JP4171753B2 - ロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法 - Google Patents

ロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法 Download PDF

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Description

本発明は、自ら走行して掃除作業を行なうロボット掃除機に関し、詳細には、充電バッテリーを備えるロボット掃除機を充電するために、外部充電装置に復帰させるためのロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法に関する。
一般に、ロボット掃除機は、使用者の操作なしに一定範囲の掃除区域内を走行しながら底面からホコリ、ゴミを吸入する掃除作業を行なう。ロボット掃除機は、センサー及びカメラによって住居や事務室などの掃除区域内に設置された家具、事務用品、壁のような障害物までの距離を判別し、判別された情報に基づいて障害物と衝突しないように走行しながら指示された作業を行なう。
このようなロボット掃除機は、駆動に必要な電源を供給するバッテリーが設けられており、電源を消耗した場合、充電することにより再び使用可能となった充電バッテリーを用いることが一般的である。よって、ロボット掃除機は、充電必要時に充電バッテリーを充電するために、外部充電装置と組み合わせて構成される。
一方、充電必要時、外部充電装置にロボット掃除機が自動的に復帰するために、ロボット掃除機が外部充電装置の位置を正確に把握し、かつ、ロボット掃除機の接続端子が外部充電装置の充電端子に正確に接続される必要がある。このために、ロボット掃除機が外部充電装置の位置を把握し、外部充電装置に正確にドッキングするための様々な研究がなされている。
図１Ａは、Ｗａｌｌ−ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ方法を用いたものを示す。ロボット掃除機１１に充電要請信号が入力されると、ロボット掃除機１１は壁（Ｗ）まで移動し、壁（Ｗ）に沿って動く。ロボット掃除機１１が壁（Ｗ）に沿って動く途中、外部充電装置３１に設置された磁気検出器を感知すると、充電装置であると判断しドッキングを試みる。しかし、この方法は、アルゴリズムは簡単であるが、ロボット掃除機１１が外部充電装置３１に復帰する時間が長くかかり、また、ドッキングが不正確でドッキングの成功率が低減される。
図１Ｂは、赤外線センサーを用いて、ロボット掃除機１２が外部充電装置３２を感知して復帰し、Ｗａｌｌ−ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ方法でドッキングするものを示す。ロボット掃除機１２がランダムに走行しながら外部充電装置３２から送信される赤外線領域Ａ１を感知すると、外部充電装置３２の近傍の壁（Ｗ）まで移動し、壁（Ｗ）に沿って移動してドッキングする。しかし、この方法は、ロボット掃除機１２が赤外線領域Ａ１に進めば、外部充電装置３２の近傍に容易に接近できるが、赤外線領域Ａ１が限定されているため、ランダムに走行するロボット掃除機１２が赤外線領域Ａ１を見つけるのに時間が長くかかる。また、ドッキングが不正確である。
図１Ｃは、外部充電装置３３に赤外線センサーを設け、ロボット掃除機１３を外部充電装置３３に誘導するものを示す。図１Ｂと比べて、赤外線領域Ａ２が外部充電装置３３の近傍に限定されており、ドッキング作業が容易であるという利点がある。しかし、赤外線領域Ａ２が極めて限定されているので、ロボット掃除機１３が赤外線領域Ａ２を見つけるのに時間が長くかかる。
図１Ｄは、ビジョン（ｖｉｓｉｏｎ）システムを使用したものを示す。ロボット掃除機１４に掃除領域及び外部充電装置３４の位置がマップイメージで保存されており、復帰及びドッキング命令時に、ロボット掃除機１４が直ちに外部充電装置３４に復帰できる。しかし、この方法は、イメージ処理が必要であり、演算処理に対する負担が大きく、システムが非常に高価である。
特開２００４−１５１９２４号公報 韓国特許公開２００４−５３６５３号公報 韓国特許公開２００４−６３２４７号公報
本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、第１に、ロボット掃除機が外部充電装置の近傍に速やかに復帰し、第２に、ロボット掃除機が外部充電装置の近傍に復帰した後、ロボット掃除機が外部充電装置に正確にドッキングし、第３に、安価なロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法を提供することである。
前述した目的を達成するための本発明に係るロボット掃除機の外部充電復帰装置は、ロボット掃除機の接続端子が外部充電装置の充電端子に接続されるように、前記ロボット掃除機を前記外部充電装置に復帰させるロボット掃除機の外部充電復帰装置において、ホーミング送信部、ホーミング受信部及び制御部を備える。ホーミング送信部は、前記外部充電装置の前面に設けられ、相異なるコードと相異なる発信距離を有する信号を発信する第１、第２、第３送信部と、前記外部充電装置の両側面に設けられ、前記第１、第２、第３送信部と相異なるコードを有する信号を発信する第４送信部を備える。ホーミング受信部は、前記ロボット掃除機に設けられ、前記ホーミング送信部から送信される複数の信号を受信する。前記制御部は、前記ホーミング受信部で感知された複数の信号を判別する信号判別部を備え、前記信号判別部で判別された信号を用いて、前記ロボット掃除機が前記外部充電装置に復帰するように、前記ロボット掃除機の走行を制御する。
前記第１、第２、第３送信部の順に発信距離が小さくなることが好ましい。
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１送信部の発信距離は１４〜２０ｍ、第２送信部の発信距離は１０〜１３ｍ、第３送信部の発信距離は１〜２ｍであるのが良い。
また、前記第１、第２、第３送信部は相異なる発信角度を有し、前記第１、第２、第３送信部の順に発信角度が小さくなることが好ましい。
