JP2020508182A

JP2020508182A - 掃除機及びその制御方法

Info

Publication number: JP2020508182A
Application number: JP2019546927A
Authority: JP
Inventors: パク，ヒュヌン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: TW201833703A; KR101984101B1; EP3593692A1; CN110300537A; EP3593692A4; US20180249872A1; US10624514B2; AU2017402126A1; CN110300537B; TWI671611B; WO2018164326A1; AU2017402126B2; JP6891289B2; KR20180101903A; EP3593692B1

Abstract

本発明の課題を解決するために、本発明の一実施形態による自律走行を行う掃除機は、本体と、前記本体を移動させる駆動部と、３次元座標情報を検出するカメラと、充電ステーションに関するパターン情報を保存するメモリと、前記カメラで検出された３次元座標情報と前記メモリに保存された前記充電ステーションに関するパターン情報とを比較し、比較結果に基づいて、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置するか否かを判断する制御部とを含むことを特徴とする。

Description

本発明は、掃除機及びその制御方法に関し、より詳細には、障害物を認識して自律走行を行う掃除機及びその制御方法に関する。

一般に、ロボットは、産業用に開発されて工場自動化の一部分を担ってきた。近年、ロボットの応用分野がさらに拡大し、医療用ロボット、宇宙航空ロボットなどが開発され、一般家庭で用いられる家庭用ロボットも製作されている。

家庭用ロボットの代表的な例として挙げられるロボット掃除機は、所定の領域を自律走行しながら周辺の塵又は異物を吸入して掃除する家電機器の一種である。このようなロボット掃除機は、一般的に充電可能なバッテリを備え、走行中に障害物を回避するための障害物センサを備えることにより、自律走行しながら掃除することができる。

近年、単に掃除領域を自律走行して掃除を行うロボット掃除機にとどまらず、ロボット掃除機をヘルスケア、スマートホーム、遠隔制御などの様々な分野に活用するための研究が盛んに行われている。

ロボット掃除機が掃除領域を自律走行する場合、掃除機能の実行中にバッテリの容量が限界容量以下となることがある。よって、ロボット掃除機が円滑に自律走行するためには、バッテリの容量が所定量以下となると、掃除領域内に設置された充電ステーションに移動してバッテリを充電しなければならない。

これに関して、特許文献１（２００９年１０月２６日公開）においては、正確なドッキングのために、距離測定のための距離信号を送信し、案内信号を受信し、それにより進行方向を転換する構成を開示している。

しかし、特許文献１に記載のロボット掃除機システムにおいては、ロボット掃除機が充電ステーションに備えられた赤外線センサ（ＩＲ（Infra Red）センサ）を用いて充電ステーションの位置を把握するので、充電ステーションの位置を正確に検出することが困難であるという問題があった。

また、充電ステーションの位置を正確に検出できない場合、ロボット掃除機に備えられた充電端子と、充電ステーションに備えられた電力供給端子を正確にドッキングさせることができないという問題も生じる。

韓国公開特許第１０−２００９−０１１１１７０号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、移動ロボット又はロボット掃除機の周辺の地形又はその周辺に位置する障害物に関する３次元座標情報を取得する３次元カメラセンサを用いて、充電ステーションの位置を正確に検出することのできる、自律走行を行う掃除機及びその制御方法を提供することにある。

本発明の目的は、３次元カメラセンサで取得された３次元座標情報を用いて充電ステーションへの復帰確率を向上させることのできる、自律走行を行う掃除機及びその制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、３次元カメラセンサで取得された３次元座標情報を用いて充電ステーションとのドッキングを正確に行うことのできる、自律走行を行う掃除機及びその制御方法を提供することにある。

このような本発明の技術的課題を解決するために、本発明による自律走行を行う掃除機は、本体と、前記本体を移動させる駆動部と、３次元座標情報を検出するカメラと、充電ステーションに関するパターン情報を保存するメモリと、前記カメラで検出された３次元座標情報と前記メモリに保存された前記充電ステーションに関するパターン情報とを比較し、比較結果に基づいて、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置するか否かを判断する制御部とを含むことを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチすると、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置すると判断することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置すると判断すると、前記本体の現在位置を基準にして、前記充電ステーションの相対的位置を検出することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記検出された相対的位置に基づいて、前記本体を前記充電ステーションにドッキングさせるように、前記駆動部を制御することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記検出された３次元座標情報を用いて、前記本体と前記充電ステーション間の距離を演算し、前記演算された距離に基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、電力の供給を受けるために前記本体に備えられる充電端子と電力を供給するために前記充電ステーションに備えられる電力供給端子間の距離を演算し、前記演算された距離に基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記検出された３次元座標情報を用いて、前記本体の一面が向く方向と前記充電ステーションの一面が向く方向とがなす角度を演算し、前記演算された角度に基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチしないと、前記本体と前記充電ステーションとが限界距離以上離隔していると判断することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチしないと、前記本体を前記本体の現在位置から前記限界距離以内の位置に移動させるように、前記駆動部を制御することを特徴とする。

一実施形態において、前記自律走行を行う掃除機は、前記充電ステーションに備えられた赤外線センサ送信部から放出される信号を検知する赤外線センサ送信部をさらに含み、前記制御部は、前記赤外線センサ送信部の出力及び前記検出された３次元座標情報に基づいて、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置するか否かを判断する制御部を含むことを特徴とする。

一実施形態において、前記自律走行を行う掃除機は、前記充電ステーションと通信を行う通信部をさらに含み、前記制御部は、前記通信部が受信した信号の種類を判別し、前記判別された信号の種類に基づいて、前記カメラを駆動することを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記通信部が前記充電ステーションから受信した信号が遠距離信号であるか近距離信号であるかを判別し、前記受信した信号が遠距離信号である場合、前記本体を前記充電ステーションが設置された位置に移動させることを特徴とする。

