KR100588059B1 - A non-contact close obstacle detection device for a cleaning robot - Google Patents
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Abstract
시분할 방법을 사용하여 하나의 발진기, 드라이버, 증폭기 및 필터를 사용하여 다수의 IR센서를 구동하는 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치가 개시된다.A non-contact obstacle detection apparatus for a cleaning robot is disclosed that drives a plurality of IR sensors using one oscillator, driver, amplifier, and filter using a time division method.
본 발명에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치는 장애물을 감지하여 장애물과의 충돌을 피하면서 동작하도록 하기 위한 것으로 n을 소정의 자연수라 할 때 n 개의 적외선 센서를 구비하는 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치에 있어서, n 개의 적외선 센서를 시분할 제어하여 각 n 개 적외선 센서가 순차적으로 적외선을 출력하도록 제어하는 송신 제어부(10)와, 상기 송신제어부(10)와 연동되어 순차적으로 발사된 적외선을 감지함으로써 장애물이 있는지를 읽어들이도록 제어하는 수신 제어부(12), 및 n 개의 센서에 대하여 상기 n 번째 센서 구동 신호를 사용하여 순차적으로 장애물을 감지하기 위한 적외선을 출력하고 n 시프트된 신호를 사용하여 순차적으로 n 번째 센서에서 적외선을 읽어들여 장애물 유무를 감지하는 센서부(14);를 구비하되, 상기 송신 제어부(10)는, 일정한 주파수의 클록 신호를 분주하여 분주된 펄스 신호인 제1 위상 신호(Phase A)를 카운트하여 n 개의 카운트 신호를 출력하는 카운터(102)와; 상기 카운터(102)로부터 출력된 카운트 신호를 n 개로 디코딩하여 n 번째 센서 동작 제어 신호를 출력하는 디코더(104)와; 상기 디코더(104)에서 출력된 n 번째 센서 동작 제어 신호와 클록 신호를 논리 앤드시켜 제1 위상 신호의 라이징 에지에서 순차적으로 n 번째 센서 구동 신호를 출력하는 논리 앤드부(106); 및 제1 위상 신호(Phase A)와 카운트 신호를 기초로 시프 트레지스터(124)에서 데이터를 로드하기 위한 로드 신호(RCLK)를 생성하고 제1 위상 신호(Phase A)와 소정의 위상차이를 가지도록 위상 지연된 제2 위상 신호(Phase B)를 기초로 시프트레지스터(124)의 시프트 명령을 위한 시프트 신호(SRCLK)를 생성하는 수신제어신호 생성부(108)를 포함하고, 상기 수신 제어부(12)는, 제1 위상 신호(Phase A)와 센서 구동 신호(IR_SIG)를 래치시키는 래치부(122); 및 래치 신호를 순차적으로 입력하되 로드 신호(RCLK)를 사용하여 래치된 신호를 로드하고 시프트 신호(SRCLK)를 사용하여 제2 위상 신호(Pahse B)의 라이징 에지에서 데이터를 읽어들이고 제1 위상 신호(Phase A)의 폴링 에지에서 n 시프트시키는 시프트레지스터(124);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The non-contact obstacle detecting apparatus of the cleaning robot according to the present invention is to detect an obstacle and operate while avoiding collision with the obstacle. When n is a predetermined natural number, the non-contact obstacle detecting apparatus of the cleaning robot having n infrared sensors is provided. In the present invention, the n-infrared sensor is time-divisionally controlled so that each n-infrared sensor sequentially outputs infrared rays, and the obstacles are detected by sequentially detecting infrared rays emitted in sequence with the transmission control unit 10. A reception control unit 12 which controls to read whether there is an error, and outputs infrared rays for sequentially detecting obstacles using the n-th sensor driving signal to n sensors, and sequentially n by using the n-shifted signal. Sensor unit 14 for detecting the presence of obstacles by reading the infrared rays from the first sensor; The transmission control unit 10, the counter 102 which outputs a n number of the count signal by counting the pulse signal is the first phase signal (Phase A) frequency divider divides a clock signal of constant frequency; A decoder 104 for decoding n count signals output from the counter 102 and outputting an n th sensor operation control signal; A logic end unit 106 for logically ANDing the n-th sensor operation control signal and the clock signal output from the decoder 104 to sequentially output the n-th sensor driving signal at the rising edge of the first phase signal; And a load signal RCLK for loading data from the shift register 124 based on the first phase signal Phase A and the count signal and having a predetermined phase difference from the first phase signal Phase A. And a reception control signal generator 108 for generating a shift signal SRCLK for the shift command of the shift register 124 based on the second phase signal Phase B, which is delayed in phase. The latch unit 122 may latch the first phase signal Phase A and the sensor driving signal IR_SIG; And sequentially input the latch signal, load the latched signal using the load signal RCLK, read data from the rising edge of the second phase signal Phase B using the shift signal SRCLK, and read the first phase signal. And a shift register 124 for shifting n at the falling edge of (Phase A).
