KR100780299B1 - 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 예컨대 집안 등 장해물이 있는 환경에서 자유롭게 움직이며 돌아다니기에 알맞은 구조를 갖는 로봇을 제공하는 것을 목적으로 하며, 카메라로 얻은 화상을 기지국에 무선으로 송신함으로써, 그 화상을, 기지국을 통해, 그 기지국과의 사이에서 무선 통신을 행하는 통신 단말에 송신하고, 그 통신 단말의 조작에 의해 그 화상 위에 지정된 이동 목표 위치 정보를 기지국을 통해 무선으로 수신하는 통신부와, 그 통신부에서 얻어진 이동 목표 위치 정보에 의해 특정되는 이동 목표 위치까지 로봇을 이동시키는 동작 제어부를 구비했다.

Description

로봇{ROBOT}

본 발명은 이동이 자유로운 로봇에 관한 것으로, 더 상세하게는, 가정용의 소형 로봇에 적합한 구조를 갖는 로봇에 관한 것이다.

최근 여러 가지 기기에 그 기기를 조작하기 위한 리모콘이 부속되어 있어서 현재 어느 가정이라도 몇 개나 되는 리모콘이 있는 실정이다. 또한 최근 여러 로봇이 개발되어 가정에도 로봇이 많아지고 있다. 가정에 로봇이 도입된 경우 로봇의 조작을 위해 새로운 리모콘을 준비하면 그만큼 가격도 비싸게 되어 바람직하지 못하다. 최근에 휴대 전화가 널리 보급되어 새롭게 리모콘을 준비하는 대신 로봇에 휴대 전화와 같은 통신 기능을 구비해 휴대 전화를 리모콘으로서 이용하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우 이용 요금 등을 고려하여 휴대 전화의 전화로서의 기능이 아니라, 패킷 통신 기능을 이용하는 것을 생각할 수 있다. 또한 그 로봇에 카메라를 탑재하고 로봇으로부터 기지국을 경유하여 휴대 전화에 화상을 송신하는 것도 생각할 수 있다.

그런데 휴대 전화를 리모콘으로서 이용하는 경우에는 휴대 전화와 로봇 사이에서 직접 통신을 할 수 없고, 휴대 전화의 키 조작 등에 의해 입력한 지시는 일단 기지국에 송신되며, 그 기지국으로부터 로봇에 송신된다.

이 경우 휴대 전화를 조작하고 나서 로봇에 지시가 도달할 때까지 상당한 시간이 필요하게 되어 여러 가지 문제점이 생기게 된다.

예컨대 로봇으로부터 화상이 도달하여 그 화상 상에서는 그 로봇의 진행 방향으로 아직 멀리 장해물이 있더라도 실제로는 그 로봇의 눈앞에 장해물이 가까워지고 있어서, 피하기 위한 방향 전환 지시를 내리더라도 너무 늦는 사태가 생기는 것을 생각할 수 있다.

이 경우 그 로봇에 장해물에 접촉한 것을 감지하는 센서를 설치해 두고, 장해물에 접촉하면 자동적으로 방향을 바꾸도록 구성하는 것을 생각할 수 있다. 그와 같이 구성한 경우 로봇이 둥근 형상일 때는 장해물에 접촉하더라도 그 자리에서 방향을 바꿀 수 있지만, 로봇이 각져 있을 때는 장해물에 접촉한 후 방향을 바꾸려고 하여도 잘 방향을 바꿀 수 없어, 그 자리에서 몸을 움직일 수 없는 상태가 될 우려가 있다.

또한 로봇을 임의의 위치로 이동시키려고 했을 때 이동량을 수치 입력하거나, 스위치를 누르고 있는 동안 이동하도록 구성하지만(예컨대 일본 특허 공개 평11-320467호 공보 참조), 이러한 지시 방법은 로봇을 직접 눈으로 보고 확인하면서 컨트롤러와의 사이의 통신이 고속으로 이루어질 때에 유효하다. 예컨대 외출한 곳에서 집안의 로봇을 움직이게 하는 것과 같은 경우로서 휴대 전화의 패킷 통신 기능을 이용하여 이동 지시를 하는 경우에는 원활한 이동이 곤란하다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 예컨대 집안 등 장해물이 있는 환경에서 자유롭게 움직이며 돌아다니기에 알맞은 구조를 갖는 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 로봇 중의 제1 로봇은, 전진, 후퇴 및 회전이 자유로운 로봇에 있어서, 전진을 방해하는 장해물의 존재를 감지하는 센서와, 전진시에 상기 센서에 의해 장해물의 존재가 감지된 것을 받아서 장해물을 피하는 회전이 자유로운 위치까지 후퇴하는 장해물 회피 동작을 하게 하는 동작 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 로봇은 센서에 의해 장해물의 존재를 감지하여, 장해물을 피하는 회전이 자유로운 위치까지 후퇴시키는 것이기 때문에, 예컨대 각진 형상을 갖는 로봇이라도 후퇴하고 나서 회전하여 장해물과는 다른 방향으로 진행할 수 있어 그 자리에서 몸을 움직일 수 없는 상태가 되는 것을 피할 수 있다.

상기 본 발명의 제1 로봇에 있어서, 상기 센서로는 전방 장해물과의 접촉을 감지하는 접촉 센서도 사용가능 하고, 또는 전방 비스듬한 아래의 계측점까지의 거리를 계측하는 거리 센서도 사용가능 하다.

