KR20080001002A - Robot cleaner system and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기 시스템을 나타낸 사시도.1 is a perspective view showing a robot cleaner system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 나타낸 로봇 청소기 시스템의 제어 계통을 나타낸 블록도.FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the robot cleaner system shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템에서 도플러 쉬프트 효과를 이용한 방향 검출 원리를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the principle of direction detection using the Doppler shift effect in the robot cleaner system according to the present invention.
도 4는 하나의 회전하는 안테나에 있어서 시간에 대한 주파수의 변화를 나타낸 그래프.4 is a graph showing a change in frequency with respect to time in one rotating antenna.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기가 정지 상태일 때 도플러 쉬프트 효과의 관측을 통한 방향 검출을 설명하기 위한 도면.5 is a view for explaining the direction detection through the observation of the Doppler shift effect when the robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기가 이동하는 동안 도플러 쉬프트 효과의 관측을 통한 방향 검출을 설명하기 위한 도면.6 is a view for explaining the direction detection through the observation of the Doppler shift effect while the robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기 시스템의 제어 방법을 나타낸 순서도.7 is a flowchart illustrating a control method of a robot cleaner system according to an exemplary embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings
100 : 로봇 청소기100: robot cleaner
102 : 도킹 스테이션102: docking station
150 : 발신부150: transmitter
160 : 수신부160: receiver
160a-160d : 안테나160a-160d: Antenna
160e : 회전체160e: rotating body
본 발명은 로봇 청소기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 청소하고자 하는 구역을 자율적으로 이동하며 자동 청소를 수행하는 로봇 청소기의 이동 및/또는 위치 제어에 관한 것이다.The present invention relates to a robot cleaner system and a control method thereof, and more particularly, to a movement and / or position control of a robot cleaner that autonomously moves an area to be cleaned and performs automatic cleaning.
로봇 청소기는 사용자의 조작 없이 일정 범위의 작업 영역을 스스로 주행하면서 바닥 면으로부터 먼지, 이물질 등을 흡입하는 청소 작업을 수행하는 장치를 말한다. 로봇 청소기는 센서 또는 카메라를 통해 집 안이나 사무실과 같은 작업 영역 내에 설치된 가구, 사무 용품, 벽과 같은 장애물까지의 거리를 판별하고, 판별된 정보를 이용하여 장애물과 충돌하지 않도록 주행하면서 지시된 작업을 수행한다.The robot cleaner refers to a device that performs a cleaning operation of sucking dust, foreign substances, etc. from the floor surface while traveling by itself in a certain range of working areas without a user's manipulation. The robot cleaner uses sensors or cameras to determine the distance to obstacles such as furniture, office supplies, and walls installed in a work area such as a home or an office, and uses the determined information to drive the robot cleaner so that it does not collide with the obstacle. Do this.
로봇 청소기가 청소하고자 하는 구역을 자율적으로 이동하며 자동 청소를 수행하다가 구역 내의 특정 위치로 이동해야 하는 경우, 종래에는 특정 위치에 설정된 RF(Radio Frequency) 신호 발생 장치로부터 발생되는 RF 신호의 감지를 통해 RF 신호 발생 장치의 설치 위치를 검출하여 그 방향으로 로봇 청소기의 이동하거나, 카메라를 통해 구역 내의 전체 영상을 획득하고 그 영상을 분석하여 로봇 청소기의 이동 및/또는 위치 제어를 수행하였다.When the robot cleaner autonomously moves the area to be cleaned and performs automatic cleaning, and needs to move to a specific location within the area, conventionally, the robot cleaner detects an RF signal generated from a radio frequency (RF) signal generator set at a specific location. The installation position of the RF signal generator was detected and the robot cleaner was moved in the direction, or the entire image in the area was acquired through the camera, and the image was analyzed to perform the movement and / or position control of the robot cleaner.
그러나 RF 신호의 검출을 이용하는 경우, RF 신호의 전달 거리가 비교적 짧고 장애물에 의한 수신 감도의 감소가 커서 청소할 구역이 넓거나 복잡한 구조일 때에는 적합하지 않으며, 카메라를 이용하는 경우에는 고가의 카메라 설치와 영상 분석을 위한 복잡한 알고리즘의 소프트웨어가 요구되어 이에 따른 높은 비용 발생이 초래된다.However, when the detection of the RF signal is used, the transmission distance of the RF signal is relatively short and the reception sensitivity decreases due to obstacles, which is not suitable when the area to be cleaned is large or complicated structure. Software of complex algorithms for analysis is required, resulting in high cost.
본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템 및 그 제어 방법은, 생산 비용을 낮추고 감지 거리를 향상시키며, 보다 정확한 로봇 청소기의 이동 및 위치 제어가 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.The robot cleaner system and control method thereof according to the present invention have the purpose of lowering the production cost, improving the sensing distance, and enabling more accurate movement and position control of the robot cleaner.
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템은, 로봇 청소기와; 스테이션을 포함하고; 로봇 청소기와 스테이션 가운데 어느 하나가 미리 설정된 주파수의 신호를 발신하고 다른 하나가 신호를 수신하면서 신호를 수신하는 수신 측에서 관측되는 도플러 쉬프트 효과에 근거하여 신호를 발신하는 발신 측이 위치하고 있는 방향을 검출한다.Robot cleaner system according to the present invention for this purpose, the robot cleaner; A station; The robot cleaner and the station either transmit a signal having a preset frequency and the other detects the direction in which the sender is transmitting the signal based on the Doppler shift effect observed at the receiver receiving the signal. do.
