KR101425194B1 - 로봇청소기의 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위치 인식 특성이 우수한 로봇청소기의 감지장치에 관한 것으로, a) 복수의 엘이디를 포함하며 청소영역의 표면을 향해 빛을 방출하는 발광부, b) 청소영역의 표면에서 반사된 빛을 집광하며, 청소영역의 표면을 향한 일면이 음의 굴절율을 가지는 오목면이고 다른 일면이 양의 굴절율을 가지는 볼록면으로 이루어지는 렌즈, c) 렌즈를 수용하는 홀더, d) 렌즈를 통과한 빛을 수신하는 수광부 및 발광부, 홀더, 수광부가 결합되는 바디를 포함한다.

Description

로봇청소기의 감지장치 {SENSING APPARATUS FOR ROBOT CLEANER}

본 발명은 로봇청소기의 감지장치에 관한 것으로서, 위치 인식 특성이 우수한 로봇청소기의 감지장치에 관한 것이다.

로봇청소기는 사용자의 조작 없이 스스로 주행 및 청소를 수행하는 장치이다. 로봇청소기는 내장된 프로그램에 설정된 경로를 따라 주행하면서 청소 동작을 수행한다. 로봇청소기의 주행 방향에 장애물이 위치하면, 로봇청소기는 주행 방향을 수정하여 장애물을 피해 임의의 방향으로 주행하며 청소를 계속한다. 즉, 종래의 로봇청소기는 청소하고자 하는 전체 지역에 대한 경로가 고려되지 않고 장애물에 의해 주행 경로가 계속하여 수정되었다. 따라서 종래의 로봇청소기는 전체 지역을 빠짐없이 주행 및 청소하기 어려웠고, 전체 지역을 모두 청소하기 위해서는 로봇청소기를 장시간 구동시켜야 하는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에 청소하고자 하는 영역의 좌표값을 이용하여 로봇청소기를 작동시키는 기술이 개시되어 있다. 청소하고자 하는 영역의 좌표값을 입력받고, 이 좌표값을 맵에 대응시켜 로봇청소기의 이동을 제어하는 기술이다. 이와 같이 좌표값을 이용하여 로봇청소기의 이동을 제어하기 위해서는 로봇청소기의 위치를 정확하게 검출하기 위한 기술이 필요하다. 특히, 청소하고자 하는 영역의 표면 재질, 일례로 일반 장판이나 카펫 또는 대리석 등의 재질 변화에 무관하게 로봇청소기의 위치를 정확하게 검출하여야 한다.

그런데 종래에는 로봇청소기의 위치를 정확하게 검출할 수 있는 수단이 구비되지 않았다. 특히, 청소 영역의 표면이 다양한 재질로 이루어지는 경우에는 재질의 상태에 따라 또는 재질이 변화하는 부분에서 로봇청소기의 위치 오인식이 더욱 증가하였다. 따라서 종래의 로봇청소기는 위치가 오인식되어 주행이 정지되거나 설정된 주행경로대로 주행하지 못하여 해당 영역의 청소를 완료하지 못하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 위치 인식 특성이 우수한 로봇청소기의 감지장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 감지장치는 a) 복수의 엘이디를 포함하며 청소영역의 표면을 향해 빛을 방출하는 발광부, b) 청소영역의 표면에서 반사된 빛을 집광하며, 청소영역의 표면을 향한 일면이 음의 굴절율을 가지는 오목면이고 다른 일면이 양의 굴절율을 가지는 볼록면으로 이루어지는 렌즈, c) 렌즈를 수용하는 홀더, d) 렌즈를 통과한 빛을 수신하는 수광부 및 발광부, 홀더, 수광부가 결합되는 바디를 포함한다.

바디는 서로 다른 평면인 제1 면과 제2 면을 포함하며, 제1 면에 제1 기판을 포함하는 상기 발광부가 부착되고, 제2 면에 제2 기판을 포함하는 수광부가 홀더를 사이에 두고 부착될 수 있다.

본 발명의 로봇청소기의 감지장치는 청소영역의 표면 재질에 상관없이 로봇청소기의 위치를 정확하게 인식하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 감지장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 로봇청소기의 조립 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 감지장치(100)를 분해하여 나타내고, 도 2는 도 1에 도시한 로봇청소기의 감지장치(100)를 조립한 단면을 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 로봇청소기의 감지장치(100)는 발광부(10), 렌즈(20), 홀더(30), 수광부(40) 및 바디(50)를 포함한다.

