KR101290726B1 - 로봇청소기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇청소기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 로봇청소기가 복귀조건일 경우, 외부 충전장치로 용이하게 복귀할 수 있는 로봇청소기의 제어방법을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 청소공간을 구획하는 벽면을 따라 제1 주행하고, 벽면에서 멀어지는 방향으로 제2 주행하고, 주행 시, 외부 충전장치에서 발생된 복귀신호가 감지될 때까지 제1 및 제2 주행을 반복한다.

Description

로봇청소기의 제어방법{Control method of robot cleaner}

본 발명은 로봇청소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇청소기가 복귀조건일 경우, 외부 충전장치로 복귀하는 로봇청소기의 제어방법에 관한 것이다.

로봇청소기는 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역을 사용자의 조작 없이도 스스로 주행하면서, 바닥 면에 떨어지거나 혹은 쌓여 있는 먼지 또는 이물질을 흡입하는 기기이다. 이와 같은 로봇청소기는 먼지 또는 이물질을 흡입하는 일반적인 진공청소기의 구성 이외에 해당 로봇청소기를 주행시키는 주행장치와, 청소구역 내에 있는 다양한 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있도록 장애물을 감지하는 다수의 감지센서와, 전원을 공급하는 배터리 및 장치 전반을 제어하는 제어부 등으로 구성되어 있다.

이러한 구성에 따라 로봇청소기는 다수의 감지센서를 통해 청소구역 내에 설치된 각종 장애물, 예를 들면, 가구, 벽 등과 같은 장애물까지의 거리를 판별하고 판별된 정보를 이용하여 장애물과 충돌되지 않도록 주행하면서 청소구역을 청소한다. 이와 같이, 로봇청소기가 스스로 청소구역을 돌아다니면서 청소를 하는 도중에 제어부는 배터리 용량을 검사하여 전원의 부족 여부를 확인하는데, 전원이 부족하 여 배터리를 충전해야 한다고 판단되면, 소정 위치에 마련된 충전장치와의 교신을 통하여 충전장치의 위치를 찾아서 이동한다.

여기서, 충전장치의 위치를 찾기 위한 방법은 Random 방식과 Wall-following 방식으로 구분된다. 먼저, Random 방식은 센서에서 인식된 정보를 근거로 장애물의 유무만을 판단하여 회전 및 직진을 랜덤으로 결정한 후, 충전장치를 찾아가는 방식이며, Wall-following 방식은 벽을 따라 주행하면서 충전장치를 찾아가는 방식이다.

그러나, Random 방식은 로봇 청소기의 진행 방향이 자유롭게 전환되는 관계로 장애물은 쉽게 빠져 나올 수 있으나 충전장치를 찾는데 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

또한, Wall-following 방식은 벽면을 따라 주행하기 때문에 충전장치를 쉽게 찾아갈 수 있으나 장애물을 쉽게 빠져 나올 수 없는 문제점이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 청소공간을 구획하는 벽면을 따라 제1 주행하고, 벽면에서 멀어지는 방향으로 제2 주행하고, 주행 시, 외부 충전장치에서 발생된 복귀신호가 감지될 때까지 제1 및 제2 주행을 반복한다.

복귀신호가 감지되지 않을 경우, 벽면으로 다시 주행한 후, 벽면을 따라 이동하여 장애물이 있는가를 검출하고, 장애물이 검출된 경우, 검출된 장애물이 벽면의 모서리인가를 판단하고, 검출된 장애물이 벽면의 모서리인 경우, 로봇청소기의 출발지점을 새로 선정한다.

또한, 벽면을 따라 제1 주행 완료하기 전에 장애물이 검출된 경우, 장애물을 통과한 지점을 로봇청소기의 출발지점으로 새로 선정한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복귀조건일 경우, 미리 설정된 주행경로로 주행하고, 주행경로를 이용하여 청소공간의 크기를 측정하되, 주행 시, 외부 충전장치에서 발생된 복귀신호가 감지될 때까지 청소공간의 크기에 기초하여 벽면을 따라 주행하면서 청소공간을 벗어난다.

