KR101324166B1 - 로봇 청소기 및 이의 자가 진단 방법 - Google Patents

Abstract

로봇 청소기 및 이의 자가 진단 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 스스로 자가 진단을 수행하도록 함으로써 로봇 청소기의 오작동, 고장을 미리 방지한다. 또, 본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 본체에 구비된 동작 감지 유닛의 감지 신호를 이용하여 동작 감지 유닛의 상태를 진단한다. 이렇게 함으로써, 본 발명의 실시 예들은 로봇 청소기의 작동에 따라 향후에 발생할 수 있는 사고나 오류를 미리 예방한다.

Description

로봇 청소기 및 이의 자가 진단 방법{ROBOT CLEANER AND SELF TESTING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 자가 진단이 가능한 로봇 청소기 및 로봇 청소기의 자가 진단 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.

상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 전자기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다.

한편, 로봇 청소기를 제어하기 위한 방식으로는 사용자 인터페이스인 리모콘을 이용하는 방식, 로봇 청소기 본체에 구비된 버튼을 이용하는 방식 등이 있다.

근래에는 상기 로봇 청소기를 이용한 응용 기술이 개발되고 있다. 예를 들어,네트워킹 기능을 가진 로봇 청소기의 개발이 진행되어, 원격지에서 청소 명령을 내릴 수 있도록 하거나 집안 상황을 모니터링할 수 있도록 하는 기능이 구현되고 있다. 또, 카메라나 각종 센서들을 이용하여 자기 위치인식 및 지도작성 기능을 가진 로봇 청소기들이 개발되고 있다.

본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 스스로 자가 진단을 수행할 수 있는 로봇 청소기 및 로봇 청소기의 자가 진단 방법을 제공함에 일 목적이 있다.

본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 본체에 구비된 동작 감지 유닛의 감지 신호를 이용하여 동작 감지 유닛의 상태를 진단하는 로봇 청소기 및 로봇 청소기의 자가 진단 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 외관을 형성하는 본체와, 주바퀴를 회전시키는 휠 모터를 구비하고, 상기 휠 모터를 구동하여 상기 본체를 이동하는 구동 유닛과, 상기 본체의 이동에 따라 변화하는 로봇 청소기의 동작을 감지하고, 감지 정보를 출력하는 동작 감지 유닛과, 상기 감지 정보를 이용하여 상기 동작 감지 유닛의 상태를 진단하는 제어 유닛과, 상기 동작 감지 유닛의 진단 결과를 출력하는 출력 유닛을 포함하여 구성된다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받는 입력 유닛을 더 포함한다. 여기서, 상기 제어 유닛은, 상기 실행 명령에 따라 상기 자가 진단 모드를 실행하여 상기 동작 감지 유닛의 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 상기 자가 진단 모드에 따른 진단 알고리즘이 미리 설정된 저장 유닛을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 미리 설정된 진단 알고리즘에 따라 상기 자가 진단 모드를 실행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 자가 진단 방법은, 복수의 운전 모드 중 자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받는 단계와, 상기 실행 명령을 수신하면, 상기 자가 진단 모드에 따라 상기 동작 감지 유닛을 구동하는 단계와, 상기 동작 감지 유닛으로부터 출력된 상기 감지 정보를 이용하여 상기 동작 감지 유닛의 상태를 진단하는 단계와, 상기 자가 진단 모드의 실행 결과를 출력하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 스스로 자가 진단을 수행함으로써 청소나 주행 시에 오작동으로 인해 발생할 수 있는 문제점을 예방한다.

본 발명의 실시 예들은 로봇 청소기를 구성하는 구성 요소들과 센서들의 상태를 검출하여 스스로 자가 진단을 수행함으로써 시스템의 안정성을 제고한다.

본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 본체에 구비된 동작 감지 유닛의 감지 신호를 이용하여 동작 감지 유닛의 상태를 진단함으로써 동작 감지 유닛의 오류나 고장을 방지하고, 로봇 청소기의 운전 효율을 증대하며, 사용자의 안전성 및 편의성을 향상시킨다.

도 1은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 외관을 보인 사시도;
도 2 및 도 3은 실시 예들에 따른 로봇 청소기의 구성을 보인 블록도;
도 4는 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 전면을 보인 정면도;
도 5는 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 하부를 보인 배면도;
도 6은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 내부를 보인 단면도;
도 7은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 측 단면도;
도 8은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 출력 유닛을 확대하여 보인 도;
도 9a 및 도 9b은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 자가 진단 방법을 개략적으로 보인 흐름도;
도 10은 일 실시 예에 따른 자가 진단 모드의 패턴을 보인 도이다.

도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 외관을 형성하는 본체와, 구동 유닛(600)과, 동작 감지 유닛(110)과, 제어 유닛(200)과, 출력 유닛(400)을 포함하여 구성된다. 구동 유닛(600)은, 주바퀴(610)를 회전시키는 휠 모터를 구비하고, 상기 휠 모터를 구동하여 상기 본체를 이동한다. 동작 감지 유닛(110)은, 상기 본체의 이동에 따라 변화하는 로봇 청소기의 동작을 감지하고, 감지 정보를 출력한다. 제어 유닛(200)은, 상기 감지 정보를 이용하여 상기 동작 감지 유닛의 상태를 진단한다. 출력 유닛(400)은, 상기 동작 감지 유닛의 진단 결과를 출력한다.

제어 유닛(200)은, 상기 자가 진단 모드의 실행 전, 미리 설정된 하나 이상의 실행 조건을 확인하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 자가 진단 모드의 실행 조건은, 먼지통의 장착 상태, 걸레판의 부착 상태, 및 배터리 상태 등이다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받는 입력 유닛(300)을 더 포함한다. 여기서, 제어 유닛(200)은, 상기 실행 명령에 따라 상기 자가 진단 모드를 실행하여 상기 동작 감지 유닛의 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다. 사용자 등은 입력 유닛(300)을 통해 로봇 청소기에 직접 제어 명령을 입력한다. 또, 사용자 등은 입력 유닛을 통해 후술하는 저장 유닛에 저장된 정보들 중 하나 이상의 정보를 출력하도록 하는 명령을 입력할 수 있다. 입력 유닛(300)은 하나 이상의 버튼으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 입력 유닛(300)은, 확인버튼, 설정버튼을 포함할 수 있다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 청소 영역이나 청소 지도를 확인하는 명령을 입력한다. 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 입력한다. 입력 유닛은 상기 정보들을 재설정하는 명령을 입력하는 재설정버튼, 삭제버튼, 청소시작버튼, 정지버튼 등을 구비할 수 있다. 다른 예로, 입력 유닛(300)은 예약 정보를 설정하거나 삭제하기 위한 버튼을 구비할 수 있다. 또, 입력 유닛(300)은 청소 모드를 설정하거나 변경하는 버튼을 더 구비할 수 있다. 또, 입력 유닛(300)은 충전대로 복귀하도록 하는 명령을 입력받는 버튼을 더 구비할 수 있다.

입력 유닛(300)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 하드 키나 소프트 키, 터치패드 등으로 로봇 청소기의 상부에 설치될 수 있다. 또, 입력 유닛(300)은 출력 유닛과 함께 터치 스크린의 형태를 가질 수 있다. 입력 유닛(300)은, 자가 진단 모드의 시작, 종료, 정지, 해제 등의 명령을 입력받는다. 사용자 등은 로봇 청소기에 설치된 버튼들 중 하나를 누르거나, 버튼들을 일정한 형식으로 누르거나, 하나의 버튼을 일정 시간 누름으로써 자가 진단 모드로 진입하도록 하는 명령을 입력할 수 있다. 다른 예로, 사용자 등은 리모컨, 단말기 등을 이용하여 제어 신호를 발생함으로써 자가 진단 모드의 실행 명령을 로봇 청소기에 입력할 수 있다. 이 경우, 로봇 청소기는 제어 신호를 수신하는 센서나 통신 수단을 더 포함한다. 또, 입력 유닛(300)은, 진단 대상, 진단 방식, 진단 순서 등을 설정하거나 입력받을 수 있다.