또한, 상술한 스테이션은 미리 설정된 주파수의 신호를 발신하는 발신부를 더 포함하고; 로봇 청소기는 스테이션의 발신부로부터 발신되는 신호를 수신하면서 수신되는 신호의 도플러 쉬프트 효과를 관측할 수 있도록 이동 가능하게 설치되는 수신부를 더 포함하며; 수신부에서 관측되는 도플러 쉬프트 효과에 근거하여 스테이션이 위치하고 있는 방향을 검출한다.In addition, the aforementioned station further includes a transmitter for transmitting a signal of a preset frequency; The robot cleaner further includes a receiver that is movably installed to observe the Doppler shift effect of the received signal while receiving a signal transmitted from the transmitter of the station; The direction in which the station is located is detected based on the Doppler shift effect observed at the receiver.
또한, 상술한 수신부는, 스테이션으로부터 발신되는 신호를 수신하기 위한 안테나를 더 포함한다.The receiver further includes an antenna for receiving a signal transmitted from the station.
또한, 상술한 수신부의 이동은 로봇 청소기가 정지 상태에서 자전함으로써 수신부의 안테나가 로봇 청소기의 자전 궤도를 따라 이동하는 것이다.In addition, the above-described movement of the receiver is such that the antenna of the receiver moves along the rotation trajectory of the robot cleaner by rotating the robot cleaner in a stopped state.
또한, 상술한 수신부는, 안테나가 고정 설치되고, 로봇 청소기에 자전 가능하도록 마련되는 회전체를 더 포함하며; 수신부의 이동은, 회전체의 자전에 의해 수신부의 안테나가 회전체의 자전 궤도를 따라 이동하는 것이다.In addition, the above-mentioned receiving unit further includes a rotating body fixed to the antenna, provided to be rotated to the robot cleaner; The movement of the receiver moves the antenna of the receiver along the rotational trajectory of the rotor by the rotation of the rotor.
또한, 상술한 수신부의 이동은, 로봇 청소기가 소정의 변위만큼 이동함으로써 안테나가 로봇 청소기의 이동 궤적을 따라 함께 이동하는 것이다.In addition, the above-described movement of the receiver is such that the antenna moves together along the movement trajectory of the robot cleaner by the robot cleaner moving by a predetermined displacement.
또한, 상술한 수신부는, 수신부에 수신되는 신호의 주파수를 검출하는 주파수 검출부와; 주파수 검출부에서 검출한 주파수와 스테이션으로부터 발신되는 신호의 주파수의 비교를 통해 스테이션이 위치한 방향을 검출하여 그 방향 정보를 발생시키는 방향 검출부를 더 포함한다.The receiver may further include a frequency detector for detecting a frequency of a signal received by the receiver; The apparatus may further include a direction detector configured to detect a direction in which the station is located by generating a direction information by comparing the frequency detected by the frequency detector with a frequency of a signal transmitted from the station.
또한, 상술한 방향 검출부는, 주파수 검출부에 의해 검출되는 주파수에서 도플러 쉬프트 효과가 관측되지 않을 때의 안테나가 지시하는 방향을 스테이션이 위치한 방향으로 인정한다.In addition, the direction detector described above recognizes the direction indicated by the antenna when the Doppler shift effect is not observed at the frequency detected by the frequency detector as the direction in which the station is located.
또한, 상술한 안테나가 로봇 청소기의 자전 궤도와 회전체의 자전 궤도 가운데 어느 하나를 따라 이동함으로써 도플러 쉬프트 효과의 관측이 이루어질 때, 로 봇 청소기의 전면 방향과 스테이션이 위치한 방향 사이의 각도 이 다음의 수식으로 표현된다.In addition, the angle between the front direction of the robot cleaner and the direction in which the station is located when the antenna described above is observed by moving the antenna along one of the rotating track of the robot cleaner and the rotating track of the rotating body is made. This is expressed by the following formula.
(단, 수식에서 r은 회전체와 로봇 청소기 가운데 어느 하나의 자전 축으로부터 안테나까지의 거리이고, 은 의 각속도이며, 은 자전 궤도를 따라 이동하는 안테나가 로봇 청소기의 전면 방향에 위치할 때의 신호의 진행 방향과 평행한 방향의 안테나의 선속도)Where r is the distance from the rotating shaft of either the rotor or the robot cleaner to the antenna, silver Angular velocity of, Is the linear velocity of the antenna in a direction parallel to the direction of signal propagation when the antenna moving along the rotating track is located in the front direction of the robot cleaner.)
또한, 상술한 안테나가 로봇 청소기의 소정 변위만큼의 이동 궤적을 따라 이동함으로써 도플러 쉬프트 효과의 관측이 이루어질 때, 로봇 청소기의 전면 방향과 스테이션이 위치한 방향 사이의 각도 가 다음의 수식으로 표현된다.In addition, when the above-described antenna is moved along the movement trajectory by a predetermined displacement of the robot cleaner, the angle between the front direction of the robot cleaner and the direction in which the station is located is made. Is expressed by the following formula.
(단, 는 로봇 청소기의 이동 변위를 대표하는 벡터 의 x 방향의 선속도이고, x 방향은 스테이션으로부터 발신되는 신호의 진행 방향과 평행하며, 상기 는 벡터 의 크기(즉 속력))(only, A vector representing the displacement of a robot cleaner Is the linear velocity in the x direction of, wherein the x direction is parallel to the advancing direction of the signal originating from the station, Vector Size (i.e. speed)
또한, 상술한 안테나가 두 개 이상일 때 두 개 이상의 안테나가 서로 균등한 간격을 두고 설치된다.In addition, when there are two or more antennas described above, two or more antennas are provided at equal intervals from each other.