여기서, 미리 설정된 주행경로는 적어도 2개의 장애물(벽면)으로 순차적으로 이동하는 경로이다.

주행 시, 주행정보를 검출하고, 주행정보들을 이용하여 청소공간의 크기를 측정한다.

또한, 청소공간의 크기에 기초하여 벽면으로부터 이격되는 소정 간격을 설정하고, 로봇청소기를 벽면으로부터 소정 간격 이격하여 벽면을 따라 이동한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 로봇청소기의 제어방법에 따르면, Random 방식을 적용하여 복귀신호를 용이하게 감지할 수 있으며, 복귀신호가 감지되지 않을 경우에는 Wall-following 방식을 적용하여 다른 청소공간으로 빠르게 이동할 수 있는 장점이 있다.

또한, 주행정보 및 청소공간의 크기에 대한 정보를 주행지도로 관리하여 청소공간을 중복 주행하지 않고 빠른 시간 내에 외부 충전장치로 복귀할 수 있는 효과를 창출한다.

본 발명의 로봇청소기는 로봇청소기의 주행을 위한 바퀴와, 청소작업의 수행을 위한 흡진부를 갖는 일반적인 자동 청소용 로봇으로, 어떠한 형태의 로봇청소기에서도 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 본 발명에서는 로봇청소기의 구조에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 블록도로서, 입력부(10), 장애물 검출부(12), 주행거리 검출부(14), 주행방향 검출부(16), 충전량 검출부(18), 송수신부(20), 제어부(22), 구동부(24), 흡진부(28) 및 저장부(30)를 포함한다.

입력부(10)는 사용자로부터 로봇청소기의 청소명령을 입력받도록 키조작부 또는 원격제어기 등으로 구성된다.

장애물 검출부(12)는 로봇청소기가 주행하는 청소공간 내에 설치된 가구, 사무용품, 벽과 같은 장애물을 검출하기 위한 것으로, 로봇청소기가 주행하는 경로에 초음파를 방사하고, 방사된 초음파가 장애물에 부딪혀 반사되어 오는 초음파를 수신하여 장애물의 유무와 장애물까지의 거리를 검출한다. 이러한 장애물 검출부(12)는 복수의 적외선 발광소자와 수광소자로 이루어져 적외선을 출사하고, 반사된 적외선을 수신할 수 있도록 적외선센서가 적용될 수 있다.

주행거리 검출부(14)는 로봇청소기가 주행한 거리를 검출하기 위한 것으로, 로봇청소기의 하부에 로봇청소기의 주행을 위해 설치된 바퀴의 회전량을 엔코더를 통해 측정하여 로봇청소기의 주행정보를 검출한다.

주행방향 검출부(16)는 로봇청소기가 회전하는 각도를 검출하기 위한 것으로, 로봇청소기가 주행하는 경로상에 장애물이 검출된 경우, 장애물에서 로봇청소기가 회전한 각도를 검출하도록 자이로 센서 등의 회전각 센서를 사용한다.

충전량 검출부(18)는 충전배터리의 배터리 충전량을 수시로 검사하고, 검사된 충전량이 소정량 이하일 때 제어부(22)로 배터리 충전요구 신호를 보낸다.

송수신부(20)는 외부 충전장치의 송수신부와 신호를 주고 받으면서 무선으로 교신한다. 송수신부(20)는 제어부(22)의 제어에 의해 로봇청소기의 동작 시 소정 단위시간마다 또는 소정 주행거리마다 외부 충전장치와 교신을 시도한다. 따라서, 송수신부(20)는 외부 충전장치에 마련된 송수신부와의 교신 즉, 외부 충전장치에서 발생된 복귀신호를 감지하여 충전위치를 찾아간다. 또한, 송수신부(20)는 사용자가 조작하는 리모트 컨트롤러 또는 별도의 중앙 원격제어장치와 신호의 송수신을 담당하게 된다. 따라서, 로봇청소기의 원격제어도 가능하게 되며, 각 센서에서 감지된 신호는 제어부(22)로 보내지고, 제어부(22)에서는 인가된 신호를 근거로 로봇청소기를 제어하는데 사용된다.

