KR100437372B1 - 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템 - Google Patents

이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신망을 이용하여 청소로봇을 원거리에서 제어할 수 있는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템에 관한 것이다. 시스템은 장착된 카메라를 통해 촬영된 영상데이터를 이동통신신호로 변환하여 송신하며, 이동통신신호에 포함되어 수신된 제어데이터에 의해 자율적으로 실내를 이동하며 청소를 수행하는 청소로봇과, 청소로봇으로부터 전송된 영상데이터 관련 이동통신신호 및 청소로봇 제어관련 이동통신신호를 수신하여 해당장치에 중계하는 이동통신 중계기와, 이동통신 중계기를 통해 청소로봇에 작업명령을 송신할 수 있는 이동통신 단말기 및 이동통신 중계기를 통해 수신된 영상데이터를 분석하고, 그 분석결과에 따라 제어데이터를 생성하여 이동통신 중계기에 송신하는 영상처리서버를 구비한다. 이에 따라 이동통신망을 이용하여 사용자가 원거리에서 청소로봇을 제어할 수 있으므로, 청소로봇의 이용환경을 개선시킬 수 있게 되며, 영상처리를 외부에서 수행하므로 청소로봇에 영상처리보드가 필요치 않아 소형화시키는데 유리할 뿐 아니라 제작비용을 줄일 수 있게 된다.

Description

이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템{Robot cleaning System using by mobile communication network}
본 발명은 로봇 청소 시스템에 관한 것으로서, 특히 이동통신망을 이용하여 청소로봇을 원거리에서 제어할 수 있는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가정 내에서 가사노동이 이루어져야 할 부분중 청소는 진공청소기를 이용한다 할지라도 일일이 끌고 다니면서 해야 하므로 다른 가사에 비해 비교적 손이 많이 가는 작업이라 할 수 있다.
이에 따라, 리모트콘트롤러(remote controller : 이하 '리모콘'이라 함)를 이용하여 청소작업 수행명령만 주면 자율적으로 이동하면서 청소를 수행하는 청소로봇에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있으며, 이러한 청소로봇에 집 안의 방재기능을 더한 복합기능을 갖는 모빌로봇에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
도 1은 종래 청소로봇의 블록도이다.
도면을 참조하면, 청소로봇은 몸체의 이동을 구현하는 주행부(40)와, 이동경로상의 장애물을 감지하는 장애물감지부(30)와, 자신의 현재 위치를 인식할 수 있는 자기위치인식부(20)와, 플로어를 청소하기 위한 진공청소부(50)와, 각 부에 필요한 전원을 저장 및 충전하는 전원부(70) 및 각 부를 제어하는 제어부(60)를 구비한다. 또한, 청소로봇은 기동/정지를 원격지에서 제어할 수 있도록 리모콘 수신부(10)를 갖는다.
자기위치인식부(20) 및 장애물감지부(40)는 자기위치인식 및 장애물을 감지하기 위하여 각각 영상처리보드(22)(32) 및 카메라(21)(31)를 구비한다.
위와 같은 구성을 갖는 청소로봇은 리모콘 수신부(10)를 통해 청소작업이 지시되면, 제어부(10)에서 초기화를 실행한 후 자기위치인식부(20)의 카메라(21)를 작동시켜 현재위치가 촬영되도록 하고, 촬영을 통해 생성된 영상데이터를 영상처리보드(22)에 전달되도록 하여 신호처리가 되도록 한다. 그러면 제어부(60)는 영상처리보드로(22)부터 전달된 영상데이터를 분석하여 자신의 현재 위치를 분석한다. 그 후, 제어부(60)는 주행부(40)의 좌우측 바퀴(43a)(43b)용 모터(42a)(42b)의 모터구동부(41a)(4b)에 제어신호를 전송하여 몸체가 이동될 수 있도록 한다. 이때, 제어부(60)는 장애물감지부(30)의 카메라(31)를 작동시키고, 영상처리보드(32)에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 장애물에 대응할 수 있도록 주행부(40)를 제어한다. 그리고 청소로봇이 해당장소로 이동되면, 진공청소부(50)에 제어신호를 출력하여 해당 위치에서 청소작업이 수행될 수 있도록 하며, 설정된 경로를 따라 청소작업을 수행할 수 있도록 주행부(40)에 제어신호를 출력하여 몸체를 회전 및 이동시킨다.
이상과 같이 작동되는 청소로봇은 이동중에 설정된 샘플링 주기마다 장애물파악 동작을 수행하여 전방의 장애물을 회피할 수 있으며, 마찬가지로 설정된 샘플링 주기마다 자기위치 인식 동작을 수행하여 요구된 위치로 정확히 이동할 수 있게 된다.
