JP2007307354A - カーペット感知掃除用ロボット及びカーペット境界検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 底面でカーペットの有無を感知することができ、これと共にカーペットの境界領域を感知してカーペット領域を検出する掃除用ロボット及びカーペット境界検出方法を提供する。
【解決手段】 カーペット感知掃除用ロボットは、掃除用ロボットの本体、本体に装着されてロボットを走行させる駆動部及び駆動部によってロボットが走行時にカーペットを感知するカーペット感知部とを含む。カーペット境界検出方法は、ロボットの両側の車輪に隣接して付着したカーペット感知部を用いてカーペットをそれぞれ感知する段階、カーペットを感知した各カーペット感知部の時間間隔の間にロボットの走行距離を求める段階、走行距離とカーペット感知部との間隔を用いてロボットの進行方向に対するカーペット境界線の方向を計算する段階とを含む。
【選択図】 図１Ｃ

Description

本発明は、カーペット感知掃除用ロボット及びカーペットの境界検出方法であって、さらに詳細には、底面でカーペットの有無を感知することができ、これと共にカーペットの境界領域を感知してカーペット領域を検出する掃除用ロボット及びカーペット境界検出方法に関する。

一般的にロボットは、工場や産業体で自動化工程に対する方案として開発された。自動制御技術と遠隔操縦技術などが進歩するにつれて高温、低温などの極限の環境や宇宙や海底などの危ない環境で作業するか、単調な作業を反復する場合にロボットが主に応用された。

最近には、産業体で利用される産業用ロボットだけではなく、一般家庭や事務室などで家事や事務補助としてロボットが実用化されている。ここに該当する代表的な例として掃除用ロボットを挙げられうる。

掃除用ロボットに対しては、ユーザーが掃除機を直接引いて通うか、他の操作をしなくても掃除用ロボット自ら走行しながら掃除をする自動走行掃除機が開発された。このような掃除用ロボットが効果的な性能を発揮するために掃除用ロボットが自身の位置把握及び掃除する地域のマップ作成などが問題になった。また、掃除用ロボットが障害物に衝突するか、段差部分に落ちて壊れるか、故障を起こすなど耐久性の問題も発生した。これと共に掃除用ロボットが掃除する区域内を均一に掃除し、掃除する区域で底の材質や状態などによって適した掃除方法を選択しなければならない問題も発生した。

特に、掃除用ロボットでは底面の状態や材質などを認識することができなかった状態で掃除方法を適用する場合には、底面の状態などによって掃除の質的な面が変わりうる。例えば、居間の大部分が床からなり、居間の真ん中にカーペットが位置している場合に掃除用ロボットが床の掃除に適したモードにあると仮定しよう。この場合に床の上を進行すれば、掃除の時には適切な吸入力で掃除を実行することができるが、掃除用ロボットがカーペット上を進行する場合には、一般的にカーペットにロボットの駆動車輪が落ち込んでしまう傾向がある。

したがって、駆動車輪がカーペットに埋め込まれる場合には、底面と吸入部との間に距離が近くなることで従来の底面よりさらに大きい吸入力を加えられうる。また、駆動車輪がカーペットに多く埋め込まれる場合には、吸入部にカーペットの縫目が吸い込まれてむしろ吸入を防害することがある。すなわち、掃除機の吸入力などにおいて底の状態と材質などは重要な項目（ｆａｃｔｏｒ）になり、したがって、掃除用ロボットは底面の状態または種類などを認識することが必要である。

従来に掃除用ロボットや受動掃除機で底面の材質を把握しようとする試みがあった。特許文献１では底面の高さ変化を赤外線センサで感知して底面でカーペットの有無を判別しようとした。これと共に特許文献２では掃除用ロボットの下部面に超音波送信器と超音波受信器とを装着して一定時間の間に超音波を送信した後、受信される時間から距離を測定し、その測定された距離から一般の底、カーペット、段差を認識した。また、特許文献３では多数の赤外線センサを用いて段差部分を認識してその段差部分の境界線を追従して掃除をするようにした。

前記のように、底面でカーペットを感知するか、段差のある部分を認識するために多数の赤外線センサまたは超音波センサを装着して掃除用ロボットの製作費用を上昇させる問題がある。また、赤外線センサは、強い光に露出される場合、センサが誤動作を起こし、超音波センサは距離が近くなる場合にはまともに作動しない問題がある。

したがって、カーペットの有無または底面の状態を高価のセンサを装着しなくとも簡便に底面の状態を感知して掃除用ロボットが底面の種類によって掃除方法を異にする必要性が台頭された。
日本特許公開平４−１９７３２７号公報 韓国特許公開第１９９２−０００３９４１号公報 韓国特許公開第２００４−０２３４２０号公報

本発明は、前記問題点を考慮して案出されたものであって、掃除用ロボットにカーペット感知部を装着して底面でカーペットの有無を感知することができ、これと共にロボットが走行しながらカーペット感知部を用いてカーペットの境界を検出して掃除用ロボットがカーペット領域内で効果的な掃除を実行することを目的とする。

