KR101970191B1 - 청소 기능 제어 장치와 방법 및 청소 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경계 지점에 대한 정보를 획득하여 실내 지도를 갱신하고 이 실내 지도를 기초로 벽면이나 코너를 인식하여 청소 기능을 제어하는 청소 기능 제어 장치와 방법 및 청소 로봇을 제안한다. 본 발명에 따른 장치는 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 지점 검출부; 제1 지점, 제1 지점에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 제2 지점 및 제1 지점에 간접적으로 연결된 적어도 하나의 제3 지점을 결합하여 경계선을 생성하는 경계선 생성부; 및 경계선을 기초로 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 청소 기능 제어부를 포함한다.

Description

청소 기능 제어 장치와 방법 및 청소 로봇 {Apparatus and method for controlling cleaning function and robotic cleaner with the apparatus}

본 발명은 청소 로봇의 청소 기능을 제어하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 청소 기능을 제어하는 장치를 구비하는 청소 로봇에 관한 것이다.

자율 주행 로봇에게 적용되고 있는 벽면 추종 주행 방식은 랜덤하게 주행하던 로봇이 벽면에 접촉하면 일정 시간동안 벽면을 따라 주행하는 방식을 말한다. 청소 로봇은 이러한 벽면 추종 주행 방식을 이용하여 벽면이나 코너를 청소할 때 하부에 부착된 사이드 브러쉬를 사용하여 벽면이나 코너에 있는 먼지를 수집하여 청소한다.

그러나 청소 로봇의 이러한 청소 기법은 모든 벽면이나 코너에서 동일하게 수행되지 않는 문제점이 있으며, 각각의 로봇에 탑재되어 있는 청소 알고리즘에 따라 모든 벽면이나 코너를 균일하게 청소하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2016-0042651호 (공개일 : 2016.04.20.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 경계 지점에 대한 정보를 획득하여 실내 지도를 갱신하고 이 실내 지도를 기초로 벽면이나 코너를 인식하여 청소 기능을 제어하는 청소 기능 제어 장치와 방법 및 청소 로봇을 제안하는 것을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 지점 검출부; 상기 제1 지점, 상기 제1 지점에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 제2 지점 및 상기 제1 지점에 간접적으로 연결된 적어도 하나의 제3 지점을 결합하여 경계선을 생성하는 경계선 생성부; 및 상기 경계선을 기초로 상기 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 청소 기능 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치를 제안한다.

바람직하게는, 상기 지점 검출부는 장애물로 인식되는 지점들 중에서 상기 제1 지점을 검출한다.

바람직하게는, 상기 지점 검출부는 상기 청소 대상 영역과 관련된 지도에 포함된 각 지점의 좌표 정보를 기초로 상기 제1 지점을 검출한다.

바람직하게는, 상기 지점 검출부는 상기 제1 지점이 검출되면 상기 제1 지점을 시작으로 상호 연결되는 지점들을 계속적으로 검출하여 상기 제2 지점 및 상기 제3 지점을 차례대로 검출한다.

바람직하게는, 상기 지점 검출부는 장애물로 인식되는 지점들을 대상으로 상기 상호 연결되는 지점들을 검출한다.

바람직하게는, 상기 지점 검출부는 신규 검출되는 지점이 상기 제1 지점, 상기 제2 지점 및 상기 제3 지점 중 어느 하나의 지점이거나, 이전에 검출된 지점에 연결되는 지점이 장애물로 인식되는 지점이 아닐 때까지 상기 상호 연결되는 지점들을 계속적으로 검출한다.

바람직하게는, 상기 청소 기능 제어부는 상기 경계선에 포함되는 제4 지점을 검출하며, 상기 제4 지점을 기초로 상기 코너 영역을 인식한다.

바람직하게는, 상기 청소 기능 제어부는 상기 경계선에 포함된 지점들 중에서 현재 위치로부터 가장 가까운 위치에 있는 지점을 상기 제4 지점으로 검출한다.

바람직하게는, 상기 청소 기능 제어부는 상기 제4 지점이 검출되면 청소 로봇을 상기 제4 지점으로 이동시킨 후 벽면 추종 주행 모드에 따라 다시 이동시켜 상기 코너 영역을 인식한다.

바람직하게는, 상기 청소 기능 제어부는 장애물로 인식되는 지점에 도달되면 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단한다.

바람직하게는, 상기 청소 기능 제어부는 청소 로봇의 이동 거리 및 상기 청소 로봇의 헤딩각(heading angle)을 기초로 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단한다.

바람직하게는, 상기 청소 기능 제어부는 청소 로봇의 전방에 위치하는 센서와 상기 청소 로봇의 일측에 위치하는 센서가 동시에 장애물을 인식하는지 여부를 기초로 상기 코너 영역을 인식한다.

