KR100851890B1 - 거리 검출 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 센서와 바닥 간의 거리가 변동되어도 이동 거리를 정확히 검출할 수 있는 거리 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법은, x축 방향으로 왕복 운동함에 따른 광 센서의 제1 거리 값과, y축 방향으로 이동함에 따른 상기 광 센서의 제2 거리 값을 검출하는 단계와; 상기 광 센서가 상기 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 설정된 거리 값과, 상기 제1 거리 값과, 상기 제2 거리 값을 근거로 상기 광 센서의 이동 거리를 검출하는 단계로 이루어진다.

Description

거리 검출 방법 및 그 장치{DISTANCE DETECTING METHOD AND APPARATUS THEREOF}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치가 적용된 로봇 청소기를 나타낸 구성도 이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구성을 나타낸 구성도 이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 구성도 이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치를 통해 위치 신호를 발생하는 방법을 나타낸 도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구동부의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법을 나타낸 흐름도 이다.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
111: 광학 검출부 112: 구동부
본 발명은 거리 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 광 마우스에 적용된 거리 검출 장치는, 광 센서를 이용하여 자기 위치(거리)를 검출하였다. 종래 기술에 따른 광 마우스에 적용된 거리 검출 장치는 광 마우스가 움직임에 따라 바닥의 이미지 패턴을 스캔하고, 그 스캔된 이미지 패턴과 이전에 스캔된 이미지 패턴을 비교함으로써 이동 거리를 검출하고, 그 검출된 신호를 출력하였다.
그러나, 종래 기술에 따른 거리 검출 장치는 광 센서와 바닥 간의 거리가 변동될 때 이동 거리를 정확히 검출할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광 센서와 바닥 간의 거리가 변동되어도 이동 거리를 정확히 검출할 수 있는 거리 검출 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법은, x축 방향으로 왕복 운동함에 따른 광 센서의 제1 거리 값과, y축 방향으로 이동함에 따른 상기 광 센서의 제2 거리 값을 검출하는 단계와; 상기 광 센서가 상기 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 설정된 거리 값과, 상기 제1 거리 값과, 상기 제2 거리 값을 근거로 상기 광 센서의 이동 거리를 검출하는 단계로 이루어진다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치는, x축 방향으로 왕복 운동함에 따른 제1 거리 값과, y축 방향으로 이동함에 따른 제2 거 리 값과, 상기 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 설정된 거리 값을 근거로 이동 거리를 검출하는 광학 모듈부와; 상기 광 모듈부를 상기 x축 방향으로 왕복 운동시키는 구동부로 구성된다.
이하에서는, 광 센서와 바닥 간의 거리가 변동되어도 이동 거리를 정확히 검출할 수 있는 거리 검출 방법 및 그 장치의 바람직한 실시예를 도1~도6을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법 및 그 장치를 로봇 청소기에 적용시켜 설명한다. 여기서, 상기 로봇 청소기에 일반적인 광 마우스에 적용된 광 센서 및 광학계를 갖는 광학 모듈부를 적용하면 로봇 청소기의 바퀴의 크기, 집 문턱, 장애물로 인해 바닥과 광 센서간의 거리가 변동함으로써 이동 거리를 정확히 검출할 수 없다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법 및 그 장치는 광 센서와 바닥간의 거리가 변동되어도 이동 거리를 정확히 검출할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치가 적용된 로봇 청소기를 나타낸 구성도 이다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 청소기(100)는, 이동 거리를 검출하는 광 모듈부를 가지며, 상기 광 모듈부를 물리적으로 구동시키는 거리 검출 장치를 더 구성한다. 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치는 바닥(200)과 바퀴(101)간의 거리가 변동되어도 위치를 정확히 검출기 위해 상기 광 모듈부를 물리적으로 좌우 방향으로 진동시킨다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구성을 나타낸 구성도 이 다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치는, x축 방향(예를 들면, 좌우 방향)으로 왕복 운동함에 따른 제1 거리 값과, y축 방향(예를 들면, 직진 방향)으로 이동함에 따른 제2 거리 값을 근거로 이동 거리를 검출하는 광 모듈부(111)와; 상기 광 모듈부(111)를 상기 x축 방향으로 왕복 운동시키는 구동부(112)로 구성된다. 여기서, 상기 광 센서와 광학계를 포함하는 광학 모듈부(111)의 기본적인 구조는 광 마우스에 적용된 광학 모듈부의 구조와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제1 거리 값은 (상기 광 센서의 x축 방향 이동 거리*배율*상기 광 센서의 x축 방향의 인치당 클럭 수)식에 의해 계산되며, 상기 제2 거리 값은 (
Figure 112007006988226-pat00001
*배율*상기 광 센서의 y축 방향 변위에 따른 인치당 클럭 수)식에 의해 계산되며, 여기서, 상기
Figure 112007006988226-pat00002
= 제2 거리 값/제1 거리 값* 상기 광 센서의 x축 방향 이동 거리에 의해 계산된다.