청소용 로봇, IR센서, 비접촉센서, 근접센서, 시분할, 이동 로봇Cleaning Robot, IR Sensor, Non-contact Sensor, Proximity Sensor, Time Division, Mobile Robot
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치의 구조를 도시한 블록도,1 is a block diagram showing the structure of a non-contact obstacle detecting apparatus for a cleaning robot according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 송신 제어부(10)의 일예를 도시한 회로도,2 is a circuit diagram illustrating an example of the
도 3은 도 1의 수신 제어부(10)의 일예를 도시한 회로도,3 is a circuit diagram illustrating an example of the
도 4 및 도 5는 도 2의 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도,4 and 5 are waveform diagrams for explaining the operation of the circuit of FIG.
도 6은 외부광 차단을 위하여 부가될 수 있는 회로의 일예를 나타낸 회로도,6 is a circuit diagram showing an example of a circuit that can be added for blocking external light;
도 7은 센서부(14)의 수신 회로부의 일예를 도시한 회로도.7 is a circuit diagram showing an example of a receiving circuit portion of the
본 발명은 미리 설정된 경로로 청소를 실시하는 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시분할 방법을 사용하여 이와 같은 단점을 극복하고 단지 하나의 발진기, 드라이버, 증폭기 및 필터를 사용하여 다수의 IR센서를 구동하는 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact obstacle detection device of a cleaning robot that performs cleaning in a predetermined path, and more particularly, by using a time division method to overcome such disadvantages and using only one oscillator, driver, amplifier, and filter. It relates to a non-contact obstacle detection device of a cleaning robot for driving a plurality of IR sensors.
현재에 실현가능한 센싱기술과 청소기를 접목하여 다양한 알고리즘으로 작동 하는 청소용 로봇들이 개발되어 시판되고 있다. 종래의 청소용 로봇은 잠수함에서 사용되는 초음파 발사신호를 발사해 경로에 있는 장애물을 감지하여 미리 충돌을 피하면서 작동하는 청소용 로봇이 개발되었다. 또한, 다른 형태의 청소용 로봇은 적외선 센서를 감지하여 장애물을 회피한다.Cleaning robots that operate with various algorithms by combining sensing technology and vacuum cleaners that have been realized at present are being developed and marketed. Conventional cleaning robots have been developed to operate by avoiding a collision in advance by detecting an obstacle in the path by emitting an ultrasonic firing signal used in the submarine. In addition, other types of cleaning robots detect infrared sensors to avoid obstacles.
이동 로봇의 경우, 장애물 감지 능력은 매우 중요하다. 충돌 회피나 자기 위치 인식 등을 위해서 반드시 장애물을 감지하는 능력을 갖추고 있어야 한다. 장애물 감지를 위해서 매우 다양한 종류의 센서가 사용되고 있다.For mobile robots, obstacle detection capability is very important. The ability to detect obstacles must be in place for collision avoidance and self position awareness. A wide variety of sensors are used to detect obstacles.
