KR20130089403A - 장애물 감지 센서 - Google Patents

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KR20130089403A KR1020120010730A KR20120010730A KR20130089403A KR 20130089403 A KR20130089403 A KR 20130089403A KR 1020120010730 A KR1020120010730 A KR 1020120010730A KR 20120010730 A KR20120010730 A KR 20120010730A KR 20130089403 A KR20130089403 A KR 20130089403A
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Abstract

장애물 감지 센서가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서는 라인 형태의 광선을 조사하는 레이저부; 조사된 상기 라인 형태의 광선을 촬영하는 카메라부; 및 상기 레이저부 및 카메라부의 동작을 제어하고, 상기 촬영된 영상에 기초하여 장애물의 존재 여부의 판단 및 상기 장애물과의 거리를 계산하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 장애물의 존재 여부를 판단하는 판단부; 상기 장애물과의 거리를 계산하는 거리 계산부; 및 상기 카메라부로부터 영상신호를 수신하여 상기 판단부로 전송하는 영상신호 송수신부를 포함하며, 상기 판단부는 상기 영상신호 송수신부로부터 수신된 상기 영상신호에 기초하여 상기 장애물의 존재 여부를 판단하여 상기 거리 계산부로 판단결과를 전송할 수 있다.

Description

장애물 감지 센서{obstacle detection sensor}
본 발명은 장애물 감지 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 카메라의 FOV(Field Of View) 상에 라인 형태의 광선의 패턴을 분석하여 장애물의 존재 여부 및 거리를 얻을 수 있는 장애물 감지 센서에 관한 것이다.
센서는 온도, 압력, 습도 등 여러 종류의 물리량을 검지, 검출하거나 판별, 계측하는 기능을 갖는 소자로서, 사람의 오감 역할을 하며, 감지한 정보를 정보 처리부에 주로 전기 신호의 형태로 전달하여 판단을 내리게 한다. 최근 산업 분야에서 광범위하게 이용되는 로봇도 주위 환경에 대한 정보를 습득하여 필요한 동작을 수행하는데 이러한 센서를 이용한다. 특히, 선박 선저의 청소를 위한 로봇은 선박 표면에 밀착되어 작업을 수행하며, 이러한 선박의 표면에는 설치된 구조물, 선박 구조상 홈이 패인 부분 등의 장애물이 다양하게 존재한다. 선박 선저의 청소를 위한 로봇이 파손없이 작업을 효과적으로 수행하려면, 로봇의 진행 방향에 있는 장애물을 신속하게 파악하고, 장애물과의 거리를 고려하여 진행 방향을 변경시키는 처리가 필요하다.
현재 수중에서 사용되는 장애물을 감지할 수 있는 센서로는 대표적으로 음파 센서가 있다. 그러나, 음파 센서는 비교적 고가이며, 로봇이 주로 활동하는 수중 환경의 선박 표면에 사용할 경우 음파의 퍼지는 특성으로 인해 정확한 측정이 힘들다는 단점이 있다. 따라서, 보다 정확하게 수중에서도 장애물의 유무 및 장애물과의 거리를 판단할 수 있는 감지 센서가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수중 청소 로봇에 이용되는 센서로서 보다 저렴한 비용으로 장애물을 감지할 수 있도록 카메라의 FOV 상에 라인 형태의 광선의 패턴을 분석하여 장애물의 존재 여부 및 거리를 얻을 수 있는 장애물 감지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 라인 형태의 광선을 조사하는 레이저부; 조사된 상기 라인 형태의 광선을 촬영하는 카메라부; 및 상기 레이저부 및 카메라부의 동작을 제어하고, 상기 촬영된 영상에 기초하여 장애물의 존재 여부의 판단 및 상기 장애물과의 거리를 계산하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 장애물의 존재 여부를 판단하는 판단부; 상기 장애물과의 거리를 계산하는 거리 계산부; 및 상기 카메라부로부터 영상신호를 수신하여 상기 판단부로 전송하는 영상신호 송수신부를 포함하며, 상기 판단부는 상기 영상신호 송수신부로부터 수신된 상기 영상신호에 기초하여 상기 장애물의 존재 여부를 판단하여 상기 거리 계산부로 판단결과를 전송하는 장애물 감지 센서가 제공된다.
