KR101477972B1 - 전방향 이동가능 청소로봇 - Google Patents

전방향 이동가능 청소로봇 Download PDF

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김성진
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    • A47L9/28—Installation of the electric equipment, e.g. adaptation or attachment to the suction cleaner; Controlling suction cleaners by electric means
    • A47L9/2836—Installation of the electric equipment, e.g. adaptation or attachment to the suction cleaner; Controlling suction cleaners by electric means characterised by the parts which are controlled
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Abstract

본 발명은 모든 방향으로 즉각적으로 이동할 수 있는 청소로봇에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇은, 청소로봇에 있어서, 상기 청소로봇의 구동 및 이동을 위한 구동부; 상기 구동부에 연결되고 청소를 위한 청소부; 및 상기 구동부와 상기 청소부 사이에 존재하며, 상기 구동부와 상기 청소부가 각각 독립적으로 회전할 수 있도록 하는 터렛부를 포함할 수 있다.

Description

전방향 이동가능 청소로봇{Omnidirectional Movable Cleaning Robot}
본 발명은 청소로봇에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 방향 전환이 용이한 청소로봇에 관한 것이다.
기술의 발달로 인하여 교육용 로봇, 놀이용 로봇, 청소 로봇 등 다양한 이동로봇이 출시되고 있다. 이동로봇 중에서 청소로봇은 이미 대중화되어 가고 있다. 청소로봇은 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역 내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하여 청소를 수행하는 기기이다.
현재 존재하는 대부분의 청소로봇은 회전 브러쉬 등을 포함하는 청소부와 로봇 본체가 일체화 되어 있다. 청소부와 로봇 본체가 일체화 된 경우 청소로봇의 이동 경로를 따라서 청소부가 청소를 수행한다. 이로 인하여 청소부의 청소 반경이나 청소 범위가 청소로봇의 이동 능력에 영향을 받게 되는 문제점이 존재한다.
또한, 일반적으로 청소로봇은 청소로봇의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 즉각적인 이동이 어렵다.
따라서, 모든 방향으로 즉각적으로 이동이 가능한 청소로봇이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모든 방향으로 즉각적으로 이동할 수 있는 전방향 이동가능 청소로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 전방향 이동가능 청소로봇은, 청소로봇에 있어서, 상기 청소로봇의 구동 및 이동을 위한 구동부; 상기 구동부에 연결되고 청소를 위한 청소부; 및 상기 구동부와 상기 청소부 사이에 존재하며, 터렛(Turret) 구조를 가지는 터렛부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동부 및 상기 청소부를 통칭하여 플랫폼이라 하고, 상기 구동부의 회전 중심(Mc)과 상기 플랫폼의 회전 중심(Pc)이 상이할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동부의 회전 중심(Mc)과 상기 플랫폼의 회전 중심(Pc)이 기 설정된 특정거리(N)만큼 오프셋(Offset)을 가지도록 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기 설정된 특정거리(N)는 상기 구동부의 전방향성에 필요한 힘과 상기 플랫폼이 제자리에서 회전할 때 상기 플랫폼의 최말단부가 그리는 원의 궤적의 크기를 고려하여 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동부 및 상기 청소부를 통칭하여 플랫폼이라 하고, 상기 구동부는 상기 청소로봇의 이동을 위하여 적어도 둘 이상의 바퀴를 포함하거나 상기 바퀴를 제어할 수 있으며, 상기 구동부 및 상기 터렛 형태의 구조는 하기 수학식을 이용하여 제어될 수 있다.
[수학식]
Figure 112013018353019-pat00001
(단, Vl은 상기 구동부의 왼쪽 바퀴 선속도, Vr은 상기 구동부의 오른쪽 바퀴 선속도, Wm은 상기 터렛부의 회전 각속도, J-1은 자코비안 역행렬, Vx는 상기 플랫폼의 x축 방향 이동 속도, Vy는 상기 플랫폼의 y축 방향 이동 속도, Wb는 상기 플랫폼의 회전 각속도이다.)