一実施形態において、前記制御部は、前記受信した信号の種類を周期的に判別し、前記受信した信号に近距離信号が含まれると判別された時点で、前記充電ステーションに関する３次元座標情報を取得するように、前記カメラをアクティブにすることを特徴とする。

本発明によれば、３次元カメラセンサで取得された３次元座標情報を用いるので、充電ステーションへの復帰確率を向上させることができるという効果がある。

また、本発明によれば、３次元カメラセンサで取得された３次元座標情報を用いるので、充電ステーションに備えられた電力供給端子と掃除機本体に備えられた充電端子との接触確率を向上させることができるという効果がある。

さらに、本発明によれば、障害物検知のためにロボット掃除機に既に備えられている３次元カメラセンサを用いて充電ステーションの位置を検出するので、充電ステーションにさらなるセンサを追加する必要がないという効果がある。

さらに、本発明によれば、赤外線センサの信号外乱により、充電ステーションの位置を誤検出したり、充電ステーションへの復帰に失敗する問題を解決することができる。

本発明による自律走行を行う掃除機の一例を示す斜視図である。図１に示す自律走行を行う掃除機の平面図である。図１に示す自律走行を行う掃除機の側面図である。本発明の一実施形態による自律走行を行う掃除機の構成要素を示すブロック図である。本発明による掃除機と充電ステーションが掃除領域に設置される一例を示す概念図である。本発明の一実施形態による充電ステーションから放出される信号を示す概念図である。本発明の一実施形態による充電ステーションから放出される信号を示す概念図である。本発明の一実施形態による充電ステーションから放出される信号を示す概念図である。本発明の一実施形態による充電ステーションから放出される信号を示す概念図である。従来の掃除機が充電ステーションにドッキングする方法を示す概念図である。本発明による掃除機が充電ステーションにドッキングする方法を示す概念図である。充電ステーションに関する３次元座標情報の集合を示す概念図である。本発明による充電ステーションの外観を示す図である。本発明による充電ステーションの外観を示す図である。本発明による充電ステーションの外観を示す図である。本発明による自律走行を行う掃除機の制御方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するが、本明細書で用いられる技術用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであり、本発明の技術思想を限定するものではない。

図１は本発明によるロボット掃除機１００の一例を示す斜視図であり、図２は図１に示すロボット掃除機１００の平面図であり、図３は図１に示すロボット掃除機１００の側面図である。

なお、本明細書においては、移動ロボット、ロボット掃除機及び自律走行を行う掃除機が同じ意味で用いられる。

図１〜図３に示すように、ロボット掃除機１００は、所定の領域を自律走行しながら床面を掃除する機能を実行する。ここでいう床面の掃除には、床面の塵（異物が含まれる）を吸入したり床面を拭くことが含まれる。

ロボット掃除機１００は、掃除機本体１１０、吸入ユニット１２０、検知ユニット１３０及びダストボックス１４０を含む。

掃除機本体１１０には、ロボット掃除機１００の制御のための制御部（図示せず）、及びロボット掃除機１００の走行のためのホイールユニット１１１が備えられる。ホイールユニット１１１により、ロボット掃除機１００は前後左右に移動したり回転することができる。

ホイールユニット１１１は、メインホイール１１１ａ及びサブホイール１１１ｂを含む。

メインホイール１１１ａは、掃除機本体１１０の両側にそれぞれ備えられ、制御部の制御信号に基づいて一方向又は他方向に回転可能に構成される。それぞれのメインホイール１１１ａは、互いに独立して駆動可能に構成されてもよい。例えば、それぞれのメインホイール１１１ａは、異なるモータにより駆動されるようにしてもよい。

サブホイール１１１ｂは、メインホイール１１１ａと共に掃除機本体１１０を支持し、メインホイール１１１ａによるロボット掃除機１００の走行を補助するように構成される。このようなサブホイール１１１ｂは、後述する吸入ユニット１２０にも備えられてもよい。

前述したように、制御部がホイールユニット１１１の駆動を制御することにより、ロボット掃除機１００は床面を自律走行するように構成される。

一方、掃除機本体１１０には、ロボット掃除機１００に電源を供給するバッテリ（図示せず）が装着される。バッテリは、充電可能に構成され、掃除機本体１１０の底面部に着脱可能に構成されてもよい。

吸入ユニット１２０は、掃除機本体１１０の一側から突出した形態で配置され、塵が含まれる空気を吸入するように構成される。前記一側は、掃除機本体１１０が正方向（Ｆ）に走行する側、すなわち掃除機本体１１０の前方であってもよい。

同図においては、吸入ユニット１２０が掃除機本体１１０の一側から前方及び左右両側方の全てに突出した形状であることを示す。具体的には、吸入ユニット１２０の前端部は掃除機本体１１０の一側から前方に離隔した位置に配置され、吸入ユニット１２０の左右両端部は掃除機本体１１０の一側から左右両側にそれぞれ離隔した位置に配置される。

掃除機本体１１０が円形に形成され、吸入ユニット１２０の後端部両側が掃除機本体１１０から左右両側にそれぞれ突出するように形成されることにより、掃除機本体１１０と吸入ユニット１２０間には空間、すなわち隙間が形成される。前記空間は、掃除機本体１１０の左右両端部と吸入ユニット１２０の左右両端部間の空間であり、ロボット掃除機１００の内側に凹んだ形状を有する。

前記空間に障害物が挟まった場合、ロボット掃除機１００が障害物に引っ掛かって動けなくなるという問題を招くことがある。これを防止するために、カバー部材１２９が前記空間の少なくとも一部を覆うように配置されてもよい。カバー部材１２９は、掃除機本体１１０に備えられてもよく、吸入ユニット１２０に備えられてもよい。本実施形態においては、吸入ユニット１２０の後端部両側にそれぞれカバー部材１２９が突設され、掃除機本体１１０の外周面を覆うように配置されていることを示す。

