유달산
Original assignee: 주식회사 쏠리테크
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2011-01-19
Also published as: KR20100008439A

Abstract

본 발명에서 사용자의 위치를 추종하고, 이기종 단말기와의 통신이 AV 통신이 원활히 이루어질 수 있는 모바일 영상 로봇 단말기를 개시한다.

본 발명에 따른 로봇폰은, 사용자 추종 기능을 갖는 메카니즘 제어를 수행하는 로봇 구동부와, 상기 로봇 구동부와 근거리 통신 상태를 유지하며, 로봇 구동을 주변 환경에 따라 제어하고, 주변 영상을 촬상하여 전송하거나 통화 음성 신호를 송수신 제어하는 시스템 제어부와, 상기 시스템 제어부로부터 제공되는 영상 및 음성 신호를 외부의 이종 단말기로 전송 또는 송수신하는 통신모뎀으로 구성된다.

따라서, 본 발명은 로봇폰과 통화자와의 거리를 기준치 이내로 유지토록 함으로써, 음성 통화 또는 화상통화의 자연스런 분위기 조성과 더불어 사용의 편의성을 증대시키는 효과가 있다. 또한, 로봇폰으로 탑재되는 이동통신 단말기의 교체 가능한 구조를 구현함으로써, 이기종 단말기와의 통신이 AV 통신이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

로봇폰, 통신, 영상, 음향, AV, 단말기, 착탈, 모뎀, LMS, AEC

Description

모바일 영상 로봇 단말기{MOBILE IMAGE ROBOT PHONE}

본 발명은 화상 통신 로봇폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통화 대상자의 이동통신 단말기 종류에 관계없이 로봇폰과 통화 접속이 가능하고, 통화 접속 시의 음질을 개선함과 더불어, 통화 모드 시 사용자와 로봇폰이 일정 거리를 유지할 수 있도록 메카니즘을 제공할 수 있는 모바일 영상 로봇 단말기에 관한 것이다.

근래에는, 원격의 사용자가 인터넷에 접속하여 거주구 내 사람이나 애완동물 및 가구 가전제품 등을 살피고 대화하고, 또한 제어하기 위한 원격 사용자가 인터넷을 통해 접속하여 상기 대상물을 살피고 제어할 수 있도록 각종 정보를 제공하는 서비스 및 제어신호에 따라 거주 구내 다수개의 가구ㆍ가전제품 등이나 보안장치를 제어하기 위한 서비스 로봇이 출시되고 있다.

이를 첨부된 예시 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 1은 종래 서비스 로봇의 화상통신서비스 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 2는 거주구 내 로봇의 블록구성도이다. 도시된 바와 같이, 외부 원격지에 있는 사용자가 원격 사용자 단말기(00)인 PC/노트북(10), PDA(20), 휴대폰(30) 등으로 서비스센터의 서비스 서버(200)을 통해 인증를 받아 거주 구내의 무선 LAN중계기(140)를 거쳐 이동하 는 서비스 로봇(100)을 통해 거주구 내의 노약자(150)나 애완동물(160)을 살피거나, 가구ㆍ가전제품(170), 가스발브(180) 등의 상태를 점검하고 각각의 위치에 있는 전열기구의 개폐를 지시한다.

그리고, 거주구 내에서의 사용자는 로봇(100)의 주연산 및 제어모듈(130)에 내장된 USB포트 확장장치인 USB1/HUB(121)에 연결되어 있는 터치스크린(104)으로 영상 디스플레이(105)에 주메뉴로 준비된 로봇 UI메뉴를 터치해, 서비스센터에 있는 서비스 서버(200)를 통해 제품고객센터(310)와 동화상으로 A/S 등의 서비스를 받거나 예약할 수 있으며, 기업 전시관(320)을 터치해 신제품을 보면서 화상통신으로 설명을 듣는다. 또한 각 종류의 서비스 사업자(330)가 제공하는 컨텐츠를 이용하여 실시간 방송이나, 외국의 원어민 영어강좌도 1:1로 받는다.

거주구 내의 서비스 로봇(100)은 크게 전원공급 및 전압 레귤레이션 모듈(106), 센싱획득 모듈(107), 주연산 및 제어모듈(120), 구동제어 모듈(130)로 나누어지고, 전원공급 및 전압 레귤레이션 모듈(106)은 주전원 스위치(101), 로봇 에너지 저장ㆍ소스장치(102), 에너지 공급장치인 서플라이 아댑터(103)가 붙어 있어 주연산 및 제어모듈(120)에 12V 4A(123) 및 5V 10A(124)의 전원을 공급하고 또한 영상디스플레이인 TFT LCD(105)도 12V 4A의 전원을 공급하며, 로봇 에너지 저장ㆍ소스장치(102)로부터 저장된 전원을 구동부에 12V 9A(132)의 전원을 공급한다.

