KR102015325B1 - 청소 로봇 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발진파를 송신하고, 대상물에서 반사된 반사파와, 발진파와 반사파가 중첩된 합성파를 수신하고, 발진파 송신 및 반사파와 합성파 수신 시에 발생되는 전기적 신호를 검출하고, 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하고, 판단된 대상물의 표면 정보에 기초하여 주행을 제어한다.
본 발명은 초음파 신호의 세기 뿐만 아니라 발진파와 반사파, 그리고 그 둘의 합성파의 파형을 분석하여 대상물의 위치 등 기본적인 정보, 대상물의 재질, 표면 형상 및 탄성도 등 기계적 성질에 대한 정보, 액체에 의한 오염 여부 등의 정보 등 대상물 표면에 대한 정확한 정보를 판단할 수 있고, 대상물 표면에 대한 정보에 기초하여 동작을 제어함으로써 청소 로봇의 동작을 효과적으로 제어할 수 있다.

Description

청소 로봇 및 그 제어 방법 {Robot cleaner and method for controlling the same}
본 발명은 대상물의 표면에 대한 정보를 획득하고 획득된 정보에 기초하여 동작을 제어하기 위한 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 계산 기술, 센싱 기술, 통신 기술 등 다양한 전자 기술의 발전에 따라서 특정 환경에서 사람이 행하는 작업의 자동화 기술이 급속하게 진보하고 있다.
이 중 사람의 조종을 수반하지 않고 자동적으로 자유롭게 이동하는 자율 이동 장치의 기술 개발도 왕성하게 행해지고 있다. 이러한 자율 이동 장치에는 사람과 유사한 동작을 수행하여 사람에게 각종 편리함을 제공하는 산업용 로봇, 가정용 로봇, 서비스용 로봇, 경비용 로봇 등이 있다.
자율 이동 장치의 이동 성능 향상을 위해 이동할 영역의 맵을 작성하고 자신의 위치를 인식하는 기술, 장애물 및 단차 등을 감지하여 회피하는 기술 등이 개발되고 있다.
또한 바닥면의 재질 및 상태에 따라 자율 이동 장치의 이동 성능이 달라지는 현상이 나타남으로 인해 바닥면의 재질이나 오염 상태 등의 바닥면의 정보를 감지하는 바닥면 감지 기술 개발의 필요성이 대두되었다.
자율 이동 장치인 가정용 로봇 중 청소 로봇을 예를 들어 설명하면, 청소 로봇이 바닥면의 상태나 재질 등을 감지하지 않은 상태에서 마루바닥을 청소할 때에는 적절한 흡입력으로 청소를 수행할 수 있지만, 카펫 위를 청소할 때에는 카펫에 바퀴가 빠지거나 브러시가 원활하게 이동하지 않아 청소가 제대로 이루어지지 않는 현상이 나타났다. 즉 바닥면의 재질이나 상태 등에 따라 청소 로봇의 이동 성능 및 기능의 질이 달라짐으로 인해 바닥면을 감지하는 기술 개발이 필요하게 된 것이다.
일반적으로 청소 로봇은 바닥면을 감지하기 위해서 초음파 센서 및 적외선 센서 중 적어도 하나의 센서를 통해 센싱된 데이터를 이용한다.
이 중 초음파 센서는 초음파가 공기 중에 진행하는 속도를 이용하여 바닥 면과의 거리를 측정하는 센서로, 초음파 센서 이용할 경우 반사되는 초음파 신호의 세기만을 이용하여 바닥면의 재질을 판별하기 때문에 다양한 대상물의 재질을 명확하게 구분하지 못하는 문제가 있고 또한 가까운 거리에서 사용 시 발생하는 합성파의 문제를 해결하지 못해 제대로 작동하지 않는 문제가 있다.
적외선 센서는 발광된 빛의 수광량을 측정하는 센서로, PSD 센서에 비해 구조가 단순하고 저비용이지만, 광학 부품이 스크래치, 먼지 등 오염물질에 취약하고 표면 클리닝도 쉽지 않으며 강한 빛에 노출 시 오작동되는 문제가 있다. 따라서 적외선 센서를 이용할 경우 유지 관리가 어렵고 바닥면 감지 정확도가 낮은 문제가 있다.
일 측면은 초음파 신호의 세기 뿐만 아니라 발진파, 반사파, 및 합성파 중 적어도 하나의 파형을 분석하여 대상면의 재질, 액체에 의한 오염 여부 및 빈 공간 여부 등 대상면에 대한 정보를 획득하고, 획득된 대상면에 대한 정보에 기초하여 회피 주행을 제어하는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
다른 측면은 대상면과의 거리가 서로 다르게 설치된 복수의 초음파 센서에서 각각 검출된 합성파를 이용하여 대상물의 표면 정보를 획득하는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 청소 로봇은 본체; 본체에 설치되고 본체를 이동시키는 이동부; 발진파를 송신하고 대상물에서 반사된 반사파를 수신하고, 발진파로 인해 발생된 진동 및 반사파의 수신으로 인한 진동을 전기적 신호로 출력하는 초음파 센서; 및 초음파 센서에서 출력된 전기적 신호에 기초하여 대상물의 표면 정보를 판단하고 대상물의 표면 정보에 기초하여 이동부의 이동을 제어하는 제어부를 포함한다.
다른 측면에 따른 청소 로봇의 제어 방법은 초음파 센서를 구동시켜 발진파를 송신하고, 초음파 센서를 이용하여 대상물에서 반사된 반사파를 수신하고, 초음파 센서에서 발진파의 발생에 의한 진동과 대상물에서 반사된 반사파에 의한 진동이 전기적 신호로 출력되면 출력된 전기적 신호를 검출하고, 검출된 전기적 신호에 기초하여 대상물의 표면 정보를 판단하고, 판단된 대상물의 표면 정보에 기초하여 이동부의 이동을 제어한다.
또 다른 측면에 따른 청소 로봇은 본체; 본체에 설치되고 본체를 이동시키는 이동부; 발진파를 송신하고 대상물에서 반사된 반사파를 수신하고, 발진파로 인해 발생된 진동 및 반사파의 수신으로 인한 진동을 전기적 신호로 출력하는 초음파 센서; 초음파 센서에서 출력된 전기적 신호의 발생 시간을 산출하는 파형 분석부; 및 산출된 전기적 신호의 발생 시간에 기초하여 대상물의 표면 정보를 판단하고 대상물의 표면 정보에 기초하여 이동부의 이동을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 측면에 따르면, 초음파 신호의 세기 뿐만 아니라 발진파와 반사파, 그리고 그 둘의 합성파의 파형을 분석하여 대상물의 위치 등 기본적인 정보, 대상물의 재질, 표면 형상 및 탄성도 등 기계적 성질에 대한 정보, 액체에 의한 오염 여부 등의 정보 등 대상물 표면에 대한 정확한 정보를 판단할 수 있고, 대상물 표면에 대한 정보에 기초하여 동작을 제어함으로써 청소 로봇의 동작을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한 적외선 센서와 같은 광학 방식에 비해 내 오염성, 내구성이 우수하고, 밀폐 방수형 구조의 초음파 센서를 사용함으로써 오염 시 클리닝이 가능하며 발신 초음파의 감쇠를 막을 수 있고 수신 감도를 높일 수 있다.
또한 바닥면에 대한 정보 판단의 정확성을 높일 수 있어 주행 방향 결정 및 청소 모드의 자동 변경이 가능하여 청소 효율을 향상시킬 수 있고, 청소 효율 향상에 따라 소비자 만족도를 높일 수 있다.
또한 초음파 센서로부터 얻은 바닥면의 정보와, 광학 정보 및 영상 정보를 결합함으로써 장애물의 형상 및 위치 정보의 식별력을 높일 수 있고 이에 따라 청소 로봇의 동작 및 기능을 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 예시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 초음파 센서의 설치 위치 예시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 초음파 센서의 설치 구조 예시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리에 따른 파형 길이의 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 초음파 센서에서 초음파 발진 후 초음파 센서에서 출력된 전압 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 초음파 센서에서 출력된 바닥면 재질별 전압 그래프이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 초음파 센서에서 출력된 전압 신호를 변환한 바닥면 재질별 디지털 신호의 예시도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇에서 바닥면의 정보 판단 시 이용되는 바닥면의 정보에 대응하는 기준 데이터 범위의 예시도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도이다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 시 특징점 검출 예시도이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇에서 검출된 바닥면의 재질별 반사파의 세기 예시도이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇에서 검출된 바닥면의 재질별 발진파, 반사파 및 에코의 예시도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 예시도로, 도 1은 청소 로봇의 평면 사시도이고, 도 2는 청소 로봇의 저면 사시도이다.
청소 로봇(100)은 사용자의 청소 명령이 입력되거나 예약 시간이 되면 청소 영역을 스스로 주행하면서 건식으로 바닥면의 먼지와 같은 이물질을 흡입하거나 습식으로 바닥면의 먼지를 닦으면서 청소를 수행하는 로봇으로, 청소가 완료되거나 배터리의 전압이 기준 전압보다 낮아지게 되면 충전대(200)와 도킹을 수행하고, 도킹이 완료되면 충전대(200)로부터 전력을 공급받아 충전을 수행한다.
여기서 충전대(200)는 외부의 상용 교류 전원과 연결되어 외부의 상용 교류 전원을 공급받고 외부에서 공급된 상용 교류 전력을 변환하는 트랜스포머와, 변환된 전력을 반파 정류 또는 전파 정류하는 정류부와, 정류된 전력을 평활하는 평활부와, 평활된 전력을 일정 전압을 가진 직류 전력으로 출력하는 전압조절부를 포함하고, 전압 조절부에서 출력된 직류 전력을 전원 단자를 통해 청소 로봇(100)에 공급한다.
청소 로봇(100)은 청소 수행 시 거리센서를 통해 청소구역 내에 설치된 가구나 사무용품, 벽 등의 장애물 및 그 장애물까지의 거리를 확인하고, 또한 바닥면에 대한 정보를 획득하여 분석하며, 그 결과에 따라 휠을 선택적으로 구동시켜 스스로 방향을 전환해가면서 청소 영역을 청소한다.
이때 청소 로봇(100)은 자체에 저장되어 있는 맵 정보에 기초하여 미리 정해진 패턴 또는 랜덤 패턴으로 주행하여 청소 영역을 청소한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)은 외관을 형성하는 본체(111)와, 본체(111)의 상부에 장착되어 동작 정보 및 예약 정보 등을 입력받는 입력부(112)와, 본체(111)의 상부에 장착되어 동작 정보를 표시하는 표시부(113)와, 본체(111)의 상부에 장착되어 청소 시 청소 영역의 영상을 획득하는 영상부(114)와, 본체(111)의 전면에 장착되어 장애물과 충돌 시 충격을 완화시키는 범퍼(115)를 포함한다.
이러한 범퍼(115)는 본체(111)의 후면에 더 장착되는 것도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)은 본체(111)의 하부에 설치되어 청소 로봇(100)을 이동시키는 이동부(121)와, 본체(111)의 하부에 설치되어 바닥의 먼지를 쓸거나 비산시키는 브러시부(122)를 포함한다.
이동부(121)는 본체(111)의 중앙부 양측에 설치되어 청소 로봇(100)을 전진, 후진 및 회전시키는 한 쌍의 휠(121a)과, 각 휠(121a)에 이동력을 인가하는 제1모터인 휠 모터(121b)와, 본체(111)의 전방에 설치되어 청소 로봇(100)이 이동하는 바닥 면의 상태에 따라 회전하여 각도가 변화하는 캐스터 휠(121c)을 포함한다.
여기서 캐스터 휠(121c)은 청소 로봇(100)의 자세 안정 및 추락 방지 등에 활용되어 청소 로봇(100)을 지지하며, 롤러나 캐스터 형상의 휠로 이루어진다.
브러시부(122)는 본체(111)의 하부에 형성된 흡입구(123)에 마련된 메인 브러시(122a)와, 본체(111)의 전면 하부에 마련된 사이드 브러시(122b)를 포함한다.