カバー部材１２９は、前記空間、すなわち掃除機本体１１０と吸入ユニット１２０間の空間の少なくとも一部を埋めるように配置される。よって、前記空間に障害物が挟まることを防止でき、前記空間に障害物が挟まったとしても障害物から容易に離脱できる構造を実現することができる。

吸入ユニット１２０から突設されるカバー部材１２９は、掃除機本体１１０の外周面に支持されるようにしてもよい。もし、カバー部材１２９が掃除機本体１１０から突設された場合であれば、カバー部材１２９は、吸入ユニット１２０の背面部に支持されるようにしてもよい。上記構造によれば、吸入ユニット１２０が障害物に当接して衝撃を受けると、その衝撃の一部が掃除機本体１１０に伝達されて衝撃が分散する。

吸入ユニット１２０は、掃除機本体１１０に着脱可能に結合されるようにしてもよい。吸入ユニット１２０が掃除機本体１１０から分離されると、分離された吸入ユニット１２０を代替してモップモジュール（図示せず）を掃除機本体１１０に着脱可能に結合することができる。よって、ユーザは床面の塵を除去する場合は掃除機本体１１０に吸入ユニット１２０を装着し、床面を拭く場合は掃除機本体１１０にモップモジュールを装着することができる。

吸入ユニット１２０が掃除機本体１１０に装着される際に、前述したカバー部材１２９により前記装着がガイドされる。すなわち、カバー部材１２９が掃除機本体１１０の外周面を覆うように配置されることにより、掃除機本体１１０に対する吸入ユニット１２０の相対的位置が決定される。

掃除機本体１１０には検知ユニット１３０が配置される。図示のように、検知ユニット１３０は、吸入ユニット１２０が配置される掃除機本体１１０の一側、すなわち掃除機本体１１０の前側に配置されてもよい。

検知ユニット１３０は、掃除機本体１１０の上下方向に吸入ユニット１２０と重なるように配置されてもよい。検知ユニット１３０は、吸入ユニット１２０の上部に配置され、ロボット掃除機１００の最も前方に位置する吸入ユニット１２０が障害物に当接しないように前方の障害物や地形地物などを検知するように構成される。

検知ユニット１３０は、このような検知機能に加え、他の検知機能をさらに実行するように構成される。これについては後で詳細に説明する。

掃除機本体１１０にはダストボックス収容部１１３が備えられ、ダストボックス収容部１１３には吸入された空気中の塵を分離して集塵するダストボックス１４０が着脱可能に結合される。図示のように、ダストボックス収容部１１３は、掃除機本体１１０の他側、すなわち掃除機本体１１０の後側に形成されてもよい。

ダストボックス１４０の一部はダストボックス収容部１１３に収容され、ダストボックス１４０の他の一部は掃除機本体１１０の後方［すなわち、正方向（Ｆ）の反対方向である逆方向（Ｒ）］に向かって突出するようにしてもよい。

ダストボックス１４０は、塵を含む空気が流入する入口１４０ａ、及び塵が分離された空気が排出される出口１４０ｂを有し、ダストボックス１４０がダストボックス収容部１１３に装着された場合に入口１４０ａ及び出口１４０ｂがダストボックス収容部１１３の内側壁に形成される第１開口１１０ａ及び第２開口１１０ｂにそれぞれ連通するように構成される。

掃除機本体１１０の内部の吸気流路は、連通部１２０ｂ’’に連通する流入口（図示せず）から第１開口１１０ａまでの流路であり、排気流路は、第２開口１１０ｂから排気口１１２までの流路である。

このような連結関係により、吸入ユニット１２０を介して流入した塵を含む空気は、掃除機本体１１０の内部の吸気流路を介してダストボックス１４０に流入し、ダストボックス１４０のフィルタやサイクロンを経て空気と塵が分離される。塵はダストボックス１４０に集塵され、空気はダストボックス１４０から排出された後に掃除機本体１１０の内部の排気流路を介して最終的に排気口１１２から外部に排出される。

以下、図４を参照して、ロボット掃除機１００の構成要素の一例について説明する。

本発明の一実施形態によるロボット掃除機１００又は移動ロボットは、通信部１１００、入力部１２００、駆動部１３００、検知部１４００、出力部１５００、電源部１６００、メモリ１７００及び制御部１８００の１つ以上もしくはそれらの組み合わせを含んでもよい。

ここで、図４に示す全ての構成要素が必須構成要素であるわけではなく、本発明によるロボット掃除機は、図示の構成要素よりも多い構成要素で実現してもよく、それより少ない構成要素で実現してもよいことは言うまでもない。以下、各構成要素について説明する。

まず、電源部１６００は、外部の商用電源により充電可能なバッテリを備え、前記移動ロボット内に電源を供給する。電源部１６００は、前記移動ロボットに含まれる各構成に駆動電源を供給することにより、前記移動ロボットの走行や特定機能の実行に要求される動作電源を供給する。

ここで、制御部１８００は、前記バッテリの電源残量を検知し、電源残量が不足していると前記移動ロボットが外部の商用電源に接続された充電台に移動するように制御することにより、前記充電台から充電電流が供給されて前記バッテリが充電されるようにする。前記バッテリは、バッテリ検知部に接続されており、前記バッテリの残量及び充電状態が制御部１８００に送られる。出力部１５００は、制御部１８００により前記バッテリの残量を画面に表示する。

前記バッテリは、前記ロボット掃除機の中央の下部に配置されてもよく、左右のいずれか一方に配置されてもよい。後者の場合、前記移動ロボットは、前記バッテリの重量の偏りを解消するために、均衡錘をさらに備えてもよい。

一方、駆動部１３００は、モータを備え、前記モータを駆動することにより、左右の主車輪を双方向に回転させて前記移動ロボットの本体を回転又は移動させる。駆動部１３００は、前記本体を前後左右に前進又は後進させたり、曲線走行させたり、その場回転させることができる。

