KR100827235B1 - 카펫 감지 청소용 로봇 및 카펫 경계 검출 방법 - Google Patents

카펫 감지 청소용 로봇 및 카펫 경계 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카펫 감지 청소용 로봇 및 카펫 경계 검출 방법으로, 더욱 상세하게는 바닥면에서 카펫의 유무를 감지할 수 있고, 이와 함께 카펫의 경계 영역을 감지하여 카펫 영역을 검출하는 청소용 로봇 및 카펫 경계 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명에 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇은 청소용 로봇의 본체, 본체에 장착되어 로봇을 주행시키는 구동부 및 구동부에 의해 로봇이 주행시에 카펫을 감지하는 카펫감지부를 포함한다.
본 발명에 일 실시예에 따른 카펫 경계 검출 방법은 로봇의 양쪽 바퀴에 인접하여 부착한 카펫감지부를 이용하여 카펫을 각각 감지하는 단계, 카펫을 감지한 각 카펫감지부의 시간 간격 동안 로봇의 주행거리를 구하여 단계, 주행거리와 카펫감지부의 간격을 이용하여 로봇의 진행방향에 대한 카펫 경계선의 방향을 계산하는 단계를 포함한다
청소용 로봇, 카펫, 카펫인식, 카펫감지, 단차, 단차인식

Description

카펫 감지 청소용 로봇 및 카펫 경계 검출 방법{Cleaning robot using carpet dector and search method of carpet boundary using the same}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇이 바닥면 위에 있는 간략도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇이 카펫 위에 있는 간략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 롤러를 장착한 카펫감지부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 광센서를 장착한 카펫감지부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 리미트 센서를 소정의 부위에 장착한 3개의 카펫감지부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 압력센서를 장착한 카펫감지부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 카펫 감지 청소용 로봇에서 주름부를 포함하는 카펫감지부의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 카펫 감지 청소용 로봇에서 관절부를 포함하는 카펫감지부의 단면도이다.
도 9는 로봇이 진행하는 방향에 대한 카펫의 경계 방향을 도식적으로 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇의 카펫의 경계 인식 방법에서 카펫 경계 방향을 구하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇의 카펫 경계 검출 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇이 카펫의 경계 검출 경로를 보여준다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100: 카펫감지부 110: 로봇 본체
120: 구동부 310: 접촉부
305: 감지부 350: 고정부
330: 지지대
본 발명은 카펫 감지 청소용 로봇 및 카펫의 경계 검출 방법으로, 더욱 상세하게는 바닥면에서 카펫의 유무를 감지할 수 있고, 이와 함께 카펫의 경계 영역을 감지하여 카펫 영역을 검출하는 청소용 로봇 및 카펫 경계 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 공장이나 산업체에서 자동화 공정에 대한 방안으로 개발되었다. 자동제어기술과 원격조종기술 등이 진보함에 따라 고온, 저온 등의 극한의 환경이나 우주나 해저 등의 위험한 환경에서 작업하거나 단조로운 작업을 반복하는 경우에 로봇이 주로 응용되었다.
최근에는 산업체에서 이용되는 산업용 로봇뿐만 아니라 일반 가정이나 사무실 등에서 가사일이나 사무 보조로서 로봇이 실용화되고 있다. 이에 해당하는 대표적인 예로서 청소용 로봇을 들 수 있다.
청소용 로봇에 대하여는 사용자기 청소기를 직접 끌고 다니거나 다른 조작을 하지 않아도 청소용 로봇 스스로 주행하면서 청소를 하는 자동 주행 청소기가 개발되었다. 이러한 청소용 로봇이 효과적인 성능을 발휘하기 위하여 청소용 로봇이 자신의 위치 파악 및 청소할 지역의 맵 작성 등이 문제가 되었다. 또한 청소용 로봇이 장애물에 부딪치거나 단차 부분에 떨어져 부셔지거나 고장을 일으키는 내구성의 문제도 발생하였다. 이와 함께 청소용 로봇이 청소할 구역 내를 균일하게 청소를 하고 청소할 구역에서 바닥의 재질이나 상태 등에 따라 적합한 청소 방법을 선택하여야 하는 문제도 발생하였다.
특히 청소용 로봇에서는 바닥면의 상태나 재질 등을 인식하지 못한 상태에서 청소 방법을 적용하는 경우에는 바닥면의 상태 등에 따라 청소의 질적이 면이 달라질 수 있다. 예를 들어, 바닥이 마루로 된 바닥이 주거지의 거실에서 대부분을 차 지하고, 거실 한가운데에 카펫이 위치하는 경우에 청소용 로봇이 마루로 된 바닥을 청소하기에 적합한 모드(Mode)에 있다고 하자. 이 경우에 마루바닥을 진행하면 청소를 할 때에는 적절한 흡입력으로 청소를 수행할 수 있지만, 청소용 로봇이 카펫 위를 진행하는 경우에는 일반적으로 카펫에 로봇의 구동바퀴가 빠지는 경향이 있다.