센싱획득 모듈(107)에는 장애물감지 센서(108), 온도감지 센서(109), 인체감지 센서 PIR(110), 수평을 유지케 하는 자이로센서(111) 그리고 기울임 방지센서가 장착되며, 주연산 및 제어모듈(120)에는 각각 USB로 연결되는 RF통신을 통한 무선 로봇 모션 제어장치인 조이스틱(125), 무선 LAN 통신장치(126), 영상 및 이미지 입력장치인 카메라(127)를 연결하는 제1의 USB포트 확장장치인 USB1/HUB(121)가 있으며, 또한 제2의 USB포트 확장장치인 USB2/HUB (122)에 RS232 시리얼 통신장치인 COM1(115), COM2(116) 두 개가 있어 각각 센싱획득 모듈(107)과 구동제어 모듈(130)에 RS232 통신을 하며, USB를 시리얼로 전환하는 장치인 USB2SERIAL(131)이 카메라 위치제어를 위한 모션제어장치인 PAN/ TILT(128)을 연결한다.

여기서, 구동제어장치인 구동제어 모듈(130)은 두 개의 모터 구동 드라이버(133, 134)를 제어한다. 그리고, 서비스 서버(200)는 인터넷상에서 자신의 고유IP를 갖도록 구성되며, 서비스 서버(200)는 서비스센터를 두어 별도로 자체 설치하여 관리할 수도 있지만, ISP업체에 의뢰하고 거주구 내 로봇(100)과 메시지 교환을 통하여 로봇내 주연산 및 제어모듈(120)을 작동시킨다.

로봇(100)의 주연산 및 제어모듈(120)과 동영상ㆍ음성 메시지를 교환하기 위해서는 자바언어가 시스템보안상 하드웨어에 직접적으로 접근하는 것을 금지하고 있기 때문에 이를 구현하기 위해 자바언어로 작성된 동적 라이브러리를 호출하는 방법으로 된다.

전술된 바와 같이, 종래 서비스 로봇 또는 이를 포함하는 로봇은 무선 통신 인프라를 이용한 통신 시스템을 구축하고 있다. 그리고, 이러한 통신 시스템을 이용하여 원격 위치의 영상을 촬상하거나, 현재 로봇에서 촬상된 영상을 원격으로 전송하기도 한다. 그러나, 전술된 통신 시스템은 기 설정된 통신 방식을 토대로 영상 송수신이 이루어지기 때문에, 로봇을 활용한 영상 통신은 특정 단말기에 한정될 수 밖에 없는 실정이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 음성 통화 또는 화상 통화 시 사용자의 근접된 위치를 유지하도록 유동적인 메카니즘을 보유함으로써, 자연스런 통화 환경을 유도하고 사용의 편의성을 증대시킬 수 있는 모바일 영상 로봇 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 화상 통신 로봇과 네트워크 접속되는 이동통신 단말기 종류를 확장함으로써, 화상 통신 로봇의 통신 시스템 기능을 증대시킬 수 있는 모바일 영상 로봇 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 로봇의 구조적 특성상 부득이하게 발생될 수 있는 음성 통화상의 하울링 현상을 제거토록 함으로써, 통화 시스템의 효율성을 증대시킬 수 있는 모바일 영상 로봇 단말기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 모바일 영상 로봇 단말기는, 로봇 구동을 위한 메카니즘 제어를 수행하는 로봇 구동부와, 상기 로봇 구동부와 근거리 통신 상태를 유지하며, 로봇 구동을 주변 환경에 따라 제어하고, 주변 영상을 촬상하여 전송하거나 통화 음성 신호를 송수신 제어하는 시스템 제어부와, 상기 시스템 제어부로부터 제공되는 영상 및 음성 신호를 토대로 음성통화 또는 영상통화를 수행하는 통신모뎀을 포함하는 화상통신 로봇에 있어서, 상기 로봇 구동부는 로봇 구동을 위한 모터와, 시스템 전원을 공급하기 위한 배터리와, 주변 방해물을 탐지하기 위한 다수의 센서를 구비한 센서 구동부와, 상기 배터리의 잔량 검출, 모터의 구동제어를 포함하고, 상기 센서 구동부로부터 검출된 신호에 근거하여 주변 방해물을 탐지하며 이에 대응하는 모션 제어 및 사용자 위치 판별에 기초한 사용자 추종제어를 수행하는 로봇 컨트롤러로 구성되고; 상기 시스템 제어부는 상기 통신모뎀의 통화 호 접속에 따른 음성신호를 입출력하는 스피커 및 마이크로폰과, 로봇의 주변 영상을 촬상하기 위한 카메라 모듈과, 로봇의 표정을 디스플레이하기 위한 디스플레이 모듈과, 사용자의 음성통화를 수행하는 통화제어, 카메라로부터 촬상된 영상을 전송하는 영상제어, 상기 마이크로폰으로부터 입력되는 주변 음향 신호에 기초하여 사용자의 위치를 판별하고 이로부터 로봇의 방향성 및 움직임 결정하기 위한 사용자 추종제어 신호를 생성하는 시스템 컨트롤러로 구성되며; 상기 통신모뎀은 CDMA-2000, WCDMA, GSM, WiMAX, LTE 중 어느 하나의 통신모듈을 보유하는 모바일 모뎀과, 상기 모바일 모뎀에서 보유하는 통신모듈의 운영 알고리즘을 제공하는 모뎀 컨트롤러;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 화상 통신 로봇과 통화자와의 거리를 기준치 이내로 유지토록 함으로써, 음성 통화 또는 화상통화의 자연스런 분위기 조성과 더불어 사용의 편의성을 증대시키는 효과가 있다. 또한, 로봇으로 탑재되는 이동통신 단말기의 교체 가능한 구조를 구현함으로써, 이기종 단말기와의 통신이 AV 통신이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 또한, 사용자의 음성 통화시 로봇의 구조에 관계없이 통화음 전달이 용이하도록 함에 따라, 화상 통신 로봇의 완성도를 높이고, 로봇 시장의 활성화를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 화상통신 로봇폰을 나타낸 사시도이다. 여기서, 로봇폰(ROBOT PHONE)은 로봇의 기능과 휴대 단말기의 기능을 결합한 것으로, 한미공동기술과제에 등록된 제품 명칭으로 사용되는 용어이며, 본 발명에서 이를 적용한다. 먼저, 화상통신 로봇폰(300)의 전면(a)과 배면(b)을 나타내며, 전면으로 감정표시 램프(301) 및 스피커(305)를 구비하고, 양측면으로 마이크로 폰(303)을 보유한다. 또한, 화상통신 로봇폰(300)의 배면으로 이동통신 단말기(307)가 착탈 가능하도록 체결되며, 상기 단말기(307)는 통신 안테나(311) 및 디스플레이 패널(309)을 포함하며, 전면 일측으로 긴급 상황을 외부로 통지하기 위한 긴급 스위치(315)를 갖는다. 또한, 상기 화상통신 로봇폰(300)은 저면으로 구동바퀴(313)가 장착된다.

