KR100963700B1 - 이동로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇 - Google Patents

Abstract

이동 로봇에 장착되어 있는 감지센서를 이용하여 이동로봇의 직진성을 제어할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동로봇의 주행 제어 방법은 제1 위치에서 이동로봇의 이동방향 및 이동경로를 설정하는 단계; 상기 제1 위치 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 각 센서별 신호 도달거리를 산출하는 단계; 및 상기 제1 위치에서 상기 각 센서별 신호 도달거리의 차이와 상기 제2 위치에서 상기 각 센서별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부를 판단하는 단계를 포함한다.

로봇, 청소, 센서, 이동, 직진성

Description

이동로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇{Method for Controlling Driving of Moving Robot and Moving Robot Using the Same}

본 발명은 이동 로봇에 관한 것으로서 보다 상세하게는 이동 로봇의 직진성을 보장할 수 있는 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇에 관한 것이다.

로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용되어 왔다. 최근에는 이러한 로봇의 연구가 활발해 짐에 따라 최첨단 우주개발산업에 이용되는 로봇은 물론 가정에서 이용되는 로봇이 개발되기에 이르렀다. 이러한 가정용 로봇의 대표적인 예가 바로 청소로봇이다.

이동로봇의 하나인 청소로봇은 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역을 스스로 이동하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 로봇이다. 따라서, 이와 같은 청소로봇은 먼지 또는 이물질을 흡입하기 위한 일반적인 청소 모듈 이외에 청소로봇의 자율주행을 위한 다양한 모듈들을 포함한다.

이러한 청소로봇이 자율 주행하는 과정 중에, 청소로봇의 휠에 이물질이 끼 이거나 청소로봇의 모듈에 오류가 발생하는 경우, 청소로봇의 휠이 부정확하게 회전하게 되고, 이로 인해 청소로봇의 이동방향이 변하게 되어 이미 청소를 완료한 구역에 대해 다시 청소를 수행하거나, 아예 청소가 되지 않는 구역이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 청소로봇을 사용함에 있어서, 청소로봇이 설정된 이동경로에 따라 정상적으로 이동하고 있는지 여부, 즉 청소로봇의 주행을 제어하는 것이 필수적이다.

이러한 청소로봇의 이동 방향 변경을 보정하기 위한 방법으로서, 청소로봇에 자이로 센서를 탑재하는 방법이 제안된 바 있다. 자이로 센서는 이동 로봇의 이동 방향이 변경된 것으로 판단되는 경우 변경된 각도를 적분하여 이동 로봇에 알려줌으로써 이동 로봇이 이동 방향을 수정할 수 있게 해 준다.

그러나, 자이로 센서는 고가의 부품이므로 이동 로봇에 이러한 자이로 센서를 탑재하는 경우 이동 로봇의 가격이 상승할 수밖에 없고 이는 이동 로봇의 대중화를 저해하는 요인으로 작용할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이동 로봇에 장착되어 있는 감지센서를 이용하여 이동로봇의 직진성을 제어할 수 있는 이동로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이동로봇의 주행 제어 방법은 제1 위치에서 이동로봇의 이동방향 및 이동경로를 설정하는 단계; 상기 제1 위치 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 각 센서별 신호 도달거리를 산출하는 단계; 및 상기 제1 위치에서 상기 각 센서별 신호 도달거리의 차이와 상기 제2 위치에서 상기 각 센서별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부를 판단하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 제1 위치는 상기 이동로봇의 시작점이고, 상기 제2 위치는 상기 이동로봇의 이동에 따라 변동되는 상기 이동로봇의 위치인 것을 특징으로 하며, 상기 이동로봇의 이동방향은 상기 제1 위치에서 산출된 신호 도달거리가 최소인 센서의 신호 송출 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부 판단단계는, 상기 제1 위치에서 상기 각 센서별 신호 도달거리 차이와 상기 제2 위치에서 상기 각 센서별 신호 도달거리 차이의 변화값이 제1 기준치 이상인 경우 상기 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단되는 경우, 상기 이동로봇의 수정위치인 제3 위치를 결정하는 단계; 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리 및 상기 제3 위치로의 이동을 위한 상기 이동로봇의 회전각을 산출하는 단계; 및 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리 및 상기 회전각을 이용하여 상기 이동로봇을 상기 제3 위치로 이동시킴으로써 상기 이동로봇의 이동방향을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리는 상기 제1 위치에서 산출된 상기 각 센서별 신호 도달거리 중 최단거리, 상기 제2 위치에서 산출된 상기 각 센서별 신호 도달거리 중 최단거리, 및 상기 이동로봇이 실제 이동한 거리를 이용하여 산출되고, 상기 회전각은 상기 제1 및 제2 위치 사이의 거리, 상기 제2 및 제3 위치 사이의 거리, 상기 제3 및 제1 위치 사이의 거리를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 회전각은 상기 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이가 상기 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리의 차이와 동일해질 때까지 상기 이동로봇이 회전한 제1 각도를 이용하여 산출되고, 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리는 상기 이동로봇이 실제 이동한 거리 및 상기 제1 각도를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

한편, 이동로봇의 주행 제어 방법은 상기 이동로봇의 이동경로상에 위치하는 특정 위치에서 산출된 상기 각 센서별 신호 도달거리를 이용하여 상기 이동경로상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하는 단계와 상기 이동로봇의 이동경로상에 장 애물이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 설정하는 단계를 더 포함한다.

