JP2006127448A - ロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法 - Google Patents

ロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は生産費用を低減し、感知距離を向上させるように、構造を改善したロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、充電端子を備える充電台と、前記充電台の所定位置に設けられ、互いに異なるコードと強さの信号を発する複数の送信部とを含む外部充電装置、及び、充電バッテリーと、前記充電端子と接続して前記充電バッテリーに電源を供給する連結端子と、前記複数の送信部からの信号を受信する受信部と、前記受信部で感知した信号を用いて、前記連結端子が前記充電端子に接続されるように走行を制御する制御部とを有するロボット掃除機を含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法に関し、より詳しくは、充電バッテリーを備えるロボット掃除機と、充電バッテリーを充電させる外部充電装置とからなるロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法に関する。
通常、ロボット掃除機は、ユーザの操作なしに一定範囲の作業領域内を自走しながら、底面の埃や異物を吸込む掃除作業を行う装置をいう。ロボット掃除機は、センサ及びカメラにより、家や事務室のような作業領域内に設けられた家具や事務用品や壁のような障害物までの距離を判別し、判別情報により障害物と衝突しないように走行しながら指示作業を行う。
このようなロボット掃除機は、駆動のための電源を供給するバッテリーを設けるが、このバッテリーは再充電して使用できる充電バッテリーが一般的である。よって、ロボット掃除機は、必要のときに充電バッテリーに電源を充電するように外部充電装置とシステムから構成される。
ところが、充電が必要な場合、ロボット掃除機を外部充電装置に自動復帰させるには、外部充電装置の位置を正確に把握しなければならない。
ロボット掃除機が外部充電装置の位置を把握して、外部充電装置に接続できる多様な方法があるが、一例を紹介すれば次の通りである。ロボット掃除機が接続される充電端子を備える外部充電装置には充電装置認識標識が設けられ、ロボット掃除機は前記充電装置認識標識を認識する認識標識検出センサを備える。前記認識標識検出センサは、充電装置認識標識を検出できるセンサであって、通常の反射型光センサが使用される。この反射型光センサは、発光部と、充電装置認識標識から反射されて戻る光を受光する受光部とを備える。従って、掃除作業の完了や充電量の不足により外部充電装置に復帰する場合、ロボット掃除機に設置された反射型光センサの発光部は光を発し、反射型光センサの受光部は外部充電装置に設置される充電装置認識標識から反射されて戻る光を受光して、ロボット掃除機が外部充電装置の位置を認識して外部充電装置に復帰する。
しかしながら、前記外部充電装置を持つロボット掃除機システムに使用される反射型光センサは、費用が高価で、かつ、センサの認識距離が短いため、外部充電装置への復帰に多くの時間がかかるという問題点がある。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、生産費用を低減し、感知距離を向上できるように、構造を改善したロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明に係るロボット掃除機システムは、充電端子を備える充電台と、前記充電台の所定位置に設けられ、互いに異なるコードと強さの信号を発する複数の送信部とを含む外部充電装置と、充電バッテリーと、前記充電端子と接続して前記充電バッテリーに電源を供給する連結端子と、前記複数の送信部からの信号を受信する受信部と、前記受信部で感知した信号を用いて、前記連結端子が前記充電端子に接続されるように走行を制御する制御部とを有するロボット掃除機を含むことを特徴とする。