또한 본 발명은 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 단계; 상기 제1 지점, 상기 제1 지점에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 제2 지점 및 상기 제1 지점에 간접적으로 연결된 적어도 하나의 제3 지점을 결합하여 경계선을 생성하는 단계; 및 상기 경계선을 기초로 상기 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 방법을 제안한다.

바람직하게는, 상기 검출하는 단계는 장애물로 인식되는 지점들 중에서 상기 제1 지점을 검출한다.

바람직하게는, 상기 검출하는 단계는 상기 청소 대상 영역과 관련된 지도에 포함된 각 지점의 좌표 정보를 기초로 상기 제1 지점을 검출한다.

바람직하게는, 상기 검출하는 단계는 상기 제1 지점이 검출되면 상기 제1 지점을 시작으로 상호 연결되는 지점들을 계속적으로 검출하여 상기 제2 지점 및 상기 제3 지점을 차례대로 검출한다.

바람직하게는, 상기 검출하는 단계는 장애물로 인식되는 지점들을 대상으로 상기 상호 연결되는 지점들을 검출한다.

바람직하게는, 상기 검출하는 단계는 신규 검출되는 지점이 상기 제1 지점, 상기 제2 지점 및 상기 제3 지점 중 어느 하나의 지점이거나, 이전에 검출된 지점에 연결되는 지점이 장애물로 인식되는 지점이 아닐 때까지 상기 상호 연결되는 지점들을 계속적으로 검출한다.

바람직하게는, 상기 청소시키는 단계는 상기 경계선에 포함되는 제4 지점을 검출하며, 상기 제4 지점을 기초로 상기 코너 영역을 인식한다.

바람직하게는, 상기 청소시키는 단계는 상기 경계선에 포함된 지점들 중에서 현재 위치로부터 가장 가까운 위치에 있는 지점을 상기 제4 지점으로 검출한다.

바람직하게는, 상기 청소시키는 단계는 상기 제4 지점이 검출되면 청소 로봇을 상기 제4 지점으로 이동시킨 후 벽면 추종 주행 모드에 따라 다시 이동시켜 상기 코너 영역을 인식한다.

바람직하게는, 상기 청소시키는 단계는 장애물로 인식되는 지점에 도달되면 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단한다.

바람직하게는, 상기 청소시키는 단계는 청소 로봇의 이동 거리 및 상기 청소 로봇의 헤딩각(heading angle)을 기초로 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단한다.

바람직하게는, 상기 청소시키는 단계는 청소 로봇의 전방에 위치하는 센서와 상기 청소 로봇의 일측에 위치하는 센서가 동시에 장애물을 인식하는지 여부를 기초로 상기 코너 영역을 인식한다.

또한 본 발명은 청소 대상 영역을 청소하는 청소 기능 실행부; 및 상기 청소 대상 영역이 청소되도록 제어하는 것으로서, 상기 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 지점 검출부; 상기 제1 지점, 상기 제1 지점에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 제2 지점 및 상기 제1 지점에 간접적으로 연결된 적어도 하나의 제3 지점을 결합하여 경계선을 생성하는 경계선 생성부; 및 상기 경계선을 기초로 상기 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 청소 기능 제어부를 포함하는 청소 기능 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소 로봇을 제안한다.

본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성들을 통하여 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.

첫째, 벽면이나 코너에 대한 청소 성능을 향상시킬 수 있으며, 청소 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 이러한 효과들을 통하여 고객에 대한 제품 만족도도 향상시킬 수 있다.

둘째, 장애물을 벽면으로 오인하는 문제점을 방지할 수 있으며, 벽면이나 코너를 청소할 때 벽면 추종 주행 방식을 효율적으로 이용하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇의 작동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 청소 로봇에 의해 작성되는 지도의 구성을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 청소 로봇이 외곽 경계선을 추출하는 방법을 설명하기 위한 제1 참고도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 청소 로봇이 외곽 경계선을 추출하는 방법을 설명하기 위한 제2 참고도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청소 기능 제어 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청소 기능 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청소 로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

청소 로봇의 청소 방식에는 지도 기반 청소 방식과 단순 혼합 청소 방식이 있다. 지도 기반 청소 방식은 카메라 센서, 초음파 센서, 레이저 스캐너 등을 이용하여 실시간으로 청소 로봇의 위치를 파악하여 지도를 작성하고 이 지도에 근거하여 청소를 진행하는 방식을 말한다. 단순 혼합 청소 방식은 청소 로봇의 위치를 파악하지 않고 랜덤 주행 모드, 나선 주행 모드, 벽면 추종 주행 모드 등을 조합하여 청소를 진행하는 방식을 말한다.