또한, 청소로봇은 위와 같이 자기위치를 인식하고 주행 경로상의 장애물을 감지하기 위하여 CCD(charge coupled device)카메라를 이용하는데, 이때, 촬영된 영상데이터의 크기가 매우 크므로, 영상데이터를 별도로 신호처리하기 위한 영상데이터 처리용 프로세서를 통상적으로 이용하고 있다.
그러나 이러한 종래의 청소로봇에 있어서는 영상데이터 처리용 프로세서가 실장된 각 영상처리보드(22)(32)가 청소로봇 몸체 내에 설치되는 관계로 청소로봇의 몸체를 소형화시키는데 다소 어려움이 따랐다.
또한, 종래의 청소로봇은 리모트 콘트롤러를 이용한 근거리 제어만이 가능했기 때문에 반드시 사용자가 실내에 당도해서 작업명령을 주어야 하며, 만일 집안에 들어오기 얼마 전에 외부에서 청소명령을 전달하려는 경우에는 방법이 없었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 원격지에서 이동통신망을 통해 청소로봇을 제어할 수 있도록 하는 로봇 청소 시스템을 제공하고자 한다.
도 1은 종래 청소로봇의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템의 개요도,
도 3은 도 2에 보인 청소로봇의 블록도, 그리고
도 4는 도 2에 보인 영상처리서버의 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10, 180 : 리모콘 수신부 20, 120 : 자기위치인식부
21, 31, 121, 131 : 카메라 22, 32 : 영상처리보드
30, 130 : 장애물감지부 33, 122, 132 : 센서
40 , 110 : 주행부
41a, 41b, 51, 111a, 111b, 131 : 모터구동부
42a, 42b, 52, 112a, 112b, 132 : 모터
43a, 43b : 바퀴 50, 130 : 진공청소부
53 : 흡입팬 60, 150, 350 : 제어부
70, 170 : 전원부 100 : 청소로봇
140 : 이동통신모듈 160 : 표시부
190 : 카메라 선택부 200 : 이동통신 중계기
300 : 영상처리서버 310 : 인터페이스
320 : 영상데이터 신호처리부 330 : 메모리
340 : 모니터 400 : 이동통신 단말기
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇 청소 시스템은 장착된 카메라를 통해 촬영된 영상데이터를 이동통신신호로 변환하여 송신하며, 이동통신신호에포함되어 수신된 제어데이터에 의해 자율적으로 실내를 이동하며 청소를 수행하는 청소로봇과, 상기 청소로봇으로부터 전송된 상기 영상데이터 관련 이동통신신호 및 상기 청소로봇 제어관련 이동통신신호를 수신하여 해당장치에 중계하는 이동통신 중계기와, 상기 이동통신 중계기를 통해 상기 청소로봇에 작업명령을 송신할 수 있는 이동통신 단말기 및 상기 이동통신 중계기를 통해 수신된 상기 영상데이터를 분석하고, 그 분석결과에 따라 제어데이터를 생성하여 상기 이동통신 중계기에 송신하는 영상처리서버를 구비한다.
상기 청소로봇은 로봇의 몸체를 이동하기 위한 주행부와, 현재위치를 인식하기 위하여 카메라 및 센서를 구비한 자기위치인식부와, 장애물을 감지하기 위하여 카메라 및 센서를 구비한 장애물감지부와, 플로어의 오염물을 수거하는 진공청소부와, 상기 자기위치인식부 및 상기 장애물감지부로부터 각각 구비된 카메라로부터 영상데이터를 제공받아 이동통신신호로 변환하여 송신하고, 수신된 이동통신신호를 제어데이터로 변환하여 출력하는 이동통신모듈 및 상기 이동통신모듈로부터 전달된 제어데이터에 따라 위치이동 및 청소를 수행할 수 있도록 상기 각 부를 제어하는 제어부를 구비한다.
또한, 상기 청소로봇은 상기 제어부의 제어신호에 응답하여 상기 자기위치인식부의 카메라 및 장애물감지부의 카메라를 선택적으로 작동시키기 위한 카메라 선택부를 더 구비한다.
상기 청소로봇의 제어부는 수신된 제어데이터에 따라 요구된 동작이 완료되면 동작수행완료데이터를 생성하여 상기 이동통신모듈로 전송한다.
