로봇 시스템에 적용될 음원 위치 추정 방법에 관한 연구

Abstract

인간과 상호작용하는 로봇은 주로 시각 정보를 이용하여 외부의 정보를 습득하고 분석한다. 하지만 시각 정보만을 이용할 경우에는 인지할 수 있는 정보와 영역의 제한으로 인해 인간과의 상호작용을 원활하게 수행하기 어렵다. 따라서 최근에는 청각 정보를 추가적으로 활용하여 로봇의 인식 능력을 높이려는 연구가 진행 중에 있다. 이는 청각 정보의 데이터 처리가 시각 정보의 그것보다 시간적으로나 다룰 수 있는 공간적인 면에서 더욱 효율적이기 때문이다. 또, 전적으로 시각 정보만을 이용하기 보다는 인간과 같이 시각과 청각을 동시에 사용함으로써 인식 능력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 좀 더 인간적인 로봇을 구현할 수 있기 때문이다. 청각의 여러 기능 중에서 소리가 발생한 위치를 인식하는 음원 위치 추정방법에 대한 연구가 최근에 로봇 시스템에 적용을 위해 활발히 진행되고 있다. 또 이를 간단한 신호처리용 SoC로 구현하기 위해서 적은 계산량과 데이터베이스를 가지면서, 여러 플랫폼에 쉽게 이식할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다. 기존의 로봇 시스템에 적용된 음원 위치 추정방법들(머리전달함수를 이용한 음원 위치 추정방법, 빔포밍을 이용한 방법)은 이런 요구를 만족시키지 못하기 때문에, 위의 목적에 맞는 음원 위치 추정방법을 제안하게 되었다. 본 연구에서는 적은 계산량과 쉬운 이식성을 만족시키기 위해서 도달시간지연을 이용한 음원 위치 추정방법을 주된 방법으로 정하고, 이 방법의 문제점인 마이크로폰이 설치된 로봇 플랫폼의 영향을 고려할 수 없다는 점을 개선하기 위해서 적은 데이터베이스만을 필요로 하는 보상법을 제안하였다. 뿐만 아니라 실제환경에서의 적용을 위해 도달시간지연을 이용한 음원 위치 추정방법에 영향을 미치는 요인들에 대해 분석해보고 최적의 조건들을 제시하였다. 제안한 음원 위치 추정방법은 구형플랫폼을 이용한 모의실험과 실제 로봇 플랫폼을 이용한 실험을 통해 그 성능을 검증하였으며, 실제 로봇 시스템에 구현하여 실시간 동작이 가능하도록 하였다.