발광부(10)는 제1 기판(12)과 광원(14)을 포함한다. 광원(14)은 복수로 구비될 수 있으며, 일례로 4개의 적색 엘이디소자일 수 있다. 광원(14)은 10 내지 30도(°)의 지향각을 가진다. 상기한 지향각을 만족하는 광원(14)은 광균일성(Beam Uniformity)이 높기 때문에 동일한 구동조건에서 청소영역의 표면을 이미지화하는데 유리하다. 광원(14)은 제1 기판(12)에 대해 대략 수직한 광축을 가지도록 부착된다. 일례로 도 2를 참고하면, 광원(14)은 밑면이 제1 기판(12)에 밀착되도록 부착된다. 그리고 제1 기판(12)의 일면에는 제1 기판(12)으로의 먼지 유입을 차단하기 위한 보호부재(16)가 위치하여 먼지에 의한 발광부(10)의 오작동을 방지한다. 보호부재(16)는 포론(poron)일 수 있다.

도 2의 확대원은 로봇청소기의 감지장치(100)의 렌즈(20)를 확대하여 나타낸 것이다. 도 2를 참고하면, 렌즈(20)는 오목면(22)과 볼록면(24)을 포함한다. 오목면(22)은 청소영역의 표면을 향해 위치하며, 중심 부분이 렌즈(20)의 내측으로 들어가 있다. 볼록면은 오목면(22)의 반대측, 즉 후술할 수광부(40)를 향해 위치하며, 중심 부분이 돌출되어 있다. 따라서 오목면(22)은 음(-)의 굴절율을 가지고 볼록면(24)은 양(+)의 굴절율을 가진다. 이와 같은 형상의 렌즈(20)는 25 내지 30도(°)의 화각을 형성하여 좀더 넓은 범위의 빛을 집광할 수 있다.

홀더(30)는 렌즈 수용홈(32)을 포함하며, 이 렌즈 수용홈(32)에 렌즈(20)가 수용된다. 홀더(30)는 렌즈의 중앙에 대응되는 부분에 홀(34)을 구비한다. 청소영역의 표면에서 반사된 빛은 렌즈와 홀(34)을 차례로 통과한다. 홀더(30)는 빛이 투과되지 않는 합성수지재로 제조될 수 있다. 이에 따라 홀더(30)는 렌즈(20)의 중앙 부분을 통과한 빛만 홀(34)을 통해 통과시키고 렌즈(20)의 가장자리나 홀(34)을 제외한 나머지 부분을 향하는 빛을 차단함으로써 잡광에 의한 오작동을 최소화시킬 수 있다.

수광부(40)는 제2 기판(42)과 센서(44; 도 2 참조)를 포함한다. 센서(44)는 제2 기판(42)에 부착되며, 렌즈(20)를 통과한 빛을 수신한다. 센서(44)는 수광되는 빛을 연속적으로 촬상한다. 촬상된 빛은 음영의 영상 이미지로 저장되고, 연속적으로 저장되는 이미지들의 변위값으로 연산되어 로봇청소기의 마이컴(미도시)으로 전송된다. 마이컴은 수신된 변위값에 따라 로봇청소기의 위치를 검출한다.

바디(50)는 전술한 발광부(10), 렌즈(20)가 수용된 홀더(30) 및 수광부(40)를 결합한다. 바디(50)는 서로 다른 평면인 제1 면(S1)과 제2 면(S2)를 가진다. 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 서로 연결되어 있으며, 이들 사이의 각도는 90도보다 크고 180도보다 작다. 제1 면(S1)에는 발광부(10)가 부착된다. 발광부(10)는 광원(14)이 아래쪽, 즉 청소영역의 표면을 향하도록 부착된다. 제2 면(S2)에는 홀더 수용부(52)가 형성되어 렌즈(20)가 수용된 홀더(30)를 수납한다. 그리고 홀더(30)의 위로 제2 면(S2)과 평행하도록 수광부(40)가 결합된다. 광원(14) 및 센서(44)는 제1 면(S1)과 제2 면(S2)에 형성된 개구부에 의해 바디(50)의 내측으로 노출된다. 그리고 바디(50)는 내부에 광경로부(54)를 가진다. 즉, 바디(50)는 청소영역의 표면에서 반사된 빛이 입사되는 하부만 개방되고 측면이 막힌 형태를 가지므로, 측면으로부터의 잡광 유입이 차단된다.

한편, 도시하지는 않았지만 수광부(40)에는 2개의 커넥터가 연결된다. 하나는 전원 공급 및 로봇청소기와의 데이터 통신을 위한 것이고, 다른 하나는 발광부(10)로 전원 및 On/Off 신호를 전송하기 위한 것이다. 발광부(10) 또한 수광부(40)로부터 전원 및 On/Off 신호를 수신하기 위한 커넥터(미도시)가 연결된다.

