KR100722762B1 - 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치가 개시된다. 로봇 청소기의 장애물의 형태 감지 장치는 청소기 본체의 주행면과 평행하게 설치된 다수의 발광 유니트들을 가진 발광부; 다수의 발광 유니트에 대응하는 다수의 수광 유니트들을 가진 수광부; 각 발광 유니트 및 대응하는 수광 유니트를 순차적으로 동작하도록 제어하는 형태 감지 제어부; 및 장애물에 반사되어 순차적으로 수신된 반사광으로 부터 장애물의 포락선을 검출하는 형태 감지부;를 포함한다. 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 방법에 따르면, 장애물의 형태를 감지함으로써 로봇 청소기의 장애물 회피 성능이 향상된다.

Description

로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 그 방법{Obstacle shape detecting apparatus of robot cleaner and method therefor}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇 청소기의 기능을 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 장애물 형태 감지 장치가 장착된 로봇 청소기의 개략적인 구성을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 장애물 형태 감지부의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 장애물 형태 감지 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 도 1의 장애물 형태 감지 장치의 동작 및 장애물 감지 결과를 도시한 도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 로봇 청소기 110 : 주행부
120 : 클리닝부 130 : 비젼부
140 : 천정거리 측정부 150 : 추락 방지부
160 : 장애물 형태 감지 장치 170 : 충전 장치
185 : RF 송수신부 190 : 제어부
본 발명은 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 로봇 청소기의 이동체 소정 위치에 설치된 다수의 센서를 소정 방향으로 순차적으로 작동시켜 장애물의 형태를 스캐닝하는 장애물 형태 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 종래의 로봇 청소기(robot cleaner)는 이동가능한 주행부, 본체 소정 위치에 설치되어 먼지 및 오물을 흡입하는 흡입부, 상기 흡입된 먼지를 모아두는 집진부, 벽 등의 장애물의 존재를 감지하는 장애물 형태 감지 장치, 로봇 청소기의 전반적인 동작을 제어하는 제어부 및 로봇 청소기의 각 부에 전원을 공급하는 전원부로 구성된다.
종래 로봇 청소기는 본체의 주행부를 구동시켜 스스로 진행하며 청소 대상 영역의 먼지등 오물을 흡입하고, 장애물 형태 감지 장치에 의해 주행방향에 존재하는 장애물을 인식하여 스스로 장애물을 회피하여 이동할 수 있다.
종래의 로봇 청소기는 통상적으로 하단부에 설치된 초음파 센서에 의해 주행방향에 있는 장애물까지의 거리를 판단하여 장애물을 회피하면서 이동하였다. 이 초음파 센서는 초음파를 방사하는 초음파 발광부와 장애물에 반사되어 돌아오는 반사 초음파를 수신하는 초음파 수광부로 이루어져 있다. 제어부는 방사된 초음파 신호와 수신된 초음파 신호 사이의 시간을 측정하고, 측정된 시간으로 부터 장애물까지의 거리를 계산하여 주행부의 모터를 제어하였다. 이와 같은 제어부의 제어 동작 에 따라 로봇 청소기가 장애물을 회피하면서 주행할 수 있었다.
그러나, 이와 같은 종래 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 방법은 소정 높이까지에 존재하는 장애물의 존재 및 장애물까지의 거리는 감지할 수 있으나, 장애물의 형태를 정확하게 파악할 수 없었다.
또한, 장애물의 형태를 정확하게 파악할 수 없으므로 폭이 넓거나 외곽 라인(포락선:envelope)이 불규칙한 장애물이 존재하는 경우에는 빈번하게 회피경로를 조정하여야 하므로 청소기의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 로봇 청소기의 주행방향에 존재하는 장애물의 형태를 감지할 수 있는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 장애물의 형태를 정확히 파악함으로써 로봇 청소기의 잦은 회피 경로 설정을 방지할 수 있는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 방법을 제공하는데 또다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 로봇 청소기의 본체 주행경로 주변에 존재하는 장애물을 감지하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치에 있어서, 상기 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치는: 본체의 주행면과 평행하게 설치된 다수의 발광 유니트들을 가진 발광부; 상기 다수의 발광 유니트에 대응하는 다수의 수광 유니트들을 가진 수광부; 상기 각 발광 유니트 및 대응하는 수광 유니트를 순차적 으로 동작하도록 제어하는 형태 감지 제어부; 및 장애물에 반사되어 순차적으로 수신된 반사광으로 부터 장애물의 포락선을 검출하는 형태 감지부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 형태 감지 제어부는 본체 주행 방향의 우측에서 좌측 또는 좌측에서 우측으로 발광 유니트를 순차적으로 동작시키는 것이 바람직하다.