제어부(22)는 로봇청소기의 전체적인 구동 및 동작의 제어를 담당한다. 특히, 본 발명에 있어서, 제어부(22)는 복귀조건일 경우, 미리 설정된 주행경로로 주행하면서 송수신부(20)를 제어하여 외부 충전장치로부터 발생된 복귀신호가 감지되는지 제어한다. 그리고, 제어부(22)는 구동부(24)의 구동제어신호 즉, 주행거리 및 주행방향 등을 근거로 하여 주행정보를 검출하고, 검출된 주행정보를 이용하여 청소공간의 크기를 측정한다. 그리고 측정된 청소공간의 크기를 저장부(30)에 기억시킨다. 또한, 송수신부(20)는 복귀신호가 감지된 지점을 인식하여 저장부(30)에 기억된 주행지도상에 표시한다.

구동부(24)는 제어부(22)의 제어에 따라 로봇청소기가 스스로 주행하면서 회전 등의 방향 전환을 할 수 있도록 로봇청소기 본체의 하부에 마련된 좌우측 바퀴(25, 26)를 구동하는데, 이때 각 모터의 회전수를 다르게 구동하여 로봇청소기의 방향을 회전할 수 있다.

흡진부(28)는 제어부(22)의 제어에 따라 로봇청소기가 주행하는 바닥 면으로부터 먼지, 이물질 등을 흡입하는 청소작업을 수행한다.

저장부(30)는 제어부(22)가 로봇청소기를 자동으로 제어하는데 필요한 여러 가지 데이터 예를 들어, 청소공간, 주행경로, 장애물 정보와 모서리 정보 등 여러 가지 제어에 필요한 데이터들이 저장된다. 또한, 청소를 수행하는 도중에 생성 및 취득되는 소정 데이터가 추가로 저장된다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 로봇청소기의 제어과정에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 제어과정을 설명하기 위한 제어흐름도로서, 도 2에서 제어부(22)는 로봇청소기가 복귀조건인지 판단한다(200).

여기서, 복귀조건이란 로봇청소기가 외부 충전장치로 복귀하기 위한 조건으로 충전배터리의 배터리 충전량이 소정량 이하일 경우나 흡진부(28)를 통하여 흡입된 먼지, 이물질이 소정량 이상일 경우를 의미한다.

200단계에서 로봇청소기가 복귀조건일 경우, 구동부(24)를 제어하여 청소공간을 구획하는 하나의 벽면을 따라 소정 거리 주행(201)하는데(이를 제1 주행이라 함), 주행 시, 송수신부(20)를 이용하여 외부 충전장치로부터 발생된 복귀신호가 감지되는지 판단(202)하고, 복귀신호가 감지될 경우에는 외부 충전장치로 복귀하도록 제어한다(203).

202단계에서 복귀신호가 감지되지 않을 경우, 벽면에서 멀어지는 방향으로 소정 거리 주행(204)하는데(이를 제2 주행이라 함), 이때에도 주행 시, 송수신부(20)를 이용하여 복귀신호가 감지되는지 판단(205)한다.

예를 들면, 청소공간을 구획하는 하나의 벽면을 따라 소정 거리를 주행하되, 주행 시, 복귀신호가 감지되지 않으면 90도 회전하여 다시 소정 거리를 주행하여 복귀신호가 감지되는지 판단한다.

205단계에서 복귀신호가 감지되지 않을 경우, 벽면으로 다시 주행(206)하여 벽면을 따라 주행한다(207).

