로봇SW #6 로봇청소기는 어떻게 방 구석 구석 청소를 할 수 있나?

etainclub (78)in #kr • 7 years ago

이타인클럽입니다. 저는 지금 아래와 같은 도움 선순환 운동을 진행하고 있습니다. 많은 관심 부탁드립니다.

Help it Forward 운동

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오랜만에 로봇SW 포스팅입니다.

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이전글에서는 좀 무시무시한 것을 다뤘군요. 로봇과 인간이 전쟁을 해야한다는...
이번에는 좀 더 가벼운 주제를 다뤄 볼께요.

요즘은 그래도 로봇 청소기가 조금씩 쓰이고 있는 것 같습니다.

출처

거창하게도 Best Robot Cleaners for 2017 입니다. 혹시 이게 궁금하신가요? 그 결과는 포스팅 하단에 올려드릴께요.

로봇청소기의 강자는 iRobot사의 룸바이죠. 최근 전기자동차 개발을 선언한 Dyson의 360 Eye, 삼성전자의 파워봇, Neato Robotics의 Botvac. 이 외에도 국내 로봇 청속기 강자 LG의 로보킹이 있죠.

삼성전자에서 최근 로봇 청소기의 Star Wars 에디션을 내놨습니다.

출처

그럴싸합니다. 하나 가지고 싶어지네요.

이런 로봇 청소기는 어떻게 방 구석 구석 돌아다니며 알아서 청소를 할 수 있는 것일까요?

사실 여기에는 로봇 청소기 뿐만 아니라 이동 로봇들의 하이테크 기술이 들어가 있기 때문입니다. 그냥 기술 이름만 적어드릴테니 그냥 쉬익~ 넘어가셔도 됩니다.
Simultaneous Localization and Mapping (SLAM, 보통 '슬램'으로 발음) 입니다. 로봇이 위치 인식(Localization)도 하면서 동시에(Simultaneously) 방의 지도도 만듭니다.(Mapping)

로봇 청소기라고 해서 그 기술 수준이 결코 낮지 않습니다. 로봇 청소기에 사용되는 SLAM 기술은 크게 두가지로 나뉩니다. 최신 룸바, 360 Eye, 파워봇의 경우는 카메라를 이용하여 SLAM을 합니다.

Dyson 360 Eye 출처

삼성전자 Powerbot 출처

알고리듬을 간단히 설명드리면 다음과 같습니다.

카메라 기반 SLAM 알고리듬

로봇의 카메라가 천장이나 벽면의 특징이 되는 점들을 검출
특징점들을 (사용자 몰래) 로봇 청소기의 컴퓨터에 기록
1-2 과정을 반복하면서 기록된 특징점들이 보이면 이 점들을 이용하여 로봇의 위치를 계산

그럼 Neato Robotics의 로봇 청소기가 사용하는 Laser 센서 기반 SLAM 알고리듬은 다음과 같습니다.

Laser 기반 SLAM 알고리듬

로봇의 Laser 센서(보통 2D 라인 스캔 센서)의 출력값 획득
이 센서 출력값을 로봇 청소기의 컴퓨터에 기록. 이때는 특징점이라기 보다는 공간에 대한 정보임
1-2 과정을 반복하면서 기록된 공간 정보와 최근 Laser 센서 정보와 가장 잘 맞는 위치를 계산

이게 다입니다. 실제로는 매우 복잡한 수식 계산이 들어가지만, 이론적으로는 이렇게 간단하게 표현할 수 있습니다.

그런데 말입니다. 그럼 지도, Map이란건 뭐죠? 사실 로봇들은 사용자에게 아래와 같은 지도를 만들어서 보여줍니다.

카메라 기반 SLAM을 적용한 로봇들은 별도의 거리 센서를 탑재하고 있어서, SLAM에서 계산된 위치에서 거리 센서값으로 공간의 형태를 기록합니다. 바로 위 그림과 같은 지도가 그려지는 것이지요.

반면, Laser 기반 SLAM을 적용한 로봇들은 SLAM을 하면서 저절로 위와 같은 지도가 생성되게 됩니다.

이렇게 공간의 형태를 기록한 지도가 생성되면, 그 다음부터 로봇은 지도 상의 어느 곳이든 맘대로 다닐 수가 있게 됩니다. 위 동영상처럼 지나간 영역과 지나가지 않은 영역도 구별할 수가 있게 되죠. 또 방 구석 구석까지 가서 청소를 할 수 있게 되는 것입니다.

로봇 청소기는 만든 공간 지도를 이용하여 방을 구석 구석 청소합니다.

간단히 로봇 청소기의 SLAM 기술과 구석 구석 청소 원리를 알아봤습니다.

자, 그럼 서두에 올린 올해 2017년 최고의 로봇 청소기는 바로~~~~
(순위는 조사업체마다 다릅니다.)

iRobot사의 신형 룸바입니다. 그동안 룸바는 SLAM 기술을 적용하지 않고 임의적으로 방을 돌아다니게 했는데요. 그렇게 해서도 압도적 시장 점유율 1위를 달성했는데, 신형 룸바는 카메라 기반 SLAM 기술을 탑재했습니다. 더욱 똑똑해 진 것이죠. 그동안의 브랜드 밸류와 똑똑함까지 갖췄으니 더욱 점유율을 높여 갈까요? 그건 모르겠습니다. 샤오미가 저렴하고 똑똑한 로봇 청소기를 발매했거든요.

이상 간단하게 로봇 청소기의 위치 인식 및 공간 맵핑 알고리듬을 알아봤습니다. 유익하셨나요? 로봇 청소기 사실 때 한 번쯤 참고가 되면 좋겠네요~

오늘의 실습: 로봇 청소기가 특징점을 검출하여 컴퓨터에 기록할 때, 무엇이 같이 기록되어야 할까요? 또 그것은 어떻게 계산될 수 있을까요?

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