KR100962123B1

KR100962123B1 - 로봇청소기와 로봇충전기 및 로봇충전유도방법

Info

Publication number: KR100962123B1
Application number: KR1020080013968A
Authority: KR
Inventors: 신정영
Original assignee: 신정영; (주)경민메카트로닉스
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2010-06-10
Also published as: KR20090088587A

Abstract

본 발명은 센서를 사용하여 움직이는 로봇 청소기가 주변의 장애물을 인식하도록,

로봇(30)에 설치되어 로봇(30)이 장애물의 크기에 대한 정보 및 거리를 측정 하는 센서(40)와,

상기 센서(40)를 지지하며 결합수단(44)을 가지는 센서하우징(43),

로봇(30)을 제어하는 로봇 제어부(48),

상기 결합수단(44)에 회전축이 고정되어 로봇제어부(48)의 지령에 따라 센서(40)를 회전시키는 스테핑모터(45)를 포함하고,

로봇제어부(48)는 스테핑모터의 각도에 대응하는 상기 센서의 신호를 기초로 장애물의 위치와 방향을 인식하는 로봇청소기이며,

로봇청소기의 위치를 하나의 회전형 센서로 안내하며 충전토록 하는 충전기이고,

로봇청소기와 충전기의 제어방법이다.

로봇청소기,충전기,충전유도방법

Description

로봇청소기와 로봇충전기 및 로봇충전유도방법{A robot cleaner and a robot charger and charging method therof}

본 발명은 센서를 사용하여 로봇청소기가 주변의 장애물을 인식하도록 로봇에 설치되어 로봇이 장애물의 크기에 대한 정보 및 거리를 측정하는 센서와, 상기 센서를 지지하며 결합수단을 가지는 센서하우징, 로봇을 제어하는 로봇 제어부, 상기 결합수단에 회전축이 고정되어 로봇제어부의 지령에 따라 센서를 회전시키는 스테핑모터를 포함하고, 로봇제어부는 스테핑모터의 각도에 대응하는 상기 센서의 신호를 기초로 장애물의 위치와 방향을 인식하는 로봇청소기이며, 로봇의 위치를 하나의 회전형 센서 안내하며 충전토록 하는 충전기이고, 이러한 로봇청소기와 충전기의 제어방법에 관한 것이다.

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일반적으로 로봇은 생활의 일부로 자리 잡으며, 청소기, 집지킴이, 놀이기구 등으로 다양하게 이용된다. 이러한 로봇청소기는 전원을 충전하는 별도의 충전기를 구비한다. 이러한 예로는 도 1 과 같이 자체 이동 바퀴를 가지는 로봇(10)과, 로봇에 전원을 공급토록 충전하는 충전기(20)로 이루어진다. 청수수단의 도시는 생략한다.

로봇(10)에는 충전기로부터의 위치를 인식하는 수 개의 센서(10-1,10-2,...10-n)와, 전원을 충전하는 플럭(12)으로 이루어진다.

충전기(20)에는 전원을 공급하는 콘센트(23)와, 센싱 각도를 넓히는 수개의 송신센서(21-1,...,21-n)를 포함하도록 구성한다.

