KR20020038296A - 모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법 - Google Patents

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Abstract

스스로 주행하는 모빌로봇의 장애물 감지장치와 감지방법에 대한 발명이 개시된다. 모빌로봇의 장애물 감지장치는, 진행방향의 전방에 존재하는 장애물에 대하여 선형빔을 발광하는 라인레이저; 장애물에서 반사되는 선형빔을 인식하는 비젼카메라; 비젼카메라가 캡쳐한 이미지데이타를 처리하는 비젼보드;를 포함한다. 여기서, 비젼카메라는, 상기 라인레이저의 선형빔만을 인식할 수 있는 필터를 포함하고 있다. 이에 의하면 장애물에 대하여 보다 정확한 정보를 얻을 수 있으므로 모빌로봇이 장애물의 통과가능 여부 및 회피 여부에 대해 정확한 판단을 할 수 있다.

Description

모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법{Apparatus for detecting obstacle in mobile robot and method for detecting the same}
본 발명은 모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선형빔을 발광하는 라인레이저와 비젼카메라에 의해 장애물을 감지하며 주행하는 모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법에 관한 것이다.
일반적인 종래의 모빌로봇은, 이동을 구현하는 주행부와, 벽 등의 장애물을 감지하는 장애물 감지장치, 상기 주행부와 장애물 감지장치를 제어하여 모빌로봇의 이동경로를 제어하는 제어부 및 전원을 저장하며 상기 각 부에 전원을 공급하는 전원부로 구성된다. 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 모빌로봇은 전원부의 전원에 의해 주행부를 구동시켜 스스로 진행을 하며, 장애물 감지장치에 의해 진행방향에 존재하는 장애물을 인식하여 스스로 장애물을 회피하여 이동할 수 있다.
종래의 모빌로봇은 통상적으로 초음파 센서를 사용하여 진행방향에 있는 장애물까지의 거리를 판단하여 장애물을 회피하면서 이동을 하였다. 이 초음파 센서는 초음파를 방사하는 초음파 발신부와 장애물에 반사하여 되돌아 오는 반사 초음파를 수신하는 초음파 수신부로 이루어져 있다. 모빌로봇의 제어부에서는 방사된 초음파 신호와 수신된 초음파 반사신호 사이의 시간을 측정하여 이에 의해 장애물까지의 거리를 계산하여 주행부의 모타를 제어함으로써, 모빌로봇이 장애물을 회피하면서 주행할 수 있는 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 장애물 감지장치 및 감지방법으로는 주행방향에 있는 장애물의 거리는 탐지할 수 있으나, 장애물의 형상과 같은 장애물에 대한 정확한 정보를 제공할 수 없기 때문에 장애물을 통과할 수 있는지의 여부 및 장애물 회피에 대한 정확한 판단을 내릴 수가 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 모빌로봇이 주행방향에 존재하는 장애물의 통과가능 여부의 판단 및 장애물 회피에 관한 정확한 결정을 내릴 수 있도록 라인레이저와 비젼카메라를 이용하여 장애물의 형상에 대한 정보를 제공할 수 있는 모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 모빌로봇의 장애물 감지장치를 탑재한 모빌로봇의 개략적 사시도,
도 2는 도 1에 나타낸 모빌로봇의 기능블록도,
도 3은 본 발명에 의한 모빌로봇의 장애물 감지장치를 이용하여 장애물을 감지하는 방법을 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명에 의한 모빌로봇의 장애물 감지방법에서 장애물의 거리를 계산하는 식을 설명하는 도면,
도 5는 라인이미지를 이용하여 3차원 이미지를 만드는 과정을 간략하게 나타내는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1; 모빌로봇10; 장애물 감지장치
11; 비젼카메라12; 비젼보드
13; 라인레이저20; 제어부
30; 주행부31; 모터 드라이브
32; 모터33; 바퀴
50; 전원부60; RF 리모콘 송수신부
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모빌로봇의 장애물 감지장치는, 진행방향의 전방에 존재하는 장애물에 대하여 선형빔을 발광하는 라인레이저; 상기 장애물에서 반사되는 상기 선형빔을 인식하는 비젼카메라; 상기 비젼카메라가 캡쳐한 이미지데이타를 처리하는 비젼보드;를 포함한다. 여기서, 비젼카메라는, 상기 라인레이저의 선형빔만을 인식할 수 있는 필터를 포함하고 있다.