상기 판단부는 상기 촬영된 영상의 FOV(Field Of View) 상에서 상기 라인 형태의 광선의 연속성, 상기 라인 형태의 광선의 위치가 상기 카메라의 FOV 상의 종축의 기준 좌표를 벗어나는지 여부 및 상기 라인 형태의 광선의 위치 변화의 속도 중 적어도 하나에 따라 상기 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다.
상기 레이저부는 라인 형태의 광선을 조사하는 레이저; 및 상기 레이저의 온(On)/오프(Off) 및 상기 레이저를 회전시키는 레이저 구동부를 포함할 수 있다.
상기 카메라부는 상기 레이저가 조사한 상기 라인 형태의 광선을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라의 온(On)/오프(Off) 및 상기 카메라를 회전시키는 카메라 구동부를 포함할 수 있다.
상기 거리 계산부는 수신된 상기 레이저 및 카메라의 회전정보 및 상기 촬영된 영상의 FOV 상에서 상기 라인 형태의 광선의 정보를 이용해 상기 장애물과의 거리를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 상기 장애물 감지 센서를 탑재한 수중 청소 로봇 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서에 의하면, 음파를 이용하면 로봇의 주위 환경에 따라 장애물의 감지가 어려운 경우가 발생할 수도 있고, 카메라의 영상 만으로 장애물의 유무를 판단하기 어려운 수중에서도 라인 형태의 광선을 조사함으로써 레이저와 카메라 만으로 장애물의 감지 및 장애물과의 거리 측정을 수행할 수 있어 보다 정확한 장애물 감지 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장애물 존재 유무 판단 및 판단결과를 호스트와 거리 계산부로 전송하는 단계 및 장애물과의 거리 계산 및 계산결과를 호스트로 전송하는 단계를 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 판단부가 카메라의 FOV 상에 장애물의 존재 여부를 판단하기 위한 장애물 발견조건을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 거리 계산부가 카메라의 FOV 상에 장애물과의 거리 계산 결과를 산출하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서(100)는 제어부(110), 레이저부(120) 및 카메라부(130)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 구동제어부(112), 영상신호 송수신부(118), 판단부(116) 및 거리 계산부(114)를 포함할 수 있다. 구동제어부(112)는 레이저부(120) 및 카메라부(130)의 동작을 제어할 수 있으며, 호스트(105)로부터 센서 제어신호를 수신할 수 있다. 구동제어부(112)는 거리계산에 필요한 레이저 및 카메라 회전정보를 거리 계산부(114)로 전송하며, 레이저부(120) 및 카메라부(130)로 각각 레이저 제어신호 및 카메라 제어신호를 전송할 수 있다. 레이저 제어신호는 레이저(124)를 구동시킬지 여부에 대한 레이저 온(On)/오프(Off) 정보 및 레이저(124)를 회전시킬 각도에 대한 레이저 회전정보를 포함할 수 있다. 또한, 카메라 제어신호는 카메라(134)를 구동시킬지 여부에 대한 카메라 온(On)/오프(Off) 정보 및 카메라(134)를 회전시킬 각도에 대한 카메라 회전정보를 포함할 수 있다.
