KR101572817B1 - 충돌 센서를 갖는 모바일 로봇형 디바이스 - Google Patents

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Abstract

모바일 디바이스와 고정 물체 사이의 충돌을 감지하기 위한 적어도 하나의 변위가능한 센서부재(8, 9)를 포함하는 모바일 로봇형 디바이스. 제1 검출수단(12, 13)은 센서부재(8, 9)의 예정된 제1 변위를 검출하기 위해 제공되고, 제2 검출수단(14, 15)은 센서부재(8, 9)의 예정된 더 큰 변위를 검출하기 위해 제공된다.

Description

충돌 센서를 갖는 모바일 로봇형 디바이스{A mobile robotic device having a collision sensor}
본 발명은 모바일 디바이스와 고정 물체 사이의 충돌을 감지하기 위한 적어도 하나의 변위가능한 센서부재를 포함하는 모바일 로봇형 디바이스(mobile robo로서, 상기 센서부재는 정상적으로는 연장된 위치에 있도록 스프링-장전된 방식(spring-loaded fashion)으로 배치되고, 상기 모바일 디바이스에 대하여 상기 센서부재의 변위를 검출하기 위한 수단이 제공되고, 상기 수단은 상기 센서부재의 예정된 제1 변위를 검출하기 위한 제1 검출수단과, 상기 센서부재의 예정된 더 큰 변위를 검출하기 위한 제2 검출수단을 포함하는, 상기 모바일 로봇형 디바이스에 관한 것이다.
그러한 모바일 로봇형 디바이스는 KR-B-100835968호에 공개되어 있고, 이 사전 공개된 공보는 차후 공개된 공보 WO-A-2008/105634에 대응한다. 이 공보는 주요 주행(travel) 방향에서 그 전면에 2개의 범퍼(bumper)를 포함하는 변위가능한 센서부재를 갖는 로봇형 진공 청소기를 설명하고 있다. 제1 범퍼는 디바이스의 전면의 상부 부분에 배치되고, 제2 범퍼는 하부 부분에 배치된다. 이에 의하여, 제1 범퍼는 피해야 할 물체들을 감지하고 제2 범퍼는 통과해야 할 물체들을 감지한다. 제2 범퍼는 수평축을 중심으로 하향으로 회전할 수 있어서 디바이스가 타고 넘을 수 있는(surmountable) 물체를 통과하도록 상승하게 된다. 제1 범퍼는 제2 범퍼에 비하여 돌출하도록 배치될 수 있어서 피해야 할 장애물이 먼저 제1 범퍼와 접촉하며 다음에 제2 범퍼와 접촉하게 된다. 따라서 제2 범퍼가 작동하기 전에 피해야 할 장애물이 결정된다.
자율적인 모바일 로봇 또는 플랫폼의 촉각 범퍼의 다른 종류가 US-A-4596412호에 공개되어 있다. 촉각 범퍼는 하우징 내에 수용된 자유 부상(free-floating) 스트립들인 다수의 변위가능한 센서 부재를 포함한다. 센서부재들의 변위를 검출하는 수단은 하우징에 부착되어 센서부재들 뒤에 배치된 다수의 마이크로 스위치이다.