또한, 상기 라인레이저에서 발광되는 선형빔과 일정한 각을 이루도록 설치된 복수개의 라인레이저가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모빌로봇의 장애물 감지방법은, 선형빔을 발광하는 라인레이저와, 상기 선형빔을 인식하는 비젼카메라 및 상기 비젼카메라가 인식한 이미지를 처리하는 비젼보드로 이루어진 모빌로봇의 장애물 감지장치에 의해 장애물을 감지하는 감지방법에 있어서, 상기 라인레이저가 상기 장애물에 대하여 선형빔을 발광하는 단계; 상기 비젼카메라가 상기 장애물에서 반사하는 상기 선형빔을 인식하는 단계; 상기 비젼보드가 상기 비젼카메라가 인식한 이미지를 처리하는 단계; 및 상기 비젼보드에서 처리된 이미지로부터 상기 장애물까지의 거리를 계산하는 단계;를 포함하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성을 갖는 모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 모빌로봇의 장애물 감지장치가 장착된 모빌로봇의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 모빌로봇의 기능블록도이다.
도면을 참조하면, 모빌로봇(1)은 모빌로봇(1)의 이동을 구현하는 주행부(30)와, 벽 등의 장애물을 감지하는 장애물 감지장치(10), 상기 주행부(30)와 장애물 감지장치(10)를 제어하여 모빌로봇(1)의 이동경로를 제어하는 제어부(20), 전원을 저장하며 상기 각 부에 전원을 공급하는 전원부(50) 및 명령을 송수신하기 위한 RF리모콘송신부(60)로 구성된다. 또한, 주행부(30)는 2개의 바퀴(33)와 각각의 바퀴를 회전시키는 모터(32)와 모터드라이브(31)로 구성되어 있다.
제어부(20)에는 2개의 모터드라이브(31)와, 축전기로 된 전원부(50) 및 원격통신으로 모빌로봇의 기동/정지를 제어하는 R/F 리모콘송신부(60)가 접속되어 있어 제어부(20)가 모빌로봇(1)을 전체적으로 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 이 제어부(20)에는 장애물 감지장치(10)가 접속되어 있어 장애물에 대한 판단을 수행할 수 있다.
장애물 감지장치(10)는 선형빔을 발광하는 라인레이저(13)와 반사되는 선형빔을 인식하는 비젼카메라(CCD Camera,11) 및 비젼카메라(11)가 인식한 이미지를 처리하여 제어부(20)로 송신하는 비젼보드(12)로 이루어 진다. 또한, 제어부(20)에는 비젼보드(12)에서 수신한 이미지데이타로부터 장애물까지의 거리를 산출할 수 있도록 하는 프로그램이 로드되어 있다.
라인레이저(13)는 일명 선발광기라고 하는 것으로서, 발광된 빔의 궤적은 라인레이저(13)의 광축에 수직인 평면상에 직선을 그린다. 이 라인레이저(13)는 모빌로봇(1)의 전면에 설치되어 진행방향의 전방에 존재하는 장애물을 검출하게 된다.
비젼카메라(11)는 라인레이저(13)의 상측에 장애물에서 반사되어 오는 라인레이저(13)의 선형빔을 인식할 수 있도록 설치된다. 비젼카메라(11)에는 라인레이저(13)의 반사빔만을 인식할 수 있도록 필터(filter)가 부착되어 있다. 이 필터는 라인레이저(13)의 선형빔에 해당하는 특정 파장만을 통과시키므로써, 비젼카메라 (11)가 라인레이저(13)의 선형빔만을 인식할 수 있도록 해준다.
비젼보드(12)는 비젼카메라(11)의 일측에 제어부(20) 및 비젼카메라(11)와 선의 접속이 용이하도록 설치된다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 장애물 감지장치(10)에 의해 장애물을 감지하는 방법을 설명한다.
모빌로봇(1)이 장애물을 감지하는 방법은, 주행방향에 존재하는 장애물에 대하여 라인레이저(13)가 선형빔을 발광하는 단계(S10)와, 상기 장애물에서 반사되는선형빔을 비젼카메라(11)로 인식하는 단계(S20)와, 비젼보드(12)가 상기 비젼카메라(11)가 인식한 이미지를 소프트웨어 연산이 용이하도록 처리한 이미지데이타를 만드는 단계(S30) 및 상기 이미지데이타를 이용하여 장애물까지의 거리를 계산하는 단계(S40)로 이루어 진다.