또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 로봇 중의 제2 로봇은, 전진, 후퇴 및 회전이 자유로운 로봇에 있어서, 전방의 장해물이 타고 넘어갈 수 있는 소정 높이 이하 높이의 장해물인지 타고 넘어갈 수 없는 그 소정 높이를 초과하는 높이의 장해물인지를 감지하는 센서와, 전진시에 센서에 의해 감지된 장해물의 높이가 소정 높이 이하였을 때는 전진을 계속하여 장해물을 타고 넘게 하고, 센서에 의해 감지된 장해물의 높이가 소정 높이를 초과하는 때는, 후퇴 및 회전 중의 적어도 한 쪽의 동작을 포함하는 장해물 회피 동작을 수행하는 동작 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

예컨대 단차(difference in level) 등의 장해물이 있었을 때에 장해물을 피하기 위해서 항상 방향 전환을 하고 있었다면 목적 지점까지 이동하는 것이 불가능한 장면이 많이 발생하게 된다. 그래서 장해물이 단차 등인 경우는 단차 등을 타고 넘을 수 있는지의 여부를 확인하여, 타고 넘을 수 있을 경우에는 타고 넘을 필요가 있다. 다만 이 타고 넘는 경우에 있어서, 함부로 타고 넘어가는 것을 시도하면 그 자리에서 움직이지 못하게 될 우려가 높다.

본 발명의 제2 로봇은, 타고 넘을 수 있는 높이 이하의 장해물인지 그것을 초과하는 높이의 장해물인지를 감지하는 센서를 구비하여, 타고 넘을 수 있는 높이의 장해물이었을 때에 타고 넘게 하는 것으로, 움직일 수 없게 되어 버리는 것을 피하여 자유로운 움직임이 보장된다.

여기서, 상기 제2 로봇에 있어서, 상기 센서는 전진시에 소정 높이 이하 높이의 장해물에 접촉한 것을 감지하는 제1 접촉 센서와, 소정의 높이를 넘는 높이의 장해물에 접촉한 것을 감지하는 제2 접촉 센서로 이루어져, 이들 제1 및 제2 접촉 센서 중 제1 접촉 센서는 장해물을 감지할 경우 소정 높이 미만 높이의 장해물을 감지하고, 제2 센서는 장해물을 감지할 경우 소정 높이를 초과하는 높이의 장해물을 감지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 접촉 센서와 제2 접촉 센서 두가지를 구비함으로써 타고 넘을 수 있는 장해물인지의 여부를 확실하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 접촉 센서에 추가하여, 전방 비스듬한 아래의 계측점까지의 거리를 계측하는 거리 센서를 구비하고 상기 동작 제어부는 전진시에 거리 센서로 소정 거리 이하의 거리가 감지된 시점부터 전진 속도를 저하시키는 것이 바람직하다.

이에 따라, 장해물과 강하게 접촉되는 경우가 없이 타고 넘는 동작을 천천히 확실하게 실행할 수 있다.

상기 제1 로봇 및 제2 로봇은, 어디에서나 기지국과의 사이에서 무선 통신을 하는 통신 단말로부터 기지국에 송신된 제어 데이터를 기지국으로부터 무선으로 수신하는 통신부를 구비하고, 상기 동작 제어부는 상기 통신부에서 수신한 제어 데이터에 기초하여 동작하고, 장해물 회피 동작에 대해서는 그 통신부에서의 제어 데이터의 수신을 기다리지 않고 동작하는 것이 바람직하다.

제어 데이터의 수신을 기다리지 않고 장해물 회피 동작을 함으로써, 기지국을 경유하여 통신을 하는, 제어 데이터의 고속 전송을 기대할 수 없는 통신 단말에 적합한 로봇이 구성된다.

또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 로봇 중 제3 로봇은, 이동이 자유로운 로봇에 있어서, 카메라; 카메라에서의 촬영으로 얻어진 화상 위에 지정된 이동 목표 위치 정보를 취득하는 이동 목표 위치 정보 취득부; 및 이동 목표 위치 정보 취득부에서 얻어진 이동 목표 위치 정보에 의해 특정되는 이동 목표 위치까지 이동시키는 동작 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 로봇은, 카메라에서의 촬영으로 얻어진 화상 위에 지정된 이동 목표 위치 정보를 취득하여 그 이동 목표 위치 정보에 의해 지정되는 이동 목표 위치까지 이동하는 것으로, 이러한 제어를 함으로써 사용자는 이동 목표 위치까지의 거리 등을 몰라도 이동 목표 위치를 화상 위에 지정하는 것만으로 로봇을 그 이동 목표 위치로 이동시킬 수 있어 원활한 동작이 가능해진다.

상기 제3 로봇은, 카메라로 얻어진 화상을 기지국에 무선으로 송신함으로써 화상을 기지국을 통하여 기지국과의 사이에서 무선 통신을 하는 통신 단말에 송신하고 통신 단말의 조작에 의해 화상 위에 지정된 이동 목표 위치 정보를 기지국을 통해 무선으로 수신하는 통신부를 구비하고, 상기 이동 목표 위치 정보 취득부는 상기 통신부를 구비한다.