一方、入力部１２００には、ユーザから前記ロボット掃除機に関する各種制御命令が入力される。入力部１２００は、１つ以上のボタンを含んでもよい。例えば、入力部１２００は、確認ボタン、設定ボタンなどを含んでもよい。前記確認ボタンは、ユーザが検知情報、障害物情報、位置情報、マップ情報を確認する命令の入力を行うためのボタンであり、前記設定ボタンは、ユーザが前記情報を設定する命令の入力を行うためのボタンである。

また、入力部１２００は、以前のユーザ入力を取り消して再びユーザ入力を行うための入力再設定ボタン、予め設定されたユーザ入力を削除するための削除ボタン、作動モードを設定又は変更するボタン、前記充電台に復帰させる命令の入力を行うためのボタンなどを含んでもよい。

さらに、入力部１２００は、ハードキー、ソフトキー、タッチパッドなどからなり、前記移動ロボットの上部に設けられてもよい。さらに、入力部１２００は、出力部１５００と共にタッチスクリーンの形態を有するようにしてもよい。

一方、出力部１５００は、前記移動ロボットの上部に設けられてもよい。設置位置や設置形態を変えてもよいことは言うまでもない。例えば、出力部１５００は、バッテリ状態や走行方式などを画面に表示することができる。

また、出力部１５００は、検知部１４００により検出された前記移動ロボットの内部状態情報、例えば、前記移動ロボットに含まれる各構成の現在の状態を出力することができる。さらに、出力部１５００は、検知部１４００により検出された外部状態情報、障害物情報、位置情報、地図情報などを画面に表示することができる。出力部１５００は、発光ダイオード（Light Emitting Diode; LED）、液晶表示装置（Liquid Crystal Display; LCD）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel）、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode; OLED）のいずれかの素子からなるようにしてもよい。

出力部１５００は、制御部１８００により行われる前記移動ロボットの動作過程又は動作結果を聴覚的に出力する音響出力手段をさらに含んでもよい。例えば、出力部１５００は、制御部１８００により生成された警告信号に応じて警告音を外部に出力することができる。

ここで、前記音響出力手段は、ブザー（ビーパー）、スピーカなどの音響を出力する手段であってもよい。出力部１５００は、メモリ１７００に保存された所定のパターンを有するオーディオデータ又はメッセージデータなどを、前記音響出力手段により外部に出力することができる。

よって、本発明の一実施形態による移動ロボットは、出力部１５００により、走行領域に関する環境情報を画面に出力したり、音響として出力することができる。また、他の実施形態によれば、前記移動ロボットは、出力部１５００により出力する画面や音響を端末装置が出力するように、通信部１１００により地図情報又は環境情報を前記端末装置に送信することができる。

一方、通信部１１００は、前記端末装置及び／又は特定領域内に位置する他の機器（本明細書においては、「家電機器」ともいう。）と有線、無線、衛星通信方式のいずれかの通信方式で接続され、信号とデータを送受信する。

通信部１１００は、前記特定領域内に位置する他の機器とデータを送受信することができる。ここで、前記他の機器は、ネットワークに接続されてデータを送受信できる装置であれば、いかなるものであってもよい。例えば、前記他の機器は、空気調和装置、暖房装置、空気浄化装置、電灯、テレビ、自動車などの装置であってもよい。また、前記他の機器は、ドア、窓、水道バルブ、ガスバルブなどを制御する装置などであってもよい。さらに、前記他の機器は、温度、湿度、気圧、ガスなどを検知するセンサなどであってもよい。

一方、メモリ１７００は、前記ロボット掃除機を制御又は起動する制御プログラム及びそれに付随するデータを保存する。メモリ１７００は、オーディオ情報、画像情報、障害物情報、位置情報、地図情報などを保存することができる。また、メモリ１７００は、走行パターンに関する情報を保存することができる。

メモリ１７００としては、不揮発性メモリ（Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM）を主に使用する。ここで、前記不揮発性メモリは、電源が供給されなくても保存された情報を保持し続ける記憶装置であり、例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気記憶装置（例えば、ハードディスク、ディスケットドライブ、磁気テープ）、光ディスクドライブ、磁気ＲＡＭ、ＰＲＡＭなどであってもよい。

一方、検知部１４００は、外部信号検知センサ、前方検知センサ、崖検知センサ、下部カメラセンサ、上部カメラセンサ及び３次元カメラセンサの１つ以上を含んでもよい。

前記外部信号検知センサは、前記移動ロボットの外部信号を検知する。前記外部信号検知センサは、例えば赤外線センサ（Infrared Ray Sensor）、超音波センサ（Ultra Sonic Sensor）、ＲＦセンサ（Radio Frequency Sensor）などであってもよい。

前記移動ロボットは、前記外部信号検知センサを用いて、前記充電台が発生する案内信号を受信し、前記充電台の位置及び方向を確認することができる。ここで、前記充電台は、前記移動ロボットが復帰できるように、方向及び距離を示す案内信号を発信することができる。すなわち、前記移動ロボットは、前記充電台から送信される信号を受信し、現在位置を判断して移動方向を設定し、前記充電台に復帰することができる。

一方、前記前方検知センサは、前記移動ロボットの前部、具体的には前記移動ロボットの外周側面に所定の間隔で設けられてもよい。前記前方検知センサは、前記移動ロボットの少なくとも一側面に配置されて前方の障害物を検知するためのものであり、前記移動ロボットの移動方向に存在する物体、特に障害物を検知し、検出情報を制御部１８００に伝達する。すなわち、前記前方検知センサは、前記移動ロボットの移動経路上に存在する突出物、家の中の什器、家具、壁面、壁の角などを検知し、その情報を制御部１８００に伝達する。

