비전

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12741(2023) 이 기사 인용

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청소는 이제 로봇이나 인공지능 등 첨단 기술로 넘어가는 인간 생활의 기본 일상 업무다. 진공청소기, 문지르기 등 다양한 청소 기능을 갖춘 다양한 바닥 청소 로봇이 개발되었습니다. 그러나 로봇이 호환되지 않는 먼지 유형을 청소하려고 하면 실패가 발생할 수 있습니다. 이러한 상황은 로봇의 효율성을 저하시킬 뿐만 아니라 로봇에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다. 따라서, 서로 다른 지역에서 수행되는 청소 작업을 분류하고 이를 각각의 세정제에 할당하는 효과적인 방법을 개발하는 것이 추세적인 연구 영역이 되었습니다. 이 기사에서는 YOLOv5 및 DeepSORT 알고리즘을 사용하여 먼지를 감지하고 분류하여 다양한 청소 요구 사항에 할당될 영역을 나타내는 먼지 분포 맵을 만드는 비전 기반 시스템을 제안합니다. 이 맵은 중단 없이 에너지 효율적인 작업을 달성하기 위해 각 청소 로봇을 해당 영역에 배포하기 위한 협업 청소 프레임워크에 유용합니다. 제안된 방법은 모든 모바일 로봇과 모든 표면 및 먼지에서 실행될 수 있으며 먼지 분포 맵의 먼지 표시에 대해 81.0%의 높은 정확도를 달성합니다.

청소는 일반적으로 주로 더럽고 열악한 환경에서 수행되는 단조로운 작업으로 간주됩니다1. 이는 위험한 물체 및 위치와 연관되거나 인간 노동에 누적된 외상 장애를 일으킬 수도 있습니다2. 청소는 생활 수준을 유지하는 데 필수적인 작업입니다. 따라서 최근에는 청소 로봇이 이 문제에 대한 이상적인 솔루션으로 선두에 서고 있습니다3. 지난 20년 동안 청소 로봇의 개발은 성능을 향상시키기 위해 자율성을 강화하는 데 중점을 두었습니다. 바닥4, 정면5, 수영장6, 환기 덕트7, 계단8을 청소하기 위해 많은 청소 로봇 장치가 개발되었습니다. 이 모든 로봇에는 각각의 청소 작업에 특별히 최적화된 고유한 메커니즘과 자율성 전략이 함께 제공됩니다.

그러나 건물 외벽, 배관, 환기 덕트, 하수관 청소 로봇은 아직 양산되지 않고 있다. 이러한 시스템은 청소할 표면이나 물체의 요구 사항과 형상에 특별히 최적화되어 있으며 주거 부문이 아닌 전문적인 환경에서만 사용됩니다3. 그러나 바닥 청소 로봇과 같은 장치는 상당한 수익을 창출하는 대중 시장을 창출했습니다. 청소 로봇의 세계 시장 가치는 2021년 83억 4천만 달러로, 연평균 성장률 22.7%9를 기록했습니다. 예를 들어, 가정용 진공 청소 로봇은 전 세계적으로 가장 널리 판매되는 로봇 시스템 중 하나입니다. 작동 범위10, 에너지 사용량11, 작동 시간12, 신뢰성 및 안전성13, 인간의 편안함14은 청소 로봇에서 널리 기대되는 기능입니다.

진공청소기, 문지르기, 물걸레질은 바닥 청소 로봇이 수행하는 별개의 작업입니다. 각 청소 작업에 적합한 로봇을 배치하면 효율성이 향상될 수 있습니다15. 다양한 청소 요구 사항을 해결하기 위해 진공 청소 로봇, 물걸레 로봇, 문지르기 로봇 등 다양한 로봇 간의 협력 작업을 가능하게 하는 프레임워크를 사용하여 청소 효율성을 높일 수 있습니다. 이러한 종류의 프레임워크를 이 문서의 범위에서는 협업 청소 프레임워크라고 합니다. 또한, 협업 청소 프레임워크는 특정 작업에 호환되지 않는 청소 로봇을 사용함으로써 로봇이나 환경에 대한 오류 및 잠재적 손상을 방지할 수 있습니다. 예를 들어, 액체를 흡수하려는 진공 청소 로봇이나 고체 먼지를 만나는 습식 청소 로봇은 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.

이와 관련하여, 이기종 청소 로봇 세트를 갖춘 협업 청소 프레임워크는 관심 환경의 각 위치에서 청소 요구 사항을 식별할 수 있어야 합니다. 이러한 필요성을 실현하기 위한 협업 청소 프레임워크로 검사 로봇의 역할을 도입할 수 있습니다. 여기서 검사 로봇은 각 영역의 청소 요구 사항을 식별하고 각 세척제를 식별된 위치로 안내하는 동시에 불필요한 적용을 방지하여 효율성과 신뢰성을 보장합니다. 예를 들어, 물걸레 로봇은 액체가 엎질러진 곳으로 보내지고, 진공 로봇은 먼지가 많은 곳으로 보내집니다. 이 전략은 효율적인 에너지 사용을 보장하고 액체로 인한 진공 로봇의 손상 가능성을 방지합니다. 이러한 종류의 검사 로봇은 단순한 설계로 에너지 소모가 적고, 환경을 검사할 수 있는 시스템만 갖춰야 한다. 그러나 이러한 종류의 개념은 아직 완전히 실현되지 않았으며 문헌에서는 몇 가지 지원 개념만 찾을 수 있습니다. 예를 들어, Ramalingam et al.16은 선택적 청소를 위해 로봇을 안내하는 폐쇄 회로 텔레비전(CCTV) 기반 시스템을 제안했습니다. 여기에서 먼지 위치와 인간 활동을 감지하고, 얼룩 청소를 위한 로봇의 최적 경로가 생성되어 효율성이 높아집니다. 그러나 시스템은 다양한 먼지 유형과 다양한 청소 기능을 갖춘 로봇 세트의 사용을 고려할 수 없습니다.