시각장애인을 위한 도우미로봇{Assistance Robot for Visually impaired}

도 1은 본 발명에 따른 도우미로봇의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 도우미로봇의 작동상태를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 맵빌딩부 20 : 구동부

30 : 인식수단 40 : 입력수단

41 : 터치센서 42 : 음성인식모듈

50 : 시간관리부 60 : 대화수단

70 : 무선통신모듈 80 : 제어부

90 : 메모리부 100 : 도우미로봇

본 발명은 자율주행가능하며 시각장애인의 다양한 요구를 도와줄 수 있는 시각장애인을 위한 도우미로봇에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 가정 또는 사무실 환경 내에서 장소의 위치를 인식하며 자율주행이 가능함과 동시에 사용자 또는 침 입자 여부를 인식하여 판단하고 대화수단을 통해 일정 의사소통이 가능하며 무선통신모듈을 구비하여 사용자의 요구 또는 긴급상황 발생시 외부단말기 또는 외부서버에 메시지를 송출하도록 구성함으로써 시각장애인이 시력 상실에 따른 불편을 덜어 줄 수 있는 시각장애인을 위한 도우미로봇에 관한 것이다.

일반적으로 시각장애인 또는 시력이 아주 약한 사람의 경우 가정 또는 사무실 환경 내에서 일상적인 활동 및 생활을 영위하기 위해서는 상당한 불편이 따른다.

자주 생활하는 공간이라 어느 정도 익숙한 부분은 생기더라도 외부인이 침입하거나 장애물 등이 놓여진 경우 적절히 대처하기 힘들다.

물론 이러한 문제점을 개선하도록 안내견이 등장하였으나, 주인과의 의사소통에 한계가 있음에 따라 시각장애인의 불편을 해소하는데에는 한계가 있다.

따라서 이러한 시각장애인을 위해 일정한 의사소통이 가능하며 다양한 보조 기능을 수행할 수 있는 도우미로봇의 제안이 필요하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 가정 또는 사무실 환경 내에서 장소의 위치를 인식하며 자율주행이 가능함과 동시에 사용자 또는 침입자 여부를 인식하여 판단하고 대화수단을 통해 일정 의사소통이 가능하며 무선통신모듈을 구비하여 사용자의 요구 또는 긴급상황 발생시 외부단말기 또는 외부서버에 메시지를 송출하도록 구성함으로써 시각장애인이 시력 상실에 따른 불편을 덜어 줄 수 있는 도우미로봇을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 시각장애인을 위한 도우미로봇에 있어서, 상기 도우미로봇은 자신의 위치 및 특정 장소의 위치를 인식하여 등록하는 맵빌딩부와; 상기 맵빌딩부에 의해 등록된 일정 위치로 이동하되 이동 방향의 장애물을 감지하는 장애물감지수단을 포함하여 이루어지는 구동부와; 특정 장소 내에 등록된 사용자 정보를 통해 침입자 여부를 판단하는 인식수단과; 사용자로부터 설정정보 또는 명령정보를 입력받는 입력수단과; 타이머가 내장되어 설정된 시간을 체크하여 이를 알려주는 시간관리부와; 상기 사용자 또는 제 3자와 대화를 실행하는 대화수단과; 외부서버 또는 외부단말기와 통신가능하도록 탑재되는 무선통신모듈과; 상기 맵빌딩부와 구동부를 제어하며 입력수단 및 시간관리부를 통해 생성되는 입력이벤트 및 시간이벤트를 전송받아 이와 대응되는 명령정보를 메모리부로부터 호출하여 이를 수행하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 입력수단은 로봇 외측 일정 지점에 설치되어 외부로부터의 접촉을 감지하는 터치센서 또는 로봇 내측에 장착되어 외부로부터 인지되는 음성신호를 인식하는 음성인식모듈이며, 상기 입력이벤트는 터치센서에 의해 감지되어 생성되는 터치이벤트 또는 음성인식모듈에 의해 입력되어 생성되는 음성이벤트이다.

