KR101395892B1 - 로봇 청소기 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 청소기 및 그 동작방법에 관한 것으로, 청소구역 내의 장애물 상황을 정확하게 파악할 수 있고, 또한, 장애물 분포 상황을 3차원적으로 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 장애물에 대한 적절한 형태의 회피 또는 극복 주행을 수행할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 장애물의 위치정보를 저장하여 센서유닛이 감지할 수 없는 데드존에 장애물이 위치하더라고 기 저장된 장애물의 위치정보에 대응하여 장애물을 회피할 수 있으므로 장애물 회피 성능이 향상되고 충돌로 인한 손상을 방지하여 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Description

로봇 청소기 및 그 동작방법{ Robot Cleaner and operating method }

본 발명은 로봇 청소기 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 복합센서를 이용하여 장애물을 감지하고 장애물을 회피하여 주행하는 로봇 청소기 및 그 동작방법에 관한 것이다.

로봇 청소기는 청소하고자 하는 영역을 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하여 자동으로 청소하는 기기이다.

통상 이러한 로봇 청소기는 청소구역 내에 설치된 가구나 사무용품, 벽 등의 장애물까지의 거리를 감지하고, 그에 따라 청소 구역을 매핑(mapping)하거나, 좌륜과 우륜의 구동을 제어하여 장애물 회피 동작을 수행한다.

로봇 청소기는 충전 가능한 배터리가 구비되어, 이동이 자유롭고 배터리의 동작전원을 이용한 스스로 이동이 가능하며, 필요 시 충전대로 복귀하여 배터리를 충전하도록 구성된다.

종래에는 천장 또는 바닥을 주시하는 센서를 통해 로봇 청소기가 이동한 거리를 계측하고, 이를 기반으로 장애물 또는 목표지점까지의 거리를 산출하는 방식이었으나, 이러한 방식은 로봇 청소기의 이동 거리를 기반으로 거리를 추정하는 간접적인 방식이기 때문에, 바닥의 굴곡 등으로 로봇 청소기의 이동 거리가 정확하게 계측되지 못하는 경우, 오차를 가질 수밖에 없었다.

또한, 이러한 거리 인식의 오차로 인하여 장애물과의 거리를 정확하게 계측할 수 없어 장애물에 충돌하거나 목표지점에 도달하지 못하는 등의 주행에 문제가 있을 수 있었다. 특히 센서의 한계로 감지 불가능한 영역에 대한 대처 방안이 없어 미처 감지하지 못한 장애물에 충돌하는 문제가 있었다.

본 발명의 로봇 청소기 및 그 동작방법은, 구비되는 복합센서를 이용하여 장애물을 감지하고, 감지된 장애물에 대한 정보를 저장하여 감지 불가능한 영역에 위치하는 장애물에 대하여 회피 주행하는 로봇 청소기 및 그 동작방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기는, 본체; 설정된 주행경로에 따라 본체를 이동시키는 주행부; 주행중 본체 주변의 이물질을 흡입하는 청소부; 상기 본체에 구비되어, 상기 본체로부터 회전 동작하면서 광을 출사하여 출사된 광이 장애물로부터 반사 또는 산란되어 입사되는 광을 이용하여 장애물을 감지하는 센서유닛; 및 설정된 주행경로에 따라 이동하도록 상기 주행부를 제어하며 청소를 수행하도록 상기 청소부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 주행 시 상기 센서유닛에 의해 감지된 감지영역에 대한 장애물 정보를 저장하고, 주행경로 변경 시 상기 센서유닛에 의해 장애물이 감지되지 않더라도 변경된 주행경로에 포함되는 상기 감지영역의 장애물에 대응하여 주행을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 동작방법은, 주행 중, 센서유닛을 통해 장애물을 감지하는 단계; 감지된 장애물 중 감지영역에 위치하는 적어도 하나의 장애물에 대하여 장애물 정보를 저장하는 단계; 감지된 장애물을 회피하여 주행하는 단계; 및 주행경로 변경 시, 상기 센서유닛에 의해 장애물이 감지되지 않더라도 변경된 주행경로에 포함되는 상기 감지영역의 장애물에 대응하여 주행을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 로봇 청소기 및 그 동작방법은 청소구역 내의 장애물 상황을 정확하게 파악할 수 있고, 또한, 장애물 분포 상황을 3차원적으로 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 장애물에 대한 적절한 형태의 회피 또는 극복 주행을 수행할 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 장애물의 위치정보를 저장하여 센서유닛이 감지할 수 없는 데드존에 장애물이 위치하더라고 기 저장된 장애물의 위치정보에 대응하여 장애물을 회피할 수 있으므로 장애물 회피 성능이 향상되고 충돌로 인한 손상을 방지하여 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기를 도시한 사시도이다.
도 2 는 도 1의 로봇 청소기의 저면을 도시한 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 센서유닛을 도시한 도이다.
도 5 및 도 6 은 센서유닛의 장애물 또는 거리 감지 원리를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 센서유닛에서 감지할 수 없는 영역이 도시된 도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 주행 중 장애물을 회피하기 위해 감지해야하는 영역이 도시된 도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 방법을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 10 은 도 8에 의해 설정되는 장애물 회피를 위해 감지되는 영역이 도시된 예시도이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 방법이 도시된 순서도이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 감지에 따른 주행방법을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 감지에 따른 주행방법이 도시된 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 로봇 청소기의 저면을 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기(1)는 소정 영역을 이동하면서 주변의 먼지 및 이물질을 흡입하여 청소를 수행한다. 로봇 청소기(1)는 구비되는 버튼이 조작됨에 따라, 청소할 영역이 설정되고 설정에 따라 주행 또는 청소를 수행한다.

이러한 로봇 청소기(1)는 배터리가 장착되어, 배터리의 동작전원을 이용하여 주행 및 청소하며, 배터리 잔량 부족 시 충전대(미도시)로 복귀하여 배터리를 충전하도록 구성된다.

로봇 청소기(1)의 본체는 주행부의 좌륜(61a)과 우륜(62b)이 회전함에 따라 청소하고자 하는 구역(이하, 청소구역이라고 함.)을 이동하며, 청소부로써 흡입유닛(70)이 구비되어, 청소구역 내의 먼지나 쓰레기 등의 이물질을 흡입한다.

로봇청소기(1)는 주행 중 센서유닛(120)을 통해 이동 방향에 대하여 장애물을 감지하고, 장애물을 회피하도록 이동경로를 설정하여 목표지점에 도달하도록 한다.

청소부의 흡입유닛(70)은 본체에 착탈 가능하게 구비되어 흡입력을 발생시키는 흡입 팬(71)과, 흡입 팬(71)의 회전에 의해 생성된 기류가 흡입되는 흡입구(72)를 포함할 수 있다. 또한, 흡입유닛(70)은 흡입구(72)를 통해 흡입된 기류 중에서 이물질을 채집하는 필터(미도시)와, 필터에 의해 채집된 이물질들이 축적되는 이물질 수용기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 흡입유닛(70)을 본체로부터 분리하여 상기 필터를 교체하거나, 이물질 수용기에 모인 이물질을 버릴 수 있다.

주행부는 좌륜(61a)과 우륜(62a)을 구동시키는 주행 구동부를 포함하며, 각각 좌륜을 구동시키는 좌륜 구동부(미도시)와 우륜(62a)을 구동시키는 우륜 구동부(미도시)가 구비된다.