예를 들어, 모바일 로봇형 디바이스는 이 모바일 디바이스가 실내의 바닥을 주행하면서 실내를 자율적으로 청소하는 진공 청소기이다. 이에 의하여, 진공 청소기의 경로는 소나(sonar) 센서 또는 적외선 센서와 같이, 카메라들 또는 기타 관찰 수단에 의하여 주변환경을 관찰한 것에 기초하여 제어될 수 있다. 추가로, 센서부재들은 모바일 디바이스와 실내 바닥의 고정 물체들(장애물들) 사이의 물리적 접촉을 검출하기 위하여 모바일 디바이스의 하나 이상의 측면들에 제공된다. 진공 청소기는 2개의 모듈, 즉 진공 팬과 쓰레기 수집실을 포함하는 메인 모듈(main module)과, 호스에 의해 메인 모듈에 연결된 세척 헤드 모듈을 포함하며, 상기 호스를 통해 쓰레기가 세척 헤드 모듈로부터 메인 모듈로 운반된다. 더 나아가서, 호스는 메인 모듈로부터 세척 헤드 모듈로 전력을 공급하며 그리고 두 모듈 사이에 전자 정보를 교환하기 위한 전도성 와이어들을 포함한다. 그러한 진공 청소기는 US-A-2002/0174506호에 설명되어 있다. 이에 의하여, 세척 헤드 모듈은 청소해야 할 실내 바닥상의 고정 물체들과 상기 모듈 사이의 물리적 접촉을 감지하기 위한 하나 이상의 센서부재들을 포함하는 모바일 디바이스가 될 수 있다.
일반적으로, 모바일 로봇형 디바이스는 그 환경에 있는 고정 물체들 사이에서 주행 경로를 찾아야 한다. 모바일 디바이스가 고정 물체에 접촉할 때, 주행 방향이 변화되어 고정 물체를 피할 수 있어야 한다. 따라서 그러한 고정 물체와의 접촉이 검출되어서 고정 물체에서 멀어지는 다른 방향, 예로서 반대 방향으로 모바일 디바이스의 이동을 계속하도록 해야 한다. 그러나, 모바일 디바이스는 주행할 때 고정 물체들 사이에 포획될 수 있다. 그와 같이 포획된 위치에서 탈출하기 위하여 모바일 디바이스는 전방 및 후방 변위 및/또는 수직축 둘레의 회전과 같은 이동을 해야 하지만, 동작(maneuvering) 공간이 좁을 수가 있다.
본 발명의 목적은 모바일 로봇형 디바이스로서, 상기 모바일 디바이스에 대한 센서부재의 변위를 검출하기 위한 수단이 제공되고, 상기 수단은 센서부재의 예정된 제1 변위를 검출하기 위한 제1 검출수단과, 상기 센서부재의 예정된 더 큰 변위를 검출하기 위한 제2 검출수단을 포함하며, 이에 의하여 컴팩트하고 비교적 단순한 구조를 달성할 수 있는 모바일 로봇형 디바이스에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 센서부재는 프레임에 부착되고, 이에 의하여 센서부재는 상기 제1 검출수단에 의해 검출된 상기 제1 변위로서 상기 프레임에 대하여 변위될 수 있고, 상기 센서부재는 상기 프레임과 함께 상기 제2 검출수단에 의해 검출된 상기 센서부재의 더 큰 변위를 달성하기 위해 상기 모바일 디바이스에 대하여 변위될 수 있고, 상기 제2 검출수단은 프레임의 예정된 변위를 검출한다. 이에 의하여, 모바일 디바이스와 프레임 사이의 스프링 부하(load)는 프레임과 센서부재 사이의 스프링 부하보다 더 크다. 그러한 중재(intermediary) 프레임을 사용함으로써 특히 디바이스가 예를 들어 진공 청소기의 세척 헤드 모듈인 경우에 비교적 소형으로 될 때, 컴팩트하고 비교적 단순한 구조가 달성될 수 있다.
모바일 디바이스의 정상적인 주행 중에, 모바일 디바이스의 운동 제어는 제1 검출수단으로부터 나오는 신호들에 기초로 하고 있다. 그러나, 모바일 디바이스가 그 위치에서 탈출하기가 어려운 것으로 나타나는 위치에 있는 경우, 특히 전방 및 후방으로 반복적으로 동작할 때, 그때 상기 제2 검출수단이 작동되어 상기 제1 검출수단을 압도하게 되고, 이에 의하여 모바일 디바이스는 포획된 위치에서 탈출하도록 더욱 자유로이 이동하게 된다.