출력 유닛(400)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 로봇 청소기의 상부에 구비된다. 물론 설치 위치나 설치 형태는 달라질 수 있다. 예를 들어, 출력 유닛(400)은, 도 8에 도시한 바와 같이, 예약 정보, 배터리 상태, 집중 청소, 공간 확장, 지그재그 운전 등의 청소 방식 또는 주행 방식 등을 화면에 표시한다. 출력 유닛(400)은 검출 유닛(100)이 검출한 로봇 청소기 내부의 상태 정보, 예를 들어 로봇 청소기를 구성하는 각 유닛들의 현재 상태와, 현재 청소 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력 유닛(400)은 검출 유닛(100)이 검출한 외부의 검출 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 청소 영역, 청소 지도 등을 화면에 디스플레이할 수 있다. 출력 유닛(400)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

출력 유닛(400)은, 자가 진단 모드의 실행 결과를 소리로 출력하는 소리 출력 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 유닛(400)은 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다. 소리 출력 수단은 비퍼(beeper), 스피커 등의 소리를 출력하는 수단을 포함한다. 출력 유닛(400)은 후술하는 저장 유닛에 저장된 오디오 정보들을 이용하여 진단 결과를 외부에 출력할 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 상기 자가 진단 모드에 따른 진단 알고리즘이 미리 설정된 저장 유닛(500)을 더 포함하여 구성된다. 저장 유닛(500)은 진단 대상, 진단 방식 등에 따라 각각 진단 알고리즘을 저장하거나, 또는 전체 진단 알고리즘을 미리 저장할 수 있다. 저장 유닛(500)은 로봇 청소기의 상태, 진단 결과를 외부에 전파하기 위한 오디오 정보를 저장할 수 있다. 즉, 저장 유닛(500)은 로봇 청소기의 상태, 자가 진단 모드의 수행 결과 등을 메시지 데이터나 음향 데이터의 형태로 패턴화하여 미리 저장한다. 상기 출력 유닛(400)은 신호처리부를 구비하여 저장 유닛에 저장된 오디오 정보를 신호 처리하여 소리 출력 수단을 통해 외부로 출력한다.

저장 유닛(500)은 로봇 청소기를 제어(구동)하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 저장 유닛(500)은 오디오 정보 이외에 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 청소 영역, 청소 지도 등을 더 저장할 수 있다. 또, 저장 유닛(500)은 청소 방식, 주행 방식을 저장할 수 있다. 상기 저장 유닛(500)은 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 저장 장치이다. 비휘발성 메모리는 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등을 포함한다.

도 2를 참조하면, 동작 감지 유닛(110)은, 자이로 센서(111), 휠 센서(112), 가속도 센서(113) 중 하나 이상의 센서를 포함하여 로봇 청소기의 동작을 검출한다.

자이로 센서(Gyro Sensor, 111)는, 로봇 청소기가 운전 모드에 따라 움직일 때 회전 방향을 감지하고 회전각을 검출한다. 자이로 센서(111)는, 로봇 청소기의 각속도를 검출하여 각속도에 비례하는 전압 값을 출력한다. 제어 유닛(200)은, 자이로 센서로부터 출력되는 전압 값을 이용하여 회전 방향 및 회전각을 산출한다.

휠 센서(Wheel Sensor, 112)는, 좌, 우측의 주바퀴(610)에 연결되어 주바퀴의 회전수를 감지한다. 여기서, 휠 센서는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)일 수 있다. 로터리 엔코더는 로봇 청소기가 주행 모드나 청소 모드에 따라 움직일 때, 좌측과 우측의 주바퀴의 회전수를 감지하여 출력한다. 제어 유닛은 회전수를 이용하여 좌, 우측 바퀴의 회전 속도를 연산할 수 있다. 자가 진단 모드 시에, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기가 미리 설정한 지령 속도로 움직이도록 한 다음, 휠 센서의 출력 값을 이용하여 연산한 속도와 지령 속도를 비교한다. 제어 유닛은 비교 결과를 이용하여 주바퀴의 이상을 진단한다. 또, 좌, 우측 바퀴의 회전수 차이나 회전 속도의 차이를 이용하여 이상을 진단할 수 있다. 출력 유닛(400)은, 주바퀴에 이상이 있는 경우, "왼쪽 바퀴의 이물질을 확인해 주십시오" "오른쪽 바퀴의 이물질을 확인해 주십시오"등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

제어 유닛(200)은, 좌, 우측 바퀴의 회전수 차이를 이용하여 회전각을 연산할 수 있다. 또, 제어 유닛은, 휠 센서(112)의 출력 값을 이용하여 연산한 회전각과 자이로 센서(111)의 출력 회전각을 비교하고, 비교 결과를 이용하여 자이로 센서를 진단한다. 자가 진단 모드 시에, 제어 유닛은 진단 알고리즘에 따라 충전대나 기준 위치를 중심으로 좌, 우 방향으로 180도로 로봇 청소기를 회전시킨다. 그런 다음, 휠 센서와 자이로 센서를 통해 회전각을 연산하거나 검출하여 서로 비교한다. 예를 들어, 회전각들의 차이가 일정 각, 예를 들어 30도, 이상이면, 제어 유닛은 자이로 센서 이상으로 진단한다. 출력 유닛(400)은, 자이로 센서에 이상이 있는 경우, "자이로 센서에 문제가 발견되었습니다", "본체 하부의 주 전원 스위치를 껐다 켠 후 다시 한번 진단 모드를 실행해 주십시오" "문제가 반복될 경우 서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

가속도 센서(Acceleration Sensor, 113)는, 로봇 청소기의 속도 변화, 예를 들어, 출발, 정지, 방향 전환, 물체와의 충돌 등에 따른 이동 속도의 변화를 감지한다. 가속도 센서는 주 바퀴나 보조바퀴의 인접 위치에 부착되어, 바퀴의 미끄러짐이나 공회전을 검출할 수 있다. 이때, 가속도 센서를 통해 검출한 가속도를 이용하여 속도를 연산하고, 지령 속도와 비교를 통해 로봇 청소기의 위치를 확인하거나 보정할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예들에 있어서, 가속도 센서는 제어 유닛(200)에 내장되어 청소 모드, 주행 모드 시에 발생하는 로봇 청소기 자체의 속도 변화를 감지한다. 즉, 가속도 센서는 속도 변화에 따른 충격량을 검출하여 이에 대응하는 전압 값을 출력한다. 따라서, 가속도 센서는 전자식 범퍼의 기능을 수행할 수 있다.

가속도 센서(113)는 로봇 청소기가 움직이는 동안 연속하여 바닥을 감지한다. 자가 진단 모드가 실행되면, 제어 유닛(200)은 가속도 센서의 출력 값과 미리 설정된 기준 값을 비교하여 비교 결과를 이용하여 가속도 센서를 진단한다. 자가 진단 모드 시에, 제어 유닛(200)은 진단 알고리즘에 따라 로봇 청소기가 일정 패턴으로 움직이도록 하고, 가속도 센서가 기준 값 이상의 출력 값을 출력하면 가속도 센서 이상으로 진단한다. 출력 유닛(400)은, 가속도 센서에 이상이 있는 경우, "가속도 센서에 문제가 발견되었습니다", "본체 하부의 주 전원 스위치를 껐다 켠 후 다시 한번 진단 모드를 실행해 주십시오" "문제가 반복될 경우 서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 주변의 물체를 감지하는 물체 감지 유닛을 더 포함한다. 물체 감지 유닛은, 외부 신호 센서, 전방 센서, 장애물 센서, 낭떠러지 센서, 하부 카메라 센서, 상부 카메라 센서 중 하나 이상의 센서를 포함한다.