따라서 구동 바퀴가 카펫에 파묻히는 경우에는 바닥면과 흡입부 사이에 거리가 가까워짐으로 종래 바닥면 보다 더 큰 흡입력을 가할 수 있다. 또한 구동 바퀴가 카펫에 많이 묻히는 경우에는 흡입부에 카펫의 솔기가 빨려 들어가 오히려 흡입을 방해할 수 있다. 즉 청소기의 흡입력 등에 있어서 바닥의 상태와 재질 등은 중요한 항목(factor)가 되고, 따라서 청소용 로봇은 바닥면의 상태 또는 종류 등을 인식하는 것이 필요하다.
종래에 청소용 로봇이나 수동 청소기에서 바닥면이 재질을 알고자 하는 시도가 있었다. 일본특허 JP평4-197327에서는 바닥면의 높이 변화를 적외선 센서로 감지하여 바닥면에서 카펫의 유무를 판별하고자 하였다. 이와 함께 한국공개공보 특1992-0003941에서는 청소용 로봇의 하부면에 초음파 송신기와 초음파 수신기를 장착하여 일정시간 동안 초음파를 송신한 후 수신되는 시간으로부터 거리를 측정하고, 그 측정된 거리로부터 일반바닥, 카펫, 단차를 인식하였다. 또한 한국특허 Kr2004-023420에서는 다수의 적외선 센서를 이용하여 단차부분을 인식하고 그 단차부분의 경계선을 추종하며 청소를 하도록 하였다.
상기와 같이, 바닥면에서 카펫을 감지하거나 단차가 있는 부분을 인식하기 위해서 다수의 적외선 센서 또는 초음파 센서를 장착하여 청소용 로봇의 제작 비용을 상승시키는 문제가 있다. 또한 적외선 센서는 강한 빛에 노출되는 경우 센서의 동작에 오류를 범할 수 있고, 초음파 센서는 거리가 가까워지는 경우에는 제대로 작동하지 않는 문제가 있다.
따라서 카펫 등의 유무 또는 바닥면의 상태를 고가의 센서를 장착하지 아니하고도 간편하게 바닥면의 상태를 감지하여 청소용 로봇이 바닥면 종류에 따라 청소방법을 달리할 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 청소용 로봇에 카펫감지부를 장착하여 바닥면에서 카펫의 유무를 감지할 수 있고, 이와 함께 로봇이 주행을 하면서 카펫감지부를 이용하여 카펫의 경계를 검출하여 청소용 로봇이 카펫 영역내에서 효과적인 청소를 수행하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇은 청소용 로봇의 본체; 본체에 장착되어 로봇을 주행시키는 구동부; 및 상기 구동부에 의해 로봇이 주행시에 카펫을 감지하는 카펫감지부를 포함한다. 이와 함께, 상기 구동부에 의해 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉하는 접촉부; 및 상기 접촉에 의해 발생하는 접촉부의 움직임(motion)을 감지하는 감지부를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇은 청소용 로봇의 본체; 본체에 장착되어 로봇을 주행시키는 구동부; 및 상기 구동부에 의해 로봇이 주행시에 카펫을 감지하는 카펫감지부를 포함하고,
상기의 카펫감지부는 구동부에 의해 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉하는 접촉부 및 상기 접촉에 의해 발생하는 상기 접촉부의 압력을 감지하는 압력센서 또는 터치패드를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 일 실시예에 따른 카펫 경계 검출 방법은 (a) 로봇의 양쪽 바퀴에 인접하여 부착한 카펫감지부를 이용하여 카펫을 각각 감지하는 단계; (b) 상기 카펫을 감지한 각 카펫감지부의 시간 간격 동안 로봇의 주행거리를 구하여 단계; 및 (c) 상기 주행거리와 카펫감지부의 간격을 이용하여 로봇의 진행방향에 대한 카펫 경계선의 방향을 계산하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇이 바닥면 위에 있는 간략도이며, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇이 카펫 위에 있는 간략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 롤러를 장착한 카펫감지부의 단면도이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇은 청소용 로봇의 본체; 본체에 장착되어 로봇을 주행시키는 구동부; 및 상기 구동부에 의해 로봇이 주행시에 카펫을 감지하는 카펫감지부를 포함한다.
일반적으로, 청소용 로봇의 본체(110)는 청소용 로봇을 구동시키는 구동부(120)와 장애물을 감지하는 감시부 등을 탑재할 수 있는 공간을 제공한다. 이와 함께 먼지 등을 집진하여 제거하기 위한 집진기 등과, 집진행동을 제어하기 위한 집진 제어회로 등으로 구성되어 청소부를 포함할 수 있다. 따라서 로봇의 본체는 로봇이 수행하는 기능을 탑재하거나 구동부에 의해 로봇의 위치를 이동시키는 대상이 된다.
구동부(120)는 구동력을 발휘하기 위한 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 구동되는 무한궤도 또는 소정직경의 바퀴와, 구동을 제어하기 위한 구동 제어회로 등으로 구성될 수 있다. 로봇이 주행시에 바퀴를 사용시에는 구동부에 의해 구동되 는 좌우 양측의 바퀴들과 로봇의 앞부분 또는 앞뒷부분에 장착되는 수동바퀴(122)를 사용할 수 있다.
