2018.07.04

로봇 청소기는 집 안에서 어떻게 ‘길’을 찾을까?

Michael Ansaldo | TechHive
사람들이 “로봇 청소기 어때?”라고 물을 때는 일반적으로 청소기의 진공 성능보다는 로봇 요소에 대해 더 궁금해한다. 컴퓨터화된 이 청소기는 어떻게 지나간 곳과 지나가지 않은 곳을 파악할까? 어떻게 끝났는지 알 수 있을까? 어떤 로봇은 질서 정연하게 청소하는데 어떤 로봇은 제멋대로 움직이며 청소하는 이유는 무엇일까?

그 답은 그렇게 복잡하지 않다. 로봇 청소기가 집에서 길을 찾는 방법은 기본적으로 두가지다.

센서를 통한 ‘보기’
공간을 효과적으로 청소하기 위해 로봇은 자유롭게 이동하면서 장애물을 피해야 한다. 하지만 카메라가 탑재되어 있다 하더라도 인간과 보는 방식이 다르다. 대신에 다양한 센서를 이용해 장애물과 기타 위험을 감지하고 이동 거리를 측정하며 새로운 청소 영역을 찾는다. 이런 센서는 로봇이 대응하는 방식을 결정하는 프로그램이 구동되게 만든다. 로봇 진공 청소기가 사용하는 센서와 그 작동 방식은 제조사와 모델마다 다를 수 있지만 보편적인 것들이 있다.

장애물 센서 : 로봇 청소기의 관점에서 우리의 집은 의자 다리, 커피 테이블, 소파, 어질러진 장난감 등으로 구성된 장애물 코스다. 청소기의 충격 흡수 범퍼 위 또는 근처에 위치한 센서를 통해 속도를 줄이지 않고 이런 장애물을 빠져나갈 수 있다. 범퍼가 물체에 부딪히면 센서가 작동하고 로봇 청소기는 길을 찾을 때까지 돌아서 피해야 한다는 사실을 알고 있다. 선택하는 방향은 범퍼가 접촉하는 위치에 따라 결정된다. 예를 들어, 청소기 범퍼의 왼쪽이 물체와 부딪히면 물체가 왼쪽에 있다고 판단해 오른쪽으로 회전하는 것이 일반적이다.

로봇바크(RobotVac) 11과 같은 많은 로봇 청소기가 센서 입력에 반응해 움직인다.

하지만 물체를 우회하면 청소가 되지 않는 공간이 생길 수 있다. 이를 최소화하기 위해 일부 제조사들은 말 그대로 장애물에 대한 접근방식이 다르다. 예를 들어, 아이로봇 룸바는 장애물에 접근하면서 속도를 줄인다. 아이로봇의 제품 관리 책임자인 켄 베이지돌라는 “룸바의 장점은 장애물에 부드럽게 부딪힌다는 점이다. 커튼이나 침대 자락 같은 부르러운 물체는 밀고 지나갈 수 있기 때문이다. 그렇게 하면 더 많은 공간을 청소할 수 있다”고 설명했다.

절벽 센서 : 로봇 청소기에게는 아마도 계단이 가장 위험할 것이다. 굴러떨어지면 청소기도 고장 나고 그 경로에 있는 사람이 다칠 수 있다. 이 때문에 절벽 센서는 모든 로봇 청소기의 안전 요건이다. 표면을 향해 지속적으로 적외선 신호를 쏴서 바닥과의 거리를 측정한다. 신호가 즉시 반향되지 않으면 로봇은 계단이나 절벽에 도달했다고 판단하고 방향을 바꾼다.

니토 로보틱의 보트박 D7 커넥티드 로봇 청소기는 집안의 바닥 지도를 만들기 위해 레이다를 사용한다.

벽 센서 : 이름만 보면 벽 센서가 청소기의 충돌 회피에 도움이 될 것으로 생각할 수 있다. 하지만 그렇지 않다. 사실은 적외선 광을 사용해 벽을 감지함으로써 벽을 따라 이동하는 데 도움이 된다. 이를 통해 벽과 바닥이 만나는 모서리를 따라 청소할 수 있다. 무엇보다도 일반적인 진공 청소기와는 달리 벽에 부딪히거나 흠집을 내지 않고 이동할 수 있다. 지도 생성 기능이 있는 모델은 벽 센서를 통해서 청소기가 열린 문을 따라서 새로운 청소 영역을 찾는 데도 도움이 될 수 있다.