발광단계(S10)에서 라인레이저(13)로부터 발광된 선형빔이 장애물에 조사(照射)되면 선형빔이 장애물의 형상에 따라 변형된다. 인식단계(S20)에서 비젼카메라 (11)는 필터를 통하여 변형된 선형빔의 반사빔을 인식하여 이미지를 맺게 된다. 이미지데이타 처리단계(S30)에서는 상기 인식단계(S20)에서 인식된 이미지를 단순화하기 위하여, 비젼보드(12)가 상기 이미지를 이진화처리(Thresholding)하고 다시 씬닝(Thinning)과정을 수행시켜 이미지데이타의 크기를 가능한한 작게 만든다. 거리계산단계(S40)에서는 이미지데이타 처리단계(S30)에서 얻어진 이미지데이타를 이용하여 장애물까지의 거리를 산출한다. 모빌로봇(1)은 주행방향에 있는 장애물에 대한 정보를 충분히 알 수 있을 때까지 상기와 같은 장애물 감지방법을 반복적으로 수행한다.
여기서 장애물과 모빌로봇(1)사이의 거리는 몇가지의 값만 알면 삼각법에 의해 용이하게 계산할 수 있다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 라인레이저(13)와 모빌로봇(1)과의 각인와, 비젼카메라(11)와 라인레이저(13)간의 거리인와 비젼카메라(11)의 렌즈(11a)와 장애물의 상이 맺히는 상면(11b)간의 거리인와 상면(11b)에서 렌즈중심축에서 상까지의 거리인을 알면 다음 식에 의해 장애물과모빌로봇(1)간의 거리인 Z를 구할 수 있다.
도 4를 참조하면,
의 식이 성립한다.
여기에를 대입하고 정리하면,
를 얻을 수 있다.
따라서, 이 식에서 라인레이저(13)와 모빌로봇(1)과의 각인와 비젼카메라(11)의 렌즈(11a)와 장애물의 상이 맺히는 상면(11b)간의 거리인의 값은 상수로 할 수 있으므로, 이미지데이타로부터 상면에서 렌즈중심축에서 상까지의 거리인의 값만 구하면 장애물과 모빌로봇(1) 사이의 거리(Z)를 계산할 수 있다.
이와 같은 계산을 이미지데이타의 전체에 대하여 수행하면, 선형빔이 조사된 부분의 장애물의 형상을 판단할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예로 복수의 라인레이저를 이용하여 3차원의 이미지를 형성할 수도 있다. 즉, 장애물에 입사되는 라인레이저의 선형빔의 입사각이 일정각, 즉 비젼카메라가 인식할 수 있는 범위내에 있도록 하여 라인레이저를 복수개 설치한다. 그 뒤 복수개의 라인레이저를 조사하고 비젼카메라로 여러개의 라인레이저의 반사빔을 한번에 인식한 뒤 이미지처리를 하면 3차원 이미지를 얻을 수 있다.도 5는 복수개의 라인이미지를 이용하여 3차원 이미지를 만드는 과정을 도시한 것이다. 이에 의하면 실제 장애물의 형상에 더 근접한 데이타를 얻을 수 있으므로 모빌로봇이 장애물에 대하여 좀 더 상세한 정보를 얻을 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 모빌로봇의 장애물 감지장치 및 감지방법에 의하면, 모빌로봇이 주행방향에 존재하는 장애물의 통과가능 여부의 판단 및 장애물 회피에 관한 정확한 결정을 내릴 수 있도록 라인레이저와 비젼카메라를 이용하여 장애물의 형상에 대한 정보를 제공할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 진행방향의 전방에 존재하는 장애물을 감지하는 모빌로봇의 장애물 감지장치에 있어서,
    상기 장애물에 대하여 선형빔을 발광하는 라인레이저;
    상기 장애물에서 반사되는 상기 선형빔을 인식하는 비젼카메라;
    상기 비젼카메라가 캡쳐한 이미지데이타를 처리하는 비젼보드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모빌로봇의 장애물 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비젼카메라는,
    상기 라인레이저의 선형빔만을 인식할 수 있는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모빌로봇의 장애물 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 라인레이저에서 발광되는 선형빔과 일정한 각을 이루도록 설치된 복수개의 라인레이저가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 모빌로봇의 장애물 감지장치.
  4. 선형빔을 발광하는 라인레이저와, 상기 선형빔을 인식하는 비젼카메라 및 상기 비젼카메라가 인식한 이미지를 처리하는 비젼보드로 이루어진 모빌로봇의 장애물 감지장치에 의해 장애물을 감지하는 모빌로봇의 장애물 감지방법에 있어서,
    상기 라인레이저가 상기 장애물에 대하여 선형빔을 발광하는 단계;
    상기 비젼카메라가 상기 장애물에서 반사되는 상기 선형빔을 인식하는 단계;
    상기 비젼보드가 상기 비젼카메라가 인식한 이미지를 처리하는 단계;
    상기 비젼보드에서 처리된 이미지로부터 상기 장애물까지의 거리를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모빌로봇의 장애물 감지방법.
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