前記前方検知センサは、例えば赤外線センサ、超音波センサ、ＲＦセンサ、地磁気センサなどであってもよい。前記移動ロボットは、前記前方検知センサとして１種のセンサを用いてもよく、必要に応じて２種以上のセンサを共に用いてもよい。

一例として、前記超音波センサは、一般的に遠距離の障害物を検知するのに主に用いられる。前記超音波センサは、発信部と受信部とを備え、制御部１８００は、前記発信部から放射された超音波が障害物などにより反射されて前記受信部で受信されるか否かによって障害物の有無を判断し、超音波放射時間と超音波受信時間を用いて障害物との距離を算出する。

また、制御部１８００は、前記発信部から放射された超音波と前記受信部で受信された超音波とを比較し、障害物の大きさに関する情報を検出する。例えば、制御部１８００は、より多くの超音波が前記受信部で受信されるほど障害物が大きいと判断する。

一実施形態においては、前記移動ロボットの前部側面に複数（例えば、５つ）の超音波センサが外周面に沿って設けられてもよい。ここで、前記超音波センサは、発信部と受信部とが前記移動ロボットの前面に交互に設けられることが好ましい。

すなわち、前記発信部は前記本体の前面中央から左右に離隔して配置され、前記受信部間に１つ又は２つ以上の前記発信部が配置され、障害物などから反射された超音波信号の受信領域を形成するようにしてもよい。このような配置により、センサの数を減らしながらも受信領域を拡張することができる。超音波の発信角度は、クロストーク現象を防止するように、他の信号に影響を及ぼさない範囲の角度を維持する。また、前記受信部は、異なる受信感度を有するように設定されてもよい。

また、前記超音波センサから発信される超音波が上向きに出力されるように、前記超音波センサは、所定角度上向きに設けられてもよく、この場合、超音波が下向きに放射されることを防止するために、所定の遮断部材をさらに含んでもよい。

一方、前記前方検知センサは、前述したように２種以上のセンサを共に用いてもよいので、前記前方検知センサとして、前記超音波センサと共に赤外線センサ、ＲＦセンサなどのうちいずれか１種のセンサを用いてもよい。

例えば、前記前方検知センサは、前記超音波センサに加え、他の種類のセンサとして赤外線センサを含んでもよい。

前記赤外線センサは、前記超音波センサと共に、前記移動ロボットの外周面に設けられてもよい。前記赤外線センサも、前方や側方に存在する障害物を検知し、障害物情報を制御部１８００に伝達する。すなわち、前記赤外線センサは、前記移動ロボットの移動経路上に存在する突出物、家の中の什器、家具、壁面、壁の角などを検知し、その情報を制御部１８００に伝達する。よって、前記移動ロボットは、前記本体が障害物に衝突することなく特定領域内を移動することができる。

一方、前記崖検知センサ（又は、クリフセンサ（Cliff Sensor））は、様々なタイプの光センサを主に用いて、前記移動ロボットの本体を支持する床面の障害物を検知する。

すなわち、前記崖検知センサは、床面上の前記移動ロボットの背面に設けられるが、前記移動ロボットの種類によって他の位置に設けてもよいことは言うまでもない。前記崖検知センサは、前記移動ロボットの背面に配置されて床面の障害物を検知するためのものであり、前記障害物検知センサと同様に、発光部と受光部とを備えた赤外線センサ、超音波センサ、ＲＦセンサ、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）センサなどであってもよい。

一例として、前記崖検知センサは、いずれか１つが前記移動ロボットの前部に設けられ、他の２つが相対的に後側に設けられるようにしてもよい。

例えば、前記崖検知センサは、ＰＳＤセンサにしてもよいが、複数の異なる種類のセンサで構成してもよい。

前記ＰＳＤセンサは、半導体の表面抵抗を用いて１つのｐ−ｎ接合により入射光の距離、位置を検出する。前記ＰＳＤセンサには、一軸方向の光のみを検出する１次元ＰＳＤセンサと、平面上の光の位置を検出する２次元ＰＳＤセンサがあり、どちらもｐｉｎフォトダイオード構造を有する。前記ＰＳＤセンサは、赤外線センサの一種であり、赤外線を用い、赤外線を送信した後に障害物から反射されて戻ってくる赤外線の角度を測定して距離を測定する。すなわち、前記ＰＳＤセンサは、三角測量方式を用いて、障害物との距離を算出する。

前記ＰＳＤセンサは、障害物に対して赤外線を発光する発光部と、障害物から反射されて戻ってくる赤外線を受光する受光部とを備え、一般的にモジュール形態で構成される。前記ＰＳＤセンサを用いて障害物を検知すると、障害物の反射率、色の違いに関係なく安定した測定値が得られる。

制御部１８００は、前記崖検知センサが床面に向けて発光した赤外線の発光信号と障害物により反射されて受信される反射信号間の赤外線角度を測定し、崖を検知してその深さを分析することができる。

一方、制御部１８００は、前記崖検知センサを用いて検知した崖の状態によって前記移動ロボットが通過できるか否かを判断し、判断結果によって前記移動ロボットに崖を通過させるか否かを決定することができる。例えば、制御部１８００は、前記崖検知センサにより崖の有無及び崖の深さを判断し、その後前記崖検知センサにより反射信号が検知された場合にのみ前記移動ロボットに崖を通過させる。

他の例として、制御部１８００は、前記崖検知センサを用いて前記移動ロボットの浮き上がり現象を判断することもできる。

一方、前記下部カメラセンサは、前記移動ロボットの背面に備えられ、移動中に下方、すなわち床面（又は、被掃除面）に関する画像情報を取得する。前記下部カメラセンサは、オプティカルフローセンサ（Optical Flow Sensor）とも呼ばれる。前記下部カメラセンサは、センサ内に備えられたイメージセンサから入力される下方画像を変換して所定形式の画像データを生成する。生成された画像データはメモリ１７００に保存される。