양호한 실시예에서, 센서부재는 모바일 디바이스의 측면, 양호하게는 모바일 디바이스의 전면 및/또는 후면에 있는 변위가능한 범퍼이다. 이에 의하여 범퍼는 모바일 디바이스가 고정 물체에 접촉하자마자 검출 신호를 발생할 수 있고, 뿐만 아니라 모바일 디바이스와 그 물체가 충돌하는 동안에 충격을 흡수할 수 있다. 모바일 디바이스는 이 모바일 디바이스의 다른 측면들에 2개 이상의 범퍼를 가질 수 있고, 이로써 각 범퍼가 센서부재로서 기능한다.
디바이스의 주변을 형성하는 변위가능한 범퍼를 갖는 모바일 로봇형 디바이스는 EP-A-1582957호에 공개되어 있다. 이 범퍼는 디바이스의 메인 프레임 위에 있는 스프링들상에서 부상한다. 장애물과의 접촉은 메인 프레임에 대한 범퍼의 운동을 초래하고, 이 운동은 조이스틱(joystick) 스위치에 의하여 검출된다.
양호하게, 모바일 로봇형 디바이스는 주요 주행방향을 갖고, 2개의 센서부재, 즉 전방 센서부재 및 후방 센서부재가 모바일 디바이스의 반대편 측면들에 제공되고, 상기 전방 센서부재가 주요 주행방향으로 이동이 가능하다. 모바일 디바이스가 2개의 고정 물체 즉 모바일 디바이스의 앞에 있는 고정 물체와 후면에 있는 고정 물체 사이에 포획될 때, 그때 동작 자유도는 제1 검출수단 대신에 제2 검출수단을 사용함으로써 확장될 수 있다. 이에 의하여, 모바일 디바이스는 먼 거리에 걸쳐 전방향 및 후방으로 이동할 수 있어서 포획된 위치에서 탈출하기 위해 수직축 둘레로 회전할 공간을 더 많이 갖게 된다.
프레임은 하나 이상의 센서부재를 가질 수 있고, 이에 의하여 제1 검출수단은 센서부재들 각각의 예정된 변위를 검출하고, 제2 검출수단은 프레임의 예정된 변위를 검출한다. 양호한 실시예에서, 프레임은 모바일 디바이스의 반대편 측면들, 양호하게 모바일 디바이스의 주요 주행방향 전면 및 후면에서 2개의 센서부재를 가지며, 따라서 모바일 디바이스는 포획된 위치에서 탈출하는 동안 전방 및 후방으로 동작하는데 있어서 증가된 자유도를 갖는다. 당연히, 프레임은 예를 들어 디바이스의 각 측면에서 2개 이상의 센서부재를 가질 수 있다.
양호하게, 검출수단은 센서부재의 변위에 의해 작동될 수 있는 마이크로 스위치들을 포함한다. 마이크로 스위치들은 센서부재가 예정된 변위를 만들 때 전기 신호를 제공할 수 있는 간단하고 비교적 소형의 디바이스들이다.
양호한 실시예에서, 모바일 디바이스는 메인 모듈과, 상기 메인 모듈에 호스에 의해 연결된 모바일 세척 헤드 모듈을 포함하는 진공청소기이며, 예로서 US-A-2002/0174506호에 설명되어 있고, 이에 의하여 세척 헤드 모듈은 상기 변위가능한 센서부재를 포함한다.
또한 본 발명은 모바일 디바이스와 고정 물체들 사이의 충돌을 감지하는 적어도 하나의 변위가능한 센서부재를 포함하는 모바일 로봇형 디바이스의 제어방법으로서, 상기 센서부재는 정상적으로는 연장된 위치에 있도록 스프링-장전된 방식으로 배치되고, 상기 모바일 디바이스에 대하여 상기 센서부재의 변위가 검출되고, 제1 검출수단은 상기 센서부재의 예정된 제1 변위를 검출하고, 제2 검출수단은 상기 센서부재의 예정된 더 큰 변위를 검출하고, 상기 센서부재는 프레임에 부착되고, 상기 센서부재는 상기 제1 검출수단에 의해 검출된 상기 제1 변위로서 상기 프레임에 대하여 변위될 수 있고, 상기 센서부재는 상기 프레임과 함께 상기 제2 검출수단에 의해 검출된 상기 더 센서부재의 큰 변위를 달성하기 위해 상기 모바일 디바이스에 대하여 변위되는, 모바일 로봇형 디바이스의 제어방법에 관한 것이다.