前記長距離送信部は前記充電台の両側に各々１つずつ設けられ、前記短距離送信部は前記両側の長距離送信部の略中間地点に設けられることが好ましい。
また、前記長距離送信部及び前記短距離送信部は一列に配置されることが好ましい。前記長距離送信部及び前記短距離送信部は、各々異なる方向の異なる発信角度範囲に信号を発し、前記短距離送信部からの信号の発信角度範囲は、前記長距離送信部からの信号の発信角度範囲よりも小であることが好ましい。
また、前記送信部は、前記充電台の所定位置に設けられ、前記短距離送信部からの信号と異なるコードを有し、強さがより小であり、発信角度範囲がより小である信号を発するドッキング誘導送信部をさらに含むことが好ましい。
前記ドッキング誘導送信部は、前記短距離送信部と所定距離だけ離隔するように上下に配置されることが好ましい。
また、前記複数の送信部は赤外線発光素子であることが好ましい。
一方、本発明の目的は、前記ロボット掃除機の連結端子が充電台の充電端子に接続できるように、前記ロボット掃除機を前記外部充電装置に移動させるロボット掃除機の外部充電装置復帰方法において、前記ロボット掃除機が一定領域を移動しながら、ユーザにより指示された作業を進行中に、充電命令信号を受信する段階、充電命令信号を受信後、互いに異なるコード及び強さを持つ赤外線信号を受信すると、その赤外線信号に含まれた互いに異なるコードを分析して、前記ロボット掃除機を前記充電台に接近させる接近段階と、前記充電台に所定距離だけ接近すると、前記ロボット掃除機の連結端子を前記充電台の充電端子に接続する接続段階を含むロボット掃除機の外部充電装置復帰方法によっても達成できる。
前記接近段階は、前記赤外線信号を受信して、前記ロボット掃除機が前記充電台の正面から直進走行する段階、前記ロボット掃除機が直進走行中に、前記赤外線信号を受信しないと、左側又は右側に９０°回転して、前記赤外線信号を受信するまで所定距離だけ直進走行する段階、前記赤外線信号を受信すると、ロボット掃除機の本体が前記充電台の正面に向けるように９０°回転して直進走行する段階と、前記ロボット掃除機が直進走行中に、既に受信した赤外線信号と異なるコードを持つ赤外線信号を受信すると、前記ロボット掃除機が前記充電台に対して斜め走行する段階とを含むことが好ましい。
前記接続段階は、前記ロボット掃除機が斜め走行中に、前記異なるコード及びまた他のコードを持つ赤外線信号を受信すると、前記ロボット掃除機が前記充電台の正面から直進走行して、前記ロボット掃除機の連結端子を前記充電台の充電端子に接続することが好ましい。
本発明に係るロボット掃除機システムによれば、外部充電装置に各々出力される信号のコード及び出力の大きさを異ならせる複数の送信部を設け、ロボット掃除機の受信部及び制御部は各々異なる信号を受信し分析して、ロボット掃除機を外部充電装置に速かに復帰させる効果がある。
また、本発明は、ロボット掃除機の受信部は、外部充電装置に設置された送信部からの赤外線信号を直接受信するため、即ち、従来の間接方式ではなく直接方式により外部充電装置の位置を認識するため、感知距離が優秀であり、低費用のため経済的である。
以下、添付図面に基づき、本発明に係るロボット掃除機システムの好適な実施例をより詳細に説明する。
図１乃至図４を参照するに、ロボット掃除機システムは、ロボット掃除機１００と、外部充電装置２００とを含む。
ロボット掃除機１００は、本体１１０と、吸塵部１３０と、駆動部１２０と、障害物検出センサ１８４と、走行距離検出センサ１８２と、連結端子１５２と、充電バッテリー１５０と、受信部１７０と、制御部１４０とを含む。
吸塵部１３０は、空気を吸込みながら対向する底部の粉塵を集塵できるように本体１１０上に設ける。このような吸塵部１３０は公知の多様な方式により構成できる。一例として、吸塵部１３０は、吸込みモータ(図示せず)と、吸込みモータの駆動により底部と対向するように形成される吸込み口や吸込み管を通して集塵する集塵室とを備える。