また、前記イメージセンサに隣接して１つ以上の光源が設けられてもよい。前記１つ以上の光源は、前記イメージセンサにより撮影される床面の所定の領域に光を照射する。すなわち、前記移動ロボットが床面に沿って特定領域を移動する場合、床面が平坦であれば、前記イメージセンサと床面との間の距離が一定に維持される。それに対して、前記移動ロボットが不均一な表面の床面を移動する場合は、床面の凹凸及び障害物により所定距離以上遠ざかる。ここで、前記１つ以上の光源は、制御部１８００の制御により、照射する光の量を調節する。前記光源は、光量の調節が可能な発光素子、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などであってもよい。

制御部１８００は、前記下部カメラセンサを用いて、前記移動ロボットの滑りに関係なく前記移動ロボットの位置を検出することができる。制御部１８００は、前記下部カメラセンサにより撮影された画像データを時間毎に比較分析して移動距離及び移動方向を算出し、それに基づいて前記移動ロボットの位置を算出することができる。前記下部カメラセンサにより前記移動ロボットの下方に関する画像情報を用いると、制御部１８００は、他の手段で算出した前記移動ロボットの位置に関して滑りに強い補正を行うことができる。

一方、前記上部カメラセンサは、前記移動ロボットの上方又は前方を向くように設けられて前記移動ロボットの周辺を撮影する。前記移動ロボットが前記上部カメラセンサを複数備える場合、カメラセンサは、所定距離又は所定角度で前記移動ロボットの上部や側面に形成されるようにしてもよい。

前記３次元カメラセンサは、前記移動ロボットの本体の一面又は一部分に取り付けられ、前記本体の周囲に関する３次元座標情報を生成する。

すなわち、前記３次元カメラセンサは、前記移動ロボットと被写体の遠近（距離）を算出する３次元デプスカメラ（3D Depth Camera）であってもよい。

具体的には、前記３次元カメラセンサは、前記本体の周囲に関する２次元画像を撮影し、前記撮影された２次元画像に対応する複数の３次元座標情報を生成する。

一実施形態において、前記３次元カメラセンサは、従来の２次元画像を取得するカメラを２つ以上備え、前記２つ以上のカメラで取得される２つ以上の画像を組み合わせ、３次元座標情報を生成するステレオビジョン方式で形成してもよい。

具体的には、上記実施形態による３次元カメラセンサは、前記本体の前方下向きに第１パターンの光を照射する第１パターン照射部と、前記本体の前方上向きに第２パターンの光を照射する第２パターン照射部と、前記本体の前方の画像を取得する画像取得部とを含んでもよい。よって、前記画像取得部は、前記第１パターンの光と前記第２パターンの光が入射した領域の画像を取得することができる。

他の実施形態において、前記３次元カメラセンサは、単一のカメラと共に赤外線パターンを照射する赤外線パターン放出部を備え、前記赤外線パターン放出部から照射された赤外線パターンが被写体に投影された形状をキャプチャすることにより、前記３次元カメラセンサと前記被写体間の距離を測定することができる。このような３次元カメラセンサは、ＩＲ方式の３次元カメラセンサであってもよい。

さらに他の実施形態において、前記３次元カメラセンサは、単一のカメラと共に光を放出する発光部を備え、前記発光部から放出されたレーザのうち被写体から反射された一部のレーザを受信し、前記受信したレーザを分析することにより、前記３次元カメラセンサと前記被写体間の距離を測定することができる。このような３次元カメラセンサは、ＴＯＦ（Time of Flight）方式の３次元カメラセンサであってもよい。

具体的には、前記３次元カメラセンサは、少なくとも一方向に延びる形態のレーザを照射するように構成される。例えば、前記３次元カメラセンサは、第１及び第２レーザを備え、前記第１レーザは交差する直線状のレーザを照射し、前記第２レーザは単一の直線状のレーザを照射するようにしてもよい。この場合、最下段のレーザは床部分の障害物の検知に用いられ、最上段のレーザは上方の障害物の検知に用いられ、最下段のレーザと最上段のレーザとの間の中間レーザは中間部分の障害物の検知に用いられる。

以下、図５を参照して、掃除領域内での掃除機１００と充電ステーション５１０の設置態様を示す一実施形態について説明する。

図５に示すように、掃除機１００のバッテリを充電するための充電ステーション５１０は、掃除領域５００内に設置されてもよい。一実施形態において、充電ステーション５１０は、掃除領域５００の外郭に設置されてもよい。

図５には示していないが、充電ステーション５１０は、様々な種類の信号を放出する通信装置（図示せず）を備え、前記通信装置は、掃除機１００の通信部１１００と無線通信を行うことができる。

制御部１８００は、通信部１１００で受信した充電ステーション５１０からの信号に基づいて、掃除機１００の本体を充電ステーション５１０にドッキングさせるように、駆動部１３００を制御することができる。

制御部１８００は、前記バッテリの残容量が限界容量以下になると前記本体を充電ステーション５１０の方向に移動させ、前記本体が充電ステーション５１０に近接するとドッキング機能を開始するように、駆動部１３００を制御することができる。

図６ａを参照すると、充電ステーション５１０から複数の信号を放出し、充電ステーション５１０の前方に、複数の信号の重畳領域６００を形成することができる。

以下、図６ｂ〜図６ｄを参照して、複数の信号の放出状態についてそれぞれ説明する。

図６ｂには第１信号の放出状態を示すが、第１信号の全体放出領域６０１ａ及び集中放出領域６０１ｂが形成される。

具体的には、第１信号は、第１近距離信号と第１遠距離信号とを含んでもよい。すなわち、充電ステーション５１０は、第１近距離信号と第１遠距離信号をそれぞれ放出することができる。よって、第１近距離信号と第１遠距離信号がどちらも伝達される領域は集中放出領域６０１ｂに対応し、第１遠距離信号のみ伝達される領域は全体放出領域６０１ａに対応する。