또한, 상술한 스테이션은 로봇 청소기의 충전과 이물질 배출을 위한 도킹 스테이션이다.In addition, the above-described station is a docking station for charging and discharging the foreign matter of the robot cleaner.
상술한 목적의 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템의 제어 방법은. 로봇 청소기와 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템에 있어서; 로봇 청소기와 스테이션 가운데 어느 하나가 미리 설정된 주파수의 신호를 발신하고 다른 하나가 신호를 수신하며; 신호를 수신하는 수신 측에서 관측되는 도플러 쉬프트 효과에 근거하여 신호를 발신하는 발신 측이 위치하고 있는 방향을 검출한다.The control method of the robot cleaner system according to the present invention for the above object. A robot cleaner system comprising a robot cleaner and a station; One of the robot cleaner and the station transmits a signal of a preset frequency and the other receives the signal; Based on the Doppler shift effect observed at the receiving side receiving the signal, the direction in which the transmitting side transmitting the signal is located is detected.
또한, 상술한 스테이션이 발신부를 통해 미리 설정된 주파수의 신호를 발신하고; 로봇 청소기가 스테이션으로부터 발신되는 신호를 수신부를 통해 수신하며; 수신부에서 도플러 쉬프트 효과가 관측되는지를 판별하고; 도플러 쉬프트 효과의 관측 결과에 근거하여 스테이션이 위치하고 있는 방향을 검출한다.In addition, the aforementioned station transmits a signal of a preset frequency through the transmitter; The robot cleaner receives a signal from the station through the receiver; Determine whether a Doppler shift effect is observed at the receiver; The direction in which the station is located is detected based on the observation result of the Doppler shift effect.
또한, 상술한 수신부는, 스테이션으로부터 발신되는 신호를 수신하기 위한 안테나를 더 포함한다.The receiver further includes an antenna for receiving a signal transmitted from the station.
또한, 상술한 수신부의 이동은 로봇 청소기가 정지 상태에서 자전함으로써 수신부의 안테나가 로봇 청소기의 자전 궤도를 따라 이동하는 것이다.In addition, the above-described movement of the receiver is such that the antenna of the receiver moves along the rotation trajectory of the robot cleaner by rotating the robot cleaner in a stopped state.
또한, 상술한 수신부는, 안테나가 고정 설치되고, 로봇 청소기에 자전 가능하도록 마련되는 회전체를 더 포함하며; 수신부의 이동은, 회전체의 자전에 의해 수신부의 안테나가 회전체의 자전 궤도를 따라 이동하는 것이다.In addition, the above-mentioned receiving unit further includes a rotating body fixed to the antenna, provided to be rotated to the robot cleaner; The movement of the receiver moves the antenna of the receiver along the rotational trajectory of the rotor by the rotation of the rotor.
또한, 상술한 수신부의 이동은, 로봇 청소기가 소정의 변위만큼 이동함으로써 안테나가 로봇 청소기의 이동 궤적을 따라 함께 이동하는 것이다.In addition, the above-described movement of the receiver is such that the antenna moves together along the movement trajectory of the robot cleaner by the robot cleaner moving by a predetermined displacement.
또한, 상술한 수신부에 수신되는 신호의 주파수에서 도플러 쉬프트 효과가 관측되지 않을 때의 안테나가 지시하는 방향을 스테이션이 위치한 방향으로 인정한다.Further, the direction indicated by the antenna when the Doppler shift effect is not observed at the frequency of the signal received at the receiver is recognized as the direction in which the station is located.
또한, 상술한 안테나가 로봇 청소기의 자전 궤도와 회전체의 자전 궤도 가운데 어느 하나를 따라 이동함으로써 도플러 쉬프트 효과의 관측이 이루어질 때, 로봇 청소기의 전면 방향과 스테이션이 위치한 방향 사이의 각도 이 다음의 수식으로 표현된다.In addition, the angle between the front direction of the robot cleaner and the direction in which the station is located when the above-described antenna is moved along one of the rotating track of the robot cleaner and the rotating track of the rotating body to observe the Doppler shift effect. This is expressed by the following formula.
(단, 수식에서 r은 회전체와 로봇 청소기 가운데 어느 하나의 자전 축으로부터 안테나까지의 거리이고, 은 의 각속도이며, 은 자전 궤도를 따라 이동하는 안테나가 로봇 청소기의 전면 방향에 위치할 때의 신호의 진행 방향과 평행한 방향의 안테나의 선속도임)Where r is the distance from the rotating shaft of either the rotor or the robot cleaner to the antenna, silver Angular velocity of, Is the linear velocity of the antenna in a direction parallel to the signal propagation direction when the antenna moving along the rotating track is located in the front direction of the robot cleaner.)
또한, 상술한 안테나가 로봇 청소기의 소정 변위만큼의 이동 궤적을 따라 이동함으로써 도플러 쉬프트 효과의 관측이 이루어질 때, 로봇 청소기의 전면 방향과 스테이션이 위치한 방향 사이의 각도 가 다음의 수식으로 표현된다.In addition, when the above-described antenna is moved along the movement trajectory by a predetermined displacement of the robot cleaner, the angle between the front direction of the robot cleaner and the direction in which the station is located is made. Is expressed by the following formula.