장애물 감지 능력은 여러가지로 분류될 수 있는데, 이들 중 가장 기본적이면서도 최후의 안전판 역할을 수행하는 것은 수 cm 이하의 근접 장애물을 감지하는 비접촉 근접 장애물 센서이다. 근접해 있는 장애물을 감지하기 위한 비접촉 센서로는 초음파센서, 적외선센서(이하 IR센서), 레이저센서, PSD센서, 자기용량센서, 홀센서, 카메라 등 매우 다양한 종류의 센서가 있으며, 제각각 고유의 특징과 장단점을 갖고 있다. 이들 센서들은 대부분 감지할 수 있는 영역이 좁기 때문에 다수의 센서를 장착해서 사용한다. 대부분의 센서가 고가이기 때문에 이러한 센서를 다수 장착하는 것은 매우 비용이 많이 들지만, 로봇의 안전성을 위해서는 어쩔수 없는 선택이다. 이들 센서 중, 가장 저가로 간단히 구현할 수 있는 센서는 IR센서이므로, 대부분의 이동 로봇에는 근접 장애물 센서로 IR센서를 장착해서 사용하고 있다.Obstacle detection capabilities can be classified into various categories, the most basic and last of which is the non-contact proximity obstacle sensor that detects proximity obstacles of several centimeters or less. Non-contact sensors for detecting nearby obstacles include ultrasonic sensors, infrared sensors (hereinafter referred to as IR sensors), laser sensors, PSD sensors, capacitive sensors, hall sensors, cameras, and many other types of sensors. Has advantages and disadvantages Most of these sensors use a small number of sensors because they have a small area to be detected. It is very expensive to install many of these sensors because most of them are expensive, but it is an inevitable choice for robot safety. Among these sensors, the lowest cost and simplest to implement is an IR sensor, and most mobile robots use an IR sensor as a proximity obstacle sensor.
IR 센서의 기본 작동 원리는 적외선을 송신하는 송신기와 반사된 적외선을 수신하는 수신기를 장착하여 장애물에 의해 반사되는 반사 광량의 유무에 따라서 장애물의 유무를 판단할 수 있다.The basic operating principle of the IR sensor is equipped with a transmitter for transmitting infrared rays and a receiver for receiving reflected infrared rays to determine the presence or absence of the obstacle according to the amount of reflected light reflected by the obstacle.
일반적으로 송신기의 구성은 외부의 광원에 의해 간섭을 받지 않도록 주파수 변조를 하게 되며, 도 1과 같이 발진기 및 드라이버로 구성된다. 수신기의 미세한 신호를 받아들일 수 있도록 매우 큰 증폭 앰프와 협대역 필터를 장착하게 된다.In general, the configuration of the transmitter is frequency-modulated so as not to be interfered with by an external light source, and is composed of an oscillator and a driver as shown in FIG. 1. It will be equipped with a very large amplifier and narrowband filter to accept the fine signal from the receiver.
IR센서는, 적외선 특성상, 동작 영역이 매우 좁아서 로봇에 장착할 경우 로봇 둘레에 많은 수의 센서를 장착해야 한다. 따라서, IR센서의 송수신 회로를 위해서 많은 수의 발진기, 드라이버, 증폭기 및 필터들이 요구되게 되어 비용을 낮추어야 하는 요구가 존재한다.The IR sensor has a very narrow operating area due to the infrared characteristics, and therefore, a large number of sensors must be mounted around the robot when mounted on the robot. Therefore, a large number of oscillators, drivers, amplifiers, and filters are required for the transmission and reception circuit of the IR sensor, and there is a demand to lower the cost.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시분할 방법을 사용하여 이와 같은 단점을 극복하고 단지 하나의 발진기, 드라이버, 증폭기 및 필터를 사용하여 다수의 IR센서를 구동하는 청소용 로봇에 관한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention relates to a cleaning robot that overcomes these disadvantages by using a time division method and drives a plurality of IR sensors using only one oscillator, driver, amplifier and filter.