KR101476448B1 - 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법에 관한 것으로서, 청소영역을 소정의 셀 단위로 분할하고 상기 분할된 셀마다 로봇청소기의 움직임을 시계방향 또는 반시계방향으로 서로 다르게 회전하도록 하는 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 로봇청소기가 다수의 셀로 분할된 청소영역을 주행할 때 발생하는 회전량을 검출하는 검출부; 상기 검출된 회전량을 기반으로 회전방향을 변경하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 로봇청소기를 구동하는 구동부;를 포함한다.

로봇청소기, 자이로센서, 셀 분할, 주행방법

Description

셀 기반 로봇청소기 및 청소방법{Cell based cleaning robot and method}

본 발명은 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 청소영역을 소정의 셀 단위로 분할하고 상기 분할된 셀마다 로봇청소기의 움직임을 시계방향 또는 반시계방향으로 서로 다르게 회전하도록 하는 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법에 관한 것이다.

로봇청소기는 본체 상에 설치된 센서 등을 이용하여 스스로 청소할 영역을 결정하거나 또는 사용자가 입력한 정보에 의해 청소할 영역을 인식한다. 인식된 청소할 영역을 효율적으로 청소할 수 있도록 주행경로를 계획하고, 구동부를 제어하여 계획된 주행경로를 추종하면서, 흡진부를 가동하여 바닥청소를 수행하게 된다.

로봇청소기가 계획된 주행경로를 따라 이동하는 방법으로는 절대좌표계를 이용하여 자신의 현재 위치를 계산하면서 주행하는 방법과, 청소영역의 기준점으로부터 주행거리와 회전각도를 이용하여 상대좌표계를 기준으로 주행하는 방법이 있다.

상대좌표계를 이용하여 주행하는 로봇청소기는 주행거리를 검출할 수 있는 주행거리 검출센서와 로봇 청소기의 회전각도를 검출할 수 있는 각도센서를 구비하고 있다. 통상적으로 주행거리 검출센서는 주행바퀴의 회전수를 검출할 수 있는 엔 코더가 많이 사용되고, 각도센서는 상대각도를 검출할 수 있는 자이로(gyro)센서가 많이 사용된다. 자이로 센서는 각을 측정하는 센서로서, 가속도 기반의 값을 두 번 적분하여 필터링 하여 사용한다. 따라서 이 적분으로 인해서 장시간 사용하거나 한 쪽 방향으로 계속 회전하게 되면 bias(치우침)가 생겨서 정확한 각을 측정하기 어렵다.

자이로 센서를 사용하면 로봇청소기는 직진하다가 회전할 필요가 있는 지점에서 원하는 각도만큼 회전하여 주행할 수 있기 때문에 제어가 간단하다. 그러나 이와 같은 자이로 센서는 기본적으로 측정각도의 5~10%에 해당하는 오차를 갖고 있기 때문에 로봇 청소기의 회전이 많아져서 누적된 회전각도가 크면 계획된 주행경로를 추종하지 못하는 경우가 발생한다는 문제점이 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 청소영역을 소정의 셀 단위로 분할하고 상기 분할된 셀에 기반하여 청소를 수행하는 회전방향을 달리함으로써 한쪽 방향으로 회전함에 따라 발생되는 자이로 센서의 누적오차를 최소화하여 청소의 효율성을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기존의 셀 청소방식과는 달리 분할된 셀에 기반하여 청소를 수행하는 회전방향을 달리함으로써 한쪽 방향으로 회전함에 따라 발생되는 자이로 센서의 누적오차를 최소화하여 셀과 셀 사이에서 청소영역이 누락되는 것을 최소화함을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 셀 기반 로봇청소기는 로봇청소기가 다수의 셀로 분할된 청소영역을 주행할 때 발생하는 회전량을 검출하는 검출부; 상기 검출된 회전량을 기반으로 회전방향을 변경하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 로봇청소기를 구동하는 구동부;를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 셀 기반 청소방법은 청소영역에서 로봇청소기를 주행시키는 단계; 상기 주행된 청소영역을 탐색하여 다수의 셀들로 구분하는 단계; 상기 다수의 셀 각각을 순차적으로 청소하는 단계;를 포함하고, 상기 청소하는 단계는 청소중에 발생하는 회전량을 기반으로 상기 로봇청소기의 회전방향을 변경한다.