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１送信部の発信角度は１２０°〜１７０°、第２送信部の発信角度は３０°〜６０°、第３送信部の発信角度は１０°〜２０°であることが好ましい。
また、前記第１及び第２送信部は、前記外部充電装置の中央に上下に配置され、前記第３送信部は、第１及び第２送信部を中心に前記外部充電装置の両側に対称に配置されることが好ましい。
また、前記、第１〜第４送信部は、赤外線発光素子であることが好ましい。
一方、本発明に係るロボット掃除機の外部充電復帰装置は、前記ロボット掃除機が前記外部充電装置に所定の距離以内に接近すると、前記外部充電装置に赤外線信号を送信し、前記外部充電装置で反射された前記赤外線信号を受信して、前記ロボット掃除機と前記外部充電装置との距離及び角度を感知する距離及び角度感知部をさらに備えることが好ましい。なお、前記制御部は、前記距離及び角度感知部で感知された信号を用いて、前記ロボット掃除機と前記外部充電装置との距離及び角度を算出する距離及び角度算出部を備え、前記制御部は、前記算出された距離及び角度を用いて、前記接続端子が前記充電端子に接続されるように、前記ロボット掃除機の走行を制御する。
また、前記距離及び角度感知部は、前記ロボット掃除機の前面中央を中心に前記ロボット掃除機の前面両側に対称に配置される第１及び第２距離感知センサーを備え、前記距離及び角度算出部は、前記第１及び第２距離感知センサーで感知された赤外線信号を用いて、前記ロボット掃除機と前記外部充電装置との距離及び角度を算出することが好ましい。
前記目的は、次のロボット掃除機の外部充電復帰方法によって達成される。
本発明によれば、ロボット掃除機の接続端子が外部充電装置の充電端子に接続されるように、前記ロボット掃除機を前記外部充電装置に復帰させるロボット掃除機の外部充電復帰方法において、復帰命令信号を受信する段階、復帰命令信号を受信した後、前記外部充電装置から発信される相異なるコードと、相異なる発信距離及び発信角度を有する複数の赤外線信号を感知すると、前記複数の赤外線信号を判別して、前記外部充電装置に接近させるホーミング段階、前記外部充電装置に所定の距離に接近すると、前記外部充電装置との距離及び角度を算出し、前記算出された距離及び角度を用いて前記接続端子を前記充電端子に接続するドッキング段階を含むことを特徴とする。
また、前記外部充電装置から発信される複数の赤外線信号は、外部充電装置の前方から発信され、発信角度及び発信距離の大きさが順に小さくなる第１、第２、第３赤外線信号と、前記外部充電装置の両側部から発信される第４赤外線信号を含み、前記ホーミング段階は、（ａ）前記赤外線信号を感知するまで走行して信号を探索する段階、（ｂ）前記赤外線信号を感知すると、前記感知された赤外線信号のうち第３赤外線信号を感知するまで信号を探索する段階、および、（ｃ）前記第３赤外線信号を感知すると、ドッキングを開始する段階を含む。
前記（ｂ）段階において、感知された信号が第４赤外線信号である場合、前記外部充電装置の前方方向に走行後、再び赤外線信号を探索する段階を含むことが望ましい。
また、前記（ｂ）段階において、感知された信号が第１または第２赤外線信号である場合、所定の距離を前方に走行後、再び赤外線信号を探索する段階を含むことが望ましい。
前記ドッキング段階は、（ｅ）前記外部充電装置から所定の距離まで前方に走行する段階、（ｆ）前記外部充電装置から所定の距離に位置した後、前記外部充電装置と前記ロボット掃除機が実質的に平行であるか否かを判断する段階、（ｇ）実質的に平行である場合、前方直進走行して前記充電端子に前記接続端子を接続する段階、および、（ｈ）実質的に平行でない場合、前記外部充電装置との角度を計算し、前記計算された角度を用いて前記ロボット掃除機が前記外部充電装置と平行であるように補正する段階を含むことが望ましい。
また、前記ロボット掃除機の前面中央を中心として前記ロボット掃除機の前面両側に対称に第１及び第２距離感知センサーが設けられ、前記第１距離感知センサによって測定された前記外部充電装置までの距離をＬ１、前記第２距離感知センサーによって測定された前記外部充電装置までの距離をＬ２とするとき、前記（ｆ）段階において、前記ロボット掃除機が前記外部充電装置と実質的に平行であるか否かは、Ｌ１及びＬ２を比較して判別することが良い。
前記（ｈ）段階は、ｈ１）前記外部充電装置との角度（θ）を計算する段階、ｈ２）前記計算された角度の２倍角度（２θ）だけ逆方向に回転する段階、ｈ３）所定の距離（Ｎ）を後方に直進走行する段階、および、ｈ４）前記計算された角度（θ）だけ逆方向に再び回転する段階を含むことが望ましい。
また、前記ｈ１）段階において、前記外部充電装置との角度（θ）は、前記Ｌ２と前記Ｌ１の距離差をＨ、前記第１距離感知センサーと第２距離感知センサーの距離差をＷとするとき、次式により求めることが好ましい。
（数１）
θ＝９０°-ａｒｃｃｏｓ（Ｈ／Ｋ）
ここで、前記Ｋ＝√(Ｈ2+Ｗ2)である。
また、前記ｈ３）段階において、前記所定の距離（Ｎ）は、前記ロボット掃除機の前面中央から前記外部充電装置の中央までの距離をＭ、前記ロボット掃除機の半径をＲとするとき、次式により求めることが好ましい。
（数２）
Ｎ＝Ｍ＋Ｒ
ここで、Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２である。
本発明に係るロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法によれば、外部充電装置にそれぞれの目的に応じて相異なる発信角度と発信距離を有する赤外線信号を発信する複数の送信部を設け、ロボット掃除機が２個以上の赤外線信号を受信する場合、優先順位をつけて復帰プロセスを行なうようにすることで、ロボット掃除機が外部充電装置に速やかに接近できる。
また、ロボット掃除機に距離及び角度感知部を設け、ロボット掃除機が外部充電装置に近接すると、ロボット掃除機と外部充電装置との距離及び角度を算出し、その値を用いて迅速かつ正確にロボット掃除機を外部充電装置に接続することができる。