카펫감지부(100)는 상기 구동부에 의해 본체가 카펫 위로 주행시에 카펫에 접촉하는 접촉부(310), 접촉부와 연결되고 카펫감지부를 청소용 로봇의 하면 또는 옆면에 고정시키는 고정부(350), 접촉부 또는 고정부에 부착되어 카펫에 접촉하였음을 감지하는 감지부(305)를 포함할 수 있다. 카펫감지부(100)는 청소용 로봇이 주행을 하면서 카펫을 감지하는 역할을 한다. 도 2에서 도시하는 바와 같이 카펫감지부(100)는 구동되는 좌우 양측 바퀴에 인접하여 설치될 수 있고, 로봇의 본체(110)에 카펫감지부 하나만으로도 설치될 수 있다.
접촉부(310)는 카펫과의 접촉하는 역할을 한다. 접촉부(310)는 회전을 가능한 롤러(320) 및 롤러를 하부에 장착하고 고정부 내부에서 상하로 움직이는 지지대(330)를 포함할 수 있다. 도 3에서 도시하는 바와 같이, 접촉부(310)에 롤러(320)를 포함함으로써 로봇의 주행시에 롤러가 카펫에 접촉하여 회전을 하게 된다. 따라서 롤러(320)가 회전을 시작하는 부분이 카펫의 경계가 되고, 로봇이 카펫 위에서 주행하는 동안 접촉부(310)의 롤러(320)는 회전을 계속할 수 있다.
지지대(330)는 롤러(310)를 하부에 장착하고 고정부 내부에서 상하로 움직일 수 있다. 카펫에 접촉하는 롤러(320)는 카펫과의 접촉에 의해 반작용력이 발생하여 접촉부(310)를 상승시키는 힘이 될 수 있다. 즉 본체(110)의 무게에 의해 청소용 로봇의 바퀴는 카펫속으로 파묻히게 되지만, 접촉부(310)는 카펫의 윗방향으로 작용하는 반작용에 의해 고정부(350) 내부로 접촉부의 지지대(330)가 상하운동을 할 수 있다. 따라서 지지대(330)와 고정부(350) 사이에는 슬라이딩(Sliding)이 가능하도록 소정의 틈새와 틈새사이에 윤활유 또는 가이드(Guide) 부재 등의 상하운동을 원활히 하는 요소를 포함할 수도 있다.
감지부(305)는 접촉부에 의해 로봇이 카펫 위로 주행하고 있는 것을 감지하는 역할을 한다. 도 3에서 도시하는 바와 같이 카펫이 접촉부의 롤러(320)와 접촉시에 롤러(320)가 회전하게 된다. 따라서 감지부(305)는 롤러(320)의 회전을 감지하는 것으로 로봇이 주행하는 바닥이 카펫임을 감지할 수 있다.
롤러의 회전을 감지하는 감지부로서 회전감지기(305)를 포함할 수 있다. 회전감지기(305)로는 엔코더(Encoder) 또는 포텐셔미터(Potentiometer) 등을 사용할 수 있다. 회전감지기(305)로는 롤러의 회전을 감지하여 롤러가 회전하는 양을 구할 수 있다. 따라서 롤러(320)가 회전한 양을 구함으로써 롤러가 회전하는 동안 이동한 거리를 구할 수 있다.
고정부(350)는 접촉부(310)와 감지부(305)를 카펫감지부(100)에 장착되도록 하고, 카펫감지부(100)는 고정부(350)를 통하여 로봇의 몸체(110)에 부착된다. 카펫감지부(100)는 고정부(350)를 통하여 로봇 본체의 하부 또는 옆면에 장착될 수 있다. 카펫감지부(100)가 고정부(350)에 의해 로봇의 본체(110)에 장착된 경우에는 접촉부(310)의 롤러(320)는 카펫이 없는 바닥면에서 소정의 높이을 가질 수 있다. 즉 롤러(320)가 카펫이 없는 바닥면에 닿는 경우에는 롤러의 위치가 너무 낮은 것이 되고, 로봇이 카펫위에 있는 경우에 롤러(320)가 카펫에 닿지 않는 경우에는 롤러의 위치가 너무 높은 것이 될 수 있다. 따라서 롤러가 카펫 위에서 카펫에 닿아 회전할 수 있도록 바닥면으로부터 소정의 높이를 가지도록 고정부(350)가 카펫감지부(100)의 길이를 조정할 수 있다. 도 3에서 도시하는 바와 같이, 접촉부의 지지대(330)에 의해 고정부(350)와 연결되고, 접촉부의 롤러(320)가 회전하는 것을 감지하는 회전감지부(305)는 접촉부(310)의 옆에 장착하도록 할 수 있다. 또한 고정부(350)는 접촉부와 연결되어 접촉부 지지대(330)의 상하 이동을 가이드할 수 있다. 고정부(350)의 상면을 청소용 로봇의 하면 또는 옆면에 고정시켜 카펫감지부(100)를 로봇의 본체(110)에 장착한다.
도 3에서 도시하는 바와 같이 롤러 가이드 내부에 스프링(360) 또는 스펀지 등의 소정의 신축성이 있는 요소를 삽입하고, 이러한 요소를 이용하여 접촉부의 롤러(320)가 바닥면에서 적절한 높이를 유지하도록 할 수 있다. 다만, 접촉부(310)를 소정의 무게로 이루어지게 하고, 접촉부의 지지대(330)가 고정부(350)의 내부에서 슬라이딩 할 수 있도록 하여 접촉부(310)의 높이 상승이 있더라도 로봇이 카펫을 지난 후에는 중력에 의해 원상태로 회복할 수도 있다. 따라서 로봇이 카펫을 지난 후에는 중력에 의해 고정부(350) 내부에 스프링이나 스펀지 등의 신축성 있는 부재가 없더라도 접촉부의 무게로 인한 중력에 의해 원상태를 회복할 수도 있다.