또한 상기 제어부는 메모리부로부터 다수개의 컨텐츠 기능 중 입력되는 입력이벤트 또는 시간이벤트에 따라 특정 컨텐츠를 실행하되, 상기 컨텐츠 기능은 설정한 시간이 되면 이를 사용자에게 알려주는 알람기능과, 사용자의 음성메시지를 저 장하여 이를 무선통신모듈을 통해 외부서버 또는 외부단말기로 전송하는 메시지 송출기능과, 외부인이 가정 또는 사무실 공간 내로 진입하면 저장된 가족의 얼굴정보와 비교하여 침입자 여부를 판단하는 기능과, 로봇이 근접 랜드마크 정보를 요청하여 현재 위치하는 곳을 알려주고 이동하고자 하는 지정장소를 안내하는 네비게이션 기능을 포함하고 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 도우미로봇을 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 도우미로봇의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이며, 도 2는 본 발명에 따른 도우미로봇의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 도우미로봇(100)은 크게 자신의 위치 및 특정 장소의 위치를 인식하여 등록하는 맵빌딩부(10)와, 상기 맵빌딩부(10)에 의해 등록된 일정 위치로 이동하되 이동 방향의 장애물을 감지하는 장애물감지수단을 포함하여 이루어지는 구동부(20)와, 특정 장소 내에 설정된 사용자정보를 통해 사용자 또는 침입자 여부를 판단하는 인식수단(30)과, 사용자로부터 설정정보 또는 명령정보를 입력받는 입력수단(40)과, 타이머가 내장되어 설정된 시간을 체크하여 이를 알려주는 시간관리부(50)와, 상기 사용자 또는 제 3자에게 대화를 실행하는 대화수단(60)과, 외부서버 또는 외부단말기와 통신가능하도록 탑재되는 무선통신모듈(70)과, 상기 맵빌딩부(10)와 구동부(20)를 제어하여 특정위치로 주행하며 입력수단(40) 및 시간관리부(50)를 통해 생성되는 입력이벤트 및 시간이벤트를 전송받아 이와 대응되는 명령정보를 메모리부(90)로부터 호출하여 이를 수행하는 제어 부(80)로 이루어진다.

여기서 상기 맵빌딩부(10)는 로봇 자신의 위치 및 특정 장소의 위치를 인식하여 등록하는 기능을 하는데, 이에 따라 도우미로봇(100)이 자신의 위치와 목적 위치 간의 상대적인 방향과 거리를 계산하여 이를 토대로 이동할 수 있게 된다.

상기 맵빌딩부(10)에 의한 맵빌딩은 일정 공간 내에 자율 이동에 따라 스스로 공간 내에 표식을 통해 설정할 수 있으며, 사용자에 의해 설치시 일정 위치를 등록하여 설정할 수도 있다.

예를 들어, 주택의 경우 사용자가 위치할 수 있는 장소, 즉 방1, 방2, 거실, 주방, 화장실, 베란다 등의 특정 위치에 표식(Patch)를 부착하고, 로봇에 위치를 등록 (Landmark)하면 도우미 로봇(100)이 위치인식기를 통하여 근접 랜드마크를 요청하여 현재 자신의 위치를 알 수 있게 된다.

또한 현재위치와 이동하고자 하는 특정위치 간의 거리 및 방향 정보가 저장되어 있으므로 이를 통해 명령수행을 위한 주행 또는 이동이 가능하게 된다.

아울러 사용자에 의한 맵빌딩 설치시 장소의 위치 등록은 도우미로봇(100)의 음성통신모듈(42) 또는 터치센서(41)에 의해 입력될 수 있으며, 가족과 같은 제 3자가 입력하기 용이하도록 별도의 터치스크린이나 키입력부 등이 구비될 수 있다.

이러한 터치스크린이나 키입력부 등은 명령정보 입력 또는 설정정보 입력, 사용자정보, 제 3자 정보 등 도우미로봇이 후술될 다양한 컨텐츠 기능을 수행하기 위한 기본 정보 입력을 제 3자가 입력해 줄 수 있도록 해준다.