また、ロボット掃除機を外部充電装置に誘導及び接続させるために、赤外線発光素子及び赤外線受信機を適用するので、低コストで本発明を実現できる。
添付した図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係るロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法について詳細に説明する。
実施形態
図２〜図４に示すように、ロボット掃除機１００は、本体１１０、ホーミング（ＨＯＭＩＮＧ）受信部１２０、接続端子１３０、充電バッテリー１４０、バッテリー充電量検出部１５０、距離及び角度感知部１６０、及び制御部２１０を含む。
ホーミング受信部１２０は、本体１１０の前面に設けられ、外部充電装置３００に設置されたホーミング送信部３２０から送信される複数の信号を受信する。ホーミング受信部１２０は、制御部２１０と信号接続される。ホーミング受信部１２０の設置位置は限定されないが、図３に示すように、ホーミング送信部３２０から発信される信号をよりうまく受信するために、本体１１０の前面中央に設けるのが良い。
接続端子１３０は、外部充電装置３００の充電端子３３０と同じ高さを有するように本体１１０の前面に設けられる。接続端子１３０は、充電端子３３０と対応するように一対で設けられ、各接続端子１３０は、ホーミング受信部１２０を中心に対称に設けられることが好ましい。
充電バッテリー１４０は、本体１１０内部に設けられ、接続端子１３０に接続される。接続端子１３０が充電端子３３０に接続されると、充電バッテリー１４０は、接続端子１３０を介して電源が供給されて充電される。
バッテリー充電量検出部１５０は、充電バッテリー１４０の残り充電量を検出する。バッテリー充電量検出部１５０は、制御部２１０と信号交換可能に接続されており、検出された残り充電量が設定された下限レベル以下になると、充電要請信号を制御部２１０に送信する。
距離及び角度感知部１６０は、ロボット掃除機１００が前記外部充電装置３００に所定の距離以内に接近すると、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００との距離及び角度を感知する。距離及び角度感知部１６０は、外部充電装置３００に向けて信号を送信し、外部充電装置３００で反射された前記送信信号を受信する。距離及び角度感知部１６０は、制御部２１０と信号交換可能に接続されており、送信及び受信信号を感知すると、制御部２１０に信号を送信する。
距離及び角度感知部１６０は、外部充電装置３００との距離を感知できるセンサーであれば適用可能であるが、比較的安価かつ実現が容易な赤外線センサーが好ましい。よって、距離及び角度感知部１６０として赤外線発光素子と赤外線受信機を適用できる。本発明の実施形態によれば、距離及び角度感知部１６０は、本体１１０の前面中央を基準としてその両側に対称に配置された第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２を備えることが好ましい。即ち、図３に示すように、第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２は、本体１１０の前面中央に設けられたホーミング受信部１２０を基準として両側に対称に配置される。
前記距離及び角度感知部１６０は、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に接近し、ロボット掃除機１００の接続端子１３０が外部充電装置３００の充電端子３３０に接続するドッキング段階に入ったとき、機能する。即ち、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に所定の距離以内に接近した場合、第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２は、外部充電装置３００までの距離を感知する。ロボット掃除機１００のドッキングは精密な作業であるため、前記所定の距離、つまり第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２の感知範囲を設定することが重要である。本実施形態によれば、前記所定の距離は略１０ｃｍ程度が好ましい。よって、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００の略１０ｃｍ以内に接近すると、前記第１及び第２距離感知センサー１６１，１６２は、赤外線信号を送受信して外部充電装置３００までの距離を感知する。
駆動部１７０は、本体１１０の両側に設けられた車輪（図示せず）と、前記車輪を回転駆動させるモータ（図示せず）を備える。モータは、制御部２１０の制御信号に従って各車輪を独立的に正方向または逆方向に回転駆動させ、さらに、各車輪の回転数が異なるように回転駆動させる。これによって、ロボット掃除機１００は、左右または直進及び後方に走行できる。
また、図示していないが、ロボット掃除機１００は、被掃除面のホコリを空気と共に吸入する吸塵部、走行方向の障害物を感知する障害物感知センサー、及び走行距離検出センサーなどを備える。
制御部２１０は、ロボット掃除機１００の各構成要素などを制御して掃除作業を行なわせる。一方、制御部２１０は、掃除作業を行なっていないときには、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に接続された状態で、充電バッテリー１４０を充電しながら待機するよう制御する。このために、制御部２１０は、前記ホーミング受信部１２０、接続端子１３０、バッテリー充電量検出部１５０、及び距離及び角度感知部１６０と信号交換しながら、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に円滑に接近及び接続されるように前記駆動部１７０を制御する。以下、これについて詳細に説明する。
図４に示すように、制御部２１０は、信号判別部２２０と距離及び角度算出部２３０とを備える。
信号判別部２２０は、前記ホーミング受信部１２０で受信した複数の赤外線信号を判別し、前記判別された信号に従って対応する既設の制御コードまたはデジタル信号を出力する。制御部２１０は、前記出力された信号を用いて駆動部１７０を制御する。