여기서 메인 브러시(122a)는 본체(111) 하측의 바닥 먼지를 쓸거나 비산시킴으로서 먼지의 흡입 효율을 향상시키는 것으로, 메인 브러시(122a)는 롤러와 브러시부재를 포함하고, 제2모터인 브러시 모터(122c)에 의해 회전한다.
사이드 브러시(122b)는 청소 로봇(100) 전방의 바닥 먼지와 메인 브러시(122a)가 쓸지 못하는 곳의 바닥 먼지를 흡입구(123) 측으로 쓸어 주어 청소 효율을 향상시킨다.
청소 로봇(100)는 메인 브러시(122a)의 주변에 마련되어 메인 브러시(130)를 통해 집진된 먼지 등의 이물질을 모으는 집진부(124)를 더 포함한다. 이러한 청소 로봇(100)은 흡입력을 이용하여 먼지 등의 이물질을 집진하는 것도 가능하다.
아울러 청소 로봇(100)은 흡입구(123)의 위치에 습식 청소를 위한 래그(rag, 미도시)를 더 포함하는 것도 가능하다. 여기서 래그는 메인 브러시의 주위에 메인 브러시와 함께 설치되거나, 또는 메인 브러시 대신 단독적으로 설치되는 가능하다.
청소 로봇(100)은 휠 모터(121b), 브러시 모터(122c) 및 그 외 각 구동부에 구동 전원을 공급하는 배터리부(125)와, 배터리부(125)에 전기적으로 연결되고 충전대(200)와 도킹되면 충전대(200)와 전기적으로 연결되는 충전단자(126)를 포함한다.
이러한 배터리부(125)는 재충전 가능한 2차 배터리로 이루어지고, 두 개의 충전단자(126)를 통해 충전대(200)와 전기적으로 연결되어 충전대(200)로부터 전력을 공급받아 충전을 수행한다.
청소 로봇(100)은 청소 영역 내의 대상물의 정보를 획득하기 위한 적어도 하나의 초음파센서(130)를 더 포함한다. 여기서 대상물은 바닥 면이고, 정보는 바닥면의 재질, 거칠기 및 탄성도 등의 기계적인 성질에 대한 정보이다.
이러한 초음파 센서(Ultrasonic transducer, 130)는 초음파가 발진되는 발진면이 바닥을 향하도록 설치되어 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 초음파 센서의 설치 위치 예시도이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 청소 로봇의 초음파 센서(130)는 본체(111)의 전면(前面) 하측 모서리 부분에 위치한다.
초음파 센서(130)는 본체의 하부면(111a)과 일정 기울기를 갖고 본체(110)에 사선으로 장착되어 있다. 이로 인해 초음파의 발진 방향은 수평면인 바닥면(300)과 사선을 이루고, 이때 초음파는 청소 로봇의 본체(111)가 현재 위치하는 영역(A1)의 외부 영역(A2)을 향한다.
이를 통해 청소 로봇 주행 시 청소 로봇(100)이 위치한 영역이 아닌 앞으로 주행할 영역의 바닥면(300)을 감지할 수 있다. 즉 청소 로봇(100)은 다음 영역을 진입하기 전에 다음 영역의 바닥면(300)에 대한 정보를 미리 획득하는 것이 가능하다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 청소 로봇의 초음파 센서(130)는 본체의 하부 면(111a)에 위치한다.
좀 더 구체적으로 초음파 센서(130)는 본체의 하부면(111a) 중 앞쪽 부분에 위치하는데 이때 초음파 센서(130)의 발진면은 본체(111)의 하부면과 수평을 이루고, 이로 인해 초음파 센서(130)의 초음파 발진 방향이 수평면인 바닥면(300)과 수직을 이루게 된다.
즉 청소 로봇(100)은 본체의 하부면(111a)에 설치된 초음파 센서(130)를 이용함으로써 주행 중인 바닥면, 즉 청소 로봇(100)이 현재 위치하는 영역(A1)에 대한 정보를 획득하는 것이 가능하다.
초음파 센서(130)는 휠(121a)의 전방에 위치함으로써 청소 로봇이 물, 카펫, 빈 공간 등과 같은 회피 대상물에 진입하기 전에 회피 대상물의 존재 여부를 확인할 수 있도록 한다.
즉, 청소 로봇은 하나 또는 복수 개의 초음파 센서를 포함하고, 하나 또는 복수 개의 초음파 센서에서 발진 및 수신된 초음파에 기초하여 바닥면(300)에 대한 정보를 획득한다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 초음파 센서(130)가 청소 로봇의 본체(111)의 하부면에 설치된 경우, 청소 로봇의 본체(111)의 하부면에 설치된 하나 또는 복수개의 초음파 센서의 설치 구조를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 초음파센서(130)의 설치 구조 예시도이다. 여기서 도 4의 (a)는 본체에 설치된 하나의 초음파 센서(130)의 예시도이고, 도 4의 (b)는 본체에 설치된 복수 초음파 센서(130a, 130b)의 예시도이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)의 초음파 센서(130)는 한 개의 초음파 센서를 포함한다.
하나의 초음파 센서는 초음파를 발진하고, 바닥면에서 반사된 반사파를 수신하는 두 기능 모두를 수행한다.
이러한 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리는, 초음파 센서에서 초음파가 발진되는 동안 반사파의 일부 또는 전부가 수신되는 거리로, 발진파와 반사파의 중첩이 발생되도록 하는 거리이다.
즉, 하나의 초음파 센서(130)는 발진파를 발진하고 있는 동안 반사파가 수신되면 발진파의 진동과 발진 후 여진에 따른 진동에 반사파의 진동이 각각 합쳐진 전압 신호를 발생시킨다. 이때 발진파의 진동에 반사파의 진동이 합쳐진 합성파에 의한 전압 신호와, 여진파의 진동 및 반사파의 진동이 합쳐진 합성파에 의한 전압 신호를 연속적으로 발생시킨다.
또는 하나의 초음파 센서(130)는 발진파 발진 후 여진파가 발생되고 있는 동안 반사파가 수신되는 것에 의해 여진파와 반사파가 합쳐진 합성파에 의한 전압 신호를 발생시킨다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 청소 로봇은 두 개의 초음파 센서(130a, 130b)를 포함한다.
제1초음파 센서(130a)는 초음파를 발진하고, 바닥면(300)에서 반사된 반사파를 수신하는 두 기능 모두를 수행하고, 제2초음파 센서(130b) 또한 초음파를 발진하고, 바닥면에서 반사된 반사파를 수신하는 두 기능 모두를 수행한다.
제2초음파 센서(130b)는 제1초음파 센서(130a) 보다 본체(111)의 내측에 위치하고, 이로 인해 제1초음파 센서(130a)와 제2초음파 센서(130b)는 바닥면(300)과의 거리가 서로 상이하다.
즉 제1초음파 센서(130a)와 바닥면과의 거리는 d1이고, 제2초음파 센서(130b)와 바닥면과의 거리는 d2이며, d2와 d1의 거리 차이는 제1초음파 센서(130a)와 제2초음파 센서(130b)에서 발진된 초음파 사이에 1/4 파장 차이를 갖는 거리이다.
바닥면과의 거리가 서로 다른 두 초음파 센서를 이용함으로써 동일 재질의 바닥면에 대해 서로 다른 간섭에 의해 발생된 파형을 얻을 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 바닥면이 하드 및 소프트일 때 모두 바닥면과 초음파 센서의 거리에 따라 파형의 길이가 달라짐을 알 수 있다.
여기서 파형의 길이는 파형의 진폭이 일정 크기 이상으로 유지되는 시간 동안의 파형의 길이이다.
초음파 센서의 주파수가 40kHz일 때, 1파장의 시간(즉, 1주기)은 25μm이고, 음파의 속도가 340m/s이므로, 1파장은 8.5mm이고, 1/4 파장은 대략 2.1mm이다.
즉 파형의 길이는 1/4 파장 간격으로 증감하는 것을 알 수 있다.
여기서 파형의 길이가 1/4파장 간격으로 증감하는 것은, 합성파가 1/4 파장 간격으로 상쇄 간섭 및 보강 간섭이 바뀌어 일어났다는 것을 의미하는 것으로, 발진파와 반사파 사이에 보강 간섭이 발생하면 합성파의 파형 길이가 길어지고, 발진파와 반사파 사이에 상쇄 간섭이 발생하면 합성파의 파형 길이가 짧아진다.
이를 좀 더 구체적으로 설명한다.
초음파 센서는 발진 또는 여진에 의해 압전 소자(미도시)가 진동하고 있는 상태에서 반사파를 수신하는데, 이때 보강 간섭이 발생하면 발진 또는 여진에 의한 진동 에너지에 반사파에 의한 진동 에너지가 보강되어 진동 에너지의 세기가 커지게 되고, 상쇄 간섭이 발생하면 발진 또는 여진에 의한 진동 에너지가 반사파에 의한 진동 에너지에 의해 상쇄되어 진동 에너지의 세기가 작아지게 된다.
즉 보강 간섭이 일어나는 경우 초음파 센서의 발진 또는 여진에 따라 압전 소자(미도시)에서 발생되는 전압의 극성과 반사파 수신에 따라 압전 소자에서 발생되는 전압의 극성이 시간별로 동일하게 나타나 전압의 크기가 보강되고, 상쇄 간섭이 일어나는 경우 초음파 센서의 발진 또는 여진에 따라 압전 소자에서 발생되는 전압의 극성과 반사파 수신에 따라 압전 소자에서 발생되는 전압의 극성이 시간별로 반대로 나타나 전압의 크기가 상쇄된다.
그리고 초음파 센서는 진동이 소멸되는 시점까지 진동에 대응하는 전압을 출력하는데, 이 경우 보강 간섭 시에 발생한 진동 에너지의 세기가 상쇄 간섭 시에 발생한 진동 에너지의 세기보다 더 세기 때문에 보강 간섭 시의 초음파 센서가 진동하는 시간이 상쇄 간섭 시의 초음파 센서가 진동하는 시간 보다 더 길다.
초음파 센서의 진동 에너지 세기는 대기 마찰력 등에 의해 시간이 경과할 수록 감소하는데 이때 동일한 환경 조건에 설치된 두 초음파 센서에 동일한 대기 마찰력 등이 작용한다.
이와 같이 서로 다른 간섭을 일으키는 두 초음파 센서의 진동 에너지가 거의 동일하게 감소하기 때문에, 더 큰 진동 에너지를 가진 초음파 센서의 진동 시간이 더 길어지는 것이다.
즉 상쇄 간섭이 일어날 때 전압이 측정되는 시간이 보강 간섭이 일어날 때 전압이 측정되는 시간보다 더 짧기 때문에 상쇄 간섭이 일어났을 때 파형길이가 보강 간섭이 일어났을 때 파형길이보다 짧은 것이다.
이와 같이 제1초음파 센서(130a)와 제2초음파 센서(130b)는 1/4 파장의 거리 차이를 갖고, 이를 통해 동일 재질의 바닥면에 대해 서로 다른 간섭에 의해 발생된 파형을 검출하는 것이 가능하다.
또한 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리가 같을 때 바닥면의 재질에 따라 서로 다른 간섭에 의해 발생된 파형을 획득하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 이는 바닥면의 재질이 소프트인지 하드인지에 따라 자유단 반사 또는 고정단 반사가 일어나기 때문이다.
초음파 센서와 바닥면 사이의 거리 9mm를 예를 들어 설명하면, 하드 재질의 바닥면일 때 파형의 길이는 2.2ms로, 거리 9mm 전후의 거리 8mm와 거리 10mm보다 파형의 길이가 짧은 것으로 보아 상쇄 간섭이 일어났다는 것을 예측할 수 있고, 반면 소프트 재질의 바닥면일 때 파형의 길이는 19ms로, 거리 9mm 전후의 거리 8mm와 거리 10mm보다 파형 길이가 긴 것으로 보아 보강 간섭이 일어났다는 것을 예측할 수 있다.