상기 감정표시 램프(301)의 중앙은 적외선 센서, 디지털 카메라 등이 장착되어, 디지털 카메라를 통해 로봇폰으로부터 촬상된 영상을 송신하며, 마이크로폰 및 적외선 센서를 이용하여 사용자의 위치를 검출한다.

상기 감정표시 램프(301)는 시스템의 동작 상태에 대응하도록 눈(원형)의 형 상을 변형시키기 위한 램프로써 내부로 다수의 LED를 구비한다. 상기 마이크로 폰(303), 스피커(301)는 근접된 사용자가 음성 통신을 수행하기 위한 수단이다. 상기 단말기(307)의 디스플레이 패널(309)은 영상 통화를 위한 패널이며, 텃치 패널로 구성되어 AV 통신 시 사용의 편의성을 제공한다.

이와 같이 구성된 화상통신 로봇폰(300)의 기본 동작으로, 원격의 휴대폰과 지능형 화상통신 로봇폰의 영상통화 기능으로 단말기를 들지 않고 통화를 할 수 있도록 하며, 화상통화 로봇폰이 통화 당사자를 따라다니는 인공지능 단말기 기능을 갖는다. 이는 음성 또는 화상 통화 시 사용자의 음성 위치를 검출하고, 검출 위치를 토대로 로봇폰의 움직임을 결정토록 하는 것이다. 물론, 필요에 따라 사용자 음성 위치와 더불어 사용자의 인체 감지 즉, 적외선 센서를 이용하여 보다 정확한 사용자 위치를 추종할 수 있을 것이다.

또한, 로봇폰의 부가 기능으로, 장애인, 독거노인, 자녀를 긴급한 상황에서 긴급버튼을 누르면 특정인에게 영상으로 전달해주는 보호 기능과, 특정 장소의 내부를 움직이면서 감시하고, 적외선 센서에 움직임이 감지되면 현지 영상을 특정인에게 전송하는 감시 기능, 원격에서 휴대폰을 이용하여 지능형 로봇폰을 움직이고 제어할 수 있는 원격 제어기능, 움직이는 물체를 따라다니면서 영상통화를 하고, 자기 위치를 찾는 로봇 기능, WLAN을 내장하여 주변 로봇(청소로봇)이나 시스템(도어 카메라, 에어컨, 보일러 등)을 제어하거나 모니터링 및 원격 제어 기능을 보유한다.