距離及び角度算出部２３０は、前記距離及び角度感知部１６０から送出された信号を用いてロボット掃除機１００と外部充電装置３００との距離及び角度を算出する。本実施形態によれば、第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２から送信されたそれぞれの信号を用いて、第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２から外部充電装置３００までの距離が分かる。即ち、赤外線信号の速度は決められているので、送受信した赤外線信号の時間差によって、第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２から外部充電装置３００までのそれぞれの距離を算出できる。一方、距離及び角度算出部２３０は、第１距離感知センサー１６１から外部充電装置３００までの距離Ｌ１と第２距離感知センサー１６２から外部充電装置３００までの距離Ｌ２との差によって（図１０参照）、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００と平行であるか否か、及びロボット掃除機１００と外部充電装置３００とがなす角度を算出できる。これについての詳細な説明は後述する。
制御部２１０は、信号判別部２２０で判別された信号を用いて、ホーミング段階でロボット掃除機１００が外部充電装置３００の近傍に復帰するように駆動部１７０を制御する。一方、制御部２１０は、前記距離及び角度算出部２３０で算出された距離及び角度によって、ドッキング段階でロボット掃除機１００の接続端子１３０が外部充電装置３００の充電端子３３０に迅速かつ正確に接続されるように駆動部１７０を制御する。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、外部充電装置３００は、充電端子３３０とホーミング送信部３２０を備える。充電端子３３０は、内部変圧器、コンバータ、及び電源ケーブルによって電源コード３０１（図２参照）に接続されており、ロボット掃除機１００の接続端子１３０（図３参照）に接続されて充電バッテリー１４０に電源を供給する。充電端子３３０は、接続端子１３０と同じ高さを有するように外部充電装置３００に支持されるように設けられる。
ホーミング送信部３２０は、相異なるコードを有する信号を送出する第１、第２、第３、第４送信部３２１、３２２、３２３、３２４を含む。このように、第１〜第４送信部３２１〜３２４は、相異なるコードを有する信号を発信するので、制御部２１０の信号判別部２２０は、ホーミング受信部１２０が受信した第１〜第４送信部３２１〜３２４から発信されるそれぞれの信号を区別できる。第１〜第３送信部３２１〜３２３は、外部充電装置３００の前面に、第４送信部３２４は、外部充電装置３００の側面に設けられる。本実施形態によれば、前記第１〜第４送信部３２１〜３２４は、赤外線ＬＥＤのような赤外線発光素子であることが好ましい。よって、前記ホーミング受信部１２０には、赤外線受信機が適用される。このように、ロボット掃除機の外部充電復帰装置は、赤外線発光素子及び赤外線受信機を適用しているので、比較的安価かつ実現が容易であるという利点がある。
一方、ホーミング受信部１２０は、前記第１〜第４送信部３２１〜３２４にそれぞれに対応するように複数個を設けることができるが、費用や設置空間を考慮して、第１〜第４送信部３２１〜３２４を全て受信できるように一つのみ設けることが好ましい。このために、第１〜第４送信部３２１〜３２４は、同一周波数の赤外線を発信するのが良い。
図６に示すように、第１、第２、第３送信部３２１〜３２３から送出される赤外線信号は、相異なる発信角度と発信距離を有する。本発明は、ロボット掃除機１００が相異なるコードの赤外線信号を受信し、これによって外部充電装置３００に速やかに接近することを目的とする。このためには、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００の近傍のどの領域でも赤外線信号を受信できるように、第１〜第４送信部３２１〜３２４から発信される赤外線信号は外部充電装置３００の前方及び側方に均等に拡散している必要がある。
発信角度と発信距離は、第１送信部３２１、第２送信部３２２、第３送信部３２３の順に次第に小さくなる。本発明の好適な実施形態によれば、第１送信部３２１の発信角度は、１２０°〜１７０°、発信距離は１４〜２０ｍであり、第２送信部３２２の発信角度は３０°〜６０°、発信距離は１０〜１３ｍであり、第３送信部３２３の発信角度は１０°〜２０°、発信距離は１〜２ｍであることが好ましい。前記第１〜第３送信部３２１〜３２３の発信角度及び発信距離は、製造時のデフォルト値で設定できる。また、前記第１〜第３送信部３２１〜３２３の両側にホルダーを設けて発信角度を精密に調節できる。
また、ホーミング受信部１２０が信号を効率的に受信できるように、第１及び第２送信部３２１、３２２は、外部充電装置３００の中央に上下に配置されることが好ましい。そして、第３送信部３２３は、発信角度と発信距離が小さいため、前記第１及び第２送信部３２１、３２２を中心に外部充電装置３００の左右両側に対称に２個配置されることが好ましい。
一方、ロボット掃除機１００は、外部充電装置３００が設けられる壁（Ｗ）に沿って走行するときには、前記第１〜第３送信部３２１〜３２３から発信される赤外線信号を感知できないこともある。このため、図示したように、第４送信部３２４を外部充電装置３００の両側面に設けることが好ましい。
第４送信部も、第１〜第３送信部３２１〜３２３から発信される赤外線信号と相異なるコードを発信する。しかし、第４送信部３２４の発信角度及び発信距離は、第１〜第３送信部３２１〜３２３の発信角度及び発信距離と必ずしも異なる必要はない。本実施形態によれば、第４送信部３２４の発信角度は略６０°、発信距離は略１ｍ程度であることが好ましい。
このように、本発明に係るロボット掃除機の外部充電復帰装置によれば、相異なるコードを有する複数の送信部を設け、それぞれの送信部の発信距離及び発信角度をそれぞれの目的に応じて異なるようにすることによって、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に迅速かつ正確に接近できる効果がある。