또한, 상기 제3 로봇은, 상기 카메라가 시차를 갖도록 서로 소정 거리 떨어진 위치에 설치된 1쌍의 카메라를 구비하고, 1쌍의 카메라의 시차를 이용하여 이동 목표 위치 정보 취득부에서 얻어진 이동 목표 위치 정보에 의해 특정되는 이동 목표 위치까지의 거리를 계측하는 거리 계측부를 구비하고, 상기 동작 제어부는 이동 목표 위치까지 이동시킴에 있어서 거리 계측부에서 계측된 거리에 의해 이동 거리를 인식하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 로봇은, 상기 카메라의 시선을 좌우로 이동시키는 시선 이동부; 및 상기 이동 목표 위치 취득부에서 이동 목표 정보를 취득한 기초가 된 화상을 촬영했을 때의 카메라의 방향을 고려하여 이동 목표 위치의 방향을 계산하는 방향 연산부를 구비하고, 상기 동작 제어부는이동 목표 위치까지의 이동시 상기 방향 연산부에서 계산한 방향에 의해 이동 방향을 인식하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 로봇은, 상기 카메라로 촬영된 진행 방향 전방의 참조(reference) 화상을 재기록이 자유롭게 기억하는 화상 기억부를 구비하고, 상기 동작 제어부는 카메라로 촬영된 현재의 화상과 화상 기억부에 기억된 참조 화상과의 패턴 매칭을 반복함으로써 진행 방향을 수정하면서 전진시키는 것도 바람직한 형태이다.

또한, 상기 제3 로봇에 있어서, 1쌍의 카메라 및 거리 계측부를 구비한 경우 거리 계측부는 이들 1쌍의 카메라의 시차를 이용하여 이동 목표 위치까지의 거리 계측 외에도 장해물까지의 거리를 계측하고, 상기 동작 제어부는 거리 계측부에서 계측된 장해물까지의 거리 정보를 취득하여 이동 방향의 변경 동작을 구비하는 장해물 회피 동작을 수행하는 것이 바람직하다.

이상의 본 발명에 따르면, 예컨대 집안 등 장해물이 있는 환경에서 자유로운 이동에 적합한 로봇이 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서의 로봇과 로봇을 휴대 전화의 패킷 통신 기능을 사용하여 제어하는 제어 시스템을 도시한 도면이다.

도 2는 로봇의 정면도이다.

도 3은 휴대 전화와 휴대 전화의 표시 화면 위에 표시된 화상의 예를 도시한 도면이다.

도 4는 본 실시예의 로봇의 구성을 도시하는 블럭도이다.

도 5는 로봇의 동작 시퀀스의 예를 도시하는 도면이다.

도 6은 높이가 높은 단차 등의 장해물에 접촉한 모습을 도시하는 모식도이다.

도 7은 높이가 낮은 단차에 직면했을 때의 로봇의 동작을 도시한 도면이다.

도 8은 로봇이 단차에 오를 때의 동작을 도시한 도면이다.

도 9는 화상 위에 구성된 이동 목표 위치로 향하여 이동할 때의 동작을 도시하는 흐름도이다.

도 10은 진행 방향에 장해물이 존재하는 경우의 로봇의 동작 시퀀스를 도시하는 흐름도이다.

도 11은 도 10의 동작 시퀀스에 따라서 동작하는 로봇의 이동 궤적을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 관해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서의 로봇과, 그 로봇을 휴대 전화의 패킷 통신 기능을 사용하여 제어하는 제어 시스템을 도시한 도면이다.

휴대 전화(10) 및 로봇(100)은 모두 기지국(20)과의 사이에서 패킷 통신을 하는 기능을 가지며, 로봇(100)은 그 로봇에 탑재된 카메라(116)에 의한 촬영으로 얻어진 화상을 기지국(20)을 통해 휴대 전화(10)에 패킷 통신으로 송신하는 기능을 갖는다. 또한, 휴대 전화(10)는 키 조작에 의해 송신된 화상 위에 로봇(100)의 이동 목표 위치를 나타내는 커서를 표시하는 기능을 가지고, 화상 위의 커서의 좌표 정보를 기지국(20)을 통해 로봇(100)에 송신하는 기능을 갖는다.

이 로봇(100)의 구조에 관해서,도 1과 함께 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 로봇(100)의 정면도이다.

로봇(100)은 로봇 몸체(110)의 하부에 구동부(114)를 갖는다. 구동부(114)에는 도 1에 도시한 바와 같이 전륜(114a)과 후륜(114b)이 구비되어 있고, 전륜(114a) 및 후륜(114b) 모두는 도 2에 도시한 바와 같이 좌우 1쌍의 차륜으로 구성되어 있다. 로봇(100)은 전륜(114a)과 후륜(114b)을 구동하여 전진, 후퇴 및 회전하도록 되어 있다. 여기서, 전륜(114a)에는 무한궤도(crawler) 형태의 차륜(도 8 참조)이 채용되고 있고, 무한궤도형의 전륜을 사용하여 단차를 타고 넘어 전진하도록 되어 있다. 무한궤도형의 차륜을 사용하여 단차를 타고 넘는 동작에 관하여는 도 8을 참조하여 후술한다.

또한, 로봇(100)의 로봇 몸체(110)의 전면에는 상범퍼(118)와 하범퍼(119)가 구비되어 있어, 로봇(100)이 전진하여 장해물에 접촉하는 경우 상범퍼(118)가 접촉하였을 때는 상범퍼(118)에 설치된 상범퍼 스위치(118a)(도 4 참조)가 온으로 되고, 하범퍼(119)가 맞닿았을 때는 하범퍼(119)에 설치된 하범퍼 스위치(119a)(도 4 참조)가 온으로 되어, 상범퍼(118)와 하범퍼(119)로 나누어 장해물과의 접촉이 로봇(100)에 인식된다. 상범퍼(118)와 하범퍼(119)로 나누어진 이유에 대해서는 후술한다.