제어부의 제어명령에 따라 좌륜 구동부와 우륜 구동부의 작동이 독립적으로 제어됨으로써 본체의 직진, 후진 또는 선회가 이루어진다. 예를 들어, 좌륜 구동부에 의해 좌륜(61a)이 정방향으로 회전되고, 우륜 구동부에 의해 우륜(62a)은 역방향으로 회전되는 경우 본체가 좌측 또는 우측으로 회전된다. 제어부는 좌륜 구동부와 우륜 구동부의 회전 속도에 차이가 있도록 제어함으로써, 직진운동과 회전운동을 겸하는 본체의 병진운동을 유도하는 것도 가능하다. 이와 같은 제어부의 제어를 통한 본체의 운동은 장애물에 대한 회피 또는 선회를 가능하게 한다. 본체의 안정적인 지지를 위한 적어도 하나의 보조바퀴(13)가 더 구비될 수 있다.

또한, 로봇 청소기(1)의 본체는 회전 구동부, 승강 구동부, 주행부 등을 수용하는 본체 하부(11)와, 본체 하부(11)를 덮는 본체 상부를 포함할 수 있다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어구성을 간략하게 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 로봇 청소기(1)는 센서유닛(120), 센서구동부(130), 위치산출부(140), 경로설정부(150), 입력부(195), 표시부(190), 주행부(180), 청소부(170), 데이터부(160), 그리고 로봇 청소기의 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.

또한, 로봇 청소기(1)는 배터리(미도시)를 더 포함한다. 이때, 배터리는 로봇 청소기(1)가 이동하고, 청소를 수행하는데 따른 동작전원을 공급하며, 배터리 잔량 부족 시에는 충전대(미도시)로부터 충전전류를 공급받아 충전한다. 배터리는 배터리 잔량을 감지하는 감지수단에 연결되어 배터리 잔량 및 충전상태가 제어부(110)로 인가된다.

입력부(195)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 휠 등의 입력수단을 적어도 하나 포함할 수 있고, 경우에 따라 압력 또는 정전에 의해 입력을 인식하는 터치패드를 포함할 수 있다. 입력부(195)는 입력되는 데이터를 제어부(110)로 인가한다.

예를 들어, 입력부(195)는 로봇 청소기(1)의 모드 설정, 청소영역 설정, 충전대 위치 기억에 따른 설정을 입력하기 위한 버튼 또는 스위치를 포함하여, 설정정보를 제어부(110)로 입력한다.

표시부(190)는 시각적인 표시를 하는 디스플레이 장치를 포함하여 로봇 청소기(1)의 동작 상태, 청소 설정에 따른 정보를 출력한다. 표시부(190)는 현재 설정 또는 동작중인 청소 설정 및 모드, 배터리 잔량 정보를 표시한다. 또한, 표시부(190)는 간단하게는 전원입력 여부 및 동작 여부를 램프 점등을 통해 표시할 수 있고, 에러발생시, 경고등 또는 경고 메시지를 출력할 수 있다.

이때, 로봇 청소기(1)는 표시부 외에도 소리를 출력하는 스피커를 더 포함할 수 있다.

표시부(190)는 LED,7-세그먼트를 포함, LPD(light emitting polymer display), 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 터치 감지 터치 스크린으로 구성될 수 있고, 이에 한정되지 아니한 다양한 방식이 적용될 수 있다.

이때, 입력부(195) 및 표시부(190)와 제어부(110)간의 데이터를 중계하고 처리하는 입출력제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 입력부(195) 및 표시부(190)는 데이터부(160)에 저장된 프로그램 또는 상기에 언급된 기능을 수행하기 위한 명령어와 대응하는 복수개의 인터페이스를 포함할 수 있다.

데이터부(160)에는 로봇 청소기(1)의 동작제어 및 동작설정에 따른 데이터, 로봇 청소기가 수행하는 기능에 대한 제어데이터가 저장된다. 또한, 센서유닛(120)으로부터 감지되는 신호를 임시 저장할 수 있으며, 위치산출부(140) 및 경로설정부(150)에 의해 산출되는 데이터를 저장한다.

주행부(180)는 앞서 설명한 바와 같이 구비되는 바퀴, 즉 좌륜과 우륜(61a,62a)를 회전시켜 로봇 청소기(1)가 이동되도록 한다. 이때, 주행부(180)는 바퀴에 연결되어 회전 동작하도록 하는 소정의 모터를 더 포함하여, 제어부(110)의 제어명령에 따라 모터를 구동함으로써 로봇 청소기(1)가 소정 영역을 이동하도록 한다.

청소부(170)는 주행부(180)에 의한 주행 중, 바닥에 위치하거나 또는 로봇 청소기 주변에 발생되는 먼지 및 이물질을 흡입한다. 이때, 청소부(170)는 앞서 설명한 바와 같이 흡입유닛(70)이 구비되며, 공기를 빨아들이기 위한 흡입팬(71)과 먼지를 응집하는 수단이 구비되어, 먼지 및 이물질 흡입이 가능하게 된다. 또한, 에지테이터(미도시)를 더 포함할 수 있다.

센서유닛(120)은 소정의 광을 출사하여 로봇 청소기(1)의 주변 및 이동방향에 대하여, 장애물의 위치 또는 거리를 감지한다. 센서유닛(120)은 센서구동부(130)에 의해 회전동작하여, 로봇 청소기(1)의 주변의 장애물을 감지하고, 이를 제어부(110)로 입력한다.

이때 센서유닛(120)은 로봇 청소기(1)로부터 4 내지 5m 범위 내의 장애물을 인식할 수 있다. 센서유닛(120)은 레이저를 출사하여 원거리의 장애물까지 인식하는 LSD(Long Distance Sensor) 또는 복합센서인 것을 예로 한다.

센서구동부(130)는 센서유닛(120)에 연결되어, 센서유닛을 승강 또는 회전시킨다.

또한, 로봇 청소기(1)는 센서유닛(120) 이외에도 복수의 센서를 더 포함하여, 센서유닛(120)의 정보를 보조하거나, 로봇 청소기(1)로의 인체 접근을 감지하거나, 바닥 상태 또는 광량을 감지할 수 있다.

위치산출부(140)는 센서유닛(120)으로부터 입력되는 데이터를 바탕으로, 로봇 청소기(1)의 위치를 산출한다. 또한, 위치산출부(140)는 센서유닛(120)으로부터 감지되는 장애물까지의 거리 및 장애물의 위치를 산출한다.

또한, 위치산출부(140)는 센서유닛(120)로부터 감지되는 데이터를 분석하여 산출된 위치를 바탕으로 청소영역에 대한 맵을 생성하고, 로봇 청소기(1)의 현재 위치 및, 장애물을 맵핑(Mapping)한다.

위치산출부(140)는 생성되는 맵과, 산출된 위치정보를 제어부(110)로 인가하여 데이터부(160)에 저장하며, 위치정보는 좌표로 저장된다.

위치산출부(140)는 센서유닛(120)의 데이터를 바탕으로 이동거리 및 이동방향을 산출하고, 그에 따라 로봇 청소기(1)의 위치를 산출한다. 이때, 위치산출부(140)는 제어부(110)에 의해 변환된 센서유닛(120)의 데이터를 비교하여 이동거리를 산출할 수 있다.

경로설정부(150)는 위치산출부(140)에 의해 산출되는 로봇 청소기(1)의 위치와 장애물의 위치, 그리고 청소구역에 대한 정보를 바탕으로, 목표 지점으로의 이동 경로를 설정한다.