보다 구체적으로 설명하면, 벽면에서 멀어지는 방향으로 소정 거리 주행하되, 주행 시, 복귀신호가 감지되지 않으면, 180도 회전하여 벽면으로 다시 주행한 후, 90도 회전하여 다시 벽면을 따라 주행하여 제1 주행을 반복한다.

207단계에서 주행 시, 장애물이 검출되는지 판단(208)하고, 검출된 장애물이 모서리인지 판단(209)하여 모서리로 판단되면, 201단계로 다시 돌아가서 청소공간을 구획하는 다른 벽면을 따라 소정 거리 주행하도록 구성된다.

여기서, 모서리를 판단하기 위해서는 검출된 장애물이 벽인지 판단하는 과정이 선행되어야 하는데, 검출된 장애물이 벽인지 판단하기 위해 로봇청소기를 장애물을 따라 일정 거리를 주행시키고, 로봇청소기가 장애물을 따라 일정 거리 이상을 주행하는 동안 장애물이 검출되었는가를 판단하여 장애물이 검출된 경우 검출된 장애물을 벽으로 인식한다.

그런 다음, 장애물이 벽으로 인식된 경우 로봇청소기를 벽을 따라 일정 거리 를 주행시키고, 로봇청소기가 벽을 따라 일정거리 이상을 주행하는 동안 장애물이 검출되었는가를 판단하여 장애물이 검출된 경우 검출된 장애물을 모서리로 인식한다.

상기와 같은 방법으로 검출된 장애물이 모서리일 경우, 모서리를 지나 다른 벽면이 시작하는 지점을 로봇청소기의 출발지점으로 새로 선정하여 그 벽면을 따라 소정 거리 주행함으로써 제1 주행 및 제2 주행을 반복한다.

만약, 벽면과 평행하게 소정 거리를 주행완료하기 전에 장애물이 검출된 경우, 장애물을 통과한 지점을 로봇청소기의 출발지점으로 새로 선정한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 주행경로를 예시한 도면을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 청소공간을 구획하는 하나의 벽면에 출발지점(A1)을 선정하고, 선정된 출발지점에서 벽면을 따라 소정 거리(m1)를 주행한다.

소정 거리(m1) 주행 후, 벽면에서 멀어지는 방향으로 소정 거리(n1)만큼 주행하는데, 주행 시, 외부 충전장치에서 발생된 복귀신호가 감지되지 않을 경우 180도 회전하여 벽면으로 다시 소정 거리 (n1)만큼 주행한 후, 90도 회전하여 벽면을 따라 주행한다.

주행 시, 장애물이 있는지 검출하고, 검출된 장애물이 모서리일 경우, 로봇청소기의 출발지점(A2)를 새로 선정하여 그 출발지점(A2)에서 벽면을 따라 소정 거리(m2) 주행한다.

벽면을 따라 소정 거리(m2) 주행 시, 복귀신호가 감지되지 않을 경우, 90도 회전하여 소정 거리(n2)만큼 주행하는데, 이때에도 복귀신호가 감지되지 않으면 180도 회전하여 벽면으로 다시 이동한 후, 벽면을 따라 소정 거리 주행한다.

만약, 벽면을 따라 소정 거리 이동하기 전에 장애물(P)이 검출된 경우, 장애물(P)을 통과한 지점(A3)을 로봇청소기의 출발지점으로 새로 선정한다.

예를 들어, 출발지점이 0인 지점일 경우, 벽면을 따라 주행하기 위한 소정 거리인 10m의 주행을 완료하기 전에 장애물이 5m인 지점에서 검출된 경우, 장애물(P)을 통과한 지점(A3)인 6m 지점을 로봇청소기의 새로운 출발지점(A3)으로 선정한 후, 다시 벽면을 따라 소정 거리(m3)인 10m를 주행하고, 주행 시, 복귀신호가 감지되지 않으면 16m인 지점에서 로봇청소기를 회전시켜 벽면에 멀어지는 방향으로 소정 거리(n3) 이동한다.