以下、本発明の実施形態によるロボット掃除機の外部充電復帰装置の動作及び復帰方法について説明する。
ロボット掃除機１００は、接続端子１３０が外部充電装置３００の充電端子３３０に接続された状態で待機している。掃除作業を指示する信号が受信されると、ロボット掃除機１００は接続されていた外部充電装置３００から分離され、使用者の命令または予めプログラム化された命令に従って定められた領域の掃除作業を行なう。
掃除作業を終了したり、掃除作業中にバッテリー充電量検出部１５０によって充電要請信号が受信されると、制御部２１０は、ロボット掃除機１００を外部充電装置３００に復帰させるために復帰走行に切り換える。即ち、制御部２１０は、現在の位置で外部充電装置３００のホーミング送信部３２０から送信される信号を受信するために走行を行なう。ここで、前記ロボット掃除機１００を復帰させるための走行方法には様々なものがある。例えば、ロボット掃除機１００は、ホーミング送信部３２０から送信される赤外線信号をホーミング受信部１２０が受信するまでジグザグに走行したり、ランダムに走行したり、またはＷａｌｌ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ走行を行なう。
ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に接続されるための復帰は、大きく分けて２段階で行なわれる。即ち、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に近接するように誘導するホーミング段階と、外部充電装置３００に近接した状態でロボット掃除機１００の接続端子１３０が外部充電装置３００の充電端子３３０に接続されるドッキング段階である。
まず、ホーミング段階について図７及び図８を参照して説明する。
ロボット掃除機１００は、復帰するために走行中に赤外線信号を探索する（Ｓ４１１）。ロボット掃除機１００は、ホーミング受信部１２０（図３参照）が赤外線信号を感知するまで復帰走行を続ける（Ｓ４１３）。ここで、第１、第２、第３、第４送信部３２１〜３２４それぞれから発信される赤外線信号をそれぞれ第１、第２、第３、第４赤外線信号Ａ３２１、Ａ３２２、Ａ３２３、Ａ３２４と称する。
赤外線信号が感知されると（Ｓ４１２）、ロボット掃除機１００はその場で回転し、ホーミング受信部１２０が前記感知された赤外線信号と異なるコードの赤外線信号を探索するようにする（Ｓ４１４）。第１赤外線信号Ａ３２１の発信角度及び発信距離が最も大きいので、ホーミング受信部１２０は先に第１赤外線信号Ａ３２１を感知するのが一般的である。こうして、ロボット掃除機１００は、前記第１赤外線信号Ａ３２１を感知すると、第２〜第４赤外線信号Ａ３２２〜Ａ３２４を見つけるために探索する。
一方、ロボット掃除機１００が外部充電装置３００に迅速かつ正確に接近することが目的であるので、ロボット掃除機１００は第３赤外線信号Ａ３２３を感知するまで探索を続ける。
ロボット掃除機１００−３が外部充電装置３００の近傍に接近して第３赤外線信号Ａ３２３を感知すると（Ｓ４１５）、ドッキング段階に入り（Ｓ４１６）、ホーミング段階は終了する。
赤外線信号探索中、第３赤外線信号Ａ３２３が感知されず、外部充電装置３００の側部から発信される第４赤外線信号Ａ３２４を感知すると（Ｓ４１７）、ロボット掃除機１００−４は、外部充電装置３００の前方方向に移動する（Ｓ４１８）。外部充電装置３００の前方方向に走行する方法は様々なものがあるが、本実施形態によれば、ロボット掃除機１００−４が矢印ＣまたはＤのように、走行方向から左または右に９０°回転して直進走行するのが良い。第４赤外線信号Ａ３２４は、外部充電装置３００の側部から発信され、発信距離は１ｍ程度と短く、発信角度は比較的大きい。よって、図示したように、左または右に９０°回転して直進走行することが第３赤外線信号Ａ３２３を感知するのに最適な移動経路となる。一方、回転後直進走行中、第３赤外線信号Ａ３２３を受信せず、第１赤外線信号Ａ３２１を受信すると、後述するように、信号が発信される外部充電装置３００に向かって前方走行を行うため、ロボット掃除機１００−４は、第３赤外線信号Ａ３２３を速やかに感知できる。
赤外線信号探索中、第３及び第４赤外線信号Ａ３２３、Ａ３２４が感知されず、第２赤外線信号Ａ３２２が感知されると（Ｓ４１９）、ロボット掃除機１００−２が、矢印Ｅのように、信号が発信される外部充電装置３００に向かって前方走行する（Ｓ４２０）。
第２〜第４赤外線信号Ａ３２２〜Ａ３２４が感知されず、第１赤外線信号Ａ３２１のみを感知すると（Ｓ４２１）、ロボット掃除機１００−１が、矢印Ｆのように、外部充電装置３００に向かって前方走行する（Ｓ４２２）。
図示したように、各々の送信部から送信される赤外線信号は、外部充電装置３００の前方方向に略扇形状に発信領域を有することになるが、赤外線信号の場合、信号の発信地から送信される信号の受信感度が最も良い。第１及び第２送信部３２１、３２２は、外部充電装置３００の中央に設けられ、ホーミング受信部１２０は、ロボット掃除機１００の前面中央に位置し、第１及び第２赤外線信号Ａ３２１、Ａ３２２を受信するので、第１及び第２赤外線信号Ａ３２１、Ａ３２２が受信されると、ロボット掃除機は常に外部充電装置３００の正面中央に接近することになる。
一方、ロボット掃除機が走行中に赤外線信号を感知できない場合、一定時間の間前方走行を行い（Ｓ４２４）、第３赤外線信号Ａ３２３を感知するまで探索を続ける。
このように、ロボット掃除機１００のホーミング受信部１２０は、相異なるコードと、相異なる発信角度及び発信距離を有する複数の赤外線信号を受信し、制御部２１０（図４参照）は、前記受信されたそれぞれ異なる赤外線信号に優先順位をつけてプロセスを行なう。即ち、第３、第４、第２、第１赤外線信号Ａ３２３、Ａ３２４、Ａ３２２、Ａ３２１の順に優先順位をつけて、同時に２個以上の異なる赤外線信号が受信された場合、前記優先順位の高い赤外線信号によってプロセスを行なう。