경로설정부(150)는 장애물이 이동경로 상에 위치하는 경우, 장애물을 회피할 수 있는 경로를 재설정하며, 최단 거리로 이동 가능하도록 경로를 설정한다. 경로설정부(150)는 이동경로를 설정하는데 있어서 장애물에 대하여 회피 가능 여부를 우선 판단하고, 그에 따라 경로를 설정한다. 설정된 경로 정보는 데이터부(160)에 저장된다.

경로설정부(150)는 장애물에 대한 회피가 불가능하거나, 목표지점으로의 이동이 불가능한 경우 에러정보를 제어부(110)로 인가한다.

제어부(110)는 센서구동부(130)로 제어명령을 인가하여 센서구동부(130)의 회전 구동부와 승강 구동부의 작동을 제어하고, 제어부(110)는 센서유닛(120)의 동작을 제어한다. 제어부(110)는 센서유닛(120)에 의해 입력되는 신호에 대응하여 주변의 장애물을 인식하고, 설정된 경로에 따라 주행방향이 변경되도록 주행부(180)를 제어하고, 입력된 설정에 따라 청소부(170)를 제어하여, 청소가 수행되도록 한다. 또한, 제어부(110)는 입력부(195) 및 표시부(190)로의 데이터 입출력을 제어하고, 감지되거나 발생되는 데이터가 데이터부(160)에 저장되도록 한다.

또한, 제어부(110)는 위치산출부(140)에 의해 산출되는 장애물의 위치를 좌표로 데이터부(160)에 저장한다. 제어부(110)는 저장된 장애물의 좌표에 대하여, 로봇 청소기가 장애물을 통과하였는지 여부를 판단한 후, 통과한 장애물에 대해서는 그 위치정보를 삭제한다. 제어부(110)는 통과하지 않은 장애물에 대한 정보를 저장상태를 유지하되, 경로가 변경되어 해당 장애물이 더 이상 진로에 영향을 주지 않는 경우에는 데이터부(160)로부터 삭제한다.

특히 제어부(110)는 센서유닛(120)에 의해 감지되지 않는 장애물이라 하더라도 데이터부(160)에 장애물의 위치정보가 존재하는 경우에는 해당 위치에 장애물이 존재하는 것으로 판단하여 경로설정부(150)로 장애물의 위치정보를 인가한다. 그에 따라 로봇 청소기(1)는 센서유닛(1)에 감지되지 않는 장애물에 대해서도 장애물을 회피하여 주행한다.

제어부(110)는 센서유닛(120)의 이미지센서로부터 입력된 전기신호를 처리하는 MCU(microcontroller unit)를 포함할 수 있다. 제어부(110)는 로봇 청소기(1) 이동 시, 센서유닛(120)으로부터 입력되는 신호를 분석하여 데이터를 위치산출부(140)로 인가하고, 경로설정부(150)에 의해 설정된 경로정보를 바탕으로 주행부(180)를 제어한다.

이때, 제어부(110)는 반드시 하나의 제어유닛(control unit)으로 구성되어야 하는 것은 아니다. 통상적으로 로봇 청소기(1)는 각부의 제어를 위한 다수개의 제어유닛을 포함할 수 있으며, 이 경우 제어부는 상기 다수 개의 제어유닛의 일부 또는 전부로 정의될 수도 있는 것으로, 각 제어유닛은 전기적으로 또는 신호의 송수신 관점에서 서로 연결되어 있으면 족하고, 각 제어유닛 간의 공간상의 배치는 제어부를 정의함에 있어서 무관하다. 경우에 따라 위치산출부 및 경로설정부는 제어부에 포함될 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 센서유닛을 도시한 도이다.

센서유닛(120)은 광(L1)을 출사하여 장애물의 위치 또는 거리를 감지한다. 센서유닛(120)은 본체에 회전 및 승강 가능하게 구비된다. 센서유닛(120)은 발광부(21), 수광부(22), 그리고 베이스(23)를 포함할 수 있다.

센서구동부(130)는 센서유닛(120)을 상하 이동시키는 승강구동부(미도시), 센서유닛(120)의 센싱 각도를 조절하는 틸트구동부(미도시), 회전시키는 회전구동부(미도시)를 포함한다.

발광부(21)는 광(L1)을 출사하는 것으로, 광원과, 광원으로부터 출사된 광이 평행하게 조사되도록 굴절시키는 콜리메이트 렌즈(collimate lens)를 포함할 수 있다. 광원으로는 적외선이나 가시광선을 발광시키는 발광체, 예를 들어, 적외선 또는 가시광선 발광 다이오드(LED)가 적용될 수도 있으나, 레이져광을 출사하는 발광체가 바람직하다. 이하, 본 실시예에서는 광원으로 레이저 다이오드(LD, Laser Diode, 210)를 제안한다. 특히, 레이저를 이용한 광원(210)은 레이저 빔이 갖는 단색성, 직진성 및 접속 특성으로 다른 광들에 비해 보다 정밀한 측정이 가능하다. 예를들어, 레이저 광에 비해 적외선 또는 가시광선은 대상체의 색상과 재질 등의 주위 환경에 따라 측정 정밀도에 있어서 차이가 크다.

수광부(22)는 장애물로부터 반사 또는 산란된 빛(L2)의 스팟이 맺히는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 nXm의 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 단위 픽셀들의 집합체이다. 각 단위 픽셀들은 CdS (CADMIUM SULFIDE CELL, 황화 카드뮴 셀), 광 다이오드(PHOTO DIODE), 광 트랜지스터(PHOTO TRANSISTOR), 태양전지(SOLAR CELL), 광전관(PHOTOELECTRIC TUBE) 등의 다양한 방식의 수광소자로 구현 수 있으며, 이러한 수광소자들은 광에 의한 광학신호를 전기신호로 변환시킨다. 또한, 수광부는 수광 렌즈를 포함할 수 있으며, 장애물로부터 반사 또는 산란된 광이 수광 렌즈를 통과하며 굴절되어 이미지 센서에 맺힌다. 수광 렌즈는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.

베이스(23)는 발광부(21)와 수광부(22)를 지지하며, 본체로부터 회전 및 승강 가능하게 구비된다. 발광부(21)와 이미지 센서는 베이스 상에서 일정한 간격을 유지하며 배치될 수 있다.

한편, 센서유닛(120)을 지지하기 위한 서포터(25)가 더 구비될 수 있으며, 서포터에는 베이스(23)가 회전 가능하게 지지될 수 있다. 서포터(25)는 하부 본체(11)에 나사나 볼트 등의 체결 부재에 의해 고정될 수 있으며, 이 경우, 후술하는 승강 구동부는 베이스(23)를 승강시킨다. 그러나 이에 한정되지 않고, 실시예에 따라 서포터는 승강 구동부에 의해 하부 본체(11)에 대하여 상하로 승강 가능하게 구비될 수도 있다.

베이스 커버(24)는 베이스(23)에 결합되어, 베이스와 일체로 회전된다. 베이스 커버와 베이스 사이에는 발광부(21)로부터 출사된 광(L1)이 통과되는 송광통로와, 수광부로 수신되는 광이 통과되는 수광통로가 형성될 수 있다.

승강 구동부는 센서유닛(120)을 승강시키는 것이다. 승강 구동부는 선형 또는 회전 모터를 포함할 수 있다. 센서유닛(120)이 승강 운동할 수 있도록, 승강 구동부와 센서유닛(120) 간의 동력 전달 또는 전환을 매개하는 동력 전달수단이 구비될 수 있으며, 이러한 동력전달 수단은 기어, 풀리(42), 벨트(43) 등을 이용하여 다양하게 실시될 수 있다. 예를 들어, 승강 구동부로 회전 모터가 사용되는 경우, 동력 전달수단으로는 상기 모터에 의해 회전되는 구동 피니언과, 베이스에 고정 배치되어 상기 구동 피니언과 치합되는 레크를 포함할 수 있다.