이때, 상기 장애물 판단 단계는, 상기 특정 위치에서 산출된 상기 각 센서 중 하나 이상의 센서들의 신호 도달거리 평균값과 나머지 센서들의 신호 도달거리 평균값의 차이가 제2 기준치 이상인 경우 상기 이동로봇의 이동경로상에 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이동로봇은 이동로봇을 이동시키는 구동부; 제1 위치 및 제2 위치에서의 신호 도달거리 산출을 위해 소정 신호를 송수신하는 복수개의 센서를 포함하는 센서부; 상기 이동로봇의 이동방향 및 이동경로를 설정하고, 상기 제1 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 센서별 신호 도달거리를 산출하며, 상기 제1 위치에서 각 센서별 신호 도달거리의 차이 및 상기 제2 위치에서 각 센서별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부를 판단하는 직진성 판단부; 상기 이동로봇의 이동방향 및 이동경로, 상기 제1 및 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리, 및 상기 제1 위치의 좌표가 기록되는 메모리; 및 상기 구동부를 제어하는 주행 제어부를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이동로봇에 장착되어 있는 저가의 감지센서를 이용하여 이동로봇이 최초 설정된 이동경로로부터 벗어났는지 여부를 판단할 수 있음은 물론, 이동경로를 벗어난 것으로 판단되는 경우 감지센서에 의해 감 지된 신호를 이용하여 이동로봇을 최초 설정된 경로로 회귀시킬 수 있으므로, 이동로봇의 제조단가를 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 이동로봇이 이동하는 과정 중에 이동경로를 벗어났는지 여부를 지속적으로 모니터링하여 이동로봇의 직진성을 보장함으로써, 이동로봇이 설정된 최단 이동경로에 따라 청소를 수행하게 되어 청소 시간을 단축할 수 있다는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동로봇의 개략적인 블록도이다. 도시된 바와 같이, 이동로봇(100)은 센서부(110), 구동부(130), 제어부(140), 및 메모리(150)를 포함한다.

센서부(110)는 이동로봇(100)의 전방에 존재하는 벽 또는 장애물을 감지하기 위한 전방 감지 센서부(112) 및 이동로봇(100)의 후방에 존재하는 벽 또는 장애물을 감지하기 위한 후방 감지 센서부(114) 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에 있어서 전방 감지 센서부(112) 및 후방 감지 센서부(114)는 외부로 신호를 송출하고, 반사된 신호를 수신할 수 있는 복수개의 센서들로 구현될 수 있다. 이때, 각 센서들은 외부로 신호를 송출하는 신호 송출 모듈과 반사된 신호를 수신하는 신호 수신 모듈이 하나의 쌍으로 구성되어 있다.

이러한 전방 감지 센서부(112) 또는 후방 감지 센서부(114)에 포함된 각 센서들은 전방 또는 후방으로 신호를 송출하고 반사된 신호를 수신하여, 신호의 송수 신 여부를 후술할 직진성 판단부(144) 또는 장애물 판단부(146)로 전송한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(110)의 구성을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센서부(110)는 이동로봇(100)의 전방에 탑재된 전방 감지 센서부(112)와 이동로봇(100)의 후방에 탑재된 후방 감지 센서부(114)를 포함하며, 전방 감지 센서부(112) 및 후방감지 센서부(114)는 각각 복수개의 센서(F1~F9, B1~B9)들로 구성된다.

상술한 실시예에 있어서는, 전방 감지 센서부(112) 및 후방 감지 센서부(114)가 이동로봇(100)의 전방 또는 후방에 존재하는 벽 및 장애물을 모두 감지하는 것으로 기재하였지만, 변형된 실시예에 있어서는 전방 감지 센서부(112) 및 후방 감지 센서부(114)는 전방의 벽만을 감지하고, 장애물을 감지하기 위한 별도의 센서를 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서는, 전방 감지 센서부(112) 및 후방 감지 센서부(114)에 포함된 복수개의 센서들 중 일부의 센서들은 전방 또는 후방의 벽을 감지하는 기능을 수행하고, 나머지 센서들은 장애물을 감지하는 기능을 수행하도록 할 수도 있을 것이다.