영상신호 송수신부(118)는 카메라부(130)로부터 영상 신호를 수신하여, 호스트(105) 및 판단부(116)로 영상신호를 전달할 수 있다. 호스트(105)는 수신되는 영상신호로부터 실시간으로 카메라(134)의 FOV(Field Of View)를 모니터링(monitoring) 할 수 있으며, 별도의 제어 명령으로 장애물 감지 센서(100)가 탑재된 로봇의 움직임을 제어할 수 있다. 이러한 로봇의 움직임은 예를 들어 장애물을 회피하여 주행하는 움직임일 수 있다. 판단부(116)는 영상신호 송수신부(118)로부터 영상신호를 수신하여, 영상신호로부터 전방에 장애물이 있는지 여부를 판단하여 판단결과를 생성할 수 있다. 판단결과는 카메라(134)의 FOV 상에 장애물이 존재하는지 여부 및 FOV 상에 존재하는 장애물의 위치정보(X축 및 Y축 정보)를 포함할 수 있다. 판단부(116)는 생성된 판단결과를 호스트(105) 및 거리 계산부(114)로 각각 전송할 수 있다. 거리 계산부(114)는 구동 제어부(112)로부터 레이저(124) 및 카메라(134) 회전정보를 수신하고 판단부(116)로부터 판단결과를 수신하며, 레이저(124) 및 카메라(134) 회전정보 및 판단결과로부터 장애물과의 거리를 계산하여 거리 계산결과를 산출하여 호스트(105)로 전송할 수 있다.
레이저부(120)는 레이저 구동부(122) 및 레이저(124)를 포함할 수 있다. 레이저 구동부(122)는 구동 제어부(112)로부터 레이저 제어신호를 수신하여 레이저(124) 전원의 온/오프 및 레이저(124)의 각도를 제어할 수 있다. 즉, 레이저 구동부(122)가 레이저(124)의 전원이 오프된 상태에서 레이저(124) 전원을 온 시키는 레이저 제어신호를 수신하면 레이저(124)의 전원을 온 시킬 수 있다. 레이저(124)의 각도는 장애물 감지 센서(100)가 탑재되는 로봇의 특성 및 작동 환경에 따라 결정될 수 있으며, 레이저 구동부(122)는 하나 또는 둘의 모터를 포함할 수 있다. 레이저 구동부(122)에 포함되는 각 모터는 레이저의 종축의 회전(tilt) 또는 횡축의 회전(pan)을 수행할 수 있다. 레이저(124)는 레이저 구동부(122)의 제어에 따라 온/오프될 수 있고 종축 또는 횡축으로 회전할 수 있으며 카메라(134)의 FOV 상에 라인(line) 형태의 광선을 조사할 수 있다.
카메라부(130)는 카메라 구동부(132) 및 카메라(134)를 포함할 수 있다. 카메라 구동부(132)는 구동 제어부(112)로부터 카메라 제어신호를 수신하여 카메라(134) 전원의 온/오프 및 카메라(134)의 각도를 제어할 수 있다. 즉, 카메라 구동부(132)가 카메라(134)의 전원이 오프된 상태에서 카메라(134) 전원을 온 시키는 카메라 제어신호를 수신하면 카메라(134)의 전원을 온 시킬 수 있다. 카메라(134)의 각도는 장애물 감지 센서(100)가 탑재되는 로봇의 특성 및 작동 환경에 따라 결정될 수 있으며, 레이저(124)의 각도와 동일하게 결정될 수 있으나 필요에 따라 달리 결정될 수도 있다. 카메라 구동부(132)는 하나 또는 둘의 모터를 포함할 수 있다. 카메라 구동부(132)에 포함되는 각 모터는 카메라(134)의 종축의 회전(tilt) 또는 횡축의 회전(pan)을 수행할 수 있다. 카메라(134)는 카메라 구동부(132)의 제어에 따라 온/오프될 수 있고 종축 또는 횡축으로 회전할 수 있으며, 조사된 레이저(124)를 포함하는 카메라(134)의 FOV를 촬영하여 실시간으로 영상신호를 영상신호 송수신부(118)로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서(100)에 의하면, 음파를 이용한 센서를 이용하면 환경에 따른 음파의 특성으로 인해 정확한 장애물의 감지가 어렵고, 카메라(134)의 영상 만으로 장애물의 유무를 판단하기 어려운 수중에서도 라인 형태의 광선을 조사함으로써 레이저(124)와 카메라(134) 만으로 장애물의 감지 및 장애물과의 거리 측정을 수행할 수 있어 보다 정확한 장애물 감지 센서(100)를 제공할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서(100)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 구동 제어부(112)는 호스트(105)로부터 센서 제어신호를 수신하여 거리 계산부(114)로 레이저(124) 및 카메라(134) 회전정보를 전송하고, 레이저 구동부(122) 및 카메라 구동부(132)로 각각 레이저 제어신호 및 카메라 제어신호를 전송할 수 있다. 