本発明は、前述した目的に制限されず、言及されていないさらなる目的は、下記から当業者に明確に理解されるであろう。

前記目的を果たすために、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットは、掃除用ロボットの本体と、本体に装着されてロボットを走行させる駆動部と、前記駆動部によってロボットが走行時にカーペットを感知するカーペット感知部と、を含む。これと共に、前記駆動部によってロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触する接触部と、前記接触によって発生する接触部の動きを感知する感知部と、を含む。

前記目的を果たすために、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットは、掃除用ロボットの本体と、本体に装着されてロボットを走行させる駆動部と、前記駆動部によってロボットが走行時にカーペットを感知するカーペット感知部と、を含み、
前記のカーペット感知部は、駆動部によってロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触する接触部及び前記接触によって発生する前記接触部の圧力を感知する圧力センサまたはタッチパッドを含む。

前記目的を果たすために、本発明に一実施形態によるカーペット境界検出方法は、（ａ）ロボットの両側の車輪に隣接して付着したカーペット感知部を用いてカーペットをそれぞれ感知する段階と、（ｂ）前記カーペットを感知した各カーペット感知部の時間間隔の間にロボットの走行距離を求める段階と、（ｃ）前記走行距離とカーペット感知部の間隔とを用いてロボットの進行方向に対するカーペット境界線の方向を計算する段階と、を含む。

前記目的を果たすために、本発明の一実施形態によるカーペット感知移動ロボットは、ロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触する接触部と、前記接触によって発生する接触部の動きを感知する感知部と、を含むカーペット感知移動ロボットにおいて、前記接触部は、前記カーペットと回転を感知する回転センサとを含む前記感知部が接触する時に回転する車輪を含み、前記接触部は、カーペットと接触して上昇して固定部内で上下に動く支持台に固定された板を含み、前記感知部は、前記板の上昇によって起きる前記支持部の先端の動きを感知して前記接触部の動きを感知するか、前記接触部は、カーペットと接触して上昇して固定部内で上下に動く支持台に固定された板を含み、前記感知部は、前記板のカーペットと接触面に形成されたタッチパッドまたは圧力感知パッドである。

前記目的を果たすために、本発明の一実施形態によるカーペット感知ロボットは、ロボットに連結された固定部と、前記固定部に動くように連結された前記ロボットのカーペット上への走行時に前記カーペットと接触する接触部と、前記カーペットと前記接触部の接触で発生する前記接触部の動きを感知する感知部と、を含むが、前記接触部は、フレキシブルジョイントで前記固定部に連結され、前記感知部は、前記フレキシブルジョイントの曲がりを感知するか、前記接触部は、ヒンジ（ｈｉｎｇｅ）で前記固定部に連結され、前記感知部は、前記ヒンジに対して前記接触部の動きを感知する。

前記目的を果たすために、本発明の一実施形態による各車輪にカーペット検出器を含むロボットを利用したカーペット境界感知方法は、底の上のカーペットの境界を感知するために底に沿ってロボットを移動させる段階と、カーペット検出器の動き状態または圧力状態を識別してカーペットの境界を追跡する段階と、前記追跡した境界が閉ループであるかを判断する段階と、前記追跡した境界が閉ループではない時、前記ロボットの車輪が前記カーペットから離脱したのかを判断し、前記車輪がカーペットから離脱していなかったら追跡する境界が閉ループであるかを反復的に判断する段階と、前記ロボットの車輪が前記カーペットを離脱した時、カーペットを向けてロボットを回転させる段階と、を含む。

その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明のカーペット感知部を装着した掃除用ロボット及びロボットのカーペット境界認識方法によれば、次のような効果が一つあるいはそれ以上ある。

第一に、カーペット感知部を装着して簡便にカーペットを感知できる。

第二に、カーペット感知部を用いてカーペットを認識してカーペットに対する掃除方法を異ならせうる。

第三に、カーペット感知部を用いてカーペットの境界を把握してカーペット内部を掃除できる。

本発明は、前述した効果に制限されず、言及されていないさらなる効果は、特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらの達成方法は、添付図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば、明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態で具現でき、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供され、本発明は特許請求の範囲により定義されるだけである。明細書全体にわたって同一参照符号は、同一構成要素を指称する。

以下、本発明の望ましい実施形態に対して添付された図面を参照して、さらに詳しく説明する。

図１Ａは、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットが底面の上にある簡略図であり、図１Ｂは、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットがカーペット上にある簡略図である。また、図１Ｃは、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットのブロック図である。図２は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットの正面図であり、図３は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでローラーを装着したカーペット感知部の断面図である。

前記目的を果たすために、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットは、掃除用ロボットの本体と、本体に装着されてロボットを走行させる駆動部と、前記駆動部によってロボットが走行時にカーペットを感知するカーペット感知部と、を含む。

一般的に、掃除用ロボットの本体１１０は、掃除用ロボットを駆動させる駆動部１２０と障害物を感知する監視部などを搭載できる空間を提供する。これと共にほこりなどを集塵して除去するための集塵機などと、集塵行動を制御するための集塵制御回路などで構成されて掃除部を含みうる。したがって、ロボットの本体は、ロボットが実行する機能を搭載するか、駆動部によってロボットの位置を移動させる対象になる。