상기 구동부(112)로서 엑추에이터(actuator)가 사용될 수 있으며, 상기 구동부(112)는 광 모듈부(111) 자체를 미리 결정된 범위 내에서 좌우 왕복 운동시킨다. 또한, 상기 구동부(112)는 상기 광 모듈부(111)를 미리 결정된 범위 내에서 좌우 왕복 운동시키기 위해 본 발명을 통해 다양한 구조로 변경될 수도 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 구성도 이다.
도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치(110)는, x축 방향으로 왕복 운동함에 따른 제1 거리 값과, y축 방향으로 이동함에 따른 제2 거리 값을 근거로 이동 거리를 검출하는 광 센서(111A)와, 바닥 이미지를 상기 광 센서(111A)에 결상하기 위한 광학계(111B)로 구성된 광 모듈부(111)와; 상기 광 모듈부(111)를 물리적으로 구동시키는 엑추에이터(112)로 구성된다. 예를 들면, 상기 광 센서(111A)는 특정 파장의 광을 광학계(예를 들면, 렌즈)(111B)를 통해 바닥(200)에 조사하고, 그 바닥(200)으로부터 반사되는 광(바닥 이미지 패턴)을 검출한다. 즉, 상기 광 센서(111A)는 로봇 청소기(100)가 움직임에 따라 바닥(200)의 이미지 패턴을 스캐닝하고, 그 스캐닝된 이미지 패턴과 이전에 스캐닝된 이미지 패던을 비교함으로써 로봇 청소기(100)의 이동 거리를 검출한다.
본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치(110)는 상기 광 모듈부(111)를 물리적으로 좌우 왕복 운동(진동시킴)시킴으로써, 광 센서(111A)와 바닥(200)간의 거리가 문턱이나 장애물로 인해 변화됨으로 인해 발생되는 거리 오류 값을 보상함으로써 이동 거리를 정확히 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치(110)는, 광 센서(111A)와 바닥(200)간의 거리 변화에 따른 광 센서(111A)의 속도 감지량의 변화 문제를 해결하기 위해서 광 센서(111A)를 미리 결정된 거리만큼 좌우 왕복 운동시키는(진동시키는) 구동부(112)를 상기 광 모듈부(111)에 더 구성한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치(110)는 광 센서(111A)를 미리 결정된 거리만큼 좌우로 반복적으로 움직이게 하고, 상기 광 센서(111A)가 좌우로 반복적으로 움직임으로 인 해 검출된 제1 거리 값을 로봇 청소기(100)의 실제 이동에 의해 검출된 제2 거리 값으로 나누고, 그 나뉘어진 값을 이동 거리 신호로서 출력함으로써 로봇 청소기(100)의 위치를 정확히 검출할 수 있다. 즉, 광 센서(111A)와 바닥(200)간의 거리가 변화함에 따른 속도 변화 값들은 상기 광 센서(111A)가 좌우로 반복적으로 움직임으로 인해 검출된 제1 거리 값과 로봇 청소기(100)의 실제 이에 의해 검출된 제2 거리 값을 나누어 주는 과정에서 서로 상쇄되므로, 로봇 청소기(100)의 이동 거리 변화량을 정확하게 검출할 수 있는 것이다.