이제 본 발명은 변위가능한 프레임에 부착된 2개의 변위가능한 센서부재를 포함하는, 모바일 로봇형 진공청소기의 세척 헤드 모듈의 실시예를 설명함으로써 더욱 상세히 해명될 것이다.
개략적인 그림들을 포함하는 도면을 참고하기로 한다.
도 1은 세척 헤드 모듈의 단면의 사시도.
도 2 및 도 3은 모듈의 개략적인 단면도.
특히 도 2 및 도 3은 기재된 실시예의 설명에 기여하는 부품들만을 도시하는 개략도이다.
도면들은 세척 헤드 모듈의 하부측의 주요부를 형성하는 베이스부(1)를 갖는 세척 헤드 모듈을 도시한다. 베이스부(1)는 4개의 바퀴를 갖고, 단면도에서는 단지 2개의 바퀴(2)만이 나타나 있다. 2개의 바퀴(2)는 전기 모터(3)(도 1)에 의해 구동되고, 다른 2개의 바퀴(도시 안 됨)는 다른 전기 모터(도시 안 됨)에 의하여 구동된다. 2쌍의 바퀴(2)의 회전속도를 개별적으로 제어함으로써 바닥에서 모듈의 운동이 제어될 수 있다. 이에 의하여 모듈은 전방 및 후방으로 변위될 수 있고, 모듈의 변위 중에 뿐만 아니라 모듈의 고정 위치 중에도, 바퀴(2)의 쌍들을 다른 회전속도로 구동함으로써 수직축 둘레로 회전될 수 있다.
세척 헤드 모듈은 이 모듈의 주요 주행방향, 도면들에서는 우측방향 및 좌측 방향에 대하여 횡단방향으로 연장하는 흡입구(5)에서 회전 브러시(4)를 갖는다. 작동 중에, 모듈의 하부측에 있는 흡입구(5)의 개구부는 바닥 가까이에 배치되고, 한편 회전 브러시(4)는 바닥에 닿게 되며, 따라서 쓰레기가 바닥에서 제거되어 흡입구(5)를 통해 흡입되어 세척 헤드 모듈에 연결된 호스(도시 안 됨)로 운반될 것이다. 호스의 다른 단부는 진공팬 및 쓰레기 수집실을 포함하는 진공청소기(도시 안 됨)의 메인 모듈과 연결된다.
모듈의 상부벽은 프레임(6)의 부품이고, 이 프레임(6)은 모듈을 부분적으로 둘러싼다. 프레임(6)은 나선형 스프링들(7){2개의 스프링(7)이 도시됨}에 의하여 베이스부(1)에 부착되고, 따라서 프레임(6)이 수평방향으로 이동할 수 있게 된다. 스프링들(7)은 비교적 강하고(rigid), 따라서 비교적 큰 힘이 베이스부(1)에 대하여 프레임(6)을 변위시키는데 필요로 한다. 모듈의 전면(도 1에서 우측면, 도 2와 도 3에서 좌측면)에서 프레임(6)은 범퍼(8)를 갖고, 한편 프레임은 모듈의 후면에서 범퍼(9)를 갖는다. 2개의 범퍼(8, 9)는 나선형 스프링들(10, 11){도 2 및 도 3에 도시됨}에 의하여 프레임(6)에 부착되며, 따라서 각 범퍼(8, 9)는 스프링들(10, 11)의 미는 힘(pushing force)에 대항하여 프레임(6)을 향해 연장된 위치(도 2에 도시)로부터 변위될 수 있다. 이에 의하여, 각 범퍼(8, 9)는 마이크로 스위치(12, 13)에 접촉하며, 이 마이크로 스위치(12, 13)가 범퍼(8, 9)의 변위를 검출한다.