따라서, 본 발명은 이러한 화상통신 로봇폰(300)의 기본 동작과 연동하여 이 기종 단말기와의 통신 네트워크 접속이 가능하도록 상기 이동통신 단말기(307)의 착탈 구조를 제공함과 더불어, 이동통신 단말기(307)를 이용한 통화 호 접속시 마이크(303)와 스피커(305) 간의 협소한 이격 공간으로 인한 하울링 현상을 방지한다. 즉, 착탈 구조의 이동통신 단말기(307)는 단말기의 교체를 통해 통화대상 단말기 예컨대, CDMA-2000, WCDMA, GSM, WiMAX, LTE 등의 통신 프로토콜을 갖는 단말기와의 통화연결 또는 영상 송수신이 가능한 것이다.

본 발명의 실시 예에서는 이기종 단말기와의 통화 호 접속을 위해 상기 단말기(307)를 교체토록 하고 있으나, 단말기(307)의 내부로 이기종 통신 모듈을 다수 보유하고, 사용자에 의해 선별 사용하거나 단말기의 종류를 인지한 후, 자동 선별토록 할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 화상통신 로봇폰(300)의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 화상통신 로봇폰(300)은 사용자 추종 기능을 갖는 메카니즘 제어를 수행하는 로봇 구동부(401)와, 상기 로봇 구동부(401)와 근거리 통신 상태를 유지하며, 로봇 구동을 주변 환경에 따라 제어하고, 주변 영상을 촬상하여 전송하거나 통화 음성 신호를 송수신 제어하는 시스템 제어부(403)와, 상기 시스템 제어부(403)로부터 제공되는 영상 및 음성 신호를 외부의 이종 단말기로 전송 또는 송수신하는 통신모뎀(405)으로 구성된다.

상기 통신모뎀(405)은 CDMA-2000, WCDMA, GSM, WiMAX, LTE 등의 통신 프로토콜을 갖는 단말기 중 어느 하나의 단말기와 통신을 수행하기 위한 모뎀으로써, 통신대상에 따른 단말기 종류에 근거하여 상기 통신모뎀(405)의 교체가 가능하다. 따 라서, 상기 시스템 제어부(403)는 통신모뎀(405)과의 전기적 접속을 위한 커넥터를 보유하거나, 통신모뎀(405)과의 무선 접속 예컨대, 지그비, 블루투스, WIFI, UWB, 적외선 통신 등을 이용하여 데이터 통신이 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기 로봇 구동부(401)는 로봇 구동을 위한 모터(419)와, 시스템 전원을 공급하기 위한 배터리(417)와, 주변 방해물을 탐지하기 위한 다수의 센서(415)를 구비한 센서 구동부(413)와, 상기 배터리(417)의 잔량 검출, 모터(419)의 구동제어를 포함하고, 상기 센서 구동부(413)로부터 검출된 신호에 근거하여 주변 방해물을 탐지하며 이에 대응하는 모션 제어 및 사용자 위치 판별에 기초한 사용자 추종제어를 수행하는 로봇 컨트롤러(410)로 구성된다.

상기 시스템 제어부(403)는 상기 통신모뎀(405)의 통화 호 접속에 따른 음성신호를 입출력하는 스피커(305) 및 마이크로폰(303)과, 로봇폰의 주변 영상을 촬상하기 위한 카메라 모듈(421)과, 로봇폰의 표정을 디스플레이하기 위한 디스플레이 모듈(425)과, 사용자의 음성통화를 수행하는 통화제어, 카메라로부터 촬상된 영상을 전송하는 영상제어, 상기 마이크로폰(303)으로부터 입력되는 주변 음향 신호에 기초하여 사용자의 위치를 판별하고 이로부터 로봇폰의 방향성 및 움직임 결정하기 위한 사용자 추종제어 신호를 생성하는 시스템 컨트롤러(427)로 구성된다.

상기 통신모뎀(405)은 CDMA-2000, WCDMA, GSM, WiMAX, LTE 중 어느 하나의 통신모듈을 보유하는 모바일 모뎀(430)과, 상기 모바일 모뎀(430)에서 보유하는 통신모듈의 운영 알고리즘을 제공하는 모뎀 컨트롤러(431)로 구성된다. 여기서, 상기 모뎀 컨트롤러(431)는 심카드(SIM CARD :433)를 구비하며, 심카드(433)의 인증결과 에 따라 모바일 모뎀(430)의 사용 승인을 결정한다. 상기 심카드는 사용자 인증을 목적으로 구비되는 것으로, USIM(Universal Subscriber Identity Module)로 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 시스템 제어부(403)는 상기 통신모뎀(405)에 대응하여 통신 프로토콜을 설정하고, 해당 통신모뎀(405)과의 AV 통신을 수행하며, 상기 로봇 컨트롤러(410)와의 근거리 유선 통신을 수행하는 통신제어 기능을 포함한다. 또한, 상기 시스템 제어부(403)는 외부 단말기와의 통신을 수행하기 위한 USB 인터페이스(423)를 보유하며, 상기 디스플레이 모듈(425)은 LED 또는 LCD로 구성된다.

