KR100483571B1 - 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기 및 그 제어방법 - Google Patents

위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위험지역을 회피하며 주행할 수 있는 로봇청소기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 로봇청소기는, 본체에 설치된 구동부; 위험지역의 일측에 부착된 위험표지를 감지할 수 있으며, 본체의 양측에 설치된 위험지역 검출센서; 위험지역 검출센서의 동작여부를 판단하고, 위험지역을 회피하도록 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 위험표지는 재귀반사 소재로 만들어 지고, 위험지역 검출센서는 재귀반사 소재를 감지할 수 있는 광센서인 것이 바람직하다.

Description

위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기 및 그 제어방법{Robot cleaner having a dangerous area dectecting function and control method for the same}
본 발명은 스스로 주행하며 지시된 작업을 수행하는 로봇청소기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위험지역을 스스로 회피하며 주행할 수 있는 로봇청소기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 로봇청소기는 복수의 바퀴로 구성된 구동부와, 원격제어장치로부터 수신된 명령에 따라 구동부를 제어하여 작업영역을 주행하며 지시된 작업을 수행하는 제어부 및 청소를 수행하는 흡진부와 보안작업을 수행하는 카메라 등을 포함한다. 따라서, 로봇청소기는 작업영역을 주행하며, 수신된 명령에 따라 청소나 보안작업을 수행할 수 있다.
그러나, 작업영역에는 로봇청소기가 주행하는 바닥면보다 낮은 문간이나 화기등이 존재하는 경우가 있다. 이와 같은 문간이나 화기등은 로봇청소기에 설치된 장애물 검출센서로는 감지할 수 없기 때문에 로봇청소기가 문간이나 화기에 빠져 고장이 발생할 수 있는 위험지역에 해당한다.
따라서, 상기와 같은 위험지역을 감지할 수 있는 로봇청소기가 개발되어 사용되는데 이 일예가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 위험지역(7)의 앞에는 위험지역(7)을 나탄내는 금속성 테이프(9)가 설치되어 있고, 로봇청소기(1)의 본체 바닥에는 금속성 테이프(9)를 검출할 수 있는 근접센서(2,3,4)가 3개 설치되어 있다. 로봇청소기(1)가 주행을 하다가 도 1a에 도시된 바와 같이 전방의 근접센서(2)가 금속성 테이프(9)를 검출하면, 로봇청소기(1)는 좌우측으로 방향을 바꾸어 진행을 하던가 아니면 역방향으로 주행을 하여 위험지역(7)으로 들어가지 않게 된다. 또, 도 1b에 도시된 바와 같이 양측의 근접센서(3,4)중 한개의 센서(3)만이 금속성 테이프(9)를 검출한 경우에는 로봇청소기(1)가 금속성 테이프(9)를 감지한 방향으로는 주행방향을 변경하지 않도록 제어한다.
이상과 같이 근접센서(2,3,4)와 금속성 테이프(9)를 사용하면, 로봇청소기(1)가 위험지역(7)을 감지하여 위험지역(7)을 회피하면서 주행을 할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 바닥에 설치된 금속성 테이프로 위험지역을 표시하는 경우에는 사람들이 밟고 다니거나 물건과의 마찰 등과 같이 사람들의 생활로 인해 금속성 테이프의 표면이 훼손되거나 오염되는 경우가 많다. 만일, 금속성 테이프가 훼손되거나 오염되면, 근접센서가 이를 감지하지 못하기 때문에 로봇청소기가 위험지역에 빠지는 경우가 발생한다.
따라서, 사람들이 생활을 하는 경우에도 위험지역을 감지할 수 있는 로봇청소기에 대한 발명이 요구되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 사람들이 생활을 하는 경우에도 위험지역을 정확하게 감지할 수 있는 로봇청소기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 로봇청소기가 위험지역을 회피하여 주행할 수 있는 로봇청소기의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 원격제어장치와 무선으로 신호를 주고 받으며, 지시된 작업을 수행하는 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기에 있어서, 본체에 설치된 구동부; 위험지역의 일측에 부착된 위험표지를 감지할 수 있으며, 본체의 양측에 설치된 위험지역 검출센서; 위험지역 검출센서의 동작여부를 판단하고, 위험지역을 회피하도록 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 위험표지는 재귀반사 소재로 만들어 지고, 위험지역 검출센서는 재귀반사 소재를 감지할 수 있는 광센서인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 로봇청소기의 제어부는 동작되는 위험지역 검출센서의 위치에 따라 주행방향을 변경하는 것을 특징으로 하며, 또 위험지역 검출센서가 동작하기 전에 로봇청소기가 주행하던 방향을 고려하여 주행방향을 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 본체에 설치된 구동부와, 본체의 양측에 설치되며 위험지역을 감지하는 위험지역 검출센서와, 위험지역 검출센서의 동작에 따라 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 로봇청소기를 제어하는 로봇청소기의 제어방법에 있어서, 제어부가 위험지역 검출센서가 동작하는가를 판단하는 단계; 위험지역 검출센서가 동작하면, 제어부가 동작된 위험지역 검출센서에 따라 구동부의 주행방향을 변경하는 단계; 및 제어부가 로봇청소기를 주행방향으로 직진시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 제어방법을 제공함으로써 달성된다.