세척 헤드 모듈이 전방으로(도 2 및 도 3에서 좌측으로) 주행할 때, 모듈이 고정 물체에 부딪칠 수 있고, 따라서 모듈의 전면에 있는 범퍼(8)가 프레임(6)을 밀게 된다(도 3에 도시된 바와 같이). 이에 의하여, 마이크로 스위치(12)가 작동됨으로써 신호가 발생되어 고정물체와의 충돌을 보고하고, 따라서 세척 헤드 모듈의 운동이 즉시 정지되며 고정 물체로부터 멀리 반대편 방향으로 계속 이동할 것이다. 다음에 예를 들어 모듈이 직진 경로로 주행하지 않을 때 또는 다른 고정 물체가 앞에 나타나지 않을 때 모듈이 다른 고정 물체에 부딪치는 일이 있을 수 있다. 이에 의하여 모듈의 후면에 있는 범퍼(9)가 프레임(6)을 향해 가압되며, 따라서 마이크로 스위치(13)가 상기 다른 고정 물체와의 충돌을 검출한다. 그러한 포획된 위치에서 빠져나오는 길을 찾기 위해서, 모듈은 전방 및 후방으로 이동하면서 수직축 둘레를 회전할 수 있다. 고정 물체들 사이의 공간이 비교적 작을 때, 모듈이 동작하기가 어려울 것이다. 동작 자유도를 증대시키기 위하여, 마이크로 스위치들(12, 13)에 의한 검출은 작동하지 않고, 고정 물체들과의 접촉의 검출은 마이크로 스위치들(14, 15)로 이행되며, 이 마이크로 스위치들(14, 15)은 프레임(6)이 모듈의 베이스부(1)에 대하여 이동할 때 작동된다. 마이크로 스위치들(14, 15)에 의한 검출은 베이스부(1)에 대하여 범퍼들(8, 9)의 더 큰 변위를 발생하기 때문에, 모듈은 2개의 고정 물체에 더 가까이 이동할 수 있게 되고 결과적으로 모듈의 동작 자유도가 증가하게 된다.
도 3은 마이크로 스위치들(12, 13)이 작동하지 않고 고장나 있으며 고정 물체들과의 충돌이 마이크로 스위치들(14, 15)에 의하여 검출되는 상황을 도시하고 있다. 도 3에서 모듈은 전진 방향으로 이동될 때 고정 물체에 부딪친다. 이에 의하여, 마이크로 스위치(14)는 프레임(6)이 스프링들(7)의 힘에 대항하여 이동되기 때문에 작동하게 된다. 베이스부(1)에 대하여 프레임(6)을 이동시키는 힘은 스프링들(10, 11)에 의해 발생된 힘보다 더 크고, 따라서 스프링들(10, 11) 중 하나가 내향으로 밀릴 때 프레임(6)만이 베이스부(1)에 대하여 이동한다.
요약하면, 모바일 로봇형 디바이스는 모바일 디바이스와 고정 물체 사이의 충돌을 감지하기 위한 적어도 하나의 변위가능한 센서부재(8, 9)를 포함한다. 제1 검출수단(12, 13)은 센서부재(8, 9)의 예정된 제1 변위를 검출하기 위해 제공되고, 제2 검출수단(14, 15)은 센서부재(8, 9)의 예정된 더 큰 변위를 검출하기 위해 제공된다.
상술한 본 발명의 실시예는 다만 실례에 불과하고, 많은 다른 실시예들이 본 발명의 범위에서 가능하다.