駆動部１２０は、本体１１０の左右側に設置された輪(図示せず)と、前記輪を各々回転駆動させるモータとを含む。駆動部１２０は、制御部１４０の制御信号によって各モータを独立的に正方向又は逆方向に回転駆動させる。走行方向は各モータの回転数を異ならせて制御することにより決定される。
障害物検出センサ１８４は、赤外線センサや超音波センサなどを適用して、前方又は走行方向の障害物や壁などを感知し、その距離を感知するのに使用される。
走行距離検出センサ１８２は、輪の回転数を検出する回転検出センサを適用し得る。例えば、回転検出センサは、モータの回転数を検出するように設置されたロータリエンコーダを使用することができる。
ロボット掃除機の前面には、外部充電装置２００の充電端子２２２と一致する高さに一対の連結端子１５２が設置される。常用交流電源が３相電源の場合には３つの連結端子１５２が設置される。
充電バッテリー１５０は、本体１１０上に設けられ、連結端子１５２と連結している。よって、連結端子１５２が外部充電装置２００の充電端子２２２に接続されると、常用交流電源により充電バッテリー１５０が充電される。即ち、ロボット掃除機１００が外部充電装置２００に接続されると、常用交流電源と連結している電源コード２４４(図１参照)からの電力が、相互接続された外部充電装置２００の充電端子２２２からロボット掃除機の本体１１０の連結端子１５２を介して充電バッテリー１５０に供給される。
バッテリー充電量検出部１６０は、充電バッテリー１５０の充電量を検出して、検出した充電量が設定レベルよりも下限であれば、充電要請信号を制御部１４０に送出する。
受信部１７０は、ロボット掃除機の本体１１０の前方に装着され、後述する外部充電装置２００の送信部２１０から発する互いに異なるコードの発信信号を受信する。
制御部１４０は、上述のロボット掃除機１００の各要素を制御して、指示の掃除作業を行う。制御部１４０は、掃除作業を行わない場合、ロボット掃除機１００が外部充電装置２００と接続された状態で充電バッテリー１５０を充電しながら待機するように各要素を制御する。このように、ロボット掃除機１００の作業待機の際、外部充電装置２００と接続された状態で待機する場合、充電バッテリー１５０の充電量を一定範囲内に維持することが可能となる。
制御部１４０は、外部充電装置２００から離れて指示の掃除作業を行った後、外部充電装置２００に復帰するとき、外部充電装置２００の送信部２１０から発する信号を用いることにより、ロボット掃除機１００の外部充電装置２００への進入及び接続が円滑になる。より具体的には、制御部１４０は、受信部１７０で受信された互いに異なるコードの発信信号を検出して、受信された信号のコード形態に従って既設定の制御コードを出力する。そして、前記出力信号を既設定の基準値と比較して、前記比較結果に従うデジタル信号を出力する。前記出力されたデジタル信号により、制御部１４０はロボット掃除機１００が外部充電装置２００の充電台２２０に復帰できるように駆動部１２０を制御する。
図４を参照するに、外部充電装置２００は、充電端子２２２を持つ充電台２２０と、送信部２１０とを含む。充電端子２２２は、内部変圧器、コンバーター及び電源ケーブルを介して電源コード２４４と連結し、ロボット掃除機１００の連結端子１５２と接続して充電バッテリー１５０に電力を供給する。充電台２２０は、充電端子２２２がロボット掃除機１００の連結端子１５２と同じ高さを維持するように支持し、充電端子２２２が一定の位置に固定される。充電端子２２２は、常用交流電源が３相の場合には３つの充電端子を充電台２２０に設ける。