로봇 청소기의 본체 주행경로 주변에 존재하는 장애물을 감지하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 방법에 있어서, 상기 장애물 형태 감지 방법은: a) 장애물 감지 신호가 입력되면 동작 대상 발광부를 선택하고 총유니트수를 설정하는 단계; b) 유니트 변수를 초기화하는 단계; c) 상기 유니트 변수에 해당하는 발광 유니트를 동작하여 장애물로 광을 조사하는 단계; d) 상기 조사된 광에 대응하여 상기 장애물로 부터 반사된 반사광을 수신하는 단계; e) 상기 수신된 반사광을 거리 정보로 매핑하는 단계; f) 상기 총유니트수와 상기 유니트 변수를 비교하여 스캐닝 완료 여부를 판단하는 단계; g) 상기 총유니트수와 상기 유니트 변수가 일치하지 않으면, 상기 유니트 변수를 증가시키고 상기 광 조사 단계(c)로 진행하는 단계; 및 h) 상기 총유니트수와 상기 유니트 변수가 일치하면 상기 매핑된 정보로 부터 상기 장애물의 포락선을 추정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 포락선 추정 단계(h)는 상기 매핑 정보 중 로봇 청소기 본체와 가장 근접한 점을 기준으로, 상기 발광 유니트로부터 조사되는 광과 직각을 이루면서 상기 가장 근접한 점을 지나는 한 변을 갖는 사각형이 되도록 상기 장애물의 포락선을 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어 동일한 구성 요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 장애물 형태 감지 장치가 장착된 로봇 청소기가 도 1 및 도 2를 참조하여 이하에 설명된다.
로봇 청소기(100)는 주행부(110), 클리닝부(120), 흡입유무검출부(166), 집진부(128), 비젼부(130), 천정 거리 측정부(140), 추락 방지부(150), 장애물 감지장치(160), 충격 감지부(166), 충전장치(170), 리모콘 발광부(180), RF 송수신부(185) 및 제어부(190)를 포함한다.
주행부(110)는 네 개의 바퀴(116), 각각의 바퀴(116)를 회전시키는 모터(114) 및 제어부(190)의 제어에 따라 모터(114)를 구동하기 위한 PWM 제어부(112)를 포함한다.
클리닝부(120)는 로봇 청소기(100)의 주행경로를 따라 청소대상 평면 상의 먼지를 청소기 본체(105) 내부로 끌어들이기 위한 브러쉬를 동작시키는 브러쉬 모터(122) 및 브러쉬에 의해 모아진 먼지를 집진부(128)로 흡입하기 위한 흡입력을 발생하는 흡입 모터(164)를 포함한다. 먼지 흡입 유무 검출부(166)는 먼지 흡입 유무를 검출한다.
비젼부(130)는 전면 카메라(132), 위치 카메라(134) 및 카메라 선택부(136)를 포함한다.
전면 카메라(132)는 로봇 청소기(100)의 주행 방향 전면에 존재하는 장애물 또는 청소 영역 내부의 상황을 촬영하기 위한 것이다.
위치 카메라(134)는 로봇 청소기(100)의 상부 중앙에 위치하여 로봇 청소기(100)가 위치한 공간의 천정부를 촬영한다. 촬영된 정보는 천정에 설치된 각종 전등 등과 같은 기물을 통하여 현재 로봇 청소기(100)가 위치한 공간 내에서 로봇 청소기(100) 자신의 위치 및 주행 경로 결정의 기준 정보를 제공한다.
카메라 선택부(136)는 사용자의 필요에 따라 전면 카메라(132) 및 위치 카메라(134)를 선택적으로 동작하도록 한다.
천정 거리 측정부(140)는 천정과의 거리를 측정한다.
추락 방지부(150)는 탁자 위 또는 계단 등을 청소하는 경우 로봇 청소기(100)의 추락을 방지하기 위하여 바닥의 상태를 감지한다.
장애물 감지장치(160)는 본체(105)의 주행경로 주변 소정 범위 내에 존재하는 벽 등의 장애물을 감지한다.
충전장치(170)는 로봇 청소기(100)에 동작 전원을 제공한다.
리모콘 발광부(180)는 로봇 청소기(100)의 원격 제어 정보를 수신한다.
RF 송수신부(185)는 로봇 청소기(100)와 홈 네트워크, 홈서버 또는 개인 컴퓨터 등과 영상 정보 또는 명령 정보를 송수신하기 위한 것이다.