단순 혼합 청소 방식의 경우, 청소 로봇이 서로 다른 주행 모드들을 조합하여 여러 차례 청소를 수행할 경우 실내의 모든 영역에 대해 청소하는 것이 가능해질 것이라는 점을 전제로 하고 있다. 그러나 장애물의 존재 유무, 장애물의 개수 등 실내의 청소 환경이 이러한 전제에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 실내의 모든 영역에 대해 청소를 완료하기 위해서는 충분한 시간이 보장되어야 한다. 또한 청소를 완료할 때까지 청소 로봇이 이동한 경로를 확인하여 보면 반복 주행이 빈번한 구역과 그렇지 않은 구역이 극명하게 나누어지는 문제점도 있다.

반면 지도 기반 청소 방식의 경우, 청소 로봇이 위치 인식을 위한 센서들을 구비해야 하기 때문에 비용이 증가하는 문제점이 있으나, 청소 로봇이 지도를 기초로 청소를 완료한 구역을 판단하기 때문에 청소를 종료하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있으며, 특정 구역을 반복적으로 청소하는 문제점도 해결할 수 있다.

본 발명에서는 지도 기반 청소 방식을 기초로 종래의 문제점을 해결하기 위한 청소 로봇에 대하여 제안한다. 본 발명에서 제안하는 청소 로봇은 경계 지점에 대한 정보를 획득하여 지도를 갱신하고, 이 지도를 기초로 벽면이나 코너를 인식하여 청소 기능을 수행한다. 청소 로봇은 벽면의 일 지점이 인식되면 벽면 추종 주행 모드에 따라 벽면을 추종하여 이동하면서 벽면이나 코너를 중점적으로 청소하는 기능을 수행한다.

이하에서는 청소 로봇이 상기한 방법을 수행하는 것으로 설명할 것이나, 본 발명에서 청소 로봇이 수행하는 상기한 방법은 청소 로봇에 탑재된 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세서는 청소 로봇에 의해 청소 기능이 수행되도록 청소 기능을 제어할 수 있다. 이하 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇의 작동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

(1) 먼저 청소 로봇은 청소 대상 영역에서 경계 지점에 대한 정보를 획득한다(S110). 이후 청소 로봇은 경계 지점에 대한 정보를 기초로 지도를 갱신한다(S120).

먼저 경계 지점에 대한 정보의 필요성에 대하여 설명한다.

지도 기반 청소 방식을 이용하는 청소 로봇은 청소를 진행하면서 작성되는 지도에서 이동할 수 있는 지역이 더이상 존재하지 않을 때에 청소를 종료한다. 청소가 종료되면, 청소 로봇에 의해 최종적으로 완성된 지도는 외곽을 기준으로 폐쇄 루프(close loop)를 형성한다. 즉 최종적으로 완성된 지도에서 폐쇄 루프로 표현되는 구역이 청소 로봇이 청소를 수행할 때 추종하게 될 청소 대상 영역에서의 외곽 경계선이 된다.

청소 대상 영역 내에는 이동성을 가진 장애물(ex. 사용자)이 위치할 수 있다. 그런데 청소 로봇이 외곽 경계선을 추출하지 않고 단순 벽면 추종만을 이용할 경우, 청소 로봇은 동일 방향으로 이동하는 장애물에 의해 무한 벽면 추종을 수행할 수 있으며, 장애물을 벽면으로 오인하고 최종적으로 모든 벽면들을 청소하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 청소 로봇이 외곽 경계 추출 알고리즘을 이용하여 외곽 경계선을 구성하는 경계 지점에 대한 정보를 획득하며, 이 경계 지점에 대한 정보를 지도에 추가한다.

이와 같이 경계 지점에 대한 정보가 지도에 추가되면, 청소 로봇은 벽면 추종을 수행하더라도 자신의 위치와 경계 지점에 대한 정보를 비교하여 장애물을 벽면으로 오인하는 문제점을 해결할 수 있으며, 무한 벽면 추종을 회피할 수 있다. 또한 청소 로봇은 벽면이나 코너를 빠짐없이 청소하는 것이 가능해지며, 청소 대상 영역을 모두 청소하는 데에 걸리는 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

다음으로 청소 대상 영역에서 경계 지점에 대한 정보를 획득하는 방법(S110)에 대하여 설명한다.

청소 로봇은 외곽 경계선의 시작 지점을 추출한 후, 벽면 추종 주행 모드에 따라 벽면을 추종하여 이동하면서 외곽 경계선을 확정한다.

① 외곽 경계선의 시작 지점 추출

청소 로봇은 청소를 진행하면서 실시간으로 실내 환경에 대한 지도를 갱신한다. 청소가 완료되면, 청소 로봇은 외곽에 폐쇄 루프가 형성된 지도를 생성하며, 외곽에 위치하는 폐쇄 루프를 청소를 진행하면서 확인된 장애물로 기록한다.