상기 광학계(111B)는 단일 렌즈 또는 여러 장의 렌즈들로 구성할 수 있다. 이때, 상기 광 센서(111A)와 바닥(200)간의 거리 변화에 상관없이 바닥 이미지를 명확히 검출하기 위해, 상기 광학계(111B)의 심도는 바닥(200)(작업 범위, working range)보다 크게 결정한다.
한편, 상기 구동부(112)로서 상기 엑츄에이터가 사용되면, 광학 모듈부(111)가 좌우로 왕복 운동하는 거리는, 입력되는 힘 및 상기 광학 모듈부(111)와 지지대 사이에 연결된 스프링(113)의 스프링 상수(k)에 따라 가변적이므로, 광 모듈부(111)의 이동 거리를 용이하게 알 수 있도록 포터 인터럽터(photo interrupter) 두 개를 일정 거리 간격을 두어 추가로 배치할 수도 있다. 여기서, 상기 포토 인터럽터는 포토커플러의 하나로 광로(光路)를 차단함으로써 물체의 검출, 위치의 검출, 계수(count) 등을 할 수 있는 장치이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 광 모듈부(111)는 좌우 왕복 운동하면서 위치 신호를 출력한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치를 통해 위치 신호를 발생하는 방법을 도4를 참조하여 상세히 설명한다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치를 통해 위치 신호를 발생하는 방법을 나타낸 도이다.
도4에 도시한 바와 같이, 상기 광학 모듈부(111)는 구동부(112)에 의해 좌우 방향으로 미리 결정된 범위 내에서 왕복 운동될 때 x축 방향 클럭수(제1 거리 값)와 y축 방향 클럭수(제2 거리 값)를 출력한다. 여기서, 상기 x축 방향 클럭수는, 광 센서(111A)가 x축 방향으로 이동될 때 감지되는 거리에 대한 출력 클럭수로서, 상기 x축 방향의 변위에 대응하는 디지털 값이다. 따라서, 상기 광학 모듈부(111)는 상기 x축 방향으로 일정 주기마다 그 값을 읽어 기준값으로서 설정한다.
예를 들면, 상기 광 센서(111A)의 CPI 값(광 센서 변위에 따른 인치당 클럭수, clocks per inch, cpi)이 1600 이라면, 상기 광 센서(111A)는 1인치 이동할 때 1600 카운트(count) 값(1600 클럭 수)를 출력한다. 만약, 상기 광학계(111B)의 배율이 1/2이라면 실제 로봇 청소기(100)가 2인치를 움직일 때에 광 센서(111A)는 1600 카운트 값을 출력하게 된다. 다시 말하면, 상기 광 센서(111A)에서 출력되는 카운트 값으로 로봇 청소기(100)의 절대 위치를 알기 위해서는 식1과 같이 광 센서(111A)의 출력 값에 배율로 나누어 주어야 한다.
로봇청소기의 이동 거리 = 클럭수/(CPI*배율(Magnification)) --------식1
따라서, 상기 로봇 청소기(100)가 y축 방향으로 이동함에 따라 언덕이나 문턱 또는 다양한 물건들에 의해 광 센서(111A)와 바닥(200)간의 거리가 달라지면 배 율이 달라지고, 그 배율이 달라짐에 따라 로봇 청소기(100)가 같은 거리를 움직일 때에도 이 같은 배율 변화에 의해 출력되는 카운트 값이 달라진다. 이때, 상기 광 센서(111A)는 2개의 서로 직교하는 축의 움직임에 대한 클럭수를 출력하며, 그 출력된 클럭수를 x축 방향 클럭수, y축 방향 클럭수라고 가정한다.