여기서, 벽면을 따라 이동하는 소정 거리인 m1, m2, m3 및 m4는 모두 동일하게 설정되며, 벽면에 멀어지는 방향으로 이동하는 소정 거리인 n1, n2, n3 및 n4 또한 모두 동일하게 설정된다. 이때, 소정 거리는 청소공간의 가로 및 세로의 길이보다 각각 작게 설정되며, 이러한 소정 거리는 로봇청소기의 구조 및 특성에 따라 다르게 설정되어 저장부(30)에 저장되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 제어과정을 설명하기 위한 제어흐름도로서, 도 4를 참조하면, 제어부(22)는 로봇청소기가 복귀조건인지 판단한다(400).

복귀조건일 경우, 저장부(30)에 미리 설정된 주행경로로 주행하면서 청소공간의 크기를 측정(401)한다.

여기서, 미리 설정된 주행경로는 4자 형상, 다이아몬드 형상 등 다양한 형상으로 구성되는데, 일반적으로 2개 이상의 장애물(벽면)으로 순차적으로 이동하는 경로를 말한다. 일예로 하나의 장애물(벽면)로 이동하고 그 장애물(벽면)에 도착하면 소정 각도 회전하여 다른 장애물(벽면)으로 이동하는 경로를 말한다.

이와 같이 미리 설정된 주행경로로 주행하면서 주행거리 측정부(14)와 주행방향 검출부(16)를 사용하여 주행거리 및 주행방향에 대한 주행정보를 검출하고, 검출된 주행정보를 이용하여 청소공간의 크기를 측정하는데, 주행 시, 외부 충전장치에서 발생된 복귀신호가 감지되는지 판단(402)하고, 복귀신호가 감지되지 않을 경우, 청소공간의 크기를 기초하여 벽면으로부터 이격되는 소정 간격을 설정한다(403).

상기와 같이 소정 간격을 설정한 후, 벽면으로부터 소정 간격 이격하여 벽면을 따라 주행하면서 청소공간을 벗어난다(404).

즉, 제어부(22)는 복귀신호가 감지되지 않을 경우에는 로봇청소기를 소정 간격 이격시켜 벽면을 따라 주행하게 함으로써 로봇청소기가 다른 청소공간으로 빠르게 이동할 수 있도록 한다.

402단계에서 복귀신호가 감지될 경우, 외부 충전장치로 복귀한다(405).

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 주행경로를 예시한 도면으로서, 도 5a를 참조하면, 로봇청소기가 복귀조건일 경우, 출발지점(A1)에서 미리 설정된 주행경로(P1)로 주행하는데, 우선, 벽면(Q1)으로 주행한 후, 소정 각도 회전하여 장애물(P)로 다시 주행한다. 이와 같이 벽면(Q1)과 장애 물(P)로 주행하여 주행정보를 측정하며 측정된 주행정보들을 이용하여 청소공간의 크기(S1)를 측정할 수 있다.

다음으로, 다시 출발지점(A1)으로 주행한 후, 측정된 청소공간의 크기를 이용하여 소정 간격을 설정하고, 벽면으로부터 로봇청소기를 소정 간격 이격하여 벽면을 따라 주행하면서 청소공간을 벗어나도록 제어한다.

도 5b를 참조하면, 출발지점(A1)에서 미리 설정된 주행경로(P2)로 주행하는데, 우선, 벽면(Q1)으로 주행하고, 다시, 장애물(P)로 주행한 후, 다른 벽면(Q3)을 향해서 주행한다.

이러한 주행정보를 이용하여 청소공간의 크기(S2)를 측정한다.

그런 후, 출발지점(A1)으로 주행한 후, 측정된 청소공간의 크기를 이용하여 소정 간격을 설정하고, 벽면으로부터 로봇청소기를 소정 간격 이격하여 벽면을 따라 주행하면서 청소공간을 벗어나도록 한다.