한편 자율적 주행을 위해 구비되는 구동부(20)는 주행모터에 의해 동작되는 주행바퀴를 포함하며, 상기 주행바퀴를 연결하는 두 축 사이에 상하로 움직임을 자유롭게 완충할 수 있는 서스펜션이 형성되어 주행바퀴가 상하로 유동하도록 구성된다.

또한 전면과 후면에 복수로 지지하는 지지바퀴를 더 형성되고, 주행바퀴의 상태를 감지하도록 상부에 접촉센서를 구비하도록 구성된다.

이에 따라 본 발명에 따른 도우미로봇(100)은 특정 목적 위치로 이동하는 경우 장애물 및 문턱, 함몰지형과 같은 위험지형을 회피하여 주행하되 주행이 불가능한 지형은 회피하여 주행하고 요철이 있는 지형은 주행바퀴의 서스펜션의 완충력으로 지형을 극복하면서 주행함으로써 목적하는 위치로 이동할 수 있게 된다.

아울러 상기 인식수단(30)은 특정 장소 내에 위치하는 사용자 또는 제 3자를 감지하여 이를 메모리부(90)에 저장된 사용자정보, 제 3자정보와 비교하여 현재 감지되는 사람이 사용자, 가족, 기타 설정된 제 3자 또는 침입자 여부를 판단하도록 해준다.

물론 상기 인식수단(30)은 도우미로봇(100) 외측에 장착되는 카메라를 통한 얼굴감지 또는 지문인식기를 통한 지문감지 등 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 인식수단(30)을 통한 결과데이터가 제어부(80)로 전송되어 제어부(80)가 메모리부(90)의 정보를 호출하여 판단하게 된다.

또한 후술될 다양한 컨텐츠 기능을 수행하기 위해 사용자를 추적하여 인식수단(30)을 통해 사용자임을 인식하여야 다음 프로세싱이 가능하게 된다.

한편 입력수단(40)은 사용자로부터 설정정보 또는 명령정보를 입력받기 위해 마련되는데, 상기 입력수단(40)으로는 도우미로봇(100)이 시각장애인을 위해 개발된 것이므로 터치센서(41) 또는 음성인식모듈(42)인 것이 바람직하다.

상기 터치센서(41)는 외부로부터의 접촉을 인식하여 이를 제어부(80)에 전송하며 설정에 따라 접촉되는 도우미로봇(100)의 부위나 접촉횟수, 접촉강도 등의 매개변수를 통해 사용자의 입력정보를 전달받는다.

또한 상기 음성인식모듈(42)은 사용자 또는 제 3자의 음성신호를 음성인식 프로그램을 통해 음성신호를 음성데이터로 변환, 해석하여 사용자의 명령정보를 수행할 수 있도록 해준다.

이러한 상기 터치센서(41) 또는 음성인식모듈(42)는 외부로부터의 자극에 의해 각각 터치이벤트 및 음성이벤트를 생성하여 이를 제어부(80)로 전송하며 제어부(80)는 이를 설정된 프로그램에 따라 수행하게 된다.

이러한 상기 설정 프로그램은 컨텐츠에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 컨텐츠는 설정한 시간이 되면 이를 사용자에게 알려주는 알람기능과, 사용자의 음성메시지를 저장하여 이를 무선통신모듈을 통해 외부서버 또는 외부단말기로 전송하는 메시지 송출기능과, 제 3자가 가정 또는 사무실 공간 내로 침입하면 미리 등록된 가족의 정보와 비교하여 판단하는 인식기능과, 현재 사용자와 도우미로봇이 위치하는 곳을 알려주고 이동하고자 하는 지정장소를 안내하는 네비게이션 기능 등이 있다.

한편 상기 시간관리부(50)는 사용자 또는 제 3자에 의해 설정된 시간이 도달했음을 알려주기 위해 시간을 체크한다.