이하에서는, 전방 감지 센서부(112) 및 후방 감지 센서부(114)가 전방 또는 후방의 벽뿐만 아니라 장애물까지도 감지하는 기능을 수행하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

다시 도 1을 참조하면, 구동부(130)는 이동로봇(100)의 좌륜(미도시)을 구동시키는 좌륜모터(132) 및 이동로봇(100)의 우륜(미도시)을 구동시키는 우륜모 터(134)를 포함하는 것으로서, 후술할 주행 제어부(148)의 제어에 따라 좌륜모터(132) 및 우륜모터(134)를 독립적으로 역방향 또는 정방향으로 구동시킴으로써 이동로봇(100)이 직직 또는 회전하도록 한다.

또한, 구동부(130)는 좌륜모터(132) 및 우륜모터(134)의 회전수를 산출하여 후술할 위치 확인부(142)로 전달함으로써 위치 확인부(142)가 이동로봇(100)의 실제 이동거리를 산출할 수 있도록 한다.

제어부(140)는 이동로봇(100)에 포함된 각 구성요소들을 제어함으로써 이동로봇(100)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 크게 위치 확인부(142), 직진성 판단부(144), 장애물 판단부(146), 및 주행 제어부(148)를 포함한다.

먼저, 위치 확인부(142)는 이동로봇(100)이 청소를 시작한 위치인 시작점의 위치를 확인하거나, 이동로봇(100)의 이동에 따라 변경된 이동로봇(100)의 위치를 확인하여 그 결과를 메모리(150)에 저장한다. 일 실시예에 있어서, 위치 확인부(142)는 이동로봇(100)에 전원이 인가되고, 청소개시 명령이 내려지는 시점에서의 위치(이하 '제1 위치'라 함)를 시작점으로 결정하고, 이동로봇(100)의 이동에 따라 변경되는 이동로봇(100)의 위치 (이하 '제2 위치'라 함)는 구동부(130)로부터 전달되는 좌륜 모터(132) 및 우륜 모터(134)의 회전수를 이용하여 산출되는 이동로봇(100)의 실제 이동거리를 이용하여 결정될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 위치 확인부(142)는 엔코드와 같은 회전 감지 센서(미도시)를 이용하여 좌륜 모터(132) 및 우륜 모터(134)의 회전수를 검출할 수 있다.

직진성 판단부(144)는 전방 감지 센서부(112) 및 후방 감지 센서부(114)에 포함된 각 센서들에 의해 감지된 신호를 이용하여 각 센서별로 신호 도달거리를 산출하여 메모리(150)에 저장한다. 구체적으로, 직진성 판단부(144)는 제1 위치에서 각 센서들에 의해 감지된 신호를 이용하여 각 센서별 신호 도달거리를 산출하고, 제2 위치에서 각 센서들에 의해 감지된 신호를 이용하여 각 센서별 신호 도달거리를 산출하며, 각 센서별 신호 도달거리를 이동로봇(100)의 위치별로 메모리(150)에 저장한다.

또한, 직진성 판단부(144)는 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리를 이용하여 이동로봇(100)의 이동 방향 및 이동 경로를 설정하고 이를 메모리(150)에 저장한다. 일 실시예에 있어서, 직진성 판단부(144)는 제1 위치에서 각 센서별 신호 도달거리 중 최단거리인 센서의 신호 송출 방향을 이동로봇(100)의 이동방향으로 설정한다. 이러한 이동로봇(100)의 이동방향 설정방법을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 이동로봇(100)이 전방에 존재하는 벽을 주시하고 있는 경우, 제1 위치에서는 F5번 센서에 의해 감지된 신호를 이용하여 산출된 신호 도달거리가 최단거리가 될 것이므로, 직진성 판단부(114)는 F5번 센서가 신호를 송출하는 방향(200)이 직진 방향인 것으로 판단하여 이동로봇(100)의 이동방향을 F5번 센서가 신호를 송출하는 방향(200)으로 결정한다.

또한, 이동로봇(100)이 45 방향을 주시하고 있는 경우, 제1 위치에서는 F4번 센서에 의해 감지된 신호를 이용하여 산출된 신호 도달거리가 최단거리가 될 것이므로, 직진성 판단부(114)는 F4번 센서가 신호를 송출하는 방향(210)이 직진 방향 인 것으로 판단하여 이동로봇(100)의 이동 방향을 F4번 센서가 신호를 송출하는 방향(210)으로 결정한다.

직진성 판단부(144)는 상술한 방법을 통해 제1 위치에서 이동로봇(100)의 이동방향이 결정되면 제1 위치로부터 이동로봇(100)의 이동방향으로 가상의 직선을 그어 이러한 직선 방향을 이동로봇(100)이 이동해야 하는 경로로 설정한다.

예컨대, 도 2에서 F5번 센서가 신호를 송출하는 방향이 이동방향으로 결정되면 F5번 센서로부터 F5번 센서가 신호를 송출하는 방향(200)으로 가상의 직선을 그어 이러한 직선 방향(200)을 이동로봇(100)의 이동경로로 설정하는 것이다.