센서유닛(120)은 본체 상부에 형성된 승강 홀(미도시)을 통해 승강 될 수 있다. 센서유닛(120)이 상하로 승강하는 경우, 센서유닛(120)이 하강 위치에 있을 시에는 센서유닛(120)의 발광부(21)로부터 출사된 광(L1)은 센서유닛(120)에 설치되는 투명부재를 통해 본체의 전방을 향하고, 장애물로부터 반사 또는 산란된 광(L2)은 투명부재를 통과하여 수광부(22)로 입사된다.

센서유닛(120)이 상승 위치에 있을 시에는, 센서유닛(120)이 승강 홀을 통해 본체의 상측으로 돌출된 상태이고, 발광부(21)와 수광부(22)도 본체의 상측에서 위치된다.

도 5 및 도 6 은 센서유닛의 장애물 또는 거리 감지 원리를 설명하는데 참조되는 도이다.

도 5는 물체까지의 거리를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 센서유닛(120)을 통해 물체의 위치 감지가 이루어지는 기본 원리는 삼각 측량법을 이용한 것이다.

광원(210)으로부터 출사된 광은 수광 렌즈(230)의 주축(C)과 소정의 각도(θ)를 갖는다. 특히, 각도는 물체까지의 거리 측정의 정확성과 밀접한 관련을 갖는 것으로, 그 값이 너무 작으면 근거리에 있는 물체까지의 거리를 측정하는데 곤란함이 생길 수 있으며, 반대로 그 값이 너무 크면 원거리에 있는 물체까지의 거리를 측정하는데 곤란함이 생길 수 있다. 따라서, 각도는 적절한 값을 가져야 하며, 바람직하게는 0.1m 부터 4m에 위치한 물체까지의 거리를 측정하는데 문제가 없어야 한다.

광원(210)으로부터 이격되어 이미지 센서(220)가 배치되어 있고, 이미지 센서(220)와 상기 물체 또는 장애물(300) 사이에는 수광 렌즈(230)가 배치되어 있다. 이때, 장애물(300)과 수광 렌즈(230) 사이의 거리를 물체 거리 'L'로 정의하며, 물체 거리 'L'은 하기의 수학식 1로 계산된다.

여기서, f는 초점거리, g는 광원과 렌즈 사이 간격, θ는 광원(210)으로부터 출사된 광과 수광 렌즈(230)의 주축(C)이 이루는 각도, p는 물체에서 반사 또는 산란된 광이 이미지 센서(220)에 맺히는 스팟의 위치를 이미지 센서(220)의 중심(o)을 기준으로 표시한 것이다.

도 6의 a는 센서유닛(120)의 이미지 센서에 스팟이 맺히는 것을 도시한 것이다. 도 6의 b는 센서유닛의 이미지 센서를 통해 획득한 위치정보를 바탕으로 3차원 맵핑한 것이다.

도 6의 a를 참조하면, 이미지 센서(220)에 맺힌 스팟들의 위치를 표시한 mXn 매트릭스 상에서 행은 베이스(23)의 회전 각도(ω)에 대응하며, 열은 베이스(23)의 상승 높이(h)에 대응하는 것으로, 이미지 센서(220)의 각 픽셀은 청소구역 내의 장애물 분포 상황을 나타낸다.

이미지 센서(220)를 구성하는 각 픽셀들의 위치정보는 상기 매트릭스 상에서의 좌표뿐만 아니라, 각 픽셀에 해당하는 장애물까지의 거리값을 포함한다. 따라서, 상기 위치정보를 통해서는 각 픽셀에 해당하는 장애물들의 3차원 공간상의 위치정보를 얻을 수 있다.

베이스(23)의 1주기 회전하는 동안 이미지 센서(220)에 맺힌 스팟들은 동일한 행에 표시된다. 따라서, 매트릭스에서의 스팟 좌표들의 열의 값들은 베이스(23)의 회전 각도(ω)에 대응하는 것이다.

한편, 베이스(23)의 회전은 일정한 범위 내에서 선회되는 것으로 고려될 수도 있으나, 이와는 다르게 360도 이상으로 회전될 수도 있다. 예를 들어, 회전 구동부(40)는 일방향으로 연속하여 베이스(23)를 회전시킬 수 있다. 이 경우, 센서유닛(120)이 하강 위치에 있을 시에는, 발광부를 통해 출사된 광이 투명부재(32)를 통과한 경우에만 이미지 센서(220)에 스팟이 맺히기 때문에, 청소구역을 매핑하는데 이용되는 위치정보들은 투명부재(32)의 프로파일(profile)에 대응하는 구간, 예를들어, 0도에서 180도 사이의 구간에서 구해진 것들이 이용된다.

베이스(23)가 제 2 위치, 특히 본체의 상측으로 돌출된 상태에서 제어부는 베이스(23)가 적어도 360도를 회전되도록 회전 구동부(40)를 제어하는 것이 바람직하다. 로봇 청소기(1) 주변의 360도 전영역에 대한 장애물 상황이 파악될 수 있다.

또한, 베이스(23)는 승강 구동부(50)의 작동에 따라 높이가 달라지며, 각 높이에서 회전 구동부(40)에 의해 회전될 수 있다. 따라서, 메트릭스상의 스팟 좌표들의 행의 값들은 베이스(23)의 높이(h)에 대응하는 것이다.

이러한, 관점에서 도 6의 a에는 1개의 행에만 스팟이 표시되어 있으나, 이에 추가하여 3개의 행에 스팟들이 분포할 수 있으며, 각 행들에서의 스팟들은 승강 구동부(50)의 작동에 의해 베이스(23)가 승강 되는 3개의 서로 다른 각각의 높이에서 이미지 센서(220)에 맺힌 스팟들이 된다. 예를들어, 청소구역 내에서 하부와 상부에 걸쳐서 장애물이 존재하는 경우의 복수의 행에 스팟들의 배열이 나타날 수 있다.

요약하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서유닛(120)은 본체에 대해 승강 및 회전을 하며 청소구역을 스캔할 수 있으며, 이때, 이미지 센서(220)에 맺힌 스팟들의 좌표는 행의 값이 베이스(23)의 승강 높이(h)에 대응하고, 열의 값이 베이스(23)의 회전 각도(ω)에 대응한다. 따라서, 제어부는 스팟들의 좌표와, 앞서 수학식 1에 따른 각 스팟에 대응하는 장애물까지의 거리(L)로부터, 청소구역 내의 장애물 분포 상황을 3차원적으로 매핑할 수 있다. 이하, 각 스팟에 대응하는 장애물의 높이(h), 청소기와의 관계에서 이루는 회전각도(ω) 및 거리(L)를 위치정보라고 한다.

제어부는 위치정보를 바탕으로, 청소구역 내의 장애물 분포 상황을 맵핑(mapping)할 수 있다.

도 6의 b를 참조하면, 각 픽셀의 좌표[h, ω, L]를 X-Y-Z 공간상에 매핑한 것으로, 청소구역 내의 장애물 상황을 3차원적으로 보여주고 있다. 각 픽셀에 해당하는 물체 거리(L)에 따라 Z축 상의 위치가 부여되기 때문에, 도 6의 a에서 픽셀들이 위치하는 X-Y 평면이 Z축 방향으로 변형(distortion)된 것을 보여준다.