휠 센서 : 로봇 청소기는 광센서를 사용해 휠 회전을 측정한다. 이 수치와 휠 원주를 통해 이동 거리를 계산할 수 있다.

한때는 모든 로봇이 센서 탐색 방식을 사용했었다. 효과적이기는 하지만 특별히 효율적이지는 않기 때문에 현재는 대부분 제조사의 보급형 모델에만 제한된다. 이런 로봇 청소기는 센서 입력에 반응하기 때문에 공간 안에서 헤매다가 계획되지 않은 경로로 청소하는 경향이 있다. 모든 영역을 구석구석 청소하기 위해 공간 안에서 배터리 사용 시간이 허용하는 한 여러 경로를 따라 이동한다. 우리의 테스트에서는 청소 시간이 더 길어졌으며 공간이 큰 경우 영역별로 청소 수준에 차이가 있었다.

니토 보트박 D7 커넥티드가 청소 후에 그린 지도(아래)와 비교할 가정의 평면도다.


지도 생성의 마법
신형 고급 로봇 청소기에는 지도 생성 기술을 이용하는 자체 탐색 시스템이 포함되어 있다. 각 제조사는 저마다의 지도 생성 방식이 있지만, 현재 두 가지 방법을 중심으로 개발되고 있다.

하나는 탑재된 디지털 카메라를 사용해 벽, 천장, 출입구, 가구, 기타 지형지물의 사진을 촬영하는 것이다. 이 유형의 지도 생성 버전은 룸바의 900 시리즈와 삼성의 파워봇 등이다.

니토(Neato)의 보트박(Botvac) 시리즈 같은 청소기에 사용되는 다른 방법은 청소기 경로에서 물체까지의 거리를 측정하는 레이저 범위 센서(Light Detection And Ranging, LIDAR)다. 어쨌든 로봇 청소기는 수집한 데이터와 함께 다른 센서에서 얻은 정보를 조합해 초기 청소 중 공간의 지도를 점진적으로 생성한다.

니토 보트박 D7 커넥티드가 만든 지도는 실제 평면도와 놀라울 정도로 유사하다. 어두운 구역은 청소기가 닿지 않는 장농, 캐미넷, 낮은 가구 등이 있는 곳이다. 오렌지색 점은 현재 청소기의 위치와 독의 위치를 나타낸다.

지도 생성은 큰 이점이 있다. 평면도를 확보한 청소기는 공간 안에서 가장 효율적인 경로를 계획할 수 있기 때문에 지도를 생성하지 않는 로봇보다 더욱 질서 정연하게 이동할 수 있다. 또한, 지도 안에서 로봇 청소기가 스스로 위치를 파악해 지나온 곳과 지나갈 곳을 알 수 있다. 또한, 청소기 배터리가 작업량에 비해 부족한 경우 충전을 위해 독(dock)으로 복귀했다가 마지막 청소 지점으로 다시 찾아갈 수 있다. 이 모든 것을 통해 더욱 신속하고 꼼꼼하며 고른 청소가 가능하다.

지도 생성 탐색에는 사소한 단점들이 있다. 카메라 지도 생성 진공 청소기는 저도 환경에서 길을 잃을 수 있다. 어두운 색상의 벽은 LIDAR 모델의 레이저 신호를 방해할 수 있고, 바닥까지 닿는 거울 때문에 실제보다 공간이 큰 것으로 인식할 수 있다. 하지만 이런 문제는 지도 생성이 제공하는 이점에 비하면 작은 것이다.

항상 문제없이 길을 찾는 로봇 청소기는 없다. 때로는 코드나 낮은 소파 아래에 걸린 로봇을 빼 주어야 한다. 궁극적으로 로봇 청소기가 사용하는 탐색 방법은 최소한의 도움으로 공간을 청소할 수 있는 능력에 비해 만족도에 끼치는 영향이 적다. 하지만 다음번에 청소기의 탐색 능력에 의문이 든다면, 이상한 행동을 하는 이유가 있다는 점을 기억하길 바란다. editor@itworld.co.kr
 


2018.07.04

로봇 청소기는 집 안에서 어떻게 ‘길’을 찾을까?