한편, 직진성 판단부(144)는 이동로봇(100)이 이동하는 과정 중에, 이동로봇(100)이 설정된 이동경로를 따라 정확하게 이동하고 있는지 여부, 즉 이동로봇(100)이 직진하고 있는지 여부를 판단하는데, 일 실시예에 있어서, 직진성 판단부(144)는 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리의 차이가 제2 위치에서도 동일하게 유지되고 있는지 여부를 통해 이동로봇(100)의 이동방향 변경여부를 판단한다.

즉, 직진성 판단부(144)는 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호도달거리의 차이와 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리의 차이의 변화값이 제1 기준치 이상인 경우 이동로봇(100)의 이동방향이 변경된 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 이동로봇(100)이 이동경로를 따라 직진하고 있는 것으로 판단한다.

예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 센서들이 배치되어 있는 경우, 제1 위치에서 F1번 센서에 의해 감지된 신호 도달거리가 14cm였고, F2번 센서에 의해 감지 된 신호 도달거리가 11cm였으며, F3번 센서에 의해 감지된 신호 도달거리가 9cm였고, 제2 위치에서 F1번 센서에 의해 감지된 신호 도달거리가 10cm였고, F2번 센서에 의해 감지된 신호 도달거리가 7cm였으며, F3번 센서에 의해 감지된 신호 도달거리가 5cm였다고 가정하자.

이러한 경우, 제1 위치에서 F1번 센서와 F2번 센서의 신호 도달거리의 차이는 3cm이고, F2번 센서와 F3번 센서의 신호 도달거리의 차이는 2cm이며, 제2 위치에서 F1번 센서와 F2번 센서의 신호 도달거리의 차이는 3cm이고, F2번 센서와 F3번 센서의 신호 도달거리의 차이는 2cm이므로 각 센서별 신호 도달거리의 차이가 동일하게 유지되고 있음을 알 수 있다. 따라서, 직진성 판단부(144)는 이동로봇(100)이 설정된 이동경로를 따라 직진하고 있다고 판단하게 된다.

직진성 판단부(144)가, 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리의 차이와 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리의 차이의 변화값이 제1 기준치 이상인 경우 이동로봇(100)의 이동방향이 변경된 것으로 판단하는 것은, 바닥에 존재하는 이물질 등으로 이동로봇(100)의 이동방향이 약간은 변경될 수 있으므로, 이러한 정도의 이동방향 변경이 있다 하더라도 이동로봇(100)이 직진하고 있다고 판단하기 위한 것이다. 따라서, 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리의 차이와 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호도달거리의 차이가 동일하게 유지되지 않더라도 그 변화값이 제1 기준치 미만이기만 하면 직진하고 있다고 판단하게 된다.

한편, 직진성 판단부(144)는 이동로봇(100)의 이동방향이 변경된 것으로 판단되는 경우, 설정된 이동경로로 이동로봇(100)을 회귀시키기 위해 이동로봇(100) 의 수정위치(이하 '제3 위치'라 함)를 결정하고, 현재 이동로봇(100)의 위치인 제2 위치로부터 수정위치인 제3 위치로 이동로봇(100)을 이동시키기 위해 이동로봇(100)이 이동해야 하는 거리(제2 위치와 제3 위치 사이의 거리) 및 회전각을 산출한다.

이때, 제3 위치는 제1 위치에서 산출된 각 센서 별신호 도달거리 중 최단 거리와 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리 중 최단 거리, 및 제1 위치의 좌표를 이용하여 결정된다. 이를 도 3을 참조하여 설명하면, 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리 중 최단거리가 a이고, 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리 중 최단 거리가 b이며, 제1 위치의 좌표가(0,0)인 경우, 제3 위치는 (0,a-b)가 된다.

한편, 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리는 제1 위치와 제3 위치 사이의 거리 및 이동로봇(100)이 실제 이동한 거리인 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리를 이용하여 구할 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명하면, 제1 위치와 제3 위치 사이의 거리는 a-b이고, 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리는 c이므로, 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리(d)는 피타고라스의 정리를 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.

이동로봇(100)이 제2 위치에서 제3 위치로 이동하기 위해 회전해야 하는 회전각(α)는 수학식 2를 이용하여 산출된다.

여기서, Θ는 제1 위치와 제3 위치 사이의 거리인 (a-b)와 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리인 c사이의 각으로써, 수학식 3에 기재된 바와 같이 코사인 제2 법칙을 이용하여 산출된다.

변형된 실시예에 있어서, 직진성 판단부(144)는 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이와 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이, 이동로봇이 실제 이동한 거리, 및 제1 위치의 좌표를 이용하여 제3 위치, 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리, 및 제3 위치로 이동하기 위한 이동로봇의 회전각을 산출할 수도 있다.

이를 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 직진성 판단부(144)는 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이가 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이와 동일해 질 때까지 이동로봇을 회전시켜 가면서 이동로봇이 회전한 각도를 산출한다.