Claims (6)

  1. 모바일 디바이스와 고정 물체 사이의 충돌을 감지하기 위한 적어도 하나의 변위가능한 센서부재(8, 9)를 포함하는 모바일 로봇형 디바이스(mobile robotic device)로서, 상기 센서부재(8, 9)는 정상적으로는 연장된 위치에 있도록 스프링-장전된 방식(spring-loaded fashion)으로 배치되고, 상기 모바일 디바이스에 대하여 상기 센서부재(8, 9)의 변위를 검출하기 위한 수단(12, 13, 14, 15)이 제공되고, 상기 수단은 상기 센서부재(8, 9)의 예정된 제1 변위를 검출하기 위한 제1 검출수단(12, 13)과, 상기 센서부재(8, 9)의 예정된 더 큰 변위를 검출하기 위한 제2 검출수단(14, 15)을 포함하는, 모바일 로봇형 디바이스에 있어서,
    상기 센서부재(8, 9)는 프레임(6)에 부착되고, 상기 센서부재(8, 9)는 상기 제1 검출수단(12, 13)에 의해 검출된 상기 제1 변위로서 상기 프레임(6)에 대하여 변위될 수 있고, 상기 센서부재(8, 9)는 상기 프레임(6)과 함께, 상기 제2 검출수단(14, 15)에 의해 검출된 상기 센서부재(8, 9)의 상기 더 큰 변위를 달성하기 위해 상기 모바일 디바이스에 대하여 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇형 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모바일 로봇형 디바이스는 주요 주행방향을 갖고, 2개의 센서부재들(8, 9)은 상기 모바일 디바이스의 반대편 측면들에 전방 센서부재(8) 및 후방 센서부재(9)로서 제공되고, 상기 전방 센서부재(8)는 상기 주요 주행방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 모바일 로봇형 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프레임(6)은 상기 모바일 디바이스의 반대편 측면들에 있는 2개의 센서부재들(8, 9)을 지지(carry)하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇형 디바이스.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출수단은 마이크로 스위치들(12, 13, 14, 15)을 포함하고, 상기 마이크로 스위치들은 상기 센서부재(8, 9)의 변위에 의해 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇형 디바이스.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모바일 디바이스는 메인 모듈 및 상기 메인 모듈에 호스를 통해 연결된 모바일 세척 헤드 모듈을 포함하는 진공청소기이고, 상기 세척 헤드 모듈은 상기 변위가능한 센서부재(8, 9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇형 디바이스.
  6. 모바일 디바이스와 고정 물체들 사이의 충돌들을 감지하는 적어도 하나의 변위가능한 센서부재(8, 9)를 포함하는 모바일 로봇형 디바이스의 제어방법으로서, 상기 센서부재(8, 9)는 정상적으로는 연장된 위치에 있도록 스프링-장전된 방식으로 배치되고, 상기 모바일 디바이스에 대하여 상기 센서부재(8, 9)의 변위가 검출되고, 제1 검출수단(12, 13)은 상기 센서부재(8, 9)의 예정된 제1 변위를 검출하고, 제2 검출수단(14, 15)은 상기 센서부재(8, 9)의 예정된 더 큰 변위를 검출하는, 모바일 로봇형 디바이스의 제어방법에 있어서,
    상기 센서부재(8, 9)는 프레임(6)에 부착되고, 상기 센서부재(8, 9)는 상기 제1 검출수단(12, 13)에 의해 검출된 상기 제1 변위로서 상기 프레임(6)에 대하여 변위될 수 있고, 상기 센서부재(8, 9)는 상기 프레임(6)과 함께, 상기 제2 검출수단(14, 15)에 의해 검출된 상기 센서부재(8, 9)의 상기 더 큰 변위를 달성하기 위해 상기 모바일 디바이스에 대하여 변위되는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇형 디바이스의 제어방법.
KR1020117005608A 2008-08-12 2009-08-10 충돌 센서를 갖는 모바일 로봇형 디바이스 KR101572817B1 (ko)

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EP08162224A EP2154031A1 (en) 2008-08-12 2008-08-12 A mobile robotic device having a collision sensor
EP08162224.3 2008-08-12

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