(단, 는 로봇 청소기의 변위를 대표하는 벡터 의 x 방향의 선속도이고, x 방향은 스테이션으로부터 발신되는 신호의 진행 방향과 평행하며, 상기 는 벡터 의 크기(즉 속력))(only, Vector representing displacement of robot cleaner Is the linear velocity in the x direction of, wherein the x direction is parallel to the advancing direction of the signal originating from the station, Vector Size (i.e. speed)
이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기 시스템을 나타낸 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 로봇 청소기 시스템은 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(102)으로 이루어진다. 로봇 청소기(100)는 실내 공간을 이동하면서 팬의 회전에 의한 흡입력 및/또는 대전 장치에 의한 정전기를 이용하여 바닥에 있는 이물질을 흡입하여 청소하는데, 도킹 스테이션(102)은 이 로봇 청소기(100)의 배터리 충전과 이물질 배출을 위한 것이다.When described with reference to Figures 1 to 7 a preferred embodiment of the present invention made as described above. 1 is a perspective view showing a robot cleaner system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the robot cleaner system consists of a
로봇 본체(104)의 하부에는 로봇 청소기(100)가 이동하도록 전동 바퀴(미도시)가 설치되는데, 이 전동 바퀴는 구동 모터(미도시)에 의해 구동되어 로봇 청소기(100)가 직선 운동 및 회전 운동, 자전 운동을 할 수 있도록 한다. 또, 로봇 본체(104)의 외측에는 적외선 센서나 초음파 센서 등과 같은 장애물 감지 센서(106)가 설치되어 이동 중에 장애물을 회피할 수 있도록 한다. 로봇 본체(104)의 측면에는 로봇 청소기(100) 내부에 보관되어 있는 흡입된 이물질을 배출하여 도킹 스테이션(100)으로 옮기기 위한 개구부(108)가 마련된다. 로봇 청소기(100)는 이 개구부(108)를 도킹 스테이션(102)의 흡입 포트(110)에 결합시킨 후 로봇 청소기(100) 내부의 이물질을 도킹 스테이션(102)으로 배출한다.An electric wheel (not shown) is installed below the
도킹 스테이션(102)의 전방에는 로봇 청소기(100)가 도킹되는 것을 안내하는 가이드 부재(112)가 마련된다. 이 가이드 부재(112)에는 로봇 청소기(100)에 마련되는 충전 배터리를 충전시키기 위해 접속 단자(114)가 마련된다.A
로봇 청소기(100)는 청소하고자 하는 구역을 자율적으로 이동하며 자동 청소를 수행하다가 흡입된 이물질의 양이 많아 이를 배출할 필요가 있거나 충전 배터리의 용량이 감소하여 충전 배터리를 충전할 필요가 있을 때, 또는 청소를 완료하였을 때 도킹 스테이션(102)으로 귀환하여 목적하는 작업(이물질 배출이나 배터리 충전, 다음 작업 대기 등)을 수행한다. 도킹 스테이션(102)으로부터 멀리 떨어진 임의의 장소에서 도킹 스테이션(102)으로 귀환하기 위해서는 로봇 청소기(100)가 적어도 도킹 스테이션(102)의 방향 정보는 획득해야만 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기 시스템에서는 로봇 청소기(100)가 도킹 스테이션(102)의 방향 정보를 획득하기 위해 도플러 쉬프트 효과(Doppler Shift Effect)가 이용된다. 즉, 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(102) 사이의 신호의 송수신 시 신호의 수신 측에서 관측되는 도플러 쉬프트 효과에 근거하여 송신 측의 방향 정보를 획득하고, 이 방향 정보에 근거하여 로봇 청소기(100)의 이동 방향과 위치를 제어한다.When the
이를 위해 도 1에 나타낸 로봇 청소기 시스템의 도킹 스테이션(102)에는 미리 정해진 일정한 주파수의 전파를 발신하는 발신부(150)가 마련되고, 로봇 청소기(100)에는 도킹 스테이션(102)의 발신부(150)에서 발신되는 전파를 수신하기 위한 수신부(160)가 마련된다. 물론 전파 대신 음파를 이용할 수도 있다. 로봇 청소기(100)의 수신부(160)에는 모두 네 개의 안테나(160a-160d)가 링 형상의 회전 체(160e) 상에 균등한 간격을 두고 설치되며, 회전체(160e)가 미리 정해진 일정한 속도로 자전함에 따라 이 네 개의 안테나(160a-160d) 역시 일정한 궤도를 따라 이동하게 된다. 안테나(160a-160d)를 이동시키기 위한 회전체(160e) 역시 반드시 링 형상일 필요는 없으며, 안테나(160a-160d)를 일정한 궤도를 따라 이동시킬 수 있는 구조라면 다른 어떤 형태라도 좋다. 또한, 회전체(160e)를 이용하지 않고, 대신 로봇 청소기(100) 전체가 자전함으로써 안테나(160a-160d)의 이동이 이루어지도록 할 수도 있다. 도 1에 나타낸 수신부(160)는 안테나(160a-160d)와 회전체(160e) 이외에 주파수 검출부와 방향 검출부를 더 포함하는데, 주파수 검출부와 관측부에 대해서는 도 2의 설명에서 언급하고자 한다.To this end, the
도 2는 도 1에 나타낸 로봇 청소기 시스템의 제어 계통을 나타낸 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 도킹 스테이션(102)은 발신부(150)와 충전부(202)를 포함한다. 발신부(150)는, 도 1의 설명에서 언급한 바와 같이, 미리 설정된 주파수의 전파를 발신한다. 충전부(202)는 외부로부터 입력되는 상용 교류 전력을 로봇 청소기(100)의 충전 배터리(210)를 충전하기 위한 전력으로 변환하여 로봇 청소기(100)의 충전 배터리(210)가 충전될 수 있도록 한다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a control system of the robot cleaner system illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the