레이저 제어신호는 레이저(124)를 구동시킬지 여부에 대한 레이저 온(On)/오프(Off) 정보 및 레이저(124)를 회전시킬 각도에 대한 레이저 회전정보를 포함할 수 있다. 또한, 카메라 제어신호는 카메라(134)를 구동시킬지 여부에 대한 카메라(134) 온(On)/오프(Off) 정보 및 카메라(134)를 회전시킬 각도에 대한 카메라 회전정보를 포함할 수 있다. 레이저(124)가 장애물 감지 센서(100)가 탑재되는 로봇의 특성 및 작동 환경에 따라 레이저(124)의 회전이 필요한 경우 레이저 구동부(122)는 레이저 제어신호에 따라 일정 각도로 레이저(124)를 회전할 수 있다. 마찬가지로, 카메라(134)가 장애물 감지 센서(100)가 탑재되는 로봇의 특성, 작동 환경 및 레이저(124)의 회전 각도에 따라 카메라(134)의 회전이 필요한 경우 카메라 구동부(132)는 카메라 제어신호에 따라 일정 각도로 카메라(134)를 회전할 수 있다. 레이저(124) 및 카메라(134)의 회전이 충분하지 못한 경우 상기 과정을 반복하여 요구되는 위치로 레이저(124) 및 카메라(134)를 회전할 수 있다(S210, S220). 상기 S210, S220 단계는 반드시 필요한 단계는 아니며, 레이저(124) 및 카메라(134)의 회전이 필요하지 않은 경우 생략될 수 있다.
레이저(124) 및 카메라(134)가 필요한 각도로 회전을 마친 경우 카메라(134)는 레이저(124)가 조사하는 광선을 포함하는 영상을 촬영하여 영상신호 송수신부(118)로 영상신호를 전송할 수 있다. 영상신호 송수신부(118)는 수신된 영상신호를 즉시 호스트(105) 및 판단부(116)로 전송할 수 있다(S230).
판단부(116)는 수신된 영상신호를 기초로 카메라(134)의 FOV 상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단할 수 있고, 그 판단결과를 호스트(105) 및 거리 계산부(114)로 전송할 수 있다(S240). 판단부(116)가 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 거리 계산부(114)는 판단결과에 포함된 카메라(134)의 FOV 상에 존재하는 장애물의 위치정보(X축 및 Y축 정보)를 기초로 장애물과의 거리를 계산하여 그 계산결과를 호스트(105)로 전송할 수 있다(S250).
도 3은 도 2에 도시된 장애물 존재 유무 판단 및 판단결과를 호스트와 거리 계산부로 전송하는 단계(S240) 및 장애물과의 거리 계산 및 계산결과를 호스트로 전송하는 단계(S250)를 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 카메라(134)는 카메라(134)의 FOV의 영상을 영상신호 송수신부(118)로 전송하며, 영상신호 송수신부(118)는 판단부(116)로 영상신호를 전달한다. 판단부(116)는 수신된 영상신호를 분석하여 카메라(134)의 FOV 상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하여 판단결과를 생성할 수 있다. 즉, 판단부(116)는 레이저(124)에 의해 조사된 라인 형태의 광선을 분석하여 후술할 장애물 발견조건을 만족하는지에 따라 판단결과를 생성할 수 있다(S242). 판단부(116)는 생성된 판단결과를 호스트(105) 및 거리 계산부(114)로 전송할 수 있다(S244). 판단결과는 카메라(134)의 FOV(Field Of View) 상에 장애물이 존재하는지 여부 및 FOV 상에 존재하는 장애물의 위치정보(X축 및 Y축 정보)를 포함할 수 있다.