送信部２１０は、ロボット掃除機１００の受信部１７０が送信部２１０から発する信号を認識できるように、充電台２２０の前面に設けられ、互い異なるコード及び強さを持つ信号を発する長距離送信部２１２、短距離送信部２１４及びドッキング誘導送信部２１６を含む。長距離送信部２１２は充電台２２０の両側に各々１つずつ設けられ、短距離送信部２１４とドッキング誘導送信部２１６は両側の長距離送信部２１２の略中間地点に、即ち、充電台２２０の中間地点に設けられることが好ましい。また、ロボット掃除機１００の受信部１７０が発信信号を容易に受信するように、長距離送信部２１２及び短距離送信部２１４は一列に配置されることが好ましい。そして、ドッキング誘導送信部２１６は、短距離送信部２１４と重畳されないように、短距離送信部２１４と所定距離をおいて離隔して上部又は下部に配置される。前記複数の送信部２１０は、赤外線信号を発生する赤外線発光素子であることが好ましく、一般的に使用されるＬＥＤを適用し得る。この場合、ロボット掃除機１００の受信部１７０は、受光センサであるフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＰＩＮフォトダイオードなどが使用される。
長距離送信部２１２、短距離送信部２１４及びドッキング誘導送信部２１６は、ロボット掃除機１００の受信部１７０が各々の発信信号を区分受信できるように、互に異なるコードの信号を発する。コードを異ならせる方法は、例えば、各々の送信部２１２、２１４、２１６から発する赤外線信号の波形の大きさや形態を異ならせることにより可能となる。
一方、図５及び図６を参照する。長距離送信部２１２、短距離送信部２１４及びドッキング誘導送信部２１６は、各々強さ及び発信角度範囲(以下、“発信範囲”という)が異なる発信信号を発するように設定する。複数の送信部２１２、２１４、２１６の発信信号の強さを異ならせる方法として、各々の赤外線発光素子の抵抗値を調節する。抵抗値の調節により、出力される電流が調節されて、発信信号の強さを異に調節できる。Ａ１〜Ａ４は各々の送信部２１２、２１４、２１６の発信信号の強さと発信範囲を示す。Ａ１、Ａ２は長距離送信部２１２の発信範囲を、Ａ３は短距離送信部２１４の発信範囲を、Ａ４はドッキング誘導送信部２１６の発信範囲を示す。同図に示すように、発信範囲の大きさは長距離送信部２１２、短距離送信部２１４、ドッキング誘導送信部２１６の順であることが分かる。
従って、ロボット掃除機１００は、外部充電装置２００に復帰する場合、まず、長距離送信部２１２からの信号を認識して充電台２２０の方向に接近する。一方、長距離送信部２１２と短距離送信部２１４の発信信号が互いに混合される領域、即ち、Ａ１、Ａ２とＡ３が重複される領域では、長距離送信部２１２と短距離送信部２１４は互いに異なるコードの信号を発するため、ロボット掃除機１００の制御部１４０は、受信部１７０が受信した前記互いに異なる発信信号を区別できる。一方、ドッキング誘導送信部２１６からの信号の発信範囲Ａ４を、短距離送信部２１４からの信号の発信範囲Ａ３よりも小さく設定する。ロボット掃除機１００が充電台２２０に所定距離だけ接近した後は、ロボット掃除機１００の連結端子１５２が充電台２２０の充電端子２２２に接続されなければならないが、ドッキング誘導送信部２１６の発信範囲、特に発信角度範囲を小さくして、ロボット掃除機１００の受信部１７０は極に制限された領域Ａ４だけでドッキング誘導送信部２１６の発信信号を受信することになり、ロボット掃除機１００の連結端子１５２を充電端子２２２に正確に接続するようにする。
以下、本発明に係るロボット掃除機の外部充電装置復帰方法を、図７乃至図９を参照して説明する。
外部充電装置２００を持つロボット掃除機システムを設けた最初状態において、ロボット掃除機１００は、連結端子１５２が外部充電装置２００の充電端子２２２に接続された状態で待機する。ロボット掃除機１００が掃除作業の指示信号を受信すると、接続されている外部充電装置２００から分離されてユーザの命令によって所定領域で掃除作業を行う(Ｓ１０)。
掃除作業を進行しながら、ロボット掃除機１００の制御部１４０は、充電命令信号を受信すると(Ｓ１１)、充電台２２０に復帰するための復帰走行に転換する(Ｓ１２)。即ち、制御部１４０は、現位置で充電台２２０の送信部２１０からの信号を受信するために走行し続ける。