승강 구동부(50)의 동작에 따라 베이스(23)는 상하로 승강 되며, 이하, 베이스(23)가 하강한 상태를 제 1 위치라고 하고, 상승한 상태를 제 2 위치라고 정의한다. 여기서 주의할 것은, 베이스(23)의 위치가 반드시 2개의 위치로 한정되는 것은 아니라는 점이다. 즉, 제 1 위치와 제 2 위치는 서로에 대하여 상대적인 관계로 해석되어야 하며, 승강 구동부(50)의 작동 제어를 통해 베이스(23)의 최저 하강 위치와 최대 상승 위치 사이를 보다 세분화하여 각 위치에서의 장애물 감지가 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 3개 이상의 행에 이르는 영역을 스캔하였을 시의 스팟들의 분포를 표시하고 있으며, 이 경우는 베이스(23)의 높이가 서로 다른 최소 3가지 위치에서 장애물 감지가 이루어졌음을 의미한다.

제 1 위치에서 베이스(23)는 본체 내에 수용되며, 이 경우, 광원(210)으로부터 출사된 광은 본체의 전면을 통해 장애물을 향해 진행된다. 본체의 전면은 광원(210)으로부터 출사된 광이 통과할 수 있도록 개구부가 형성되고, 실시예에 따라 상기 개구부에는 광이 통과되는 투명부재(32)가 구비될 수 있다. 제 1 위치에서 장애물을 향해 출사되는 광은 실질적으로 수평한 방향으로 진행된다.

베이스(23)가 제 2 위치로 상승한 상태에서, 광원(210)으로부터 출사된 광은 본체의 상측에서 장애물을 향해 진행된다. 광의 진행 방향은 실질적으로 제 1 위치에서의 진행방향과 평행하다. 따라서, 베이스(23)가 제 2 위치에 온 상태에서 출사된 광에 의해 감지된 장애물은 제 1 위치에서보다 높은 위치에 있는 것들이 감지되기 때문에, 청소구역 내의 3차원적인 장애물 정보를 얻을 수 있다.

보다 상세하게, 제어부는 제 1 위치에서 회전 구동부(40)를 제어하여 베이스(23)를 회전시키는 제 1 장애물 감지제어와, 승강 구동부(50)를 제어하여 베이스(23)를 제 2 위치로 상승시킨 후, 회전 구동부(40)를 제어하여 베이스(23)를 회전시키는 제 2 장애물 감지제어 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 상기 제 1 장애물 감지제어는 청소구역 내에서 상대적으로 낮은 위치에 분포하는 장애물들의 위치를 감지하는 것이고, 상기 제 2 장애물 감지제어는 상기 제 1 장애물 감지제어시 보다 높은 위치에 분포하는 장애물들의 위치를 감지하는 것이다. 물론, 동일한 장애물에 대해서는 상기 제 1 장애물 감지제어를 통해 획득된 위치정보와 제 2 장애물 감지제어를 통해서 획득된 위치정보는 평면상에서는 동일한 지점에 대한 정보를 포함할 것이나, 이 경우 감지대상인 장애물의 높이에 따라서는, 상기 제 2 장애물 감지제어를 통해 획득된 위치정보로는 평면상의 소정의 위치상에는 장애물이 존재하더라도, 상기 제 1 장애물 감지제어를 통해 획득된 위치정보는 평면상의 동 위치에서 장애물이 존재하지 않는 것을 나타낼 수 있다. 이러한 예로는 침대와 같이 매트리스를 지지하는 침대 프레임(제 2 위치에서 감지되는 장애물)의 하부에 소정의 공간(제 1 위치에서는 감지되지 않음.)이 존재하는 경우를 들 수 있다.

한편, 제어부는 청소구역 내의 장애물 상황, 즉 이미지 센서(220)를 통해 획득한 위치정보 또는 맵핑을 통해 획득한 주변 장애물 상황을 바탕으로, 주행부(180)를 제어할 수 있다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 센서유닛에서 감지할 수 없는 영역이 도시된 도이다.

도 7의 a에 도시된 바와 같이, 로봇 청소기(1)의 센서유닛은 센서유닛이 센서구동부에 의해 회전하여 동작하는데, 센서유닛의 발광부, 수광부 그리고 이미지센서의 위치와, 투명부재 간의 거리에 따라 일정 거리 감지 불가능한 제 1 영역(A)이 존재하게 된다.

제 1 영역에 장애물이 위치하는 경우, 로봇 청소기(1)의 센서유닛은 장애물을 감지하지 못하게 된다.

또한, 로봇 청소기(1)는 제자리에서 360도 회전하여 주변을 탐색하는데, 이때, 로봇 청소기(1)의 센서유닛(120)이 갖는 감지 불가능한 영역인 제 1 영역(A)으로 인하여 감지가 불가능한 영역 제 2 영역(B)이 존재하게 된다. 즉 제 1 영역(A)이 360도 회전하는 만큼의 제 2 영역이 감지 불가능한 영역이 된다.

제 2 영역에 장애물이 위치하는 경우에도 센서유닛(120)은 장애물을 감지하지 못하게 된다.

즉 로봇 청소기(1)에는 센서유닛(120)에서 장애물을 감지할 수 없는 데드존(Dead Zone)으로 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)이 존재한다.

도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 주행 중 장애물을 회피하기 위해 감지해야하는 영역이 도시된 도이다.

앞서 설명한 바와 같이 로봇 청소기(1)에는 감지 불가능한 영역인 데드존이 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)으로 존재한다.

로봇 청소기(1)가 정상적으로 주행하고 청소를 주행하기 위해서는 도 8에 도시된 바와 같이 감지해야하는 제 3 영역(C)이 존재한다.

이동하는 방향을 기준으로 로봇 청소기의 가로 폭(n)만큼의 공간이 있어야 장애물을 회피할 수 있음은 물론이고, 로봇 청소기의 가로 폭(n)보다 감지 불가능한 영역인 제 2 영역(B)이 더 크게 존재하므로 적어도 제 2 영역의 지름 만큼의 영역(m)에 대해서 주행하는 방향으로 사전에 감지할 필요가 있다.

즉 로봇청소기(1)는 현재 위치를 기준으로 제 2 영역(B)의 지름(m) 정도의 폭으로 이동 전 사전에 감지하여 장애물에 대한 정보를 저장한 후, 해당 위치에 도달하여 제 2 영역으로 인하여 장애물 감지가 불가능해지더라도 기존에 저장된 장애물 정보를 바탕으로 주행할 수 있게 된다.

제어부(110)는 센서유닛(120)의 센싱범위에 따라 주행방향에 대하여 사전에 감지되는 장애물의 정보를 저장하는데, 주행에 직접적인 영향은 없어 주행 가능하나 주행 중 데드존인 제 2 영역(B)에 존재할 수 있는 장애물에 대해 그 위치정보를 데이터부(160)에 저장한다. 제어부(110)는 감지해야하는 제 3 영역(C)을 n개의 영역으로 구분하고, 각 영역별로 장애물에 대한 정보를 저장할 수 있다.

이때, 주행방향을 기준으로 주행에 직접적으로 방해가 되지 않는 장애물, 즉 주행 경로에서 멀리 떨어져 있는 장애물은 제외하고, 주행에 직접적으로 방해가 되는 장애물 또한 위치 정보는 저장하지 않는다. 주행에 직접적으로 방해가 되는 장애물의 경우 사전에 회피할 수 있도록 경로설정부(150)를 제어하여 주행경로를 변경한다.

단, 청소모드의 경우 제어부(110)는 주행에 직접적으로 방해가 되는, 즉 회피해야하는 장애물의 경우에도 장애물 정보를 데이터부(160)에 저장한다. 이때 제어부(110)는 장애물을 회피하기는 하되, 장애물에 일정거리 접근한 후 주행방향을 변경하여 회피하도록 한다.