또한, 주행방향 변경단계에서, 제어부는 위험지역 검출센서가 동작하기 전에 로봇청소기가 주행하던 방향을 고려하여 주행방향을 변경하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 로봇청소기의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 로봇청소기(10)는, 본체(11), 흡진부(16), 구동부(20), 상방 카메라(30), 전방 카메라(32), 제어부(40), 기억장치(41), 송/수신부(43), 센서부(12), 및 충전배터리(50)를 포함한다.
흡진부(16)는 공기를 흡입하면서 대향되는 바닥의 먼지를 집진할 수 있도록 본체(11) 상에 설치되어 있다. 이러한 흡진부(16)는 알려진 다양한 방식에 의해 구성될 수 있다. 일예로서, 흡진부(16)는 흡입모터(미도시)와, 흡입모터의 구동에 의해 바닥과 대향되게 형성된 흡입구 또는 흡입관을 통해 흡입된 먼지를 집진하는 집진실을 구비한다.
구동부(20)는 전방의 양측에 설치된 두개의 바퀴(21a,21b)와, 후방의 양측에 설치된 두개의 바퀴(22a,22b), 후방의 두개의 바퀴(22a,22b)를 각각 회전 구동시키는 모터(23,24) 및 후방 바퀴(22a,22b)의 동력을 전방의 바퀴(21a,21b)로 전달할 수 있도록 설치된 타이밍벨트(25)를 포함한다. 구동부(20)는 제어부(40)의 제어신호에 따라 각 모터(23,24)를 독립적으로 정방향 또는 역방향으로 회전 구동시킨다. 주행방향은 각 모터(23,24)의 회전수를 다르게 제어함으로써 정해진다.
전방 카메라(32)는 전방의 이미지를 촬상할 수 있도록 로봇청소기(10)의 본체(11)상에 설치되며 촬상된 이미지를 제어부(40)로 출력한다.
상방 카메라(30)는 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 로봇청소기(10)의 본체(11)상에 설치되며 촬상한 이미지를 제어부(40)로 출력한다. 전방 카메라(32)와 상방 카메라(30)는 일반적으로 CCD 카메라가 많이 사용된다.
센서부(12)는 외부로 신호를 송출하고 반사된 신호를 수신할 수 있도록 본체(11)의 측면 둘레에 소정 간격으로 배치되어 있는 장애물 검출센서(14)와, 주행거리를 측정할 수 있는 주행거리 검출센서(13), 및 위험표지(90, 도 4 참조)를 검출할 수 있는 위험지역 검출센서(15)를 구비한다.
장애물 검출센서(14)는 적외선을 출사하는 적외선 발광소자(14a)와, 반사된 광을 수신하는 수광소자(14b)가 수직상으로 쌍을 이루어 본체(11) 외주면을 따라 다수가 배열되어 있다. 또 다르게는 장애물 검출센서(14)는 초음파를 출사하고, 반사된 초음파을 수신할 수 있도록 된 초음파 센서가 적용될 수 있다. 장애물 검출센서(14)는 로봇청소기(10)로부터 장애물 또는 벽과의 거리를 측정하는 데도 이용된다.
주행거리 검출센서(13)는 바퀴(21a,21b,22a,22b)의 회전수를 검출하는 회전검출센서가 적용될 수 있다. 예컨대, 회전 검출센서는 모터(23,24)의 회전수를 검출하도록 설치된 로터리 엔코더(rotary encoder)가 적용될 수 있다.
위험지역 검출센서(15)는 로봇청소기 본체(11)의 양측면에 설치되며, 위험지역(96, 도 4 참조)의 일측벽(91)에 설치된 위험표지(90)를 검출한다. 위험지역 검출센서(15)는 위험표지(90)로 사용되는 재귀반사 소재를 검출할 수 있는 센서로서 통상 반사형 광센서가 사용된다. 이 광센서는 빛을 발사하는 발광부와 재귀반사 소재에서 반사되어 되돌아 오는 빛을 수광하는 수광부를 구비한다.