Michael Ansaldo | TechHive
사람들이 “로봇 청소기 어때?”라고 물을 때는 일반적으로 청소기의 진공 성능보다는 로봇 요소에 대해 더 궁금해한다. 컴퓨터화된 이 청소기는 어떻게 지나간 곳과 지나가지 않은 곳을 파악할까? 어떻게 끝났는지 알 수 있을까? 어떤 로봇은 질서 정연하게 청소하는데 어떤 로봇은 제멋대로 움직이며 청소하는 이유는 무엇일까?

그 답은 그렇게 복잡하지 않다. 로봇 청소기가 집에서 길을 찾는 방법은 기본적으로 두가지다.

센서를 통한 ‘보기’
공간을 효과적으로 청소하기 위해 로봇은 자유롭게 이동하면서 장애물을 피해야 한다. 하지만 카메라가 탑재되어 있다 하더라도 인간과 보는 방식이 다르다. 대신에 다양한 센서를 이용해 장애물과 기타 위험을 감지하고 이동 거리를 측정하며 새로운 청소 영역을 찾는다. 이런 센서는 로봇이 대응하는 방식을 결정하는 프로그램이 구동되게 만든다. 로봇 진공 청소기가 사용하는 센서와 그 작동 방식은 제조사와 모델마다 다를 수 있지만 보편적인 것들이 있다.

장애물 센서 : 로봇 청소기의 관점에서 우리의 집은 의자 다리, 커피 테이블, 소파, 어질러진 장난감 등으로 구성된 장애물 코스다. 청소기의 충격 흡수 범퍼 위 또는 근처에 위치한 센서를 통해 속도를 줄이지 않고 이런 장애물을 빠져나갈 수 있다. 범퍼가 물체에 부딪히면 센서가 작동하고 로봇 청소기는 길을 찾을 때까지 돌아서 피해야 한다는 사실을 알고 있다. 선택하는 방향은 범퍼가 접촉하는 위치에 따라 결정된다. 예를 들어, 청소기 범퍼의 왼쪽이 물체와 부딪히면 물체가 왼쪽에 있다고 판단해 오른쪽으로 회전하는 것이 일반적이다.

로봇바크(RobotVac) 11과 같은 많은 로봇 청소기가 센서 입력에 반응해 움직인다.

하지만 물체를 우회하면 청소가 되지 않는 공간이 생길 수 있다. 이를 최소화하기 위해 일부 제조사들은 말 그대로 장애물에 대한 접근방식이 다르다. 예를 들어, 아이로봇 룸바는 장애물에 접근하면서 속도를 줄인다. 아이로봇의 제품 관리 책임자인 켄 베이지돌라는 “룸바의 장점은 장애물에 부드럽게 부딪힌다는 점이다. 커튼이나 침대 자락 같은 부르러운 물체는 밀고 지나갈 수 있기 때문이다. 그렇게 하면 더 많은 공간을 청소할 수 있다”고 설명했다.

절벽 센서 : 로봇 청소기에게는 아마도 계단이 가장 위험할 것이다. 굴러떨어지면 청소기도 고장 나고 그 경로에 있는 사람이 다칠 수 있다. 이 때문에 절벽 센서는 모든 로봇 청소기의 안전 요건이다. 표면을 향해 지속적으로 적외선 신호를 쏴서 바닥과의 거리를 측정한다. 신호가 즉시 반향되지 않으면 로봇은 계단이나 절벽에 도달했다고 판단하고 방향을 바꾼다.

니토 로보틱의 보트박 D7 커넥티드 로봇 청소기는 집안의 바닥 지도를 만들기 위해 레이다를 사용한다.

벽 센서 : 이름만 보면 벽 센서가 청소기의 충돌 회피에 도움이 될 것으로 생각할 수 있다. 하지만 그렇지 않다. 사실은 적외선 광을 사용해 벽을 감지함으로써 벽을 따라 이동하는 데 도움이 된다. 이를 통해 벽과 바닥이 만나는 모서리를 따라 청소할 수 있다. 무엇보다도 일반적인 진공 청소기와는 달리 벽에 부딪히거나 흠집을 내지 않고 이동할 수 있다. 지도 생성 기능이 있는 모델은 벽 센서를 통해서 청소기가 열린 문을 따라서 새로운 청소 영역을 찾는 데도 도움이 될 수 있다.