도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 방법을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

로봇 청소기(1)는 주행 시 센서유닛(120)을 통해 주행 방향의 장애물을 감지하여 그 위치정보를 저장한다.

도 9의 a에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(1)가 주행하는 경우, 센서유닛(120)의 센싱범위에 따라 일정 거리 내에서 주행방향에 존재하는 장애물을 감지한다. 이때, 제어부(110)는 앞서 설명한 도 8에서와 같이, 주행 경로 외의 장애물이라 하더라도 센서유닛(120)에서 감지할 수 없는 영역인 데드존에 포함되는 장애물에 대해서는 그 위치정보를 저장한다.

제 1 장애물(D1)의 경우 제어부(110)는 직진 주행 시, 충돌 가능성이 없는 위치가 존재하기는 하나, 감지해야하는 제 3 영역(C)에 포함하므로 위치산출부(140)로부터 산출되는 제 1 장애물(D1)의 위치정보를 데이터부(160)에 저장한다. 이때, 제어부(110)는 장애물의 위치정보를 좌표로써 저장하며, 경우에 따라 제 3 영역을 n개로 구분하여 각 영역별로 장애물에 대한 정보를 저장할 수 있다.

도 9의 b 및 c에 도시된 바와 같이, 주행 중이던 로봇 청소기(1)가 주행 중 정지하고 우측으로 회전하는 경우, 제 1 장애물(D1)은 센서유닛(1)의 감지할 수 없는 영역인 제 2 영역(B)에 위치하게 된다.

이때, 센서유닛(120)은 제 1 장애물(D1)이 제 2 영역(B)에 존재하므로 이를 감지하지 못한다.

로봇 청소기(1)가 우측으로 회전한 후 주행하는 경우 로봇 청소기(1)는 도 9의 d에 도시된 바와 같이 제 1 장애물과 충돌하게 된다. 그러나 센서유닛(120)은 데드존인 제 2 영역(B)에 위치하는 제 1 장애물을 감지하지 못하므로 제어부(110)는 충돌에 대한 판단이 불가하고 주행 또한 불가하므로 동작 불가 상태가 될 수 있다. 경우에 따라 경로를 재설정하여 주행할 수 있겠으나, 제 1 장애물이 감지되지 않는 상태에서는 장애물과의 충돌을 수회 반복하게 된다.

그러나 제어부(110)는 앞서 설명한 바와 같이, 주행 중 주행에 방해가 되지는 않으나 제 2 영역(B)에 포함될 가능성이 있는 장애물, 즉 제 3 영역(C)에 위치하는 장애물에 대해서는 그 위치정보를 저장한다. 제어부(110)는 센서유닛(120)에 의해 장애물이 감지되지는 않으나, 데이터부(160)에 미리 저장된 장애물 정보를 바탕으로, 장애물의 존재 여부를 판단한다.

따라서 제어부(110)는 도 9의 b 및 c와 같이 우측으로 회전해야하는 상황에서 센서유닛(120)에는 감지되지 않으나, 제 1 장애물(D1)이 제 2 영역(B)에 존재하는 것을 저장된 장애물 정보를 바탕으로 판단할 수 있다.

제어부(110)는 제 1 장애물(D1)을 회피하도록 경로설정부(150)를 제어하여 주행 경로를 변경한다. 경로설정부(150)는 제 1 장애물(D1)을 회피하여 주행하도록 일정 거리 전진 후 우측으로 회전하거나, 또는 제 1 장애물에 도달하기 전 우측으로 회전하도록 할 수 있다. 또한, 다른 경로를 새로 설정할 수도 있다.

제어부(110)는 제 1 장애물의 위치를 저장된 장애물의 위치정보를 바탕으로 확인하므로 제 1 장애물을 회피하여 주행하도록 경로설정부(150)를 제어하여 주행 경로를 변경한다.

그에 따라 로봇 청소기(1)는 미리 저장된 장애물 정보를 바탕으로 경로를 변경하여 주행하게 되므로, 데드존에 위치하는 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있다.

도 10 은 도 8에 의해 설정되는 장애물 회피를 위해 감지되는 영역이 도시된 예시도이다.

앞서 도 8 및 도 9에서 설명한 바와 같이, 제어부(110)는 센서유닛(120)의 데드존인 제 1 및 제 2 영역에 위치하는 장애물에 대해서는 그 위치정보를 저장하는데, 이렇게 위치정보를 저장하는, 감지해야 하는 제 3 영역(C)은 다음과 같이 형성된다.

도 10의 a는 로봇 청소기(1)가 제 1 방향으로 주행하는 경우, 로봇청소기(1)가 감지해야하는 영역인 제 3 영역(C)을 로봇 청소기의 이동에 따라 도시한 것이다.

도 10의 a에 도시된 바와 같이, 로봇 청소기(1)가 제 1 방향으로 주행하는 경우, 제어부(110)는 센서유닛(120)의 데드존인 제 2 영역(B)에 해당하는 만큼의 폭으로 제 3 영역(C)에 대한 장애물 정보를 저장한다.

로봇 청소기(1)는 제 1 방향으로 이동하므로, 센서유닛(120)은 지속적으로 주행방향에 대하여 장애물을 감지하고 제어부(110) 또한 지속적으로 감지되는 장애물 중 제 3 영역(C)에 위치하는 장애물에 대해서는 그 위치정보를 장애물 정보로써 저장하고, 로봇 청소기(1)가 이동하는 만큼, 통과한 장애물에 대해서는 장애물 정보를 삭제한다.

도 10의 b는 로봇 청소기(1)가 제 1 방향으로 주행하는 중 제 2 방향으로 주행방향을 변경하는 경우, 로봇청소기(1)가 감지해야하는 영역인 제 3 영역(C)을 로봇 청소기의 이동에 따라 도시한 것이다.

도 10의 b와 같이, 로봇 청소기(1)가 제 1 방향으로 주행하는 중, 제어부(110)는 제 3-1 영역(C-1)에 대하여 장애물 정보를 저장한다. 이때 제 3-1 영역(C-1)은 제3-3영역(C-3)을 포함한다.

로봇 청소기(1)가 제 1 방향에서 주행방향을 변경하는 경우, 제어부(110)는 제 1 방향 주행 중 저장한 제 3-1영역(C-1)의 장애물 정보 중, 제 2 방향의 주행경로에 포함되는 제 3-3 영역(C-3)에 대한 장애물 정보에 대응하여 제 2 방향에 대한 주행을 결정할 수 있다.

즉 제 3-3 영역(C-3)에 대한 장애물 정보가 저장되어 있는 경우 제어부(110)는 센서유닛(120)에 의해 장애물이 감지되지 않더라도, 저장된 장애물 정보에 따라 주행방향 또는 주행경로가 변경되도록 할 수 있다.

이때, 로봇 청소기(1)가 회전하는 방향에 따라 제 3-3영역(C-3)의 장애물의 정보 중 일부만이 사용될 수 있다. 즉 도시된 바와 같이 로봇 청소기가 우측으로 회전하는 경우에는 제 3-3 영역(C-3)에 중 하부 영역에 대한 장애물 정보를 사용하고, 좌측으로 회전하는 경우에는 제 3-3 영역의 상부 영역에 대한 장애물 정보를 이용할 수 있다.