판단부(116)가 카메라(134)의 FOV 상에 장애물이 존재한다고 판단한 경우 즉, 호스트(105) 및 거리 계산부(114)가 장애물이 존재한다는 정보를 포함하는 판단결과를 수신한 경우 호스트(105)는 별도의 제어명령으로 장애물 감지 센서(100)가 탑재된 로봇의 움직임을 제어할 수 있다. 또한, 수신된 판단결과를 기초로 거리 계산부(114)는 장애물과의 거리를 계산하여 계산결과를 산출할 수 있다(S252, S254). 산출된 계산결과는 거리 계산부(114)에 의해 호스트로 전송될 수 있다(S256).
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 판단부(116)가 카메라(134)의 FOV 상에 장애물의 존재 여부를 판단하기 위한 장애물 발견조건을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 카메라(134) 위에 레이저(124)가 위치하며 카메라(134)의 FOV(410) 안에 라인 형태의 광선(420)이 위치할 수 있도록 레이저(124)가 빛을 조사한다. 레이저(124) 및 카메라(134)의 각도는 장애물 감지 센서(100)가 탑재되는 로봇의 특성 및 작동 환경에 따라 호스트(105)의 센서 제어신호에 따라 결정될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 카메라(134) 위에 레이저(124)가 위치할 수 있으나 이에 한정된 것은 아니다. 카메라(134)의 FOV(410) 상에 라인 형태의 광선(420)이 존재하며, 판단부(116)가 카메라(134)의 FOV(410)를 장애물 발견조건에 따라 분석하면 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다.
장애물 발견조건은 라인 형태의 광선(420)의 연속성, 라인 형태의 광선(420)의 위치가 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축의 기준 좌표(421)를 벗어나는지 여부 및 라인 형태의 광선(420)의 위치 변화의 속도에 따라 결정될 수 있다. 즉, 판단부(116)는 라인 형태의 광선(420)이 연속되지 않고 끊어지는 부분이 존재할 경우, 그 부분의 카메라(134)의 FOV(410) 상의 횡축의 좌표에서부터 장애물이 존재한다고 판단할 수 있다. 레이저(124) 및 카메라(134)의 회전이 완료된 후 영상신호 송수신부(118)로부터 수신된 영상신호로부터 판단부(116)는 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축의 기준 좌표(421)를 결정할 수 있고, 기준 좌표(421)로부터 라인 형태의 광선(420)의 위치가 일정 오차 범위를 벗어나는 경우에도 그에 대응하는 횡축의 좌표에 장애물이 존재한다고 판단할 수 있다. 또한, 라인 형태의 광선(421)이 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축 상의 위치 변화가 급격히 이루어 지는 경우에도 그에 대응하는 횡축의 좌표에 장애물이 존재한다고 판단할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4와 달리 장애물 감지 센서가 탑재된 로봇의 이동 경로의 평면 상에 볼록 형태의 장애물(430)이 카메라(134)의 FOV(410) 상의 우측에 존재하는 경우의 카메라(134)의 FOV(410)를 볼 수 있다. 라인 형태의 광선(420')은 카메라(134)의 FOV(410) 상의 횡축의 제1 좌표(422)에서 연속되지 않고 끊어지는 것을 볼 수 있으므로, 판단부(116)는 제1 좌표(422)가 장애물(430)이 존재하는 경계가 된다고 판단할 수 있다. 또한, 제1 좌표(422)의 우측에 있는 라인 형태의 광선은 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축의 기준 좌표(421)에서 벗어난 제2 좌표(423)에 위치하므로, 제1 좌표(422)의 우측에 대응하는 횡축의 좌표에 장애물(430)이 존재한다고 판단할 수 있다. 