또한, 상범퍼(118)와 하범퍼(119)로 이루어지는 2단 범퍼의 상부에는 거리 센서(117)가 설치되어 있다.

거리 센서(117)는 도 2에 도시한 바와 같이 투광부(117a)와 수광부(117b)를 구비하며, 투광부(117a)로부터 도 1에 도시한 바와 같이 전방 비스듬한 아래를 향하여 광 빔(117c)이 발생하고, 광 빔이 조사된 측정점(예컨대 바닥면 등)에서 반사하여 되돌아온 빛을 수광부(117b)에서 수광하여 그 측정점까지의 거리를 계측하는 것이다.

또한, 로봇 몸체(110)의 상부는 돔형의 투명 케이스(110a)로 구성되어 있고, 투명 케이스(110a) 내에는 도 2에 도시한 바와 같이 시차를 갖도록 좌우로 소정 거리 떨어진 위치에 배치된 우측 카메라(116a)와 좌측 카메라(116b)를 포함하는 2안(twin-lens) 카메라(116)가 구비되어 있다.

2안 카메라(116)는 세로의 회전축의 둘레로 회전하는 선회대(115)에 지지되어 있어 2안 카메라(116)의 시선 방향을 변경할 수 있다.

2안 카메라(116)의 우측 카메라(116a)와 좌측 카메라(116b) 중, 본 실시예에서는 우측 카메라(116a)에서의 촬영에 의해 얻어진 화상이 패킷 통신에 의해 도 1에 도시하는 기지국(20)을 통하여 휴대 전화(10)에 송신된다.

도 3은 휴대 전화(A)와 휴대 전화의 표시 화면 상에 표시된 화상의 예(B)를 도시한 도면이다.

상술된 바와 같이, 휴대 전화(10)에는 로봇(100)으로부터 기지국(20)을 경유하여 로봇(100)의 우측 카메라(116a)에서 촬영된 화상이 송신되고, 그 화상을 수신한 휴대 전화(10)에서는 표시 화면(11) 상에 수신한 화상이 표시된다. 휴대 전화(10)의 사용자는 휴대 전화(10)의 키를 조작하여 도 3(B)에 도시한 바와 같이 표시된 화상 위에 커서(12)를 중첩하여 표시하고 로봇(100)을 이동시키고자 하는 이 동 목표 위치로 커서(12)를 이동시켜 송신 조작을 수행한다. 그러면, 화상 위의 커서(12)의 좌표 정보가 기지국(20)을 통하여 로봇(100)에 송신된다. 로봇(100)은 수신한 좌표 정보에 기초하여 이동 목표 위치의 방향과 거리를 계산하여 이동 목표 위치를 향하여 이동한다.

도 4는 본 실시예의 로봇의 구성을 도시하는 블럭도이다.

도 4에는 도 1 및 도 2에 도시되지 않은 구성 요소로서, CPU 보드(111), 통신부(112), 배터리(113), 상범퍼 스위치(118a) 및 하범퍼 스위치(119a)가 나타난다.

CPU 보드(111)에는 CPU 외에, I/O 인터페이스나 CPU에서 실행되는 프로그램을 저장한 메모리 등이 탑재되어 있고, CPU 보드는 로봇(100) 전체의 제어를 담당한다.

또한, 통신부(112)는 2안 카메라(116) 중의 우측 카메라(116a)(도 2 참조)로 촬영된 화상을 CPU 보드(111)를 통하여 입력받아 화상을 휴대 전화에 기지국을 통하여 송신하고, 휴대 전화에 표시된 화상 위의 커서의 좌표 정보를 휴대 전화로부터 기지국을 통해 수신하여 CPU 보드(111)에 전송하는 역할을 담당하고 있다.

또한, 로봇(100)은 배터리(113)의 전력으로 동작하도록 구성되어 있다. 도 4에서는, 배터리(113)로부터 CPU 보드(111), 통신부(112) 및 구동부(114)에만 화살표가 되어 있지만 이는 단순하게 도면을 도시함에 있어서 번잡을 피하기 위해서이고, 배터리(113)로부터는 다른 구성 요소에도 필요한 전력이 공급된다.

또한, 상범퍼 스위치(118a)는 도 1, 도 2에 도시하는 상범퍼(118)가 장해물 에 접촉하였을 때에 온으로 되는 스위치이고 상범퍼(118)가 장해물에 접촉한 것이 CPU 보드(111)에 통지된다. 또한 이와 마찬가지로 하범퍼 스위치(119a)는 도 1 및 도 2에 도시하는 하범퍼(119)가 장해물에 맞닿았을 때에 온으로 되는 스위치이고 하범퍼(119)가 장해물에 접촉한 것이 CPU 보드(111)에 통지된다.

또한, CPU 보드(111)는 거리 센서(117)에 의해 계측된 전방 비스듬한 아래의 측정점까지의 거리 정보, 또는 2안 카메라(116)를 구성하는 우측 카메라(116a) 및 좌측 카메라(116b)(도 2 참조)의 촬영에 의한 화상도 수용한다. 또한, CPU 보드(111)는 구동부(114)나 카메라 선회대(115)를 제어하며 통신부(112)에 화상을 보내어 화상을 송신하게 한다.

이하에서는, CPU 보드(111)의 제어에 의한 로봇의 동작 시퀀스에 관해서 설명한다.