同様に、図６ｃには第２信号の放出状態を示すが、第２信号の全体放出領域６０２ａ及び集中放出領域６０２ｂが形成される。また、図６ｄには第３信号の放出状態を示すが、第３信号の全体放出領域６０３ａ及び集中放出領域６０３ｂが形成される。なお、第２信号は、第２近距離信号と第２遠距離信号とを含み、第３信号は、第３近距離信号と第３遠距離信号とを含んでもよい。

図６ｂ〜図６ｄにそれぞれ示す第１〜第３信号は、ユーザの選択によって、全て放出することもでき、第１信号と第３信号のみを放出することもできる。

なお、図６ａを参照すると、第１〜第３信号の重畳領域６００を形成することができる。充電ステーション５１０の前方に複数の信号の重畳領域６００が形成されるので、本発明による制御部１８００は、掃除機１００の本体が重畳領域６００に位置し、前記本体の前面が充電ステーション５１０に対向していると判断される場合、前記本体を直進させるだけで掃除機１００を充電ステーション５１０にドッキングさせることができる。

以下、図６ｅを参照して、一般的な掃除機が充電ステーションに備えられた赤外線センサ（ＩＲセンサ）のみを用いて充電ステーション５１０の位置を検出する方法について説明する。

図６ｅに示すように、一般的な掃除機は、充電ステーションに備えられた赤外線センサ６１０から送信される信号を受信する赤外線信号受信部６２０を備える。

図６ｅに示すように、前記充電ステーションに備えられた複数の赤外線センサ６１０は、様々な方向に赤外線信号を放出する。一般的な掃除機の赤外線信号受信部６２０は、様々な方向に放出される赤外線信号を受信し、一般的な掃除機の制御部は、各信号の強度を検出することにより、前記充電ステーションと掃除機本体の相対的位置を検出する。

ただし、このように赤外線センサのみを用いて充電ステーションの位置を検出する方法においては、受信した赤外線信号が強い信号であるか弱い信号であるかの２つに区分するだけであるので、充電ステーションと本体間の距離を正確に検出できないという問題がある。

また、充電ステーションに備えられた赤外線センサが赤外線信号を放出する範囲が多少広いので、掃除機の赤外線信号受信部が赤外線信号を受信しても、本体に対する充電ステーションの相対的方向を検出できないという問題がある。

このような問題を解決するために、本発明においては、掃除機１００に備えられた３次元カメラセンサを用いて掃除機１００の本体に対する充電ステーションの相対的位置を検出する方法を提供する。

図７を参照すると、前記３次元カメラセンサは、掃除機１００の本体の一部分に設けられ、充電ステーション５１０に関する３次元座標情報を検出することができる。すなわち、前記３次元カメラセンサは、前記本体を基準にして、充電ステーション５１０の外面に含まれる複数の地点に対して、３次元座標情報を検出することができる。

図８に前記検出された３次元座標情報のグラフを示す。

以下、図１０を参照して、本発明による掃除機１００の制御方法について説明する。

まず、メモリ１７００は、充電ステーションに関する３次元パターン情報を保存する（Ｓ１００１）。

メモリ１７００に保存される３次元パターン情報は、図９ａ〜図９ｃに示す充電ステーションの外観に対応するものであってもよい。

また、前記充電ステーションの外観の一部に特定パターンが形成されている場合、前記３次元パターン情報は、前記特定パターンに対応するものであってもよい。

制御部１８００は、バッテリの残容量が限界容量以下になると、掃除機１００がバッテリ充電モードに移行するように、駆動部１３００を制御する（Ｓ１００２）。

すなわち、制御部１８００は、前記バッテリの残容量が限界容量以下になると、前記充電ステーションの設置位置に関する情報を含むマップに基づいて、掃除機１００の本体が前記設置位置の周辺に移動するように、駆動部１３００を制御する。

検知部１４００に含まれる前記３次元カメラセンサは、掃除機１００の本体周辺の物体に関する３次元座標情報を検出する（Ｓ１００３）。

制御部１８００は、前記バッテリ充電モードが開始されると、前記３次元カメラセンサで検出された３次元座標情報と、メモリ１７００に予め保存された充電ステーションに関する３次元パターン情報とを比較する（Ｓ１００４）。

具体的には、制御部１８００は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチすると、掃除機１００の本体の周辺に充電ステーション５１０が位置すると判断する。

そして、制御部１８００は、掃除機１００の本体の周辺に充電ステーション５１０が位置すると判断すると、前記本体の現在位置を基準にして、充電ステーション５１０の相対的位置を検出する。

制御部１８００は、前記検出された相対的位置に基づいて、掃除機１００の本体を充電ステーション５１０にドッキングさせるように、駆動部１３００を制御する。

すなわち、制御部１８００は、前記検出された３次元座標情報を用いて、掃除機１００の本体と前記充電ステーション間の距離を演算する（Ｓ１００５）。制御部１８００は、前記演算された距離に基づいて、前記本体を前記充電ステーションにドッキングさせるように、駆動部１３００を制御する。

一実施形態において、制御部１８００は、前記検出された３次元座標情報を用いて、電力の供給を受けるために前記本体に備えられる充電端子（図示せず）と、電力を供給するために充電ステーション５１０に備えられる電力供給端子間の距離を演算するようにしてもよい。また、制御部１８００は、前記充電端子と前記電力供給端子間の距離に基づいて、前記本体を前記充電ステーションにドッキングさせるように、駆動部１３００を制御するようにしてもよい。

そして、制御部１８００は、掃除機１００の本体と前記充電ステーションの相対的角度を演算する（Ｓ１００６）。

すなわち、制御部１８００は、前記検出された３次元座標情報を用いて、前記本体の一面が向く方向と前記充電ステーションの一面が向く方向とがなす角度を演算し、前記演算された角度に基づいて駆動部１３００を制御する。