로봇 청소기는 외부 신호를 감지하는 외부 신호 센서를 포함한다. 외부 신호 센서는, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor) 등일 수 있다. 로봇 청소기는 외부 신호 센서를 이용하여 충전대가 발생하는 안내 신호를 수신하여 충전대의 위치 및 방향을 확인한다. 충전대는 로봇 청소기가 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신한다. 로봇 청소기는 충전대로부터 발신되는 신호를 수신하여 현재의 위치를 판단하고 이동 방향을 설정하여 충전대로 복귀한다. 또, 로봇 청소기는 외부 신호 센서를 이용하여 리모컨, 단말기 등의 원격 제어 장치가 발생하는 신호를 감지한다. 외부 신호 센서는 로봇 청소기의 내부나 외부의 일 측에 구비된다. 본 발명의 실시 예들에 있어서, 외부 신호 센서로 적외선 센서를 예로 들어 설명한다. 상기 적외선 센서(121)는, 로봇 청소기 내부, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 출력 유닛의 하부 또는 상부 카메라 센서의 주변에 설치될 수 있다.

자가 진단 모드가 실행되면, 제어 유닛(200)은 적외선 센서의 출력 값과 미리 설정된 기준 값을 비교하고, 비교 결과를 이용하여 적외선 센서를 진단한다. 자가 진단 모드 시에, 제어 유닛(200)은 진단 알고리즘에 따라 로봇 청소기가 일정 패턴으로 움직이도록 하고, 일정 거리 내에서 적외선 센서가 충전대 등의 외부 장치로부터 신호를 수신하지 못하면 적외선 센서 이상으로 진단한다. 여기서, 상기 기준 값은 0을 포함한 일정 회수일 수 있다. 출력 유닛(400)은, 적외선 센서에 이상이 있는 경우, "적외선 센서에 문제가 있어 충전을 시도하지 않습니다", "본체 하부의 주 전원 스위치를 껐다 켠 후 다시 한번 진단 모드를 실행해 주십시오", "문제가 반복될 경우 서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 적외선 센서에 이상이 있는 경우, 충전대를 찾지 못하므로, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기를 현재 위치에 정지시킨 다음, 출력 유닛이 사용자 등에게 현 상태를 알리도록 한다.

전방 센서(122)는, 로봇 청소기의 전방, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 외주면에 일정 간격으로 설치된다. 전방 센서는 로봇 청소기의 이동 방향에 존재하는 물체, 특히 장애물을 감지하여 검출 정보를 제어 유닛에 전달한다. 즉, 전방 센서는, 로봇 청소기의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어 유닛에 전달한다. 전방 센서는, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있다. 로봇 청소기는 전방 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 있어서, 상기 전방 센서로 초음파 센서를 예로 들어 설명한다.

초음파 센서는 일반적으로 원거리의 장애물을 감지하는 데에 주로 사용된다. 초음파 센서는 발신부와 수신부를 구비한다. 제어 유닛(200)은, 발신부를 통해 방사된 초음파가 장애물 등에 의해 반사되어 수신부에 수신되는 지의 여부로 장애물의 존부를 판단하고, 수신 시간을 이용하여 장애물과의 거리를 산출한다. 도 4 또는 도 6을 참조하면, 5개의 초음파 센서(122)가 로봇 청소기의 전방 외주면을 따라 설치되어 있다. 도 6을 참조하면, 로봇 청소기는 초음파 센서의 발신부(122a)와 수신부(122b)를 교대로 구비한다. 즉, 발신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서가 교대로 로봇 청소기의 전면에 설치되어 있다. 도 4 또는 도 6을 참조하면, 발신부(122a)는 본체의 전면 중앙으로부터 좌, 우측에 이격되도록 배치된다. 수신부(122b)의 사이에 하나 또는 둘 이상의 발신부(122a)가 배치되어 장애물 등으로부터 반사된 신호의 수신 영역을 형성한다. 이와 같은 배치로 센서의 수를 줄이면서 수신 영역을 확장할 수 있다. 초음파의 발신 각도는 크로스토크(crosstalk) 현상을 방지하도록 서로 다른 신호에 영향을 미치지 아니하는 범위의 각을 유지한다. 수신부들(122b)의 수신 감도는 서로 다르게 설정될 수 있다. 또, 초음파 센서에서 발신되는 초음파가 상향으로 출력되도록 초음파 센서는 일정 각도만큼 상향으로 설치될 수 있다. 또, 초음파 센서는 초음파가 하향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 차단 부재를 더 포함할 수 있다.

초음파 센서는 장애물의 유무, 장애물과의 거리에 따라 다른 출력 값을 제어 유닛에 전달한다. 출력 값의 범위는 초음파 센서의 감지 범위에 따라 다르게 설정될 수 있다. 자가 진단 모드가 실행되면, 제어 유닛(200)은 초음파 센서의 출력 값과 미리 설정된 기준 값을 비교하고, 비교 결과를 이용하여 초음파 센서를 진단한다. 자가 진단 모드 시에, 로봇 청소기의 주변에는 충전대 외에 다른 물체가 존재하지 아니하므로, 장애물이 없다고 감지하여야 한다. 제어 유닛(200)은 진단 알고리즘에 따라 로봇 청소기가 일정 패턴으로 움직이도록 하고, 초음파 센서가 장애물이 존재하는 것처럼 기준 값 이상의 출력 값을 출력하면 초음파 센서 이상으로 진단한다. 예를 들어, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기가 충전대와 일정 간격을 이룬 상태에서의 출력 값, 180도 회전한 후의 출력 값, 일정 거리를 직진으로 이동하도록 한 후의 출력 값 등을 이용하여 초음파 센서의 이상을 진단할 수 있다. 출력 유닛(400)은, 초음파 센서에 이상이 있는 경우, "초음파 센서에 문제가 있어 충전을 시도하지 않습니다", "본체 하부의 주 전원 스위치를 껐다 켠 후 다시 한번 진단 모드를 실행해 주십시오", "문제가 반복될 경우 서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 초음파 센서에 이상이 있는 경우, 로봇 청소기는 전방에 있을 수 있는 충전대를 감지하지 못하게 되어 충전대와의 충돌 우려가 있다. 따라서, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기를 충전대로 이동시키지 아니하고 현재 위치에 정지시킨 다음, 출력 유닛이 사용자 등에게 현 상태를 알리도록 한다.

장애물 센서(123)는, 도 4 또는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 전방 센서와 함께 로봇 청소기의 외주면에 설치된다. 또, 장애물 센서는 외주면을 따라 설치되지 않고, 로봇 청소기 본체의 외측으로 돌출되는 면을 갖게 형성될 수 있다. 장애물 센서는, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Device) 센서 등일 수 있고, 전방이나 측면에 존재하는 장애물을 감지하여 장애물 정보를 제어 유닛에 전달한다. 즉, 장애물 센서는, 로봇 청소기의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어 유닛에 전달한다. 또, 전방 센서나 장애물 센서를 이용하여, 로봇 청소기는 벽면과의 거리를 일정하게 유지하면서 이동할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 있어서, 상기 전방 센서로 PSD 센서를 예로 들어 설명한다.

PSD 센서는 반도체 표면저항을 이용해서 1개의 p-n접합으로 입사광의 단장거리 위치를 검출한다. PSD 센서에는 일축방향만의 광을 검출하는 1차원 PSD 센서와, 평면상의 광위치를 검출할 수 있는 2차원 PSD 센서가 있으며, 모두 pin 포토다이오드 구조를 갖는다. PSD 센서는 적외선 센서의 일종으로서, 적외선을 장애물에 발광하여 장애물을 감지하고, 반사되어 돌아오는 시간을 이용하여 거리를 측정한다. PSD 센서(123)는 장애물에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 구비하고, 일반적으로 모듈 형태로 구성된다. PSD 센서는 장애물의 반사율, 색의 차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있고, 삼각측량방식을 이용한다.