외곽에 폐쇄 루프가 형성된 지도가 생성되면, 청소 대상 영역과 관련된 지도의 크기를 확인하는 것이 가능해진다. 청소 로봇은 청소 완료를 통해 생성된 이 지도에서 LT(Left Top) 좌표와 RB(Right Bottom) 좌표를 획득하여 가상의 사각형 틀을 생성한다. 청소 로봇은 RT(Right Top) 좌표와 LB(Left Bottom) 좌표를 기초로 사각형 틀을 생성할 수 있으며, LT 좌표, RT 좌표, LB 좌표 및 RB 좌표 중 적어도 3개의 좌표들을 기초로 사각형 틀을 생성하는 것도 가능하다.

외곽 경계선을 추출하기 위해서는 최종 완성된 지도에서 최외곽에 위치하는 경계선을 찾아야 한다. 최외곽에 위치하는 경계선은 청소 로봇이 청소를 진행하면서 획득한 장애물 정보로 구성된다. 청소 로봇은 사각형 틀을 구성하는 일 좌표(ex. LT 좌표)로부터 대각선 방향(ex. RB 좌표가 위치한 방향)으로 이동하면서 장애물이 발견될 때까지 검색을 진행한다. 청소 로봇의 이러한 기능을 코드화하면 다음과 같다. 다음 예시는 LT 좌표와 RB 좌표를 기초로 생성된 사각형 틀에서 LT 좌표로부터 RB 좌표가 위치한 방향으로 이동하면서 장애물을 검색하는 과정을 보여준다.

for (int i=LT_pos.x; i<RT_pos.x; i++)

{

for (int j=LT_pos.y; i<RT_pos.y; i--)

{

if (Cell_check[i,j]==Obstacle_Info)

{

Start_Position=Cell_check;

Break;

}

}

}

② 최종 외곽 경계선 추출

청소 로봇은 위와 같은 방식으로 외곽 경계선 추출을 위한 시작 지점을 찾은 후, 지도에 기저장된 장애물 정보를 따라 외곽 경계선을 추출하며, 추출된 외곽 경계선에 대하여 별도의 정보를 입력한다. 이때 입력된 외곽 경계선 정보는 청소 로봇이 벽면을 추종할 때 장애물을 벽면으로 오인하여 추종하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

청소 로봇이 청소를 진행하면서 작성하는 지도는 지도 작성 알고리즘에 따라 N × N의 셀(cell)들로 이루어진 2차원 어레이(array) 형태로 메모리에 저장된다. 이때 메모리에 저장되는 각 셀은 좌표 정보를 가지며, 좌표 정보와 함께 청소 로봇이 청소를 진행하면서 확인되는 환경 정보가 메모리에 저장된다.

지도에서 폐쇄 루프로 구성되는 외곽 경계선과 장애물 정보는 도 2에 도시된 바와 같이 연속되는 셀들(210a, 210b, …, 210n)에 의해 구성된다. 즉 지도에서 외곽 경계선과 장애물 정보는 상호 연결되는 적어도 두개의 셀들로 확인할 수가 있다. 이 점에 착안하여 외곽 경계선을 추출하는 방법을 코드화하여 나타내면 다음과 같다.

for (int i=0; i<8; i++)

{

if (AreThereNeighborObstacleCell())

{

neighborCell++;

}

}

if (neighborCell>=2)

{

MarkingBoundaryCellInfo(find.x, find.y, Marking);

MoveToNextCell(next.X, next.Y);

}

도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 청소 로봇이 외곽 경계선을 추출하는 방법을 설명하기 위한 참고도들이다.

도 3을 참조하면, 청소 로봇의 시작 위치(starting position)를 표시하는 제1 셀(221)로부터 그 우측과 그 하단부에는 이웃 셀들(222, 223)이 위치한다.

그런데 제1 셀(221)에 이웃하는 제2 셀(222)과 제3 셀(223)이 제1 셀(221)과 동일한 장애물 정보를 가지는 것으로 등록되어 있다면, 청소 로봇은 제2 셀(222)과 제3 셀(223) 각각으로부터 외곽 경계선을 추출하기 위한 이웃 셀 검색을 실행한다. 자세하게 설명하면, 청소 로봇은 제2 셀(222)로부터 제1 검색 방향(searching direction 1; 230)으로 이웃 셀 검색을 실행하며, 이와 별도로 제3 셀(223)로부터 제2 검색 방향(searching direction 2; 240)으로 이웃 셀 검색을 실행한다. 청소 로봇은 제2 셀(222)과 제3 셀(223)로부터 이웃 셀을 검색할 때 N개의 탐색 방향으로 분할하여 셀 검색을 실행할 수 있다. 한편 청소 로봇은 제2 셀(222)과 제3 셀(223) 중 제1 셀(221)과 더불어 외곽 경계선을 형성하는 것으로 등록된 셀이 있다면, 이 셀을 이용한 이웃 셀 검색은 실행하지 않는다.

