로봇 작업공간의 깊이 지도 생성을 위한 와이드 영역 3D 스캔 시스템 개발

Abstract

최근 몇 년 사이 인공지능 기술이 급격히 증가하였고, 협동로봇에 관한 연구는 인공지능 기술의 대표적인 적용 분야 중 하나이다. 인공지능 기술이 적용된 협동로봇은 주로 물체와 상호작용하는 작업공간에 배치된다. 작업공간에서 협동로봇은 인공지능 기술을 통해 물체의 위치를 파악할 수 있다. 이 과정에서 인공지능에게 전달하는 정보는 작업공간의 사진과 깊이지도 정보이다. 인공지능은 사진뿐만 아니라 깊이지도 정보를 함께 이용하기 때문에 물체가 어떤 종류인지 뿐만 아니라 어디에 있는지를 알 수 있다. 따라서 협동로봇은 정밀하고 넓은 영역의 깊이지도를 인공지능에게 넘겨줄 필요가 있다. 본 논문에서는 작업공간에서 와이드 영역의 깊이지도를 정밀하게 생성하는 스캔 시스템을 제안하였다. 기존의 정밀 스캔 시스템은 고정된 두 대의 카메라(혹은 1대의 프로젝터와 1대의 카메라)의 영역이 교차되는 좁은 영역에서만 깊이지도를 생성할 수 있는 문제를 갖고 있다. 또한 프로젝터를 사용한 경우 피사체와의 거리에 따른 선명도의 급격한 저하가 발생한다. 결국 특정 거리에서 좁은 영역만 스캔할 수 있다는 문제가 존재한다. 스캔 영역에 대한 문제는 광원을 회전시킴으로서 해결하였고, 거리에 따른 선명도의 저하는 광원의 유형을 프로젝터에서 라인 레이저(Line Laser)로 변경함으로서 해결하였다. 이 과정에서 물체의 3차원 정보 획득을 위해서 카메라와 모터 회전축 사이의 기하학적 관계를 정밀히 파악해야하는 문제가 발생하였다. 카메라와 모터 회전축 사이의 위치 관계를 파악하기 위해 원뿔(cone) 모델을 만들었고 이에 기반한 새로운 캘리브레이션(Calibration) 방법을 제안하였다. 제안한 캘리브레이션 방법을 검증하기 위해 시뮬레이션(Simulation) 및 실험을 진행하였다. 제안한 스캔 시스템과 기존의 스캔 시스템을 이용하여 물체를 스캔한 뒤, 성능을 비교하였다. 상용화 된 기존 스캔 시스템보다 65.2%의 정밀도가 개선되었음을 확인할 수 있었다.