로봇 청소기(100)의 제어 계통은 로봇 청소기(100)의 동작 전반을 제어하는 제어부(214)를 중심으로 이루어진다. 제어부(214)의 입력 측에는 주파수 검출부(204)와 방향 검출부(206), 이동 거리 검출부(208), 배터리 잔량 검출부(212), 장애물 검출부(106), 이물질 수거량 검출부(216) 등이 제어부(214)에 통신 가능하도록 전기적으로 연결된다. 주파수 검출부(204)는 도킹 스테이션(102)의 발신 부(150)로부터 발신되는 일정 주파수의 전파를 수신하여 수신된 전파의 주파수를 검출한다. 로봇 청소기(100)의 안테나(160a-160d)가 원형의 궤도 상을 이동하기 때문에 안테나(160a-160d)에서 실제로 검출되는 전파의 주파수(도플러 주파수)는 안테나(160a-160d)의 위치에 따라 도플러 쉬프트 효과에 의해 발신부(150)에서 발신된 전파의 주파수(원 주파수)와는 다른 값을 가질 수 있다. 방향 검출부(206)는 주파수 검출부(204)에서 검출한 주파수에 근거하여 도킹 스테이션(102)의 발신부(150)의 방향(즉 전파 발신 위치의 방향)을 검출하여 그 방향 정보를 제어부(214)에 제공한다. 이동 거리 검출부(208)는 로봇 청소기(208)가 이동한 거리를 검출하여 그 정보를 제어부(214)에 제공하는데, 로봇 청소기(100)의 이동 거리는 인코더를 통해 전동 바퀴(218)의 회전량을 검출하여 파악할 수도 있다. 배터리 잔량 검출부(212)는 충전 배터리(210)의 충전 잔량을 검출하여 그 충전 잔량 정보를 제어부(214)에 제공한다. 제어부(214)는, 충전 배터리(210)의 충전 잔량이 적어 충전이 요구된다고 판단되면, 로봇 청소기(100)의 현재 수행중인 작업을 중단하고 도킹 스테이션(102)으로 귀환하여 충전 배터리(210)를 충전하도록 로봇 청소기(100)를 제어한다. 장애물 검출부(106)는 로봇 청소기(100)가 이동하는 동안 전방에 장애물이 존재하는지를 검출하여 장애물 정보를 제어부(214)에 제공한다. 제어부(214)는 이 장애물 정보에 근거하여 로봇 청소기(100)가 장애물을 우회하도록 이동 경로를 변경함으로써 로봇 청소기(100)가 장애물로 인하여 운행을 중단하는 일이 발생하지 않도록 한다. 이물질 수거량 검출부(216)는 로봇 청소기(100) 내에 수거되어 있는 이물질의 양을 검출하여 이물질 수거량 정보를 제어부(214)에 제공한 다. 제어부(214)는 이물질 수거량 정보를 통해 현재 로봇 청소기(100) 내에 적재되어 있는 이물질의 양을 확인하고, 현재 적재되어 있는 이물질의 양이 로봇 청소기(100) 자신이 보관할 수 있는 최대 적재량에 도달하면 더 이상의 청소 작업을 중단하고 도킹 스테이션(102)으로 귀환하여 이물질 배출 작업을 실시하도록 로봇 청소기(100)를 제어한다.The control system of the
제어부(214)의 출력 측에는 회전체(160e)와 전동 바퀴(218), 흡진부(220)가 연결된다. 회전체(160e)는 도 1에서 언급한 수신부(160)의 구성 요소 가운데 하나로서, 안테나(160a-160d)를 일정한 궤도를 따라 이동시키기 위한 것이다. 전동 바퀴(218)는 로봇 청소기(100)의 이동을 위한 것으로서, 전진 또는 후진을 위한 구동륜과 방향 전환을 위한 방향 전환륜을 포함한다. 흡진부(220)는 로봇 청소기(100)의 하부를 향하도록 마련되며, 청소하고자 하는 구역의 바닥 면에 있는 이물질을 흡입하여 로봇 청소기(100) 내부의 이물질 적재 공간에 적재되도록 한다.The
구동륜과 방향 전환륜으로 구성되는 전동 바퀴(218)는 로봇 청소기(100)가 정지 상태에서 자전할 수 있도록 해 준다. 따라서 이와 같은 로봇 청소기(100)의 동작 특성을 이용하면 수신부(160)의 회전체(160e)를 이용하지 않고 로봇 청소기(100) 자체를 자전시켜서 안테나(160a-160d)를 회전시킬 수도 있다.The
도 3은 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템에서 도플러 쉬프트 효과를 이용한 방향 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도플러 쉬프트 효과는 신호원과 수신자 사이에 상대적인 움직임이 존재할 때 수신자 측에서 관측된다. 신호원과 수신자가 서로 가까워질 때 수신자가 수신하는 신호의 주파수는 신호원이 발신하는 신 호의 원 주파수보다 상대적으로 증가한다. 반대로 신호원과 수신자가 서로 멀어질 때에는 수신자가 수신하는 신호의 주파수는 신호원이 발신하는 신호의 원 주파수보다 상대적으로 감소한다. 신호원과 수신자 사이에 상대적인 움직임이 존재하지 않으면 신호원에서 발신되는 신호의 주파수와 수신자가 수신하는 신호의 주파수는 동일하여 수신자 측에서 도플러 쉬프트 효과는 관측되지 않는다.3 is a view for explaining the principle of direction detection using the Doppler shift effect in the robot cleaner system according to the present invention. The Doppler shift effect is observed at the receiver side when there is relative movement between the signal source and the receiver. When the source and receiver are close to each other, the frequency of the signal received by the receiver increases relative to the source frequency of the signal from which the source originates. On the contrary, when the signal source and the receiver move away from each other, the frequency of the signal received by the receiver decreases relative to the original frequency of the signal transmitted by the signal source. If there is no relative movement between the signal source and the receiver, the frequency of the signal transmitted from the signal source and the signal received by the receiver are the same, so no Doppler shift effect is observed on the receiver side.