검색되는 이웃 셀의 개수에 따라 각 셀의 방향으로 병렬 진행되는 외곽 경계선 추출은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 경계선 정보로 마킹할 수 있는 셀이 더이상 추출되지 않거나, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 이미 경계선 정보가 마킹되어 있는 셀을 만날 때까지 계속된다. 이 두 가지 조건들을 모두 만족하여 외곽 경계선 추출 알고리즘이 종료되는 시점이 최종적으로 청소 로봇이 벽면 추종을 할 때 참조할 외곽 경계선이 추출 완료되는 시점이다.

(2) 외곽 경계선 추출을 통해 지도가 갱신되면, 청소 로봇은 이 지도를 기초로 벽면이나 코너를 인식한다(S130). 이후 청소 로봇은 벽면이나 코너에 대해 청소 기능을 수행한다(S140).

본 발명에서는 추출된 외곽 경계선을 추종하는 벽면 청소 및 코너에 특화된 청소 방식을 제안한다. 다시 도 1을 참조하여 설명한다.

① 청소 로봇이 지도에 포함되어 있는 외곽 경계선의 일 지점으로 이동한다.

외곽 경계선 추출이 완료되면, 청소 로봇은 벽면 청소를 위하여 외곽 경계선이 표시하는 지점으로 이동해야 한다. 청소 로봇은 현재 위치를 기준으로 가장 가까운 거리에 위치한 외곽 경계선의 일 지점을 검출한다.

청소 로봇은 최근 거리에 위치한 외곽 경계선의 일 지점을 검출하기 위해 현재 위치로부터 방사 형태로 탐색을 진행한다. 청소 로봇은 외곽 경계선과 관련된 정보를 가지고 있는 셀이 발견될 때까지 탐색을 진행하며, 셀이 발견되면 이 셀의 좌표를 목적지로 설정한 후, 경로 계획 알고리즘(path planning algorithm)에 따라 목적지로 이동한다.

청소 로봇은 목적지까지 이동하는 도중에 장애물에 접촉할 수 있다. 본 발명에서는 청소 로봇이 장애물을 외곽 경계선으로 오인하는 것을 방지하기 위해 다음과 같은 기능을 추가로 수행한다. 지도에서 외곽 경계선을 표시하는 셀과 장애물(ex. 사용자)을 표시하는 셀은 공통적으로 장애물 정보를 가지는 것으로 등록되어 있다. 따라서 청소 로봇은 장애물 정보를 가진 것으로 등록된 셀에 도달하면 이 셀까지의 이동 거리와 청소 로봇의 헤딩 각도(heading angle)를 확인하여 도달한 셀이 목적지에 해당하는지 여부를 판단한다. 청소 로봇의 이러한 기능을 코드화하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

int dist_to_boundary=robot_position_to_goal_position;

if (dist_to_boundary<defined_arrive_distance

&& angle_diff<defined_arrive_angle_diff)

{

Arrived();

Run_Wall_Following_Behavior();

}

else

{

if (++failure_count>defined_failure_count)

{

Fail_to_arrive();

Marking_unRechable_cell(goal_position);

Find_Next_nearest_Cell(robot_position);

}

}

② 청소 로봇은 외곽 경계선으로 이동하면 벽면 추종 주행 모드에 따라 벽면을 이동하면서 벽면 청소를 수행한다.

청소 로봇은 좌표 정보를 기초로 외곽 경계선이 위치한 셀로 이동하여 장애물을 만나면 벽면 추종 주행 모드를 작동시켜 벽면 청소를 진행한다. 이때 청소 로봇은 지도에 등록되어 있지 않은 이동 장애물(ex. 사용자)로 인한 무한 벽면 추종이나 잘못된 벽면 추종을 회피하기 위해 도달된 셀의 주변에 장애물 정보를 가진 것으로 등록되어 있는 셀이 존재하는지 여부를 확인한다. 청소 로봇의 이러한 기능을 코드화하여 나타내면 다음과 같다.

while(1)

{

for (int i=0; i<8; i++)

{

for (int j=0; j<8; j++)

{

if (Cell_check[i,j]!=Saved_Obstacl_Info)

{

Something_wrong();

break;

}

}

}

doWall_following();

}

③ 벽면 추종 주행 모드를 이용한 코너 청소 방식

복합적인 장애물 환경에서도 충분한 이동, 회피, 충돌 방지 등을 위하여 청소 로봇의 외관 형태는 기본적으로 원형 형태나 사각형 형태를 가지고 있다. 또한 사이드 브러쉬도 최대한 외곽으로 부착되어 모서리 및 코너 청소를 원활하게 수행할 수 있도록 설계되어 있다.