ここで、前記ロボット掃除機の復帰のための走行は多様な方法が適用され得る。例えば、ロボット掃除機１００は、送信部２１０からの信号を受信部１７０が受信するまでジグザグで走行する方法である。ここで、充電命令信号は、ロボット掃除機１００が、指示された掃除作業を完了したり、又は、掃除作業中に充電量検出部１６０から充電命令信号を入力される場合に生成される。また、ロボット掃除機１００の作業中に、ユーザがリモコンを用いて強制的に充電命令信号を生成させることもできる。
ロボット掃除機１００が送信部２１０の長距離送信部２１２からの赤外線信号の発信範囲Ａ１、Ａ２に接近すれば、受信部１７０はこれを受信し(Ｓ１３)、制御部１４０はロボット掃除機１００を外部充電装置２００の充電台２２０の方に接近するようにするが、その方法は、ロボット掃除機１００の受信部１７０が充電台２２０を正面に向けるように回転させた後、直進走行させる(Ｓ１４)。
充電台２２０の正面方向に所定距離だけ直進走行中に、前記赤外線信号の発信範囲から逸脱する場合、ロボット掃除機は、その時点から左側または右側に９０°回転して直進走行する(Ｓ１５)。所定距離だけ直進走行中に、長距離送信部２１２からの赤外線信号を受信すると、ロボット掃除機１００は更に充電台の方向に９０°回転後(Ｓ１６)、更に充電台２２０の正面方向に直進走行する。
一方、充電台２２０の方向に直進走行し、９０°回転して直進走行中に、ロボット掃除機１００が短距離送信部２１４からの赤外線信号の発信範囲Ａ３に位置すると、受信部１７０は前記赤外線信号を受信する(Ｓ１７)。短距離送信部２１４からの赤外線信号のコードは、長距離送信部２１２からの赤外線信号と異なるコードの信号を発するため、制御部１４０は受信部１７０で受信した前記互いに異なるコードの赤外線信号を区別できる。
受信部１７０が短距離送信部２１４からの赤外線信号を受信すると、制御部１４０は、ロボット掃除機１００が充電台２２０に対して斜め方向(略４５°)に進行するように、ロボット掃除機１００の走行を制御する(Ｓ１８)。ここで、上述した充電台の方向に直進走行する代わり、斜め方向に走行をする理由は、短距離送信部２１４の発信範囲が小さいので、走行時の誤差を低減して正確に充電台２２０に接近するためである。
その後、ロボット掃除機１００がドッキング誘導送信部２１６からの赤外線信号の発信範囲Ａ４に位置し、受信部１７０がドッキング誘導送信部２１６からの赤外線信号を受信すると(Ｓ１９)、制御部１４０は、ロボット掃除機１００が充電台２２０に対して直進走行するように制御する(Ｓ２０)。
このようなロボット掃除機の走行により、ロボット掃除機１００は、充電台２２０の充電端子２２２に迅速にかつ正確に接続できる(Ｓ２１)。
本発明はロボット掃除機システムに適用し得る。そして、充電バッテリーを備えるロボット掃除機と、充電バッテリーを充電させる外部充電装置とからなる、ロボット掃除機システム及び外部充電装置復帰方法にも適用し得る。
本発明の実施例に係るロボット掃除機システムの概略斜視図である。 図１のロボット掃除機の概略斜視図である。 図１のロボット掃除機システムのブロック図である。 図１の外部充電装置の正面図である。 図４の複数の送信部の発信範囲を示す図である。 図４の複数の送信部の発信範囲を示す図である。 ロボット掃除機が外部充電装置に復帰する動作を示す図である。 ロボット掃除機が外部充電装置に復帰する動作を示す図である。 本発明の実施例に係るロボット掃除機が外部充電装置に復帰する方法を示すフローチャート図である。
符号の説明
１００ ロボット掃除機
１１０ 本体
１２０ 駆動部
１４０ 制御部
１５０ 充電バッテリー
１５２ 連結端子
１７０ 受信部
２００ 外部充電装置
２１０ 送信部
２１２ 長距離送信部
２１４ 短距離送信部
２１６ ドッキング誘導送信部
２２０ 充電台
２２２ 充電端子

Claims (11)

  1. 充電端子を備える充電台と、前記充電台の所定位置に設けられ、互いに異なるコードと強さの信号を発する複数の送信部とを含む外部充電装置と、