이와 같이, 청소 로봇은 바닥면의 재질에 따른 간섭 파형의 분석을 통해 바닥면의 재질을 확인할 수 있고, 또한 바닥면과의 거리가 서로 다른 복수의 초음파 센서에서 검출된 간섭 파형의 분석을 통해 바닥면의 재질 감지 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 감지 범위를 넓힐 수 있도록 청소 로봇의 본체(111)에 곡면 형상으로 복수의 초음파 센서를 설치하는 것도 가능하다.
도 6은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도로, 일 실시예에 따른 청소 로봇은 하나의 초음파 센서(130), 제어부(141), 구동부(142), 저장부(143) 및 파형 분석부(144)를 포함한다.
초음파 센서(130)는 초음파를 발생시키고 외부에서 반사된 반사파를 수신하고 발진파 진동 및 수신파 진동에 대한 전기적 신호인 전압을 검출하여 출력하는 센서로, 송신부(131) 및 검출부(132)를 포함한다.
송신부(131)는 제어부(141)의 명령에 따라 초음파 센서(130)의 양 전극(미도시)에 인가되는 전압값을 변화시켜 초음파 센서(130)가 발진되도록 함으로써 초음파가 외부의 바닥면을 향해 발진되도록 한다.
송신부(131)는 제어부(141)의 명령에 따른 발진 주파수로 초음파 센서(130)를 발진시킬 수 있도록 전원부(미도시)에서 공급된 전압을 발진 주파수에 대응하는 전압으로 증폭시킨다.
검출부(132)는 초음파 센서(130)에 발생되는 전기적 신호인 전압을 검출하여 파형 분석부(144)에 출력한다.
이때 검출부(132)에 검출되는 전압 신호는, 초음파 발진 및 수신 시 초음파 센서(130)에서 출력되는 전압 신호로, 발진파의 진동에 대한 전압 신호와, 반사파의 진동에 대한 전압 신호와, 발진파의 진동과 반사파의 진동의 중첩에 의한 합성파에 대한 전압 신호이다.
여기서 초음파 센서에서 출력되는 전압 신호는, 초음파 발진 후의 여진파의 진동과 반사파의 진동이 중첩된 합성파에 대한 전압을 더 포함한다.
즉 발진파, 합성파 및 반사파 진동에 대응하는 전압은 시간의 흐름에 따라 발생한다. 이때 초음파 센서에서 출력되는 전기적 신호인 전압은 검출파를 형성한다.
즉, 검출부(132)는 시간에 따른 전압값을 갖는 검출파를 파형 분석부(144)에 출력한다.
제어부(141)는 입력부를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 미리 저장된 맵 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어하는데, 이때 송신부(131) 및 검출부(132)의 구동을 제어하고 파형 분석부(144)에서 전송된 검출파의 파형 길이와 제1기준 파형 길이를 비교하여 바닥면에 대한 정보를 판단하고, 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서 파형 길이는 검출파가 검출되는 시점부터 검출파의 전압이 0V가 되는 시점까지의 발생 시간이다.
또한 파형 길이는 검출부(144)에서 검출된 검출파의 진폭이 일정 크기 이상으로 유지되는 유지 시간으로 설정하는 것도 가능하다.
제어부(141)는 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 회피 주행 또는 연속 주행을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어하여 주행 방향 및 주행 속도가 변경되도록 하고 또한 제2모터의 구동을 제어하여 청소 모드가 변경되도록 한다.
여기서 청소 모드는 바닥면의 재질에 따라 결정되는 하드 모드 및 소프트 모드를 포함한다. 이때 흡입력 및 메인 브러시의 회전 속도가 변경된다.
또한 청소 모드는 습식 모드 및 건식 모드를 더 포함하는 것도 가능하다.
구동부(142)는 제어부(141)의 명령에 기초하여 제1모터를 구동시킴으로써 주행 속도 및 주행 방향이 변경되도록 하고, 또한 제어부(141)의 명령에 기초하여 제2모터를 구동시킴으로써 메인 브러시의 회전 속도가 변경되도록 하거나 회전이 정지되도록 한다.
저장부(143)는 하드 재질과 소프트 재질을 구분하기 위한 검출파의 제1 기준 파형 길이를 저장한다.
파형 분석부(144)는 검출파가 수신된 시점부터 파형이 감쇠되는 시점까지의 파형의 발생 시간을 산출하고, 산출된 발생 시간을 파형 길이로 설정하여 제어부(141)에 전송한다.
또한 파형 분석부(144)는 검출파의 진폭이 일정 크기 이상으로 유지되는 유지 시간을 산출하고, 산출된 유지 시간을 파형 길이로 설정하여 제어부(141)에 전송하는 것도 가능하다.
도 7은 일 실시예에 따른 청소 로봇인 청소 로봇의 제어 순서도이다. 이를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
청소 로봇인 청소 로봇은 입력부(112)를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 미리 저장된 맵 정보에 기초하여 제1모터(121b) 및 제2모터(122c)를 구동시킨다.
즉 청소 로봇은 제1모터(121b)를 구동시켜 휠(121a)이 회전되도록 함으로써 주행을 수행(401)하고, 또한 제2모터(122c)를 구동시켜 메인 브러시(122a)가 회전되도록 함으로써 청소를 수행한다.
청소 로봇은 주행 및 청소 수행 중 초음파 센서(130)를 구동시켜 바닥면을 향해 초음파가 발진(402)되도록 한다. 이후 초음파 센서(130)는 외부의 대상물에서 반사된 반사파를 수신한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 초음파 센서의 송신부는 일정 시간(ta) 동안 대략 5V의 전압을 초음파 센서의 전극에 인가하여 압전 소자가 진동하도록 한다. 이때 초음파 센서의 압전 소자는 교류 5V 전압에 대응하는 진폭 및 주파수의 주기에 따라 압축 및 신장되고, 이러한 압축 및 신장에 의해 진동하고 초음파 센서의 검출부에서는 전극에 인가된 교류 5V에 대응하는 주파수의 전압이 일정 시간(ta) 동안 검출된다.
초음파 센서의 압전 소자는 일정 시간(ta)이 경과된 후 초음파 센서의 전극에 인가되는 전압이 차단되면 일정 시간(ta) 동안 발생된 진동에 대한 관성에 의해 일정 시간(tb) 동안 여진하고, 초음파 센서의 검출부에서는 여진에 대응하는 전압이 일정 시간(tb) 동안 검출된다.
이때 여진의 세기는 공기 저항, 대기 마찰력 등에 의해 시간이 지날수록 감소하고, 이에 따라 전압의 크기 역시 감소한다.
반사파가 수신되는 시점은, 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리에 따라 달라지는데, 발진파가 발생되는 시점 또는 여진파가 발생되는 시점이다.
즉, 초음파 센서는 발진파가 발생되는 시점에 반사파가 수신되면, 발진파와 반사파가 중첩되고 여진파와 반사파가 중첩된 합성파를 출력하고, 여진파가 발생되는 시점에 반사파가 수신되면 여진파와 반사파에 의한 진동이 중첩된 합성파를 출력한다.
청소 로봇은 초음파의 발진 및 수신이 이루어지는 동안 초음파 발진 및 수신에 따른 전압을 검출(403)하고, 검출된 전압을 일정 크기만큼 증폭시킨 후 낮은 주파수인 노이즈를 차단시키고 높은 주파수만 통과시키는 필터링을 수행한다.
다음 청소 로봇은 검출 시간에 따른 전압 파형인 검출파를 획득하여 분석한다. 이때 검출파는, 발진파와, 반사파와, 발진파와 반사파가 중첩된 후 상쇄 또는 보강 간섭을 일으켜 생성된 합성파, 여진파와 반사파가 중첩된 후 상쇄 또는 보강 간섭을 일으켜 생성된 합성파이다.
다음 청소 로봇은 검출파의 검출 시점부터 검출파의 파형이 감쇠되는 시점까지 파형의 발생 시간을 산출하고, 산출된 발생 시간에 대응되는 파형 길이를 산출(404)한다.
아울러 청소 로봇은 검출파의 검출 시점부터 검출파의 파형이 감쇠되는 시점까지 일정 크기의 진폭으로 유지되는 유지 시간을 산출하고, 산출된 유지 시간에 대응되는 파형 길이를 산출하는 것도 가능하다.
이때 합성파의 발생 시간은 반사파와 여진파 사이에 보강 간섭이 발생하였는지, 상쇄 간섭이 발생하였는지에 따라 달라진다.
즉, 보강 간섭이 발생한 경우 압전 소자를 진동시키기 위한 진동 에너지가 커져 상대적으로 압전 소자가 진동하는 시간이 길어지고, 상쇄 간섭이 발생한 경우 압전 소자를 진동시키기 위한 진동 에너지가 작아져 상대적으로 압전 소자가 진동하는 시간이 짧아진다.
이를 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9의 (a)는 하드 재질의 바닥면에 대한 검출파의 파형 그래프이고, 도 9의 (b)는 소프트 재질의 바닥면에 대한 검출파의 파형 그래프로, 하드 재질의 바닥면에서 반사된 반사파가 수신됐을 때 보강 간섭이 발생하고, 소프트 재질의 바닥면에서 반사된 반사파가 수신됐을 때 상쇄 간섭이 발생한 경우를 예를 들어 설명한다.
우선, 파형의 발생 시간에 따른 파형 길이 산출은 다음과 같다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 하드 재질의 바닥면에 대한 검출파의 파형 길이는 약 710μm이고, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 소프트 재질의 바닥면에 대한 검출파의 파형 길이는 약 640μm로, 하드 재질의 바닥면에서 반사된 반사파의 수신에 의한 검출파와, 소프트 재질의 바닥면에서 반사된 반사파의 수신에 의한 검출파의 파형 길이가 서로 상이함을 알 수 있다.
다음 파형의 유지 시간에 따른 파형 길이 산출은 다음과 같다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 하드 재질의 바닥면에 대한 검출파가 일정 크기로 유지되는 유지 시간에 대응하는 파형 길이는 약 450μm이고, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 소프트 재질의 바닥면에 대한 검출파가 일정 크기로 유지되는 유지 시간에 대응하는 파형 길이는 약 350μm로, 하드 재질의 바닥면에서 반사된 반사파의 수신에 의한 검출파와, 소프트 재질의 바닥면에서 반사된 반사파의 수신에 의한 검출파의 파형 길이가 서로 상이함을 알 수 있다.
다음 청소 로봇은 미리 저장된 제1 기준 파형 길이와 산출된 파형 길이를 비교(405)한다. 이때 산출된 파형 길이가 제1 기준 파형 길이를 초과하면 바닥면이 하드 재질의 바닥면이라고 판단(406)하고, 반면 산출된 파형 길이가 제1 기준 파형 길이 이하이면 바닥면이 소프트 재질의 바닥면이라고 판단(407)한다.
여기서 제1 기준 파형 길이는 바닥면의 재질이 하드인지 소프트인지를 판단하기 위한 길이로, 도 8을 참조하여 설명하면 파형의 발생 시간에 기초하여 파형 길이를 산출할 때 제1 기준 파형 길이를 약 670μm로 설정 가능하고, 파형의 유지 시간에 기초하여 파형 길이를 산출할 때 제 1기준 파형 길이를 약 400μm로 설정 가능하다.
다음 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어함으로써 주행을 제어(408)한다. 아울러 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터 및 제2모터를 제어함으로써 청소 모드를 변경하는 것도 가능하다.
청소 로봇의 주행 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 소프트 재질이라고 판단되면 복수의 제1모터의 회전 속도를 변경하여 주행 방향을 변경함으로써 회피 주행을 수행하고, 바닥면이 하드 재질이라고 판단되면 맵 정보에 기초하여 연속 주행을 수행한다.
청소 로봇의 청소 모드 변경 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 소프트 재질이라고 판단되면 바닥에 카펫이 있다고 판단하여 청소 모드를 카펫 모드로 변경한다.