이러한 구조는 충전기(20)의 송신센서(21-1~21-n)의 송신출력을 로봇(10)의 센서(10-1~10-n) 중의 하나가 인식하며, 어느 정도 근접하는지는 송신센서(21-1~21-n)의 송신출력을 달리하면, 로봇은 센서(10-1~10-n) 중에 인식하는 하나의 센서에서 상기 출력 레벨을 가지고 근접 정도를 인식하게 된다.그러나 이러한 종래의 방식은 센서(21-1~21-n)가 고가이어서 예를 들어 센서(21-1~21-n) 중에서 선택한 4미터 인식용센서(21-1)(S1으로 도면에 함께 표시하며, 4미터에 상응하는 출력 레벨을 도 2 와 같이 출력하면 이를 로봇(10)의 센서(10-1~10-n) 중의 하나가 인식토록 한다)와, 3미터 인식용 센서(21-2)(도면에 S2로 함께 표시함)를 구분하는 방식으로 도 2 와 같이 지정한다면, 각 센서(S1,S2, S3, S4) 사이의 중간 거리는 인식하지 못하는 위치(P1)(P2)(P3)가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 로봇청소기의 센서를 회전형으로 두어 하나의 센서로 위치인식을 가능토록 하는 로봇청소기를 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 로봇청소기의 기울어짐 및 기운 위치를 인식 가능토록 하는 센서를 하나의 센서로 구현 가능토록 하는 로봇청소기를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충전기에 로봇 인식용 센서를 회전형으로 두어 하나의 센서로 로봇청소기의 위치를 인식할 수 있도록 하는 충전기를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충전기에서 로봇청소기를 충전기의 중앙으로 오도록 한 다음 센싱 신호 레벨을 점차 줄여 오동작 없이 로봇청소기를 유도할 수 있도록 안내하는 로봇충전유도방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 로봇청소기에서 바테리 전원이 있는지 확인한 후, 충전기로부터의 센싱신호를 기초로 로봇이 충전기의 중앙선 위치로 이동한 후 충전기로 도킹하여 충전함으로써 자동 충전이 가능토록 하는 로봇충전유도방법을 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본원 발명은 로봇충전유도방법에 있어서, 충전기 제어부에서 충전기의 센서부 자전용 스테핑모터를 초기화하는 단계; 스테핑모터를 설정 각도로 왕복하면서 해당 각도마다 위치 정보를 센서부를 통하여 로봇에 보내는 단계; 로봇의 응답신호를 센서부를 통하여 인식한 다음 로봇이 충전기의 정중앙선 위치에서 응답이 있는지 확인하고 응답이 있으면 센서부 회전 구동을 멈추도록 하는 단계; 로봇이 충전기를 향하여 중앙 라인을 따라 근접할 때마다 센서부 송신 출력을 점차 감소시키는 단계; 로봇이 충전기와 도킹을 제어부에서 인식하면 센서부 작동을 멈추고 충전을 완료시까지 지속토록 하는 단계를 순차 수행하는 로봇충전유도방법을 제공한다.

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본 발명은 로봇청소기의 센서를 회전형으로 두어 하나의 센서로 위치인식을 가능토록 하여 센서를 줄인 만큼의 원가절감을 가능토록 하는 로봇청소기를 제공한 다.

본 발명은 로봇의 기울어짐 및 기운 위치를 인식 가능토록 하는 센서를 별도로 설치하는 것이 아니고 로봇 제어판에서 구현토록 하여 원가 절감에 기여하는 로봇청소기를 제공한다.

본 발명은 충전기에 로봇 인식용 센서를 회전형으로 두어 하나의 센서로써 로봇청소기의 위치를 인식할 수 있도록 하는 충전기를 제공한다.

본 발명은 로봇을 충전기의 중앙으로 오도록 한 다음 충전기에서 보내는 로봇 유도 신호 레벨을 점차 줄여 하나의 센서로도 오동작 없이 로봇을 유도할 수 있도록 안내하는 로봇충전유도방법을 제공하여 경제적이다.

도 3 은 본 발명의 로봇청소기와 충전기의 구성을 보인 사시도, 도 4 는 본 발명의 로봇청소기의 요부 정면도, 도 5 는 본 발명의 충전기의 로봇청소기 인식 원리 설명도, 도 6 은 본 발명의 충전기와 로봇청소기의 위치에 따른 데이타 구성예시도, 도 7 은 본 발명의 충전기 제어 구성도, 도 8 은 본 발명의 충전기 제어 플로우차트, 도 9 는 본 발명의 로봇청소기 제어 구성도, 도 10 은 로봇청소기의 제어 플로우차트, 도 11 은 본 발명의 로봇청소기에 채용하는 위치인식센서 평면도, 도 12 는 도 11 의 단면도, 도 13은 도 11 의 센싱 원리를 나타낸 구성도로,