그러나 주변에 위치하는 장애물을 검출하기 위해 장착된 여러 센서들로 인해 청소 로봇은 주행시 코너에 깊숙이 진입하지 않는다. 본 발명에서는 이 점을 고려하여 청소 로봇이 벽면 추종 주행 모드에 따라 벽면을 추종하여 이동하면서 코너를 인식하고 이 코너를 청소하는 방법을 제안한다.

청소 로봇의 코너 인식 및 청소 기능 수행 방법은 다음과 같다.

먼저, 청소 로봇은 주행하면서 전방 센서와 양측 센서를 이용하여 전방 또는 측방에 장애물이 존재하는지 여부를 판단한다.

이후, 양측 센서 중 어느 하나인 일측 센서와 전방 센서가 동시에 장애물이 존재하는 것으로 판단하면, 청소 로봇은 전방에 코너 형태의 장애물 환경이 존재하는 것으로 추정하고, 이동 속도를 감소시키면서 장애물에 접촉할 때까지 전방으로 계속 주행한다. 청소 로봇은 장애물에 접촉할 때까지 직진 주행을 수행하는 것이 보통이나, 본 발명에서는 커브 주행을 수행하는 것도 가능하다. 청소 로봇이 커브 주행을 수행하는 경우, 목적지인 코너에 도달할 수 있도록 장애물을 감지한 측방 센서의 위치를 고려한다.

한편 코너에 도달하기 위한 청소 로봇의 주행 종료 조건은 청소 로봇이 장애물에 접촉할 때이나, 이동 종료 시간을 정하여 청소 로봇의 비정상 직진 주행을 방지하는 것도 가능하다. 본 발명에서 이동 종료 시간은 청소 로봇의 이동 속도 및 청소 로봇의 현재 위치로부터 코너 지점까지의 거리를 기초로 산출될 수 있다.

이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명은 다음과 같은 효과들을 기대할 수 있다.

첫째, 청소 로봇에 의해 생성되는 지도에 저장된 폐쇄 루프 형태의 장애물 정보를 이용하여 외곽 경계선을 추출하고 이 외곽 경계선을 기초로 벽면과 코너를 청소함으로써, 청소 로봇이 이동성을 가진 장애물에 의해 잘못된 벽면 추종을 수행하거나 무한 벽면 추종을 수행하는 것을 회피할 수 있으며, 청소를 완료하는 데에 걸리는 시간을 단축시키고, 청소 로봇에 의한 청소의 효율성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 청소 로봇이 코너를 청소할 때 스스로 코너 환경을 인식하여 코너에 적합한 청소를 수행함으로써, 청소 로봇의 구조적 특성으로 인해 기존에 청소하기가 곤란했던 코너 영역에 대해서도 청소를 완벽하게 수행할 수 있다.

이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청소 기능 제어 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 5에 따르면, 청소 기능 제어 장치(400)는 지점 검출부(410), 경계선 생성부(420), 청소 기능 제어부(430), 제1 전원부(440) 및 제1 주제어부(450)를 포함한다.

제1 전원부(440)는 청소 기능 제어 장치(400)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 제1 주제어부(450)는 청소 기능 제어 장치(400)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 청소 기능 제어 장치(400)가 청소 로봇에 구비되는 것임을 참작할 때 본 실시예에서 청소 기능 제어 장치(400)는 제1 전원부(440)와 제1 주제어부(450)를 구비하지 않아도 무방하다.

지점 검출부(410)는 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 기능을 수행한다.

지점 검출부(410)는 장애물로 인식되는 지점들 중에서 제1 지점을 검출할 수 있다.

지점 검출부(410)는 청소 대상 영역과 관련된 지도에 포함된 각 지점의 좌표 정보를 기초로 제1 지점을 검출할 수 있다.

지점 검출부(410)는 제1 지점이 검출되면 제1 지점을 시작으로 상호 연결되는 지점들을 계속적으로 검출하여 제2 지점 및 제3 지점을 차례대로 검출할 수 있다.

지점 검출부(410)는 장애물로 인식되는 지점들을 대상으로 상호 연결되는 지점들을 검출할 수 있다.

지점 검출부(410)는 신규 검출되는 지점이 제1 지점, 제2 지점 및 제3 지점 중 어느 하나의 지점이거나, 이전에 검출된 지점에 연결되는 지점이 장애물로 인식되는 지점이 아닐 때까지 상호 연결되는 지점들을 계속적으로 검출할 수 있다.

경계선 생성부(420)는 제1 지점, 이 제1 지점에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 제2 지점 및 제1 지점에 간접적으로 연결된 적어도 하나의 제3 지점을 결합하여 경계선을 생성하는 기능을 수행한다.

청소 기능 제어부(430)는 경계선 생성부(420)에 의해 생성된 경계선을 기초로 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 기능을 수행한다.