도 5는 로봇의 동작 시퀀스의 예를 도시하는 도면이다.

여기서는, 상술한 커서의 좌표 정보로부터 구한 이동 목표 위치로 향하고, 도 1, 2 및 도 4에 도시하는 거리 센서(117)에 의해 거리를 측정하면서 주행하고 있다(단계 a1).

CPU 보드(111)(도 4 참조)에서는 소정의 역치 거리보다도 짧은 거리가 계측되었는지의 여부가 거리 센서(117)에 의하여 모니터되고 있다(단계 a2). 전방에 단차나 벽 등의 장해물이 있으면 거리 센서에 의한 투광 빔이 평평한 바닥면이 아니라 바닥면보다도 높은 단차의 상면이나 벽면 등에서 반사하여 평평한 바닥면에서 반사했을 때보다도 짧은 거리가 계측된다. 거리 센서에 의해 소정의 역치보다 짧 은 거리(즉 소정의 높이 역치보다도 높은 위치)가 계측되면, CPU 보드(111)는 구동부(114)를 제어하여 이전까지의 전진 속도보다도 느린 속도로 전환하여 속도를 떨어뜨려 전진을 계속한다(단계 a3).

속도를 떨어뜨려 전진하고 있는 동안에도 거리 센서에 의한 거리 계측이 계속되며, 속도를 떨어뜨려 전진하고 있는 동안 거리 센서에 의해 계측되는 거리에 변화가 없는지의 여부가 판정된다(단계 a4). 전진 중에 거리 변화가 없다는 것은 전방의 장해물이 「단차」이며 상면이 거의 평평하다는 것을 의미하고, 거리 변화가 있다(거리가 서서히 단거리로 된다)는 것은 전방의 장해물이 벽임을 의미한다. 또한, 단계 a2에서 일단 소정의 짧은 거리가 감지되고 속도를 떨어뜨려 전진을 시작했지만 그 후 원래의 거리로 되돌아갔을 때(높이가 원래의 높이까지 내려갔을 때)는 전진 방향에 있는 짧은 폭을 가진 장해물이 옆으로 뻗어 있음을 의미하며, 여기에서는 이것을 단차와 벽 중 단차와 같은 취급을 한다.

단계 a4에서 속도를 떨어뜨려 진행하기 시작하고 나서 거리 센서로 측정한 거리에 변화가 없을 때(혹은 원래의 거리로 되돌아갔을 때)는 속도를 떨어뜨린 채로 장해물에 범퍼가 접촉할 때까지 전진하고(단계 a7), 범퍼가 장해물이 접촉하면 접촉한 범퍼가 하범퍼만인지의 여부가 판정되며(단계 a8), 하범퍼만 접촉했을 때는 단차는 타고 넘을 수 있는 높이의 단차이므로, 단차 오르기가 이루어지고(단계 a9), 전진을 계속한다.

한편, 단계 a8에서 상범퍼가 접촉했다고 판정되면 타고 넘을 수 없는 높이의 단차이므로 로봇이 회전이 가능한 위치까지 후퇴한다(단계 a6).

또한, 단계 a4에 있어서 속도를 떨어뜨려 전진하고 있는 동안 거리 센서로 계측되는 거리가 서서히 단거리로 변화되어, 단계 a5에서 거리가 단차 오르기 가능한 높이를 넘는 높이에 상당하는 짧은 거리가 계측되었을 때는 그 자리에 정지하여 회전 가능한 위치까지 후퇴한다(단계 a6).

회전 가능한 위치까지 후퇴한 후에는 도 10을 참조하여 설명하는 방법으로 장해물이 없는 방향으로 방향을 바꿔 다시 전진한다(단계 a1).

도 6은 높이가 높은 단차 등의 장해물에 접촉한 모습을 도시하는 모식도이다. 여기서는 도 1, 도 2에 도시하는 거리 센서(117)의 작용에 대해서는 생략되어 있다.

도 6(A)에 도시한 바와 같이, 로봇(100)이 장해물(30)로 향하여 화살표 A 방향으로 전진하고(도 5의 단계 a1 참조), 도 6(B)와 같이 장해물(30)에 접촉한다(도 5의 단계 a7 참조). 이 때, 도 1, 도 2에 도시하는 하범퍼(119)만이 아니라 상범퍼(118)도 장해물(30)에 접촉한 것으로 한다(도 5의 단계 a8 참조). 그러면 로봇(100)은 도 6(C)에 도시한 바와 같이 로봇(100)이 장해물(30)의 방해를 받지 않고 방향을 바꿀 수 있는 위치까지 화살표 B 방향으로 후퇴한다(도 5의 단계 a6 참조).

그 후에 로봇(100)은 도 6(D)에 도시한 바와 같이 화살표 C 방향으로 회전하고 방향을 바꿔, 다시 전진한다.

이와 같이 타고 넘을 수 없는 장해물(30)에 맞닿았을 때, 그 자리에서 즉시 회전하려고 하지 않고, 장해물에 방해 받지 않는 위치까지 일단 후퇴하고 나서 회전함으로써, 로봇이 각진 것이더라도 장해물에 방해 받지 않고서 확실하게 방향을 바꿀 수 있어, 그 자리에서 움직이지 못하게 되어 버리는 사태를 피할 수 있다.

도 7은 높이가 낮은 단차에 직면했을 때의 로봇의 동작을 도시한 도면이다.