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치는 장애물을 감지하여 장애물과의 충돌을 피하면서 동작하도록 하기 위한 것으로 n을 소정의 자연수라 할 때 n 개의 적외선 센서를 구비하는 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치에 있어서,The non-contact obstacle detecting apparatus of the cleaning robot according to the present invention for achieving the above technical problem is to operate while avoiding collision with the obstacle by detecting the obstacle, when n is a predetermined natural number for cleaning provided with n infrared sensors In the non-contact obstacle detection device of the robot,
n 개의 적외선 센서를 시분할 제어하여 각 n 개 적외선 센서가 순차적으로 적외선을 출력하도록 제어하는 송신 제어부(10)와, 상기 송신제어부(10)와 연동되어 순차적으로 발사된 적외선을 감지함으로써 장애물이 있는지를 읽어들이도록 제 어하는 수신 제어부(12), 및 n 개의 센서에 대하여 상기 n 번째 센서 구동 신호를 사용하여 순차적으로 장애물을 감지하기 위한 적외선을 출력하고 n 시프트된 신호를 사용하여 순차적으로 n 번째 센서에서 적외선을 읽어들여 장애물 유무를 감지하는 센서부(14);를 구비하되,Time division control of the n infrared sensors to control the n infrared sensors to sequentially output the infrared and the
상기 송신 제어부(10)는,The
일정한 주파수의 클록 신호를 분주하여 분주된 펄스 신호인 제1 위상 신호(Phase A)를 카운트하여 n 개의 카운트 신호를 출력하는 카운터(102);A
상기 카운터(102)로부터 출력된 카운트 신호를 n 개로 디코딩하여 n 번째 센서 동작 제어 신호를 출력하는 디코더(104);A
상기 디코더(104)에서 출력된 n 번째 센서 동작 제어 신호와 클록 신호를 논리 앤드시켜 제1 위상 신호의 라이징 에지에서 순차적으로 n 번째 센서 구동 신호를 출력하는 논리 앤드부(106); 및A
제1 위상 신호(Phase A)와 카운트 신호를 기초로 시프트레지스터(124)에서 데이터를 로드하기 위한 로드 신호(RCLK)를 생성하고 제1 위상 신호(Phase A)와 소정의 위상차이를 가지도록 위상 지연된 제2 위상 신호(Phase B)를 기초로 시프트레지스터(124)의 시프트 명령을 위한 시프트 신호(SRCLK)를 생성하는 수신제어신호 생성부(108)를 포함하고,Based on the first phase signal Phase A and the count signal, a load signal RCLK for generating data from the
상기 수신 제어부(12)는,The
제1 위상 신호(Phase A)와 센서 구동 신호(IR_SIG)를 래치시키는 래치부(122); 및A
래치 신호를 순차적으로 입력하되 로드 신호(RCLK)를 사용하여 래치된 신호를 로드하고 시프트 신호(SRCLK)를 사용하여 제2 위상 신호(Pahse B)의 라이징 에지에서 데이터를 읽어들이고 제1 위상 신호(Phase A)의 폴링 에지에서 n 시프트시키는 시프트레지스터(124);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The latch signal is sequentially input, but the latched signal is loaded using the load signal RCLK, the data is read from the rising edge of the second phase signal Phase B using the shift signal SRCLK, and the first phase signal ( And a
또한, 상기 센서부는,In addition, the sensor unit,
n 개의 센서에 대하여 상기 n 번째 센서 구동 신호를 사용하여 순차적으로 장애물을 감지하기 위한 적외선을 출력하는 발광 다이오드; 및a light emitting diode configured to output infrared rays for sequentially detecting obstacles using n-th sensor driving signals for n sensors; And
상기 발광 다이오드에서 출력되는 적외선의 발사각에 대하여 수신각이 소정 각도를 가지도록 위치된 수광 트랜지스터;를 포함하는 것이 가능하다.It is possible to include; a light receiving transistor positioned so that the reception angle has a predetermined angle with respect to the firing angle of the infrared light output from the light emitting diode.
또한, 상기 제1 위상 신호(Phase A)는 적외선을 발사하기 위하여 사용되고, 상기 제2 위상 신호(Phase B)는 적외선을 수신하기 위하여 사용되며 상기 제1 위상 신호(Phase A)를 상기 카운터(102)로 카운트하여 인덱스하는 것이 바람직하다.In addition, the first phase signal Phase A is used to emit infrared rays, and the second phase signal Phase B is used to receive infrared rays, and the first phase signal Phase A is converted to the