여기서, 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이가 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이와 동일해 진다는 것은 제2 위치에 있는 이동로봇의 방향이 제1 위치에서 설정된 방향과 동일한 방향을 주시하고 있다 는 것을 의미하기 때문에, 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이가 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리의 차이와 동일해지기 위해 이동로봇이 회전한 각도를 산출하면 각도 Θ가 산출되는 것이다.

이후, 상술한 수학식 2에 도시된 바와 같이 각도 Θ를 이용하여 이동로봇의 회전각(α)를 산출하게 되고, 수학식 4를 이용하여 산출된 제1 위치와 제3 위치 사이의 거리(a-b) 및 제1 위치의 좌표를 통해 제3 위치를 결정하게 되며, 수학식 5를 이용하여 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리를 결정하게 된다.

직진성 판단부(144)는 상술한 방법을 통해 산출된 회전각 및 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리에 대한 정보를 주행 제어부(148)로 전달한다.

장애물 판단부(146)는 이동로봇(100)의 이동 중 전방 감지 센서부(112) 또는 후방 감지 센서부(114)에 포함된 복수개의 센서에 의해 감지되는 신호 도달거리를 이용하여 이동로봇(100)의 이동방향에 장애물이 존재하는지 여부를 판단한다.

일 실시예에 있어서, 장애물 판단부(146)는 복수개의 센서 중 하나 이상의 센서에 감지되는 신호 도달거리의 평균값과 나머지 센서들에 의해 감지되는 신호 도달거리의 평균값의 차이가 제2 기준치 이상인 경우 이동로봇(100)의 이동 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 일부 센서들이 위치한 방향에 장 애물이 존재하는 경우, 일부 센서들에 의해 감지되는 신호 도달거리가 나머지 센서들에 의해 감지되는 신호 도달거리보다 작을 것이라는 점을 이용하는 것이다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 센서들이 배치되어 있는 경우, F8번 센서와 F9번 센서에 의해 감지되는 신호 도달 거리의 평균값이 3cm이고, 나머지 센서인 F1번 센서 내지 F7번 센서에 의해 감지되는 신호 도달거리의 평균값이 8cm이며, 제2 기준치가 3cm라 가정하자. F8번 센서와 F9번 센서에 의해 감지되는 신호 도달거리 평균값과 나머지 센서인 F1번 센서 내지 F7번 센서에 의해 감지되는 신호 도달거리 평균값의 차이는 5cm로써 제2 기준치 이상이므로 이동로봇(100)의 이동 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단하고, 신호 도달거리 평균값이 작은 F8번 센서와 F9번 센서가 위치한 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단하게 되는 것이다.

이때, 장애물 판단부(146)는 이동방향에 존재하는 것으로 감지된 물체의 크기가 F1번 센서부터 F9번 센서까지의 길이보다 큰 경우 즉, 이동로봇(100)의 크기보다 큰 경우 감지되는 물체를 벽으로 인식하고, 이동방향에 존재하는 것으로 감지된 물체의 크기가 이동로봇(100)의 크기보다 작은 경우 감지되는 물체를 장애물로 인식할 수 있다.

한편, 장애물 판단부(146)는 이동로봇(100)의 이동방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 장애물 회피를 위한 장애물 회피 경로 정보를 생성하여 주행 제어부(148)로 전달한다. 예컨대, 상술한 예에서는 장애물이 F8번 센서와 F9번 센서가 위치한 방향에 존재하는 것으로 판단되었기 때문에, 장애물 판단부(146)는 다음과 같은 장애물 회피 경로 정보를 생성할 수 있다.

1) 좌측 방향으로 90도 회전

2) 감지된 장애물의 길이 이상의 거리만큼 직진

3) 우측 방향으로 90도 회전

4) 소정 거리만큼 직진

5) 우측 방향으로 90도 회전

6) 감지된 장애물의 길이 이상의 거리만큼 직진

7) 좌측 방향으로 90도 회전

즉, 여기서 1) 내지 4)번 과정은 장애물을 회피하기 위한 과정이고, 5) 내지 7)번 과정은 장애물 회피 이후, 제1 위치에서 설정된 이동방향으로 회귀하기 위한 과정이다. 장애물 판단부(146)는 이러한 장애물 회피 경로를 주행 제어부(148)로 전달함으로써 이동로봇(100)이 장애물을 회피할 수 있도록 한다.

상술한 실시예에 있어서는, 장애물 판단부(148)가 전방 감지 센서(112) 및 후방 감지 센서(114)에 포함된 센서들을 이용하여 장애물의 존재 여부를 판단하는 것으로 기재하였지만, 변형된 실시예에 있어서는 이동로봇(100)의 전방 또는 후방에 장착되는 범퍼(120)를 이용하여 장애물의 존재 여부를 감지할 수도 있을 것이다.