본 발명에 따른 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법은 청소영역을 소정의 셀 단위로 분할하고 상기 분할된 셀에 기반하여 청소를 수행하는 회전방향을 달리함으로써 한쪽 방향으로 회전함에 따라 발생되는 자이로 센서의 누적오차를 최소화하여 모든 청소영역에 대하여 청소의 효율성을 높이는 효과가 있다.

본 발명에 따른 셀 기반 로봇청소기 및 청소방법은 기존의 셀 청소방식과는 달리 분할된 셀에 기반하여 청소를 수행하는 회전방향을 달리함으로써 한쪽 방향으로 회전함에 따라 발생되는 자이로 센서의 누적오차를 최소화하여 셀과 셀 사이에서 청소영역이 누락되는 것을 최소화 할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 종래 로봇청소기의 회전방향을 나타낸다.

종래 로봇청소기는 한 방향으로 회전을 하면서 셀을 나누어 청소 과정을 수행하였다. 즉, 청소 영역(10)을 소정의 크기인 셀(11, 12, 13, 14, 15, 16)로 나눔에 있어, 한 방향으로 회전을 하였다.

따라서, 도 2에서 보는 바와 같이, 가상적인 셀의 모양(20)이 변형(29)이 되곤 하였다. 로봇청소기의 진행방향도 한쪽으로 치우쳐져 청소과정을 완료했다고 하더라도 미청소 영역이 남아 있는 등 청소의 효율성이 높지 않았다.

도 3은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇청소기의 구성블록도이다.

본 발명에 따른 로봇청소기는 검출부(30), 제어부(40), 구동부(50)를 포함할 수 있다.

검출부(30)는 로봇청소기가 다수의 셀로 분할된 청소영역을 주행할 때 발생하는 회전량을 검출할 수 있다. 상기 검출부(30)는 상기 로봇청소기(1)가 구동되는 동안 회전량 등을 검출하여 제어부(40)로 전달할 수 있다.

이를 위하여 상기 검출부(30)는 위치센서, 각도센서, 속도센서, 가속도 센서, 근접센서, 토크 센서, 거리 탐색기 및 카메라 등을 포함할 수 있다. 특히 로봇청소기(1)의 회전량과 관련하여 각도센서가 매우 중요하다.

각도센서로는 상대각도를 검출할 수 있는 자이로 센서가 사용될 수 있다.

상기 자이로 센서는 로봇청소기가 주행방향을 변경하고자 할 때, 기존의 주행방향에 대해 로봇청소기가 회전한 각도를 검출하는 센서이다. 따라서 검출부(30)는 로봇청소기(1)가 청소를 수행하면서 주행하는 동안 로봇청소기(1)가 회전한 각도를 합산하여 누적각도를 구할 수 있다.

다만, 각을 측정하는 자이로센서는 기본적으로 이상적인 각도의 5~10%에 해당하는 오차를 갖고 있으며, 회전이 많아져 누적된 회전각도가 크면 계획된 주행경로를 추종하지 못할 수 있다.

예컨대, 로봇청소기(1)가 직사각형의 셀을 한바퀴 주행하였다면, 총 4번의 회전을 요하므로, 시작점에 도달하였을 때의 누적각도는 90도 회전이 4번인 바, 총 360도가 될 수 있다. 그러나 실질적으로 주행하였을 경우, 누적각도가 360도보다 더 클 수 있는 것이다.

그 외에도 상기 위치 센서로는 포텐쇼미터, 엔코더, 선형가변 미분형 변압기, 리졸버, 운행시간 변위센서 등이 적용될 수 있다. 또한 상기 속도센서로는 엔코더, 타코메타, 위치신호의 미분 등이 이용될 수 있다. 근접센서로는 자기근접센서, 광학근접센서, 초음파 근접센서, 유도성 근접센서, 용량성 근접센서, 와전류 근접센서 등이 이용될 수 있다. 그리고 거리탐색기는 초음파 거리탐색기 및 광학 거리탐색기 등이 이용될 수 있다.