본 발명의 로봇청소기는 도 2 내지 도 4 와 같이 센서를 사용하여 움직이는 로봇청소기가 주변의 장애물을 인식하도록. 로봇(30) 내에 설치되어 로봇(30)이 장 애물의 크기에 대한 정보 및 거리를 측정 가능토록 기능 하는 송수신부(41,42)를 가지는 센서(40)와,

로봇(30)을 제어하는 로봇 제어부(48), 및

로봇제어부(48)는 스테핑모터(45)의 각도에 대응하는 상기 센서(40)의 신호를 기초로 장애물의 위치와 방향을 인식하도록 구성한다. 본 발명에서 사용하는 스테핑 모터는 위상각 제어를 가능토록 하는 서보 모터 등 다른 수단으로 구현 가능하고 이러한 위상각 제어에 관한 내용은 성안당 간행 "소형모터제어"(김상진 저자)에 상세히 기술되어 있다.

상기 센서(40)의 외면에는 도 4 와 같이 캡 형상의 노이즈 제거용 여과 필터(47)를 설치하고, 스테핑모터(45)의 회전축(45-5)에는 스테핑모터(45)의 초기화를 위한 회전축 정지 지지대(45-1)를 설치한다.

상기 로봇 제어부(48)의 제어판(48-1)에는 도 11 내지 도 13 과 같이 수평감지센서(48-11)를 설치하고,

수평감지센서(48-H)는 제어판(48-1) 의 일정 위치에 형성되고 내경부 내면에 방사상의 일정 거리 마다 각 전도띠(48-3)가 수직으로 돌출된 관통홀(48-2), 및

관통홀(48-2)의 저면 부위의 제어판(48-1)에 판상으로 설치되고 중앙은 전도볼(48-4)을 수평상태에서 중앙에 오도록 하는 만곡홈(48-6)을 가지는 전도 받침 판(48-5)을 포함하는 구성을 이룬다.

상기 각 전도띠(48-3)는 전도받침판(48-5)과 전도볼(48-4)로 접촉시 공급전원(V+)을 공급받아 각 저항(R1~R7~R0)의 저항치와 공통저항(Rs)에 의한 분배전압으로 전위차가 각각 다르도록 구성하여 이를 로봇 제어부(48)가 수평감지센서(48-H)의 출력 노드(N1~N7~N0)를 통하여 출력하면 해당하는 출력은 아날로그 디지탈 변환기(48-13)를 통하여 입력하고, 이는 도 9 와 같이 시피유부(48-20), 콘트롤러(48-30) 및 출력부(48-40)를 통하여 인식 및 제어한다. 예를 들어 도 13 에서 전도볼(48-4)이 전도띠(48-3)의 해당하는 지점과 도통하고(그 위치로 기울어진다면), 그 위치가 저항(R1) 위치라면, 해당 노드(N1)는 전압

로 되어 저항에 의한 분배전압이 출력 전압으로 노드(N1)를 통하여 로봇 제어부(48)로 인가되어 기울임 상태를 인식토록 한다. 그리고 스테핑모터(45)의 회전 각도에 대응하는 위치 마다의 센서(40)를 통한 송신부(41)의 신호가 전방에 장애물이 있어 반사가 된다면, 그 반사 출력을 수신부(42)에서 인식하고 이 인식치를 기초로 장애물이 있다는 것을 인식하고 상기 스테핑모터(45)의 위상각(위상각은 통상의 인코더를 사용하여 쉽게 알 수 있고, 이러한 인식 기술은 통상의 기술이기에 설명을 생략한다)을 기초로 어느 전방 각도에 장애물이 있는지를 판단한다. 따라서 하나의 센서(40)를 사용하여 전방의 장애물을 쉽게 인식할 수 있다(물론 장애물의 폭 등으로 ㅈd애물의 크기를 인식할 수 있다. 이는 센서(40)의 송신부((41)에서 송신된 신호가 장애물의 폭 및 노피에 다라 수신되는 수신부(42)의 신호 폭 및 상태가 다르기 에 이를 기초로 장애물의 폭 및 높이를 파악할 수 있는 것이다).