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치의 구조를 도시한 블록도이며, 도 2는 도 1의 송신 제어부(10)의 일예를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 1의 수신 제어부(10)의 일예를 도시한 회로도이며, 도 4 및 도 5는 도 2의 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 1 is a block diagram showing the structure of a non-contact obstacle detecting apparatus for a cleaning robot according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a circuit diagram showing an example of the
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치는 장애물을 감지하여 장애물과의 충돌을 피하면서 동작하도록 하기 위한 것으로 n을 소정의 자연수라 할 때 n 개의 적외선 센서를 구비하는 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치에 있어서,1 and 2, the non-contact obstacle detecting apparatus of the cleaning robot according to the present invention is to detect an obstacle and operate while avoiding collision with the obstacle. When n is a predetermined natural number, n infrared sensors are used. In the non-contact obstacle detection device of the cleaning robot provided,
n 개의 적외선 센서를 시분할 제어하여 각 n 개 적외선 센서가 순차적으로 적외선을 출력하도록 제어하는 송신 제어부(10)와, 상기 송신제어부(10)와 연동되어 순차적으로 발사된 적외선을 감지함으로써 장애물이 있는지를 읽어들이도록 제어하는 수신 제어부(12), 및 n 개의 센서에 대하여 상기 n 번째 센서 구동 신호를 사용하여 순차적으로 장애물을 감지하기 위한 적외선을 출력하고 n 시프트된 신호를 사용하여 순차적으로 n 번째 센서에서 적외선을 읽어들여 장애물 유무를 감지하는 센서부(14);를 구비한다. 본 실시예에서 상기 n은 8이고, 상기 카운터는 8진 카운터, 상기 디코더는 3: 8 디코더, 상기 시프트레지스터는 8-시프트 레지스터이다. 또한, 본 발명에 따르면, 일단 태양광의 외란을 막기 위해서 일정한 주파수로 발진하여 적외선을 발사하도록 클록 신호를 사용한다.Time division control of the n infrared sensors to control the n infrared sensors to sequentially output the infrared and the
상기 송신 제어부(10)는 카운터(102)와 디코더(104)를 구비한다. 카운터(104)는 일정한 주파수의 클록 신호를 분주하여 분주된 펄스 신호인 제1 위상 신호(Phase A)를 카운트하여 n 개의 카운트 신호를 출력한다. 즉, 상기 제1 위상 신호(Phase A)는 적외선을 발사하기 위하여 사용되고, 상기 제2 위상 신호(Phase B)는 적외선을 수신하기 위하여 사용되며 상기 제1 위상 신호(Phase A)를 상기 카운터(102)로 카운트하고 카운트된 순서를 인덱스함으로써 센서 동작의 순번을 정하게 되는 것이다. 디코더(104)는 상기 카운터(102)로부터 출력된 카운트 신호를 n 개로 디코딩하여 n 번째 센서 동작 제어 신호를 출력한다. The
다음으로, 논리 앤드부(106)는 상기 디코더(104)에서 출력된 n 번째 센서 동작 제어 신호와 클록 신호를 논리 앤드시켜 제1 위상 신호의 라이징 에지(A 시점)에서 순차적으로 n 번째 센서 구동 신호를 출력한다. 즉, 논리 앤드부(106)는 제1 위상신호(Phase A) 신호와 클록신호를 앤드(AND)시켜 실제로 적외선을 발사하도록 드라이버 입력으로 사용되는 버스트 파형(Burst 신호 또는 Firing 신호)을 출력한다.Next, the
수신제어신호 생성부(108)는 제1 위상 신호(Phase A)와 카운트 신호를 기초로 시프트레지스터(124)에서 데이터를 로드하기 위한 로드 신호(RCLK)를 생성하고 제1 위상 신호(Phase A)와 90도의 위상차이를 가지도록 위상 지연된 제2 위상 신호(Phase B)를 기초로 시프트레지스터(124)의 시프트 명령을 위한 시프트 신호(SRCLK)를 생성한다. 제2 위상 신호(Phase B)는 플립플롭(미도시)를 사용하여 제1 위상 신호(Phase A)를 입력하여 간단히 만들 수 있다.The reception
다음으로, 수신 제어부(12)의 래치부(122)는 제1 위상 신호(Phase A)와 센서 구동 신호(IR_SIG)를 래치시키고, 시프트레지스터(124)는 래치 신호를 순차적으로 입력하되 로드 신호(RCLK)를 사용하여 래치된 신호를 로드하고 시프트 신호(SRCLK)를 사용하여 제2 위상 신호(Pahse B)의 라이징 에지(B 시점)에서 데이터를 읽어들이고 제1 위상 신호(Phase A)의 폴링 에지(C 시점)에서 n 시프트시킨다.Next, the