제어부(40)는 상기 검출부(30)로부터 검출된 회전량을 기반으로 회전방향을 변경하도록 제어할 수 있다. 이 때, 상기 제어부(40)는 상기 로봇청소기가 주행하면서 상기 검출부에 의해 검출되는 회전량의 누적오차가 최소화되도록 제어할 수 있다.

상기 제어부(40)는 로봇청소기(1)가 주행경로를 따라 주행하도록 구동부(50)를 제어하면서, 로봇청소기(1)가 회전한 각도의 누적각도를 주기적으로 확인한다. 여기서 로봇청소기(1)가 회전한 누적각도란 로봇청소기(1)가 주행경로를 따라 주행하면서 각도센서, 즉 자이로센서를 이용하여 회전한 각도의 합계를 말한다.

따라서, 회전량의 누적오차란 로봇청소기의 이상적인 회전량 누적각도와 실질적인 회전량 누적각도 사이의 차이를 말한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 도 4를 참조하면, 로봇청소기(1)는 청소영역(10) 중 첫번째 셀(11)에서 청소를 시작할 수 있다. 청소가 시작된 첫번째 셀(11)에서의 청소가 완료되면, 로봇청소기(1)는 순차적으로 두번째 셀(12)로 이동 할 수 있다.

이때, 청소가 시작된 첫번째 셀(11)에서 발생한 로봇청소기(1)의 회전량의 누적각도는 360도임이 바람직하다. 상기 첫번째 셀(11)에서 총 4번의 회전을 하였기 때문이다. 그런데 실제 로봇청소기(1)의 누적각도가 360도보다 크다면, 두번째 셀(12)로 이동하여 청소를 수행할 때에는, 로봇청소기(1)의 회전방향을 변경할 수 있다.

세번째 셀(13)로 넘어가는 경우, 두번째 셀(12)에서 발생한 로봇청소기(1)의 회전량의 누적각도가 360도라면, 세번째 셀(13)로 이동하여 청소를 수행하려는 로봇청소기(1)는 회전방향을 바꾸지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예에서, 상기 제어부(40)는 상기 로봇청소기(1)가 청소영역을 교대로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(40)는 로봇청소기(1)의 전원이 일정 수준 이하인지 여부를 확인하고, 그에 대응하여 충전대(미도시)를 서치할 수 있다. 그리고 상기 제어부(40)는 서치된 상기 충전대로 이동하여 자동으로 충전을 수행할 수 있도록 제어할 수 있다.

즉, 제어부(40)는 로봇청소기(1)의 전반적인 동작을 제어하며, 로봇청소기(1)의 각 구성요소들 간의 신호 흐름을 제어하여, 상기 로봇청소기(1)가 청소 작업을 수행할 수 있도록 제어한다.

구동부(50)는 상기 제어부(40)의 명령에 따라 모터를 구동시키는 역할을 한다. 상기 구동부(50)는 로봇청소기(1)를 이동시키는 바퀴와, 바퀴를 고정하는 축 및 축을 회전시키는 기어 및 기어에 동력을 제공하는 모터를 포함하여 형성된다. 이러한 구동부(50)는 상기 로봇청소기(1)의 이동성을 고려하여 3개 이상의 바퀴를 가지는 것이 바람직하며, 360도 회전이 가능한 구조를 가지는 것이 바람직하다.

로봇청소기(1)의 청소 위치는 원격으로 제어가능하며, 이는 리모콘 형태로 제공될 수 있다.