또한 고정부(350)는 접촉부의 지지대(330)와 일체형으로 이루어져 고정부(350)로 간주될 수 있다. 청소용 로봇이 카펫 위로 주행하더라도 카펫감지부의 접촉부에는 소량의 힘을 받으므로 로봇의 주행에 저해되지 않을 수 있다. 따라서 접촉부(310)가 상승하지 아니하여도 롤러(320) 등의 접촉부에 의해 카펫을 인식할 수 있기에 고정부(350)에 지지대(330)가 일체로 포함될 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫감지부를 가지는 청소용 로봇의 작용을 설명하면 다음과 같다.
카펫을 감지하기 위해서는 도 1b에서 도시하는 바와 같이 카펫이 깔려 있는 부분에서 접촉부에 의해 카펫과 접촉을 한다. 즉 도 1a에서 도시하는 바와 같이 카펫이 깔려 있지 않은 바닥면에서는 카펫감지부(100)가 로봇의 주행 바퀴보다 높은 위치에 장착되어 아무런 힘도 받지 아니한다. 하지만 카펫이 깔려 있는 부분을 주행시에는 로봇의 바퀴가 카펫에 파묻히게 됨으로써 카펫감지부(100)의 접촉부(310)가 카펫과 접촉을 하게 된다.
롤러가 카펫과 접촉을 하면 로봇이 주행을 하면서 롤러가 회전하게 된다. 따라서 감지부(305)는 롤러(320)의 회전을 감지하여 로봇이 카펫 위로 주행하고 있음을 알 수 있다. 이와 함께, 롤러의 회전이 멈추는 경우에는 로봇이 주행하고 있는 바닥면에 카펫이 존재하지 아니함을 알 수 있다. 그리고 회전을 감지하는 회전감지부(305)에 해당하는 인코더나 포텐셔미터를 이용하여 롤러의 회전량을 구할 수 있으므로, 이를 이용하여 대략적인 카펫의 크기와 구역 등을 추정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 광센서를 장착한 카펫감지부의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 리미트 센서를 소정의 부위에 장착한 3개의 카펫감지부 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇에서 압력센서를 장착한 카펫감지부의 단면도이다.
카펫감지부(110)는 접촉부의 상하운동을 감지하여 카펫을 감지하는 역할을 하는 것으로써 접촉부, 감지부, 고정부를 포함한다.
접촉부는 도 4에서 도시하는 바와 같이 원 또는 다각형 판(320a)을 접촉부(310a)의 지지대(330a)에 부착하고, 접촉부의 판(320a)이 카펫에 접촉하는 경우에 카펫이 작용하는 힘에 의해 지지대(330a)가 고정부(350) 내부를 슬라이딩(sliding)하며 상승시킬 수 있다. 지지대(330a)에는 원 또는 다각형 판(320a)을 부착할 수 있을 뿐만 아니라 판을 아래로 볼록하게 하는 형상으로 지지대(330a)에 붙이거나 판을 부분부분 각지게 하면서 아래 부분을 뾰족하게 하여 카펫과의 접촉면을 줄일 수도 있다. 다만, 막대에 붙여진 판(320a)의 가장 아래에 있는 부분의 위치가 바닥면에서 소정의 높이를 가지도록 한다.
감지부(305a)는 접촉부(310a)가 카펫에 접촉하여 상승하는 경우에 접촉부의 상승을 감지하는 역할을 한다. 따라서 감지부는 막대기의 상부 끝부분의 움직임을 인식하기 위해 고정부의 내부에 광센서(305a) 등을 장착할 수 있다. 그리하여 감지부는 접촉부의 상승으로 인하여 광센서(305a)를 통한 빛의 통과 또는 차단을 감지하여 접촉부(310a)의 상승을 감지할 수 있다. 예컨데 접촉부의 상승을 감지하는 경우에는 로봇이 카펫 위를 주행함을 알 수 있고, 접촉부가 원상태로 회복되는 경우(즉 접촉부가 상승 후에 하강하는 경우)에는 로봇이 바닥면을 주행하고 있음을 감지할 수 있다.
이와 함께 접촉부의 상승을 감지하는 감지센서로서 도 5에서 도시하는 바와 같이 리미트 센서(Limit Sensor)를 사용할 수 있다. 리미트 센서는 일종의 기계식 스위치 방식으로 접촉부의 기계적 힘에 의해 스위치를 작동시키는 것이다. 즉 접촉 부의 판(320a)이 카펫을 접촉하여 접촉부(310b)가 상승하는 경우에 접촉부(310b)가 고정부(350) 내부를 따라 상승함으로써 고정부에 부착된 리미트 센서(305b)에 닿게 된다. 예컨데, 스위치가 누르듯이 접촉부의 판(320a)이 리미트 센서(305b)에 닿음으로써 감지부인 리미트 센서(305b)는 작동되고 따라서 리미트 센서는 로봇이 카펫면을 주행하고 있음을 알 수 있다. 리미트 센서의 위치는 도 5-1에서 도시하는 바와 같이 고정부의 하부에 장착되어 접촉부의 판(320a)이 상승하면서 리미트 센서(305b)를 작동시킬 수 있다. 또한 도 5-2에서 도시하는 대로 고정부의 상부에 위치하여 접촉부의 지지대(330a)가 상승하면서 리미트 센서(305b)를 작동시킬 수도 있다. 이와 함께 도 5-3에서 도시하는 바와 같이 고정부(350)의 홈상부에 장착되어 접촉부의 걸림턱(340)이 상승하면서 리미트 센서(305b)를 작동시킬 수도 있다. 이와 같이, 리미트 센서를 장착하는 위치 등은 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 변경될 수 있다.