駆動部１２０は、駆動力を発揮するための駆動モーターと、前記駆動モーターによって駆動される無限軌道または所定直径の車輪と、駆動を制御するための駆動制御回路などで構成されうる。ロボットが走行時に車輪を使用時には駆動部によって駆動される左右両側の車輪とロボットの前部または前、後部に装着される受動車輪１２２を使うことができる。

カーペット感知部１００は、前記駆動部によって本体がカーペット上に走行時にカーペットに接触する接触部３１０、接触部と連結され、カーペット感知部を掃除用ロボットの下面または横面に固定させる固定部３５０、接触部または固定部に付着されてカーペットに接触したことを感知する感知部３０５を含みうる。カーペット感知部１００は、掃除用ロボットが走行しながらカーペットを感知する役割を果たす。図２で図示するようにカーペット感知部１００は、駆動される左右両側の車輪に隣接して設けられることができ、ロボットの本体１１０にカーペット感知部一つのみでも設けられる。

接触部３１０は、カーペットとの接触する役割を果たす。接触部３１０は、回転が可能なローラー３２０及びローラーを下部に装着して固定部内部で上下に動く支持台３３０を含みうる。図３で図示するように、接触部３１０にローラー３２０を含むことでロボットの走行時にローラーがカーペットに接触して回転する。したがって、ローラー３２０が回転を始める部分がカーペットの境界になり、ロボットがカーペット上に走行する間に接触部３１０のローラー３２０は回転し続ける。

支持台３３０は、ローラー３１０を下部に装着して固定部内部で上下に動くことができる。カーペットに接触するローラー３２０は、カーペットとの接触によって反作用力が発生して接触部３１０を上昇させる力になりうる。すなわち、本体１１０の重さによって掃除用ロボットの車輪はカーペット内に埋め込まれるが、接触部３１０はカーペットの上方向に作用する反作用によって固定部３５０内部に接触部の支持台３３０が上下運動ができる。したがって、支持台３３０と固定部３５０との間には、摺動可能に所定の隙間と隙間の間に潤滑油またはガイド部材などの上下運動を円滑にする要素を含むこともできる。

感知部３０５は、接触部によってロボットがカーペット上に走行していることを感知する役割を果たす。図３で図示するようにカーペットが接触部のローラー３２０と接触時にローラー３２０が回転する。したがって、感知部３０５は、ローラー３２０の回転を感知することでロボットが走行する底がカーペットであることを感知できる。

ローラーの回転を感知する感知部として回転感知器３０５を含みうる。回転感知器３０５としては、エンコーダまたはポテンショメータなどを使うことができる。回転感知器３０５としては、ローラーの回転を感知してローラーの回転量を求めうる。したがって、ローラー３２０の回転量を求めることで、ローラーが回転する間に移動した距離を求めうる。

固定部３５０は、接触部３１０と感知部３０５とをカーペット感知部１００に装着させ、カーペット感知部１００は固定部３５０を介してロボットの本体１１０に付着される。カーペット感知部１００は、固定部３５０を介してロボット本体の下部または横面に装着されうる。カーペット感知部１００が固定部３５０によってロボットの本体１１０に装着された場合には、接触部３１０のローラー３２０はカーペットのない底面で所定の高さを有しうる。すなわち、ローラー３２０がカーペットのない底面に着く場合には、ローラーの位置があまり低くなり、ロボットがカーペット上にある場合にローラー３２０がカーペットに接触しない場合には、ローラーの位置があまり高くなりうる。したがって、ローラーがカーペット上にカーペットに接触して回転できるように底面から所定の高さを有するように固定部３５０がカーペット感知部１００の長さを調整できる。図３で図示するように、接触部の支持台３３０によって固定部３５０と連結され、接触部のローラー３２０が回転することを感知する回転感知器３０５は接触部３１０の横に装着させうる。また、固定部３５０は、接触部と連結され、接触部支持台３３０の上下移動をガイドできる。固定部３５０の上面を掃除用ロボットの下面または横面に固定させてカーペット感知部１００をロボットの本体１１０に装着する。

図３で図示するように、ローラーガイド内部にバネ３６０またはスポンジなどの所定の伸縮性要素を挿入し、このような要素を用いて接触部のローラー３２０が底面で適切な高さを維持させうる。但し、接触部３１０を所定の重さからなるようにし、接触部の支持台３３０が固定部３５０の内部で摺動可能にして接触部３１０の高さ上昇があっても、ロボットがカーペットを経た後には重力によって原状に回復することもできる。したがって、ロボットがカーペットを経た後には重力によって固定部３５０内部にバネやスポンジなどの伸縮性部材がないとしても、接触部の重さによる重力によって原状を回復することもできる。