주행 제어부(148)는 구동부(130)를 제어함으로써 이동로봇(100)의 주행을 제어하는 것으로서, 직진성 판단부(146)에 의해 이동로봇(100)의 이동방향 및 이동경로가 설정되면, 설정된 이동경로를 따라 이동로봇(100)이 이동하도록 구동부(130)를 제어하고, 직진성 판단부(146)에 의해 이동로봇(100)의 이동방향이 변경된 것으 로 판단되는 경우 직진성 판단부(146)에 의해 산출된 회전각 및 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리를 이용하여 이동로봇(100)이 제3 위치로 이동하도록 구동부(130)를 제어한다.

또한, 주행 제어부(148)는 장애물 판단부(148)에 의해 설정된 이동경로 상에 장애물이 존재하는 것으로 판단된 경우 장애물 판단부(148)에 의해 생성된 장애물 회피 경로 정보를 이용하여 이동로봇(100)이 장애물을 회피하여 주행할 수 있도록 구동부(130)를 제어한다.

메모리(150)는 제1 위치의 좌표, 제1 위치에서 결정된 이동로봇(100)의 이동 방향 정보 및 이동경로 정보, 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리, 및 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리, 이동로봇(100)이 실제 이동한 거리, 및 제2 위치의 좌표 등이 기록된다. 이러한 메모리(15)는 EEPROM 또는 플래쉬 메모리 등으로 구현될 수 있다.

이동로봇(100)은 상술한 구성 이외에도, 먼지를 흡입하는 먼지 흡입부 및 흡입된 먼지가 저장되는 먼지 저장부 등을 포함하는 청소 수행부(160)와, 제어부(140)의 상태를 외부로 표시하기 위한 표시부(170)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 상술한 이동로봇의 주행 제어방법을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 이동로봇에 청소 개시 명령이 전달되면 이동로봇은 청소 개시 명령이 수신된 시점에서의 위치를 1 위치로 설정하고, 제1 위치에서 각 센서에 의해 감지된 신호 도달거리를 산출한다(제100단계). 이때, 산출된 각 센서별 신호 도달거리 는 메모리에 저장된다. 이후, 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리를 이용하여 이동로봇의 이동방향 및 이동경로를 설정하여 메모리에 저장한다(제110단계). 이때, 이동방향은 산출된 신호 도달거리가 최소인 센서가 신호를 송출하는 방향이며, 이동경로는 제1 위치로부터 이동방향으로 가상의 직선을 그었을 때 직선상의 각 좌표들에 의해 결정된다.

다음으로 이동로봇은 설정된 이동경로에 따라 주행하면서 청소를 수행하고(제120단계), 이동로봇이 정해진 이동경로에 따라 정확하게 주행하고 있는지를 판단하기 위해 이동로봇이 현재 위치하고 있는 제2 위치에서 각 센서에 의해 감지된 신호 도달거리를 산출하여 메모리에 저장한다(제130단계).

이후, 메모리에 저장된 제1 위치에서 각 센서별 신호 도달거리 차이와 제2 위치에서 각 센서별 신호 도달거리 차이의 변화값을 산출하고(제140단계), 산출된 변화값이 제1 기준치 이상인지 여부를 판단한다(제150단계). 판단결과 변화값이 제1 기준이 이상인 경우, 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단하여 이동로봇의 수정위치인 제3 위치를 결정한다(제160단계). 이때, 제3 위치의 좌표는 제1 위치에서 각 센서별 신호 도달거리 중 최단거리, 제2 위치에서 각 센서별 신호 도달거리 중 최단거리, 및 제1 좌표를 이용하여 결정할 수 있다.

다음으로, 이동로봇이 제2 위치에서 제3 위치로 이동하기 위해 이동해야 할 거리(제2 위치와 제3 위치 사이의 거리) 및 이동로봇의 회전각을 산출한다(제170단계). 이때, 제2 위치에서 제3 위치 사이의 거리는 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리 및 제1 위치와 제3 위치 사이의 거리를 이용하여 산출할 수 있고, 이동로봇의 회전각은 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리, 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리, 및 제3 위치와 제1 위치 사이의 거리를 이용하여 구할 수 있다.

이후, 제170단계에서 산출된 제2 위치와 제3 위치 사이의 거리 및 회전각을 이용하여 이동로봇이 제2 위치로부터 제3 위치로 이동한 후(제180단계), 제130단계로 복귀하여 설정된 이동 경로에 따라 다시 주행을 시작하면서 청소를 수행한다.

한편, 제150단계에서 변화값이 제1 기준치 미만인 것으로 판단되는 경우, 이동로봇의 이동방향이 변경되지 않은 것으로 판단하고, 따라서 이동로봇은 청소가 완료되었는지 여부를 판단한다(제190단계). 청소가 완료되지 않은 것으로 판단되는 경우 제130단계로 복귀하여 설정된 이동경로에 따라 다시 주행을 하면서 청소를 계속하고, 청소가 완료된 것으로 판단되는 경우 정지한다.