도 10은 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도로, 다른 실시예에 따른 청소 로봇은 복수의 초음파 센서(130a, 130b), 제어부(141), 구동부(142), 저장부(143) 및 파형 분석부(144)를 포함한다.
제1 초음파 센서(130a)는 초음파를 발생시키고 외부에서 반사된 반사파가 수신되면 발진 및 수신에 대한 검출 신호를 출력하는 센서로, 송신부(131a) 및 검출부(132a)를 포함하고, 제 2 초음파 센서(130b)는 초음파를 발생시키고 외부에서 반사된 반사파가 수신되면 발진 및 수신에 대한 검출 신호를 출력하는 센서로, 송신부(131b) 및 검출부(132b)를 포함한다.
여기서 제1 초음파 센서(130a)와 제2초음파센서(130b)는 바닥면과의 거리가 서로 다르다.
제1 초음파 센서(130a)의 검출부(132a)는 제1초음파 센서에서 발생되는 전압을 검출하여 파형 분석부에 출력하고, 제2초음파센서(130b)의 검출부(132b)는 제2초음파 센서(130b)에 발생되는 전압을 검출하여 파형 분석부(144)에 출력한다.
이때 제1 초음파 센서(130a)의 검출부(132a)에 검출되는 전압은, 제1 초음파 센서(130a)의 초음파 발진 및 수신 시 제1초음파 센서(130a)에서 발생되는 전압으로, 제1 초음파 센서(130a)의 발진파의 진동에 의한 전압과, 반사파의 진동에 의한 전압과, 발진파의 진동과 반사파의 진동이 중첩되어 발생된 합성파에 대응하는 전압이다.
또한 제2 초음파 센서(130b)의 검출부(132b)에 검출되는 전압은, 제2 초음파 센서(130b)의 초음파 발진 및 수신 시 제2초음파 센서(130b)에서 발생되는 전압으로, 제2 초음파 센서(130b)의 발진파의 진동에 의한 전압과, 반사파의 진동에 의한 전압과, 발진파의 진동과 반사파의 진동이 중첩되어 발생된 합성파에 대응하는 전압이다.
여기서 합성파는 제1초음파 센서 또는 제2초음파 센서에서 초음파 발진 후 초음파 발진에 의한 여진파의 진동과 반사파의 진동이 중첩되어 발생된 합성파도 포함한다.
이때 제1 초음파 센서(130a) 및 제2초음파센서(130b)에서 출력되는 전압은 시간 흐름에 따라 나타나고, 이는 제1 검출파 및 제2 검출파를 형성한다.
제어부(141)는 제1초음파 센서(130a) 및 제 2초음파 센서(130b)이 구동을 제어하고 파형 분석부(144)에서 전송된 제1, 2 검출파의 파형 길이 중 더 긴 파형 길이를 선택하고 선택된 파형 길이와 제2기준 파형 길이를 비교하여 바닥면에 대한 정보를 판단하고, 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어한다.
아울러, 제어부(141)는 제1검출파의 파형 길이와 제2검출파의 파형 길이의 길이 차를 산출하고, 산출된 길이 차와 기준 값을 비교하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것도 가능하다.
또한 제어부(141)는 제1검출파의 파형 길이와 제2검출파의 파형 길이를 비교하여 어느 검출파의 파형 길이가 더 긴지 판단하고 판단 결과에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것도 가능하다.
여기서 파형 길이는 검출파의 발생 시점부터 검출파의 진폭이 제로가 되는 시점까지의 파형의 발생 시간 또는 검출부(144)에서 검출된 검출파의 진폭이 일정 크기 이상으로 유지되는 유지 시간이다.
제어부(141)는 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 회피 주행 또는 연속 주행을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어하여 주행 방향 및 주행 속도가 변경되도록 하고 또한 제2모터의 구동을 제어하여 청소 모드가 변경되도록 한다.
구동부(142)는 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
저장부(143)는 하드 재질과 소프트 재질을 구분하기 위한 검출파의 제2 기준 파형 길이를 저장한다.
저장부(143)는 하드 재질과 소프트 재질을 구분하기 위한 제1검출파와 제2검출파 사이의 길이 차이의 기준값을 저장하는 것도 가능하고 또한 바닥 재질별 파형 길이가 더 긴 검출파의 정보를 저장하는 것도 가능하다.
파형 분석부(144)는 제1검출파가 수신된 시점부터 파형이 감쇠되는 시점까지의 제1유지시간을 산출하고 산출된 제1유지 시간을 제1파형 길이로 설정하여 제어부(141)에 전송하고, 제2검출파가 수신된 시점부터 파형이 감쇠되는 시점까지의 제2유지시간을 산출하고 산출된 제2유지 시간을 제2파형 길이로 설정하여 제어부(141)에 전송한다.
도 11은 다른 실시예에 따른 청소 로봇인 청소 로봇의 제어 순서도이다.
청소 로봇인 청소 로봇은 입력부(112)를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 제1모터(121b)를 구동시켜 휠(121a)이 회전되도록 함으로써 주행을 수행(411)하고, 또한 제2모터(122c)를 구동시켜 메인 브러시(122a)가 회전되도록 함으로써 청소를 수행한다.
청소 로봇은 주행 및 청소 수행 중 제1, 2초음파 센서(130a, 130b)를 구동시켜 바닥면을 향해 초음파가 각각 발진(412)되도록 한다. 이후 외부로 발진된 초음파는 제1, 2 초음파 센서(130a, 130b)에 각각 수신된다.
청소 로봇은 제1, 2초음파 센서(130a, 130b)에서 초음파의 발진 및 수신이 이루어지는 동안 제1, 2초음파 센서(130a, 130b)의 초음파 발진 및 수신에 따른 전압을 각각 검출(413)하고, 각각 검출된 전압을 일정 크기만큼 증폭시킨 후 낮은 주파수인 노이즈를 차단시키고 높은 주파수만 통과시키는 필터링을 수행한다.
다음 청소 로봇은 검출 시간에 따른 각 전압을 나타내는 제 1 검출파 및 제 2 검출파를 획득하여 분석한다. 이때 제 1, 2 검출파는, 제1, 2초음파 센서(130a, 130b)의 각각의 발진파와, 반사파와, 발진파와 반사파가 중첩된 후 상쇄 또는 보강 간섭에 의해 생성된 합성파이다.
다음 청소 로봇은 제1검출파의 검출 시점부터 제 1검출파의 파형의 전압값이 0V가 되는 시점까지 파형의 제1발생 시간을 산출하고, 산출된 제1발생 시간에 대응되는 제1파형 길이를 산출하고, 제 2검출파의 검출 시점부터 제 2검출파의 전압값이 0V가 되는 시점까지 파형의 제2발생 시간을 산출하고, 산출된 제2발생 시간에 대응되는 제2파형 길이를 산출(414)한다.
다음 청소 로봇은 제1 파형 길이와 제2파형 길이를 비교하고, 제1파형 길이와 제2파형 길이 중 더 긴 파형 길이를 선택(415)하고, 선택된 파형 길이(415)와 미리 저장된 제 2기준 파형 길이를 비교(416)한다.
이때 선택된 파형 길이가 제 2기준 파형 길이를 초과하면 바닥면이 하드 재질의 바닥면이라고 판단(417)하고, 반면 선택된 파형 길이가 기준 파형 길이 이하이면 바닥면이 소프트 재질의 바닥면이라고 판단(418)한다.
여기서 제2기준 파형 길이는, 바닥면의 재질이 하드인지 소프트인지를 판단하기 위한 길이이다.
도 5를 참조하여 설명한다.
제1초음파센서(130a)가 바닥면과의 거리가 9mm 되도록 설치되고, 제2초음파센서(130b)가 바닥면과의 거리가 13mm 되도록 설치었다고 가정한다.
이때 제1초음파센서(130a)에서 검출된 제1검출파의 파형 길이가 2.2ms이고, 제2초음파센서(130b)에서 검출된 제2검출파의 파형 길이가 4.0ms이면, 청소 로봇은 제1검출파와 제2검출파의 파형 길이를 비교하고 비교 결과 제2검출파의 파형 길이가 더 길다고 판단되면 제2검출파의 파형 길이를 선택한 후 선택된 제2검출파의 파형 길이와 제2 기준 파형 길이를 비교하고, 이때 제2검출파의 파형 길이가 제2 기준 파형 길이보다 길기 때문에 바닥면이 하드 재질이라고 판단한다.
아울러, 청소 로봇은 검출파의 검출 시점부터 검출파의 파형이 감쇠되는 시작 시점까지 진폭이 일정 크기로 유지되는 유지 시간에 기초하여 제1 파형 길이 및 제2파형 길이를 산출하는 것도 가능하다.
다른 예로, 청소 로봇은 제1검출파의 파형 길이와 제2검출파의 파형 길이의 길이 차를 산출하고, 산출된 길이 차와 기준 값을 비교하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것도 가능하다.
이를 예를 들어 설명한다. 제1초음파센서(130a)가 바닥면과의 거리가 9mm 되도록 설치되고, 제2초음파센서(130b)가 바닥면과의 거리가 13mm 되도록 설치었다고 가정한다.
청소 로봇은 제1검출파의 파형 길이 2.2ms와 제2검출파의 파형 길이 4.0ms의 길이 차를 산출하고 산출된 길이 차 1.8ms와 기준 값을 비교하여 바닥면의 재질을 판단한다. 이때 산출된 길이 차는 기준 값 이상으로 청소 로봇은 바닥면이 하드 재질의 바닥면이라고 판단한다.
도 5를 참조하여 1/4 파장 간격으로 파형 길이의 길이 차이를 살펴보면, 바닥면이 소프트 재질이면 대략 0.5ms 길이 차이가 발생하고, 바닥면이 하드 재질이면 대략 1.5ms 길이 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. 이에 기초하여 소프트 재질과 하드 재질을 구분하기 위한 기준값으로 대략 1ms로 설정하는 것이 가능하다.
또 다른 예로, 청소 로봇은 제1검출파의 파형 길이와 제2검출파의 파형 길이를 비교하여 어느 검출파의 파형 길이가 더 긴지 판단하고 판단 결과에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것도 가능하다.
이를 예를 들어 설명한다. 제1초음파센서(130a)가 바닥면과의 거리가 9mm 되도록 설치되고, 제2초음파센서(130b)가 바닥면과의 거리가 13mm 되도록 설치었다고 가정한다.
청소 로봇은 제1검출파의 파형 길이와 제2검출파의 파형 길이를 비교하고 제1검출파의 파형 길이가 제2검출파의 파형 길이보다 짧으면 하드 재질의 바닥면으로 판단하고, 제1검출파의 파형 길이가 제2검출파의 파형 길이보다 길면 소프트 재질의 바닥면으로 판단한다.
다음 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어함으로써 주행을 제어(419)한다. 아울러 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터 및 제2모터를 제어함으로써 청소 모드를 변경하는 것도 가능하다.
또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성을 도 9를 참조하여 설명한다.
또 다른 실시예에 따른 청소 로봇은, 복수의 초음파 센서(130a, 130b), 제어부(141), 구동부(142), 저장부(143) 및 파형 분석부(144)를 포함한다.
여기서 복수의 초음파 센서(130a, 130b) 및 구동부(142)는 도 9의 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
제어부(141)는 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나 수행 중 송신부(131) 및 검출부(132)의 구동을 제어하고 파형 분석부(144)에서 전달된 검출파의 파형 분석 결과에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하고, 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서 파형 분석 결과는, 제1, 2 검출파 내의 합성파의 간섭 파형의 유형을 각각 분석한다.
제어부(141)는 파형분석부(144)로부터 제1검출파와 제2검출파의 간섭 파형의 유형이 전송되면 전송된 제1검출파와 제2검출파의 간섭 파형의 유형과 복수의 기준 간섭 파형의 유형을 비교하여 바닥면에 대한 정보를 판단한다.