また、固定部３５０は、接触部の支持台３３０と一体型からなり固定部３５０として看做されうる。掃除用ロボットがカーペット上に走行してもカーペット感知部の接触部には少量の力を受けるのでロボットの走行に阻害されないこともある。したがって、接触部３１０が上昇しなくても、ローラー３２０などの接触部によってカーペットを認識できるために固定部３５０に支持台３３０が一体に含まれることもできる。

前記のように構成される本発明の一実施形態によるカーペット感知部を有する掃除用ロボットの作用を説明すれば、次のようである。

カーペットを感知するためには、図１Ｂで図示するようにカーペットが敷かれている部分で接触部によってカーペットと接触する。すなわち、図１Ａで図示するように、カーペットが敷かれていない底面では、カーペット感知部１００がロボットの走行車輪より高い位置に装着されて何らの力も受けない。しかし、カーペットが敷かれている部分を走行時にはロボットの車輪がカーペットに埋め込まれることでカーペット感知部１００の接触部３１０がカーペットと接触する。

ローラーがカーペットと接触をすれば、ロボットが走行しながらローラーが回転する。したがって、感知部３０５は、ローラー３２０の回転を感知してロボットがカーペット上に走行していることが分かる。これと共に、ローラーの回転が止める場合には、ロボットが走行している底面にカーペットが存在していないことが分かる。そして、回転を感知する回転感知器３０５に該当するエンコーダやポテンショメータを用いてローラーの回転量を求めることができるので、これを用いて概略的なカーペットの大きさと区域などを推正できる。

図４は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで光センサを装着したカーペット感知部の断面図であり、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでリミットセンサを所定の部位に装着した３個のカーペット感知部の断面図である。図６は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで圧力センサを装着したカーペット感知部の断面図である。

カーペット感知部１１０は、接触部の上下運動を感知してカーペットを感知する役割をするものであって、接触部、感知部、固定部を含む。

接触部は、図４で図示するように円形または多角形板３２０ａを接触部３１０ａの支持台３３０ａに付着し、接触部の板３２０ａがカーペットに接触する場合に、カーペットの作用力によって支持台３３０ａが固定部３５０内部を摺動して上昇させうる。支持台３３０ａには、円形または多角形板３２０ａを付着することだけではなく、板を下向き凸状に支持台３３０ａに付着したり、板を部分角をなすようにしながら下の部分を尖ったようにしてカーペットとの接触面を減らすこともできる。但し、棒に付けられた板３２０ａの一番下にある部分の位置が底面で所定の高さを有するようにする。

感知部３０５は、接触部３１０ａがカーペットに接触して上昇する場合に、接触部の上昇を感知する役割を果たす。したがって、感知部は、棒の上部の端部の動きを認識するために固定部の内部に光センサ３０５ａなどを装着できる。そして、感知部は、接触部の上昇によって光センサ３０５ａを通じる光の通過または遮断を感知して接触部３１０ａの上昇を感知できる。例えば、接触部の上昇を感知する場合には、ロボットがカーペット上を走行することが分かり、接触部が原状に回復する場合（すなわち、接触部が上昇後に下降する場合）にはロボットが底面を走行していることを感知できる。

これと共に接触部の上昇を感知する感知センサとして、図５で図示するようにリミットセンサを使うことができる。リミットセンサは、一種の機械式スィッチ方式で接触部の機械的力によってスィッチを作動させることである。すなわち、接触部の板３２０ａがカーペットを接触して接触部３１０ｂが上昇する場合に、接触部３１０ｂが固定部３５０内部に沿って上昇することで固定部に付着されるか、リミットセンサ３０５ｂに接触する。例えば、スィッチが押すように接触部の板３２０ａがリミットセンサ３０５ｂに接触することで感知部であるリミットセンサ３０５ｂは作動し、したがって、リミットセンサはロボットがカーペット面を走行していることが分かる。リミットセンサの位置は、図５Ａで図示するように固定部の下部に装着されて接触部の板３２０ａが上昇しながらリミットセンサ３０５ｂを作動させうる。また、図５Ｂで図示するとおりに固定部の上部に位置して接触部の支持台３３０ａが上昇しながらリミットセンサ３０５ｂを作動させることもできる。これと共に図５Ｃで図示するように固定部３５０の溝上部に装着されて接触部の係止片３４０が上昇しながらリミットセンサ３０５ｂを作動させることもできる。このように、リミットセンサを装着する位置などは本発明に属する技術分野で通常の知識を有する者によって変更されうる。

これと同一の構造を有しながら、感知部のセンサを異ならせうる。すなわち、接触部の上面に図５のようにリミットセンサ代りに近接センサを装着することで接触部がカーペットとの接触によって固定部のガイドを介して上昇する場合に、近接センサが接触部の上昇を認識してカーペットを感知できる。また、感知部のリミットセンサ代りにリードセンサを装着できる。接触部の支持台の上面に金属や磁石を付着して接触部の上昇によって金属や磁石の動きを感知するものがリードセンサである。近接センサと類似した方式で接触部がカーペットとの接触によって固定部を介して上昇する場合に、接触部の支持台の上面に金属や磁石の動きを感知して掃除用ロボットがカーペット上に走行していることを感知できる。