다만, 실시예에 따라서는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부는 로봇청소기의 위치정보와 회전방향 등을 표시하는 수단으로서, 예를 들면 LCD(Liquid Crystal Display)가 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기(1)의 회전방향을 표현한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇청소기(1)는 교대로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전을 하며 셀을 나누어 청소 과정을 수행할 수 있다. 로봇청소기의 셀 분할 방식은 최초 정지된 지점에서 소정 거리만큼 직진 주행하고, 다음 정지되는 지점에서 우측으로 90도 회전한 후 소정거리만큼 직진 주행한다. 그 후 다음 정지되는 지점에서 우측으로 90도 회전 한 후 소정거리만큼 직진주행한다. 이러한 과정을 반복할 수 있다.

즉 첫 번째 셀(11)에서 로봇청소기(1)는 오직 오른쪽 방향으로 회전하였다. 각을 측정하는 자이로 센서는 기본적으로 측정각도의 5~10%에 해당하는 오차를 갖고 있으므로, 두 번째 셀(12)에서는 왼쪽 방향으로 회전하는 것이 요구될 수 있다.

따라서 첫 번째 셀(11)에서의 청소를 마치고 두 번째 셀(12)로 넘어간 로봇청소기(1)는 두 번째 셀(12)에서 최초 정지된 지점에서 제자리에서 우측으로 90도 회전한 후 소정거리만큼 직진 주행하고, 다음 정지되는 지점에서는 좌측으로 90도 회전한 후 소정거리만큼 직진 주행한다. 그 후 다음 정지되는 지점에서 좌측으로 90도 회전 한 후 소정거리만큼 직진 주행한다. 이러한 과정을 반복할 수 있다.

즉 두 번째 셀(11)에서 로봇청소기(1)은 오직 왼쪽 방향으로 회전하였다. 각을 측정하는 자이로 센서는 기본적으로 측정각도의 5~10%에 해당하는 오차를 갖고 있으므로, 세 번째 셀(13)에서는 다시 오른쪽 방향으로 회전하는 것이 요구될 수 있다.

두 번째 셀(12)을 청소한 결과, 더 이상 청소할 곳이 없게 되면 세 번째 셀(13) 로 이동하게 된다. 청소가 마무리 되지 않았다면 청소를 마무리 짓고 다음 셀로 이동하게 된다. 만약 다음 청소할 셀이 없다면 모든 청소를 마무리 하고 충전대로 복귀하여 모든 청소동작을 멈추어 대기할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 로봇청소기의 청소방법에 대한 흐름도이다.

도 5를 살펴보면, 본 발명에 따른 로봇청소기(1)의 청소방법은 먼저 로봇청소기(1)의 전원버튼을 켜서 청소를 시작한다. 로봇청소기(1)는 청소영역(10)을 소정의 크기인 셀로 분할하며(S110), 누적각도가 발산되지 않도록 회전방향을 설정한다(S120).

이때의 회전방향은 로봇청소기(1)가 청소영역을 교대로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 것을 의미할 수 있다. 상기 분할된 셀의 내부를 다양한 주행패턴을 이용하여 청소하고(S130), 전 청소영역에 대한 청소가 완료되었다면(S140), 로봇청소기(1)는 청소를 시작한 위치로 복귀하여(S150), 청소를 종료한다. 만약 전 청소영역에 대한 청소가 완료되지 않았다면(S140), 청소되지 않은 셀로 이동하여 상기의 청소단계를 반복 진행할 수 있다.

도 6은 청소영역에 장애물(빗금친 부분)이 있는 경우, 본 발명에 따른 로봇청소기(1)가 청소영역(10)을 셀로 분할하는 모습을 나타낸다.

본 발명에 따른 일실시예에서, 도 6을 참조하면, 로봇청소기(1)는 장애물(빗금친 부분) 이외의 영역에 대해서 셀을 분할할 수 있다. 상기 셀들은 상기 각 셀을 청소하는 데 동일한 청소패턴이 사용되도록 상호간에 닮은 형상으로 설정되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 청소공간, 장애물, 로봇청소기의 크기 등을 고려하여 일부 셀들의 크기와 형상을 다르게 설정하는 것도 가능하다.

상기 분할된 셀(19~27)들은 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 다만, 실재 방의 구조는 장애물(책상, 침대, 옷장 등)이 존재하기 때문에 셀의 모양이 정확하게 직사각형 또는 정사각형으로 나오기 힘들 수 있으므로, 분할된 셀은 다각형, 원형 또는 타원형도 가능하다.