이와 동일한 구조를 가지면서, 감지부의 센서를 달리 할 수 있다. 즉 접촉부의 상면에 도 5에서와 같이 리미트 센서 대신에 근접센서(Proximity Sensor)를 장착함으로써 접촉부가 카펫과의 접촉에 의해 고정부의 가이드를 통해 상승하는 경우에 근접센서가 접촉부의 상승을 인식하여 카펫을 감지할 수 있다. 또한 감지부의 리미트 센서 대신에 리드센서(Lead Sensor)를 장착할 수 있다. 접촉부의 지지대 상면에 금속이나 자석을 부착하여 접촉부의 상승으로 인하여 금속이나 자석의 움직임을 감지하는 것이 리드센서이다. 근접센서와 유사한 방식으로 접촉부가 카펫과의 접촉에 의하여 고정부를 통해 상승하는 경우에 접촉부의 지지대 상면에 금속이나 자석의 움직임을 감지하여 청소용 로봇이 카펫위로 주행하고 있음을 감지할 수 있다.
또한 카펫을 감지하는 감지부로서 접촉부에 터치패드 등의 압력을 감지하는 센서(305c)를 부착할 수 있다. 로봇이 바닥면을 주행하는 경우에는 카펫감지부(100)와는 접촉하는 부위가 없으므로 어떠한 압력을 감지할 수가 없다. 하지만 카펫 위로 주행을 하는 경우에는 카펫감지부의 접촉부(320c)에 카펫이 접촉을 하게 되고 따라서 접촉부(305c)에 소정의 힘이 가해 질 수 있다. 따라서 접촉부에 압력 센서(305c)를 장착하여 소정의 압력이 감지되는 경우에는 로봇이 카펫 위로 주행하고 있음을 감지할 수 있다.
도 6에서 도시하는 바와 같이 터치패드 또는 압력센서(305c)를 감지부의 판에 장착하는 경우에는 접촉부(320c)와 고정부(350)는 이미 도시한 도 5와 동일하다. 다만 감지부에 있어서 접촉부의 판에 터치패드 또는 압력센서(305c)를 장착하여 카펫을 감지할 수 있다. 또한 접촉부와 고정부를 일체형으로 부착하여 로봇의 주행시에 카펫의 접촉을 감지부로 감지할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 카펫 감지 청소용 로봇에서 주름부를 포함하는 카펫감지부의 단면도이다.
카펫감지부의 구성요소는 접촉부(310d), 고정상부(750), 주름부(760) 및 감지부(305d)를 포함할 수 있다. 고정상부(750)는 청소용 로봇의 하면에 부착되어 카펫감지부(100)를 청소용 로봇 하면 또는 측면에 고정시키는 역할을 한다. 주름부(760)는 고정상부(750)와 접촉부(310d)를 연결하는 역할을 하며, 고정상부(750) 가 로봇에 부착되어 카펫감지부(100)를 고정시키는 반면에 접촉부(310d)는 카펫과의 접촉에 의해 자유로이 움직일 수 있도록 주름부(760)에 연결된다. 예를 들면, 접촉부(310d)가 카펫에 접촉하는 경우에 주름부(760)의 측면 한 쪽에는 늘어나고, 반대편 측면에서는 줄어들어 도 7-2에서 도시하는 바와 같이 카펫감지부(100)의 형상이 구부러지게 되어 카펫을 감지할 수 있게 된다.
접촉부(310d)는 주름부(760)에 의해 고정상부(750)와 연결되어 있어, 카펫과의 접촉에 의해 소정의 범위내에서 자유로이 이동할 수 있다. 대부분의 경우에는 도 7-2에서 도시하는 바와 같이 로봇의 주행시에 카펫과 접촉하는 경우 카펫의 반작용에 의해 고정하부는 로봇의 진행방향의 반대방향으로 구부러져 있게 된다.
감지부(305d)는 서로 맞닿은 감지상부(702)와 감지하부(703)를 포함하며, 감지상부(702)와 감지하부(703)의 맞닿은 면의 착탈을 감지할 수 있는 감지수단(705)을 포함한다. 도 7-2에서 도시하는 바와 같이, 감지수단(705)으로는 리미트 센스, 착탈인식 스위치 등의 센서로서 감지상부와 감지하부가 접하고 있을때에는 끄진(Off)상태에서 감지상부와 감지하부가 떨어지는 순간 켜지는(On) 메커니즘을 가지도록 한다. 따라서 감지수단(705)이 감지상부(702)와 감지하부(703)의 부착이 떨어짐을 감지하여 로봇이 카펫위로 주행하고 있음을 감지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 카펫 감지 청소용 로봇에서 관절부를 포함하는 카펫감지부의 단면도이다.