아울러 이러한 센서(40)는 충전기(50)와의 센서를 통한 교신으로 정확한 위치와 충전시간 및 위치를 판단할 수 있어 편리하고 센서의 가격을 줄인 만큼 원가 경쟁력을 가진다.

본 발명의 로봇 충전기는 도3,5,6,7,8 과 같이, 위치정보(스테핑모터(65)의 회전 각도로 어느 각도 위치에 로봇(30)이 있는지를 예를 들어 도 5 와 같이 각도치(R-45)로 센서부(60)를 통해 충전기 제어부(68)에서 인식토록 하고(바람직한 예로는 스테핑모터(65)에 설치한 인코더를 통한 위상각을 아날로그 디지탈 변환기(68-12)를 통하여 디지탈 치로 변환하여 시피유부(68-20) 및 콘트롤러(68-3)에서 인식토록 한다) 및 거리 정보를 포함하는 출력을 인가하는 송신부(61)와, 로봇의 발신신호와 상기 송신부(61) 신호를 인식하는 수신부(62)로 된 센서부(60)와;

센서부(60)를 지지하며 결합수단(64)을 가지는 센서 하우징(63)과,

상기 결합수단(64)에 회전축(66)이 고정되도록 충전기(50) 내에 설치되는 스테핑모터(65)와,

상기 센서부(60)의 인식과 스테핑모터(65)의 구동을 제어하는 충전기 제어부(68)를 포함하도록 구성한다. 상기 스테핑 모터(65) 역시 위상각 제어 가능한 서보 모터 등으로 구현 가능하고, 이러한 기술 역시 선안당 간행 "소형모터제어"에 제어 기술이 언급되어 있다. 상기 센서부(60)의 바람직한 데이타 콤맨드는 도 6 과 같이 로봇(30)의 (40)로부터의 송신 신호를 받아 센서부(600의 수신부(62)에서 인식하고, 이러한 인식 데이타의 예로는 R1(R은 오른방향, 1은 각도로 예를들어 10도 위치에 있는 것으로 인식하는 것)을 예시할 수 있다.

충전기의 제어방법은 도 5,6,7,8 과 같이, 충전기 제어부(68)에서 충전기(50)의 센서부(60) 자전용 스테핑모터(65)를 초기화하는 단계(T1)(스테핑모터(65)를 초기화하는 것은 인코더의 위상각을 통하여 인식 가능하고, 도 4 에 보인 정지지지대 등의 구성을 충전기에 적용하면 정 위치를 이루게 할 수 있다);

스테핑모터(65)를 설정 각도(좌우 약 180도 정도)로 왕복하면서 해당 각도마다 위치 정보를 상기 센서부(60)를 통하여 도 5 와 같이 로봇(30)에 보내는 단계(T2);

로봇(30)의 응답신호(로봇930)의 센서(40)를 이루는 송신부(41)에서 출력하는 송신신호를 말함)를 상기 센서부(60)의 수신부(62)를 통하여 인식한 다음, 로봇(30)이 충전기(50)의 정 중앙선 위치에 와서 응답이 있는지 확인하고(이동(M1)완료 여부 확인), 응답이 있으면(중앙으로의 이동(M1)을 완료) 센서부(60) 회전 구동을 멈추도록 하는 단계(T3)(스테핑모터(65)의 회전을 멈춤)를 수행한다.