제2 좌표(423)는 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축의 기준 좌표(421)의 상부에 위치하는바 장애물 감지 센서(100)가 탑재된 로봇의 이동 경로의 평면에서 볼록한 형태의 장애물(430)이 존재함을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5와 달리 장애물 감지 센서(100)가 탑재된 로봇의 이동 경로의 평면 상에 오목 형태의 장애물(440)이 카메라(134)의 FOV(410) 상의 중앙에 존재하는 경우의 카메라(134)의 FOV(410)를 볼 수 있다. 라인 형태의 광선(420'')은 카메라(134)의 FOV(410) 상의 횡축의 제3 좌표(424) 및 제4 좌표(425)에서 연속되지 않고 끊어지는 것을 볼 수 있으므로, 판단부(116)는 제3 좌표(424) 및 제4 좌표(425)가 장애물(440)이 존재하는 경계가 된다고 판단할 수 있다. 또한, 제3 좌표(424) 및 제4 좌표(425)의 사이에 있는 라인 형태의 광선은 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축의 기준 좌표(421)에서 벗어난 제5 좌표(426)에 위치하므로, 제3 좌표(424) 및 제4 좌표(425)의 사이에 대응하는 횡축의 좌표에 장애물(440)이 존재한다고 판단할 수 있다. 제5 좌표(426)는 카메라(134)의 FOV(410) 상의 종축의 기준 좌표(421)의 하부에 위치하는바 장애물 감지 센서(100)가 탑재된 로봇의 이동 경로의 평면에서 오목한 형태의 장애물(440)이 존재함을 알 수 있다.
도 7 내지 도 8은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 센서(100)의 거리 계산부(114)가 카메라(134)의 FOV(410) 상에 장애물과의 거리 계산 결과를 산출하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하여, 장애물이 없는 경우에 거리 계산부(114)가 카메라(134)와 라인 형태의 광선이 지면과 만나는 점 사이의 거리를 산출하는 방법을 설명하기로 한다. 카메라(134)의 FOV(410)의 상부가 지면과 만나는 점은 yR , 영상에서의 물체들에 대한 투영점이 되는 지점은 yvp, 레이저(124)가 조사하는 라인 형태의 광선이 지면과 만나는 점은 yl , 카메라(134)의 캘리브레이션을 위한 두 점을 각각 y0 및 y1, 좌표축 상의 원점은 0 이라 정의한다. 카메라(134)의 영상에서 얻을 수 있는 정보는 FOV(410) 상에서 원점을 기준으로 라인 형태의 광선과의 거리에 대한 정보를 얻을 수 있으며, 이 값을 yl' 로 정의할 수 있다. 장애물과의 거리 계산에 앞서 카메라 캘리브레이션이 선행되어야 하며, 실제 거리를 알고 있는 y0 및 y1 사이의 거리인 dw 가 카메라(134)의 FOV(410)에서는 몇 픽셀(Pixcel)로 나타나는가로부터 카메라 캘리브레이션을 행할 수 있다. 카메라(134)의 FOV(410) 상에서 원점과 라인 형태의 광선 사이의 거리 y 로부터 원점과의 실제 거리인 yl을 구하는 식은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1에서 yw .R, D1 ,0 및 D0 은 다음과 같은 수학식 2 내지 수학식 4로부터 계산할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
이와 같이 거리 계산부(114)는 구동 제어부(112)로부터 레이저(124) 및 카메라(134) 회전정보를 수신하여 카메라(134)와 yvp 간의 거리를 계산할 수 있고, 카메라 캘리브레이션 결과를 이용해 yvp를 구할 수 있으며, 수학식 1 내지 수학식 4로부터 원점으로부터 라인 형태의 광선까지의 거리인 yl을 계산하여 결국 카메라(134)와 라인 형태의 광선까지의 거리를 산출하여 호스트로 전송할 수 있다.