このように、本発明に係るロボット掃除機の外部充電復帰装置及び復帰方法によれば、外部充電装置３００に相異なる発信角度と発信距離を有する複数の赤外線送信部を設けることにより、制御部２１０は、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００との距離に応じた最適の経路を算出して、ロボット掃除機１００を外部充電装置３００に迅速かつ正確に復帰させることができる。さらに、復帰のためのプロセス及びアルゴリズムが極めて簡単で、実現が容易であり、コストを節減することができる。
図９〜図１２を参照して、ドッキング段階について説明する。説明の便宜のため、外部充電装置３００に設けられる各々の送信部３２１〜３２４（図５Ａ参照）の図示を省略する。
ホーミング受信部１２０が第３赤外線信号Ａ３２３（図７参照）を感知しドッキングを開始すると、ロボット掃除機１００は、外部充電装置から所定の距離、つまり略１０ｃｍまで移動する（Ｓ４３１）。前記所定の距離は、ロボット掃除機１００に設けられた第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２によって測定する。第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２は、外部充電装置３００に対してそれぞれ赤外線信号を送信し、外部充電装置３００で反射された前記赤外線信号を受信する。ここで、赤外線信号の速度は決められているので、送受信した赤外線信号の時間差によって第１及び第２距離感知センサー１６１、１６２から外部充電装置３００までのそれぞれの距離Ｌ１、Ｌ２を算出できる。ここで、前記Ｌ１とＬ２のうち小さい値もしくは大きい値、または、Ｌ１とＬ２の平均値を用いることができる。
ロボット掃除機１００が外部充電装置３００から約１０ｃｍ程度の位置に接近すると、制御部２１０（図４参照）は、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００とがなす角度が実質的に平行であるが否かを判別する（Ｓ４３２）。実質的に平行であるか否かは、前記Ｌ１とＬ２を比較して判断する。即ち、前記算出されたそれぞれの距離Ｌ１、Ｌ２が同一である場合、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００は平行であり、同一でない場合には、平行ではない。ところが、前記Ｌ１、Ｌ２が完全に同一である場合を適用することには無理があるため、それぞれにおいて許容誤差の範囲を設定するのが良い。これにより、前記算出されたＬ１、Ｌ２の差が誤差範囲内であれば、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００は実質的に平行であるものと判断する。
ロボット掃除機１００と外部充電装置３００が実質的に平行でない場合、距離及び角度算出部２３０（図４参照）は、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００がなす角度を算出する（Ｓ４３３）。角度を算出する方法は、第１距離感知センサー１６１から外部充電装置３００までの距離Ｌ１と、第２距離感知センサー１６２から外部充電装置３００までの距離Ｌ２との差を用いて次式により求めることができる。
図１０に示すように、Ｌ２とＬ１との距離差をＨ、第１距離感知センサー１６１と第２距離感知センサー１６２との距離差をＷとするとき、Ｋは次式により求めることができる。
（数１）
Ｋ＝√(Ｈ2+Ｗ2)
これにより、角度Ｇ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｈ／Ｋ）によって求めることができ、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００とのずれた角度（θ）は、次式により求めることができる。
（数２）
θ＝９０°−Ｇ
このようにして、ロボット掃除機と外部充電装置３００とがなす角度を算出した後、図１１に示すように、ロボット掃除機１００−６は、前記算出された角度（θ）の２倍の角度（２θ）だけ逆方向に回転する（Ｓ４３４）。そして、その状態でロボット掃除機１００−６の中心点と外部充電装置３００の中心線が一致するように、所定の距離（Ｎ）だけ後方に直進走行を行なう（Ｓ４３５）。
前記所定の距離（Ｎ）は、以下のように求める。図１０を参照すると、ロボット掃除機が後進する距離（Ｎ）は、ロボット掃除機１００の中心点（Ｏ）から外部充電装置３００の中央点（Ｐ）までの距離と同じであることが分かる。即ち、ロボット掃除機１００が中心点を基準に２θだけ回転した後、ロボット掃除機１００の中心点（Ｏ）から外部充電装置３００の中心線まで延長線を引けば、その延長線と前記中心線がなす角度はθになる。これにより、ロボット掃除機が後進する距離（Ｎ）と、ロボット掃除機１００の中心点（Ｏ）から外部充電装置３００の中央点（Ｐ）までの距離は、二等辺三角形の両辺となって同一になる。ロボット掃除機１００の前面中央（Ｑ）から外部充電装置３００の中央点（Ｐ）までの距離をＭとするとき、Ｍは、次式により求めることができる。
（数３）
Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２
ここで、Ｍは近似値であることが分かる。
ロボット掃除機１００の接続端子１３０と外部充電装置３００の充電端子３３０は、正確に一致しなくても互いに接続されるように設計されている。また、ロボット掃除機１００の接続端子１３０は、所定の長さ前方に突出するように形成される点を考慮する必要がある。このため、前記近似値は実際値と所定の誤差があり得るが大きいものではなく、ある程度の誤差が生じても接続端子１３０と充電端子３３０は互いに接続できる。
一方、図１０に示すように、本実施形態では、ロボット掃除機１００と外部充電装置３００が互いに平行でない場合、ロボット掃除機１００の中心（Ｏ）の延長線が外部充電装置３００の中央点（Ｐ）と互いに一致することを例にとって説明したが、ロボット掃除機１００のずれた角度によって互いに一致しないこともある。しかし、前述したように、所定の誤差が生じてもその誤差値を無視しても良く、接続端子１３０と充電端子３３０は、互いに接続可能である。例えば、誤差が大きければ、後に述べるように、平行であるか否かを再び判断して作業を行なう。