도 5는 이동로봇이 주행 중에 장애물의 존재 여부를 판단하는 방법에 대한 플로우차트이다.

먼저, 이동로봇이 설정된 이동경로를 따라 주행하는 과정 중 이동경로상에 위치한 특정 위치에서 각 센서들에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 각 센서별 신호 도달거리를 산출한다(제200단계).

다음으로, 특정 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리 중 일부 센서들(이하 '제1 센서군'이라 함)의 신호도달거리 평균값과 나머지 센서들(이하 '제2 센서군'이라 함)의 신호 도달거리 평균값의 차이가 제2 기준치 이상이 되는지를 판단한다(제210단계). 판단결과, 제1 센서군의 신호 도달거리 평균값과 제2 센서군의 신호 도달거리 평균값의 차이가 제2 기준치 이상인 경우, 이동로봇의 이동경로상에 장애물이 존재하는 것으로 판단하여 장애물 회피를 위해 장애물 회피 경로 정보를 생성한다(제220단계). 이때, 장애물 회피 경로 정보의 생성은 장애물 판단부의 설명 부분에 상세히 기술하였으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이후, 이동로봇은 생성된 장애물 회피 경로를 이용하여 장애물을 회피한 후(제230단계), 설정된 이동경로를 따라 주행한다(제240단계).

한편, 제210단계에서, 제1 센서군의 신호 도달거리 평균값과 제2 센서군의 신호 도달거리 평균값의 차이가 제2 기준치 미만인 경우, 이동로봇의 이동경로상에 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단하여 이동로봇은 설정된 이동경로를 따라 주행한다(제240단계).

상술한 이동 로봇의 주행 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 이용하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로도 구현될 수 있는데, 이때 이동 로봇의 주행 제어 방법을 수행하기 위한 프로그램은 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 롬(ROM), 램, 또는 플래시 메모리와 같은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록 매체에 저장된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 상술한 실시예에 있어서는, 이동로봇이 이동경로를 따라 직진하고 있는지 여부를 판단하기 위해 시작점인 제1 위치와 현재 위치인 제2 위치에서 산출된 각 센서 별 신호 도달거리를 이용하였지만, 변형된 실시예에 있어서는, 시작점이 아니라 이동로봇의 현재 위치 및 이동로봇의 직전의 위치에서 산출된 각 센서 별 신호 도달거리를 이용할 수도 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 개략적인 블럭도.

도 2는 도 1의 센서부에 포함된 센서 배치의 일 예를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 이동로봇의 위치를 보정하는 방법을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동로봇의 주행 제어 방법을 보여주는 플로우차트.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이동로봇의 장애물 판단 방법을 보여주는 플로우차트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 이동로봇 110: 센서부

120: 범퍼 130: 구동부

140: 제어부 150: 메모리

160: 청소 수행부 170: 표시부

Claims (23)

1. 제1 위치에서 이동로봇의 이동방향 및 이동경로를 설정하는 단계;

   상기 제1 위치 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 각 센서 별 신호 도달거리를 산출하는 단계;

   상기 제1 위치에서 상기 각 센서 별 신호 도달거리의 차이와 상기 제2 위치에서 상기 각 센서 별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향이 변경되었는지 여부를 판단하는 단계; 및

   상기 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단되면, 상기 이동로봇을 상기 이동방향 상의 제3 위치로 이동시키는 단계를 포함하고,

   상기 제3 위치는, 상기 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리 중 최단 거리와 상기 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리 중 최단 거리의 차 및 상기 이동로봇이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동한 거리를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 위치는 상기 이동로봇의 시작점이고, 상기 제2 위치는 상기 이동로봇의 이동에 따라 변동되는 상기 이동로봇의 위치인 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 이동로봇의 이동방향은 상기 제1 위치에서 산출된 신호 도달거리가 최단인 센서의 신호 송출 방향으로 설정되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 이동로봇의 이동방향이 변경되었는지 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 위치에서 상기 각 센서 별신호 도달거리 차이와 상기 제2 위치에서 상기 각 센서 별 신호도달거리 차이의 변화값이 제1 기준치 이상인 경우 상기 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 이동로봇을 상기 제3 위치로 이동시키는 단계는,

   상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리 및 상기 제3 위치로의 이동을 위한 상기 이동로봇의 회전각을 산출하는 단계; 및

   상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리 및 상기 회전각을 이용하여 상기 이동로봇을 상기 제3 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 상기 회전각은 상기 제1 및 제2 위치 사이의 거리, 상기 제2 및 제3 위치 사이의 거리, 상기 제3 및 제1 위치 사이의 거리를 이용하여 산출되 는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1 위치에서 이동로봇의 이동방향 및 이동경로를 설정하는 단계;

    상기 제1 위치 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 각 센서 별 신호 도달거리를 산출하는 단계;

    상기 제1 위치에서 상기 각 센서 별 신호 도달거리의 차이와 상기 제2 위치에서 상기 각 센서 별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부를 판단하는 단계; 및