바람직하게는, 상기 전방향 이동가능 청소로봇은, 상기 Vx, Vy 및 Wb값을 측정하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 터렛부는 상기 청소부에 물리적으로 취부되어 상기 구동부와 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 터렛부는 상기 구동부에 물리적으로 취부되어 상기 청소부에 연결될 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 전방향 이동가능 청소로봇은, 청소로봇에 있어서, 상기 청소로봇의 구동 및 이동을 위한 구동부; 상기 구동부에 연결되고 청소를 위한 청소부; 및 상기 구동부 및 상기 청소부를 통칭하여 플랫폼이라 하고, 상기 구동부의 회전 중심(Mc)과 상기 플랫폼의 회전 중심(Pc)이 기 설정된 특정거리(N)만큼 오프셋(Offset)을 가지도록 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기 설정된 특정거리(N)는 상기 구동부의 전방향성에 필요한 힘과 상기 플랫폼이 제자리에서 회전할 때 상기 플랫폼의 최말단부가 그리는 원의 궤적의 크기를 고려하여 설정될 수 있다.
본 발명은 청소로봇이 모든 방향으로 즉각적으로 이동할 수 있다.
따라서, 본 발명은 청소부의 청소 가능 범위와 이동 경로의 최적화로 인하여 청소 영역 대비 청소 시간의 단축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇에 관한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇에 관한 구성도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다거나 “접속되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어”있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇에 관한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 구동부(110), 터렛부(120) 및 청소부(130)를 포함한다.
구동부(110)는 청소로봇의 구동과 이동을 제어한다.
따라서, 구동부(110)는 청소로봇의 각종 모터를 제어할 수 있으며, 이동을 위하여 바퀴를 포함하거나 바퀴를 제어할 수 있다.
구동부(110)의 형태는 청소로봇의 종류, 크기, 특성, 용도 등에 따라서 다양하게 존재할 수 있으나, 외관상 원형이 될 수 있다.
청소부(130)는 청소를 수행한다.
따라서, 청소부(130)는 청소를 위하여 장애물을 감지하는 센서, 청소 모듈, 청소용 하드웨어 등이 포함될 수 있다.
청소부(130)는 구동부(110)와 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 구동부(110)와 청소부(130)를 독립적으로 회전이 가능하도록 연결하기 위하여 터렛부(120)가 구동부(110)와 청소부(130)의 연결 사이에 존재할 수 있다.
즉, 청소부(130)와 구동부(110)는 터렛부(120)를 통하여 결합되며, 터렛부(120)의 취부 위치는 청소로봇의 내부 구성 등에 따라서 상이할 수 있다. 구체적으로 터렛부(120)의 취부 위치는 청소로봇의 내부 구성 등에 따라서 청소부(130)에 물리적으로 취부되어 구동부(110)와 연결될 수 있고, 반대로 구동부(110)에 물리적으로 취부되어 청소부(130)와 연결될 수도 있다.
또한, 터렛부(120)는 취부 위치도 청소로봇의 내부 구성 등에 따라서 상이할 수 있다. 구체적으로 터렛부(120)는 구동부(110)의 외곽 부분에 취부될 수도 있고, 청소부(130)의 중앙부분에 취부될 수도 있다. 터렛부(120)는 필요한 경우 모터를 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 구동부(110)의 회전 중심(Mc)과 플랫폼의 회전 중심(Pc)이 서로 상이하도록 취부되어야 한다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 구동부(110)의 회전 중심(Mc)과 플랫폼의 회전 중심(Pc) 사이에는 의자 바퀴의 캐스터 구조와 같이 특정 거리(N)만큼의 오프셋(Offset)이 존재하도록 하는 것이 바람직하다. 플랫폼은 구동부(110)와 청소부(130)를 포함한 것으로 정의한다.
구동부(110)의 회전 중심(Mc)과 플랫폼의 회전 중심(Pc) 사이에 특정거리(N)만큼의 오프셋이 존재함으로써, 구동부(110)와 청소부(130)는 서로 독립적으로 이동될 수 있다. 만약, 터렛부(120)가 회전하지 않고 정지하면, 구동부(110)의 회전은 플랫폼의 회전이 된다.
특정거리(N)은 청소로봇의 형태, 크기, 회전 반경, 이동력, 장애물 회피 능력 등 청소로봇의 외형과 성능을 고려하여 설정될 수 있다.
구체적으로 특정거리(N)이 클수록, 즉 구동부(110)의 회전 중심(Mc)과 플랫폼의 회전 중심(Pc) 사이 간격이 멀어질수록 플랫폼이 제자리에서 회전할 때 플랫폼의 최말단부가 그리는 원의 궤적이 커진다. 플랫폼의 최말단부가 그리는 원의 궤적이 커지게 되면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)이 장애물을 회피하거나 좁은 지역에 진입하고 탈출하는 제어 성능의 저하가 우려될 수 있다.