도 3에서, 중점(302)을 갖는 원(304)은 도 1의 안테나(160a-160d)가 화살표(306) 방향을 따라 물리적으로 회전하면서 만들어지는 궤도에 해당되고, 화살표(308)는 발신부(150)로부터 발신되는 신호(전파)의 진행 방향이다.In FIG. 3, the
네 개의 안테나(160a-160d) 가운데 어느 하나의 안테나(예를 들면 160a)가 a 지점에 위치할 때 안테나(160a)의 순시 성분은 A 화살표 방향으로서, a 지점에서의 안테나(160a)의 속도 성분은 발신부(150)에서 발신되는 신호(전파)가 진행하는 방향(308)에 직교한다. 따라서 a 지점에서는 도플러 쉬프트 효과가 전혀 관측되지 않는다.When any one of the four
안테나(160a)가 a 지점에 대해 90°인 b 지점에 위치할 때 안테나(160a)는 발신부(150)로부터 발신되는 신호(전파)의 진행 방향(308)과 동일한 B 화살표 방향으로 이동하면서 발신부(150)로부터 멀어진다. 따라서 안테나(160a)가 b 지점에 위치할 때 안테나(160a)에 의해 수신되는 신호(전파)에서 주파수의 최대 감소가 발생하는데, 이는 앞서 설명한 도플러 쉬프트 효과에 기인한 것이다.When the
안테나(160a)가 b 지점에 대해 90°인 c 지점에 위치할 때 안테나(160a)는 C 화살표 방향의 속도 성분을 갖는다. 안테나(160a)가 a 지점에 위치할 때와 마찬가 지로, c 지점에 위치할 때의 안테나(160a)의 속도 성분은 발신부(150)에서 발신되는 신호(전파)의 진행 방향(308)과 직각을 이루게 된다. 따라서 안테나(160a)가 c 지점에 위치할 때에도 a 지점의 경우와 마찬가지로 도플러 쉬프트 효과는 관측되지 않는다.
안테나(160a)가 d 지점에 위치할 때, 안테나(160a)는 발신부(150) 쪽으로 향하는 D 화살표 방향의 속도 성분을 갖는다. 따라서 안테나(160a)에 수신되는 신호(전파)에서 주파수의 최대 증가가 발생하는데, 이 역시 앞서 설명한 도플러 쉬프트 효과에 기인한 것이다.When the
물론 안테나(160a-160d)가 회전하는 궤도상의 a, b, c, d 지점 이외의 다른 위치에서도 도플러 쉬프트 효과가 관측되겠지만, 특별히, 앞서 설명한 b 위치와 d 위치에서 각각 주파수의 최대 감소와 최대 증가가 관측되고, a 위치 및 c 위치에서 주파수의 증가 또는 감소는 전혀 관측되지 않는다.Of course, the Doppler shift effect will also be observed at locations other than a, b, c, and d points on the trajectory where the
도 4는 하나의 회전하는 안테나에 있어서 시간에 대한 주파수의 변화를 나타낸 그래프로서, 이 그래프를 통해 회전하는 안테나의 각 위치에 대응되는 주파수 값을 알 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 네 개의 안테나(160a-160) 가운데 어느 하나의 안테나가 b 지점에 위치할 때 수신 주파수가 최소로 되고, d 지점에 위치할 때 수신 주파수가 최대로 된다. 즉, a 지점에서의 기준 위치에 대한 안테나(160a-160d)의 회전 각도를 확인함으로써 발신부(150)로부터 발신되는 신호(전파)의 진행 방향을 판별할 수 있으므로 안테나(160a-160d)에 대한 발신부(150)의 방향도 판별할 수 있다.FIG. 4 is a graph illustrating a change in frequency with respect to time in one rotating antenna. The graph shows a frequency value corresponding to each position of the rotating antenna. As shown in FIG. 4, when one of the four
도 4에 나타낸 것과 같은 그래프를 얻기 위해서는 네 개의 안테나(160a-160d) 각각으로부터의 신호 정보를 모두 종합하면 된다. 즉, 하나의 안테나만을 회전시켜서 도플러 쉬프트 효과를 관측하게 되면 안테나가 회전 궤도상을 완전히 일주해야만 도 4와 같은 그래프를 얻을 수 있지만, 도 1에 나타낸 것과 같이 네 개의 안테나(160a-160d)를 회전체(160e) 상에 등 간격으로 설치하여 회전체(160e)를 회전시키면 회전체(160e)의 1/4 회전만으로도 도 4와 같은 그래프를 얻을 수 있다. In order to obtain a graph as shown in FIG. 4, signal information from each of the four
또 다른 관점에서 볼 때, 도 1에 나타낸 것과 같은 수신부(160)의 회전체(160e)를 1회전시키면 도 3에 a, b, c, d로 구분된 각 구간 별 관측이 4회에 걸쳐 반복 실시될 수 있어서 보다 정확한 도플러 쉬프트 효과의 관측이 이루어질 수 있다. 결과적으로, 안테나의 수가 증가할수록 도플러 쉬프트 효과의 관측 시간이 단축되고, 또 더욱 정확한 도플러 쉬프트 효과의 관측이 가능하다.From another point of view, one rotation of the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기가 정지 상태일 때 도플러 쉬프트 효과의 관측을 통한 방향 검출을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서, x축은 도킹 스테이션(102)의 발신부(150)로부터 발신되는 전파(502)의 진행 방향과 평행하며, 로봇 청소기(100)는 정지한 상태에서 수신부(160)의 회전체(160e)가 등속 회전함에 따라 네 개의 안테나(160a-160d) 역시 화살표(504) 방향으로 등속 회전한다. 이 때 등속 회전하는 네 개의 안테나(160a-160d) 가운데 적어도 어느 하나의 안테나(예를 들면, 160a)는 x축 상의 a 지점을 지나 a' 지점에 도달하게 된다. 도 5의 a 지점은 도 3의 a 지점과 마찬가지로 도플러 쉬프트 효과가 전혀 관측되지 않는 지점이며, a' 지점은 안테나(160a)의 Δd 만큼의 변위에 의해 도플러 쉬프트 효 과(주파수 감소)가 관측되는 위치이다. 