    상기 이동로봇의 이동경로상에 위치하는 특정 위치에서 산출된 상기 각 센서별 신호도달거리를 이용하여 상기 이동경로상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 장애물 판단 단계는, 상기 특정 위치에서 산출된 상기 각 센서 중 하나 이상의 센서들의 신호 도달거리 평균값과 나머지 센서들의 신호 도달거리 평균값의 차이가 제2 기준치 이상인 경우 상기 이동로봇의 이동경로상 에 장애물이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 이동로봇의 이동경로상에 장애물이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행 제어 방법.
13. 제1항 내지 제5항, 제7항, 제10항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 기재된 이동로봇의 주행 제어방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체,
14. 이동로봇을 이동시키는 구동부;

    제1 위치 및 제2 위치에서의 신호 도달거리 산출을 위해 소정 신호를 송수신하는 복수개의 센서를 포함하는 센서부;

    상기 이동로봇의 이동경로 상에서의 이동방향을 설정하고, 상기 제1 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 센서 별 신호 도달거리를 산출하며, 상기 제1 위치에서 각 센서 별 신호 도달거리의 차이 및 상기 제2 위치에서 각 센서 별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부를 판단하고, 이동방향이 변경된 것으로 판단되면 상기 이동로봇이 이동할 상기 이동방향 상의 제3 위치를 결정하는 직진성 판단부;

    상기 이동로봇의 이동경로 상에서의 이동방향, 상기 제1 및 제2 위치에서 산출된 각 센서 별 신호 도달거리, 및 상기 제1 위치의 좌표가 기록되는 메모리; 및

    상기 구동부를 제어하는 주행제어부를 포함하고,

    상기 직진성 판단부는, 상기 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리 중 최단 거리와 상기 제2 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달 거리 중 최단 거리의 차 및 상기 이동로봇이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동한 거리를 이용하여 상기 제3 위치를 결정하고,

    상기 주행 제어부는 상기 이동로봇이 상기 제2 위치에서 상기 제3 위치로 이동하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
15. 제14항에 있어서,

    상기 제1 위치는 상기 이동로봇의 시작점이고, 상기 제2 위치는 상기 이동로봇의 이동에 따라 변동되는 상기 이동로봇의 위치인 것을 특징으로 하는 이동로봇.
16. 제14항에 있어서, 상기 직진성 판단부는 상기 제1 위치에서 산출된 신호 도달거리가 최단인 센서의 신호 송출 방향을 상기 이동로봇의 이동방향으로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
17. 제14항에 있어서, 직진성 판단부는, 상기 제1 위치에서 산출된 각 센서별 신호 도달거리 차이와 상기 제2 위치에서의 산출된 각 센서 별신호 도달거리 차이의 변화값이 제1 기준치 이상인 경우 상기 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
18. 제14에 있어서, 상기 이동로봇의 이동방향이 변경된 것으로 판단되는 경우,

    상기 직진성 판단부는, 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리 및 상기 제3 위치로의 이동을 위한 상기 이동로봇의 회전각을 산출하며,

    상기 주행 제어부는 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이의 거리 및 상기 회전각을 이용하여 상기 이동로봇이 상기 제3 위치로 이동하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
19. 삭제
20. 삭제
21. 이동로봇을 이동시키는 구동부;

    제1 위치 및 제2 위치에서의 신호 도달거리 산출을 위해 소정 신호를 송수신하는 복수개의 센서를 포함하는 센서부;

    상기 이동로봇의 이동경로 상에서의 이동방향을 설정하고, 상기 제1 및 제2 위치에서 각 센서에 의해 송수신되는 신호를 이용하여 센서 별 신호 도달거리를 산출하며, 상기 제1 위치에서 각 센서 별 신호 도달거리의 차이 및 상기 제2 위치에서 각 센서 별 신호 도달거리의 차이를 이용하여 상기 이동로봇의 이동방향 변경여부를 판단하는 직진성 판단부;

    상기 이동로봇의 이동경로 상에서의 이동방향, 상기 제1 및 제2 위치에서 산출된 각 센서 별 신호 도달거리, 및 상기 제1 위치의 좌표가 기록되는 메모리;

    상기 구동부를 제어하는 주행제어부; 및

    상기 이동로봇의 이동경로 상에 존재하는 특정 위치에서 산출된 상기 각 센서 별 신호 도달거리를 이용하여 상기 이동경로 상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하는 장애물 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
22. 제21항에 있어서, 상기 장애물 판단부는, 상기 특정 위치에서 산출된 상기 각 센서중 하나 이상의 센서들의 신호 도달거리 평균값과 나머지 센서들의 신호 도달거리 평균값의 차이가 제2 기준치 이상인 경우, 상기 이동로봇의 이동경로 상에 장애물이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
23. 제21항에 있어서, 상기 장애물 판단부는, 상기 장애물 판단부에 이해 상기 이동로봇의 이동 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.

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