로봇 청소기(1)가 우측으로 회전하는 경우, 제어부(110)는 제 2 방향으로 주행 전, 제 3-3영역에 대한 장애물 정보를 확인 한 후, 장애물이 존재하지 않는 경우 제 2 방향으로 주행하도록 제어한다.

또한, 로봇 청소기(1)가 제 2 방향으로 주행함에 따라, 제어부(110)는 센서유닛(120)으로부터 감지되는 장애물에 대하여, 제 3-2 영역(C-2)에 대한 장애물 정보를 저장하게 된다.

도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 방법이 도시된 순서도이다.

도 11을 참조하면, 로봇 청소기(1)는 설정에 따라 주행하여 특정 위치로 이동하거나, 또는 주행하면서 청소를 수행한다(S310).

주행 중 로봇 청소기(1)의 센서유닛(120)은 이동영역을 스캔한다(S320). 센서유닛(120)은 센서구동부(130)에 의해 회전 동작하고, 발광부로부터 토출된 광이 수광부로 입사됨에 따라 이동방향에 대하여 장애물을 감지한다.

제어부(110)는 센서유닛(120)으로부터 입력되는 신호를 분석하여 데이터로 변환하여 위치산출부(140)로 인가하고, 위치산출부(140)는 데이터를 분석하여 장애물의 위치, 또는 장애물까지의 거리를 산출한다. 또한, 경로설정부(150)는 목표지점과 장애물의 위치를 바탕으로 로봇청소기(1)의 주행경로와, 주행방향을 설정한다.

제어부(110)는 로봇청소기(1)의 주행 방향에 장애물이 존재하는 경우, 위치산출부(140)로부터 산출된 장애물의 위치정보를 데이터부(160)에 저장한다(S340).

이때, 제어부(110)는 감지되는 장애물에 대한 모든 정보를 저장하는 것이 아니라, 주행경로상에 위치하여 충돌 가능성이 있는 장애물의 위치정보와, 도 8에서 설명한 바와 같이 장애물과의 충돌 가능성은 없으나 로봇 청소기 주행중 장애물이 로봇청소기의 데드존, 제1 또는 제 2 영역에 존재할 가능성이 있는 경우, 감지해야하는 제 3 영역(C)에 존재하는 장애물에 대해서는 그 위치정보를 저장한다.

경로설정부(110)는 감지된 장애물의 위치가 로봇청소기(1)의 주행에 영향을 주는지 여부를 판단하고, 장애물과 충돌 가능성이 있는 경우 회피 가능하여 주행 가능한 방향이 존재하는지 여부를 판단한다(S350).

장애물과 충돌 가능성이 있는 경우 경로설정부(110)는 장애물을 회피하여 목표지점으로 주행하도록 경로를 변경한다(S370). 이때 장애물에 접근하기 전 사전에 경로를 변경하여 장애물을 회피할 수 있다. 제어부(110)는 변경된 주행경로에 따라 주행하도록 주행부(180)를 제어한다. 단, 청소중인 경우에는 장애물에 일정거리 접근 한 후 주행 방향을 변경한다.

제어부(110)는 장애물이 존재하더라도 충돌 가능성이 없는 경우에는 기 설정된 주행경로에 따라 주행한다(S360).

제어부(110)는 기 저장된 장애물의 위치정보를 바탕으로, 로봇 청소기(1)가 장애물을 통과하였는지 여부를 판단한다(S380).

로봇청소기(1)가 장애물을 통과한 경우, 제어부(110)는 저장된 장애물의 위치정보를 삭제한다(S390).

또한, 제어부(110)는 주행경로가 변경되어 장애물이 주행 경로에 영향을 주지 않는 경우 또는 데드존에 포함될 가능성이 없는 경우에 대해, 저장된 장애물의 위치정보를 삭제한다.

목표지점에 도달하기 까지(S400), 센서유닛(120)은 로봇 청소기(1) 주변의 장애물을 감지하고, 로봇청소기(1)는 감지되는 장애물을 회피하거나 통과하여 목표지점으로 주행한다.

목표지점에 도달하면, 제어부(110)는 로봇 청소기(1)의 주행을 종료하고(S410), 다음 설정된 동작을 수행하거나 또는 다음 동작에 대한 명령이 입력될 때까지 대기한다. 또한, 목표지점이 충전대인 경우에는 충전대에 도킹하여 로봇청소기가 충전되도록 한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 감지에 따른 주행방법을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

도 12를 참조하면, 로봇 청소기(1)는 단순 이동이 아니라, 청소를 수행하는 경우, 센서유닛(110)에 의해 감지되는 장애물에 대하여, 장애물 감지 시 바로 장애물을 회피하는 것이 아니라, 일정 거리 접근한 후 장애물을 회피한다.

청소모드에서 경로설정부(150)는 장애물이 감지되면 장애물에 일정거리 접근 한 후, 경로를 변경하여 로봇 청소기(1)가 장애물을 회피하도록 한다.

도 12의 a에 도시된 바와 같이, 센서유닛(120)은 주행방향에 존재하는 벽을 장애물로 감지한다. 위치산출부(140)는 장애물인 벽까지의 거리와 감지 가능한 범위에서 벽의 길이를 산출할 수 있다.

경로설정부(150)는 장애물의 위치정보를 위치산출부(140)로 부터 입력받아 경로를 변경하나, 즉시 변경하지 않고 로봇청소기(1)가 장애물인 벽에 일정거리까지 이동하면 그 후에 주행방향이 변경되도록 주행경로를 설정한다.

이때 제어부(110)는 장애물인 벽의 위치정보를 위치산출부(140)로부터 입력받아 데이터부(160)에 저장한다.

주행부(180)는 제어부(110)의 제어명령에 따라 이동하여 벽에 일정거리까지 이동하고, 주행방향을 변경하여 주행한다. 청소부(170)는 주행부(180)에 의해 로봇청소기(1)가 이동함에 따라 이물질을 흡입하여 청소를 수행한다. 청소모드의 경우 청소영역의 구석까지도 청소를 수행하기 위해 이와 같이 장애물을 감지하더라도 장애물에 일정거리 접근하도록 한다.

이때, 로봇 청소기(1)가 장애물인 벽에 일정거리까지 접근하게 되면, 장애물인 벽이 센서유닛(120)의 데드존인 제 1 또는 제 2 영역(A, B)에 포함될 수 있다.

센서유닛(120)은 데드존으로 인하여 벽을 장애물로 감지못하지만 제어부(110)는 벽에 대한 위치정보를 데이터부(160)에 저장하였으므로 센서유닛(120)에서 감지되지 않는 경우에도 저장된 데이터를 바탕으로 해당 위치에 벽이 존재하는 것으로 인식한다.

또한, 도 12의 b에 도시된 바와 같이, 벽이 아닌 제 2 장애물(D2)이 감지되는 경우에도 로봇 청소기(1)가 청소모드로 설정된 경우, 경로설정부(150)는 장애물에 일정거리 접근한 후 이동방향이 변경되도록 하고, 제어부(110)는 제 2 장애물(D2)의 위치정보를 저장한다. 제어부(110)는 데이터부(160)에 저장된 장애물의 위치정보를 장애물 통과 여부에 따라 삭제한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 장애물 감지에 따른 주행방법이 도시된 순서도이다.

도 13을 참조하면, 로봇청소기(1)에 의해 청소를 수행하고 또는 특정 위치로 이동하도록 주행한다. 센서유닛(120)은 로봇청소기(1)가 동작하는 중에 회전 동작하면서 로봇 청소기(1) 주변을 탐색하여 장애물을 감지한다(S430).

위치산출부(140)는 장애물의 위치정보를 산출하고, 제어부(110)는 장애물의 위치정보를 저장한다(S440).