이와 같이, 복귀신호가 감지되지 않을 경우에는 로봇청소기를 다른 청소공간으로 빠르게 이동시키고 그 청소공간에서 미리 설정된 주행경로로 주행할 수 있도록 제어함으로써 로봇청소기가 외부 충전장치로 빨리 복귀할 수 있도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 제어과정을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 주행경로를 예시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 제어과정을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 주행경로를 예시한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10...입력부 12...장애물 검출부

14...주행거리 검출부 16...주행방향 검출부

18...충전량 검출부 20...송수신부

22...제어부 24...구동부

25, 26...바퀴 28...흡진부

30...저장부

Claims (8)

1. 청소 공간의 벽면을 따라 제 1 주행을 수행하고;

   상기 벽면으로부터 멀어졌다가 다시 상기 벽면으로 가까워지는 제 2 주행을 수행하며;

   외부 충전 장치에서 로봇 청소기를 유도하기 위해 발생하는 신호를 상기 로봇 청소기가 감지할 때까지 상기 제 1 주행 및 상기 제 2 주행을 반복 수행하되,

   상기 제 1 주행 및 상기 제 2 주행을 수행하는 동안 상기 신호가 감지되면 상기 신호를 따라 상기 충전 장치로 복귀하는 로봇청소기의 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 주행 및 상기 제 2 주행을 수행하는 동안 장애물이 있는가를 검출하고,

   상기 장애물이 검출된 경우, 검출된 장애물이 벽면의 모서리인가를 판단하고,

   상기 검출된 장애물이 벽면의 모서리인 경우, 로봇청소기의 출발지점을 새로 선정하는 로봇청소기의 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 주행을 완료하기 전에 상기 장애물이 검출된 경우, 상기 장애물을 통과한 지점을 상기 로봇청소기의 출발지점으로 새로 선정하는 로봇청소기의 제어방법.
4. 로봇 청소기가 외부 충전 장치로 복귀하기 위해 상기 로봇 청소기가 미리 설정된 주행 모드에 따라 주행함에 있어서,

   상기 미리 설정된 주행 모드는, 제 1 청소 영역의 제 1 벽면으로 이동하고, 소정 각도 회전하여 상기 제 1 청소 영역의 제 2 벽면으로 이동하는 것을 포함하며,

   상기 미리 설정된 주행 모드로 주행하는 동안 상기 외부 충전 장치에서 상기 로봇 청소기를 유도하기 위해 발생하는 신호를 상기 로봇 청소기가 감지하면, 상기 로봇 청소기가 상기 신호를 따라 상기 외부 충전 장치로 복귀하도록 상기 로봇 청소기를 제어하는 로봇청소기의 제어방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 미리 설정된 주행 모드는, 상기 제 1 벽면과 상기 제 2 벽면을 포함하는 적어도 4개의 벽면을 인식하기 위해 이동하는 것인 로봇청소기의 제어방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 적어도 4개의 벽면을 인식한 다음 상기 벽면을 따라 주행하면서 상기 로봇 청소기를 상기 제 1 청소 영역에서 제 2 청소 영역으로 이동시키는 로봇 청소기의 제어 방법.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 미리 설정된 주행 모드로 주행하는 동안 발생하는 상기 로봇 청소기의 주행 거리 및 주행 방향을 포함하는 주행정보를 검출하고,

   상기 주행정보들을 이용하여 상기 청소공간의 바닥 면의 면적을 측정하는 로봇청소기의 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 측정된 청소 공간의 크기에 기초하여 상기 벽면으로부터 이격되는 소정 간격을 설정하고, 상기 소정 간격만큼 상기 벽면으로부터 이격되어 상기 벽면을 따라 주행하면서 상기 제 1 청소 영역에서 상기 제 2 청소 영역으로 이동하는 로봇청소기의 제어방법.

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