PSD 센서는 초음파 센서와 마찬가지로 장애물의 유무, 장애물과의 거리에 따라 다른 출력 값을 제어 유닛에 전달한다. 출력 값의 범위는 PSD 센서의 감지 범위에 따라 다르게 설정될 수 있다. 자가 진단 모드가 실행되면, 제어 유닛(200)은 PSD 센서의 출력 값과 미리 설정된 기준 값을 비교하고, 비교 결과를 이용하여 PSD 센서를 진단한다. 자가 진단 모드 시에, 로봇 청소기의 주변에는 충전대 외에 다른 물체가 존재하지 아니하므로, 장애물이 없다고 감지하여야 한다. 제어 유닛(200)은 진단 알고리즘에 따라 로봇 청소기가 일정 패턴으로 움직이도록 하고, PSD 센서가 기준 값 이상의 출력 값을 출력하면 PSD 센서 이상으로 진단한다. 예를 들어, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기가 충전대의 반대 방향으로 일정 거리를 직진으로 이동하도록 하고, 출력 값과 기준 값을 비교하여 PSD 센서의 이상을 진단할 수 있다. 출력 유닛(400)은, PSD 센서에 이상이 있는 경우, "좌, 우측의 장애물 센서 창을 닦아 주십시오" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

낭떠러지 센서는, 다른 말로 클리프 센서(Cliff Sensor)라고도 한다. 낭떠러지 센서는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하는데, 본 실시 예에서는 적외선 센서를 예로 들어 설명한다. 이 경우, 낭떠러지 센서(124)는 상기 PSD 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서 모듈의 형태를 가질 수 있다. 낭떠러지 센서(124)는 기준 거리와 감지 범위를 가질 수 있다. 낭떠러지 센서(124)는 바닥면의 반사율, 색의 차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있고, 삼각측량방식을 이용한다. 도 5를 참조하면, 낭떠러지 센서(124)는 로봇 청소기의 하면에 존재하는 일정 깊이의 홈 내에 구비된다. 낭떠러지 센서는 로봇 청소기의 종류에 따라 다른 위치에 설치될 수 있다.

도 5를 참조하면, 낭떠러지 센서가 로봇 청소기의 전방에 하나가 설치되고, 상대적으로 뒤쪽에 두 개의 센서가 설치되어 있다. 도 5의 형태는 예를 들어 하기와 같이 이용될 수 있다. 편의상 가장 앞쪽에 설치된 낭떠러지 센서를 제1 센서(124a), 뒤쪽에 설치된 센서를 제2 센서(124b, 124c)라 한다. 제1 센서와 제2 센서는 일반적으로 모두 동일한 종류의 센서, 예를 들어 적외선 센서,로 구성되나, 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수 있다. 제어 유닛(200)은 제1 센서가 지면을 향해 적외선을 발광하고 수신되는 반사신호의 수신시간을 이용하여 낭떠러지를 감지하고, 깊이를 분석할 수 있다. 또, 제어 유닛(200)은 제2 센서를 이용하여 제1 센서가 감지한 낭떠러지의 지면 상태를 알 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(200)은 제1 센서를 통해 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지 깊이를 판단한 다음, 제2 센서를 통해 반사 신호를 감지한 경우에만 낭떠러지를 통과하도록 한다. 다른 예로, 제어 유닛(200)은 제1 센서 및 제2 센서의 감지 결과의 조합으로 로봇 청소기의 들림 현상을 판단할 수도 있다.

낭떠러지 센서는 로봇 청소기가 움직이는 동안 연속하여 바닥을 감지한다. 자가 진단 모드가 실행되면, 제어 유닛(200)은 낭떠러지 센서의 출력 값과 미리 설정된 기준 값을 비교하고, 비교 결과를 이용하여 낭떠러지 센서를 진단한다. 자가 진단 모드 시에, 제어 유닛(200)은 진단 알고리즘에 따라 로봇 청소기가 일정 패턴으로 움직이도록 하고, 낭떠러지 센서가 기준 값 이상의 출력 값을 출력하면 낭떠러지 센서 이상으로 진단한다. 예를 들어, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기가 일정 거리를 직진으로 이동하도록 한 다음, 낭떠러지 센서의 출력 값이 기준 값 이상이면 이상으로 진단한다. 출력 유닛(400)은, 낭떠러지 센서에 이상이 있는 경우, "전면 바닥에 있는 낭떠러지 센서에 이상이 있습니다", "낭떠러지 센서에 문제가 있어 충전을 시도하지 않습니다", "센서를 닦아 주십시오" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 낭떠러지 센서에 이상이 있는 경우, 로봇 청소기는 전방에 있을 수 있는 낭떠러지를 감지하지 못하게 되어 자체 파손의 우려가 있다. 따라서, 제어 유닛(200)은 로봇 청소기를 충전대로 이동시키지 아니하고 현재 위치에 정지시킨 다음, 출력 유닛이 사용자 등에게 현 상태를 알리도록 한다.

하부 카메라 센서(125)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 로봇 청소기의 배면에 구비되어, 이동 중 하방, 즉 바닥면, 피청소면을 촬영한다. 하부 카메라 센서는, 다른 말로 옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)라 한다. 하부 카메라 센서는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 저장 유닛(500)에 저장된다. 하부 카메라 센서는, 렌즈와 상기 렌즈를 조절하는 렌즈 조절부를 더 구비할 수 있다. 상기 렌즈로는 초점거리가 짧고 심도가 깊은 팬포커스형 렌즈를 사용하는 것이 좋다. 상기 렌즈 조절부는 전후 이동되도록 하는 소정 모터와 이동수단을 구비하여 상기 렌즈를 조절한다. 또한, 하나 이상의 광원이 이미지 센서에 인접하여 설치될 수 있다. 하나 이상의 광원은, 이미지 센서에 의해 촬영되는 바닥면의 영역에 빛을 조사한다. 즉, 로봇 청소기가 바닥면을 따라 청소 영역을 이동하는 경우에, 바닥면이 평탄하면 이미지 센서와 바닥면 사이에는 일정한 거리가 유지된다. 반면, 로봇 청소기가 불균일한 표면의 바닥면을 이동하는 경우에는 바닥면의 요철 및 장애물에 의해 일정 거리 이상 멀어지게 된다. 이때 하나 이상의 광원은 조사되는 빛의 양을 조절하도록 형성될 수 있다. 상기 광원은 광량 조절이 가능한 발광 소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 또는 레이저로 형성된다.

하부 카메라 센서는, 로봇 청소기의 미끄러짐과 무관하게 로봇 청소기의 위치를 검출할 수 있다. 제어 유닛(200)은 하부 카메라 센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이에 따라 로봇 청소기의 위치를 산출한다. 하부 카메라 센서를 이용하여 로봇 청소기의 하방을 관찰하도록 함으로써, 제어 유닛은 다른 수단에 의해 산출한 위치에 대하여 미끄러짐에 강인한 보정이 가능하다.

하부 카메라 센서는 이동 중에 항상 바닥면을 촬영하므로, 일정 값 이상을 제어 유닛에 출력한다. 자가 진단 모드가 실행되면, 제어 유닛(200)은 하부 카메라 센서의 출력 값이 미리 설정된 기준 값(예, 0을 포함한 임의의 값) 이상인지 여부로 하부 카메라 센서를 진단한다. 제어 유닛(200)은, 예를 들어, 진단 알고리즘에 따라 충전대의 반대 방향으로 일정 거리를 직진으로 이동하도록 하고, 하부 카메라 센서가 기준 값 이하로 출력하거나 범위 외의 값을 출력하면 하부 카메라 센서 이상으로 진단한다. 출력 유닛(400)은, 하부 카메라 센서에 이상이 있는 경우, "우측 바닥의 하부 카메라 센서 창을 닦아 주십시오" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

도 1 또는 도 8을 참조하면, 로봇 청소기는 상방이나 전방을 향하도록 설치되어 로봇 청소기 주변을 촬영하는 상부 카메라 센서(126)를 더 포함한다. 로봇 청소기가 복수의 상부 카메라 센서들을 구비하는 경우, 카메라 센서들은 일정 거리 또는 일정 각도로 로봇 청소기의 상부나 옆면에 형성될 수 있다. 상부 카메라 센서(126)는, 카메라에 연결되어 피사체의 초점을 맞추는 렌즈와, 카메라를 조절하는 조절부와, 상기 렌즈를 조절하는 렌즈 조절부를 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 소정의 위치에서도 주변의 모든 영역, 예를 들어 천장의 모든 영역이 촬영될 수 있도록 화각이 넓은 렌즈를 사용한다. 예를 들어 화각이 일정 각, 예를 들어 160도, 이상인 렌즈를 포함한다. 제어 유닛(200)은 상부 카메라 센서로부터 신호 또는 데이터를 수신함으로써 상태를 진단할 수 있다. 즉, 제어 유닛(200)은 상부 카메라 센서의 촬영 여부나, 상부 카메라 센서가 촬영한 영상 데이터를 이용하여 상부 카메라 센서의 상태를 진단할 수 있다.