경로설정부(150)는 장애물에 일정거리, 가능한 최대위치까지 접근한 후 주행방향이 변경되도록 한다(S450). 이때 장애물에 최대위치까지 접근하는 경우는 장애물이 데드존인 제 1 또는 제 2 영역에 포함되는 정도의 위치까지로 이동하는 것을 의미한다.

장애물이 감지된 후 해당 장애물에 일정거리 접근하게 되면 센서유닛은 장애물을 감지할 수 없게 된다(S460). 제어부(110)는 기 저장된 위치정보를 바탕으로 주행부(180)가 주행하도록 제어한다. 장애물 감지가 가능한 경우에는 장애물에 더 접근할 수 있도록 이동한다.

기 감지되었던 장애물이 주행중 센서유닛(120)에 감지되지 않는 경우 제어부(110)는 데이터부(160)에 장애물에 대한 정보가 존재하는 지 여부를 판단한다(S470).

센서유닛(120)에 의해 감지되지는 않으나 데이터부(160)에 저장되어 있는 경우, 경로설정부(150)는 장애물과 충돌하지 않도록 주행방향과 경로를 다시 설정한다(S480).

제어부(110)는 재설정된 주행정보에 따라 주행부(180)를 제어하는데, 주행부는 주행가능한 방향으로 회전 동작 한 후, 이동한다(S490).

한편, 제어부(110)는 감지된 장애물에 대하여 로봇청소기(1)의 현재 위치를 고려하여 장애물 통과 여부를 판단한다(S500). 장애물을 이미 통과한 경우 제어부(110)는 장애물의 위치정보를 데이터부(160)로부터 삭제한다(S510).

로봇 청소기(1)는 센서유닛(120)에 의해 주변의 장애물을 감지하고 경로 또는 주행방향을 변경하며 목표지점에 도달하거나 설정된 동작을 완료하기까지 주행한다(S520).

본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있으나, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

1: 로봇 청소기
110 : 제어부 120 : 센서유닛
130 : 센서구동부 140 : 위치산출부
150 : 경로설정부 160: 데이터부
A, B : 데드존

Claims (19)

1. 본체;
   설정된 주행경로에 따라 본체를 이동시키는 주행부;
   주행중 본체 주변의 이물질을 흡입하는 청소부;
   상기 본체에 구비되어, 상기 본체로부터 회전 동작하면서 광을 출사하여 출사된 광이 장애물로부터 반사 또는 산란되어 입사되는 광을 이용하여 장애물을 감지하는 센서유닛; 및
   설정된 주행경로에 따라 이동하도록 상기 주행부를 제어하며 청소를 수행하도록 상기 청소부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 주행 시 상기 센서유닛에 의해 감지된 감지영역에 대한 장애물 정보를 저장하고, 주행경로 변경 시 상기 센서유닛에 의해 장애물이 감지되지 않더라도 변경된 주행경로에 포함되는 상기 감지영역의 장애물에 대응하여 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 감지영역은 상기 본체가 주행경로에 따라 주행하는 경우 상기 센서유닛의 데드존으로 인하여 주행경로 주변에 형성되는 영역인 것을 특징으로 로봇 청소기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 데드존은 상기 센서유닛이 장애물을 감지할 수 없는 제 1 영역과,
   상기 본체 회전 시 상기 제 1 영역으로 인하여 상기 본체 주변에 형성되는 제 2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 본체가 제 1 방향으로 주행 중 상기 센서유닛에 의해 감지된 상기 감지영역과, 제 2 방향으로 변경 시 변경되는 주행경로 간에 중복되는 영역에 위치하는 장애물 정보에 대응하여 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 센서유닛에 의해 감지되는 복수의 장애물 중, 주행경로 상에 위치하지 않고 회피 없이 주행 가능하나 주행 시 상기 감지영역에 위치하는 장애물에 대한 위치정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서유닛에 의해 감지되는 장애물의 위치에 대응하여 목표지점까지 최단거리로 이동하도록 주행 방향 및 주행 경로를 설정하여 상기 제어부로 인가하는 경로설정부;를 더 포함하고,
   상기 경로설정부는 주행 시, 상기 센서유닛으로부터 장애물이 감지되면 상기 장애물에 접근하기 전 상기 장애물을 회피하도록 주행경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 경로설정부는 청소모드 또는 탐색모드 설정 시, 상기 센서유닛으로부터 장애물이 감지되면 감지된 상기 장애물에 일정 거리 접근한 후 상기 장애물을 회피하도록 주행경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제어부는 청소모드 또는 탐색모드 설정 시, 감지된 상기 장애물이 상기 센서유닛의 데드존에 위치하여 상기 장애물이 감지되지 않는 위치까지 상기 장애물에 접근하도록 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 장애물 통과 시, 통과한 장애물의 위치정보를 삭제하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 주행경로 변경 시, 상기 감지영역의 장애물 정보 중 변경된 주행경로로부터 소정 거리 떨어져 위치하는 장애물의 위치정보를 삭제하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서유닛으로부터 감지된 데이터를 분석하여 장애물 위치 및 거리를 산출하여 상기 제어부로 입력하는 위치산출부를 더 포함하고,
    상기 위치산출부는 주행경로상에 형성되는 상기 감지영역을 복수의 구간으로 구분하여, 각 구간별로 장애물의 위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서유닛으로부터 감지되는 장애물의 위치정보가 저장되는 데이터부를 더 포함하는 로봇 청소기.
13. 주행 중, 센서유닛을 통해 장애물을 감지하는 단계;
    감지된 장애물 중 감지영역에 위치하는 적어도 하나의 장애물에 대하여 장애물 정보를 저장하는 단계;
    감지된 장애물을 회피하여 주행하는 단계; 및
    주행경로 변경 시, 상기 센서유닛에 의해 장애물이 감지되지 않더라도 변경된 주행경로에 포함되는 상기 감지영역의 장애물에 대응하여 주행을 제어하는 단계를 포함하는 로봇 청소기의 동작방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 장애물 정보 저장 시,
    상기 본체가 주행경로에 따라 주행하는 경우 상기 센서유닛의 데드존으로 인하여 주행경로 주변에 형성되는 상기 감지영역에 위치하는 장애물에 대한 위치정보를 상기 장애물 정보로써 저장하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 동작방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 감지영역을 복수의 구간으로 구분한 후 각 구간별로 위치하는 장애물의 위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 동작방법.
16. 제 13 항에 있어서, 장애물을 회피하여 주행하는 경우,
    일반 주행 시, 감지된 장애물에 접근하기 전 상기 장애물을 회피하도록 주행경로를 변경하는 단계를 더 포함하는 로봇 청소기의 동작방법.
17. 제 13 항에 있어서, 장애물을 회피하여 주행하는 경우,
    청소모드 또는 탐색모드 설정 시, 감지된 장애물에 일정거리 접근한 후 장애물을 회피하도록 주행경로를 변경하는 단계를 더 포함하는 로봇 청소기의 동작방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    감지된 상기 장애물이 상기 센서유닛의 데드존에 위치하여 상기 장애물이 감지되지 않는 위치까지 상기 장애물에 접근하도록 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 동작방법.
19. 제 13 항에 있어서,
    장애물 통과 시, 통과한 장애물의 정보를 삭제하는 단계; 및
    주행경로 변경 시, 상기 감지영역의 장애물 정보 중 변경된 주행경로로부터 소정 거리 떨어져 위치하는 장애물의 정보를 삭제하는 단계를 더 포함하는 로봇 청소기의 동작방법.

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