그리고, 상기 시스템 컨트롤러(427)는 음성 신호의 간섭제거기술(Interference Cancellation System)을 보유하는데, 상기 스피커(305)로부터 출력되는 음성 신호가 다시 마이크로폰(303)으로 입력되어 화상통신 로봇폰이 통화음과 로봇폰의 잡음을 혼돈하는 것을 방지하기 위한 기능이다. 이는 화상통신 로봇폰이 마이크로폰(303)을 이용하여 사용자의 음량 크기를 측정하고, 이로부터 사용자의 위치를 파악한 후, 로봇폰의 회전방향 및 진행방향을 결정하기 때문에, 쌍방 통화 스피커(305)의 출력 음향과 사용자의 음성 판단 오류를 사전에 방지하는 것이다.

이하, 본 발명의 동작을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 화상통신 로봇폰(300)은 배면으로 장착되는 단말기(307)의 종류에 따 라 통신 모뎀 변경이 가능하다. 이는 도 5에 도시된 바와 같이, 단말기(307)가 착탈 가능하도록 구성됨에 따라, 상기 통신모뎀(405)을 변경할 수 있게 된다. 사용자는 단말기(307)의 변경을 통해 Wibro, WiMAX, WCDMA, LTE 등의 통신 모뎀을 선택적으로 장착함으로써, 음성 또는 영상 통화의 폭을 넓힐 수 있다.

예컨대, 음성통화를 하기 위해서는 상기 통신모뎀(405)을 CDMA 모뎀으로 변경할 수 있고, 화상통화를 하기 위해서는 WCDMA 모뎀으로 변경하거나, 무선 인터넷 영상을 송수신하기 위해서는 WiBro, WiMAX 모뎀으로 교체할 수 있을 것이다. 이와 같이, 통신모뎀(405)의 교체는 시스템 제어부(403)의 시스템 컨트롤러(427)에서 인지한다. 상기 시스템 컨트롤러(427)는 로봇 구동부(401)에서 제공되는 전원을 통신모뎀(405)으로 제공함과 더불어, 통신모뎀(405)의 종류를 판단한다.

통신모뎀 종류는 전술된 바와 같이, 음성통화, 영상통화, 무선 인터넷 등의 기능을 수행하기 위한 모뎀 중 어느 하나이며, 시스템 컨트롤러(427)는 해당 모뎀에 따라 카메라 모듈, LCD 모듈, 음성 출력 모듈 등을 인에이블 제어한다. 즉, 현재 접속되는 통신모뎀(405)이 Wibro 모뎀일 경우, 상기 시스템 제어부(403)의 시스템 컨트롤러(427)는 카메라 모듈(421)을 동작시켜, 무선 인터넷 또는 영상 송수신을 수행토록 할 것이다. 물론, 현재 접속되는 통신모뎀(405)이 CDMA 모뎀일 경우, 상기 시스템 컨트롤러(427)는 스피커(305) 및 마이크로폰(303)을 인에이블시켜 음성 통화가 가능하도록 한다.

여기서, 사용자의 통화 음성은 사용자로부터 이격된 로봇폰의 마이크로폰(303)으로 입력되는데, 로봇폰은 마이크로폰(303)의 입력 신호 레벨을 추종하여 사용자의 위치를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 사용자와의 근접 거리를 유지한다. 물론, 로봇폰의 방향 또한 사용자와 대향 되도록 한다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 시스템 컨트롤러(427)는 S801 단계에서 좌측 및 우측의 각 마이크로폰(303)으로부터 입력되는 음향 신호(사용자 음성 신호)를 지속적으로 AD 컨버팅한 후, 디지털 신호의 레벨을 측정한다.

그리고, S803 단계에서 현재 측정된 각 마이크로폰(303)의 입력 신호의 크기를 산출하며, 산출 결과 우측 마이크로폰으로부터 입력되는 신호 레벨이 좌측 마이크로폰으로부터 입력되는 신호 레벨 보다 클 경우, S805 단계 및 S807 단계를 거쳐 현재의 음향 레벨 값을 저장한 후, 상기 로봇폰을 우측으로 회전시킨다. 여기서, 회전량은 기 설정된 각도 예컨대 10도 단위로 동작되도록 설계된다. 물론, S803 단계에서 판단한 결과, 좌측 마이크로폰으로부터 입력되는 신호 레벨이 우측 마이크로폰으로부터 입력되는 신호 레벨 보다 클 경우, S817 단계 및 S819 단계를 거쳐 로봇의 회전 방향을 결정할 것이다.