도 8에서 도시하는 바와 같이 카펫감지부(100)는 고정상부(750), 접촉부(310d), 관절부(860) 및 감지부(305d)를 포함한다. 고정상부(750)와 접촉 부(310d)는 도 7에서 이미 도시한 바와 유사하여 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만 고정상부(750)와 접촉부(310d)가 관절부(860)에 의해 서로 연결되므로 고정상부(750)의 하부와 접촉부(310d)의 상부 형상이 관절부(860)에 의해 연결되도록 할 수 있다.
카펫감지부(100)는 원통형이나 다각형의 관으로 구성된 고정상부(750)와 접촉부(310d)를 연결하기 위해 관절부(860)를 포함한다. 관절부(860)는 고정상부와 접촉부를 결합시키면서 접촉부(310d)의 움직임을 전후로 자유롭게 움직이도록 한다. 따라서 괄절부(860)는 접촉부(310d)를 소정의 범위내에서 회전이 가능하도록 리벳, 볼트너트 등의 체결수단(860)을 구비할 수 있다.
감지부(305d)는 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫감지부의 접촉부(310d)가 카펫에 접촉하여 카펫을 감지하게 한다. 도 8-2에서 도시하는 바와 같이 로봇이 카펫 위를 주행하는 경우에는 접촉부(310d)가 청소용 로봇의 진행방향의 뒤쪽으로 향하게 되어 감지부(305d)의 감지상부(702)와 감지하부(703)가 떨어지게 되어 로봇이 카펫 위로 주행 중임을 인식하게 된다.
상기의 다양한 카펫감지부에 의해 청소용 로봇은 주행을 하면서 카펫을 감지할 수 있다. 카펫을 감지한 청소용 로봇은 카펫이 없는 바닥면을 청소하는때 보다 흡입력을 달리하거나 또는 청소용 로봇에 부착된 먼지떨이개를 작동시킬 수도 있다. 이와 같이 카펫감지기에 의해 카펫의 유무를 확인함으로써, 청소용 로봇의 청소 방법을 효과적으로 결정할 수 있다.
도 9는 로봇이 진행하는 방향에 대한 카펫의 경계 방향을 도식적으로 보여주 며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇의 카펫의 경계 인식 방법에서 카펫 경계 방향을 구하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
예컨데 도 3에서 도시하는 바와 같이, 주행하고 있는 청소용 로봇이 있고, 청소용 로봇의 구동바퀴(120)에 해당하는 좌우 바퀴의 옆에 카펫감지부(100)가 각각 달려 있다. 따라서 청소용 로봇이 주행을 하면서(S1000) 카펫을 만나는 경우 도 9에서는 오른쪽 바퀴 부분이 먼저 카펫 위로 주행을 하게 된다. 따라서 오른쪽 바퀴 옆에 장착된 카펫감지부(100)가 카펫을 감지할 수 있다(S1010). 청소용 로봇은 계속 직진을 하게 되고(S1020), 로봇이 거리 D만큼 주행을 한 후에 왼쪽 바퀴가 카펫 위로 올라가게 되고 따라서 왼쪽의 카펫감지부가 카펫을 감지할 수 있다(S1030). 따라서 오른쪽의 카펫감지부와 왼쪽의 카펫감지부(100) 사이의 거리를 W이라고 하면, 로봇의 진행하는 방향에 대한 카펫의 경계선 방향(
Figure 112006035150442-pat00001
)을 다음의 식으로 구할 수 있다(S1040).
[식 1]
Figure 112006035150442-pat00002
여기서 식 1에 의해 로봇의 진행하는 방향에 대한 카펫의 경계선 방향(
Figure 112006035150442-pat00003
)을 구할 수 있는데, W은 카펫감지부를 장착시에 이미 고정되어 있는 값이 되지만 각각의 카펫감지부의 감지하는 시간 차이 동안 로봇의 주행거리 D를 아는 방법은 다양하게 제시될 수 있다.
로봇의 주행거리 D를 아는 방법으로는 양측의 카펫감지부(100)의 카펫을 감 지하는 시간 차이동안 청소용 로봇의 주행거리를 구하는 것이다. 좌우 구동바퀴에 인코더 또는 포텐셔미터를 구비하여 주행거리를 구할 수 있다. 즉 상기 전술한 다양한 실시예에 기한 카펫감지부에서 카펫이 존재함을 감지할 수 있다. 예를 들면, 카펫감지부의 롤러가 회전을 하거나, 접촉부의 지지대 상승으로 인하여 광센서가 작동하거나, 접촉부의 판 또는 지지대 상승으로 리미트 센서를 작동시키거나, 접촉부의 판에 부착된 터치패드 또는 압력 센서에 의해 압력을 감지하는 방법으로 할 수 있다. 따라서 각각 좌우 바퀴가 서로 다른 시간에 카펫위로 구동을 함으로써 좌우 바퀴 옆에 부착된 카펫감지부(100)는 서로 다른 시간에 카펫의 존재 여부를 감지할 수 있게 된다. 다만, 카펫감지부(100)는 항상 좌우 바퀴 옆에 부착되는 것이 아니라 청소용 로봇의 진행방향을 기준으로 각각 좌우에 있는 임의의 점에 위치하면 일정한 식에 의해 로봇의 진행하는 방향에 대한 카펫의 경계선 방향을 구할 수 있다. 따라서 카펫감지부(100)는 좌우 구동바퀴 옆에 장착하는 것이 바람직하지만, 두 개 이상의 카펫감지부(100)를 로봇 하면에 적절한 위치에 장착하여 카펫의 경계선 방향을 구할 수 있다.
