KR100795541B1

KR100795541B1 - 로봇시스템 및 그 동작방법

Info

Publication number: KR100795541B1
Application number: KR1020060085228A
Authority: KR
Inventors: 정일균
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2008-01-21

Abstract

본 발명의 로봇시스템 및 그 동작방법은 무선신호를 송출하는 송신부가 장착된 비콘과, 상기 비콘에서 송출하는 무선신호를 수신하는 수신부를 가지는 이동로봇을 포함하는 로봇시스템에 있어서, 고유정보를 가지는 무선신호를 송출하는 비콘과, 상기 비콘에서 수신되는 무선신호의 고유정보로부터 위치정보를 추출하는 이동로봇을 포함하여 구성되어 이동로봇이 현재 청소를 수행하는 위치를 정확하게 파악할 수 있는 동시에 청소를 빠른 시간내에 효율적으로 종료할 수 있는 효과가 있다.

비콘, 이동로봇, 충전대

Description

로봇시스템 및 그 동작방법{Robot system and its operating method}

도 1은 종래 로봇시스템의 개략적인 외관이 도시된 도,

도 2는 본 발명에 의한 로봇시스템이 외관이 도시된 도,

도 3은 본 발명에 의한 로봇시스템의 내부의 일실시예가 도시된 도,

도 4는 본 발명에 의한 로봇시스템의 설치예가 도시된 도,

도 5,6은 본 발명에 의한 로봇시스템의 동작방법의 흐름이 도시된 도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100 : 비콘 111 : 수신부

112 : 회전구동부 113 : 인코더부

200 : 이동로봇 211 : 수신부

212 : 위치측정부

본 발명은 로봇시스템 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 특히 위치에 관한 정보가 파악 가능하도록 무선신호를 송출하는 비콘과, 상기 비콘에서 송출된 무선신호에 따라 위치하고 있는 영역에 관한 정보를 추출하는 이동로봇으로 구성되는 로봇시스템 및 그 동작방법에 관한 것이다.

로봇은 산업전반에 걸쳐 그 이용이 증가하고 있는 추세이며, 산업용 로봇뿐만 아니라 집에서 가사노동을 수행할 수 있는 로봇 역시 많이 개발되어 사용되고 있다.

특히, 집이나 실내 공간에서 자동으로 청소를 수행하는 로봇청소기의 사용이 많이 증가하고 있는 실정인 바, 이와 같은 로봇청소기는 실제 청소를 수행하는 이동로봇과, 상기 이동로봇을 충전시키는 충전대 등으로 구성된다.

이동로봇은 평상시에 상기 충전대를 덱(deck)으로 삼아 충전되고 있다가 사용자가 청소명령을 입력하면 자동적으로 실내 공간을 돌아다니며 실내 청소를 수행한다.

이 때, 이동로봇은 현재 위치하고 있는 공간에 관한 정보를 파악할 수 있어야 한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 실내의 각 공간에는 광원이나 적외선 등을 송출하는 비콘(10)이 여러 개 설치된다. 비콘(10)은 외부로 광원이나 적외선 등을 송출하는 송신부(11)를 포함하여 구성된다.

따라서, 이동로봇(20)은 상기 비콘(10)의 송신부(11)에서 송출된 광원이나 적외선 등을 감지하여 현재 위치하고 있는 공간에 관한 정보를 산출한다. 도시된 바와 같이, 이동로봇(20)에는 상기 비콘(10)의 송신부(11)에 대응되어, 상기 송신 부(11)에서 송출되는 여러 종류의 무선신호를 수신하는 수신부(21)가 설치된다.

그러나, 비콘(10)과 이동로봇(20)으로 구성되는 종래 로봇시스템의 경우 이동로봇(20)이 특정 비콘(10)과의 관계에서 상대적인 위치만을 파악할 수 있다는 문제점이 있다.