청소 기능 제어부(430)는 경계선에 포함되는 제4 지점을 검출하며, 이 제4 지점을 기초로 코너 영역을 인식할 수 있다.

청소 기능 제어부(430)는 경계선에 포함된 지점들 중에서 현재 위치로부터 가장 가까운 위치에 있는 지점을 제4 지점으로 검출할 수 있다.

청소 기능 제어부(430)는 제4 지점이 검출되면 청소 로봇을 제4 지점으로 이동시킨 후 벽면 추종 주행 모드에 따라 다시 이동시켜 코너 영역을 인식할 수 있다.

청소 기능 제어부(430)는 장애물로 인식되는 지점에 도달되면 장애물로 인식되는 지점이 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.

청소 기능 제어부(430)는 청소 로봇의 이동 거리 및 청소 로봇의 헤딩각(heading angle)을 기초로 장애물로 인식되는 지점이 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.

청소 기능 제어부(430)는 청소 로봇의 전방에 위치하는 센서와 청소 로봇의 일측에 위치하는 센서가 동시에 장애물을 인식하는지 여부를 기초로 코너 영역을 인식한다.

다음으로 청소 기능 제어 장치(400)의 작동 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청소 기능 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

먼저 지점 검출부(410)가 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출한다(S510).

이후 경계선 생성부(420)가 제1 지점, 이 제1 지점에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 제2 지점 및 제1 지점에 간접적으로 연결된 적어도 하나의 제3 지점을 결합하여 경계선을 생성한다(S520).

이후 청소 기능 제어부(430)가 경계선을 기초로 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시킨다(S530).

다음으로 도 5를 참조하여 설명한 청소 기능 제어 장치를 내부에 프로세서로 장착하는 청소 로봇에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청소 로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 7에 따르면, 청소 로봇(600)은 청소 기능 실행부(610), 제2 전원부(620), 제2 주제어부(630) 및 청소 기능 제어 장치(400)를 포함한다.

제2 전원부(620)는 청소 로봇(600)을 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

제2 주제어부(630)는 청소 로봇(600)을 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.

청소 기능 실행부(610)는 청소 대상 영역을 청소하는 기능을 수행한다.

청소 기능 제어 장치(400)는 청소 대상 영역이 청소되도록 제어하는 것으로서, 지점 검출부(410), 경계선 생성부(420) 및 청소 기능 제어부(430)를 포함한다. 청소 기능 제어 장치(400)에 대해서는 도 4를 참조하여 전술하였는 바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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.

Claims (20)