한편, 상기 영상처리서버는 상기 이동통신중계기와 데이터를 인터페이싱하는 인터페이스와, 상기 인터페이스를 통해 수신된 영상데이터를 신호처리하는 영상처리부 및 상기 영상처리부를 통해 신호처리된 영상데이터를 분석하고, 분석된 결과에 따라 상기 청소로봇에 대한 제어데이터룰 생성하여 상기 인터페이스에 출력하는 제어부를 구비한다.
여기서 상기 영상처리서버의 상기 인터페이스는 상기 이동통신 중계기로부터 기지국을 통해 인터넷으로 영상데이터를 전달 받을수 있으며, 이동통신 중계기로부터 RF신호를 직접 수신할 수도 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇 청소 시스템을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 청소 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 로봇 청소 시스템은 청소로봇(100), 이동통신 중계기(200), 이동통신 단말기(400) 그이고 영상처리서버(300)로 이루어진다.
청소로봇(100)은 장착된 카메라로부터 영상데이터를 생성하여 제 1 이동통신신호로 이동통신 중계기(200)에 송신하며, 이동통신 중계기(200)로부터 제어데이터가 담긴 제 2 이동통신신호를 수신한다. 그리고 제 2 이동통신신호에 포함된 제어데이터에 따라 몸체의 위치이동 및 청소를 수행한다.
이동통신 중계기(200)는 청소로봇(100)으로부터 전송된 영상데이터 관련 이동통신신호 및 이동통신단말기(400) 또는 영상처리서버(300)에서 전송된 청소로봇 제어관련 이동통신신호를 각각 수신하여 해당장치에 중계한다.
이동통신단말기(400)는 이동통신 중계기(200)를 통해 청소로봇(100)에 작업명령을 송신한다.
영상처리서버(300)는 이동통신 중계기(200)를 통해 수신된 영상데이터를 분석하고, 그 분석결과에 따라 제어데이터를 생성하여 이동통신 중계기(200)로 전송한다.
도 3은 본 발명에 따른 청소로봇의 블록도이다.
도면을 참조하면, 청소로봇(100)은 로봇의 몸체를 이동하기 위한 주행부(110)와, 자신의 현재위치를 인식하기 위하여 카메라(121) 및 센서(122)를 구비한 자기위치인식부(120)와, 이동경로상의 장애물을 감지하기 위하여 카메라(131) 및 센서(132)를 구비한 장애물감지부(130)와, 플로어의 오염물을 수거하는 진공청소부(130)와, 자기위치인식부(120) 및 장애물감지부(130)로부터 전달된 영상데이터를 이동통신신호로 변환하여 송신하고, 수신된 이동통신신호를 제어데이터로 변환하여 출력하는 이동통신모듈(140) 및 이동통신모듈(140)로부터 전달된 제어데이터에 따라 위치이동 및 청소를 수행할 수 있도록 각 부를 제어하는 제어부(150)를 구비한다. 표시부(160)는 청소로봇(100)의 이상 등을 외부로 표시한다. 청소로봇의 제어부(150)는 수신된 제어데이터에 따라 요구된 동작이 완료되면 동작수행완료데이터를 생성하여 이동통신모듈(140)로 전송하여 동작을 요구한 장치의 제어에 따른 응답을 한다. 또한, 청소로봇(100)은 사용자가 근거리에서 직접 리모콘을 조작하여 전송한 기동, 위치이동, 청소수행 및 기동정지 신호 등에 제어부가 응답할 수 있도록 마련된 리모콘 수신부(180)를 구비하며, 장애물감지 및 위치인식을 위하여 그리고 충돌 및 낙하 등으로부터 몸체를 보호하기 위하여 각종 센서(미도시)를 구비한다. 또한, 각 부에 전원을 공급하며, 외부 충전기로부터 전원을 충전할 수 있도록 구성된 전원부(170)를 구비한다.
여기서 구동부(110)는 각각 우측 및 좌측의 바퀴를 움직일 수 있도록 각 모터구동부(111a)(111b)의 동작에 따라 구동되는 모터(112a)(112b)를 구비하며, 진공청소부(130) 역시 플로어의 먼지를 흡입할 수 있도록 흡입팬을 구동하디 위하여 모터구동부(131)를 갖는 흡입모터(132)를 구비한다.
또한, 자기위치인식부(120)에 마련된 카메라(121)는 천정을 향해 설치되며, 장애물감지부(130)에 마련된 카메라(131)는 청소로봇(100)의 전방을 향하여 설치된다. 그리고 청소로봇(100)은 제어부(150)의 제어신호에 응답하여 자기위치인식부(120)의 카메라(121) 및 장애물감지부(130)의 카메라(131)를 선택적으로 작동시키기 위한 카메라 선택부(190)를 더 구비한다.