이와 같이, 로봇폰이 사용자의 음향을 따라 소정 각도 회전되면, S809 단계에서 현재 수신되는 음향 레벨과 기 저장된 음향 레벨 값을 비교한다. 만약, 현재 수신된 음향 레벨이 기 저장된 음향 레벨 값 보다 작거나 같을 경우 즉, 로봇폰의 회전 량이 많은 것으로 S811 단계에서 로봇폰의 회전 동작을 정지한다. 반면, 로봇폰의 회전 동작 이후의 사용자 음향 레벨이 기 저장된 음향 레벨 값 보다 클 경우 즉, 로봇폰의 회전 량이 작은 것으로 S803 단계로 피드백하여 상기 과정을 반복한다. 이는 사용자 음향 레벨이 가장 큰 값을 추종하기 위한 것으로, 로봇폰은 음향 레벨의 최대값을 검출하고, 이를 토대로 로봇폰의 회전 방향을 결정하는 것이다. 그러나, 본 발명에서 사용자의 음향이 일정 시간 동안 입력되지 않을 경우, 상기 시스템 컨트롤러(427)는 로봇폰의 현재 위치에서 초기화를 수행한다.

전술된 바와 같이, 로봇폰의 회전 방향이 결정되면, 상기 시스템 컨트롤로(427)는 S813 단계에서 로봇폰과 사용자와의 거리가 기준치 이내를 유지하는지를 판단한다. 이는 로봇폰의 일측 전방으로 장착되는 적외선 센서, 초음파 센서, 광센서 또는 열감지 센서 등을 이용하여 사용자와의 거리를 산출하고, 산출 결과가 기 설정된 정보 예컨대, 20cm 내지 30cm 범위 내에 존재하는지를 판단한다. 만약, 로봇폰과 사용자와의 거리가 설정된 거리 이내에 존재할 경우, S801 단계로 피드백한다.

반면, 로봇폰과 사용자와의 거리가 설정된 거리 이내에 존재할 경우, 시스템 컨트롤러(427)는 로봇폰이 후진하도록 제어하며, 로봇폰과 사용자와의 거리가 설정된 거리를 벗어날 경우, 시스템 컨트롤러(427)는 로봇폰이 전진하도록 제어할 것이다. 따라서, 시스템 컨트롤로(427)는 로봇폰이 사용자와 일정한 거리를 유지하도록 제어한다.

전술된 바와 같이, 로봇폰의 추종 기능은 사용자와 로봇폰이 상호 근접하도록 하는 것으로, 사용자의 음성통화 또는 영상 통화 시 사용자가 현재의 위치에서 통화할 수 있도록 하는 것이다.

그러면, 통신 동작을 설명한다. 먼저, 상기 시스템 컨트롤러(427)가 통신모뎀(405)과의 접속 상태를 인지하면, 상기 통신모뎀(405)은 시스템 제어부(403)로부터 전원을 공급받으며, 통신 모뎀(405)의 모뎀 컨트롤러(431)는 시스템 컨트롤러(427)와의 통신 접속을 수행한다. 여기서, 통신모뎀(405)이 음성모뎀일 경우, 시스템 컨트롤러(427)로 접속되는 스피커(305) 및 마이크로폰(303)의 음성 입출력 신호는 상기 모뎀 컨트롤러(431)로 제공되며, 모뎀 컨트롤러(431)는 모바일 모뎀(430)을 통해 해당 기지국과의 통화 호를 형성한다. 여기서, 상기 모뎀 컨트롤러(431)는 상기 모바일 모뎀(430)의 통신 프로토콜에 따른 시스템 운영을 담당하는 것으로, 상기 시스템 컨트롤러(427)에서 제공되는 음성 신호를 해당 프로토콜에 따라 가공처리하여 상기 모바일 모뎀(430)으로 전송하는 것이다.

또한, 상기 모뎀 컨트롤러(431)는 상기 모바일 모뎀(430)에서 수신된 음성 신호를 해당 프로토콜에 따라 복조 처리한 후, 상기 시스템 컨트롤러(427)로 제공한다. 상기 시스템 컨트롤러(427)는 수신된 음성 신호를 상기 스피커(305)로 제공하여 화상통신 로봇폰(300)을 이용한 사용자 통화가 가능하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 화상통신 로봇폰(300)은 통신모뎀(405)으로부터 수신된 음성신호 및 상기 통신모뎀(405)으로 제공되는 음성신호에 대한 간섭신호를 제거토록 하여, 통화음의 하울링 현상을 제거한다. 이는 화상통신 로봇폰(300)의 형상에 근거할 때, 마이크로폰(303)과 스피커(305)와의 이격 거리가 협소하기 때문에, 스피커(305)에서 출력되는 음성신호가 상기 마이크로폰(303)으로 입력되는 현상을 방지하기 위한 것이다. 특히, 전술된 바와 같이 화상통신 로봇폰(300)은 사용자의 음성에 따라 회전방향 및 진행방향을 결정하기 때문에, 스피커(305)에서 출력되는 음성이 마이크로폰(303)으로 입력될 경우, 방향 설정에 어려움이 발생한다.