    充電バッテリーと、前記充電端子と接続して前記充電バッテリーに電源を供給する連結端子と、前記複数の送信部からの信号を受信する受信部と、前記受信部で感知した信号を用いて、前記連結端子が前記充電端子に接続されるように走行を制御する制御部とを有するロボット掃除機を含むことを特徴とするロボット掃除機システム。
  2. 前記複数の送信部は、同じコードを有する１つ以上の長距離送信部と、前記長距離送信部と異なるコードを有し、前記長距離送信よりも強さが小の信号を発する短距離送信部とを含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット掃除機システム。
  3. 前記長距離送信部は前記充電台の両側に各々１つずつ設けられ、前記短距離送信部は前記両側の長距離送信部の略中間地点に設けられることを特徴とする請求項２に記載のロボット掃除機システム。
  4. 前記長距離送信部及び前記短距離送信部は一列に配置されることを特徴とする請求項３に記載のロボット掃除機システム。
  5. 前記長距離送信部及び前記短距離送信部は、各々異なる方向の異なる発信角度範囲に信号を発し、前記短距離送信部からの信号の発信角度範囲は、前記長距離送信部からの信号の発信角度範囲よりも小であることを特徴とする請求項３に記載のロボット掃除機システム。
  6. 前記送信部は、前記充電台の所定位置に設けられ、前記短距離送信部からの信号と異なるコードを有し、強さがより小であり、発信角度範囲がより小である信号を発するドッキング誘導送信部をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のロボット掃除機システム。
  7. 前記ドッキング誘導送信部は、前記短距離送信部と所定距離だけ離隔するように上下に配置されることを特徴とする請求項６に記載のロボット掃除機システム。
  8. 前記複数の送信部は赤外線発光素子であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のロボット掃除機システム。
  9. 前記ロボット掃除機の連結端子が充電台の充電端子に接続できるように、前記ロボット掃除機を前記外部充電装置に移動させるロボット掃除機の外部充電装置復帰方法において、
    前記ロボット掃除機が一定領域を移動しながら、ユーザにより指示された作業を進行中に、充電命令信号を受信する段階、
    充電命令信号を受信後、互いに異なるコード及び強さを持つ赤外線信号を受信すると、その赤外線信号に含まれた互いに異なるコードを分析して、前記ロボット掃除機を前記充電台に接近させる接近段階と、
    前記充電台に所定距離だけ接近すると、前記ロボット掃除機の連結端子を前記充電台の充電端子に接続する接続段階を含むことを特徴とするロボット掃除機の外部充電装置復帰方法。
  10. 前記接近段階は、
    前記赤外線信号を受信して、前記ロボット掃除機が前記充電台の正面から直進走行する段階、
    前記ロボット掃除機が直進走行中に、前記赤外線信号を受信しないと、左側又は右側に９０°回転して、前記赤外線信号を受信するまで所定距離だけ直進走行する段階、
    前記赤外線信号を受信すると、ロボット掃除機の本体が前記充電台の正面に向けるように９０°回転して直進走行する段階と、
    前記ロボット掃除機が直進走行中に、既に受信した赤外線信号と異なるコードを持つ赤外線信号を受信すると、前記ロボット掃除機が前記充電台に対して斜め走行する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載のロボット掃除機の外部充電装置復帰方法。
  11. 前記接続段階は、前記ロボット掃除機が斜め走行中に、前記異なるコード及びまた他のコードを持つ赤外線信号を受信すると、前記ロボット掃除機が前記充電台の正面から直進走行して、前記ロボット掃除機の連結端子を前記充電台の充電端子に接続することを特徴とする請求項１０に記載のロボット掃除機の外部充電装置復帰方法。
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