상기 광 센서(111A)와 바닥(200)간의 거리 변화에 따라 x축 방향 클럭수와 y축 방향 클럭수는 로봇 청소기(100)의 위치 변위에 대해 동일하게 변화한다. 따라서, 상기 로봇 청소기(100)가 y축 방향으로 진행 할 때 x축 방향으로 미리 결정된 거리(L)만큼 진동시키면(흔들어 준다면) 배율에 의해 왜곡된 변위 값을 쉽게 보정 할 수 있는 것이다.
즉, 상기 광 센서(111A)를 흔들어주어 상기 광 센서(111A)가 L의 거리만큼 이동되면 x축 방향 클럭수 = CPI*L(광 센서의 x축 방향 이동 거리)*배율(Magnification)로 출력될 것이다. 또한, 상기 광 센서(111A)를 흔들어주어 L의 거리만큼 이동한 경우, 로봇 청소기(100)가 y축 방향으로 이동함에 따른 이동 변화량에 의한 출력값은 y축 방향 클럭수 = CPI*
Figure 112007006988226-pat00003
(광 센서의 y축 방향 이동 거리)*배율(Magnification)이 될 것이다. 그러므로,
Figure 112007006988226-pat00004
값은 아래 식2과 같이 광학계의 배율(M)과 무관한 관계식이 되어 실제 이동거리(
Figure 112007006988226-pat00005
)를 용이하게 구할 수 있게 된다.
Figure 112007006988226-pat00006
= L*y축 방향 클럭수/x축 방향 클럭수 -----------------------식2
예를 들며, 광 센서(111A)를 10Hz로 흔들어주며, L=10cm, L의 거리만큼 이동했 을 경우 x축 방향 클럭수는 800, y축 방향 클럭수는 1600 이면
Figure 112007006988226-pat00007
= 20cm가 된다. 즉, 로봇 청소기는 0.05초 동안 20cm 이동한 결과가 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구동부(112)의 다른 실시예를 도5를 참조하여 설명한다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 구동부의 다른 실시예(제2 실시예)를 나타낸 구성도이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 제2 실시예에 따른 구동부(500)는 보이스 코일 모터(voice coil motor) 방식으로 구성된다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 제2 실시예에 따른 구동부(500)는, 광학 모듈부(111)의 전방 및 후방의 양단에 각각 연결된 스프링들(501)과; 상기 광학 모듈부(111)의 양측 면에 각각 설치된 자성체들(502)과; 상기 각 자성체와 마주보도록 미리 결정된 거리만큼 이격되어 설치되고, 구동 주파수의 교류 전류를 통해 상기 자성체(502)에 인력과 척력을 교대로 인가하여 상기 광학 모듈부(111)를 좌우 왕복 운동시키는 코일들(503)로 구성된다. 여기서, 상기 스프링들(501)의 일측은 상기 광학 모듈부(111)의 전방 및 후방의 양단에 각각 연결되고, 상기 스프링들(501)의 타측은 상기 로봇 청소기(100)의 특정 부분에 지지될 수 있다.
상기 구동 주파수는 식 3과 같이 표현될 수 있다.
f = 1/2π*
Figure 112007006988226-pat00008
Figure 112007006988226-pat00009
-----------식3
여기서, f는 구동 주파수, k는 스프링 상수, m은 구동부의 질량이다. 광학 모듈부(111)의 원활한 구동을 위하여 상기 값들(k, m)을 고려하여 적절한 구동 주파수를 선정하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치의 광학 모듈부(111)는 상기 제2 실시예에 따른 구동부(500)에 의해 화살표 방향으로 원활하게 왕복 운동을 하는 동시에 이동 거리 신호(제1 거리 값 및 상기 제2 거리 값을 나눔으로써 얻어진 값에 대응하는 신호)를 출력한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법을 도1~도6을 참조하여 상세히 설명한다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법을 나타낸 흐름도 이다.