즉, 쌍방 통화에서 통화음을 제외한 로봇폰이 발생하는 간섭신호를 직접 찾아 제거함으로써, 안정적인 통신서비스를 제공하는 기능으로 화상통신 로봇폰(300)은 로봇폰의 양쪽에 부착된 마이크로폰(303)으로 입력된 통화음을 정확하게 수신할 수 있고, 집음을 제거한 원음만으로 음량의 크기를 결정하여 로봇폰의 회전방향과 진행방향을 결정하게 된다. 이를 위해, 상기 화상통신 로봇폰(300)의 시스템 제어부(403)는 LMS 기능을 추가하여, 원격의 통화상대자의 발음이 다시 영상로봇의 마이크로폰으로 들어가는 것을 방지하고, 사용자의 원음 그대로를 송신하는 방식으로 송신음이 수신 마이크로 재유입되는 간섭(Interference) 신호를 제거(발진방지)한다. 즉, 간섭제거기술(Interference Cancellation System)을 부여한다.

여기서, 상기 시스템 컨트롤러(427)는 전술된 간섭제거기술(ICS)를 구현하기 위한 알고리즘 및 전자회로를 포함하거나, 상기 시스템 컨트롤러(427)의 출력포트에 접속되는 별도의 LMS(Least Mean Square) 모듈이 접속되는 구조로 실시될 수 있을 것이다. 도 6은 본 발명의 실시 예로 도시한 LMS 구성도이다. 이는 도시된 바와 같이, 사용자의 통화음이 입력되면 로우패스필터(LPF)를 거쳐 고주파 노이즈를 제거한 후, 지연회로 및 복귀 버퍼(Regressor buffer)에 의해 소정 시간 입력신호에 대한 지연을 갖는다.

그리고, 도시된 가중치 회로(Weight update)와의 중첩을 거쳐 다시 사용자 통화음 입력신호와 합성한 후, 상기 로우패스필터(LPF)를 거친다. 그리고, 비교기를 통해 출력되는 음향신호를 지연회로로 피드백하여 페이딩 신호와의 신호 곱을 수행한 후, 사용자 통화음 입력신호와 중첩시키고, 상기 과정을 반복하되 페이딩 신호와 일치될 때까지 수행함으로, 입출력 신호에 대한 간섭신호를 제거한다. 본 발명에서는 LMS를 실시 예로 설정하고 있으나, 다수 종류의 간섭제거 기술(ICS)가 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명에서는 간섭제거 기술(ICS)과 더불어 에코 신호를 제거하기 위한 AEC(Acoustic Echo Canceller) 회로가 부가될 수 있다. 이는 화상통신 로봇폰(300)이 실내에서 사용되기 때문에, 실내 장벽에 의한 에코 영향을 배제하기 위한 것이다. 상기한 AEC 회로는 도 7에 도시한 바와 같이, 스피커(305)에서 출력되는 음향 신호가 장벽에 반사되어 마이크로폰(303)으로 재입력되는 현상을 방지하는 것으로, 본 발명에서 사용되는 AEC는 공지된 에코 제거기술 중 하나로서 본 발명에서 구체적인 설명은 생략한다.

이와 같이, 본 발명은 화상통신 로봇폰(300)의 단말기(307)를 교체 가능하도록 함과 동시에, 단말기(307)로부터 송수신되는 음향 신호에 대한 노이즈 제거를 수행토록 함으로써, 화상통신 로봇폰(300)의 통화 음에 대한 질적 향상을 도모한다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 모바일 영상 로봇 단말기는, 사용자의 위치를 추종하고, 이로부터 사용자의 움직임 없이 사용자 통화가 가능하여 가정용 로봇과 무선전화의 효율적인 접목을 가능할 뿐만 아니라, 가정용 로봇의 기존의 화상 통신 로봇의 단점으로 부각되는 이종 단말기의 네트워크 접속 불가 현상을 극복하 고, 음성 통화 시스템의 완성도를 높여 가정용 로봇 또는 서비스 로봇 시장의 활성화를 유도함에 따라, 로봇 산업의 이용 가능성이 충분히 높다고 할 수 있다.

도 1, 도 2는 종래 서비스 로봇폰의 주요 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 화상통신 로봇폰을 나타낸 사시도이다.

도 4는 도 3의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다.

도 5는 도 3의 단말기 착탈 기능을 설명하는 도면이다.

도 6은 본 발명으로 적용되는 LMS 기능을 설명하기 위한 등가 회로이다.