로봇(100)은 도 7(A)에 도시한 바와 같이, 거리 센서(117)에 의한 전방 비스듬한 아래의, 광 빔의 반사점까지의 거리를 계측하며 전진하여(도 5의 단계 a1 참조), 도 7(B)에 도시한 바와 같이 거리 센서의 광 빔의 반사점이 단차(40)에 도달하여 거리 센서(117)에 의해 소정의 역치 이하의 거리(소정의 역치 이상의 높이)가 계측되면(도 5의 단계 a2 참조), 그 후에는 속도를 떨어뜨려 전진을 계속한다. 속도를 떨어뜨려 전진하면서 도 7(C)의 상태에서 도 7(D)의 상태에 이를 때까지 계측되는 거리가 변화되지 않으므로(도 5의 단계 a4 참조) 로봇(100)은 전진을 계속하고 도 7(D)와 같이 단차(40)에 범퍼가 접촉한 상태가 된다(도 5의 단계 a7). 여기서는, 단차(40)에는 상범퍼(118)는 접촉되지 않고 하범퍼(119)만이 단차(40)에 접촉되는 것으로 한다(도 5의 단계 a8). 그 경우, 단차(40)는 단차 오르기가 가능한 단차라고 판정되어 로봇은 도 8을 참조하여 설명하는 단차 오르기 동작을 실행하고, 도 7(D)에 도시하는 범퍼가 단차에 맞닿은 상태에서, 도 7(E)에 도시하는 단차에 오른 상태까지 전진하며, 또 그 후 전진을 계속한다.

도 8은 로봇이 단차에 오를 때의 동작을 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이, 로봇(100)의 구동부(114)(도 4 참조)에는 전륜(114a)과 후륜(114b)이 구비되어 있다. 여기서, 전륜(114a)은 예컨대 도 8(A)에 도시한 바와 같은 상하 2개의 차륜과 이들 차륜을 잇는 무단(endless) 벨트로 이루어지는 무한궤도형의 차륜으로 구성되어 있고, 위의 차륜은 아래의 차륜의 회전축(1114)을 중심으로 도 8(A)에 도시하는 화살표 X-Y 방향으로 회전이 자유롭게 되어 있다.

도 8(A)에 도시하는 화살표 A 방향으로 진행하여, 단차(40)에 범퍼가 접촉한다.

한편, 단차(40)가 도 8(A)에 도시하는 높이(h) 이하일 때는 단차에는 하범퍼(119)도 접촉하지 않는데 높이(h)는 로봇(100)에게 있어서 단차가 존재하는 것을 인식하지 않고 전진 가능한 높이이다.

여기에서, 접촉한 범퍼가 상범퍼(118)와 하범퍼(119) 중 하범퍼(119)만이라고 판정되어, 도 8(B)에 도시한 바와 같이 화살표 B 방향으로 일단 조금만(예컨대 5cm 정도) 후퇴하고, 도 8(C)에 도시한 바와 같이 무한궤도를 화살표 X 방향으로 회전시키고 로봇의 전방부를 들어 올려 화살표 A 방향으로 전진하고 로봇의 전방부를 단차에 올린다. 다음에 도 8(D)에 도시한 바와 같이 무한궤도를 화살표 Y 방향으로 역회전시켜 로봇의 후방부를 들어 올려 화살표 A 방향으로 전진한다. 이 때에 전진하는 거리는 도 8(E)에 도시한 바와 같이 무한궤도를 다시 화살표 X 방향으로 회전시켜 단차에 무한궤도 부분이 올라타는 정도로 한다. 무한궤도를 재차 화살표 X 방향으로 회전시키면 도 8(E)에 도시한 바와 같이 무한궤도가 단차의 각 부분에 올라타고, 그 상태에서 화살표 A 방향으로 전진한다. 이 때 전진하는 거리는 로봇의 무게 중심 위치가 단차에 충분히 올라타는 정도로 한다. 그렇게 하면, 도 8(F)와 같이 로봇의 후방부가 단차로부터 삐져 나오고 있지만 로봇의 무게 중심은 충분히 단차에 오른 상태가 된다.

그 후, 도 8(G)에 도시한 바와 같이 무한궤도를 화살표 Y 방향으로 회전시켜 초기 상태로 되돌리고 그대로 전진한다.

로봇(100)은 상기와 같은 동작을 거쳐, 도 7(D)에 도시하는 범퍼가 단차에 맞닿은 상태에서, 도 7(E)에 도시하는, 로봇이 단차에 오른 상태로 된다.

다음, 로봇의 2안 카메라에 의해 촬영된 화상을 이용하여 목표 위치로 이동하는 동작에 관해서 설명한다.

도 9는 화상 위에 구성된 이동 목표 위치로 향하여 이동할 때의 동작을 도시하는 흐름도이다.

도 4에 도시하는 로봇(100)의 2안 카메라(116) 중의 우측 카메라(116a)(도 2 참조)의 촬영에 의해 얻어진 화상은 도 4의 CPU 보드(111)를 통해 통신부(112)에 전달되고, 통신부(112)로부터 패킷 무선 통신에 의하여 도 1에 도시하는 기지국(20)을 경유하여 휴대 전화(10)에 전달된다. 휴대 전화(10)에서는 도 3에 도시한 바와 같이 화상 위의 로봇을 이동시키고자 하는 이동 목표 위치에 커서(112)를 맞춰 커서의 좌표 정보를 송신한다. 커서의 좌표 정보는 기지국(20)을 경유하여 로봇(100)의 통신부(112)(도 4 참조)에서 수신되고 CPU 보드(111)에 전달된다(도 9의 단계 b1).