즉, 여러 개의 공간으로 구획된 실내에서 적어도 하나 이상의 비콘(10)이 설치될 경우 이동로봇(20)은 특정 공간에 설치된 비콘(10)과의 관계에서 거리에 관한 상대적 정보를 추출할 수 있을 뿐, 현재 집안의 어떤 영역에 위치하고 있는지의 절대적 정보를 파악할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 이동로봇이 현재 위치하고 있는 공간에 관한 절대적인 정보를 파악할 수 있도록 하는 로봇시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자동적으로 청소를 수행하는 이동로봇이 청소가 완료된 영역과 완료되지 않은 영역을 용이하게 구별함으로서 청소를 효율적으로 할 수 있도록 하는 로봇시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 영역별로 청소를 수행하는 이동로봇이 하나의 영역에서 다른 영역을 빠른 시간내에 이동할 수 있도록 함으로서 청소를 빠른 시간내에 종료할 수 있도록 하는 로봇시스템을 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 로봇시스템은 무선신호를 송출하는 송신부가 장착된 비콘과, 상기 비콘에서 송출하는 무선신호를 수신하는 수신부를 가지는 이동로봇을 포함하는 로봇시스템에 있어서, 상기 비콘은 청소영역 내에 위치되어, 청소영역에 대한 고유정보를 포함하는 무선신호를 송출하고, 상기 이동로봇은 상기 비콘으로부터 송출되는 무선신호를 수신하여, 포함된 고유정보로부터 위치정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 로봇시스템의 동작방법은 무선신호를 송출하는 송신부가 장착된 비콘과, 상기 비콘에서 송출하는 무선신호를 수신하는 수신부를 가지는 이동로봇을 포함하는 로봇시스템의 동작방법에 있어서, 청소영역 내에 위치된 상기 비콘에서 상기 청소영역에 대한 고유정보를 포함하는 무선신호가 송출되는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 송출된 무선신호에 포함된 고유정보로부터 상기 이동로봇이 위치정보를 추출하는 제2 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 비콘(100)과 이동로봇(200)의 외관이 도시된 도이다.

도시된 바와 같이, 상기 비콘(100)은 상기 이동로봇(200)이 수신할 수 있는 무선신호를 송출하는 송신부(111)를 포함하여 구성된다. 이 때, 상기 무선신호는 특정 대역의 주파수신호이거나 적외선신호 등으로 이루어질 수 있다.

상기 이동로봇(200)에는 상기 송신부(111)에 대응되는 수신부(211)가 구비되 어 있어, 상기 송신부(111)에서 송출되는 여러 종류의 신호를 수신하고 그 강도를 측정할 수 있다.

이 때, 상기 비콘(100)의 송신부(111)는 비콘(100)이 위치하는 지점을 원점으로 하여 360도 범위의 공간, 즉 전방향으로 무선신호를 송출할 수 있도록 구성된다. 따라서, 상기 이동로봇(200)은 상기 비콘(100)이 설치된 영역에 들어오면 어느 방향에서도 상기 비콘(100)이 송출하는 무선신호를 수신함으로서 위치정보를 산출할 수 있다.

상기 송신부(111)가 전방향으로 무선신호를 송출하기 위해서 상기 비콘(100)은 여러 형태로 제작 가능하다. 가령, 예를 들어 하나의 송신부(111)가 60도 범위의 지역으로 무선신호를 송출할 수 있다면, 상기 비콘(100)에 6개의 송신부(111)를 설치함으로서 전방향으로 무선신호가 송출되도록 할 수 있다.

또는, 도 3에 도시된 바와 같이 회전구동부(112)를 통해 상기 송신부(111)를 회전시킴으로서 송신부(111)가 6개 구비되어 있지 않더라도 전방향으로 무선신호가 송출되도록 할 수 있다.

회전구동부(112)는 상기 송신부(111)와 지지대 등을 통해 연결되는 모터로 구성 가능하며, 인코더부(113)는 상기 회전구동부(112)의 회전정보에 따라 위상각정보를 산출함으로서 상기 송신부(111)에서 송출되는 무선신호에 상기 위상각정보가 포함되도록 할 수 있다.

상기 이동로봇(200)은 상기 송신부(111)에서 송출되는 무선신호를 수신하는 수신부(211)와, 상기 수신부(211)에서 수신된 무선신호를 디코딩하고 그 강도 등으 로부터 상기 비콘(100)과의 근접도 등의 위치정보를 파악하는 위치측정부(212)로 구성된다.

이 때, 본 발명에 의한 비콘(100)은 상기 송출되는 무선신호에 ID와 같이 고유정보를 포함시킨다. 따라서, 상기 이동로봇(200)은 상기 비콘(100)에서 수신되는 무선신호를 분석하고 그 고유정보에서 현재 위치하고 있는 영역이 실내의 어느 공간인지 파악할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 비콘의 설치예를 도시하고 있다.