예를 들면 기상 시간, 취침 시간, 식사 시간, 공부 시간, 약속 시간 등의 도달을 이전에 사용자 또는 제 3자의 설정에 따라 확인하여 별도의 알람장치를 통해 벨을 울리거나 시간이 도달했음을 제어부(80)로 전송하여 제어부(80)에 의해 사용자를 추적, 직접 사용자에게 알려주도록 구성할 수 있다.

이러한 구성은 전술한 도우미로봇(100)의 컨텐츠 기능 중 하나인 알람기능에 해당될 것이다.

한편 대화수단(60)은 도우미로봇(100)에 장착된 스피커 등의 출력수단을 통해 사용자의 명령정보 입력을 유도하거나 입력된 사용자의 명령정보를 확인하거나 추가적으로 필요한 세부 명령정보 입력을 요구하기 위해 사용자에게 필요한 음성신호를 출력한다.

이를 위한 대화수단(60)에는 음성인식모듈(42)이 연동될 수 있는데, 예를 들면 도우미로봇(100)이 네비게이션 기능을 수행 중일 때 사용자에게 "어디로 가시겠습니까" 라고 출력하고, 사용자가 "큰방"이라고 말했을 경우 음성인식모듈(42)을 통해 "큰방"이라는 음성신호를 음성데이터로 변환하여 이를 인식하여야 할 필요가 있다.

이에 따라 대화수단(60)은 확인을 위해 "그럼 큰방으로 가겠습니다. 저를 따라 오세요"라고 출력하게 된다.

이러한 대화수단(60)은 각 컨텐츠 기능에 따라 제어부(80)에 의해 제어되어 출력수단을 통해 수행되며, 이에 대한 구체적 예시는 후술될 다양한 컨텐츠 기능에서 설명될 것이다.

한편 상기 무선통신모듈(70)은 외부서버 또는 외부단말기와 데이터 통신가능하도록 마련되는데, 이와 같은 무선통신모듈(70)로는 무선랜 방식 또는 RFID, Zigbee 통신모듈 등이 적용될 수 있다.

이에 따라 전술한 컨텐츠 기능 중 사용자의 음성메시지를 전달하고자 하는 사람에게 전송하는 메시지 송출기능을 수행 가능하도록 한다.

이는 도우미로봇(100)이 사용자의 음성신호를 메모리 하는 단말기로 전송하는 메시지 송출가능하게 되는데, 이러한 단말기로는 컴퓨터, PDA, 휴대용 전화기 등이 될 수 있다.

상기 제어부(80)는 전술한 각 수단 및 각 부를 통합하여 본 도우미로봇(100)의 기능을 수행할 수 있도록 제어하는데, 컨텐츠 기능에 따라 메모리부(90)에 저장된 실행 프로그램을 호출하여 맵빌딩부(10), 구동부(20), 인식수단(30), 입력수단(40), 시간관리부(50), 대화수단(60) 및 무선통신모듈(70)로부터 특정 데이터를 전송받거나 제어신호를 송출하여 목적 태스크를 수행할 수 있도록 구성된다.

전술한 각 컨텐츠 기능에 따라 본 발명의 도우미로봇(100)이 작동하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

- 알람기능

상기 알람기능 컨텐츠는 입력수단(40)을 통해 알람시간이 입력되고, 알람기능의 수행시작을 설정하면 시간관리부(50)에서 설정된 시간이 도달했는지 여부를 계속하여 체크하고 도달된 경우 이를 제어부(80)에 알리게 된다.

제어부(80)는 알람시간의 목적에 따라 예를 들면, 기상시간인 경우 사용자를 추적하도록 맵빌딩부(10), 구동부(20) 및 인식수단(30)을 제어하여 동작시키며 사용자를 추적, 인식이 되었다면 접근하여 대화수단(60)을 동작시켜 "일어나세요 아침 7시에요" 라고 음성신호를 출력한다.

계속하여 사용자의 응답이 있을 때까지 출력하다가 사용자가 "알았어" 또는 "그만해" 등의 알람기능 종료 명령이 입력되면 알람기능은 종료된다.

물론 다수개의 알람기능이 설정된 경우 수행된 어느 하나의 알람기능만 종료될 것이다.