이어서, 이 좌표 정보에 의해 지시된 지점이 예컨대 벽면 등이 아니라 이동 목표 위치로서 적정한 지점인지의 여부를 판정하고(단계 b2) 적정하다고 판정되었을 때는 2안 카메라(116)의 우측 카메라(116a)와 좌측 카메라(116b)(도 2 참조)의 시차를 이용하고, 지시점의 지시에 이용된 화상을 얻었을 때의 카메라의 방향(상술한 바와 같이 2안 카메라(116)는 선회대(115)에 의하여 방향이 자유롭게 바뀌도록 되어 있음)를 참조하여 지시된 좌표점을 미리 계산된 거리 변환식에 기초하여 로봇의 중심에 대한 방향과 거리로 변환한다(단계 b3).

그 후, 로봇을 계산된 진행 방향으로 향하게 하고(단계 b4) 진행 방향 정면의 화상을 촬영하여 참조 화상으로서 등록하고(단계 b5), 소정량 이동(전진)하여(단계 b6), 진행 방향 정면 화상을 새롭게 취득하고(단계 b7), 먼저 등록한 참조 화상과 현재 취득한 화상과의 패턴 매칭을 한다(단계 b8). 본 실시예의 패턴 매칭에서는 화상 상의 종선(longitudinal line)을 추출하여 그 종선에 대해서 참조 화상과 현재의 화상의 패턴 매칭이 이루어진다.

패턴 매칭의 결과 현재의 화상과 참조 화상 사이에서의 좌우 방향의 편차가 작은지의 여부가 판정되고(단계 b9), 좌우 방향의 편차가 소정의 편차값 이상이었을 때는 로봇의 진행 방향이 수정되어(단계 b10), 진행 방향 수정후의 정면 화상을 새롭게 참조 화상으로서 등록한다(단계 b11).

또한, 단계 b9에서 현재의 화상과 참조 화상 사이의 좌우 방향의 편차가 작다고 판정했을 때는 단계 b12로 진행하고, 그 때 현재의 화상과 참조 화상 사이의 패턴 매칭의 매칭율이 역치 이상인지의 여부가 판정되어, 매칭율이 낮을 때는 현재의 화상을 새로운 참조 화상으로서 갱신한다(단계 b11).

그 후, 목표 위치에 도달했는지의 여부가 판정되어(단계 b13), 목표 위치에 아직 도달하지 않았을 때는 단계 b6 이하의 시퀀스가 반복된다.

도 9에서 도시하는 동작 시퀀스는 로봇의 진행 방향으로 로봇의 진행을 방해할 우려가 있는 장해물이 존재하지 않은 경우의 동작 시퀀스인데, 이하에서 진행 방향 전방에 장해물이 존재하는 경우의 동작 시퀀스에 관해서 설명한다.

도 10은 진행 방향에 장해물이 존재하는 경우의 로봇의 동작 시퀀스를 도시하는 흐름도이다.

또한, 도 11은 도 10의 동작 시퀀스에 따라서 동작하는 로봇의 이동 궤적을 도시한 도면이다.

도 10의 단계 c1~c4는 도 9의 단계 b1~b4와 각각 동일하며, 여기서 중복 설명은 생략한다.

단계 c4에서 로봇을 진행 방향으로 향하게 한 후 진행 방향의 화상으로부터 종선을 추출하여 좌우의 카메라의 시차로부터 진행 방향 전방의 거리를 계측한다(단계 c5). 현재 장해물을 피하기 위한 회피 행동중이 아니라 이동 목표 위치로 향하여 진행하고 있을 때(단계c6)에는 단계 c5에서 계측된 거리로부터 로봇의 진행 방향으로 장해물이 존재하는지의 여부가 판정되고(단계 c7), 장해물이 존재하지 않을 때는 소정량 이동(전진)하고(단계 c8), 목표 위치 또는 지정된 진행량에 도달했는지, 목표 위치 또는 지정된 진행량에 아직 도달하지 않았는지 여부가 판정된다(단계 c16). 여기서, 지정된 진행량이란 로봇이 이동을 시작하기 전에 로봇으로부터 보았을 때 화상 위에 지정된 이동 목표 위치의 방향으로 향하는 이동 목표 위치까지의 거리와 동일 거리를 말한다. 목표 위치에 도달하지 않고 지정된 진행량만큼 진행한다는 것은 장해물이 존재하고 있어 목표 위치에는 도달할 수 없지만 장해물을 피하면서 목표 위치의 방향으로 진행하여, 장해물이 없으면 목표 위치에 달한 것과 동일한 거리만큼(예컨대 목표 위치의 옆까지) 진행하는 것을 의미한다.

목표 위치에 도달하지 않고 지정된 진행량 만큼 진행하고 있지 않을 때는 단계 c5로 되돌아가 새롭게 전방의 거리 계측이 이루어진다.

단계 c7에서 로봇의 진행 방향으로 장해물이 존재한다고 판정되었을(도 10의장해물 발견(1)에 대응) 때에는 단계 c9로 진행하여 선회대를 좌우로 흔들어서 단계 c5와 같은 방식으로 카메라 시선 전방까지의 거리를 구하고(단계 c9), 좌우 어느 방향으로 장해물이 없는 공간이 존재하는지의 여부가 판정된다(단계 c10). 전방뿐만 아니라, 좌우 어디에나 장해물이 존재할 때는 그 자리에서 정지한다.