도 4는 본 발명에 따른 영상처리서버(300)의 블록도이다.
도면을 참조하면, 영상처리서버(300)는 이동통신 중계기(200)와 데이터를 인터페이싱하기 위한 인터페이스(310)와, 인터페이스(310)를 통해 수신된 영상데이터를 신호처리하는 영상처리부(320)와, 영상처리부(320)를 통해 신호처리된 영상데이터를 분석하고, 그 분석결과에 따른 제어데이터룰 생성하여 인터페이스(310)를 통해 출력하는 제어부(350)를 구비한다.
여기서, 영상처리서버(300)의 인터페이스(310)는 이동통신 중계기(200)로부터 기지국(미도시)을 통해 인터넷으로 영상데이터를 전달 받을 수 있으며, 이동통신 중계기(200)로부터 직접 RF신호를 수신할 수도 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템의 작동관계를 살펴본다.
먼저, 리모콘(미도시) 또는 이동통신단말기(400)에서 이동통신 중계기(200)를 거쳐 기동신호가 수신되면 청소로봇의 제어부(150)는 초기화를 수행한 후, 자기위치인식부(120)의 제 1 카메라(121)를 작동시켜 현재위치에서 천정을 촬영하도록 한다. 그리고 촬영을 통해 생성된 영상데이터를 이동통신모듈(140)을 통해 이동통신신호로 변환하여 이동통신 중계기(200)로 출력한다. 그러면 청소로봇(100)의 이동통신모듈(140)로부터 이동통신신호를 수신한 이동통신 중계기(200)는 이동통신신호를 다시 영상처리서버(300)의 인터페이스(310)에 중계한다. 이렇게 영상데이터가 인터페이스(310)에 수신되면, 영상처리서버(300)의 제어부(350)는 전달된 영상데이터를 영상데이터처리부(320)에서 신호처리되도록 하고, 이를 참조하여 청소로봇(100)의 현재위치를 파악한다. 영상데이터를 참조하여 좌표를 분석하는 기법은 여러가지 방법이 있으나 여기서는 언급하지 않는다. 이렇게 청소로봇(100)의 현재위치가 파악되면, 영상처리서버(300)의 제어부(350)는 파악된 영상데이터로부터 청소로봇의 위치이동을 제어하기 위한 제어데이터를 생성하여 인터페이스(310)로 출력한다. 그러면 이동통신 중계기(200)는 영상처리서버(300)로부터 전송된 청소로봇(100)의 위치이동을 제어하기 위한 제어데이터를 청소로봇(100)에 중계한다.
이렇게 제어데이터가 청소로봇(100)에 전송되면 청소로봇(100)의 이동통신모듈(140)은 수신된 이동통신신호를 제어데이터로 변환하여 청소로봇의 제어부(150)에 전달하게 되고, 제어데이터를 전달받은 청소로봇의 제어부(150)는 수신된 제어데이터로부터 이동할 위치를 파악하고, 파악된 위치에 따라 좌우측 바퀴의 모터구동부(111a)(111b)에 제어신호를 출력하여 각 모터(112a)(112b)를 구동시킨다. 이렇게 해서 청소로봇(100)은 위치이동을 하게 된다. 이때, 청소로봇의 제어부(150)는 장애물감지부(131)의 카메라(131)를 작동시켜 이동통신모듈(140)을 통해 이동경로의 전방에 대한 영상데이터를 영상처리서버(300)에 전달되도록 한다. 여기서, 청소로봇의 제어부(150)는 주기적으로 자기위치 인식부(120)의 카메라(121)를 작동시켜 생성된 영상데이터를 전송하기 위하여 카메라 선택부(190)를 제어한다. 그리고 자기위치 인식부(120)의 카메라(121)에서 촬영된 영상데이터가 전송될 수 있도록 한다. 이에 따라 청소로봇의 직진성을 향상시킬 수 있게 된다.
위와 같이 이동통신 중계기(200)를 통해 장애물 감지부(130) 및 자기위치 인식부(120) 각각의 카메라(121)(131)로부터 영상데이터를 전송받은 영상처리서버(300)의 제어부(350)에서는 장애물감지부(130)의 카메라(131)로부터 전송된 영상데이터 및 자기위치 인식부(120)의 카메라(121)로부터 촬영된 영상데이터를 분석하여 위치이동에 관련된 제어데이터를 출력한다.