また、カーペットを感知する感知部として接触部にタッチパッドなどの圧力を感知するセンサ３０５ｃを付着できる。ロボットが底面を走行する場合には、カーペット感知部１００とは接触する部位がないので、如何なる圧力を感知することができない。しかし、カーペット上に走行する場合には、カーペット感知部の接触部３２０ｃにカーペットが接触し、したがって、接触部３０５ｃに所定の力が加えられうる。したがって、接触部に圧力センサ３０５ｃを装着して所定の圧力が感知される場合には、ロボットがカーペット上に走行していることを感知できる。

図６で図示するようにタッチパッドまたは圧力センサ３０５ｃを感知部の板に装着する場合には、接触部３２０ｃと固定部３５０とはすでに図示した図５と同一である。但し、感知部において接触部の板にタッチパッドまたは圧力センサ３０５ｃを装着してカーペットを感知できる。また、接触部と固定部とを一体型に付着してロボットの走行時にカーペットの接触を感知部で感知することもできる。

図７Ａ、図７Ｂは、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでしわ部を含むカーペット感知部の断面図である。

カーペット感知部の構成要素は、接触部３１０ｄ、固定上部７５０、しわ部７６０及び感知部３０５ｄを含みうる。固定上部７５０は、掃除用ロボットの下面に付着されてカーペット感知部１００を掃除用ロボット下面または側面に固定させる役割を果たす。しわ部７６０は、固定上部７５０と接触部３１０ｄとを連結する役割をし、固定上部７５０がロボットに付着されてカーペット感知部１００を固定させる一方に、接触部３１０ｄはカーペットとの接触によって自由に動くようにしわ部７６０に連結される。例えば、接触部３１０ｄがカーペットに接触する場合にしわ部７６０の側面の一側には延び、反対側の側面では縮まって図７Ｂで図示するようにカーペット感知部１００の形象が曲がるようになってカーペットを感知させうる。

接触部３１０ｄは、しわ部７６０によって固定上部７５０と連結されており、カーペットとの接触によって所定の範囲内で自由に移動できる。大部分の場合には、図７Ｂで図示するようにロボットの走行時にカーペットと接触する場合、カーペットの反作用によって固定下部はロボットの進行方向の反対方向に曲がる。

感知部３０５ｄは、互いに当接した感知上部７０２と感知下部７０３とを含み、感知上部７０２と感知下部７０３との当接した面の着脱を感知できる感知手段７０５を含む。 図７Ｂで図示するように、感知手段７０５としては、リミットセンス、着脱認識スィッチなどのセンサとして感知上部と感知下部とが接している時には、オフになった状態で感知上部と感知下部とが離れる瞬間にオンになるメカニズムを有させる。したがって、感知手段７０５が感知上部７０２と感知下部７０３との付着が離れることを感知してロボットがカーペット上に走行していることを感知できる。

図８は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで関節部を含むカーペット感知部の断面図である。

図８で図示するようにカーペット感知部１００は、固定上部７５０、接触部３１０ｄ、関節部８６０及び感知部３０５ｄを含む。固定上部７５０と接触部３１０ｄは、図７ですでに図示したところと類似して詳細な説明は省略する。但し、固定上部７５０と接触部３１０ｄとが関節部８６０によって互いに連結されるので、固定上部７５０の下部と接触部３１０ｄの上部形象が関節部８６０によって連結されるようにできる。

カーペット感知部１００は、円筒形や多角形の管で構成された固定上部７５０と接触部３１０ｄとを連結するために関節部８６０を含む。関節部８６０は、固定上部と接触部とを結合させながら接触部３１０ｄの動きを前後に自由にしうる。したがって、関節部８６０は、接触部３１０ｄを所定の範囲内で回転可能にリベット、ボルトナットなどの締結手段８６０を備えられうる。

感知部３０５ｄは、ロボットのカーペット上への走行時にカーペット感知部の接触部３１０ｄがカーペットに接触してカーペットを感知する。図８−２で図示するようにロボットがカーペット上を走行する場合には、接触部３１０ｄが掃除用ロボットの進行方向の後方に向かって感知部３０５ｄの感知上部７０２と感知下部７０３とが離れるようになってロボットがカーペット上に走行中であることを認識する。

前記の多様なカーペット感知部によって掃除用ロボットは、走行しながらカーペットを感知できる。カーペットを感知した掃除用ロボットは、カーペットのない底面を掃除する時より吸入力を異にするか、または掃除用ロボットに付着されて塵払いを作動させることもできる。このようにカーペット感知器によってカーペットの有無を確認することによって、掃除用ロボットの掃除方法を効果的に決定できる。

図９は、ロボットが進行する方向に対するカーペットの境界方向を図式的に示し、図１０は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットのカーペットの境界認識方法でカーペット境界方向を求める方法を示すフローチャートである。