- 메시지 송출기능

상기 메시지 송출기능 컨텐츠는 입력수단(40)을 통해 사용자가 메시지 송출기능을 선택하면 제어부(80)는 마이크 등의 음성입력부를 통해 사용자의 음성메시지를 메모리부(90)에 저장한다.

물론 상기 음성입력부는 음성인식모듈(42)로 대체될 수 있으며, 상기 메모리부(90)에 저장된 음성데이터는 A/D변환기 등을 통해 데이터 형태로 저장된다.

제어부(80)는 상기 저장된 음성데이터를 무선통신모듈(70)을 통해 지정된 단말기 또는 서버로 전송한다.

상기 지정된 단말기 정보 및 서버 정보는 이전에 사용자 또는 제 3자에 의해 설정되거나 메시지 송출기능을 선택하여 음성녹음시 설정되도록 구성할 수 있다.

아울러 이와 반대로 외부로부터 도우미로봇(100)에게 송출되는 음성메시지 및 단문메시지를 전송받아 이를 사용자를 추적하여 전달하도록 구성될 수 있음은 물론이다.

- 외부 침입자 인식기능

상기 침입자 인식기능은 사용자가 입력수단(40)을 통해 방범모드기능을 선택하면 제어부(80)는 외부로부터 가정 환경 내 또는 사무실 환경 내로 접근하는 제 3자의 얼굴 또는 지문 등의 생체정보를 카메라 또는 지문인식기 등의 감지수단을 동작시켜 결과데이터를 생성하며 이를 메모리부(90)에 저장된 사용자 정보 및 제 3자 정보와 비교하여 사용자, 가족 또는 허락된 방문자와 같이 환경 내로 접근을 허용할 수 있는 사람인지 아니면 환경 내로 접근을 방지하여야 할 사람인지 판별한다.

이에 따라 접근을 허용할 수 있는 사람의 경우 제어부(80)는 대화수단(60)을 통해 "안녕하세요, 홍길동님. 어서오세요" 라고 음성신호를 출력하고, 미 등록된 얼굴의 사용자라면 알람 또는 음성신호를 출력하고 필요에 따라서는 외부단말기 또는 외부서버로 긴급 위험신호를 송출할 수 있다.

- 네비게이션 기능

상기 네비게이션 기능 켄텐츠는 사용자가 입력수단(40)을 통해 선택하면 제어부(80)는 대화수단(60)을 통해 "어디로 가시겠습니까" 라고 출력하고, 사용자가 "큰방"이라고 말했을 경우 음성인식모듈(42)을 통해 "큰방"이라는 음성신호를 음성데이터로 변환하여 이를 인식한다.

그런 다음 제어부(80)는 맵빌딩부(10)와 구동부(20)를 로딩함과 동시에 대화수단(60)으로 확인을 위해 "그럼 큰방으로 가겠습니다. 저를 따라 오세요"라고 음성신호를 출력한다.

이에 따라 맵빌딩부(10)에 의해 목적지점의 방향과 거리를 계산하여 구동부(20)를 통해 장애물을 회피하면서 목적지점에 도달하면 이를 사용자에 알리기 위해 제어부(80)는 대화수단(60)을 통해 "도착하였습니다" 라고 음성신호를 출력한다.

본 발명은 전술한 컨텐츠 기능 외에 다른 컨텐츠를 적용하여 도우미로봇(100)의 기능을 수행하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 술기 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상기에서 기술된 바와 같이 본 발명은 가정 또는 사무실 환경 내의 장소의 위치를 인식하며 자율주행이 가능함과 동시에 사용자를 인식하고 대화수단을 통해 일정 의사소통이 가능하며 무선통신모듈을 구비하여 사용자의 요구 또는 긴급상황 발생시 외부단말기 또는 외부서버에 메시지를 송출하도록 구성함으로써 시각장애인 이 시력 상실에 따른 불편을 덜어 줄 수 있다.

또한 다양한 컨텐츠 적용이 가능하여 도우미로봇의 기능을 보다 확장가능한 효과가 있다.