이렇게 해서 청소로봇(100)이 해당장소로 이동되면, 청소로봇(100)의 제어부(150)는 위치이동이 완료되었음을 알리는 이동완료신호를 이동통신모듈(140)을 통해 츨력하게 되고, 데이터 이동완료신호를 수신한 영상처리서버(300)의 제어부(350)에서는 청소로봇(100)의 이동이 완료되었음을 인식하고, 청소작업수행을 지시하는 제어데이터를 생성하여 인터페이스(310)로 출력한다.
그러면 청소작업수행을 지시하는 제어데이터를 이동통신 중계기(200)로부터 수신한 청소로봇(100)의 제어부(150)는 이동통신모듈(140)을 통해 수신된 청소작업지시 제어데이터에 따라 진공청소부(130)의 모터구동부(131)에 제어신호를 출력하여 팬모터(132)를 구동하고, 현재위치에서부터 청소작업이 수행될 수 있도록 한다. 그리고 프로그램된 경로를 따라 청소작업이 수행될 수 있도록 주행부(110)에 제어신호를 출력하여 몸체를 회전 및 이동시킨다. 이때, 장애물감지부의 카메라(131)는 연속적으로 전방을 촬영하여 영상처리서버(300)에 영상데이터를 전송하며, 청소로봇(100)은 영상처리서버(300)로부터 제어데이터를 수신한다.
결국, 이상의 설명과 같은 본 발명의 로봇 청소 시스템은 청소로봇에 장착된 카메라(121)(131)를 통해 촬영된 영상이 원거리에 있는 영상처리서버(300)에서 처리되어 제어될 수 있도록 하며, 사용자가 자신의 이동통신 단말기(400)를 이용하여 청소로봇(100)을 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 로봇 청소시스템은 이동통신망을 이용하여 사용자가 원거리에서 청소로봇을 제어할 수 있으므로, 청소로봇의 이용환경을 개선시킬 수 있게 되며, 영상처리를 외부에서 수행하므로 청소로봇에 영상처리보드가 필요치 않아 소형화시키는데 유리할 뿐 아니라 제작비용을 줄일 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 장착된 카메라를 통해 촬영된 영상데이터를 이동통신신호로 변환하여 송신하며, 이동통신신호에 포함되어 수신된 제어데이터에 의해 자율적으로 실내를 이동하며 청소를 수행하는 청소로봇;
    상기 청소로봇으로부터 전송된 상기 영상데이터 관련 이동통신신호 및 상기 청소로봇 제어관련 이동통신신호를 수신하여 해당장치에 중계하는 이동통신 중계기;
    상기 이동통신 중계기를 통해 상기 청소로봇에 작업명령을 송신할 수 있는 이동통신 단말기;
    상기 이동통신중계기와 데이터를 인터페이싱하는 인터페이스와, 상기 인터페이스를 통해 수신된 영상데이터를 신호처리하는 영상처리부와, 상기 영상처리부를 통해 신호처리된 상기 영상데이터를 분석하고 그 분석결과에 따라 제어데이터를 생성하여 송수신부에 출력하는 제어부를 구비한 영상처리서버;가 구비된 것을 특징으로 하는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 청소로봇은
    로봇의 몸체를 이동하기 위한 주행부;
    현재위치를 인식하기 위하여 카메라 및 센서를 구비한 자기위치인식부;
    장애물을 감지하기 위하여 카메라 및 센서를 구비한 장애물감지부;
    플로어의 오염물을 수거하는 진공청소부;
    상기 자기위치인식부 및 상기 장애물감지부로부터 각각 구비된 카메라로부터 영상데이터를 제공받아 이동통신신호로 변환하여 송신하고, 수신된 이동통신신호를 제어데이터로 변환하여 출력하는 이동통신모듈; 및
    상기 이동통신모듈로부터 전달된 제어데이터에 따라 위치이동 및 청소를 수행할 수 있도록 상기 각 부를 제어하는 제어부;가 구비된 것을 특징으로 하는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 청소로봇은
    상기 제어부의 제어신호에 응답하여 상기 자기위치인식부의 카메라 및 장애물감지부의 카메라를 선택적으로 작동시키기 위한 카메라 선택부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 로봇 청소 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는
    수신된 제어데이터에 따라 요구된 동작이 완료되면 동작수행완료데이터를 생성하여 상기 이동통신모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 인터페이스는
    상기 청소로봇으로부터 상기 이동통신 중계기를 거쳐 전송된 영상데이터를 이동통신 기지국을 통해 인터넷으로 수신하는 것을 특징으로 하는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 인터페이스는
    상기 이동통신 중계기로부터 직접 RF신호로 수신하는 것을 특징으로 하는 이동통신망을 이용한 로봇 청소 시스템.
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