例えば、図３で図示するように、走行している掃除用ロボットがあり、掃除用ロボットの駆動車輪１２０に該当する左右車輪の横にカーペット感知部１００がそれぞれ付けられている。したがって、掃除用ロボットが走行しながら（Ｓ１０００）カーペットに合う場合、図９では右側車輪部分が先にカーペット上に走行する。したがって、右側車輪の横に装着されたカーペット感知部１００がカーペットを感知できる（Ｓ１０１０）。掃除用ロボットは、ずっと直進するようになって（Ｓ１０２０）、ロボットが距離Ｄほど走行した後に左側の車輪がカーペット上に上がり、したがって、左側のカーペット感知部がカーペットを感知できる（Ｓ１０３０）。したがって、右側のカーペット感知部と左側のカーペット感知部１００との間の距離をＷとすれば、ロボットの進行する方向に対するカーペットの境界線方向（θ）を次の（式１）で求められうる（Ｓ１０４０）。

（式１）
ここで、（式１）によってロボットの進行する方向に対するカーペットの境界線方向（θ）を求めうるが、Ｗはカーペット感知部を装着時にすでに固定されている値になるが各々のカーペット感知部の感知する時間差の間にロボットの走行距離Ｄが分かる方法は多様に提示されうる。

ロボットの走行距離Ｄが分かる方法としては、両側のカーペット感知部１００のカーペットを感知する時間差の間に掃除用ロボットの走行距離を求めることである。左右駆動車輪にエンコーダまたはポテンショメータを備えて走行距離を求めうる。すなわち、前述した多様な実施形態によるカーペット感知部でカーペットが存在することを感知できる。例えば、カーペット感知部のローラーが回転するか、接触部の支持台の上昇によって光センサが作動するか、接触部の板または支持台の上昇でリミットセンサを作動させるか、接触部の板に付着されたタッチパッドまたは圧力センサによって圧力を感知する方法でできる。したがって、それぞれ左右車輪が相異なる時間にカーペット上で駆動することで左右車輪の横に付着されたカーペット感知部１００は、相異なる時間にカーペットの存否を感知させうる。但し、カーペット感知部１００は、常に左右車輪の横に付着されるものではなく掃除用ロボットの進行方向を基準にそれぞれ左右にある任意の点に位置すれば、一定の式によってロボットの進行する方向に対するカーペットの境界線方向を求めうる。したがって、カーペット感知部１００は、左右駆動車輪の横に装着することが望ましいが、二つ以上のカーペット感知部１００をロボット下面に適切な位置に装着してカーペットの境界線方向を求めうる。

これと共に、図３で図示したローラー３２０によるカーペット感知部１００ではローラーがカーペットに接触して回転することを感知し、回転量を回転感知器３０５によって求めることでロボットの走行距離（Ｄ）を求めうる。ローラー３２０を含むカーペット感知部１００では、ロボットの駆動部による走行距離を感知しなくても各々のカーペット感知部がカーペットを感知する時間差の間に走行した距離を求めうる。

図１１は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットのカーペット境界検出方法を示すフローチャートであり、図１２は、本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットがカーペットの境界検出経路を示す。

図１１で図示するように、ロボットが底面を前進している（Ｓ１１００）。ロボットが前進する中にカーペットに合う場合、一側の車輪側のカーペット感知部によってカーペットを感知できる。ロボットはずっと直進して一定距離進行の後に他側の車輪側のカーペット感知部によってもカーペットを感知できる。したがって、両車輪側のカーペット感知部によってカーペットを感知した場合には、（式１）によってカーペットの境界線方向を求めうる（Ｓ１１１０）。カーペットの境界線方向が求められれば、ロボットをカーペットの境界線方向に追従するように制御できる（Ｓ１１２０）。

すべてのカーペットが四角形ではないので、カーペットの境界線は、円形や多角形になりうる。但し、カーペットが掃除用ロボットより相対的に大きいために局部的に掃除用ロボットが進行する方向に対しては境界線方向が直線と見なされうる。したがって、カーペットの境界線方向を認識された場合には、掃除用ロボットが境界線を追従するように一側の車輪は底面に位置して他側の車輪はカーペット上に位置させ、両車輪の横にはカーペット感知部がそれぞれ設けられていて両車輪が接している地面の種類を把握させる。

カーペットの境界線を追従するために境界線方向を追従しながら両車輪のカーペット感知部を介してロボットの進行状態を把握する。すなわち、カーペットに両車輪がすべて上がった後に（式１）によってカーペットの境界線方向を求めた後には境界線方向に追従する（Ｓ１１１０）。すなわち、現在進行中である方向で境界線がある方向に回転して直進するか、直進しながら回転できる。または、掃除用ロボットが境界線方向よりもうちょっと回転してカーペット上で底面に出ようとすることもある。したがって、一定距離を直進する中には、一側の車輪は底面に位置して他側の車輪はカーペット上に位置する。この状態ではカーペットの境界線方向に回転して直進すれば、カーペット境界線を追従できる。