ロボット掃除機１００の半径をＲとするとき、結局ロボット掃除機１００の中心点（Ｏ）が外部充電装置３００の中央点（Ｐ）の延長線(Ｃ)上に位置すべく、ロボット掃除機１００が後進する距離（Ｎ）は、次式により求められる。
（数４）
Ｎ＝Ｍ＋Ｒ
図１１を参照すると、ロボット掃除機１００−７と外部充電装置３００の中心点が一致するように後進した後、ロボット掃除機１００−７は、θだけ逆方向にさらに回転する（Ｓ４３６）。これによってロボット掃除機１００−７と外部充電装置３００は平行になる。その後、再びロボット掃除機１００−８は、外部充電装置３００から略１０ｃｍ離れた位置まで移動するように直進走行し、Ｓ４３１ステップを再び行なう。
一方、ロボット掃除機１００−８と外部充電装置３００が平行である場合、ロボット掃除機１００は、接続端子１３０が充電端子３３０に接続されるようにドッキングを試みる（Ｓ４３７）。その後、ドッキングが完了したか否かを判別し（Ｓ４３８）、完了した場合、つまり接続端子１３０と充電端子３３０が接続された場合、ドッキング作業は終了する。しかし、ドッキングが完了していない場合、つまり接続端子１３０と充電端子３３０が正確に接続されていない場合、略１５ｃｍ程度後方直進走行した後（Ｓ４３９）、Ｓ４３１ステップを繰り返し行なう。
以上、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求している本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも種々の変更実施が可能であることはもとより、そのような変更は、本発明の特許請求の範囲に含まれることは自明である。
従来技術によるロボット掃除機の外部充電復帰方法を示す概略図である。 従来技術によるロボット掃除機の外部充電復帰方法を示す概略図である。 従来技術によるロボット掃除機の外部充電復帰方法を示す概略図である。 従来技術によるロボット掃除機の外部充電復帰方法を示す概略図である。 本発明の実施形態によるロボット掃除機および外部充電復帰装置を示す概略図である。 図２に示すロボット掃除機の外観斜視図である。 本発明の実施形態によるロボット掃除機の外部充電復帰装置の構成を示すブロック図である。 図２に示す外部充電装置の正面図である。 図２に示す外部充電装置の平面図である。 本発明の実施形態によるホーミング送信部の発信角度及び発信距離を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるロボット掃除機の外部充電復帰方法において、ホーミング段階を説明するための図である。 図７に示すホーミング段階のフローチャートである。 本発明の実施形態によるロボット掃除機の外部充電装置復帰方法において、ドッキング段階を説明するための図である。 本発明の実施形態によるロボット掃除機の外部充電装置復帰方法において、ドッキング段階を説明するための図である。 本発明の実施形態によるロボット掃除機の外部充電装置復帰方法において、ドッキング段階を説明するための図である。 図９〜図１１に示すドッキング段階のフローチャートである。
符号の説明
１００ ロボット掃除機
１１０ 本体
１２０ ホーミング受信部
１３０ 接続端子
１６０ 距離及び角度感知部
１６１ 第１距離感知センサー
１６２ 第２距離感知センサー
２１０ 制御部
２２０ 信号判別部
２３０ 距離及び角度算出部
３００ 外部充電装置
３２０ ホーミング送信部
３２１〜３２４ 第１〜第４送信部
３３０ 充電端子

Claims (17)

  1. ロボット掃除機の接続端子が外部充電装置の充電端子に接続されるように、前記ロボット掃除機を前記外部充電装置に復帰させるロボット掃除機の外部充電復帰装置において、
    前記外部充電装置の前面に設けられ、相異なるコードと相異なる発信距離を有する赤外線信号を発信する第１、第２、第３送信部と、前記外部充電装置の両側面に設けられ、前記第１、第２、第３送信部と相異なるコードを有する赤外線信号を発信する第４送信部と、を備えるホーミング送信部と、
    前記ロボット掃除機に設けられ、前記ホーミング送信部から送信される複数の信号を受信するホーミング受信部と、
    前記ロボット掃除機に設けられ、前記ロボット掃除機が前記外部充電装置に所定の距離以内に接近すると、前記外部充電装置に赤外線信号を送信し、前記外部充電装置で反射された前記赤外線信号を受信して、前記ロボット掃除機と前記外部充電装置との距離及び角度を感知する距離及び角度感知部と、
    前記ホーミング受信部で感知された複数の信号を判別する信号判別部と、前記距離及び角度感知部で感知された信号を用いて前記ロボット掃除機と前記外部充電装置との距離及び角度を算出する距離及び角度算出部と、を備える制御部と、を含み、
    前記制御部は、前記信号判別部で判別された信号を用いて、前記ロボット掃除機が前記外部充電装置の近傍に復帰するように、前記ロボット掃除機の走行を制御し、また前記距離及び角度算出部によって算出された距離及び角度を用いて前記接続端子が前記充電端子に接続されるように、前記ロボット掃除機の走行を制御することを特徴とするロボット掃除機の外部充電復帰装置。
  2. 前記第１、第２、第３送信部の順に発信距離が小さくなることを特徴とする請求項１に記載のロボット掃除機の外部充電復帰装置。
  3. 前記第１送信部の発信距離は１４〜２０ｍ、第２送信部の発信距離は１０〜１３ｍ、第３送信部の発信距離は１〜２ｍであることを特徴とする請求項２に記載のロボット掃除機の外部充電復帰装置。
  4. 前記第１、第２、第３送信部は相異なる発信角度を有し、前記第１、第２、第３送信部の順に発信角度が小さくなることを特徴とする請求項２に記載のロボット掃除機の外部充電復帰装置。
  5. 前記第１送信部の発信角度は１２０°〜１７０°、第２送信部の発信角度は３０°〜６０°、第３送信部の発信角度は１０°〜２０°であることを特徴とする請求項４に記載のロボット掃除機の外部充電復帰装置。