이와 함께, 도 3에서 도시한 롤러(320)에 의한 카펫감지부(100)에서는 롤러가 카펫에 닿아 회전함을 감지하고, 회전하는 양을 회전감지부(305)에 의해 구함으로써 로봇의 주행거리(D)를 구할 수 있다. 롤러(320)를 포함하는 카펫감지부(100)에서는 로봇의 구동부에 의한 주행거리를 감지하지 아니하여도 각각의 카펫감지부가 카펫을 감지하는 시간 차이동안 주행한 거리를 구할 수 있다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇의 카펫 경계 검 출 방법을 보여주는 흐름도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 카펫 감지 청소용 로봇이 카펫의 경계 검출 경로를 보여준다.
도 11에서 도시하는 바와 같이 로봇이 바닥면을 전진하고 있다(S1100). 로봇이 전진하는 중에 카펫을 만나는 경우 한쪽 바퀴즉의 카펫감지부에 의해 카펫을 감지할 수 있다. 로봇은 계속 진직을 하여 일정 거리 진행후에 다른쪽 바퀴측의 카펫감지부에 의해서도 카펫을 감지할 수 있다. 따라서 양 바퀴측의 카펫감지부에 의해 카펫을 감지한 경우에는 식 1에 의해 카펫의 경계선 방향을 구할 수 있다(S1110). 카펫의 경계선 방향이 구해지면 로봇을 카펫의 경계선 방향으로 추종하도록 제어할 수 있다(S1120).
모든 카펫이 사각형 모양이 아니므로 카펫의 경계선은 원이나 다각형 모양일 될 수 있다. 다만 카펫이 청소용 로봇보다 상대적으로 크기 때문에 국부적으로 청소용 로봇이 진행하는 방향에 대하여는 경계선 방향이 직선이라고 간주될 수 있다. 따라서 카펫의 경계선 방향을 인식된 경우에는 청소용 로봇이 경계선을 추종하도록 한쪽의 바퀴는 바닥면에 위치하고 다른쪽의 바퀴는 카펫 위에 위치하도록 하며, 양바퀴의 옆에는 카펫감지부가 각각 설치되어 있어 양 바퀴가 접하고 있는 지면의 종류를 파악할 수 있도록 한다.
카펫의 경계선을 추종하기 위해서 경계선 방향을 추종하면서 양 바퀴의 카펫감지부를 통하여 로봇의 진행 상태를 파악한다. 즉 카펫에 양 바퀴가 다 올라온 후에 식 1에 의해 카펫의 경계선 방향을 구한 뒤에는 경계선 방향으로 추종을 한다(S1110). 즉 현재 진행중인 방향에서 경계선이 있는 방향으로 회전을 하고 직진 을 하거나 직진을 하면서 회전을 할 수 있다. 또는 청소용 로봇이 경계선 방향 보다 조금 더 회전을 하여 카펫위에서 바닥면으로 나가려고 할 수도 있다. 따라서 일정거리를 직진을 하는 중에는 한쪽 바퀴는 바닥면에 위치하고 다른 쪽 바퀴는 카펫위에 위치하게 된다. 이 상태에서는 카펫의 경계선 방향으로 회전하여 직진을 하면 카펫 경계선을 추종할 수 있다.
또한 카펫 경계선을 추종하는 과정에서 카펫의 경계의 모서리 부분에 도착하여 양측의 바퀴가 모두 카펫을 벗어나는 경우에는(S1140), 로봇이 카펫을 이탈하기 직전에 카펫위로 주행하던 한쪽 바퀴방향으로 회전을 한다(S1150). 따라서 사각형의 카펫인 경우에는 로봇이 90도 이상으로 회전을 하여 전진하는 것이 바람직하며, 일반적인 다각형이나 원형의 카펫임을 고려할 때 소정의 각도만큼 회전을 하여 직진함이 바람직하다. 따라서 청소용 로봇이 회전을 하여 진직을 하는 경우에 다시 양 바퀴가 카펫 위로 올라가게 된다. 양 바퀴측에 위치한 카펫감지부에 의해 다시 카펫을 인식하고 카펫의 경계선 방향을 구할 수 있다. 따라서 로봇은 다시 카펫 경계선을 추종하는 방법을 따른다.
상기의 방법을 반복하면, 카펫의 모양이 다양하더라고 경계선을 추종할 수 있고 청소용 로봇의 상기와 같은 방법에 의해 카펫의 경계선으로 인식되는 폐루프(Closed Loop)를 얻을 수 있다(S1130). 폐루프가 형성되면, 청소용 로봇이 이동한 경로를 카펫의 경계선으로 결정할 수 있다.
따라서 추출된 카펫의 경계를 파악하여, 청소용 로봇은 카펫의 내부를 인식하여 청소를 수행할 수 있다. 청소용 로봇으로 하여금 카펫 영역을 인식하게 함으 로써 카펫의 구역내에서는 청소 방법을 통상의 바닥면과 다른 청소 방법을 적용하거나 동일한 청소 방법이라 하더라도 흡입력의 세기와 청소 진행 속도 등을 달리할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 카펫감지부를 장착한 청소용 로봇 및 로봇의 카펫 경계 인식 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상이 있다.