집의 경우 특정 공간이 벽을 통해 침실이나, 거실 등의 각 영역으로 구분된다. 따라서, 해당영역에 고유정보가 다른 비콘을 여러개(101~104) 설치한다. 이동로봇(200)은 특정영역에 들어서게 되면 그 영역으로 무선신호를 송출하는 비콘의 고유정보에서 현재 위치에 관한 정보를 파악하게 된다.

예를 들어, 현재 이동로봇(200)은 영역4에 위치하고 있는 경우, 영역4의 전방향으로 무선신호를 송출하는 비콘4(104)에서 송출하는 무선신호를 수신하게 된다. 상기 비콘4의 무선신호를 수신하는 이동로봇(200)의 위치측정부(212)는 상기 무선신호에 포함된 비콘4의 고유정보를 분석함으로서 현재 거실에 자신이 위치하고 있음을 알게 된다.

한편, 본 발명에 의한 비콘이 송출하는 무선신호는 최소한 300~400MHz 이상이어야 하는 바, 이는 무선신호의 주파수가 너무 낮으면 투과성이 증가하여 이동로봇(200)이 현재 위치에 관한 정보를 충분히 파악할 수 없기 때문이다. 본 실시예의 경우 비콘은 2GHz 대의 주파수 신호를 송출한다고 설정하는 바, 이는 2GHz 주파수 대역의 무선신호의 경우 반사성과 직진성이 보장되기 때문이다. 따라서, 비콘에서 송출되는 무선신호는 이동로봇(200)의 수신부(211)에서 용이하게 수신 가능하다.

한편, 상기 이동로봇(200)은 영역4에 들어서게 되면, 무선신호의 강도를 측정한다. 그리고 그 강도가 약한쪽으로 이동하면서 청소를 수행하게 된다. 즉, 영역2의 비콘2(102)에서 송출되는 무선신호를 받으며 청소를 수행하던 중, 영역2와 영역4의 경계에서 비콘4의 무선신호를 수신하게 되면 비콘4쪽으로 이동한다. 이동로봇(200)은 무선신호에 포함된 고유정보로부터 비콘이 위치하고 있는 영역에 관한 정보를 파악할 수 있으므로 비콘2(102)에서 송출되는 신호의 강도가 약해지던 중 비콘4(104)에서 송출되는 새로운 고유정보를 가지는 무선신호가 수신되면 비콘4(104)가 설치된 영역4(104)로 이동하는 것이다.

이 때, 이동로봇(200)은 영역4로 이동하면서 먼저 무선신호가 가장 큰 비콘4(104)의 주변으로 접근한 후, 비콘4(104)의 주변으로부터 무선신호가 약한쪽으로 이동해가면서 청소를 수행한다. 비콘4(104)는 전방향으로 무선신호를 송출하는 바, 비콘4(104)에서 동일한 거리에 있는 한 이동로봇(200)은 동일한 강도의 무선신호를 수신받게 되므로, 바람직하게는 비콘4(104)를 원점으로 삼아 원을 그리면서 청소를 수행하게 될 것이다. 물론, 이동로봇(200)의 청소패턴은 필요에 따라 여러 알고리즘을 통해 변경 가능하다.

이동로봇(200)은 영역4에서 청소가 완료된 후 수신되는 무선신호의 강도가 약한지역을 이동하며 다른 고유정보를 가지는 무선신호가 수신되는지 여부를 확인한다. 이 때, 이동로봇(200)은 청소완료여부를 미리 설정된 시간 등의 정보를 통해 확인할 수 있다.

즉, 이동로봇(200)은 영역4의 비콘4(104)에서 전송되는 무선신호가 '거실'에서 전송되는 것임을 그 고유정보로부터 알 수 있다. 이 경우 이동로봇(200)은 디폴트로 설정된 시간 동안 또는 거실의 경우 특별히 셋팅된 시간만큼 청소를 수행한 후 청소가 완료되면 다른 고유정보를 가지는 무선신호가 수신되는지 여부를 확인하게 된다.

한편, 경우에 따라, 상기 이동로봇(200)은 수신된 무선신호의 반사정보로부터 현재 위치하고 있는 영역의 크기를 산출하고 그에 따라 청소시간을 가변할 수 있다. 예를 들어, 2GHz대의 주파수신호를 무선신호로 사용할 경우 비콘4에서 직접 전송되는 신호의 강도와 벽에서 반사되는 신호의 강도를 측정함으로서 영역4의 크기를 산출한다. 만일 영역4의 공간이 5m *5m로 25m² 인 경우 25분 동안, 5m *4m로 20m² 인 경우 20분 동안 청소를 수행하도록 이동로봇(200)의 마이컴을 설정할 수 있다.