제어 유닛(200)은 상부 카메라 센서가 촬영한 영상 데이터로부터 특징점을 추출하고, 특징점을 이용하여 로봇 청소기의 위치를 인식할 수 있고, 청소 영역에 대한 청소 지도를 작성할 수 있다. 제어 유닛(200)은 자이로 센서(111)를 통해 감지한 회전각 및 회전 방향, 휠 센서(112)를 통해 감지한 이동 거리, 회전수, 회전 방향을 이용하여 로봇 청소기의 상대 위치를 연산할 수 있다. 또, 제어 유닛(200)은 상기 하부 카메라 센서(125)를 통해 감지한 하방 영상 데이터를 이용하여 상대 위치를 보정할 수 있다. 제어 유닛(200)은 상부 카메라 센서(126)의 영상 데이터를 이용하여 정밀하게 로봇 청소기의 절대 위치를 인식할 수 있다. 로봇 청소기는, 자이로 센서(111), 휠 센서(112), 하부 카메라 센서(125)를 이용하여 산출한 상대 위치와 상부 카메라 센서(126)을 이용하여 산출한 절대 위치를 이용하여 위치를 더욱 정밀하게 인식하고, 이를 바탕으로 청소를 수행한다. 또, 제어 유닛(200)은 전방 센서나 장애물 센서 등에 의해 검출된 장애물 정보와 상부 카메라 센서에 의해 인식된 위치를 이용하여 청소 지도를 정밀하게 생성할 수 있다.

일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 로봇 청소기를 구성하는 유닛들의 상태를 검출하는 상태 감지 유닛(130)을 더 포함한다. 상태 감지 유닛(130)은, 각 유닛들의 상태를 검출하는 센서들로서, 주바퀴 상태, 휠 드롭 스위치 상태, 흡입 모터의 상태, 회전솔(Agitator) 상태 등을 검출하는 센서를 포함한다. 또, 상기 상태 감지 유닛은, 먼지통 상태, 배터리 상태, 걸레판 상태 등을 검출하는 센서를 포함한다. 제어 유닛(200)은, 상기 자가 진단 모드의 실행 전, 미리 설정된 하나 이상의 실행 조건을 확인한다. 상기 자가 진단 모드의 실행 조건은, 먼지통의 장착 상태, 걸레판의 부착 상태, 및 배터리 상태 중 하나 또는 이들 상태의 조합이다. 또, 제어 유닛(200)은 현재 운전 모드를 확인하고, 예약 청소 등이 설정되어 있는지 여부를 확인한 다음, 자가 진단 모드를 실행한다.

로봇 청소기는, 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 하부 양측에 각각 로봇 청소기가 이동 가능하도록 좌, 우측 주바퀴(610a, 610b)를 구비한다. 주바퀴의 양측면에는 사용자의 파지가 용이하도록 손잡이가 설치될 수 있다. 휠 모터는 각각 주바퀴에 연결되어 주바퀴가 회전하도록 하고, 휠 모터는 서로 독립적으로 작동하며 양방향으로 회전이 가능하다. 또, 로봇 청소기는 배면에 하나 이상의 보조 바퀴를 구비하여 로봇 청소기를 지지하고, 로봇 청소기와 바닥면(피청소면) 사이의 마찰을 최소화하고 로봇 청소기의 이동이 원활하도록 한다.

제어 유닛(200)은, 자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 휠 모터의 상태를 진단한다. 제어 유닛(200)은 전류 검출 수단을 구비하여 휠 모터의 구동 전류를 검출한다. 그런 다음, 제어 유닛(200)은 검출한 구동 전류와 미리 설정된 기준 전류를 비교하고, 비교 결과에 따라 휠 모터의 상태를 진단한다. 전류 검출 수단은 전류 트랜스듀서 등을 이용할 수 있으나, 간단하게 션트 저항을 이용할 수 있다. 출력 유닛(400)은, 주바퀴에 이상이 있는 경우, "왼쪽 바퀴의 이물질을 확인해 주십시오", "오른쪽 바퀴의 이물질을 확인해 주십시오" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

로봇 청소기는, 사용자나 장애물에 의해 들리는 경우, 즉 주바퀴가 바닥면으로부터 들리는 경우에 동작하여 이를 알리는 휠 드롭 스위치(Wheel Drop Switch)를 더 포함한다. 휠 드롭 스위치는 일반적으로 접점 형식의 기계식 스위치이다. 자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 제어 유닛(200)은 휠 드롭 스위치의 상태를 확인한다. 정상 주행 중에는 휠 드롭 스위치가 항상 OFF가 되어 있어야 하므로, 제어 유닛(200)은 자가 진단 모드 실행 후, OFF로 되어 있는 지를 확인한다. 출력 유닛(400)은 휠 드롭 스위치가 ON되어 있으면, "왼쪽(오른쪽) 휠 드롭 스위치에 이상이 있습니다" "본체 하부의 주 전원 스위치를 껐다 켠 후 다시 스마트 진단을 시도해 주십시오" "문제가 반복될 경우 서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 저장 유닛(500)은 상기 메시지를 미리 저장할 수 있다.

도 3을 참조하면, 로봇 청소기는 청소 유닛(800)을 더 포함하여 구성된다. 도 4 내지 도 7을 참조하면, 청소 유닛(800)은, 집진된 먼지가 저장되는 먼지통(840)과, 청소 영역의 먼지를 흡입하는 동력을 제공하는 흡입팬(880)과, 상기 흡입팬을 회전시켜 공기를 흡입하는 흡입 모터(850)로 구성되어, 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입한다. 흡입팬(880)은 공기를 유동시키는 복수의 날개와, 복수의 날개의 상류측 외각에 링 형상으로 형성되어 복수의 날개를 연결하고 흡입팬의 중심축 방향으로 유입된 공기가 중심축에 수직한 방향으로 유동되도록 안내하는 부재를 포함한다.

제어 유닛(200)은, 자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 흡입 모터(850)의 상태를 진단한다. 제어 유닛(200)은 전류 검출 수단을 구비하여 흡입 모터(850)의 구동 전류를 검출한다. 그런 다음, 제어 유닛(200)은 검출한 구동 전류와 미리 설정된 기준 전류를 비교하고, 비교 결과에 따라 흡입 모터(850)의 상태를 진단한다. 전류 검출 수단은 전류 트랜스듀서 등을 이용할 수 있으나, 간단하게 션트 저항을 이용할 수 있다. 출력 유닛(400)은, 흡입 모터에 이상이 있는 경우, "흡입 모터에 문제가 발견되었습니다", "본체 하부의 주 전원 스위치를 재구동한 후 스마트 진단을 다시 시도해 주십시오", "문제가 반복될 경우 서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

청소 유닛(800)은 로봇 청소기 본체의 하부에 회전 가능하게 장착되는 회전솔(810)과, 본체의 수직 방향의 회전축을 중심으로 회전하면서 벽면 등 청소 영역의 모서리나 구석 등을 청소하는 사이드 브러쉬(820)를 더 포함하여 구성된다. 회전솔(810)은 로봇 청소기 본체의 좌우 방향의 축을 중심으로 회전하면서 바닥이나 카페트 등의 먼지를 공기 중으로 부유시킨다. 회전솔(810)의 외주면에는 나선 방향으로 다수개의 블레이드가 구비된다. 나선형의 블레이드 사이에는 브러쉬가 구비될 수 있다. 회전솔(810)과 사이드 브러쉬(820)는 회전하는 축이 서로 다르므로, 로봇 청소기는 일반적으로 회전솔과 사이드 브러쉬를 구동하는 모터를 각각 구비하여야 한다. 다른 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 로봇 청소기는, 회전솔의 양측에 사이드 브러쉬가 배치되고, 회전솔과 사이드 브러쉬 사이에 회전솔의 회전력을 사이드 브러쉬로 전달하는 전동 수단(891)을 구비하여 하나의 브러쉬 모터를 이용하여 회전솔과 사이드 브러쉬를 모두 구동할 수도 있다. 후자의 경우, 전동 수단으로는 웜(Worm)과 웜 기어(Worm Gear)를 사용할 수도 있고, 벨트를 이용할 수도 있다.