먼저, 상기 구동부(112)는, 로봇 청소기(100)가 청소 동작을 수행하기 위해 이동할 때(S11), 상기 광학 모듈부(111)를 미리 결정된 거리(L) 내에서 좌우 왕복 운동시킨다(S12).
상기 광학 모듈부(111)의 상기 광 센서(111A)는 x축 방향(예를 들면, 좌우 방향)으로 왕복 운동함에 따른 제1 거리 값을 검출하고(S13), y축 방향(예를 들면, 직진 방향)으로 이동함에 따른 제2 거리 값을 검출한다(S14).
상기 광 센서(111A)는 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 나누고(S15), 그 나뉘어진 값을 이동 거리 신호로서 로봇 청소기(100)의 제어부(도시하지 않음)에 출력한다(S16).
한편, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법 및 그 장치는 로봇 청소기뿐 만 아니라 위치를 검출하는 다양한 장치에 적용될 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 방법 및 그 장치는, x축 방향(예를 들면, 좌우 방향)으로 왕복 운동함에 따른 제1 거리 값과, y축 방향(예를 들면, 직진 방향)으로 이동함에 따른 제2 거리 값을 근거로 이동 거리를 검출함으로써, 광 센서와 바닥 간의 거리가 변동되어도 이동 거리를 정확히 검출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. x축 방향으로 왕복 운동함에 따른 광 센서의 제1 거리 값과, y축 방향으로 이동함에 따른 상기 광 센서의 제2 거리 값을 검출하는 단계와;
    상기 광 센서가 상기 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 설정된 거리 값과, 상기 제1 거리 값과, 상기 제2 거리 값을 근거로 상기 광 센서의 이동 거리를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 센서의 이동 거리(
    Figure 112007006988226-pat00012
    )는,
    (
    Figure 112007006988226-pat00013
    = L*y축 방향 클럭수/x축 방향 클럭수)식에 의해 계산되며, 여기서, 상기 L은 상기 광 센서가 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 결정된 거리이며, 상기 y축 방향 클럭수는 상기 광 센서가 상기 y축 방향으로 이동함에 따라 검출된 인치당 클럭 수이며, 상기 x축 방향 클럭 수는 상기 광 센서가 상기 x축 방향으로 왕복 운동함에 따라 검출된 인치당 클럭 수인 것을 특징으로 하는 거리 검출 방법.
  5. x축 방향으로 왕복 운동함에 따른 제1 거리 값과, y축 방향으로 이동함에 따른 제2 거리 값과, 상기 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 설정된 거리 값을 근거로 이동 거리를 검출하는 광학 모듈부와;
    상기 광 모듈부를 상기 x축 방향으로 왕복 운동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 모듈부는,
    상기 이동 거리를 검출하는 광 센서와;
    바닥 이미지를 상기 광 센서에 결상하기 위한 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 광 모듈부를 좌우 왕복 운동시키는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는,
    액추에이터(actuator)인 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제5항에 있어서,
    상기 광 센서의 이동 거리(
    Figure 112007006988226-pat00016
    )는,
    (
    Figure 112007006988226-pat00017
    = L*y축 방향 클럭수/x축 방향 클럭수)식에 의해 계산되며, 여기서, 상기 L은 상기 광 센서가 x축 방향으로 왕복 운동하는 미리 결정된 거리이며, 상기 y축 방향 클럭수는 상기 광 센서가 상기 y축 방향으로 이동함에 따라 검출된 인치당 클럭 수이며, 상기 x축 방향 클럭 수는 상기 광 센서가 상기 x축 방향으로 왕복 운동함에 따라 검출된 인치당 클럭 수인 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 광학 모듈부의 전방 및 후방의 양단에 각각 연결된 스프링들과;
    상기 광학 모듈부의 양측 면에 각각 설치된 자성체들과;
    상기 각 자성체와 마주보도록 미리 결정된 거리만큼 이격되어 설치되고, 구동 주파수의 교류 전류를 통해 상기 자성체에 인력과 척력을 교대로 인가하여 상기 광학 모듈부를 좌우 왕복 운동시키는 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
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