여기서 복수의 기준 간섭 파형의 유형은, 바닥면의 재질별 기준 간섭 파형의 유형으로, 제어부(141)는 바닥면에 대한 정보 판단 시 제1, 2 초음파 센서에 각각 대응하는 기준 간섭 파형의 유형을 바닥면의 재질별로 추출하여 비교한다.
저장부(143)는 제1, 2 초음파 센서에 각각 대응하는 기준 간섭 파형의 유형을 바닥면의 재질별로 저장한다.
파형 분석부(144)는 제1, 2 검출파 내의 합성파에 대한 간섭 파형의 유형이 보강 간섭 파형의 패턴인지, 상쇄 간섭 파형의 패턴인지 각각 분석하고 각각 분석된 결과를 제어부(141)에 전송한다. 여기서 상쇄 간섭 및 보강 간섭은 고정단 및 자유단에서의 반사 특성을 따른다.
도 5를 참조하여 설명한다.
제1초음파센서(130a)가 바닥면과의 거리가 9mm 되도록 본체에 설치되고, 제2초음파센서(130b)가 바닥면과의 거리가 12mm 되도록 본체에 설치었다고 가정한다.
이때 제1초음파센서(130a)에서 검출된 제1검출파의 파형길이가 대략 2.2ms이면 상쇄 간섭이 발생된 파형이라고 판단하고, 제2초음파센서(130b)에서 검출된 제2검출파의 파형길이가 대략 3.5ms이면 보강 간섭이 발생한 파형이라고 판단한다.
그리고 제1검출파가 상쇄 간섭, 제2검출파가 보강 간섭일 때 바닥면의 재질을 판단한다.
반면 제1초음파센서(130a)에서 검출된 제1검출파의 파형길이가 대략 1.8ms이면 보강 간섭이 발생된 파형이라고 판단하고, 제2초음파센서(130b)에서 검출된 제2검출파의 파형길이가 대략 1.3ms이면 상쇄 간섭이 발생한 파형이라고 판단한다.
그리고 제1검출파가 보강 간섭, 제2검출파가 상쇄 간섭일 때 바닥면의 재질을 판단한다.
이 경우, 바닥면의 재질별 기준 간섭 파형의 정보는 제1검출파가 상쇄 간섭이고 제2검출파가 보강 간섭일 때 바닥면의 재질은 하드 재질이고, 제1검출파가 보강 간섭이고 제2검출파가 상쇄 간섭일 때 바닥면의 재질은 소프트 재질이라는 정보를 포함한다.
아울러 제1초음파 센서와 바닥면과의 거리별 파형 길이 정보와 간섭 유형을 저장하고, 제2초음파 센서와 바닥면과의 거리별 파형 길이 정보와 간섭 유형을 저장하며, 제1, 2 초음파 센서를 통해 검출된 검출파의 간섭 유형에 대응하는 바닥면의 재질 정보를 저장하는 것도 가능하다.
이 경우, 청소 로봇은 제1초음파 센서 및 제2초음파센서를 이용하여 바닥면과의 거리 및 검출파를 각각 검출하고, 각각 검출된 거리 및 검출파의 간섭 유형에 기초하여 바닥면이 재질을 판단한다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도로, 바닥면에 대한 정보를 획득하여 동작을 제어하기 위한 청소 로봇은 초음파 센서(130), 제어부(141), 구동부(142), 저장부(143) 및 AD 변환부(145)를 포함한다.
초음파 센서(130)는 초음파를 발생시키고 외부에서 반사된 초음파가 수신되면 초음파 검출 신호를 출력하는 센서로, 송신부(131) 및 검출부(132)를 더 포함한다.
여기서 송신부(131)와 검출부(132)는 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
제어부(141)는 청소 모드 및 주행 중 송신부(131) 및 검출부(132)의 구동을 제어하고 검출부(132)에서 검출되어 AD 변환부(145)에서 변환된 데이터의 진폭 평균을 산출하고 산출된 진폭 평균에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하고, 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어한다.
아울러 제어부(141)는 아날로그의 검출파를 이용하여 진폭 평균을 산출하는 것도 가능하다.
여기서 청소 모드는, 습식 모드 및 건식 모드를 포함한다. 이 경우 청소 로봇은 메인 브러시 및 래그를 모두 포함하고, 청소 모드에 따라 메인 브러시 및 래그 중 적어도 하나를 이용하여 청소를 수행한다.
좀 더 구체적으로, 제어부(141)는 AD 변환부(145)에서 전송된 데이터에 기초하여 검출파의 진폭 평균, 진폭 평균에 기초한 검출파의 테일(Tail) 길이 및 검출파의 진폭 평균 편차를 산출하고, 검출파의 진폭 평균, 검출파의 테일 길이, 검출파의 진폭 평균 편차와 미리 설정된 각 데이터의 기준 범위를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 바닥면의 정보를 판단한다.
아울러 파형 길이, 진폭 평균, 진폭 평균 편차를 이용하여 바닥면의 정보를 판단하는 것도 가능하다.
여기서 바닥면의 정보는 바닥면의 경도, 거칠기 등의 기계적 성질에 따른 바닥면의 재질, 액체의 의한 오염 여부 및 빈 공간 여부 등을 포함한다.
또한 바닥면의 정보는 바닥면의 기계적 성질이 변할 때 기계적 성질이 변화된 바닥면의 위치 정보를 더 포함한다.
예를 들어, 기계적 성질이 변화된 바닥면의 위치는, 청소 영역의 바닥면이 비닐 장판으로 이루어진 바닥면일 때 이 청소 영역의 일부분에 커버된 카펫의 위치이다.
검출파의 진폭 평균은 반사파가 수신된 시작 시점부터 검출파의 감쇠가 종료되는 시점까지의 진폭의 평균값이다. 여기서 검출파의 진폭은 전압값이다.
검출파의 테일(Tail) 길이는 진폭 평균 이하의 값을 갖는 파형의 길이이고, 검출파의 진폭 평균 편차는 진폭 평균에 대한 편차이다.
제어부(141)는 하드, 소프트와 같은 경도에 따른 바닥면의 재질, 액체에 의한 바닥면의 오염 여부 및 바닥면의 빈 공간 존재 여부를 판단하고, 바닥면의 재질, 오염 및 빈 공간 여부에 기초하여 회피 주행 또는 연속 주행을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어하여 주행 방향 및 주행 속도가 변경되도록 하고 또한 제2모터의 구동을 제어하여 청소 모드가 변경되도록 한다.
제어부(141)는 바닥면이 소프트 재질이라고 판단되면 발진파의 발진 시간과 반사파의 수신 시간에 기초하여 소프트 재질인 바닥면까지의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 기초하여 소프트 재질인 바닥면의 위치를 판단하고 판단된 위치 진입 전에 회피 주행을 제어하는 것도 가능하다.
여기서 산출된 바닥면과 초음파 센서 사이의 거리별 기준 데이터를 선택하는 것도 가능하다.
아울러, 바닥면이 빈 공간이거나, 바닥면에 액체가 있다고 판단되는 경우에도 그 위치를 판단하고 판단된 위치 진입 전에 회피 주행을 제어하는 것도 가능하다.
구동부(142)는 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
저장부(143)는 하드 재질에 대한 기준 평균의 범위, 기준 테일 길이의 범위, 기준 평균 편차의 범위, 소프트 재질에 대한 기준 평균의 범위, 기준 테일 길이의 범위, 기준 평균 편차의 범위를 저장한다.
또한 저장부(143)는 액체 존재에 대한 기준 평균의 범위, 빈 공간에 대한 기준 평균의 범위, 기준 테일 길이의 범위, 기준 평균 편차의 범위를 저장한다.
아울러, 저장부(143)에 저장된 바닥면의 정보별 기준 데이터들은 초음파 센서의 설치 높이에 따라 변동 가능하다. 여기서 초음파 센서의 설치 높이는, 바닥면과의 거리에 기초한 높이로, 미리 저장되어 있거나, 또는 발진파의 비행시간(TOF)으로부터 산출 가능하다.
AD 변환부(145)는 검출부(132)에서 전송된 아날로그의 전압 신호를 디지털 데이터로 변환하고, 변환된 디지털 데이터를 제어부(141)에 전송한다.
즉, AD 변환부(145)는 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter)를 포함한다.
여기서 AD 변환부(145)에서 변환된 데이터는, 발진파와, 반사파와, 발진파와 반사파가 중첩된 합성파의 디지털 데이터이다.
본 실시예에서 AD변환부를 이용하여 아날로그의 검출파 신호를 디지털의 검출파 신호로 변환한 후 진폭의 평균을 산출하였지만, AD변환부 대신 파형 분석부를 이용하여 아날로그의 검출파 신호의 진폭 평균을 산출하는 것도 가능하다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇인 청소 로봇의 제어 순서도로, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
청소 로봇인 청소 로봇은 입력부(112)를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 미리 저장된 맵 정보에 기초하여 제1모터(121b)를 구동시켜 휠이 회전되도록 함으로써 주행을 수행(421)하고, 또한 제2모터(122c)를 구동시켜 메인 브러시(122a)가 회전되도록 함으로써 청소를 수행한다.
청소 로봇은 주행 및 청소 수행 중 초음파 센서(130)를 구동시켜 바닥면을 향해 초음파가 발진(422)되도록 한다.
이후 바닥면에서 반사된 반사파는 초음파 센서(130)에 수신된다.
청소 로봇은 초음파 발진 및 수신 시 초음파 센서에서 발생되는 전압을 검출(423)하고, 검출된 전압값을 일정 크기만큼 증폭시킨 후 낮은 주파수인 노이즈를 차단시키고 높은 주파수만 통과시키는 필터링을 수행한다.
여기서 검출부에서 검출된 전압은, 발진파와, 반사파와, 합성파에 의한 전압으로, 이는 시간에 따라 획득되고 하나의 검출파를 형성한다.
여기서 합성파는 발진파 및 반사파가 중첩된 파형 또는 여진파 및 반사파가 중첩된 파형이다.
다음 청소 로봇은 검출파의 전압을 디지털 데이터로 변환(424)하고 변환된 디지털 데이터를 이용하여 바닥면에 대한 정보를 판단한다.
아울러 검출파의 전압값에서 발진파의 전압값을 제거하여 반사파에 대한 전압값을 추출한 후 추출된 반사파만의 전압값을 이용하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것도 가능하다.
검출파에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것을 좀 더 구체적으로 설명한다.
청소 로봇은 합성파 중 반사파가 수신된 시점 및 감쇠가 종료된 시점을 판단하고, 두 시점 사이의 구간 내의 검출파 진폭의 평균을 산출(425)한다.
아울러 검출파 내의 합성파만의 진폭 평균을 이용하여 바닥면의 정보를 판단하는 것도 가능하다.
검출파의 진폭 평균은, 바닥면의 재질, 액체 존재 여부 및 빈 공간 여부에 따라 상이하다. 이를 도 15를 참조하여 설명한다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇에서 검출된 바닥면의 정보에 대응하는 시간에 따른 검출파 그래프 예시도로, 도 14의 (a)는 하드 재질인 바닥면에서 반사된 반사파에 의해 생성된 검출파 그래프이고, 도 14의 (b)는 소프트 재질인 바닥면에서 반사된 반사파에 의해 생성된 검출파 그래프이며, 도 15의 (c)는 액체가 존재하는 하드 재질인 바닥면에서 반사된 반사파에 의해 생성된 검출파 그래프이다. 여기서 세로 축의 값은 전압을 디지털 신호로 변환한 값이다.
이를 참조하면 합성파는 하드 재질의 바닥면, 소프트 재질의 바닥면, 액체면에서 서로 다른 특징을 갖는다.
즉 하드 재질의 바닥면일 때 검출파의 파형길이 61ms, 소프트 재질의 바닥면일 때 파형길이 55ms, 액체면일 때 파형길이 77ms로, 서로 다른 파형 길이를 갖는 것을 알 수 있다.
여기서 바닥면에 액체가 있을 때 파형 길이가 긴 것은, 바닥면과 물의 계면 상에서 각각 반사된 반사파가 수신되어 발진파 또는 여진파와 중첩되어 진동 에너지가 커졌기 때문이다.