또한, 단계 c10에서 좌우 어느 방향으로 장해물이 없는 공간이 존재하는 것이 판정되면, 그 공간이 있는 방향으로 소정량 이동한다(단계 c11). 단계 c11은 도 11의 회피 행동(1)에 대응한다. 단계 c11에서 공간이 있는 방향으로 소정량 이동한 후에는 단계 c16으로 진행하고 정지하여야 할 위치까지 진행했는지의 여부가 판정되어 아직 정지하여야 할 위치까지 진행하고 있지 않을 때는 단계 c5로 되돌아간다.

단계 c5에서 진행 방향의 화상으로부터 거리를 계측한 후, 현재 회피 행동중이었을 때는(단계 c6) 단계 c12로 진행하고, 선회대를 좌우로 흔들어 비스듬한 전방에 대해서도 같은 식으로 거리를 구하여 회피 행동을 취하기 전의 진행 방향으로 장해물이 존재하는지의 여부가 판정되며(단계 c13), 그 방향으로 장해물이 있을 때는(도 11의 장해물 발견(2)에 대응) 회피 행동을 계속하면서 소정량 이동한다(단계 c15, 도 11의 회피 행동(2)에 대응). 한편, 회피 행동을 하기 전의 진행 방향으로 장해물이 존재하지 않았을 때는 경로를 당초의 경로로 복귀하도록 진행 방향을 수 정하여 소정량 이동한다(단계 c14, 도 11의 회피 행동 종료 ·경로 수정에 대응).

이상을 반복하면서, 정지해야 할 위치까지 진행한다(단계 c16).

한편, 본 실시예에서는 로봇의 동작 시퀀스를 각 장면으로 나눠 설명했지만 본 실시예의 로봇에서는 이들 동작이 복합적으로 이루어질 수도 있다. 다만, 본 발명은 이들 동작을 전부 복합적으로 실행하는 것이 반드시 필요하지는 않다.

Claims (13)

1. 전진, 후퇴 및 회전이 자유로운 로봇에 있어서,

   전진을 방해하는 장해물의 존재를 검출하는 센서;

   전진시에 상기 센서에 의해 장해물의 존재가 검출되는 것을 수신하면, 상기 장해물을 피하기 위하여 회전이 자유로운 위치까지 후퇴하는 장해물 회피 동작을 수행하게 하는 동작 제어부; 및

   기지국과의 사이에서 무선 통신을 하는 통신 단말로부터 상기 기지국으로 송신된 제어 데이터를 상기 기지국으로부터 무선으로 수신하는 통신부를 구비하고,

   상기 동작 제어부는, 상기 통신부에서 수신한 제어 데이터에 기초하여 동작하고, 상기 장해물 회피 동작에 대해서는 상기 통신부에서의 제어 데이터의 수신을 기다리지 않고 동작하는 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센서는 전방의 장해물과의 접촉을 검출하는 접촉 센서인 것을 특징으로 하는 로봇.
3. 제1항에 있어서,

   상기 센서는 전방 비스듬한 아래의 계측점까지의 거리를 계측하는 거리 센서인 것을 특징으로 하는 로봇.
4. 전진, 후퇴 및 회전이 자유로운 로봇에 있어서,

   전방의 장해물이, 타고 넘어갈 수 있는 소정 높이 이하 높이의 장해물인지, 타고 넘어갈 수 없는 상기 소정 높이를 초과하는 높이의 장해물인지를 검출하는 센서;

   전진시에 상기 센서에 의해 검출된 장해물의 높이가 상기 소정 높이 이하일 때는 전진을 속행시켜 상기 장해물을 타고 넘게 하고, 상기 센서에 의해 검출된 장해물의 높이가 상기 소정의 높이를 초과할 때는 후퇴 및 회전 중의 적어도 하나의 동작을 포함하는 장해물 회피 동작을 수행하게 하는 동작 제어부; 및

   기지국과의 사이에서 무선 통신을 하는 통신 단말로부터 상기 기지국으로 송신된 제어 데이터를 상기 기지국으로부터 무선으로 수신하는 통신부를 구비하고,

   상기 동작 제어부는, 상기 통신부에서 수신한 제어 데이터에 기초하여 동작하고, 상기 장해물 회피 동작에 대해서는 상기 통신부에서의 제어 데이터의 수신을 기다리지 않고 동작하는 것을 특징으로 하는 로봇.
5. 제4항에 있어서,

   상기 센서는 전진시에 상기 소정 높이 이하 높이의 장해물과의 접촉을 검출하는 제1 접촉 센서와, 상기 소정의 높이를 초과하는 높이의 장해물과의 접촉을 검출하는 제2 접촉 센서를 구비하고,

   제1 및 제2 접촉 센서 중 상기 제1 접촉 센서만으로 장해물이 검출되는 것으로서 상기 소정 높이 이하 높이의 장해물을 검출하고, 상기 제2 센서로 장해물이 검출되는 것으로서 상기 소정의 높이를 초과하는 높이의 장해물을 검출하는 것을 특징으로 하는 로봇.
6. 제5항에 있어서,

   상기 로봇은 상기 제1 및 제2 접촉 센서에 추가하여, 전방 비스듬한 아래의 계측점까지의 거리를 계측하는 거리 센서를 더 구비하고,

   상기 동작 제어부는 전진시 상기 거리 센서로 소정 거리 이하의 거리가 검출된 때에 전진 속도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 로봇.
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