즉, 적외선 센서의 발광을 위한 버스트 신호, 또는 발사 신호(Firing Signal)는 클록 8개로 구성된다. 클록 신호를 구성하는 주기 신호의 개수는 앰프의 감도에 따라서 결정된다. 앰프가 진폭의 임계값(threshold)으로 측정하는 방식인 경우에는 충전 컨덴서의 시상수 값과 클록 주파수에 따라서 버스트 신호 내부의 클록 개수가 결정될 것이다. 버스트 신호가 나오는 동안 시분할을 위한 제어 신호인 제1 위상신호(Phase A)와 제2 위상신호(Phase B)신호도 각각 8개가 발생된다. 이 때, 제1 위상신호(Phase A)와 제2 위상신호(Phase B)의 라이징 에지와 폴링 에지에서 각각 카운터(102, 202) 및 디코더(104, 204)에 의한 각 센서별로 버스트 신호를 발생시키고, 시프트레지스터(124, 224)에 의한 시프트 동작이 발생하면서 8개의 센서를 시분할로 동작시키게 되는 것이다.That is, a burst signal or firing signal for emitting light from the infrared sensor is configured as eight clocks. The number of periodic signals constituting the clock signal is determined according to the sensitivity of the amplifier. In the case of an amplifier measuring the amplitude threshold, the number of clocks in the burst signal will be determined by the time constant value and the clock frequency of the charging capacitor. During the burst signal, eight first phase signals Phase A and Phase B, which are control signals for time division, are also generated. At this time, a burst signal is generated for each sensor by the
다음으로, 제1 위상신호(Phase A)의 라이징 에지인 A 구간에서 카운터값을 이용하여 디코더를 동작시켜서 원하는 적외선 센서로 적외선 발사 신호(firing signal)가 출력되게 하고, 제2 위상신호(Phase B)의 라이징 에지인 B 구간에서 시프트레지스터를 통해 데이터를 읽어가게 하며, 제1 위상신호(Phase A)의 폴링 에지인 C구간에서 시프트레지스터를 시프트시키도록 한다. 제2 위상신호(Phase B)의 폴링 에지인 D구간에서 입력되는 신호를 읽기 위한 D-래치의 값을 클리어시키면서, 8개의 카운터의 오버플로우가 발생하면 전체 센서의 정보를 획득하였으므로, 데이터를 버퍼에 넘기는 동작을 하도록 하는 것이 바람직하다.Next, the decoder is operated using a counter value in a section A, which is a rising edge of the first phase signal Phase A, so that an infrared firing signal is output to a desired infrared sensor, and the second phase signal Phase B The data is read through the shift register in the B section, which is the rising edge, and the shift register is shifted in the C section, which is the falling edge of the first phase signal Phase A. While clearing the value of the D-latch for reading the signal input from the D section, the falling edge of the second phase signal Phase B, when the overflow of eight counters occurs, the information of all the sensors is obtained. It is desirable to make the operation to turn over to.
상기 센서부(14)는, n 개의 센서에 대하여 상기 n 번째 센서 구동 신호를 사용하여 순차적으로 장애물을 감지하기 위한 적외선을 출력하는 발광 다이오드(미도시)와 상기 발광 다이오드(미도시)에서 출력되는 적외선의 발사각에 대하여 수신각이 일정한 각도를 가지도록 위치된 수광 트랜지스터(미도시)를 구비한다. 센서의 구조는 예를 들어, 발광 다이오드와 수광 트랜지스터가 각각 나란히 앞을 보게 설 치하되 반사체의 특성에 따라 감지할 수 있는 길이가 매우 많이 변화하기 때문에 그림과 같이 발광 다이오드와 수광 트랜지스터 사이에 약간의 각도를 주는 것이 바람직하다. 각도와 두 센서 사이의 거리에 따라서 감지할 수 있는 길이가 변화하게 되며, 예로 40도의 각도를 주고, 길이를 9mm로 하는 경우, 반사체의 재질에 따라 약간의 차이가 있지만, 5cm까지 감지할 수 있게 된다. 만약 반사체의 재질에 대한 차이를 없애고 싶다면 각 센서를 장착하는 깊이를 증가시키면 된다.The
도 6은 외부광 차단을 위하여 부가될 수 있는 회로의 일예를 나타낸 회로도이다. 만약 햇빛 등과 같은 외부 광원에 의한 간섭이 심해서, 반사된 신호가 검출되지 않고, 외란에 의한 DC성분이 포화되어 감지되지 않는 경우에는 도 6과 같은 회로를 이용하여 원하는 신호와 DC 성분을 제거할 수 있다. 얻어진 신호는 DC 성분이 제거되어 있으므로 피드백단에 컨덴서 등을 장착할 필요없이 저항만을 이용하여 1차 증폭기를 구현할 수 있게 된다. 1차 증폭기 후단에 같은 형태로 2차 증폭기를 장착하여 신호를 증폭할 수 있으나, 본 발명에서는 LM567을 사용하여 협대역 필터와 동시에 증폭기의 역할을 수행할 수 있도록 구현하였다. 또한 LM567을 사용하면 도 7의 회로와 같이 별도의 발진회로 없이 클록신호를 만들어 낼 수 있다. 도 7은 센서부(14)의 수신 회로부의 일예를 도시한 회로도이다. 입력은 포토트랜지스터를 이용하여 광량에 대략적으로 비례하는 입력 전류를 얻을 수 있다. 포토 트랜지스터가 아닌 포토 다이오드를 사용하여도 가능하다. 이 때, A지점에서는 트랜지스터(Tr.1, Tr.2, ..., Tr.n)의 에미터에 연결된 저항을 통하여 광량에 비례하는 전압을 얻을 수 있다. 