이와 같이 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리에 따른 간섭 파형 길이의 차이로, 바닥면의 재질이나 바닥면에 물이 있는지 등의 부가적인 정보를 알 수 있다.
또한 바닥면의 정보별로 검출파의 감쇠가 시작된 시점과 검출파의 감쇠가 종료된 시점 사이 구간의 진폭 평균이 서로 상이함을 알 수 있다.
즉 진폭 평균이 큰 순서대로 나열하면, 바닥면에 액체가 있을 때, 바닥면이 고체일 때이다. 아울러 바닥면이 고체일 때 경도가 하드인 경우가 소프트인 경우보다 진폭 평균이 더 크다.
이러한 바닥면 정보에 대응하는 검출파 진폭의 기준 평균 범위는 실험에 의해 획득되어 미리 설정되어 있다.
즉 하드 경도를 가진 재질에 대한 미리 설정된 기준 평균 범위, 소프트 경도를 가진 재질에 대한 미리 설정된 기준 평균 범위, 액체면에 대한 미리 설정된 기준 평균 범위 및 빈 공간에 대한 미리 설정된 기준 평균 범위가 저장부에 미리 저장되어 있다.
따라서 청소 로봇은 산출된 평균과 복수의 기준 평균 범위를 각각 비교하고, 산출된 평균이 복수의 기준 평균 범위 중 어디에 속하는지 판단하여 바닥면에 대한 정보가 하드 재질의 바닥면인지, 소프트 재질의 바닥면인지, 바닥면에 액체가 있는지를 판단(426)한다.
다음 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어함으로써 주행을 제어(427)한다. 아울러 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터 및 제2모터를 제어함으로써 청소 모드를 변경하는 것도 가능하다.
청소 로봇의 주행 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면에 액체가 있거나 바닥면이 소프트 재질이라고 판단되면 복수의 제1모터의 회전 속도를 변경하여 주행 방향을 변경함으로써 회피 주행을 수행하고, 바닥면이 하드 재질이라고 판단되면 맵 정보에 기초하여 연속 주행을 수행한다.
청소 로봇의 청소 모드 변경 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 소프트 재질이라고 판단되면 바닥에 카펫이 있다고 판단하여 청소 모드를 카펫 모드로 변경한다.
또한 청소 로봇이 건식 모드 및 습식 모드가 가능한 경우, 바닥면에 액체가 있다고 판단되면 청소 모드를 습식 모드로 변경함으로써 바닥면의 액체 제거가 가능하도록 하고, 이후 액체가 발견되지 않으면 건식 모드로 다시 변경한다.
아울러 도 14에 도시된 바와 같이, 하드 재질의 바닥면, 소프트 재질의 바닥면의 기준 평균의 차이가 크지 않은 점을 고려하여, 검출파의 진폭 평균에 기초한 테일 길이 및 평균편차를 이용하여 바닥면에 대한 정보를 판단함으로써 바닥면에 대한 정보 판단의 정확도를 높일 수 있다. 이때 바닥면이 빈 공간인지 판단하는 것도 가능하다.
여기서 테일 길이, 평균편차와 바닥면 정보와의 관계를 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇에서 바닥면의 정보 판단 시 이용되는 바닥면의 정보에 대응하는 기준 데이터 범위의 예시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 하드 재질인 바닥면, 소프트 재질인 바닥면, 빈 공간에 대한 기준 테일 길이의 범위 및 기준 평균 편차의 범위가 실험에 의해 획득되어 미리 설정되어 있다.
바닥면에 대한 정보와 평균편차, 테일 길이의 관계를 살펴보면, 평균편차는 빈 공간일 때 가장 크고, 그 다음은 소프트 재질인 바닥면일 때 크며 하드 재질인 바닥면에서 가장 작은 것을 알 수 있다.
그리고 테일 길이는 하드 재질인 바닥면에서 가장 크고, 그 다음은 소프트 재질인 바닥면일 때 크며 빈 공간에서 가장 작은 것을 알 수 있다.
아울러 하드 및 소프트 재질인 바닥면에서는 테일(tail) 길이가 길 수록 평균편차 작아지고, 빈 공간에서는 테일 길이가 일정하게 유지되고 또한 평균편차 역시 일정 범위로 유지된다.
즉 청소 로봇은 검출파 진폭의 평균에 기초한 테일 길이 및 평균 편차를 이용하여 바닥면에 대한 정보를 판단하는 것도 가능하다. 이를 구체적으로 설명한다.
청소 로봇은 검출파 진폭의 평균 이하의 값을 갖는 검출파의 길이인 테일 길이를 산출하고 산출된 테일 길이와 복수의 기준 테일 길이의 범위를 각각 비교하고, 산출된 테일 길이가 복수의 기준 테일 길이의 범위 중 어디에 속하는지 판단하여 바닥면이 하드 재질의 바닥면인지, 소프트 재질의 바닥면인지, 또는 빈 공간인지를 판단한다.
또한 청소 로봇은 검출파의 진폭 평균에 대한 평균 편차를 산출하고 산출된 평균편차와 복수의 기준 평균 편차의 범위를 각각 비교하고, 산출된 평균 편차가 복수의 기준 평균 편차의 범위 중 어디에 속하는지 판단하여 바닥면이 하드 재질의 바닥면인지, 소프트 재질의 바닥면인지 또는 빈 공간인지를 판단한다.
이와 같이 바닥면에 대한 정보 판단의 정확성을 높일 수 있어 주행 방향 결정 및 청소 모드의 자동 변경이 가능하여 청소 효율을 향상시킬 수 있고, 청소 효율 향상에 따라 소비자 만족도를 높일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성을 도 6을 참조하여 설명한다.
초음파 센서(130)는 송신부(131) 및 검출부(132)를 더 포함하고, 이는 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다. 아울러 구동부(142) 역시 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
제어부(141)는 청소 모드 및 주행 송신부(131) 및 검출부(132)의 구동을 제어하고 파형 분석부(144)에서 전달된 검출파의 파형 분석 결과에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하고, 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서 파형 분석 결과는, 검출파의 수신 시점부터 발진파에 대응하는 전압이 유지되는 시점까지의 유지 시간, 검출파의 파형 감쇠가 시작되는 제1시점, 파형 감쇠가 종료되는 제2시점, 제1시점과 제2시점 사이의 기울기 중 적어도 하나를 검출한 것이다.
즉 발진파에 대응하는 전압으로 유지되는 시간은, 발진파가 발진된 시점부터 제1시점 전까지의 시간이다.
좀 더 구체적으로, 제어부(141)는 파형분석부(144)로부터 발진파에 대응하는 전압으로 유지되는 유지 시간, 검출파의 파형 감쇠가 시작되는 제1시점, 검출파의 파형 감쇠가 종료되는 제2시점, 제1시점의 전압과 제2시점의 전압에 기초한 기울기가 전송되면, 전송된 유지 시간, 제1시점, 제2시점, 기울기와 복수의 기준 유지 시간, 복수의 제1기준시점, 복수의 제2기준시점 및 복수의 기준 기울기를 각각 비교하여 바닥면의 정보를 판단한다.
여기서 복수의 기준 유지 시간, 복수의 제1기준시점, 복수의 제2기준시점 및 복수의 기준 기울기는 바닥면에 대한 정보별로 미리 설정된 기준 데이터이다.
바닥면의 정보는 바닥면의 경도 및 거칠기 등의 기계적 성질에 따른 바닥면의 재질, 바닥면의 액체 오염 여부, 카펫이나 패드 등의 위치 등을 포함한다.
즉, 바닥면의 정보를 판단하는 것은, 바닥면이 매끈하고 단단한 바닥면인지, 거칠고 부드러운 바닥면인지 또는 바닥면에 액체와 같은 오염물이 있는지 판단하는 것이다.
제어부(141)는 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 회피 주행 또는 연속 주행을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어하여 주행 방향 및 주행 속도가 변경되도록 하고 또한 제2모터의 구동을 제어하여 청소 모드가 변경되도록 한다.
여기서 청소 모드는 바닥면의 재질에 따라 결정되는 하드 모드 및 소프트 모드를 포함한다. 이때 흡입력 및 메인 브러시의 회전 속도가 변경된다.
또한 청소 모드는 습식 모드 및 건식 모드를 더 포함하는 것도 가능하다.
저장부(143)는 하드 경도의 바닥면에 대한 기준 지연시간, 제1기준 시점, 제2 기준 시점, 기준 기울기를 저장하고, 소프트 경도의 바닥면에 대한 기준 지연 시간, 제1기준 시점, 제2 기준 시점, 기준 기울기를 저장한다. 여기서 제1기준시점, 제2기준시점 및 기준 기울기는 일정 오차 범위를 갖는다.
또한 저장부(143)는 바닥면에 물이 있을 때 액체 면에 대한 기준 유지 시간, 제1기준시점, 제2기준 시점, 기준 기울기 등을 더 저장한다.
파형 분석부(144)는 검출부(132)에서 전송된 아날로그인 검출파의 파형을 분석한다.
이때 파형 분석부(144)는 검출파의 검파 및 임계치 비교 등을 이용하여 특징점을 검출하고 특징점에 대한 정보를 제어부(141)에 전송한다.
여기서 특징점은 검출파의 감쇠가 시작되는 제1시점 및 검출파의 감쇠가 종료되는 제2시점으로, 제1시점과 제2시점의 정보에 의해 유지 시간 및 기울기의 검출이 가능하다.
즉, 파형 분석부(144)는 검출파가 수신된 시점부터 제1시점까지의 유지시간을 검출하고, 제1시점과 제2시점 사이의 시간과 두 시점 사이의 전압 변화에 기초하여 검출파 파형이 감쇠되는 기울기를 검출한다.
아울러, 파형 분석부(144)에서 특징점만을 검출하고, 제어부에서 특징점에 대한 정보를 이용하여 유지시간 및 기울기를 산출하는 것도 가능하다.
이와 같은 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법을 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇인 청소 로봇의 제어 순서도로, 도 17을 참조하여 설명한다.
청소 로봇인 청소 로봇은 입력부(112)를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 미리 저장된 맵 정보에 기초하여 제1모터(121b)를 구동시켜 휠(121a)이 회전되도록 함으로써 주행을 수행(431)하고, 또한 제2모터(122c)를 구동시켜 메인 브러시(122a)가 회전되도록 함으로써 청소를 수행한다.
청소 로봇은 주행 및 청소 수행 중 초음파 센서(130)를 구동시켜 바닥면을 향해 초음파가 발진(432)되도록 한다.
이 후 바닥면에서 반사된 반사파가 초음파 센서(130)에 수신된다.
다음 청소 로봇은 초음파 발진 및 수신에 의해서 발생되는 전압 신호를 검출(433)하고, 검출된 전압값을 일정 크기만큼 증폭시킨 후 낮은 주파수인 노이즈를 차단시키고 높은 주파수만 통과시키는 필터링을 수행한다.
다음 청소 로봇은 검출파를 분석한다. 이를 도 18을 참조하여 설명한다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 시 특징점 검출 예시도이다.
도 17에 도시된 바와 같이 초음파 센서는 발진파가 전달된 후에도 진동을 계속하고, 이때 반사파가 수신되면 발진파와 중첩을 일으켜 상쇄 또는 보강 간섭 현상을 보이며, 이후 점차적으로 감쇠하기 시작한다.
이때 검출파의 검파 및 임계치 비교 등을 이용하여 검출파의 감쇠가 시작되는 제1시점 및 검출파의 감쇠가 종료되는 제2시점에 특징점(p1, p2)을 검출(434)한다.
또한 청소 로봇은 제1시점과 제2시점 사이의 시간과, 제1시점의 전압과 제2시점의 전압 사이의 전압 변화에 따른 기울기(g)를 산출한다. 여기서 산출된 기울기는 검출파 파형이 감쇠되는 기울기이다.