반면에, 특정거리(N)이 작을수록 전방향성에 필요한 힘은 증가한다.
따라서, 특정거리(N)은 전방향성에 필요한 힘과 플랫폼이 제자리에서 회전할 때 최말단부가 그리는 원의 궤적을 청소로봇의 외형과 성능 등에 적절하도록 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)에 관한 구성도이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)에서 구동부(110)의 회전 중심(Mc)과 플랫폼의 회전 중심(Pc)이 서로 상이하도록 취부되는 일 예를 설명한다.
도 2에서 플랫폼은 구동부(110)와 청소부(130)를 포함하는 사각형 전체가 된다. 청소로봇의 형태, 청소부(130)의 취부 위치, 청소부(130)의 형태, 터렛부(120)의 형태, 터렛부(120)의 위치 등에 따라서 플랫폼의 형태는 상이할 수 있으며, 경우에 따라서는 플랫폼은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100) 전체가 될 수 있다.
구동부(110)의 회전 중심(Mc)는 구동부(110)에 존재하는 보조바퀴가 아닌 주 바퀴의 중심부분을 연결한 선의 중간이 될 수 있다.
도 2에서 구동부(110)의 회전 중심(Mc)과 플랫폼의 회전 중심(Pc)는 특정거리(N)만큼의 오프셋(Offset)이 존재하는 것을 볼 수 있다.
도 2에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 구동부(110)과 청소부(130)를 별도로 독립적으로 회전가능하도록 연결하는 터렛부(120)의 구조로 인하여 ①과 같이 청소부(130)가 구동부(110)와 독립적으로 플랫폼의 회전 중심(Pc)을 중심으로 회전할 수 있다. 마찬가지로, 청소부(130)의 회전과는 독립적으로 구동부(110)는 ②와 같이 구동부(110)의 회전 중심(Mc)를 중심으로 회전할 수 있다.
제어부(140)는 구동부(110), 터렛부(120), 청소부(130) 및 플랫폼을 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 수학식 1을 이용하여 구동부(110), 터렛부(120) 및 플랫폼을 제어할 수 있다. 청소부(130)는 터렛부(120)의 제어에 따라서 회전할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013018353019-pat00002
수학식 1에서 Vl은 구동부(110)의 왼쪽 바퀴(21) 선속도이고 Vr은 구동부(110)의 오른쪽 바퀴(22) 선속도이다. Wm은 터렛부(120)의 회전 각속도이고, J-1은 자코비안 역행렬이다. Vx는 플랫폼의 x축 방향 이동 속도이고, Vy는 플랫폼의 y축 방향 이동 속도이다. Wb는 플랫폼의 회전 각속도이다.
제어부(140)가 구동부(110), 터렛부(120) 및 플랫폼을 제어하기 위하여 Vl, Vr, Wm값을 알아야 하며, 따라서, Vx, Vy, Wb의 값이 주어지면 자코비안 역행렬(J-1)을 이용하여 Vl, Vr, Wm값을 구할 수 있다. 제어부(140)는 구동부(110)의 왼쪽 바퀴와 오른쪽 바퀴(22)의 선속도 및 터렛부(120)의 회전 각속도를 이용하여 구동부(110), 터렛부(120) 및 플랫폼의 움직임을 제어할 수 있다.
제어부(140)가 제어에 필요한 Vx, Vy, Wb값의 측정을 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 Vx, Vy, Wb값을 측정하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 모든 방향으로 즉각적으로 이동할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)은 구동부(110)과 청소부(130)를 별도로 독립적으로 회전가능하도록 연결하는 터렛부의 구조와 오프셋으로 인하여 청소로봇의 이동방향과 수직인 방향으로도 즉각적으로 이동할 수 있다.
본 발명에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)이 모든 방향으로 즉각적으로 이동할 수 있음으로 인하여 청소부(130)의 청소 가능 범위와 이동 경로의 최적화가 가능하고 청소 영역 대비 청소 시간의 단축이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 전방향 이동가능 청소로봇(100)이 모든 방향으로 즉각적으로 이동할 수 있음으로 인하여 장애물의 회피와 각종 상황에서의 회피 제어가 용이할 수 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전방향 이동가능 청소로봇
110 : 구동부 120 : 터렛부
130 : 청소부 140 : 제어부
131 : 센서정보획득부 133 : 회전정보획득부
135 : 검출부 137 : 지도생성부
139 : 제어부 21 : 왼쪽 바퀴
22 : 오른쪽 바퀴