제어 유닛(200)은, 자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 브러쉬 모터(890)의 상태를 진단한다. 제어 유닛(200)은 회전솔(810)을 회전하고, 회전솔의 회전속도를 검출한다. 그런 다음, 제어 유닛(200)은 검출한 회전속도와 미리 설정된 기준 속도를 비교하고, 비교 결과에 따라 회전솔의 이상을 진단한다. 기준 속도는, 예를 들어 500 rpm으로 설정될 수 있다. 출력 유닛(400)은, 회전솔에 이상이 있는 경우, "회전솔에 이물질이 끼었는지 확인해 주십시오" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다.

청소 유닛(800)은, 도 6 또는 도 7을 참조하면, 먼지를 응집하는 먼지통(840)과 먼지통이 수용되는 부분을 더 포함한다. 청소 유닛(800)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 대략 직육면체 형상으로 이루어지고, 공기 중의 오물이나 먼지를 걸러내는 필터(841)를 더 포함할 수 있다. 필터(841)는 필요에 따라 제1 필터와 제2 필터로 구분되어 구성될 수 있고, 필터를 형성하는 몸체에도 바이패스 필터가 형성될 수 있다. 제1 필터와 제2 필터는 메쉬 필터(Mesh Filter) 또는 헤파 필터 (HEPA Filter)일 수 있고, 부직포, 종이 필터 중 하나로 형성되거나 둘 이상을 복합적으로 사용할 수 있다.

먼지통의 상태는, 크게 먼지통 내에 먼지 등이 어느 정도인지 포함되어 있는지의 상태와 먼지통이 로봇 청소기에 장착 또는 탈착되어 있는지 상태를 의미한다. 전자의 경우에는 먼지통 내에 압전 센서 등을 삽입하여 감지할 수 있다. 후자의 경우, 다양한 형태로 먼지통의 장착 상태를 감지할 수 있다. 예를 들어, 먼지통 장착 여부를 감지하는 센서로는, 먼지통이 장착되는 홈의 하면에 온/오프되도록 설치되는 마이크로 스위치, 마그네트의 자기장을 이용하는 마그네틱 센서, 자석체의 자기장을 이용하는 자기 센서, 발광부와 수광부를 구비하고 빛을 수광하는 광 센서 등을 이용할 수 있다. 마그네틱 센서나 자기 센서의 경우에는 마그네트나 자석체가 접착되는 부분에 합성고무 재질의 실링 부재를 더 포함할 수 있다.

자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 제어 유닛(200)은, 실행의 전제 조건의 하나로 먼지통이 로봇 청소기 내에 장착되어 있는지 여부를 먼저 확인한다. 출력 유닛(400)은 먼지통이 로봇 청소기에 장착되어 있지 아니하면, "먼지통을 확인해 주세요" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 저장 유닛(500)은 상기 메시지를 미리 저장할 수 있다. 물론, 다른 운전 모드, 청소나 주행 모드 시에도 먼지통이 장착되어 있는지 여부를 먼저 확인한다.

도 3을 참조하면, 로봇 청소기는 전원 유닛(700)을 더 포함한다. 전원 유닛(700)은, 충전 가능한 배터리(710)를 구비하여 로봇 청소기 내로 전원을 공급한다. 전원 유닛(700)은 각 유닛들에 구동 전원과, 로봇 청소기가 이동하거나 청소를 수행하는데 따른 동작 전원을 공급하며, 전원 잔량이 부족하면 충전대로 이동하여 충전 전류를 공급받아 충전된다. 배터리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어 유닛에 전달된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 출력 유닛(400)은 제어 유닛에 의해 상기 배터리 잔량을 화면에 표시할 수 있다. 배터리는 로봇 청소기 중앙의 하부에 위치할 수도 있고, 도 5에 도시한 바와 같이 먼지통이 본체의 최하단에 위치하도록 좌, 우측 중 어느 한쪽에 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 로봇 청소기는 배터리의 무게 편중을 해소하기 위해 균형추를 더 구비할 수 있다.

자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 제어 유닛(200)은, 실행의 전제 조건의 하나로 배터리 잔량 및 상태를 먼저 확인한다. 출력 유닛(400)은 배터리가 기준 값 이하로 충전되어 있으면, "배터리 잔량이 부족합니다", "배터리가 부족하여 진단 모드에 진입할 수 없습니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 저장 유닛(500)은 상기 메시지를 미리 저장할 수 있다.

도 7을 참조하면, 청소 유닛(800)은 로봇 청소기 본체의 하부에 분리 가능하게 장착되는 걸레판(860)을 더 포함한다. 걸레판은 분리 가능하게 장착된 걸레를 포함할 수 있고, 사용자는 걸레만을 분리하여 세탁하거나 교체할 수 있다. 걸레는 걸레판에 다양한 방식으로 장착될 수 있으나, 벨크로(Velcro)라고 하는 부착포를 이용하여 걸레판에 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 걸레판은 로봇 청소기 본체에 자력에 의해서 장착된다. 걸레판에는 제1 자석이 구비되고, 청소기 본체에는 제1 자석에 대응되는 금속 부재나 제2 자석이 구비될 수 있다. 걸레판이 청소기 본체의 바닥에 정위치되면, 제1 자석과 금속 부재 또는 제1 자석과 제2 자석에 의해 걸레판이 로봇 청소기 본체에 고정된다. 로봇 청소기는 걸레판의 장착 여부를 감지하는 센서를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 센서는 자력에 의해 작동되는 리드 스위치이거나, 또는 홀 센서 등일 수 있다. 예를 들어, 리드 스위치는 청소기 본체에 구비되고, 걸레판이 청소기 본체에 결합됨에 따라 작동되어 장착 신호를 제어 유닛에 출력한다.

자가 진단 모드를 실행하도록 하는 명령이 입력되면, 제어 유닛은 장착 신호를 이용하여 걸레판의 부착 여부를 판단한다. 걸레판이 부착되어 있는 경우, 센서들의 출력 값이 달라지므로, 걸레판을 탈착한 후 진단 모드를 실행하도록 한다. 출력 유닛(400)은 걸레판이 로봇 청소기에 부착되어 있으면, "걸레판이 부착되어 있어 진단 모드에 진입할 수 없습니다", "걸레판 제거 후 다시 시도해 주세요" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 저장 유닛(500)은 상기 메시지를 미리 저장할 수 있다. 물론, 다른 운전 모드, 청소나 주행 모드 시에도 걸레판이 부착되어 있는지 여부를 먼저 확인한다.

도 9a 내지 도 10을 참조하여 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 자가 진단 동작을 설명한다.

로봇 청소기는, 복수의 운전 모드 중 자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받으면(S100), 자가 진단 모드의 실행 전에 미리 설정된 하나 이상의 실행 조건을 확인한다(S200). 복수의 운전 모드는, 예를 들어 자가 진단 모드, 충전 모드, 청소 모드, 주행 모드, 대기 모드 등을 구비하고, 청소 모드와 주행 모드는 하나 이상의 방식이나 패턴을 더 포함한다. 자가 진단 모드의 실행 명령은 사용자 등이 상부에 설치된 버튼들 중 하나를 누르거나, 버튼들을 일정한 형식으로 누르거나, 하나의 버튼을 일정 시간 누름으로써 입력된다. 다른 예로, 자가 진단 모드의 실행 명령은, 내장된 센서나 통신 수단을 이용하여 리모컨, 단말기 등으로부터 제어 신호를 수신함으로써 입력받을 수 있다.