이 광량은 실제 신호원인 변조된 광량과 외란에 의한 광량이 섞 여 있으므로 DC 블록을 통해서 B지점에서 원하는 신호만을 얻을 수 있다.6 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit that may be added to block external light. If interference by an external light source such as sunlight is severe and a reflected signal is not detected and a DC component due to disturbance is not detected due to saturation, a desired signal and DC component may be removed using a circuit as shown in FIG. 6. have. Since the DC signal is removed, the primary amplifier can be implemented using only a resistor without the need for a capacitor or the like in the feedback stage. A second amplifier may be mounted on the rear end of the primary amplifier in the same form to amplify the signal. However, in the present invention, the LM567 may be used to simultaneously perform a role of an amplifier with a narrowband filter. In addition, when the LM567 is used, a clock signal can be generated without a separate oscillation circuit like the circuit of FIG. 7. 7 is a circuit diagram showing an example of the receiving circuit portion of the
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치는 각 적외선 센서들마다 발진회로나 증폭회로를 사용하지 않고도 여러 개의 IR 센서를 하나의 구동회로로 구현할 수 있게 된다. 또한 시분할에 사용되는 회로들은 간단한 로직게이트 등으로 구현되므로 EPLD나 프로그래머블 FPGA (Field-Programmable Gate Array)등으로 쉽게 구현될 수 있다. 근래에 개발되는 대부분의 회로는 이와 같은 IC들이 장착되므로 손쉽게 통합될 수 있다. 본 발명의 효과로 부품비용 절감은 물론 센서를 구동하는데 필요한 소비 전력도 장착되는 센서의 개수만큼 줄일 수 있다. 또한, 부가적으로 앰프를 튜닝하기 위한 작업도 단 한번만 수행하면 되므로 제조공정을 단순화할 수 있다.The non-contact obstacle detecting apparatus of the cleaning robot according to the present invention as described above can implement a plurality of IR sensors as one driving circuit without using an oscillation circuit or an amplification circuit for each infrared sensor. In addition, since the circuits used for time division are implemented with simple logic gates, they can be easily implemented as EPLDs or programmable field-programmable gate arrays (FPGAs). Most circuits developed in recent years can be easily integrated with these ICs. According to the effect of the present invention, not only the component cost can be reduced, but also the power consumption required to drive the sensor can be reduced by the number of sensors installed. In addition, tuning the amplifier only needs to be done once, simplifying the manufacturing process.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 청소용 로봇의 비접촉 장애물 감지 장치는 각 적외선 센서들마다 발진회로나 증폭회로를 사용하지 않고도 여러 개의 IR 센서를 하나의 구동회로로 구현할 수 있게 됨으로써 부품 비용 절감은 물론 센서를 구동하는데 필요한 소비 전력도 줄일 수 있으며 앰프를 튜닝하기 위한 작업도 단 한번만 수행하면 되므로 제조공정을 단순화할 수 있고 생산성을 획기적으로 증대할 수 있는 효과를 제공한다.
As described above, the non-contact obstacle detecting apparatus of the cleaning robot according to the present invention can realize a plurality of IR sensors as a single driving circuit without using an oscillation circuit or an amplifying circuit for each infrared sensor, thereby reducing component cost as well as sensors. It also reduces the power required to drive the amplifier, and requires only one tuning of the amplifier, which simplifies the manufacturing process and dramatically increases productivity.
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