Claims (11)

  1. 청소로봇에 있어서,
    상기 청소로봇의 구동 및 이동을 위한 구동부;
    상기 구동부에 연결되고 청소를 위한 청소부; 및
    상기 구동부와 상기 청소부 사이에 존재하며, 상기 구동부와 상기 청소부가 각각 독립적으로 회전할 수 있도록 하는 터렛부를 포함하고,
    상기 구동부 및 상기 청소부를 통칭하는 플랫폼의 회전 중심(Pc)과 상기 구동부의 회전 중심(Mc)이 기 설정된 특정거리(N)만큼 오프셋(Offset)을 가지도록 설정된 것을 특징으로 하는 전방향 이동가능 청소로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 특정거리(N)는 상기 구동부의 전방향성에 필요한 힘과 상기 플랫폼이 제자리에서 회전할 때 상기 플랫폼의 최말단부가 그리는 원의 궤적의 크기를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 전방향 이동가능 청소로봇.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 청소로봇의 이동을 위하여 적어도 둘 이상의 바퀴를 포함하거나 상기 바퀴를 제어할 수 있으며,
    상기 구동부 및 상기 터렛부는 하기 수학식을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 전방향 이동가능 청소로봇.
    [수학식]
    Figure 112014041088460-pat00003

    (단, Vl은 상기 구동부의 왼쪽 바퀴 선속도, Vr은 상기 구동부의 오른쪽 바퀴 선속도, Wm은 상기 터렛부의 회전 각속도, J-1은 자코비안 역행렬, Vx는 상기 플랫폼의 x축 방향 이동 속도, Vy는 상기 플랫폼의 y축 방향 이동 속도, Wb는 상기 플랫폼의 회전 각속도이다.)
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전방향 이동가능 청소로봇은,
    상기 Vx, Vy 및 Wb값을 측정하기 위한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방향 이동가능 청소로봇.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 터렛부는 상기 청소부에 물리적으로 취부되어 상기 구동부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전방향 이동가능 청소로봇.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 터렛부는 상기 구동부에 물리적으로 취부되어 상기 청소부에 연결되는 것을 특징으로 하는 전방향 이동가능 청소로봇.
  10. 삭제
  11. 삭제
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