또한 청소 로봇은 검출파가 수신된 시작 시점에서 제1시점 사이의 시간인 유지 시간을 검출한다. 아울러, 검출파 중 반사파가 수신된 시작 시점에서 제1시점 사이의 시간을 유지 시간을 검출하는 것도 가능하다.
다음 청소 로봇은 검출된 특징점에 대한 정보인 유지시간, 제1시점, 제2시점, 기울기 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 바닥면에 대한 정보를 판단(435)한다.
좀 더 구체적으로, 청소 로봇은 검출된 제1시점과 복수의 제1기준 시점을 각각 비교하여 검출된 제1시점과 매칭되는 제1기준 시점을 검색하고, 검색된 제1기준 시점을 갖는 바닥면의 정보를 판단한다.
아울러 청소 로봇은 바닥면 정보의 판단 정확도를 위해 검출된 제2시점, 기울기 및 유지 시간에 매칭되는 제2기준 시점, 기준 기울기 및 기준 유지 시간을 각각 검색하는 것도 가능하다.
즉, 청소 로봇은 검출된 제2시점과 복수의 제2기준 시점을 각각 비교하여 검출된 제2시점과 매칭되는 제2기준 시점을 검색하고 검색된 제2기준 시점을 갖는 바닥면의 정보를 판단하고, 또한 제1시점과 제2시점의 기울기를 산출하고 산출된 기울기와 복수의 기준 기울기를 각각 비교하여 산출된 기울기와 매칭되는 기준 기울기를 검색하여 검색된 기준 기울기를 갖는 바닥면의 정보를 판단한다.
또한 청소 로봇은 검출된 유지시간과 복수의 기준 유지 시간을 각각 비교하여 검출된 유지 시간과 매칭되는 기준 유지 시간을 검색하고 검색된 기준 유지 시간을 갖는 바닥면의 정보를 판단한다.
이때 바닥면의 정보는 바닥면의 재질 및 바닥면의 액체 존재 여부 등을 포함한다.
다음 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어함으로써 주행을 제어(436)한다. 아울러 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터 및 제2모터를 제어함으로써 청소 모드를 변경하는 것도 가능하다.
청소 로봇의 주행 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 소프트 재질이거나 바닥면에 액체가 있다고 판단되면 복수의 제1모터의 회전 속도를 변경하여 주행 방향을 변경함으로써 회피 주행을 수행하고, 바닥면이 하드 재질이라고 판단되면 맵 정보에 기초하여 연속 주행을 수행한다.
청소 로봇의 청소 모드 변경 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 소프트 재질이라고 판단되면 바닥에 카펫이 있다고 판단하여 청소 모드를 카펫 모드로 변경한다.
또한 청소 로봇이 건식 모드 및 습식 모드가 가능한 경우, 바닥면에 액체가 있다고 판단되면 청소 모드를 습식 모드로 변경함으로써 바닥면의 액체 제거가 가능하도록 하고, 이후 액체가 발견되지 않으면 건식 모드로 다시 변경한다.
또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도를 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇은 초음파 센서(130) 및 제어부(141), 구동부(142), 저장부(143) 및 파형 분석부(144)를 포함한다. 여기서 초음파 센서는 송신부(131) 및 검출부(132)를 더 포함하고, 이 송신부와 검출부 및 구동부(142)는 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
제어부(141)는 입력부(112)를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 미리 저장된 맵 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어하는데, 이때 송신부(131) 및 검출부(132)의 구동을 제어하고 파형 분석부(144)에서 전달된 검출파의 파형 분석 결과에 기초하여 바닥면에 대한 정보를 판단하고, 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 청소 모드 및 주행 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서 파형 분석은, 검출파에서 발진파, 반사파 및 반사파가 재반사된 에코를 검출하고, 또한 발진파, 반사파, 에코가 발생된 시점 및 세기 등을 검출하며, 에코 사이의 감쇠율을 검출하는 것이다.
좀 더 구체적으로, 제어부(141)는 파형분석부(144)로부터 발진파, 반사파, 에코의 발생 시점 및 세기, 에코 사이의 감쇠율에 대한 데이터가 전송되면 전송된 데이터와 미리 설정된 바닥의 재질별 기준 데이터를 각각 비교하여 바닥면의 정보를 판단한다.
여기서 바닥면의 정보는 바닥면의 경도, 탄성도, 거칠기 등의 기계적 성질에 따른 바닥면의 재질 및 바닥 위에 깔린 카펫이나 패드 등의 위치 등을 포함한다.
제어부(141)는 판단된 바닥면의 정보에 기초하여 회피 주행 또는 연속 주행을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어하여 주행 방향 및 주행 속도가 변경되도록 하고 또한 제2모터의 구동을 제어하여 청소 모드가 변경되도록 한다.
여기서 청소 모드는 바닥면의 재질에 따라 결정되는 하드 모드 및 소프트 모드를 포함한다. 이때 흡입력 및 메인 브러시의 회전 속도가 변경된다.
저장부(143)는 바닥면의 재질별 반사파의 제1 기준 세기를 저장하고, 바닥면의 재질별 기준 에코 개수, 에코별 제2 기준 세기, 기준 감쇠율을 저장한다.
아울러 저장부(143)에 저장된 기준 데이터들은 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리에 따라 서로 상이하다.
파형 분석부(144)는 검출부(132)에서 전송된 아날로그인 검출파의 파형을 분석한다.
이때 파형 분석부(144)는 검출파에서 발진파, 반사파, 에코를 검출하고, 검출된 반사파의 세기, 에코 개수, 에코별 세기 및 에코의 감쇄율 등 반사파에 대한 정보를 검출하고, 검출된 반사파에 대한 정보를 제어부(141)에 전송한다.
파형 분석부(144)는 피크 검출 알고리즘을 이용하여 에코를 검출하는 것이 가능하다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도로, 도 19 및 도 20을 참조하여 설명한다.
청소 로봇인 청소 로봇은 입력부(112)를 통해 청소 명령 또는 주행 명령이 입력되면 미리 저장된 맵 정보에 기초하여 제1모터(121b)를 구동시켜 휠(121a)이 회전되도록 함으로써 주행을 수행(441)하고, 또한 제2모터(122c)를 구동시켜 메인 브러시(122a)가 회전되도록 함으로써 청소를 수행한다.
청소 로봇은 주행 및 청소 수행 중 초음파 센서(130)를 구동시켜 바닥면을 향해 초음파가 발진(442)되도록 한다.
청소 로봇은 바닥면에서 반사된 반사파가 수신되면 수신된 반사파에 의해서 발생되는 전압 신호를 검출하고, 또한 초음파 센서(130) 내에 수신된 반사파가 초음파 센서의 발진 동작에 의해 다시 외부로 발진된 후 바닥면에서 반사되어 에코로 재수신되면 재수신된 에코에 의해서 발생되는 전압 신호도 검출한다.
이와 같이 반사파 및 에코가 초음파 센서(130)에 수신(443)되면 수신된 반사파 및 에코에 의해서 발생되는 전압 신호를 검출하고, 검출된 전압값을 일정 크기만큼 증폭시킨 후 낮은 주파수인 노이즈를 차단시키고 높은 주파수만 통과시키는 필터링을 수행한다.
이때 검출된 전압 신호는 발진파와, 반사파와, 발진파와 반사파가 중첩된 합성파와, 에코에 의한 전압 신호이다.
다음 청소 로봇은 검출파에서 발진파, 반사파, 에코를 검출(444)하고, 발진파, 반사파의 세기, 에코 발생 시점, 에코 세기, 감쇠율 등의 감쇠양상을 판단(445)한다.
즉 청소 로봇은 발진파의 발진 시점과 반사파의 수신 시점 사이의 시간인 발진파의 비행시간(TOF)에 기초하여 초음파 센서와 바닥면과의 거리를 산출한다.
아울러 청소 로봇은 발진파를 발진하는 발진 시간과 합성파의 감쇠 양상에 기초하여 반사파의 수신 시점을 예측한다.
그리고 청소 로봇은 합성파에서 발진파의 크기를 고려하여 반사파의 진폭(Amplitude)을 측정함으로써 반사파의 세기를 검출한다.
청소 로봇은 주행 중 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리 변경 여부에 기초하여 바닥에 부가적으로 깔린 카펫 등의 존재 가능성을 판단할 수 있고, 또한 바닥면의 정보 판단 시 저장부(143)에 저장된 초음파 센서와 바닥면 사이의 거리별 기준 데이터 중에서 바닥면과 초음파 센서 사이의 실제 거리에 대응하는 기준 데이터를 선택하는 것이 가능하다.
다음 청소 로봇은 검출된 반사파의 세기와 바닥면의 재질별 제1기준 세기를 비교하여, 검출된 반사파의 세기와 매치되는 제1기준 세기를 검색하고, 검색된 제1기준 세기를 갖는 바닥면의 재질을 판단한다.
이를 도 19를 참조하여 설명한다.
도 19는 바닥면의 재질별 반사파의 세기 예시도로서, 재질별 반사파의 세기가 서로 다르다는 것을 알 수 있다.
좀 더 구체적으로, 카펫 뒷면, 플라스틱, 고탄성의 스폰지, 가죽, 골판지와 같이 표면이 매끈하고, 표면 경도가 높으며 고탄성일 수록 반사파의 세기가 크고, 카펫 앞면, 모, 저탄성의 스폰지와 같이 표면이 불균일하고, 거칠기가 거치며 저탄성일 수록 반사파의 세기가 작다는 것을 알 수 있다.
아울러 표면이 불균일하고, 거칠기가 거치며 저탄성일 수록 위상 지연이 발생한다.
또한 청소 로봇은 발진파, 반사파 세기, 에코 시점, 에코 세기, 에코 개수, 감쇠율 중 적어도 하나의 기초하여 바닥면의 정보를 판단(446)하는 것도 가능하다. 이를 도 20을 참조하여 설명한다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 청소 로봇에서 검출된 바닥면의 재질별 발진파, 반사파 및 에코의 예시도이다.
도 20의 (a)는 매끈한 바닥면에서의 발진파(Oscillation), 반사파(Reflection), 제1에코(1st echo), 제2에코(2nd echo)의 파형이고, 도 20의 (b)는 거칠기가 거친 바닥면에서의 발진파(Oscillation), 반사파(Reflection)의 파형이며, 도 20의 (c)는 종이 재질 반사면에서의 발진파(Oscillation), 반사파(Reflection), 제1에코(1st echo), 제2에코(2nd echo)의 파형이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 초음파 센서에 수신된 반사파는 바닥면의 재질이 매끄러울 수록 바닥면으로 다시 발진되었다가 재반사되기를 수 차례 반복한다.
또한 도 20에 도시된 바와 같이 표면이 매끈하면 반사파가 세다는 것을 알 수 있다. 반면 표면이 소프트하고 거칠면 반사파는 크지만 에코는 거의 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다.
또한 도 20의 (a)와 (c) 비교 시, 바닥면 재질의 탄성도에 따라 에코의 세기가 다르다는 것을 보여 주는 것이다.
이와 같이 청소 로봇은 검출된 에코 개수와 바닥면의 재질별 기준 에코 개수를 비교하고, 검출된 에코 개수와 매칭되는 기준 에코 개수를 검색하고 검색된 기준 에코 개수를 갖는 바닥면의 재질을 판단한다.
또한 청소 로봇은 반사파와 제1에코와의 제1감쇠율과, 제1에코와 제2에코의 제2감쇠율을 각각 산출하고, 각각 산출된 제1감쇠율 및 제2감쇠율 중 적어도 하나의 감쇠율에 기초하여 바닥면의 재질을 판단한다.
즉 청소 로봇은 산출된 제1감쇠율과 미리 설정된 제1기준감쇠율을 비교하고 산출된 제1감쇠율과 복수의 미리 설정된 제1기준감쇠율을 각각 비교하고 산출된 제1감쇠율과 매칭되는 제1기준 감쇠율을 검색하고, 검색된 제1기준 감쇠율을 갖는 바닥면의 재질을 판단한다.