한편, 본 발명이 또 다른 실시예로 비콘(100)과 이동로봇(200)은 블루투스 통신규격에 따른 무선신호를 송수신하도록 구성 가능하다. 이 경우 무선신호를 수신하는 이동로봇(200)은 주파수 건너뛰기(hopping)를 주기적으로 수행하므로 여러 개의 비콘(101~104)에서 전송되는 무선신호를 순차적으로 검색할 수 있다.

만일, 블루투스 통신규격이 아닌 무선신호를 사용할 경우 상기 비콘(101~104)은 전송하는 무선신호의 헤더에 고유정보를 포함시켜 전송함으로서, 상기 이동로봇(200)의 수신부(211)가 그 헤더를 통해 비콘의 종류를 판별할 수 있도록 한다.

도 5와 도 6은 본 발명에 의한 로봇시스템의 동작방법이 도시된 순서도이다.

먼저, 로봇시스템의 사용자는 청소작업을 수행하고자 하는 영역에 고유정보가 부여된 비콘을 설치하게 된다(S11). 상기 영역은 보통 하나 이상의 벽으로 구획되는 공간으로서 장애물 환경에 거의 영향을 받지 않고 이동로봇으로 직접적으로 무선신호를 전송할 수 있는 공간이 됨이 바람직하다. 그래야만 효율적으로 영역별 청소작업이 수행될 수 있기 때문이다.

설치된 비콘은 로봇시스템이 작동함에 따라 전방향으로 고유정보를 포함한 무선신호를 송출하게 된다(S12). 이 때 비콘은 그 제작형태에 따라 균일하게 전방향으로 무선신호를 송출하거나 도 3에 도시된 바와 같이 회전구동부를 이용할 수 있다.

이동로봇은 청소를 수행하면서 여러 공간을 이동하게 되고, 그에 따라 비콘이 송출한 무선신호를 수신하게 된다. 이동로봇의 위치측정부는 상기 무선신호에 포함된 고유정보를 통해 현재 이동로봇이 위치하고 있는 공간이 어느 영역에 해당하는지 확인하는 동시에 그 무선신호의 강도로부터 비콘과의 근접도에 관한 정보를 추출한다(S13).

그 후, 이동로봇은 무선신호가 점점 약해지는 쪽으로 이동하면서 청소를 수행하게 되는 바(S14), 소정 영역의 청소를 시작한 후부터의 시간을 카운팅함으로서 소정 영역의 청소완료여부를 확인한다(S15).

만일 청소가 완료되지 않았다면 이동로봇은 계속적으로 청소를 할 것이나, 청소가 완료된 경우 이동로봇은 이동을 하면서 새로운 고유정보를 가지는 무선신호의 수신여부를 확인한다(S16).

이 때, 새로운 고유정보를 가지는 무선신호가 수신되지 않는다면 청소가 완료된 것으로 확인하고 이동로봇은 충전대에 복귀함으로서 청소를 종료할 것이나(S17), 만일 새로운 고유정보를 가지는 무선신호가 수신될 경우 이동로봇은 상기 무선신호를 송출하는 새로운 비콘이 설치된 영역으로 이동하여 청소를 수행한다(S18).

이 때, 상기 이동로봇은 바람직하게는 비콘이 전송하는 무선신호의 강도를 측정해 비콘과 가까운 영역부터 청소를 시작한 후 신호가 약해지는 방향으로 이동하면서 청소를 수행한다. 그리고 상기에서 언급한 바와 마찬가지로 해당영역의 청소가 완료되면 다른 고유정보를 포함하는 무선신호가 수신되었는지 여부를 확인할 것이다.

도 6은 본 발명에 의한 로봇시스템의 동작방법의 흐름이 도시된 도이다.

도시된 바와 같이, 이동로봇은 청소가 시작된 후 수신된 무선신호에 포함된 고유정보를 메모리 등에 저장한다(S21).

그 후 이동로봇은 도 5에 도시된 바와 같이 청소를 수행하면서 다른 무선신호를 수신하게 되는 바(S22), 이 때 수신된 무선신호에 포함된 고유정보가 이미 메모리 등에 저장된 고유정보와 동일한지 여부를 확인한다(S23).