一実施形態において、制御部１８００は、前記本体の現在の進行方向と前記充電ステーションの電力供給端子が設けられた一面が向く方向とがなす角度を演算するようにしてもよい。

他の実施形態において、制御部１８００は、前記本体の前面方向と前記充電ステーションの電力供給端子が設けられた一面が向く方向とがなす角度を演算するようにしてもよい。

そして、制御部１８００は、前記演算された距離及び角度に基づいて、掃除機１００を充電ステーション５１０にドッキングさせるように、駆動部１３００を制御する（Ｓ１００７）。

一方、制御部１８００は、前記検出された３次元座標情報と予め保存されたパターン情報とがマッチしないと、掃除機１００の本体と充電ステーション５１０とが限界距離以上離隔していると判断する。

ここで、限界距離とは、前記充電ステーションと前記ロボット掃除機とのドッキングが可能な最大距離を意味する。すなわち、限界距離とは、ドッキングを試みる際にドッキングの成功可能性が所定の確率以下に下がる、前記本体と前記充電ステーション間の距離を意味する。

よって、前記本体が前記充電ステーションから限界距離以上離隔している場合、制御部１８００は、前記本体を前記充電ステーションから限界距離以内の離隔位置に移動させるように、駆動部１３００を制御する。

この場合、制御部１８００は、掃除機１００の本体を前記本体の現在位置から限界距離以内の位置に移動させるように、駆動部１３００を制御するようにしてもよい。

また、制御部１８００は、前記３次元カメラセンサと前記赤外線センサの少なくとも一方を用いて、掃除機１００の本体の周辺に前記充電ステーションが位置するか否かを判断するようにしてもよい。

一実施形態において、制御部１８００は、前記赤外線信号受信部が前記充電ステーションから発信される赤外線信号を検知すると、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置すると判断するようにしてもよい。また、制御部１８００は、前記赤外線信号受信部が前記充電ステーションから発信される赤外線信号を検知すると、それ以降は前記３次元カメラセンサが前記充電ステーションに関する３次元座標情報を検知するように、前記３次元カメラセンサをアクティブにするようにしてもよい。

他の実施形態において、制御部１８００は、前記通信部が前記充電ステーションから発信される近距離信号を受信すると、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置すると判断するようにしてもよい。

具体的には、制御部１８００は、通信部１１００が充電ステーション５１０から受信した信号の種類を判別するようにしてもよい。また、制御部１８００は、前記判別された信号の種類に基づいて、前記３次元カメラセンサを駆動するようにしてもよい。

すなわち、制御部１８００は、通信部１１００が充電ステーション５１０から受信した信号が遠距離信号であるか近距離信号であるかを判別するようにしてもよい。制御部１８００は、前記受信した信号が遠距離信号である場合、前記掃除機の本体を充電ステーション５１０が設置された位置に移動させるように、前記駆動部を制御するようにしてもよい。

制御部１８００は、通信部１１００が充電ステーション５１０から受信した信号の種類を周期的に判別するようにしてもよい。また、制御部１８００は、前記受信した信号に近距離信号が含まれると判別された時点で、前記充電ステーションに関する３次元座標情報を取得するように、前記カメラをアクティブにするようにしてもよい。

Claims

自律走行を行う掃除機であって、
本体と、
前記本体を移動させる駆動部と、
３次元座標情報を検出するカメラと、
充電ステーションに関するパターン情報を保存するメモリと、
前記カメラで検出された３次元座標情報と前記メモリに保存された前記充電ステーションに関するパターン情報とを比較し、比較結果に基づいて、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置するか否かを判断する制御部とを備えてなることを特徴とする、自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチすると、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置すると判断することを特徴とする、請求項１に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置すると判断すると、前記本体の現在位置を基準にして、前記充電ステーションの相対的位置を検出することを特徴とする、請求項２に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記検出された相対的位置に基づいて、前記本体を前記充電ステーションにドッキングさせるように、前記駆動部を制御することを特徴とする、請求項３に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記検出された３次元座標情報を用いて、前記本体の一面が向く方向と前記充電ステーションの一面が向く方向とがなす角度を演算し、前記演算された角度に基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする、請求項２に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチしないと、前記本体と前記充電ステーションとが限界距離以上離隔していると判断することを特徴とする、請求項２に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記検出された３次元座標情報と前記パターン情報とがマッチしないと、前記本体を前記充電ステーションから前記限界距離以内の離隔位置に移動させるように、前記駆動部を制御することを特徴とする、請求項６に記載の自律走行を行う掃除機。
前記充電ステーションに備えられた赤外線センサ送信部から放出される信号を検知する赤外線センサ送信部を更に備えてなり、
前記制御部は、前記赤外線センサ送信部の出力及び前記検出された３次元座標情報に基づいて、前記本体の周辺に前記充電ステーションが位置するか否かを判断する制御部を備えてなることを特徴とする、請求項１に記載の自律走行を行う掃除機。
前記充電ステーションと通信を行う通信部を更に備えてなり、
前記制御部は、前記通信部が受信した信号の種類を判別し、前記判別された信号の種類に基づいて、前記カメラを駆動することを特徴とする、請求項１に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記通信部が前記充電ステーションから受信した信号が遠距離信号であるか近距離信号であるかを判別し、前記受信した信号が遠距離信号である場合、前記本体を前記充電ステーションが設置された位置に移動させることを特徴とする、請求項９に記載の自律走行を行う掃除機。
前記制御部は、前記受信した信号の種類を周期的に判別し、前記受信した信号に近距離信号が含まれると判別された時点で、前記充電ステーションに関する３次元座標情報を取得するように、前記カメラをアクティブにすることを特徴とする、請求項１０に記載の自律走行を行う掃除機。