도 8을 참조하여, 장애물(430)이 있는 경우에 거리 계산부(114)가 카메라(134)와 볼록 형태의 장애물(430) 사이의 거리를 산출하는 방법을 설명하기로 한다. 도 7과 마찬가지로 카메라(134)의 FOV(410)의 상부가 지면과 만나는 점은 yR, 영상에서의 물체들에 대한 투영점이 되는 지점은 yvp, 좌표축 상의 원점은 0 이라 정의한다. 또한, 카메라(134)와 지면 사이의 높이는 hc, 카메라(134)와 원점사이의 거리는 dk, 라인 형태의 광선과 장애물(430)이 만나는 점의 높이는 ho, 카메라(134)의 FOV(410) 상에서 라인 형태의 광선과 장애물(430)이 만나는 점의 높이는 ho', 원점과 장애물(430)과의 사이의 거리는 yo로 각각 정의한다. 카메라(134)의 FOV(410) 상에서 원점과 라인 형태의 광선이 장애물(430)과 만나는 점 사이의 거리 ho'로부터 원점과의 실제 거리인 yo을 구하는 식은 수학식 5와 같다.
Figure pat00005
수학식 5에서 d'w 및 y'w .R은 다음과 같은 수학식 6 및 수학식 7로부터 계산할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
이와 같이 거리 계산부(114)는 구동 제어부(112)로부터 레이저(124) 및 카메라(134) 회전정보를 수신하여 카메라(134)와 yvp 간의 거리를 계산할 수 있고, 카메라 캘리브레이션 결과를 이용해 yvp를 구하여 dk를 구할 수 있으며, 수학식 5 내지 수학식 7로부터 원점으로부터 장애물(430)까지의 거리인 yo을 계산하여 결국 카메라(134)와 장애물(430)까지의 거리를 산출하여 호스트(105)로 전송할 수 있다.
이상 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 장애물 발견조건과 장애물과의 거리 계산은 횡축 방향의 라인 레이저를 이용하는 것으로 설명하였지만, 종축 방향의 라인 레이저를 이용하는 경우에도 마찬가지로 계산할 수 있다. 더 나아가, 횡축 방향의 라인 레이저와 종축 방향의 라인 레이저를 동시에 이용하는 경우에도 마찬가지이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
장애물 감지 센서(100)
제어부(110)
레이저부(120)
카메라부(130)
거리 계산부(114)
판단부(116)

Claims (6)

  1. 라인 형태의 광선을 조사하는 레이저부;
    조사된 상기 라인 형태의 광선을 촬영하는 카메라부; 및
    상기 레이저부 및 카메라부의 동작을 제어하고, 상기 촬영된 영상에 기초하여 장애물의 존재 여부의 판단 및 상기 장애물과의 거리를 계산하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는
    상기 장애물의 존재 여부를 판단하는 판단부;
    상기 장애물과의 거리를 계산하는 거리 계산부; 및
    상기 카메라부로부터 영상신호를 수신하여 상기 판단부로 전송하는 영상신호 송수신부를 포함하며,
    상기 판단부는 상기 영상신호 송수신부로부터 수신된 상기 영상신호에 기초하여 상기 장애물의 존재 여부를 판단하여 상기 거리 계산부로 판단결과를 전송하는 장애물 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 촬영된 영상의 FOV(Field Of View) 상에서 상기 라인 형태의 광선의 연속성, 상기 라인 형태의 광선의 위치가 상기 카메라의 FOV 상의 종축의 기준 좌표를 벗어나는지 여부 및 상기 라인 형태의 광선의 위치 변화의 속도 중 적어도 하나에 따라 상기 장애물의 존재 여부를 판단하는 장애물 감지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저부는
    라인 형태의 광선을 조사하는 레이저; 및
    상기 레이저의 온(On)/오프(Off) 및 상기 레이저를 회전시키는 레이저 구동부를 포함하는 장애물 감지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 카메라부는
    상기 레이저가 조사한 상기 라인 형태의 광선을 촬영하는 카메라; 및
    상기 카메라의 온(On)/오프(Off) 및 상기 카메라를 회전시키는 카메라 구동부를 포함하는 장애물 감지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 거리 계산부는
    수신된 상기 레이저 및 카메라의 회전정보 및 상기 촬영된 영상의 FOV 상에서 상기 라인 형태의 광선의 정보를 이용해 상기 장애물과의 거리를 계산하는 장애물 감지 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 상기 장애물 감지 센서를 탑재한 수중 청소 로봇 장치.


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