이어 로봇(30)이 자체 회전 방향을 90도로 바꾼 다음(이러한 자체 회전 기술 자체는 일반적인 기술이므로 설명을 생략한다), 충전기(50)를 향하여 중앙 라인을 따라 근접할 때(이동(M2))마다 센서부(60) 송신 출력을 도 2b 와 같이 점차 감소시키는 단계(T4)(이는 센서부(60) 하나를 사용할 수 있도록 하는 해결방법이다. 즉, 종래에는 거리가 달라질 때마다 인식하는 센서를 각각 두어 센서의 개수가 많이 필요하였지만 본원발명은 이와 같이 자체 회전 기술과 함께 충전기의 송신 출력을 도 2b 와 같이 달리하는 방법을 사용함으로써 하나의 센서로 여러 센서를 사용 하는 이치와 동일한 효과를 제공토록 한다)를 수행한다.

이어 로봇(30)이 충전기(50)와 도킹을 충전기 제어부(68)에서 인식하면(인식 기술은 다양하게 구현 가능하나 예를 든다면 로봇 충전 플럭(12)이 콘센트(51)와 접속하였다면, 콘센트를 통한 로봇 충전단자의 전압을 인식하여 충전 여부를 판단하거나, 충전 콘센트에 접속하여 결합하면 동시에 결합을 인식하는 별도의 스위치를 통하여 인식토록 할 수도 있다), 충전기(50)는 센서부(68) 작동을 멈추고 충전을 완료시까지 지속토록 하는 단계(T5)를 순차 수행한다.

상기 충전기(50)의 센서부(60)를 구동하는 자전용 스테핑모터(65)는 충전기 제어부(68) 지령에 따라 중앙 수직선을 중심으로 좌우 최대 180도의 범위를 왕복하여 반복 구동하여 전방을 스캐닝하는 자전과정을 수행한다. 물론 이 경우도 로봇(30)의 스테핑모터(45)가 초기 구동 시작점을 찾는 정지 지지대(45-1)의 구성을 구비하여야 하며, 이는 충전기(50)에도 같은 구성을 이루기에 이의 구성 설명은 생략한다.

로봇(30)에 설치한 로봇 제어부(48)는 도 9 및 도 10 과 같이, 로봇 제어부(48)에서 로봇 구동시 사용할 바테리 전원이 없는지를 자체 확인하는 단계(S1);

바테리 전원이 없을 때 충전기(50)의 센서부(60)의 위치정보신호를 수신하였는지 센서(40)를 통하여 로봇제어부(48)에서 확인하는 단계(S2);

충전기의 위치 좌표 신호를 로봇제어부에서 분석하여 충전기의 중앙선 위치까지 중앙선에 직각으로 이동하는 단계(S3);

중앙선 위치를 확인한 후 충전기 센서부의 송신신호 방향으로 로봇의 수신신 호를 받으면서 충전 위치까지 이동 후 충전하도록 로봇제어부에서 제어하는 단계(S4)를 순차 수행한다.

도 7 은 본 발명의 충전기(50) 에 내장되는 충전기 제어부(68)의 블럭 구성 예시도로, 입력부(68-10). 시피유부(68-20), 콘트롤러(68-30), 및 출력부(68-40)로 이루어진다.

상기 입력부(68-10)의 예로는 로봇(30)의 송신부(41) 신호를 받는 수신부(62) 신호 값과, 로봇(30)의 충전용 플럭을 통한 전압을 인가받아 디지탈 변환하여 시피유부(68-20)로 보내는 아날로그 디지탈 변환기(68-11)를 들 수 있다.

상기 시피유부(68-20)에 의한 신호 지령을 받아 구동하는 콘트롤러(68-30)는 스테핑모터(65) 콘트롤러(68-31)와, 충전량을 제어하는 충전콘트롤러(68-32)와, 송신부(61)의 세기를 제어하는 송신신호 콘트롤러(68-33)와, 송신신호에 데이타를 부여하는 펄스콘트롤러(68-34)로 이루어진다.

상기 출력부(68-40)는 스테핑모터 구동부(68-41)와,

충전 전원 구동부(68-42)와,

적외선 출력레벨 구동부(68-43)를 포함하도록 구성한다.