1. 청소 로봇의 청소 기능 제어 장치에 있어서,
   청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 지점 검출부;
   상기 제1 지점의 좌표 정보를 시작 위치로 표시하는 제1 셀, 상기 제1 셀과 이웃하는 적어도 2개의 이웃 셀들을 이용하여 경계선을 생성하는 경계선 생성부; 및
   상기 경계선을 기초로 상기 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 청소 기능 제어부;를 포함하고,
   상기 지점 검출부는,
   일 좌표로부터 대각선 방향에 위치하는 타 좌표를 획득하여 가상의 틀을 생성하고, 상기 청소 로봇이 상기 생성된 가상의 틀을 구성하는 상기 일 좌표로부터 상기 타 좌표가 위치하는 방향인 상기 대각선 방향으로 장애물을 발견할 때까지 이동하여 상기 제1 지점을 검출하고,
   상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각은,
   상기 장애물에 대한 정보를 보유하며 상기 외곽에 대한 정보가 등록되지 않은 셀들이며,
   상기 경계선 생성부는,
   상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각과 이웃한 복수 개의 셀들을 검색하여 상기 제1 셀, 상기 적어도 2개의 이웃 셀들 및 상기 검색된 복수 개의 셀들을 결합하여 상기 경계선을 생성하고,
   상기 검색된 복수 개의 셀들은 상기 경계선의 정보로 마킹이 가능한 셀이 더 이상 추출되지 않거나 또는 상기 경계선의 정보가 이미 마킹되어 있는 셀을 만날 때까지 상기 제1 셀로부터 상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각의 방향으로 분할하여 검색된 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 청소 기능 제어부는 상기 경계선에 포함되는 제4 지점을 검출하며, 상기 제4 지점을 기초로 상기 코너 영역을 인식하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 청소 기능 제어부는 상기 경계선에 포함된 지점들 중에서 상기 청소 로봇의 현재 위치로부터 가장 가까운 위치에 있는 지점을 상기 제4 지점으로 검출하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 청소 기능 제어부는 상기 제4 지점이 검출되면 상기 청소 로봇을 상기 제4 지점으로 이동시킨 후 벽면 추종 주행 모드에 따라 다시 이동시켜 상기 코너 영역을 인식하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 청소 기능 제어부는 상기 청소 로봇이 장애물로 인식되는 지점에 도달되면 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 청소 기능 제어부는 상기 청소 로봇의 이동 거리 및 상기 청소 로봇의 헤딩각(heading angle)을 기초로 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 청소 기능 제어부는 상기 청소 로봇의 전방에 위치하는 센서와 상기 청소 로봇의 일측에 위치하는 센서가 동시에 장애물을 인식하는지 여부를 기초로 상기 코너 영역을 인식하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 장치.
13. 청소 로봇의 청소 기능 제어 방법에 있어서,
    청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 단계;
    상기 제1 지점의 좌표 정보를 시작 위치로 표시하는 제1 셀, 상기 제1 셀과 이웃하는 적어도 2개의 이웃 셀들을 이용하여 경계선을 생성하는 단계; 및
    상기 경계선을 기초로 상기 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 단계;를 포함하고,
    상기 검출하는 단계는,
    일 좌표로부터 대각선 방향에 위치하는 타 좌표를 획득하여 가상의 틀을 생성하고, 상기 청소 로봇이 상기 생성된 가상의 틀을 구성하는 상기 일 좌표로부터 상기 타 좌표가 위치하는 방향인 상기 대각선 방향으로 장애물을 발견할 때까지 이동하여 상기 제1 지점을 검출하고,
    상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각은,
    상기 장애물에 대한 정보를 보유하며 상기 외곽에 대한 정보가 등록되지 않은 셀들이며,
    상기 경계선을 생성하는 단계는,
    상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각과 이웃한 복수 개의 셀들을 검색하여 상기 제1 셀, 상기 적어도 2개의 이웃 셀들 및 상기 검색된 복수 개의 셀들을 결합하여 상기 경계선을 생성하고,
    상기 검색된 복수 개의 셀들은 상기 경계선의 정보로 마킹이 가능한 셀이 더 이상 추출되지 않거나 또는 상기 경계선의 정보가 이미 마킹되어 있는 셀을 만날 때까지 상기 제1 셀로부터 상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각의 방향으로 분할하여 검색된 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 방법.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제 13 항에 있어서,
    상기 청소시키는 단계는 상기 경계선에 포함되는 제4 지점을 검출하며, 상기 제4 지점을 기초로 상기 코너 영역을 인식하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 청소시키는 단계는 장애물로 인식되는 지점에 도달되면 상기 장애물로 인식되는 지점이 상기 제4 지점에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 방법.
19. 제 13 항에 있어서,
    상기 청소시키는 단계는 상기 청소 로봇의 전방에 위치하는 센서와 상기 청소 로봇의 일측에 위치하는 센서가 동시에 장애물을 인식하는지 여부를 기초로 상기 코너 영역을 인식하는 것을 특징으로 하는 청소 기능 제어 방법.
20. 청소 로봇에 있어서,
    청소 대상 영역을 청소하는 청소 기능 실행부; 및
    상기 청소 대상 영역이 청소되도록 제어하는 것으로서, 상기 청소 대상 영역에 위치하는 지점들 중에서 외곽에 위치하는 지점을 제1 지점으로 검출하는 지점 검출부; 상기 제1 지점의 좌표 정보를 시작 위치로 표시하는 제1 셀, 상기 제1 셀과 이웃하는 적어도 2개의 이웃 셀들을 이용하여 경계선을 생성하는 경계선 생성부; 및 상기 경계선을 기초로 상기 청소 대상 영역에 포함된 코너 영역을 청소시키는 청소 기능 제어부를 포함하는 청소 기능 제어 장치;를 포함하고,
    상기 지점 검출부는,
    일 좌표로부터 대각선 방향에 위치하는 타 좌표를 획득하여 가상의 틀을 생성하고, 상기 청소 로봇이 상기 생성된 가상의 틀을 구성하는 상기 일 좌표로부터 상기 타 좌표가 위치하는 방향인 상기 대각선 방향으로 장애물을 발견할 때까지 이동하여 상기 제1 지점을 검출하고,
    상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각은,
    상기 장애물에 대한 정보를 보유하며 상기 외곽에 대한 정보가 등록되지 않은 셀들이며,
    상기 경계선 생성부는,
    상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각과 이웃한 복수 개의 셀들을 검색하여 상기 제1 셀, 상기 적어도 2개의 이웃 셀들 및 상기 검색된 복수 개의 셀들을 결합하여 상기 경계선을 생성하고,
    상기 검색된 복수 개의 셀들은 상기 경계선의 정보로 마킹이 가능한 셀이 더 이상 추출되지 않거나 또는 상기 경계선의 정보가 이미 마킹되어 있는 셀을 만날 때까지 상기 제1 셀로부터 상기 적어도 2개의 이웃 셀들 각각의 방향으로 분할하여 검색된 것을 특징으로 하는 청소 로봇.

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