제어부(190)는 로봇 청소기(190)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히 제어부(190)는 장애물 감지 센서(164)로 부터의 센싱 정보에 따라 주행부(110)를 구동시킨다. 제어부(190)는 장애물이 검출되는 경우 로봇 청소기(100)를 정지시키거나 이동 경로를 변경하도록 제어한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장애물 형태 감지 장치의 상세 구성이 이하에 설명된다.
장애물 형태 감지 장치(160)는 센서 설치부(162), 광 가이드부(164), 발광부(166) 및 수광부(168)를 포함한다.
센서 설치부(162)는 본체(105)의 주행방향 전면의 소정 위치에 설치된다. 센서 설치부(162)에는 비접촉식 센서의 한 예로 발광부(166) 및 수광부(168)가 설치된다.
발광부(166)는 제 1 발광부(166a) 및 제 2 발광부(166b)를 포함한다.
제 1 발광부(166a)는 제 1 높이 구간에 존재하는 장애물을 검출하기 위한 다수의 제 1 발광 유니트들(167)로 구성된다. 제 1 발광부(166a)는 본체(105)의 하단부측에 소정 높이로 설치된다. 제 1 발광부(166a)는 장애물에 제 1 광을 조사한다. 제 1 발광 유니트들(167) 중 4개의 중앙 유니트(167b, 167c, 167c, 167d, 167e)는 등간격으로 본체(105)의 정면 중앙에 설치되고, 나머지 두 개의 측부 유니트(167a, 167f)는 양측으로 소정 각도 이격하여 설치된다.
제 2 발광부(166b)는 제 2 높이 구간에 존재하는 장애물을 검출하기 위한 다수의 제 2 발광 유니트로 구성된다. 제 2 발광부(166b)는 제 1 발광부(166a)보다 위쪽에 설치되어 제 2 높이 구간에 존재하는 장애물을 검출한다. 다수의 제 2 발광 유니트들은 등간격으로 설치된다. 제 2 발광부(166b)는 장애물에 제 2 광을 조사한다. 제 2 발광 유니트들(169) 중 4개의 중앙 유니트(169b, 169c, 169c, 169d, 169e)는 등간격으로 본체(105)의 정면 중앙에 설치되고, 나머지 두 개의 측부 유니 트(169a, 169f)는 양측으로 소정 각도 이격하여 설치된다.
광 가이드부(164)는 센서 설치부(162)의 전면에 소정 형상으로 관통된 상태로 구획되어 제 1 내지 제 2 발광부(166a, 166b)로 부터 조사되는 광을 가이드하는 가이드부(164a)를 가진다.
장애물 형태 감지 장치(160)는 수신부(168)를 통해 수신된 제 1 및 제 2 반사광으로 부터 본체(105) 주행경로의 전방향에 존재하는 장애물의 높이를 검출한다.
장애물 형태 감지 장치(160)는 측방 장애물 감지부를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 장애물의높이가 검출되면 장애물 검출 장치(160)는 장애물의 형태를 감지한다.
본 발명에 따른 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치의 동작 장애물 형태 감지 방법이 도 4 및 도 5를 참조하여 이하에 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어, 장애물이 제 2 높이에서만 검출되고, 장애물의 스캐닝 방향은 장애물의 좌측에서 우측으로 진행하는 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.
로봇 청소기의 장애물 형태 감지 방법은 동작 대상 발광부 선택 단계(S62), 변수 초기화 단계(S64), 광조사 단계(S66), 반사광 수신 단계(S68), 수신 정보 매핑 단계(S70), 스캐닝 완료 판단 단계(S72), 변수 증가 단계(S74) 및 포락선 추정 단계(S76)를 포함한다.
동작 대상 발광부 선택 단계(S62)에서는 장애물 높이 감지 신호가 입력되면 입력된 높이 정보에 따라 동작 대상 발광부(166b)를 선택한다. 총유니트수 변수 T는 동작 대상 발광부(166b)를 구성하는 발광 유니트들(169)의 총 수인 6개이다.
변수 초기화 단계(S64)에서는 유니트 변수(n) 및 스캐닝 방향 변수를 설정한다. 유니트 변수(n)는 발광 유니트(169)를 카운트하기 위한 값으로 초기값은 1로 세팅한다. 스캐닝 방향 변수(d)는 장애물의 스캐닝 방향을 설정하기 위한 값이다. 스캐닝 방향은 장애물의 좌측으로 부터 우측으로 설정하거나, 우측으로 부터 좌측으로 설정할 수 있다. 또한, 스캐닝 방향은 상기 방향 중 하나로 미리 설정될 수 있고, 장애물 감지 결과에 따라 정해질 수도 있다. 각 발광 유니트를 순차적으로 발광시키는 것은 해당 반사광 정보가 서로 간섭되는 것을 방지하기 위함이다.