따라서 a' 위치가 로봇 청소기(100)의 전면일 때 a 지점과 a' 지점 사의 각도 을 알면 로봇 청소기(100)의 진행 방향을 -만큼 보정하여 전진함으로써 로봇 청소기(100)가 x축 방향 즉 도킹 스테이션(102)의 발신부(150)를 향해 이동하도록 할 수 있다. 도 5에서 a 지점과 a' 지점 사이의 각도 은 다음의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.5 is a view for explaining the direction detection through observation of the Doppler shift effect when the robot cleaner according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, the x-axis is parallel to the traveling direction of the
(식 1) (Equation 1)
식 1에서, 는 a 지점에서 a' 지점으로 이동하는 안테나(160a)의 x 방향의 선속도이고, 는 a 지점에서 a' 지점으로 이동하는 안테나(160a)의 각속도이며, r은 회전체(160e)의 자전 축(506)에서 안테나(160a)까지의 거리이다. 안테나(160a)는 일정한 궤도상에서 등속 회전하기 때문에 수신부(160)의 제품 규격을 통해 각속도 과 거리 r을 모두 알 수 있다.In equation 1, Is the linear velocity in the x direction of the
또한 선속도 은 다음의 식 (2)를 통해 알 수 있다.Also linear speed Is given by the following equation (2).
(식 2) (Equation 2)
위의 식 2에서, f는 신호원으로부터 발신되는 신호의 원 주파수이고, f'은 수신자가 수신한 주파수(도플러 주파수)이며, 는 매질에서의 신호의 진행 속도 이고, 는 수신자의 속도이며, ±는 신호원과 수신자가 서로 가까워질 때(+)와 서로 멀어질 때(-)를 의미한다. 도 5에 나타낸 실시 예에서, 는 공기 중에서의 전파의 진행 속도이고, 는 안테나(160a-160d)의 회전 속도에 해당된다. 다만 도플러 쉬프트 효과는 신호원과 수신자 사이의 상대적인 속도 즉, 도 5의 x 축 방향의 속도 성분에만 영향을 받으므로 식 2의 (수신자의 속도)는 곧 식 1의 (안테나의 x축 방향 속도)과 같다고 할 수 있다. 결국 식 2에서 f와 f', 의 값을 알고 있으므로 이를 통해 (=)의 값을 알 수 있다. 이와 같은 조건들을 식 1에 대입하면 각도 의 크기를 알 수 있다. 따라서 a‘ 지점이 로봇 청소기(100)의 정면일 때 각도 을 알면 로봇 청소기(100)의 정면(a' 지점)을 만큼 시계 방향으로 회전시켜서 진행하면 로봇 청소기(100)가 x축을 따라 이동하는 것이 되어 신호원인 도킹 스테이션(102)에 귀환할 수 있다.In Equation 2 above, f is the original frequency of the signal originating from the signal source, f 'is the frequency (Doppler frequency) received by the receiver, Is the speed of signal propagation in the medium, Is the speed of the receiver, ± means the signal source and receiver are closer (+) and farther (-). In the embodiment shown in FIG. 5, Is the speed of propagation in air, Corresponds to the rotation speed of the antenna (160a-160d). However, the Doppler shift effect is only affected by the relative velocity between the signal source and the receiver, that is, the velocity component in the x-axis direction of FIG. (Receiver's speed) soon coming out of equation 1 It can be said to be equal to (antenna's x-axis speed). Eventually f and f 'in equation 2, Since we know the value of (= You can see the value of). Substituting these conditions into Eq. 1 You can see the size. Therefore, when the a 'point is the front of the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기가 이동하는 동안 도플러 쉬프트 효과의 관측을 통한 방향 검출을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서, x축은 도킹 스테이션(102)의 발신부(150)로부터 발신되는 전파(602)의 진행 방향과 평행하며, 벡터 는 로봇 청소기(100)의 이동 방향 및 속도를 대표하는 벡터이다. 이 때 로봇 청소기(100)의 진행 방향과 전파(602)의 진행 방향 사이의 각도 는 다음의 식 3과 같이 나타낼 수 있다.6 is a view for explaining the direction detection through observation of the Doppler shift effect while the robot cleaner according to an embodiment of the present invention moves. In FIG. 6, the x-axis is parallel to the direction of travel of the
(식 3) (Equation 3)