첫째, 카펫감지부를 장착하여 간편하게 카펫을 감지할 수 있다.
둘째, 카펫감지부를 이용하여 카펫을 인식하여 카펫에 대한 청소방법을 달리할 수 있다.
셋째, 카펫감지부를 이용하여 카펫의 경계를 파악하여 카펫 내부를 청소할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 청소용 로봇의 본체;
    본체에 장착되어 로봇을 주행시키는 구동부; 및
    상기 구동부에 의해 로봇이 주행시에 카펫을 감지하는 카펫감지부를 포함하는 청소용 로봇으로서,
    상기 카펫감지부는
    상기 구동부에 의해 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉하는 접촉부; 및
    상기 접촉에 의해 발생하는 접촉부의 움직임(motion)을 감지하는 감지부를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 접촉부는
    로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉하여 회전하는 회전부를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 회전부의 회전을 감지하는 회전감지기를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 접촉부는
    로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉하여 상승하는 판 또는 아래로 볼록한 판; 및
    상기 판 또는 아래로 볼록한 판을 하부에 장착하고 카펫감지부의 고정부 내부에서 상하로 움직이는 지지대를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 접촉부의 상승을 감지하는 광센서를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 접촉부의 상승에 의하여 작동하는 리미트 센서를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 접촉부의 상승에 의하여 작동하는 근접센서를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 접촉부의 상면에 자석 또는 금속이 부착되어 접촉부의 상승에 의하여 작동하는 리드센서를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 카펫감지부는
    상기 접촉부를 하방으로 밀 수 있는 탄성부재를 더 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 카펫감지부는
    상기 접촉부와 연결되고, 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉에 의해 상기 접촉부의 상승을 가이드(Guide) 하며 로봇의 본체의 하면 또는 옆면에 카펫감지부를 고정시키는 고정부를 더 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 카펫감지부는 상기 접촉부의 직선 이동을 회전 이동으로 변환시키는 주름부를 더 포함하며,
    상기 접촉부는 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫에 접촉하는 경우 상기 주름부를 중심으로 기울어지는 카펫 감지 청소용 로봇.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 카펫감지부는 상기 접촉부의 직선 이동을 회전 이동으로 변환시키는 관절부를 더 포함하며,
    상기 접촉부는 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫에 접촉하는 경우 상기 관절부를 중심으로 기울어지는 카펫 감지 청소용 로봇.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 감지부는
    로봇이 카펫 위로 주행시에 상기 접촉부의 움직임에 의해 감지상부와 감지하부가 탈착되는 것을 감지하는 감지수단을 포함하는 카펫을 감지하는 청소용 로봇.
  14. 청소용 로봇의 본체;
    본체에 장착되어 로봇을 주행시키는 구동부; 및
    상기 구동부에 의해 로봇이 주행시에 카펫을 감지하는 카펫감지부를 포함하는 청소용 로봇으로서,
    상기 카펫감지부는
    상기 구동부에 의해 로봇이 카펫 위로 주행시에 카펫과 접촉하는 접촉부; 및
    상기 접촉에 의해 발생하는 상기 접촉부의 압력을 감지하는 압력센서 또는 터치패드를 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 카펫감지부는
    상기 접촉부와 일체로 결합되며 상기 로봇의 본체의 하면 또는 옆면에 부착되는 고정부를 더 포함하는 카펫 감지 청소용 로봇.
  16. (a) 로봇의 양쪽 바퀴에 인접하여 부착한 카펫감지부를 이용하여 카펫을 각각 감지하는 단계;
    (b) 상기 카펫을 감지한 각 카펫감지부의 시간 간격 동안 로봇의 주행거리를 구하는 단계; 및
    (c) 상기 주행거리와 카펫감지부의 간격을 이용하여 로봇의 진행방향에 대한 카펫 경계선의 방향을 계산하는 단계를 포함하는 카펫 경계 검출 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    각각의 카펫감지부의 감지하는 시간 간격에 로봇의 주행 속도를 곱하여 로봇의 주행거리를 구하는 단계를 포함하는 카펫 경계 검출 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    각각의 카펫감지부의 감지하는 시간 간격 동안 카펫을 먼저 감지한 일방의 카펫감지부의 주행거리를 로봇의 주행거리로 구하는 단계를 포함하는 카펫 경계 검출 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    Figure 112007082467200-pat00019
    식을 이용하여 로봇의 진행방향에 대한 카펫 경계선의 방향(θ)이 계산되며, D는 로봇의 주행거리, W는 카펫감지부의 간격인 카펫 경계 검출 방법.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 추출된 경계선의 방향을 추종하여 카펫의 경계선을 추출하는 단계를 더 포함하는 카펫 경계 검출 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 로봇의 이동 경로가 폐루프를 형성하는 경우 카펫의 영역을 결정하는 단계를 더 포함하는 카펫 경계 검출 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 로봇이 카펫을 이탈한 경우에 이탈 전에 카펫을 감지한 바퀴쪽 방향으로 소정의 각도만큼 회전하는 단계를 더 포함하는 카펫 경계 검출 방법.
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