자가 진단 모드의 실행 조건은, 먼지통의 장착 상태, 걸레판의 부착 상태, 및 배터리 상태 중 하나 또는 이들 상태의 조합일 수 있다. 로봇 청소기는 현재 운전 모드를 확인하고, 예약 청소 등이 설정되어 있는지 여부를 확인한 다음, 동작 감지 유닛을 구동한다(S300). 그런 다음, 로봇 청소기는 동작 감지 유닛으로부터 출력된 상기 감지 정보를 이용하여 상기 동작 감지 유닛의 상태를 진단한다(S400). 로봇 청소기는 현재 운전 모드가 미리 설정된 모드, 예를 들어 충전 모드,일 경우에만 자가 진단 모드가 실행되도록 미리 프로그램될 수 있다(S120). 로봇 청소기는 실행 조건에 맞지 아니하는 경우, 에러 메시지를 출력한다(S510 또는 S600). 예를 들어, 실행 조건에 맞지 아니하는 경우, 로봇 청소기는 "먼지통을 확인해 주세요", "배터리가 부족하여 진단 모드에 진입할 수 없습니다", "걸레판이 부착되어 있어 진단 모드에 진입할 수 없습니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시할 수 있다. 또, 예약 청소가 설정되어 있는 경우, 로봇 청소기는 "예약은 자가 진단을 위해 취소되었습니다. 자가 진단을 시작합니다" 등의 메시지를 소리나 화면을 통해 제공한다.

실행 조건에 맞는 경우, 로봇 청소기는 "로봇 청소기 자가 진단을 시작합니다", "주위에서 물러나 주시고 충전대 주위 1미터 이내의 물건을 치워 주시기 바랍니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시한 다음, 자가 운전 모드를 실행한다(S300).

도 9a를 참조하면, 로봇 청소기는 실행 명령을 수신하면(S100), 자가 진단 모드의 실행 조건을 확인한다. 즉, 로봇 청소기는, 현재 운전 모드가 충전 모드인지(S120), 예약 청소가 설정되어 있는지(S110), 먼지통이 장착되어 있는지, 걸레판이 탈착되어 있는지, 배터리 상태가 로 배터리(Low Battery) 상태인지(S200)를 확인한다. 모든 조건을 만족하면, 로봇 청소기는 동작 감지 유닛을 구동하여 자가 진단 모드를 실행한다(S300). 도 9b를 참조하면, 동작 감지 유닛의 진단 순서의 일 예를 보인다. 로봇 청소기는 충전대를 탈출하여 좌측 또는 우측 방향으로 180도 회전하면서 자이로 센서를 이용하여 회전각 및 회전 방향을 감지한다(S410). 이때, 로봇 청소기는 휠 센서를 이용하여 좌측 및 우측 주바퀴의 회전수를 감지하고, 회전수의 차이를 이용하여 회전 방향 및 회전 거리를 산출한다(S420). 로봇 청소기는 자이로 센서를 이용하여 감지한 회전각과 휠 센서를 이용하여 감지한 회전수를 근거로 연산한 회전각을 비교한다. 로봇 청소기는 비교 결과, 그 차이가 일정 범위 내이면 자이로 센서를 정상으로 진단하고, 일정 범위를 벗어나면 자이로 센서를 이상으로 진단한다(S430). 한편, 로봇 청소기는, 좌측 및 우측 주바퀴의 회전수를 비교하여 주바퀴의 상태를 진단한다(S440). 로봇 청소기는, 가속도 센서의 출력 값과 일정 기준 값을 비교하고, 출력 값이 기준 값 이상이면 가속도 센서 이상으로 진단한다(S450). 진단 결과가 정상인 경우에는 정상이라는 실행 결과를 출력하고(S500), 동작 감지 유닛에 이상이 발견된 경우에는 에러 메시지를 출력한다(S510). 로봇 청소기는 충전대로 복귀한 다음(S600), 실행 결과를 출력할 수도 있다(S500, S510). 그런 다음, 로봇 청소기는 자가 진단 모드의 해제 명령을 기다린다(S800). 해제 명령이 입력되면, 로봇 청소기는 충전 모드로 전환하여 배터리를 충전한다(S810).

도 10은 자가 진단 모드의 일 패턴을 도시한 도이다. 먼저, 로봇 청소기는 충전 모드 실행 중에 자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받은 후, 실행 조건이 만족되면 후진하여 충전대로부터 탈출한다. 이때, 로봇 청소기는 충전대로부터 발신되는 안내 신호의 수신 여부를 근거로 외부 신호 센서의 이상 여부를 진단한다. 물론, 로봇 청소기는 충전대로부터 탈출한 후 지속적으로 외부 신호 센서를 진단하도록 할 수 있다. 좌측이나 우측으로 180도 회전하면서, 로봇 청소기는 자이로 센서를 이용하여 로봇 청소기의 회전각을 검출하고, 전방 센서를 이용하여 장애물을 검출한다. 이렇게 함으로써, 로봇 청소기는 자이로 센서와 전방 센서를 진단할 수 있다. 로봇 청소기는, 다시 원위치로 회전하면서 전방 센서나 자이로 센서를 다시 진단할 수 있다. 회전하면서 수행하는 진단을 마친 후에, 로봇 청소기는 충전대의 반대 방향으로 일정 거리를 주행한다. 이때, 로봇 청소기는, 내장된 다른 센서들의 상태를 진단한다. 예를 들어, 로봇 청소기는 적외선 신호를 송수신하여 장애물 센서를 진단하고, 휠 센서를 이용하여 좌우 주바퀴의 회전수를 검출하여 좌우 주바퀴의 균형 등 주바퀴의 상태를 진단할 수 있다. 또, 이동 중에, 로봇 청소기는 본체 배면(하부)에 설치된 낭떠러지 센서, 하부 카메라 센서 등을 진단하고, 속도 변화에 따른 가속도 센서를 진단한다. 또, 로봇 청소기는, 구동 유닛이나 청소 유닛을 구성하는 각종 모터의 전류, 회전속도 등을 검출함으로써 이들을 진단할 수 있다.

자가 진단 모드의 실행이 완료되면, 로봇 청소기는 "진단 모드가 완료되었습니다" 등의 음성 메시지를 출력하거나, 또는 화면에 상기 메시지를 표시한다. 또, 로봇 청소기는, "진단 결과 이상이 없습니다" 등의 실행 결과를 출력 유닛을 이용하여 소리나 화면으로 사용자 등에게 제공한다(S500). 또, 로봇 청소기는, "진단 결과를 다시 듣고 싶으시면 충전 버튼을 눌러 주시고, 진단을 완료하고자 하면 정지 버튼을 눌러 주십시오" 등의 메시지를 더 제공할 수 있다. 그런 다음, 진단 모드의 해제 명령이 입력되면, 로봇 청소기는 "진단 모드를 해제합니다" 라는 메시지를 출력한다.

실행 결과, 실행 조건에 맞지 아니하거나, 또는 자가 진단 모드 중 동작 감지 유닛의 상태가 이상 상태로 진단되면, 로봇 청소기는 출력 유닛을 이용하여 에러 메시지를 출력한다(S510). 예를 들어, 로봇 청소기는, "센서에 이상이 있습니다", "문제가 발견되었습니다", "충전을 시도하지 않습니다", "본체 하부의 주 전원 스위치를 껐다 켠 후 다시 한번 진단을 시도해 주십시오", "센서 창을 닦아 주십시오", "서비스 센터에 문의 바랍니다" 등의 에러 메시지를 출력한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 청소기 및 이의 자가 진단 방법은, 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 스스로 자가 진단을 수행하도록 함으로써 로봇 청소기의 오작동, 고장을 미리 방지한다. 또, 본 발명의 실시 예들은 최초 구동 시나 사용자의 필요에 따라 본체에 구비된 동작 감지 유닛의 감지 신호를 이용하여 동작 감지 유닛의 상태를 진단한다. 이렇게 함으로써, 본 발명의 실시 예들은 로봇 청소기의 작동에 따라 향후에 발생할 수 있는 사고나 오류를 미리 예방한다.