위의 식 3에서, 는 벡터 의 x 방향의 선속도이며, 는 벡터 의 크기(즉 속력)이다. 선속도 는 식 2에서 (=)를 구한 것과 같은 방법으로 구할 수 있고, 로봇 청소기(100)의 속력 는 자체적으로 알 수 있으므로, 결국 선속도 와 속력 를 통해 각도 를 알 수 있다. 따라서 벡터 의 방향이 로봇 청소기(100)의 정면일 때 각도 를 알면 로봇 청소기(100)의 정면을 -만큼 시계 방향으로 회전시켜서 진행하면 로봇 청소기(100)가 x축을 따라 이동하는 것이 되어 신호원인 도킹 스테이션(102)에 귀환할 수 있다.In Equation 3 above, Vector Is the linear velocity in the x direction of Vector Is the size (ie speed) of. Linear velocity In equation 2 (= ) Can be obtained in the same way as, and the speed of the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기 시스템의 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 로봇 청소기(100)는 청소하고자 하는 구역을 자율적으로 이동하며 자동 청소를 수행한다(702). 로봇 청소기(100)의 제어부(214)는 자동 청소를 수행하는 도중에 흡입된 이물질의 양이 많아 이를 배출할 필요가 있거나 충전 배터리의 용량이 감소하여 충전 배터리를 충전할 필요가 있을 때, 또는 청소를 완료하였을 때 로봇 청소기(100)의 운전 모드를 도킹 스테이션(102)으로 귀환하기 위한 귀환 모드로 전환한다(704). 로봇 청소기(100)가 귀환 모드로 전환되면(704의 ‘예’), 제어부(214)는 로봇 청소기(100)가 현재 정지 상 태인지 이동 상태인지를 확인한다(706).7 is a flowchart illustrating a control method of a robot cleaner system according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the
만약 로봇 청소기(100)가 현재 정지 상태이면, 정지한 상태에서 안테나(160a-160d)를 회전시켜서 회전하는 안테나(160a-160d)에 수신되는 전파의 주파수 검출을 통해 도플러 쉬프트 효과를 관측한다(708). 이와 같은 도플러 쉬프트 효과의 관측 결과를 상술한 도 5의 설명에서 언급한 식 1에 적용하여 신호원의 방향 즉 도킹 스테이션(102)의 방향을 검출한다(710). 제어부(214)는, 도킹 스테이션(102)의 방향이 검출되면, 검출된 도킹 스테이션(102)의 방향으로 로봇 청소기(100)가 이동할 수 있도록 로봇 청소기(100)의 이동 방향을 제어한다(712).If the
반대로, 로봇 청소기(100)가 현재 이동 상태이면, 로봇 청소기(100) 자체의 이동에 의해 발생하는 안테나(160a-160d)와 발신부(150) 사이의 상대적 움직임에 수반되는 도플러 쉬프트 효과의 관측을 수행한다(714). 이와 같은 도플러 쉬프트 효과의 관측 결과를 상술한 도 5의 설명에서 언급한 식 3에 적용하여 신호원의 방향 즉 도킹 스테이션(102)의 방향을 검출한다(716). 제어부(214)는, 도킹 스테이션(102)의 방향이 검출되면, 검출된 도킹 스테이션(102) 방향으로 로봇 청소기(100)가 이동할 수 있도록 로봇 청소기(100)의 이동 방향을 제어한다(718).On the contrary, when the
로봇 청소기(100)는 도킹 스테이션(102) 방향으로 이동하는 동안 진행하고자 하는 경로 상에 장애물이 존재하는지를 확인한다(720). 만약 진행하고자 하는 경로 상에 장애물이 존재하는 것으로 확인되면(720의 ‘예’) 장애물 회피 운전을 수행한다(722). 또한, 장애물 회피 운전 과정에서 도킹 스테이션(102)의 방향 정보를 잃어버릴 수 있으므로, 블록 706으로 복귀하여 도킹 스테이션(102)의 새로운 방향 정보를 획득하여 귀환을 시도한다. 만약 진행하고자 하는 경로 상에 장애물이 존재하지 않으면(720의 ‘아니오’) 현재의 방향 정보에 따라 이동하여 도킹 스테이션(102)으로 귀환하고, 귀환이 완료되면 귀환 모드를 종료한다(724). 귀환 모드를 종료한 이후에는 귀환 목적에 따라 이물질 배출이나 배터리 충전, 대기 모드 등을 수행한다.The
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기 시스템에서, 미리 설정된 주파수의 신호를 발생시키는 발신부(신호원)의 설치 위치는 도킹 스테이션(102)에만 한정할 필요는 없다. 즉, 청소하고자 하는 구역 내의 다른 여러 곳에 다수의 발신부를 설치하여 필요에 따라 특정 발신부에서만 전파를 발신하도록 제어함으로써 해당 발신부의 설치 위치로 로봇 청소기(100)를 유도할 수 있다. 이를 응용하면 여러 구역으로 구분되어 있는 건물의 특정 구역을 청소하도록 로봇 청소기(100)를 유도할 수 있어 편리하다.In the robot cleaner system according to an exemplary embodiment of the present invention, the installation position of the transmitter (signal source) that generates a signal having a predetermined frequency need not be limited to the
본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템 및 그 제어 방법은, 생산 비용을 낮추고 감지 거리를 향상시키며, 보다 정확한 로봇 청소기의 이동 및 위치 제어가 가능하도록 한다.The robot cleaner system and its control method according to the present invention can lower the production cost, improve the sensing distance, and enable more accurate movement and position control of the robot cleaner.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |