KR101850386B1 - 로봇 청소기 및 이의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

로봇 청소기 및 이의 제어 방법이 개시된다. 본 발명은 광 패턴 센서를 이용하여 장애물을 검출함과 아울러 광 패턴의 조사에 따른 사용자의 불편을 해소한다. 본 발명의 실시 예들은 광 패턴 센서를 이용하여 3차원으로 장애물을 정밀하게 검출할 수 있고, 이에 따라 청소 지도를 정밀하게 생성한다. 본 발명의 실시 예들은 광원에 대해 사용자의 눈이 지속적으로 노출되는 현상을 줄임으로써 사용자를 보호한다.

Description

로봇 청소기 및 이의 제어 방법{ROBOT CLEANER AND CONTROLLING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하는 로봇 청소기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.

상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다. 상기 장애물 센서로 광원을 가진 센서를 사용하는 경우, 사용자의 눈에 광원이 지속적으로 노출될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 광 패턴으로부터 사용자를 보호할 수 있는 로봇 청소기 및 이의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예들은 광 패턴 센서의 위치 변화에 따라 광 패턴을 구동하는 로봇 청소기 및 이의 제어 방법을 제공한다.

상기 목적들을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하고 장애물 정보를 출력하는 광 패턴 센서를 포함하는 장애물 검출 유닛과, 하나 이상의 센서를 구비하여 로봇 청소기의 위치를 인식하고 위치 정보를 출력하는 위치 인식 유닛과, 상기 장애물 정보와 상기 위치 정보를 근거로 로봇 청소기를 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 광 패턴 센서는, 상기 위치 정보에 따라 상기 광 패턴을 조사하는 광원 모듈과, 상기 광 패턴이 조사된 영역의 영상을 촬영하는 카메라 모듈과, 상기 영상을 소정 처리하여 상기 장애물을 검출하는 영상 처리 모듈을 포함하여 구성된다.

상기 목적들을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 로봇 청소기의 위치 변화를 감지하는 단계와, 상기 위치 변화가 감지되면 광 패턴을 조사하는 단계와, 상기 광 패턴이 조사된 영역의 영상을 촬영하는 단계와, 상기 영상으로부터 장애물을 검출하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시 예들은 광 패턴 센서를 이용하여 장애물을 검출함과 아울러 광 패턴의 조사에 따른 사용자의 불편을 해소한다.

본 발명의 실시 예들은 광 패턴 센서를 이용하여 3차원으로 장애물을 정밀하게 검출할 수 있고, 이에 따라 청소 지도를 정밀하게 생성할 수 있다. 또, 본 발명은 청소 지도를 이용하여 청소를 수행하거나 주행함으로써 청소 효율 및 시스템의 안정성을 제고한다.

본 발명의 실시 예들은 광원에 대해 사용자의 눈이 지속적으로 노출되는 현상을 줄임으로써 사용자를 보호하고 사용자의 편의성을 제고한다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 일 예의 외관을 도시한 사시도;
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 청소기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;
도 4는 광 패턴 센서를 이용하여 장애물을 검출하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 5는 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 장애물 검출 유닛(100)과, 위치 인식 유닛(200)과, 제어 유닛(300)을 포함하여 구성된다. 장애물 검출 유닛(100)은 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하고 장애물 정보를 출력하는 광 패턴 센서(110)를 포함한다. 위치 인식 유닛(200)은 하나 이상의 센서를 구비하여 로봇 청소기의 위치를 인식하고 위치 정보를 출력한다. 제어 유닛(300)은 상기 장애물 정보 또는 상기 장애물 정보와 위치 정보를 근거로 로봇 청소기를 제어한다.

장애물 검출 유닛(100)은, 청소 영역 내에서 이동 중이거나, 청소 중에 로봇 청소기 주변의 장애물을 검출한다. 장애물 검출 유닛(100)은 상기 장애물의 유무, 또는 위치, 크기 등의 장애물 정보를 제어 유닛(300)에 출력한다. 장애물 검출 유닛(100)은 상기 광 패턴 센서 외에도 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서(Radio Frequency Sensor)나 범퍼(Bumper), PSD 센서(Position Sensitive Device Sensor) 등을 더 포함할 수 있다. 제어 유닛(300)은, 장애물 검출 유닛(100)으로부터 출력된 장애물 정보를 근거로 청소 지도를 생성할 수 있다.

위치 인식 유닛(200)은 청소 영역 내에서 로봇 청소기의 위치를 인식하고, 위치 변화를 감지한다. 위치 인식 유닛은 가속도 센서, 인코더, 자이로 센서 등 하나 이상의 센서를 포함한다. 가속도 센서는 로봇 청소기의 이동에 따른 속도 및 위치를 인식한다. 인코더는 로봇 청소기의 바퀴를 구동하는 휠모터와 연결되어 이동거리, 속도를 검출한다. 자이로 센서는 로봇 청소기의 회전 속도를 검출한다. 여기서, 제어 유닛(300)은 장애물 정보와 함께 로봇 청소기의 위치를 이용하여 청소 지도를 작성할 수 있다. 또 제어 유닛(300)은 장애물 정보를 이용하여 생성한 청소 지도를 로봇 청소기의 위치 정보를 이용하여 보정할 수 있다. 광 패턴 센서가 로봇 청소기의 몸체에 고정되므로, 상기 제어 유닛(300)은 로봇 청소기의 위치 변화로 광 패턴 센서의 변화를 알 수 있다.

도 1에 도시된 카메라(110)는 하나의 위치 인식 유닛으로 사용될 수 있다. 상기 카메라(110)는 상방이나 전방을 향하도록 설치되어 로봇 청소기 주변을 촬영한다. 상기 로봇 청소기가 복수의 카메라를 구비하는 경우, 카메라들은 일정 거리 또는 일정 각도로 로봇 청소기의 상부나 옆면에 형성될 수 있다. 상기 로봇 청소기는, 카메라에 연결되어 피사체의 초점을 맞추는 렌즈와, 상기 카메라를 조절하는 조절부와, 상기 렌즈를 조절하는 렌즈 조절부를 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 소정의 위치에서도 주변의 모든 영역, 예를 들어 상기 카메라가 상방일 때 천장의 모든 영역이 촬영될 수 있도록 화각이 넓은 렌즈를 사용한다. 예를 들어 화각이 160도 이상인 렌즈를 포함한다.

상기 로봇 청소기는 상기 조사할 광 패턴이나 조사된 후 촬영한 영상을 저장하는 저장 유닛(400)을 더 포함할 수 있다. 상기 저장 유닛(400)은 이들 외에 상기 카메라(210)가 촬영한 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 청소 영역, 청소 지도 등을 더 저장할 수 있다. 상기 저장 유닛(400)은 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 저장 장치이다. 비휘발성 메모리는 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등을 포함한다. 여기서, 상기 광 패턴 센서(110)는 조사 시의 광 패턴(저장 유닛에 저장된 광 패턴)과 상기 영상에서의 광 패턴을 비교하여 상기 장애물을 검출하고, 상기 장애물 정보를 생성하여 상기 제어 유닛에 출력한다.

도 4를 참조하면, 상기 광 패턴 센서(110)는 상기 위치 정보에 따라 상기 광 패턴을 조사하는 광원 모듈(111)과, 상기 광 패턴이 조사된 영역의 영상을 촬영하는 카메라 모듈(112)을 포함하여 구성된다. 광원 모듈(111)은 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED) 등을 포함한다. 광 패턴 센서는 광원 모듈(111) 이외에 별도의 조명을 더 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 도 1에서와 같이 광 패턴 센서에 하나만 구비되거나, 도 4에 도시한 바와 같이 둘 이상으로 구비될 수 있다. 상기 카메라 모듈은 구조 광 카메라(Structured Light Camera)이고, 상기 광 패턴 센서는 레이저 비전 센서(Laser Vision Sensor)를 포함한다.

상기 광 패턴 센서(110)는 상기 영상을 소정 처리하여 상기 장애물을 검출하는 영상 처리 모듈을 포함하여 구성된다. 상기 영상 처리 모듈은 상기 제어 유닛에 구비될 수 있다. 영상 처리 모듈은 상기 카메라 모듈(들)이 획득한 영상을 소정 처리하여 장애물을 검출한다. 예를 들어 영상 처리 모듈은 영상으로부터 영역에 조사된 광 패턴의 모양, 면적, 변화 등을 이용하여 장애물을 검출할 수 있다. 또 영상 처리 모듈은 일정 방향(예를 들어 x 방향)으로의 패턴을 추출한 다음, 이를 다른 축 방향으로 변환하고, 이를 이용하여 장애물을 검출할 수 있다. 또 두 대의 카메라 모듈을 이용하는 경우, 영상 처리 모듈은 하나의 카메라 모듈이 촬영한 영상으로부터 수직 성분만, 다른 카메라 모듈이 촬영한 영상으로부터 수평 성분만 추출할 수 있다. 그런 다음, 영상 처리 모듈은 3차원 패턴을 생성하고 이를 이용하여 장애물을 검출하여 장애물의 크기, 모양 등의 장애물 정보를 제어 유닛에 출력할 수 있다. 상기 광 패턴 센서는 광원 모듈의 전단에 연결되어 광원 모듈로부터 조사되는 광 패턴 중 일정 주파수만 통과하도록 하는 필터를 더 포함할 수 있다.

제어 유닛(300)은 광 패턴 센서(110)로부터 장애물 정보를 수신하고, 이를 근거로 청소를 수행한다. 또 제어 유닛(300)은 상기 광 패턴 센서(110)를 구동하고 센서 내에 구비된 광원 모듈, 카메라 모듈의 구동을 제어한다. 특히 제어 유닛(300)은 위치 인식 유닛(200)으로부터 수신한 위치 정보를 이용하여 광 패턴 센서를 구동한다. 예를 들어 제어 유닛(300)은 광원 모듈로부터 조사될 광 패턴의 세기, 형태, 듀티 비(Duty Ratio) 등을 조절한다. 또, 제어 유닛(300)은 카메라 모듈의 위치, 각도, 촬영 회수 등을 조절한다. 제어 유닛(300)은 위치 인식 유닛으로부터 수신한 위치 정보를 근거로 광 패턴 센서의 위치 변화를 감지하고, 감지 결과 광 감지 센서의 위치 변화가 없으면 광원 모듈을 구동하지 아니한다. 반면, 감지 결과 광 감지 센서의 위치가 변하면, 제어 유닛은 광원 모듈을 구동하여 광 패턴을 조사하도록 한다.

도 3을 참조하면, 상기 로봇 청소기는, 출력 유닛(500), 입력 유닛(600), 구동 유닛(700), 전원 유닛(800)을 더 포함하여 구성된다.

출력 유닛(500)은 상기 광 패턴, 상기 카메라 모듈이 촬영한 영상 외에 장애물 정보, 위치 정보, 청소 영역, 청소 지도 등을 화면에 디스플레이한다. 또 상기 출력 유닛(500)은 로봇 청소기를 구성하는 각 유닛들의 현재 상태와, 현재 청소 상태 등의 상태 정보들을 더 표시할 수 있다. 상기 출력 유닛(500)은 발광다이오드, 액정표시장치(Liquid Crystal Disply; LCD), 플라즈마표시패널(Plasma Display Panel), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

사용자 등은 입력 유닛(600)을 통해 로봇 청소기에 직접 제어 명령을 입력한다. 또, 사용자 등은 입력 유닛을 통해 상기 저장 유닛(400)에 저장된 정보들 중 하나 이상의 정보를 출력하도록 하는 명령을 입력할 수 있다. 입력 유닛(600)은 확인버튼, 설정버튼 등의 입력 버튼을 구비한다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 청소 영역이나 청소 지도를 확인하는 명령을 입력한다. 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 입력한다. 입력 유닛은 상기 정보들을 재설정하는 명령을 입력하는 재설정버튼, 삭제버튼, 청소시작버튼, 정지버튼 등을 구비할 수 있다. 상기 입력 유닛(600)과 출력 유닛(500)은 입력 또는 출력이 모두 가능한 터치스크린의 형태를 가질 수 있다.

구동 유닛(700)은 복수의 주바퀴와 하나 이상의 보조바퀴를 포함한 다수의 바퀴와 연결된다. 구동 유닛은 상기 바퀴들을 회전시키는 소정의 휠모터(Wheel Motor)를 구비하여, 상기 휠모터를 구동함으로써 로봇 청소기를 이동시킨다.

전원 유닛(800)은, 충전 가능한 전원 공급 수단을 구비하여 로봇 청소기 내로 전원을 공급한다. 상기 전원 유닛(800)은 로봇 청소기가 이동하고, 청소를 수행하는데 따른 동작 전원을 공급하며, 전원 잔량이 부족하면 충전대로 이동하여 충전 전류를 공급받아 충전된다.

상기 로봇 청소기는, 청소 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있는데, 상기 청소 유닛은 공기를 흡입하는 소정의 흡입 모터와, 먼지를 응집하는 수단을 구비하고, 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입한다.

도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 로봇 청소기의 위치 변화를 감지하는 단계(S110)와, 상기 위치 변화가 감지되면 광 패턴을 조사하는 단계(S200)와, 상기 광 패턴이 조사된 영역의 영상을 촬영하는 단계(S300)와, 상기 영상으로부터 장애물을 검출하는 단계(S400)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 4를 참조한다.

로봇 청소기는 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하고 장애물 정보를 출력하는 광 패턴 센서를 포함하는 장애물 검출 유닛, 위치 인식 유닛 및 이들을 제어하는 제어 유닛으로 구성된다. 상기 로봇 청소기는 상방 카메라, 인코더 등 각종 센서를 이용하여 로봇 청소기의 위치를 인식한다(S100). 또 상기 로봇 청소기는 위치 정보를 이용하여 위치 변화, 속도 변화, 방향 변화 등을 감지한다(S110). 이때 로봇 청소기의 위치가 변하면 이와 동일하게 로봇 청소기의 몸체에 구비된 광 패턴 센서의 위치도 변하게 된다. 상기 로봇 청소기는 상기 광 패턴 센서의 위치가 변하면 일정 주기로 상기 광 패턴을 조사하고, 상기 광 패턴 센서의 위치가 변하지 아니하면 상기 광 패턴 센서의 구동을 정지한다(S200).

상기 제어 방법은, 상기 장애물을 근거로 청소 지도를 생성하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 상기 로봇 청소기는 예를 들어 광 패턴 센서를 이용하여 조사된 광 패턴을 촬영한 다음(S300), 3차원 패턴을 생성한다. 상기 로봇 청소기는 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하여 장애물의 크기, 모양 등의 장애물 정보를 생성한다(S400). 상기 로봇 청소기는 상기 장애물 정보를 이용하여 청소 지도를 생성하고, 청소를 수행하거나 주행한다(S700). 또 상기 로봇 청소기는 위치 인식 유닛을 통해 인식한 위치 정보를 이용하여 상기 청소 지도를 생성하거나 장애물 정보를 이용하여 생성된 청소 지도를 수정할 수 있다(S600).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들은 광 패턴 센서를 이용하여 장애물을 검출함과 아울러 광 패턴의 조사에 따른 사용자의 불편을 해소한다. 본 발명의 실시 예들은 광 패턴 센서를 이용하여 3차원으로 장애물을 정밀하게 검출할 수 있고, 이에 따라 청소 지도를 정밀하게 생성한다. 본 발명의 실시 예들은 광원에 대해 사용자의 눈이 지속적으로 노출되는 현상을 줄임으로써 사용자를 보호한다.

100: 장애물 검출 유닛 110: 광 패턴 센서
200: 위치 인식 유닛 210: 카메라
300: 제어 유닛 400: 저장 유닛

Claims (9)

1. 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하고 장애물 정보를 출력하는 광 패턴 센서를 포함하는 장애물 검출 유닛;
   하나 이상의 센서를 구비하여 로봇 청소기의 위치를 인식하고 위치 정보를 출력하는 위치 인식 유닛; 및
   상기 장애물 정보와 상기 위치 정보를 근거로 로봇 청소기를 제어하는 제어 유닛;을 포함하고,
   상기 광 패턴 센서는,
   상기 위치 정보에 따라 상기 광 패턴을 조사하는 광원 모듈;
   상기 광 패턴이 조사된 영역의 영상을 촬영하는 카메라 모듈; 및
   상기 영상을 소정 처리하여 상기 장애물을 검출하는 영상 처리 모듈;을 포함하고,
   상기 제어 유닛은,
   상기 광 패턴 센서의 위치가 변경되지 않으면, 상기 광 패턴 센서를 오프시키고,
   상기 광 패턴 센서의 위치가 변경되면, 상기 광 패턴 센서를 온 시키는 로봇 청소기.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   상기 광 패턴 센서의 위치가 변하면 일정 주기로 상기 광원 모듈을 구동하고, 상기 광 패턴 센서의 위치가 변하지 아니하면 상기 광원 모듈의 구동을 정지하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 광 패턴 센서는,
   조사 시의 광 패턴과 상기 영상에서의 광 패턴을 비교하여 상기 장애물을 검출하고, 상기 장애물 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
5. 제4 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   상기 장애물 정보를 이용하여 청소 지도를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
6. 제5 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   상기 위치 정보를 이용하여 상기 청소 지도를 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
7. 광 패턴을 이용하여 장애물을 검출하는 광 패턴 센서를 포함하는 로봇 청소기에 있어서,
   로봇 청소기의 위치 변화를 감지하는 단계;
   상기 위치 변화가 감지되면 광 패턴을 조사하는 단계;
   상기 광 패턴이 조사된 영역의 영상을 촬영하는 단계; 및
   상기 영상으로부터 장애물을 검출하는 단계;를 포함하고,
   상기 광 패턴을 조사하는 단계는,
   상기 광 패턴 센서의 위치가 변경되면, 일정 주기로 상기 광 패턴이 조사되도록 상기 광 패턴 센서를 제어하고,
   상기 광 패턴 센서의 위치가 변경되지 않으면, 상기 광 패턴 센서의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
8. 삭제
9. 제7 항에 있어서,
   상기 장애물을 근거로 청소 지도를 생성하는 단계;를 더 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.

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