100: 검출 유닛 200: 제어 유닛
300: 입력 유닛 400: 출력 유닛
500: 저장 유닛 700: 전원 유닛
600: 구동 유닛 800: 청소 유닛

Claims (20)

1. 외관을 형성하는 본체;
   주바퀴를 회전시키는 휠 모터를 구비하고, 상기 휠 모터를 구동하여 상기 본체를 이동하는 구동 유닛;
   상기 본체의 이동에 따라 변화하는 로봇 청소기의 동작을 감지하고, 감지 정보를 출력하는 동작 감지 유닛;
   자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받는 입력 유닛;
   상기 실행 명령에 따라 상기 자가 진단 모드를 실행하여 상기 동작 감지 유닛 자체의 이상 유무를 진단하는 제어 유닛; 및
   상기 동작 감지 유닛에 해당하는 진단 결과를 출력하는 출력 유닛;을 포함하되,
   상기 제어 유닛은,
   상기 자가 진단 모드가 실행되는 경우, 상기 동작 감지 유닛의 이상 유무를 진단하기 위한 진단 알고리즘을 근거로 상기 로봇 청소기를 기결정된 패턴으로 동작시키고,
   상기 기결정된 패턴을 근거로 한 상기 로봇 청소기의 동작에 해당하는 감지 정보를 근거로 상기 동작 감지 유닛 자체의 이상 유무를 진단하는 것을 특징으로 하고,
   상기 동작 감지 유닛은, 복수 개이고,
   상기 진단 알고리즘은, 상기 복수의 동작 감지 유닛 각각에 해당하는 동작 패턴 및 상기 각각의 동작 패턴의 실행 순서에 대한 정보를 포함하며,
   상기 제어 유닛은, 상기 자가 진단 모드가 실행되는 경우, 상기 실행 순서에 따라 상기 각각의 동작 패턴을 근거로 상기 로봇 청소기를 이동시키고, 상기 각각의 동작 패턴을 근거로 한 로봇 청소기의 동작에 해당하는 복수의 감지 정보를 근거로 상기 동작 감지 유닛의 이상 유무를 진단하되,
   상기 각각의 동작 패턴은, 상기 실행 순서에 따라 연속적으로 실행될 수 있는 동작 패턴인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 진단 알고리즘을 저장하는 저장 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 동작 감지 유닛은,
   상기 본체의 회전에 따른 로봇 청소기의 회전 방향과 회전각을 감지하는 자이로 센서;를 포함하는 로봇 청소기.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 동작 감지 유닛은,
   상기 주바퀴에 연결되어 상기 주바퀴의 회전수를 감지하는 휠 센서;를 더 포함하는 로봇 청소기.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제어 유닛은,
   로봇 청소기가 직진하는 중, 좌측 주바퀴에 연결된 휠 센서가 감지한 회전수와 우측 주바퀴에 연결된 휠 센서가 감지한 회전수를 비교하고, 비교 결과를 근거로 주바퀴의 이상을 진단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 제어 유닛은,
   상기 자이로 센서가 감지한 상기 회전각과 상기 휠 센서가 감지한 상기 회전수를 근거로 연산한 회전각을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 자이로 센서의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
8. 제5 항에 있어서,
   상기 제어 유닛은,
   상기 자이로 센서가 감지한 상기 회전 방향과 회전각을 이용하거나, 상기 휠 센서가 감지한 상기 회전수를 근거로 로봇 청소기의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
9. 제5 항에 있어서,
   상기 동작 감지 유닛은, 상기 본체의 이동에 따른 로봇 청소기의 속도 변화를 감지하는 가속도 센서;를 더 포함하고,
   상기 제어 유닛은, 상기 자가 진단 모드 실행 중, 상기 가속도 센서의 출력 값이 일정 기준 값 이상이면 상기 가속도 센서의 상태가 이상 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
10. 제1 항 또는 제3항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 자가 진단 모드의 실행 전, 미리 설정된 하나 이상의 실행 조건을 확인하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 자가 진단 모드의 실행 조건은,
    먼지통의 장착 상태, 걸레판의 부착 상태, 및 배터리 상태 중 하나 또는 이들 상태의 조합인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
12. 제10 항에 있어서,
    본체에 설치되고, 주변의 물체를 감지하여 감지 정보를 출력하는 하나 이상의 물체 감지 유닛;을 더 포함하는 로봇 청소기.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 물체 감지 유닛은, 상기 본체의 하부에 설치되고, 이미지 센서를 근거로 바닥면을 촬영하여 영상 데이터를 출력하는 하부 카메라 센서;를 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 자가 진단 모드 실행 중, 상기 하부 카메라 센서의 출력 값이 일정 기준 값 이하거나 일정 범위 외의 값이면 상기 하부 카메라 센서의 상태가 이상 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 하부 카메라 센서가 출력한 상기 영상 데이터를 근거로 로봇 청소기의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 본체의 하부에 설치되고, 충전 가능한 배터리를 구비하여 구동 전원을 공급하는 전원 유닛; 및
    상기 본체의 하부에 설치되고, 바닥면이나 공기 중의 오물 또는 먼지를 흡입하는 청소 유닛;을 더 포함하는 로봇 청소기.
16. 로봇 청소기 본체의 이동에 따라 변화하는 로봇 청소기의 동작을 감지하는 복수의 동작 감지 유닛을 포함하고, 복수의 운전 모드를 구비한 로봇 청소기의 자가 진단 방법에 있어서,
    상기 복수의 운전 모드 중 자가 진단 모드의 실행 명령을 입력받는 단계;
    상기 실행 명령을 수신하면, 상기 자가 진단 모드에 따라 상기 동작 감지 유닛의 이상 유무를 진단하기 위한 진단 알고리즘을 근거로 상기 로봇 청소기를 기결정된 패턴으로 동작시키는 단계;
    상기 기결정된 패턴을 근거로 한 상기 로봇 청소기의 동작에 해당하는 감지 정보를 근거로 상기 동작 감지 유닛 자체의 이상 유무를 진단하는 단계; 및
    상기 동작 감지 유닛에 해당하는 진단 결과를 상기 자가 진단 모드의 실행 결과로 출력하는 단계;를 포함하되,
    상기 진단 알고리즘은, 상기 복수의 동작 감지 유닛 각각에 해당하는 동작 패턴 및 상기 각각의 동작 패턴의 실행 순서에 대한 정보를 포함하고,
    상기 로봇 청소기를 기결정된 패턴으로 동작시키는 단계는, 상기 실행 순서에 따라 상기 각각의 동작 패턴을 근거로 상기 로봇 청소기를 이동시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 동작 감지 유닛 자체의 이상 유무를 진단하는 단계는, 상기 각각의 동작 패턴을 근거로 한 로봇 청소기의 동작에 해당하는 복수의 감지 정보를 근거로 상기 복수의 동작 감지 유닛의 이상 유무를 진단하는 것을 특징으로 하고,
    상기 각각의 동작 패턴은, 상기 실행 순서에 따라 연속적으로 실행될 수 있는 동작 패턴인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자가 진단 방법.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 자가 진단 모드의 실행 전, 미리 설정된 하나 이상의 실행 조건을 확인하는 단계;를 더 포함하는 로봇 청소기의 자가 진단 방법.
18. 제17 항에 있어서, 상기 실행 조건을 확인하는 단계는,
    현재 실행중인 상기 운전 모드가 충전 모드인지 판단하는 단계;인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자가 진단 방법.
19. 제17 항에 있어서,
    상기 자가 진단 모드의 실행 조건은,
    먼지통의 장착 상태, 걸레판의 부착 상태, 및 배터리 상태 중 하나 또는 이들 상태의 조합인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자가 진단 방법.
20. 제17 항에 있어서,
    상기 실행 조건에 맞지 아니하거나, 또는 상기 자가 진단 모드 중 상기 동작 감지 유닛의 상태가 이상 상태로 진단되면, 에러 메시지를 출력하는 단계;를 더 포함하는 로봇 청소기의 자가 진단 방법.

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