도 9 는 본 발명의 로봇(30)의 로봇제어부(48) 블럭 구성도로, 입력부(48-10), 시피유부(48-20), 콘트롤러(48-30),및 출력부(48-40)를 포함한다.

상기 입력부(48-10)는 수신부(42)의 신호를 받아 디지탈 변환하여 시피유부(48-20)로 보내는 아날로그 디지탈 변환기(48-11)와, 수신부(42)가 수신치를 인식하는 상태일 때의 스테핑모터(45)의 각도를 정지판(45-2) 등에 설치하는 인코더 를 통한 출력을 위상 값 데이타로 입력하는 인코더(48-12)를 포함한다.

상기 콘트롤러(48-30)는 스테핑모터(45)의 회전량 및 방향을 제어하는 스테핑모터 콘트롤러(48-31)와, 로봇(30)의 회전 및 이동 방향을 제어하는 구동모터 콘트롤러(48-32)를 포함한다.

상기 출력부(48-40)는 스테핑모터 콘트롤러(48-31)의 출력 양에 따라 출력하는 스테핑모터 접속터미날(48-41)과, 로봇 구동용 모터 접속터미날(48-42)을 포함한다.

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도 1 은 종래의 로봇과 충전기의 작동을 보인 사시도,

도 2a 는 종래의 충전기의 로봇 인식 출력 파형 예시도,

도 2b 는 본 발명의 충전기의 로봇 인식 출력 파형 예시도,

도 3 은 본 발명의 로봇과 충전기의 구성을 보인 사시도,

도 4 는 본 발명의 로봇의 요부 정면도,

도 5 는 본 발명의 충전기의 로봇 인식 원리 설명도,

도 6 은 본 발명의 충전기와 로봇의 위치에 따른 데이타 구성예시도,

도 7 은 본 발명의 충전기 제어 구성도,

도 8 은 본 발명의 충전기 제어 플로우차트,

도 9 는 본 발명의 로봇 제어 구성도,

도 10 은 로봇의 제어 플로우차트,

도 11 은 본 발명의 로봇에 채용하는 위치인식센서 평면도,

도 12 는 도 11 의 단면도,

도 13은 도 11 의 센싱 원리를 나타낸 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10;로봇 10-1~10-n;센서 12;플럭 20;충전기 21-1~21-n;송신센서 23;콘센트 30;로봇 40;센서 41;송신부 42;수신부 43;센서하우징 44;결합수단 45;스테핑모터 46;회전축 47;여과 필터 48;로봇제어부 48-1;제어판 48-2;관통홀 48-3;전도띠 48-4;전도볼 48-5;전도받침판 48-6;만곡홈 50;충전기

Claims

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충전기 제어부(68)에서 충전기(50)의 센서부(60) 자전용 스테핑모터(65)를 초기화 하는 단계(T1);

스테핑모터(65)를 설정 각도로 왕복하면서 해당 각도마다 위치 정보를 상기 센서부를 통하여 로봇에 보내는 단계(T2);

로봇의 응답신호를 상기 센서부를 통하여 인식한 다음 로봇이 충전기의 정 중앙선 위치에서 응답이 있는지 확인하고 응답이 있으면 센서부 회전 구동을 멈추도록 하는 단계(T3);

로봇이 충전기를 향하여 중앙 라인을 따라 근접할 때마다 센서부 송신 출력을 점차 감소시키는 단계(T4);

로봇이 충전기와 도킹을 제어부에서 인식하면 센서부 작동을 멈추고 충전을 완료시까지 지속토록 하는 단계(T5)를 순차 수행함을 특징으로 하는 로봇충전유도방법.
제 5 항에 있어서, 상기 충전기(50)의 센서부(60)를 구동하는 자전용 스테핑모터(65)는 충전기 제어부(68) 지령에 따라 중앙 수직선을 중심으로 좌우 최대 180도의 범위를 왕복하여 반복 구동하여 전방을 스캐닝하는 자전과정을 수행함을 특징으로 하는 로봇충전유도방법.
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