また、カーペット境界線を追従する過程でカーペットの境界の角部分に到着して両側の車輪がすべてカーペットを脱する場合には（Ｓ１１４０）、ロボットがカーペットを離脱する直前にカーペット上に走行した一側の車輪方向に回転する（Ｓ１１５０）。したがって、四角形のカーペットの場合には、ロボットが９０°以上に回転して前進することが望ましく、一般的な多角形や円形のカーペットであることを考慮する時、所定の角度ほど回転して直進することが望ましい。したがって、掃除用ロボットが回転して直進する場合に再び両車輪がカーペット上に上がる。両車輪側に位置したカーペット感知部によって再びカーペットを認識してカーペットの境界線方向を求めうる。したがって、ロボットは、再びカーペット境界線を追従する方法に従う。

前記の方法を反復すれば、カーペットの形状が多様であっても境界線を追従することができ、掃除用ロボットの前記のような方法によってカーペットの境界線に認識される閉ループ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ）を得られる（Ｓ１１３０）。閉ループが形成されれば、掃除用ロボットが移動した経路をカーペットの境界線として決定できる。

したがって、抽出されたカーペットの境界を把握して、掃除用ロボットはカーペットの内部を認識して掃除を実行できる。掃除用ロボットをしてカーペット領域を認識するようにすることで、カーペットの区域内では掃除方法を通常の底面と他の掃除方法を適用するか、同一の掃除方法であっても吸入力の強さと掃除進行速度などを異ならせうる。

以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、当業者ならば本発明の技術的思想や必須的な特徴から外れない範囲内でいろいろに置き換え、変形及び変更が可能なので他の具体的な形態に実施できるということを理解できるであろう。したがって、前述した実施形態は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解せねばならない。

本発明は、カーペット感知掃除用ロボット及びカーペット境界検出方法に関連する技術分野に適用されうる。

本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットが底面の上にある簡略図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットがカーペット上にある簡略図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットのブロック図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットの正面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでローラーを装着したカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで光センサを装着したカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでリミットセンサを所定の部位に装着した３個のカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでリミットセンサを所定の部位に装着した３個のカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでリミットセンサを所定の部位に装着した３個のカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで圧力センサを装着したカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでしわ部を含むカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットでしわ部を含むカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで関節部を含むカーペット感知部の断面図である。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットで関節部を含むカーペット感知部の断面図である。 ロボットが進行する方向に対するカーペットの境界方向を図式的に示す。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットのカーペットの境界認識方法でカーペット境界方向を求める方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットのカーペット境界検出方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるカーペット感知掃除用ロボットがカーペットの境界検出経路を示す。

符号の説明

１００ カーペット感知部
１１０ ロボット本体
１２０ 駆動部
３０５ 感知部
３１０ 接触部
３３０ 支持台
３５０ 固定部

Claims (29)

1. 掃除用ロボットの本体と、
   本体に装着されてロボットを走行させる駆動部と、
   前記駆動部によってロボットが、走行時にカーペットを感知するカーペット感知部と、を含む掃除用ロボットであって、
   前記カーペット感知部は、
   前記駆動部によってロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触する接触部と、
   前記接触によって発生する接触部の動きを感知する感知部と、を含むことを特徴とするカーペット感知掃除用ロボット。
2. 前記接触部は、
   ロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触して回転する回転部を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
3. 前記感知部は、
   前記回転部の回転を感知する回転感知器を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
4. 前記接触部は、
   ロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触して上昇する板または下向き凸板と、
   前記板または下向き凸板を下部に装着してカーペット感知部の固定部内部で上下に動く支持台と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
5. 前記感知部は、
   前記接触部の上昇を感知する光センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
6. 前記感知部は、
   前記接触部の上昇によって作動するリミットセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
7. 前記感知部は、
   前記接触部の上昇によって作動する近接センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
8. 前記感知部は、
   前記接触部の上面に磁石または金属が付着されて接触部の上昇によって作動するリードセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
9. 前記カーペット感知部は、
   前記接触部を下方に押すことができる弾性部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
10. 前記カーペット感知部は、
    前記接触部と連結され、ロボットのカーペット上への走行時にカーペットとの接触によって前記接触部の上昇をガイドし、ロボットの本体の下面または横面にカーペット感知部を固定させる固定部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
11. 前記カーペット感知部は、前記接触部の移動を回転させるしわ部をさらに含み、
    前記接触部は、ロボットのカーペット上への走行時にカーペットに接触する場合、前記皺部を中心に傾くことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
12. 前記カーペット感知部は、前記接触部の移動を回転させる関節部をさらに含み、
    前記接触部は、ロボットのカーペット上への走行時にカーペットに接触する場合、前記関節部を中心に傾くことを特徴とする請求項１に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
13. 前記感知部は、
    ロボットのカーペット上への走行時に前記接触部の動きによって感知上部と感知下部との脱着を感知する感知手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載のカーペットを感知する掃除用ロボット。
14. 前記感知部は、
    ロボットのカーペット上への走行時に前記接触部の動きによって感知上部と感知下部との脱着を感知する感知手段を含むことを特徴とする請求項１２に記載のカーペットを感知する掃除用ロボット。
15. 掃除用ロボットの本体と、
    本体に装着されてロボットを走行させる駆動部と、
    前記駆動部によってロボットが走行時にカーペットを感知するカーペット感知部と、を含む掃除用ロボットであって、
    前記カーペット感知部は、
    前記駆動部によってロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触する接触部と、
    前記接触によって発生する前記接触部の圧力を感知する圧力センサまたはタッチパッドを含むことを特徴とするカーペット感知掃除用ロボット。
16. 前記カーペット感知部は、
    前記接触部と一体に結合されて前記ロボットの本体の下面または横面にカーペット感知部を付着させる固定部をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のカーペット感知掃除用ロボット。
17. （ａ）ロボットの両側の車輪に隣接して付着したカーペット感知部を用いてカーペットをそれぞれ感知する段階と、
    （ｂ）前記カーペットを感知した各カーペット感知部の時間間隔の間にロボットの走行距離を求める段階と、
    （ｃ）前記走行距離とカーペット感知部の間隔とを用いてロボットの進行方向に対するカーペット境界線の方向を計算する段階と、を含むことを特徴とするカーペット境界検出方法。
18. 前記（ｂ）段階は、
    各々のカーペット感知部の感知する時間間隔にロボットの走行速度を乗算してロボットの走行距離を求める段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載のカーペット境界検出方法。
19. 前記（ｂ）段階は、
    各々のカーペット感知部の感知する時間間隔の間にカーペットを先に感知した一方のカーペット感知部の走行距離をロボットの走行距離として求める段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載のカーペット境界検出方法。
20. 前記（ｃ）段階は、
    