광조사 단계(S66)는 스캐닝 방향에 따라 유니트 변수(n)에 해당하는 발광 유니트(169f)를 동작하여 장애물로 광을 조사한다.
반사광 수신 단계(S68)에서는 조사된 광에 대응하여 장애물로 부터 반사된 반사광을 수신한다.
수신 정보 매핑 단계(S70)는 수신된 반사광을 거리 정보로 매핑한다.
스캐닝 완료 판단 단계(S72)는 총유니트수(T)와 유니트 변수(n)를 비교하여 스캐닝 완료 여부를 판단한다.
변수 증가 단계(S74)는 총유니트수(T)와 유니트 변수(n)가 일치하지 않으면, 유니트 변수(n)를 증가시키고 광 조사 단계(S66)로 진행한다. 즉, 발광 유니트(169e)를 동작시킨다. 이와 같이 순차적으로 발광 유니트를 동작시킨다.
포락선 추정 단계(S76)는 총유니트수(T)와 유니트 변수(n)가 일치하면 도 5의 a)에 도시된 매핑 정보로 부터 장애물(250)의 포락선을 추정한다. 포락선 추정 단계(S76)는 도 5의 a)에 도시된 매핑 정보 중 로봇 청소기 본체와 가장 근접한 점(D)을 기준으로 사각형이 되도록 한다. 장애물(250)의 포락선(250')이 도 5의 b)에 도시되어 있다. 포락선 추정 단계(S76)는 매핑된 정보로 부터 D지점을 기준으로 반원형으로 형성할 수 도 있다.
상기 본 발명에 따른 장애물 형태 감지 장치 및 방법에 따르면, 장애물을 스캐닝하여 포락선을 검출함으로써 장애물의 형태를 판단할 수 있다. 또한, 장애물의 형태를 정확히 파악함으로써 로봇 청소기의 잦은 회피 경로 설정을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 로봇 청소기의 본체 주행경로 주변에 존재하는 장애물을 감지하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치에 있어서, 상기 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치는:
    본체의 주행면과 평행하게 설치된 다수의 발광 유니트들을 가진 발광부;
    상기 다수의 발광 유니트에 대응하는 다수의 수광 유니트들을 가진 수광부;
    상기 각 발광 유니트 및 대응하는 수광 유니트를 순차적으로 동작하도록 제어하는 형태 감지 제어부; 및
    장애물에 반사되어 순차적으로 수신된 반사광으로 부터 장애물의 포락선을 검출하는 형태 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 형태 감지 제어부는
    본체 주행 방향의 우측에서 좌측 또는 좌측에서 우측으로 발광 유니트를 순차적으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 장치.
  3. 로봇 청소기의 본체 주행경로 주변에 존재하는 장애물을 감지하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 방법에 있어서, 상기 장애물 형태 감지 방법은:
    a) 장애물 감지 신호가 입력되면 동작 대상 발광부를 선택하고 총유니트수를 설정하는 단계;
    b) 유니트 변수를 초기화하는 단계;
    c) 상기 유니트 변수에 해당하는 발광 유니트를 동작하여 장애물로 광을 조사하는 단계;
    d) 상기 조사된 광에 대응하여 상기 장애물로 부터 반사된 반사광을 수신하는 단계;
    e) 상기 수신된 반사광을 거리 정보로 매핑하는 단계;
    f) 상기 총유니트수와 상기 유니트 변수를 비교하여 스캐닝 완료 여부를 판단하는 단계;
    g) 상기 총유니트수와 상기 유니트 변수가 일치하지 않으면, 상기 유니트 변수를 증가시키고 상기 광 조사 단계(c)로 진행하는 단계; 및
    h) 상기 총유니트수와 상기 유니트 변수가 일치하면 상기 매핑된 정보로 부터 상기 장애물의 포락선을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 포락선 추정 단계(h)는
    상기 매핑 정보 중 로봇 청소기 본체와 가장 근접한 점을 기준으로, 상기 발광 유니트로부터 조사되는 광과 직각을 이루면서 상기 가장 근접한 점을 지나는 한변을 갖는 사각형이 되도록 상기 장애물의 포락선을 형성하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 형태 감지 방법.
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