도 2를 참고하여 로봇청소기의 감지장치(100)의 조립 상태에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 바디(50)의 제1 면(S1)에 발광부(10)가 부착되고 제2 면(S2)에 홀더(30)와 수광부(40)가 차례로 부착된다. 이때 발광부(10)의 광원(12)은 광축이 수광부(40)의 제2 기판(42)에 대하여 40 내지 50도(°)의 각을 형성하며, 바람직하게는 45도(°)를 형성한다. 광원(12)의 광축이 제2 기판(42)에 대하여 40도 미만의 각을 형성하는 경우, 청소영역의 표면 높이 변화에 따라 발광 범위가 크게 변화하므로 인식률을 균일하게 확보하기 어렵다. 또한, 광원(12)의 광축이 제2 기판(42)에 대하여 50도 초과의 각을 형성하는 경우, 수광부(40)에 입사되는 빛의 음영이 정확히 표시되지 않아 인식률이 낮아질 수 있다. 홀더(30)의 렌즈 수용홈(32)에는 렌즈(20)가 수납되어 있다. 이와 같이 조립된 로봇청소기의 감지장치(100)에서 렌즈(20)는 전술한 오목면(22)과 볼록면(24)을 가지며 -0.3 내지 -0.15의 배율과 ±7.0mm의 심도(DOF, Depth Of Field)를 가진다. 심도는 기준면에 대해 렌즈(20)가 인식 가능한 높이의 범위를 의미한다. 일례로, 로봇청소기의 감지장치(100)가 장착된 로봇청소기가 카펫 위에 위치하는 경우, 로봇청소기 바퀴가 위치한 부분, 즉 바퀴에 의해 섬유가 눌린 부분이 기준면이 된다. 그리고 로봇청소기의 감지장치(100)가 위치한 부분에서는 카펫의 섬유가 눌리지 않고 위로 올라와 있으므로, 이때 청소영역의 표면, 즉 섬유의 끝부분은 심도의 마이너스(-) 범위에 위치하게 된다. 이와 같이, 다양한 재질로 이루어진 청소영역을 효과적으로 주행하며 청소하기 위해서는 심도가 높은 것이 좋다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 감지장치(100)에 있어서, 렌즈(20)는 오목면(22)과 볼록면(24)을 형성하여 -0.3 내지 -0.15의 배율을 유지함으로써 ±7.0mm의 높은 심도를 확보할 수 있다.

다음으로 로봇청소기의 감지장치(100)의 동작에 대해 살펴보면, 수광부(40)가 로봇청소기로부터 전원과 On 신호를 수신하여 발광부(10)에 전달한다. 발광부(10)는 신호에 따라 광원(14)을 On시켜 빛을 방출한다. 방출된 빛은 청소영역의 표면(A)에 반사되어 경로가 변경되며, 그 중 일부는 렌즈(20)에 의해 집광되어 수광부(40)로 수신된다. 수광부(40)는 수신된 빛을 연속적으로 촬상한 후 변위값을 연산하여 로봇청소기의 마이컴(미도시)으로 전송한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 감지장치(100)는 로봇청소기에 최적화된 렌즈(20)를 이용하여 청소영역의 표면 재질에 상관없이 로봇청소기의 위치를 정확하게 인식할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 감지장치(100)는 발광부(10)와 수광부(40)가 각자의 기판(12)(42)을 가지도록 하여 제조 공정에서 발광부(10) 또는 수광부(40) 중 어느 하나에서 불량이 발생되더라도 불량이 발생된 발광부(10) 또는 수광부(40)만을 제거할 수 있다. 그 결과 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기는 불량이 발생된 부분만을 교체하여 사용할 수 있으므로 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 로봇청소기의 감지장치 10: 발광부
20: 렌즈 30: 홀더
40: 수광부 50: 바디

Claims (2)

1. 복수의 엘이디를 포함하며 청소영역의 표면을 향해 빛을 방출하는 발광부;
   상기 청소영역의 표면에서 반사된 빛을 집광하며, 상기 청소영역의 표면을 향한 일면이 음의 굴절율을 가지는 오목면이고 다른 일면이 양의 굴절율을 가지는 볼록면으로 이루어지는 렌즈;
   상기 렌즈를 수용하는 홀더;
   상기 렌즈를 통과한 빛을 수신하는 수광부; 및
   상기 발광부, 상기 홀더, 상기 수광부가 결합되는 바디
   를 포함하고,
   상기 수광부는 상기 렌즈를 통과한 빛을 연속적으로 촬상하고 촬상된 이미지들의 변위값을 연산하는 로봇청소기의 감지장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바디는 서로 다른 평면인 제1 면과 제2 면을 포함하며,
   상기 제1 면에 제1 기판을 포함하는 상기 발광부가 부착되고,
   상기 제2 면에 제2 기판을 포함하는 상기 수광부가 상기 홀더를 사이에 두고 부착되는 로봇청소기의 감지장치.
   

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