  6. 前記第１及び第２送信部は、前記外部充電装置の中央に上下に配置され、前記第３送信部は、前記第１及び第２送信部を中心に前記外部充電装置の両側に対称に配置さ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の外部充電復帰装置。
  7. 前記距離及び角度感知部は、前記ロボット掃除機の前面中央を中心に前記ロボット掃除機の前面両側に対称に配置される第１及び第２距離感知センサーを備え、
    前記距離及び角度算出部は、前記第１及び第２距離感知センサーで感知した赤外線信号を用いて前記ロボット掃除機と前記外部充電装置との距離及び角度を算出することを特徴とする請求項１に記載のロボット掃除機の外部充電復帰装置。
  8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の外部充電復帰装置を用いたロボット掃除機の外部充電復帰方法において、
    復帰命令信号を受信する段階と、
    復帰命令信号を受信した後、前記外部充電装置から発信される相異なるコードと、相異なる発信距離及び発信角度を有する複数の赤外線信号を感知すると、前記複数の赤外線信号を判別して前記外部充電装置に接近させるホーミング段階と、
    前記外部充電装置に所定の距離接近すると、前記外部充電装置との距離及び角度を算出し、前記算出された距離及び角度を用いて前記接続端子を前記充電端子に接続するドッキング段階と、を含むことを特徴とするロボット掃除機の外部充電復帰方法。
  9. 前記外部充電装置から発信される複数の赤外線信号は、外部充電装置の前方から発信され、発信角度及び発信距離の大きさが順に小さくなる第１、第２、第３赤外線信号と、前記外部充電装置の両側部から発信される第４赤外線信号と、を含み、
    前記ホーミング段階は、
    （ａ）前記赤外線信号を感知するまで走行して信号を探索する段階、
    （ｂ）前記赤外線信号を感知すると、前記感知された赤外線信号のうち第３赤外線信号を感知するまで信号を探索する段階、および、
    （ｃ）前記第３赤外線信号を感知すると、ドッキングを開始する段階、を含むことを特徴とする請求項８に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
  10. 前記（ｂ）段階において、感知された信号が第４赤外線信号である場合、前記外部充電装置の前方方向に走行後、再び赤外線信号を探索する段階、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復帰方法。
  11. 前記（ｂ）段階において、感知された信号が第１または第２赤外線信号である場合、所定の距離を前方に走行後、再び赤外線信号を探索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復帰方法。
  12. 前記ドッキング段階は、
    （ｅ）前記外部充電装置から所定の距離まで前方に走行する段階、
    （ｆ）前記外部充電装置から所定の距離に位置した後、前記外部充電装置と前記ロボット掃除機が実質的に平行であるか否かを判別する段階、
    （ｇ）実質的に平行である場合、前方直進走行して前記充電端子に前記接続端子を接続する段階、および、
    （ｈ）実質的に平行でない場合、前記外部充電装置との角度を計算し、前記計算された角度を用いて前記ロボット掃除機が前記外部充電装置と平行であるように補正する段階、を含むことを特徴とする請求項８に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
  13. 前記ロボット掃除機の前面中央を中心として前記ロボット掃除機の前面両側に対称に第１及び第２距離感知センサーが設けられ、前記第１距離感知センサーによって測定した前記外部充電装置までの距離をＬ１、前記第２距離感知センサーによって測定された前記外部充電装置までの距離をＬ２とするとき、前記（ｆ）段階において、前記ロボット掃除機が前記外部充電装置と実質的に平行であるか否かは、Ｌ１及びＬ２を比較して判別することを特徴とする請求項１２に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
  14. 前記（ｈ）段階は、
    ｈ１）前記外部充電装置との角度（θ）を計算する段階、
    ｈ２）前記計算された角度の２倍角度（２θ）だけ逆方向に回転する段階、
    ｈ３）所定の距離（Ｎ）を後方に直進走行する段階、および、
    ｈ４）前記計算された角度（θ）だけ逆方向に再び回転する段階、を含むことを特徴とする請求項１３に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
  15. 前記ｈ１）段階において、前記外部充電装置との角度（θ）は、前記Ｌ２と前記Ｌ１の距離差をＨ、前記第１距離感知センサーと第２距離感知センサーの距離差をＷとするとき、次式により求めることを特徴とする請求項１４に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
    （数１）
    θ＝９０°-ａｒｃｃｏｓ（Ｈ／Ｋ）
    ここで、前記Ｋ＝√(Ｈ2+Ｗ2)
  16. 前記ｈ３）段階において、前記所定の距離（Ｎ）は、前記ロボット掃除機の前面中央から前記外部充電装置の中央までの距離をＭ、前記ロボット掃除機の半径をＲとするとき、次式により求めることを特徴とする請求項１４に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
    （数２）
    Ｎ＝Ｍ＋Ｒ
    ここで、Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２
  17. 前記ｇ）段階において、前記充電端子に前記接続端子が接続されていない場合、所定の距離を後方走行した後、再びｅ）段階を行なう段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載のロボット掃除機の外部充電復帰方法。
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