위험표지(90,91)는 주행하는 로봇청소기(10)가 위험지역 검출센서(15)를 이용하여 위험지역(96)을 인식할 수 있도록 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 위험지역(96)의 일측벽(97,98)에 설치되어 있다. 이때, 위험표지(90,91)는 주행하는 로봇청소기(10)가 정지하거나 속도를 낮출 수 있도록 소정의 길이를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 위험표지(90,91)는 재귀반사 소재로 만들어 진다. 재귀반사 소재란 재귀반사, 즉 광원으로부터 출사된 빛을 입사된 각에 관계없이 다시 광원으로 되돌아가게 하는 반사를 하는 소재를 말한다. 따라서, 위험표지(90,91)는 로봇청소기(10)의 위험지역 검출센서(15)로부터 출사된 빛을 반사하여 다시 위험지역 검출센서(15)로 되돌아가게 한다. 따라서, 로봇청소기(10)는 위험지역 검출센서(15)에서 출사된 빛이 위험표지(90.91)에 반사될 수 있는 각도 범위내이면 어느 곳에서도 위험지역(96)을 검출할 수 있다. 여기서, 위험지역(96)이란 로봇청소기(10)가 주행하는 바닥(95)보다 낮은 곳이나, 난로와 같이 화기가 있는 곳 등으로 로봇청소기(10)가 그 지역으로 들어가면 주행을 할 수 없거나 고장이 발생할 수 있는 지역을 말한다.
송/수신부(43)는 송신대상 데이터를 안테나(42)를 통해 리모콘(60)으로 송출하고, 안테나(42)를 통해 수신된 리모콘(60)의 신호를 제어부(40)로 전송한다.
충전배터리(50)는 본체(11) 상에 설치되며, 로봇청소기(10)의 모터(23,24)나 제어부(40)등의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
제어부(40)는 송/수신부(43)를 통해 리모콘(60)으로부터 수신된 신호를 처리하고, 상술한 각 요소들을 제어한다. 본체(11)상에 로봇청소기(10)의 기능 설정을 조작하기 위한 다수의 키가 마련된 키입력장치(미도시)가 더 구비된 경우 제어부(40)는 키입력장치로부터 입력된 키신호를 처리한다.
제어부(40)는 상방 카메라(30)에 의해 촬상된 상방 이미지로부터 위치인식용으로 이용하기 위해 작업영역의 천정에 설치한 위치인식마크를 추출한 후 그 위치정보를 이용하여 로봇청소기(10)의 현재 위치를 인식하고, 인식된 위치정보를 이용하여 목적하는 작업을 수행하도록 구동부(20) 등의 각 요소를 제어한다.
또한, 제어부(40)는 위험지역 검출센서(15)가 위험표지(90,91)를 검출하면, 로봇청소기(10)를 정지시킨 후 어느 쪽의 위험지역 검출센서(15)가 작동되었는가를 판단하여, 로봇청소기(10)의 주행방향을 변경한다. 또는, 동작된 위험지역 검출센서(15)의 위치와 로봇청소기(10)가 주행하던 방향을 고려하여 주행방향을 변경한다. 그후 제어부(40)는 로봇청소기(10)가 지시된 작업에 맞는 주행을 계속하도록 구동부(20)를 제어한다.
로봇청소기(10)가 도 4와 같은 위험지역(96)을 회피하여 주행하는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다. 도 4의 위험지역(96)은 바닥이 로봇청소기(10)가 주행하는 바닥면(95)보다 낮은 문간으로서 로봇청소기(10)가 빠지면, 충격을 받거나 고장이 나게 된다.
로봇청소기(10)는 벽(97)을 따라 주행하면서 위험지역 감지센서(15)가 동작하는가를 주기적으로 확인한다. 주행중에 위험지역 감지센서(15)가 동작하면, 제어부(40)는 구동부(20)를 정지시킨 후, 작동된 위험지역 검출센서(15)가 어느 쪽인가를 판단한다. 도 5와 같이 오른쪽의 위험지역 검출센서(15)가 동작하였으면, 로봇청소기(10)는 위험지역 검출센서(15)가 동작한 방향과 반대의 방향으로 주행방향을 변경한다. 그후 로봇청소기(10)는 직진주행을 계속한다. 또, 로봇청소기(10)는 제어부(40)에 설정된 프로그램에 따라 벽을 따라 주행을 계속하다가 위험지역 감지센서(15)가 위험표지(90,91)를 감지하면, 주행하던 방향에 대해 반대방향으로 회전하여 주행을 계속하도록 제어할 수도 있다. 따라서, 로봇청소기(10)는 위험지역(96)을 회피하면서 주행을 계속할 수 있다.