셀의 한 칸의 크기는 로봇청소기의 4~6배 정도로 하며, 나누어서 남거나 부족한 부분은 마지막 셀에서 흡수하여 처리한다. 또한 분할된 셀 중, 로봇청소기(1)가 위치하고 있는 셀(19)부터 청소를 시작하게 되며, 로봇청소기(1)로부터 가장 가까운 곳의 셀을 순차적으로 청소할 수 있다.

로봇청소기(1)의 주행패턴은 매우 다양할 수 있다. 나선형, 랜덤형, 지그재그형, 집중형, 격자형, 벽면구석청소형 등의 패턴을 이용할 수 있으며, 이들을 병용하여 청소를 수행할 수 있다.

도 6의 일부 셀들(19, 20)은 직사각형으로 설정하고, 나머지 셀들(21~27)은 정사각형으로 설정할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 정사각형 셀들(21~27)에 적용되는 청소 패턴은 상호 동일한 청소패턴이 사용되며, 상기 직사각형 셀들(19, 20)에 적용되는 청소 패턴은 정사각형 셀들과는 다른 청소패턴이 사용되어짐이 바람직하다.

직사각형 셀의 경우, 셀의 가로·세로 길이의 차이로 인해 로봇청소기(1)의 회전하는 횟수를 최소한 줄이는 방향으로 청소패턴이 결정될 것이다.

다만, 일부의 셀들을 청소한 후에도, 장애물의 위치, 청소영역의 크기, 형태 등에 따라 청소를 효율적으로 하기 위하여 상기 셀들의 재분할이 필요하다고 판단되면, 셀의 분할을 다시 할 수 있다.

도 1은 종래 로봇청소기의 회전방향을 개략적으로 표현한 도면이다.

도 2는 종래 로봇청소기의 자이로센서의 누적오차로 인한 셀의 변형을 개략적으로 표현한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇청소기의 개략적인 구성블럭도이다.

도 4는 본 발명에 따른 로봇청소기의 회전방향을 개략적으로 표현한 도면이다.

도 5은 본 발명에 따른 로봇청소기의 청소방법에 대한 흐름도이다.

도 6은 청소영역에 장애물이 있는 경우 본 발명에 따른 로봇청소기의 셀 분할하는 모습을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 로봇청소기 10 : 청소영역

11~16, 19~27 : 분할된 셀

30 : 검출부 40 : 제어부

50 : 구동부

Claims (8)

1. 로봇청소기가 다수의 셀로 분할된 청소영역을 주행할 때 발생하는 회전량을 검출하는 검출부;

   상기 검출된 회전량을 기반으로 회전방향을 변경하도록 제어하는 제어부; 및

   상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 로봇청소기를 구동하는 구동부;

   를 포함하는 셀 기반 로봇청소기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,

   상기 로봇청소기가 주행하면서 검출부에 의해 검출되는 회전량의 누적오차가 최소화되도록 제어하는 셀 기반 로봇청소기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,

   상기 로봇청소기가 청소영역을 교대로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어하는 셀 기반 로봇청소기.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 로봇청소기가 회전하는 영역의 크기는 가변적인 셀 기반 로봇청소기.
5. 청소영역에서 로봇청소기를 주행시키는 단계;

   상기 주행된 청소영역을 탐색하여 다수의 셀들로 구분하는 단계;

   상기 다수의 셀 각각을 순차적으로 청소하는 단계;

   를 포함하고,

   상기 청소하는 단계는 청소중에 발생하는 회전량을 기반으로 상기 로봇청소기의 회전방향을 변경하는 셀 기반 청소방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 청소하는 단계는,

   청소중에 발생하는 회전량의 누적오차가 최소화되도록 하는 셀 기반 청소방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 청소하는 단계는,

   상기 구분된 셀을 교대로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 셀 기반 청소방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 다수의 셀 크기가 가변적인 셀 기반 청소방법.

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