    

    式を用いてロボットの進行方向に対するカーペット境界線の方向（θ）が計算されるが、Ｄはロボットの走行距離、Ｗはカーペット感知部の間隔であることを特徴とする請求項１７に記載のカーペット境界検出方法。
21. 前記抽出された境界線の方向を追従してカーペットの境界線を抽出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のカーペット境界検出方法。
22. 前記ロボットの移動経路が閉ループを形成する場合、カーペットの領域を決定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のカーペット境界検出方法。
23. 前記ロボットがカーペットを離脱した場合に、離脱前にカーペットを感知した車輪側の方向に所定の角度ほど回転する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のカーペット境界検出方法。
24. ロボットのカーペット上への走行時にカーペットと接触する接触部と、
    前記接触によって発生する接触部の動きを感知する感知部と、を含むカーペット感知移動ロボットにおいて、
    前記接触部は、前記カーペットと回転を感知する回転センサとを含む前記感知部が接触する時、回転する車輪を含み、
    前記接触部は、カーペットと接触して上昇して固定部内で上下に動く支持台に固定された板を含み、前記感知部は、前記板の上昇によって起きる前記支持部の先端の動きを感知して前記接触部の動きを感知するか、
    前記接触部は、カーペットと接触して上昇して固定部内で上下に動く支持台に固定された板を含み、前記感知部は、前記板のカーペットとの接触面に形成されたタッチパッドまたは圧力感知パッドであることを特徴とするカーペット感知移動ロボット。
25. 前記接触部の板は、凸板または前記カーペットとの接触面積を減らすための下方に部分的に角を形成する形態であることを特徴とする請求項２４に記載のカーペット感知移動ロボット。
26. ロボットに連結された固定部と、
    前記固定部に動くように連結され、前記ロボットのカーペット上への走行時に前記カーペットと接触する接触部と
    前記カーペットと前記接触部との接触で発生する前記接触部の動きを感知する感知部と、を含むが、
    前記接触部は、フレキシブルジョイントで前記固定部に連結され、前記感知部は、前記フレキシブルジョイントの曲がりを感知するか、
    前記接触部は、ヒンジで前記固定部に連結され、前記感知部は、前記ヒンジに対して前記接触部の動きを感知することを特徴とするカーペット感知ロボット。
27. 前記感知部は、前記固定部に上位感知部、前記接触部に下位感知部、前記上位感知部と下位感知部との間に接触状態を感知する接触センサを含み、前記上位感知部から前記下位感知部の分離を感知することで曲がりまたはヒンジの動きを感知することを特徴とする請求項２６に記載のカーペット感知ロボット。
28. 底の上のカーペットの境界を感知するために底に沿ってロボットを移動させる段階と、
    カーペット検出器の動き状態または圧力状態を識別してカーペットの境界を追跡する段階と、
    前記追跡した境界が閉ループであるかを判断する段階と、
    前記追跡した境界が閉ループではない時、前記ロボットの車輪が前記カーペットから離脱したかを判断し、前記車輪がカーペットから離脱していなかったら追跡する境界が閉ループであるかを反復的に判断する段階と、
    前記ロボットの車輪が前記カーペットを離脱した時、カーペットを向けてロボットを回転させる段階と、を含む各車輪にカーペット検出器を含むことを特徴とするロボットを利用したカーペット境界感知方法。
29. 前記回転時に、前記カーペットが四角形であれば、前記ロボットは少なくとも９０°の角度に回転し、前記カーペットが多角形または円形であれば、所定の角度に回転する各車輪にカーペット検出器を含むことを特徴とする請求項２８に記載のロボットを利用したカーペット境界感知方法。

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