만일 저장된 고유정보와 수신된 무선신호에 포함된 고유정보가 동일할 경우 이동로봇은 다른 무선신호를 수신하기 위해서 실내를 이동하게 되며, 소정시간 동안 실내를 이동하였음에도 불구하고 다른 고유정보를 포함하는 무선신호가 수신되지 않을 경우 청소를 종료하고 충전대로 복귀한다(S24).

그러나, 만일 저장된 고유정보와 수신된 무선신호에 포함된 고유정보가 동일하지 않을 경우 이동로봇은 해당 무선신호를 송출하는 비콘이 설치된 영역으로 이동하여 청소를 수행한다(S25).

상기와 같이 구성되는 본 발명의 로봇시스템 및 그 동작방법은 무선신호를 송출하는 송신부가 장착된 비콘과, 상기 비콘에서 송출하는 무선신호를 수신하는 수신부를 가지는 이동로봇을 포함하는 로봇시스템에 있어서, 고유정보를 가지는 무선신호를 송출하는 비콘과, 상기 비콘에서 수신되는 무선신호의 고유정보로부터 위치정보를 추출하는 이동로봇을 포함하여 구성되어 이동로봇이 현재 청소를 수행하는 위치를 정확하게 파악할 수 있는 동시에 청소를 빠른 시간내에 효율적으로 종료할 수 있는 효과가 있다.

Claims

무선신호를 송출하는 송신부가 장착된 비콘과, 상기 비콘에서 송출하는 무선신호를 수신하는 수신부를 가지는 이동로봇을 포함하는 로봇시스템에 있어서,

상기 비콘은 청소영역 내에 위치되어, 청소영역에 대한 고유정보를 포함하는 무선신호를 송출하고,

상기 이동로봇은 상기 비콘으로부터 송출되는 무선신호를 수신하여, 포함된 고유정보로부터 위치정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송신부는 송신부가 위치된 지점을 원점으로 하여 무선신호를 360도 범위로 송출하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 이동로봇은 상기 무선신호의 고유정보 및 강도에 따라 상기 비콘이 설치된 영역 및 상기 비콘과의 근접도에 관한 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 이동로봇은 상기 무선신호의 감도가 약한쪽으로 이동하며 청소를 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 이동로봇은 신호의 감도가 약한쪽으로 이동하며 청소를 수행하던 중 다른 고유정보를 가지는 무선신호가 수신되면 그 무선신호를 송출하는 비콘이 설치된 영역으로 이동하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
무선신호를 송출하는 송신부가 장착된 비콘과, 상기 비콘에서 송출하는 무선신호를 수신하는 수신부를 가지는 이동로봇을 포함하는 로봇시스템의 동작방법에 있어서,

청소영역내에 위치된 상기 비콘에서 상기 청소영역에 대한 고유정보를 포함하는 무선신호가 송출되는 제1 단계와;

상기 제1 단계에서 송출된 무선신호에 포함된 고유정보로부터 상기 이동로봇이 위치정보를 추출하는 제2 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇시스템의 동작방법.
제 6 항에 있어서,

상기 제2 단계는 상기 이동로봇이 상기 무선신호의 고유정보 및 강도로부터 상기 비콘이 설치된 영역 및 상기 비콘과의 근접도에 관한 정보를 추출하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇시스템의 동작방법.
제 7 항에 있어서,

상기 로봇시스템의 동작방법은 상기 제2 단계 후, 상기 이동로봇이 무선신호가 약한쪽으로 이동하면서 청소를 수행하는 제3 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇시스템의 동작방법.
제 8 항에 있어서,

상기 로봇시스템의 동작방법은 상기 이동로봇이 신호의 감도가 약한쪽으로 이동하며 청소를 수행하던 중 다른 고유정보를 가지는 무선신호가 수신되면 그 무선신호를 송출하는 비콘이 설치된 영역으로 이동하는 제4 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇시스템의 동작방법.
제 9 항에 있어서,

상기 로봇시스템의 동작방법은 상기 이동로봇이 수신된 무선신호의 고유정보를 저장하는 단계를 더 포함하며,

상기 제4 단계에서 수신된 무선신호에 포함된 고유정보가 이미 수신된 무선신호의 고유정보에 관한 정보와 동일한 경우, 다른 무선신호를 수신하기 위해서 실내를 이동하고, 소정 시간 이동시 청소를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템의 동작방법.