휠 센서 : 로봇 청소기는 광센서를 사용해 휠 회전을 측정한다. 이 수치와 휠 원주를 통해 이동 거리를 계산할 수 있다.

한때는 모든 로봇이 센서 탐색 방식을 사용했었다. 효과적이기는 하지만 특별히 효율적이지는 않기 때문에 현재는 대부분 제조사의 보급형 모델에만 제한된다. 이런 로봇 청소기는 센서 입력에 반응하기 때문에 공간 안에서 헤매다가 계획되지 않은 경로로 청소하는 경향이 있다. 모든 영역을 구석구석 청소하기 위해 공간 안에서 배터리 사용 시간이 허용하는 한 여러 경로를 따라 이동한다. 우리의 테스트에서는 청소 시간이 더 길어졌으며 공간이 큰 경우 영역별로 청소 수준에 차이가 있었다.

니토 보트박 D7 커넥티드가 청소 후에 그린 지도(아래)와 비교할 가정의 평면도다.


지도 생성의 마법
신형 고급 로봇 청소기에는 지도 생성 기술을 이용하는 자체 탐색 시스템이 포함되어 있다. 각 제조사는 저마다의 지도 생성 방식이 있지만, 현재 두 가지 방법을 중심으로 개발되고 있다.

하나는 탑재된 디지털 카메라를 사용해 벽, 천장, 출입구, 가구, 기타 지형지물의 사진을 촬영하는 것이다. 이 유형의 지도 생성 버전은 룸바의 900 시리즈와 삼성의 파워봇 등이다.

니토(Neato)의 보트박(Botvac) 시리즈 같은 청소기에 사용되는 다른 방법은 청소기 경로에서 물체까지의 거리를 측정하는 레이저 범위 센서(Light Detection And Ranging, LIDAR)다. 어쨌든 로봇 청소기는 수집한 데이터와 함께 다른 센서에서 얻은 정보를 조합해 초기 청소 중 공간의 지도를 점진적으로 생성한다.

니토 보트박 D7 커넥티드가 만든 지도는 실제 평면도와 놀라울 정도로 유사하다. 어두운 구역은 청소기가 닿지 않는 장농, 캐미넷, 낮은 가구 등이 있는 곳이다. 오렌지색 점은 현재 청소기의 위치와 독의 위치를 나타낸다.

지도 생성은 큰 이점이 있다. 평면도를 확보한 청소기는 공간 안에서 가장 효율적인 경로를 계획할 수 있기 때문에 지도를 생성하지 않는 로봇보다 더욱 질서 정연하게 이동할 수 있다. 또한, 지도 안에서 로봇 청소기가 스스로 위치를 파악해 지나온 곳과 지나갈 곳을 알 수 있다. 또한, 청소기 배터리가 작업량에 비해 부족한 경우 충전을 위해 독(dock)으로 복귀했다가 마지막 청소 지점으로 다시 찾아갈 수 있다. 이 모든 것을 통해 더욱 신속하고 꼼꼼하며 고른 청소가 가능하다.

지도 생성 탐색에는 사소한 단점들이 있다. 카메라 지도 생성 진공 청소기는 저도 환경에서 길을 잃을 수 있다. 어두운 색상의 벽은 LIDAR 모델의 레이저 신호를 방해할 수 있고, 바닥까지 닿는 거울 때문에 실제보다 공간이 큰 것으로 인식할 수 있다. 하지만 이런 문제는 지도 생성이 제공하는 이점에 비하면 작은 것이다.

항상 문제없이 길을 찾는 로봇 청소기는 없다. 때로는 코드나 낮은 소파 아래에 걸린 로봇을 빼 주어야 한다. 궁극적으로 로봇 청소기가 사용하는 탐색 방법은 최소한의 도움으로 공간을 청소할 수 있는 능력에 비해 만족도에 끼치는 영향이 적다. 하지만 다음번에 청소기의 탐색 능력에 의문이 든다면, 이상한 행동을 하는 이유가 있다는 점을 기억하길 바란다. editor@itworld.co.kr
 


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