이하, 첨부된 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 로봇청소기의 제어방법에 대하여 설명한다.
먼저, 제어부(40)는 원격제어장치로부터 작업명령을 수신하면, 상방 카메라(30)를 이용하여 로봇청소기(10)의 현재 위치를 확인한 후, 수신된 작업에 적절한 경로패턴을 작성하고 구동부(20)를 동작시켜 그 경로를 따라 주행한다.
제어부(40)는 로봇청소기(10)가 주행하는 중에 위험지역 검출센서(15)로부터 동작신호가 수신되는가를 주기적으로 판단한다(S10).
만일, 위험직역 검출센서(15)로부터 동작신호가 수신되면, 제어부(40)는 동작된 위험지역 감지센서(15)의 위치를 확인한 후 소정의 방향으로 로봇청소기(10)의 주행방향을 변경한다(S20). 이때, 제어부(40)는 주행방향을 위험지역 감지센서(15)가 동작된 쪽과 반대방향으로 변경하거나, 로봇청소기(10)가 주행하던 방향과 역방향으로 변경한다.
주행방향의 변경이 완료되면, 제어부(40)는 로봇청소기(10)가 직진하여 주행하도록 제어한다(S30).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 로봇청소기 및 그 제어방법에 의하면, 위험표지가 위험지역 일측의 벽에 설치되기 때문에 사람들에 의해 오염되거나 훼손되는 경우는 발생하지 않게 된다. 따라서, 항상 로봇청소기가 위험표지를 검출할 수 있기 때문에 위험지역을 회피하면서 주행할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 로봇청소기는 사람들이 생활을 하는 경우에도 위험표지가 훼손되지 않기 때문에 위험지역을 항상 정확하게 감지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 로봇청소기가 위험지역을 회피하여 주행할 수 있는 로봇청소기의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 의한 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기가 위험지역을 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 의한 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기을 나타내 보인 사시도,
도 3은 도 2의 로봇청소기의 블록도,
도 4는 위험표지가 설치된 작업영역의 일예를 나타내 보인 평면도,
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선에서 본 상태를 나타내 보인 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 로봇청소기의 제어방법을 나타내 보인 순서도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10; 로봇청소기 11; 본체
12; 센서부 13; 주행거리 검출센서
14; 장애물 검출센서 15; 위험지역 검출센서
20; 구동부 21,22; 바퀴
30; 상방 카메라 32; 전방 카메라
40; 제어부 90,91; 위험표지
95; 바닥면 96; 위험지역
97,98; 벽

Claims (6)

  1. 원격제어장치와 무선으로 신호를 주고 받으며, 지시된 작업을 수행하는 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기에 있어서,
    본체에 설치된 구동부;
    위험지역의 일측에 부착된 위험표지를 검출할 수 있으며, 상기 본체의 양측에 설치된 위험지역 검출센서; 및
    상기 위험지역 검출센서가 동작하면, 상기 위험지역을 회피할 수 있도록 상기 위험지역 검출센서가 동작하기 전에 상기 로봇청소기가 주행하던 방향을 고려하여 상기 구동부를 제어하여 주행방향을 변경하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위험표지는 재귀반사 소재로 만들어 지고, 상기 위험지역 검출센서는 상기 재귀반사 소재를 감지할 수 있는 광센서인 것을 특징으로 하는 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 위험지역 검출센서가 동작된 쪽과 반대방향이나 상기 위험지역 검출센서가 동작하기 전에 상기 로봇청소기가 주행하던 방향과 반대방향으로 상기 로봇청소기의 주행방향을 변경하는 것을 특징으로 하는 위험지역 감지기능을 갖는 로봇청소기.
  4. 삭제
  5. 본체에 설치된 구동부와, 상기 본체의 양측에 설치되며 위험지역을 감지하는 위험지역 검출센서와, 상기 위험지역 검출센서의 동작에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 로봇청소기를 제어하는 로봇청소기의 제어방법에 있어서,
    상기 제어부가 상기 위험지역 검출센서가 동작하는가를 판단하는 단계;
    상기 위험지역 검출센서가 동작하면, 상기 제어부가 동작된 위험지역 검출센서에 따라 상기 위험지역 검출센서가 동작하기 전에 상기 로봇청소기가 주행하던 방향을 고려하여 상기 구동부의 주행방향을 변경하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 로봇청소기를 상기 주행방향으로 직진시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 제어방법.
  6. 삭제
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