도 7은 본 발명으로 적용되는 AEC 기능을 설명하기 위한 구성도이다.

도 8은 본 발명에 따른 로봇폰의 방향 및 움직임 결정을 설명하는 플로우챠트이다.

<주요 도면에 대한 부호의 설명>

300 : 로봇폰 301 : 감정표시 램프

303 : 마이크로폰 305 : 스피커

307 : 단말기 309 : 디스플레이 패널

311 : 통신 안테나 401 : 로봇 구동부

403 : 시스템 제어부 405 : 통신모뎀

410 : 로봇 컨트롤러 413 : 센서 구동부

415 : 센서 417 : 배터리

419 : 모터 427 : 시스템 컨트롤러

421 : 카메라 모듈 423 : USB 인터페이스

425 : 디스플레이 모듈 430 : 모바일 모뎀

431 : 모뎀 컨트롤러 433 : SIM 카드

Claims

로봇 구동을 위한 메카니즘 제어를 수행하는 로봇 구동부와, 상기 로봇 구동부와 근거리 통신 상태를 유지하며, 로봇 구동을 주변 환경에 따라 제어하고, 주변 영상을 촬상하여 전송하거나 통화 음성 신호를 송수신 제어하는 시스템 제어부와, 상기 시스템 제어부로부터 제공되는 영상 및 음성 신호를 토대로 음성통화 또는 영상통화를 수행하는 통신모뎀을 포함하는 로봇폰에 있어서,

상기 로봇 구동부는, 로봇 구동을 위한 모터; 시스템 전원을 공급하기 위한 배터리; 주변 방해물을 탐지하기 위한 물체 감지센서를 구비한 센서 구동부; 및 상기 배터리의 잔량 검출, 모터의 구동제어를 포함하고, 상기 센서 구동부로부터 검출된 신호에 근거하여 주변 방해물을 탐지하며 이에 대응하는 모션 제어 및 사용자 위치 판별에 기초한 사용자 추종제어를 수행하는 로봇 컨트롤러;로 구성되고,

상기 시스템 제어부는, 상기 통신모뎀의 통화 호 접속에 따른 음성신호를 입출력하는 스피커 및 마이크로폰; 로봇폰의 주변 영상을 촬상하기 위한 카메라 모듈; 로봇폰의 표정을 디스플레이하기 위한 디스플레이 모듈; 및 사용자의 음성통화를 수행하는 통화제어, 카메라로부터 촬상된 영상을 전송하는 영상제어, 상기 마이크로폰 및 물체 감지센서로부터 입력되는 주변 음향 신호 및 사용자와의 거리 검출신호에 기초하여 사용자의 위치를 판별하고 이로부터 로봇폰의 방향 및 움직임 결정하기 위한 사용자 추종제어 신호를 생성하는 시스템 컨트롤러;로 구성되며,

상기 통신모뎀은, 음성통화 또는 영상통화가 가능한 통신모듈을 보유하는 모바일 모뎀; 및 상기 모바일 모뎀에서 보유하는 통신모듈의 운영 알고리즘을 제공하는 모뎀 컨트롤러;로 구성되되,

상기 시스템 컨트롤러에서의 사용자 추종제어 신호의 생성은,

사용자의 음향 레벨의 최대값을 검출하는 것에 의해 로봇폰의 회전 방향을 결정하고, 로봇폰의 회전 방향이 결정되면, 로봇폰에 장착된 센서를 이용하여 로봇폰과 사용자와의 거리를 산출하고, 산출된 거리가 미리 설정된 범위 이내인지를 판단하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하며,

상기 통신모뎀은 통신대상에 따른 단말기 종류에 근거하여 통신모뎀의 교체가 가능하도록 상기 로봇과의 착탈 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 통신모듈은 CDMA-2000, WCDMA, GSM, WiMAX, LTE 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 모뎀 컨트롤러는 심카드(SIM CARD) 또는 유심카드(USIM :Universal Subscriber Identity Module)를 구비하며, 심카드 또는 유심카드의 인증결과에 따라 모바일 모뎀의 사용 승인을 결정하는 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 시스템 제어부는 상기 통신모뎀과의 전기적 접속을 위한 커넥터를 보유하거나, 지그비, 블루투스, WIFI, UWB, 적외선 통신 중 어느 하나의 근거리 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 시스템 제어부는 외부 단말기와의 통신을 수행하기 위한 USB 인터페이스를 보유하며, 상기 디스플레이 모듈은 LED 또는 LCD로 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.
제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 시스템 컨트롤러는 통화음 신호에 대한 간섭제거를 위한 LMS(Least Mean Square) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.
제 7 항에 있어서,

상기 시스템 컨트롤러는 음향 입출력 단자로 에코 제거를 위한 AEC(Acoustic Echo Canceller) 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 영상 로봇 단말기.