또한 청소 로봇은 산출된 제2감쇠율과 미리 설정된 제2기준감쇠율을 비교하고 산출된 제2감쇠율과 복수의 미리 설정된 제2기준감쇠율을 각각 비교하고 산출된 제2감쇠율과 매칭되는 제2기준감쇠율을 검색하고, 검색된 제2기준감쇠율을 갖는 바닥면의 재질을 판단한다.
즉, 청소로봇은 발진파, 반사파, 에코에 기초하여 바닥면의 거칠기 등의 재질 정보를 판단하는 것이 가능하다.
다음 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터의 구동을 제어함으로써 주행을 제어(447)한다. 아울러 청소 로봇은 판단 결과에 기초하여 제1모터 및 제2모터를 제어함으로써 청소 모드를 변경하는 것도 가능하다.
청소 로봇의 주행 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 거칠고 소프트한 재질이라고 판단되면 복수의 제1모터의 회전 속도를 변경하여 주행 방향을 변경함으로써 회피 주행을 수행하고, 바닥면이 매끈하고 하드한 재질이라고 판단되면 맵 정보에 기초하여 연속 주행을 수행한다.
청소 로봇의 청소 모드 변경 제어를 예를 들어 설명한다.
청소 로봇은 바닥면이 거칠고 소프트한 재질이라고 판단되면 바닥에 카펫이 있다고 판단하여 청소 모드를 카펫 모드로 변경한다.
본 실시예에 따르면 청소 로봇은 주행 중 가구 등에 부딪힘, 바닥 물체에 의한 걸림, 구멍에 의한 빠짐 등 기본적인 문제를 해결할 수 있다.
또한 청소 로봇이 청소 로봇인 경우 청소 바닥 또는 물체의 재질에 따른 청소 모드를 선택할 수 있어 섬세한 청소를 수행할 수 있고, 또한 오염 여부나 빈 공간 여부에 따라 회피 주행을 수행할 수 있어 외부 충격으로 인한 파손을 방지할 수 있다.
100: 청소 로봇 111: 본체
112: 입력부 113: 표시부
114: 영상부 115: 범퍼
121: 이동부 122: 브러시부
123: 흡입구 124: 집진부
125: 배터리부 126: 충전단자
130: 초음파센서 200: 충전대

Claims (40)

  1. 본체;
    상기 본체에 설치되고 상기 본체를 이동시키는 이동부;
    발진파를 송신하고 대상물에서 반사된 반사파를 수신하고, 상기 발진파로 인해 발생된 진동 및 상기 반사파의 수신으로 인한 진동을 전기적 신호로 출력하는 초음파 센서;
    상기 초음파 센서에서 출력된 전기적 신호에서 특징점을 분석하는 파형 분석부; 및
    상기 분석된 특징점에 대한 정보에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하고 상기 판단된 대상물의 표면 정보에 기초하여 상기 이동부의 이동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 전기적 신호는, 상기 발진파와 상기 반사파가 중첩된 합성파에 대한 전기적 신호 또는 상기 발진파의 관성에 의해 발생된 여진파와 상기 반사파가 중첩된 합성파에 대한 전기적 신호를 포함하고,
    상기 특징점은, 상기 합성파의 감쇠가 시작되는 제1시점과, 상기 합성파의 감쇠가 종료되는 제2시점을 포함하는 청소 로봇.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 합성파에 대한 전기적 신호에 기초하여 상기 합성파의 파형 길이를 산출하고,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 합성파의 파형 길이와 기준 파형 길이를 비교하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 합성파에 대한 전기적 신호에 기초하여 상기 합성파의 진폭 평균을 산출하고, 상기 산출된 합성파의 진폭 평균에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 합성파에 대한 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 진폭의 평균 산출 시 상기 디지털 신호를 이용하는 것을 포함하는 청소 로봇.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 합성파에 대한 전기적 신호 중 상기 진폭의 평균 이하의 값을 갖는 신호인 테일 길이를 산출하고, 상기 산출된 테일 길이에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 합성파의 진폭 평균을 이용하여 상기 합성파의 평균 편차를 산출하고 상기 산출된 평균 편차를 이용하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대상물의 표면 정보에 기초하여 청소 모드를 제어하는 청소 로봇.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물 표면의 정보는, 상기 대상물의 재질, 상기 대상물의 오염 여부 및 상기 대상물의 빈 공간 존재 여부에 대한 정보이고,
    상기 제어부는, 상기 대상물 표면의 재질이 소프트이거나, 상기 대상물이 오염되었다고 판단하거나 또는 빈 공간이라고 판단되면 회피 주행을 제어하는 것을 포함하는 청소 로봇.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 센서는,
    밀폐형으로 형성된 청소 로봇.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 센서와 다른 초음파 센서를 더 포함하고,
    상기 다른 초음파 센서와 상기 대상물의 표면 사이의 거리는, 상기 초음파 센서와 상기 대상물의 표면 사이의 거리와 상이한 청소 로봇.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 초음파 센서와 상기 다른 초음파 센서는, 동일한 재질의 대상물 표면에서 반사된 반사파로 인해 서로 다른 간섭이 발생된 합성파를 검출하도록 하는 거리 차이를 갖는 청소 로봇.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 초음파 센서에서 출력되는 제1전기적 신호의 제1파형 길이를 산출하고, 상기 다른 초음파 센서에서 출력되는 제2전기적 신호의 제2파형 길이를 산출하고,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 제1파형 길이와 상기 제2파형 길이에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 제1전기적 신호 내 합성파의 제1간섭 유형과 상기 제2전기적 신호 내의 합성파의 제2간섭 유형을 분석하고,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 제1간섭 유형과 제2간섭 유형에 기초하여 상기 대상물 표면의 재질을 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 제1시점과 상기 제2시점 사이에서 상기 합성파가 감쇠되는 기울기를 더 검출하고,
    상기 제어부는 상기 대상물의 표면의 정보를 판단할 때, 상기 제1시점, 상기 제2시점 및 상기 기울기 중 적어도 하나에 기초하여 상기 대상물 표면의 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 반사파가 수신된 시점과 상기 제1시점 사이의 유지 시간을 더 검출하고,
    상기 제어부는 상기 대상물의 표면의 정보를 판단할 때, 상기 유지 시간에 기초하여 상기 대상물 표면의 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물 표면의 정보는, 상기 대상물의 경도 및 상기 대상물의 오염 여부에 대한 정보이고,
    상기 제어부는, 상기 대상물 표면의 경도가 소프트이거나, 상기 대상물의 오염이라고 판단되면 회피 주행을 제어하는 것을 포함하는 청소 로봇.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 합성파의 간섭 파형의 유형을 검출하고,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 검출된 합성파의 간섭 파형의 유형이 보강 간섭 및 상쇄 간섭 중 어느 간섭 파형의 유형인지 판단하여 상기 대상물의 표면이 하드 재질인지 소프트 재질인지 판단하는 것을 포함하는 청소 로봇.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 초음파 센서에서 출력된 전기적 신호에서 발진파, 반사파 및 에코 중 적어도 하나의 신호를 검출하여 분석하고,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 분석된 발진파, 반사파 및 에코 중 적어도 하나의 신호의 정보에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 반사파의 세기에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 에코의 개수에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 파형 분석부는, 상기 반사파와 에코 사이의 제1감쇠율, 복수 에코 사이의 제2감쇠율을 검출하고,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 표면 정보를 판단할 때, 상기 제1감쇠율 및 상기 제2감쇠율 중 적어도 하나의 감쇠율에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇.
  25. 초음파 센서를 구동시켜 발진파를 송신하고,
    상기 초음파 센서를 이용하여 대상물에서 반사된 반사파를 수신하고,
    상기 초음파 센서에서 상기 발진파의 발생에 의한 진동과 상기 대상물에서 반사된 반사파에 의한 진동이 전기적 신호로 출력되면 상기 출력된 전기적 신호를 검출하고,
    상기 검출된 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하고,
    상기 판단된 대상물의 표면 정보에 기초하여 이동부의 이동을 제어하고,
    상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은, 상기 전기적 신호 내의 합성파의 간섭 유형을 검출하고, 상기 검출된 합성파의 간섭 유형이 보강 간섭 및 상쇄 간섭 중 어느 간섭 유형인지 판단하여 상기 대상물의 표면이 하드 재질인지 소프트 재질인지 판단하는 것을 포함하 청소 로봇의 제어 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하고,
    상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 상기 발진파, 합성파 및 반사파의 진폭 평균을 산출하고,
    상기 산출된 진폭 평균과 미리 저장된 대상물의 표면 정보별 기준 진폭 평균을 비교하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 합성파는,
    상기 발진파의 송신에 의해 발생된 여진파와 상기 반사파가 중첩된 합성파, 또는 상기 발진파와 상기 반사파가 중첩되고 상기 여진파와 상기 반사파가 중첩된 합성파인 청소 로봇의 제어 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 진폭 평균 이하의 값을 갖는 신호인 테일 길이를 산출하고,
    미리 설정된 대상물 표면의 정보별 기준 테일 길이 범위 중 상기 검출된 테일 길이가 속하는 기준 테일 길이 범위를 판단하여 상기 대상물의 표면 재질, 상기 대상물의 표면 오염 여부 및 빈 공간 여부를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 산출된 진폭 평균을 이용하여 상기 합성파의 평균 편차를 산출하고,
    미리 설정된 대상물 표면의 정보별 기준 평균 편차 범위 중 상기 산출된 평균 편차가 속하는 기준 평균 편차 범위를 판단하여 상기 대상물의 표면 재질, 상기 대상물의 표면 오염 여부 및 빈 공간 여부를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 이동부의 이동을 제어하는 것은,
    상기 대상물의 표면 재질이 소프트 재질이거나, 상기 대상물이 오염되었다고 판단되거나 또는 빈 공간이라고 판단되면 회피 주행을 제어하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 전기적 신호에서 감쇠가 시작되는 제1시점과, 감쇠가 종료되는 제2시점을 특징점으로 검출하고,
    상기 검출된 특징점과 미리 저장된 대상물의 표면 정보별 기준 특징점을 비교하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 제1시점과 제2시점 사이에서 감쇠되는 기울기와, 상기 반사파가 수신된 시점과 상기 제1시점 사이의 유지 시간을 검출하고,
    상기 제1시점, 상기 제2시점, 상기 기울기 및 상기 유지 시간 중 적어도 하나에 기초하여 상기 대상물 표면의 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  33. 삭제
  34. 제 25 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 전기적 신호 내의 반사파의 세기를 검출하고,
    상기 검출된 반사파 세기와 미리 설정된 대상물 표면의 정보별 기준 세기를 각각 비교하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  35. 제 25 항에 있어서, 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것은,
    상기 전기적 신호 내의 에코 개수를 검출하고,
    상기 검출된 에코 개수와 미리 설정된 대상물 표면의 정보별 기준 에코 개수를 각각 비교하여 상기 대상물의 표면 재질을 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  36. 제 25 항에 있어서, 상기 발진파 송신, 상기 발진파와 합성파 수신 및 상기 발진파, 반사파, 합성파에 대한 전기적 신호를 검출하는 것은,
    상기 대상물 표면과의 거리가 서로 다른 제1초음파 센서 및 제2초음파 센서를 이용하여 상기 발진파를 각각 송신 및 상기 발진파와 합성파를 각각 수신하고,
    상기 제1초음파 센서를 이용하여 발진파, 반사파, 합성파에 대한 제1전기적 신호를 검출하고,
    상기 제2초음파 센서를 이용하여 상기 발진파, 반사파, 합성파에 대한 제2전기적 신호를 검출하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제1전기적 신호의 제1파형 길이를 산출하고,
    상기 제2전기적 신호의 제2파형 길이를 산출하고,
    상기 제1파형 길이와 상기 제2파형 길이를 비교하여 더 긴 파형 길이를 선택하고,
    상기 선택된 파형 길이와 기준 파형 길이를 비교하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 제1전기적 신호의 제1파형 길이를 산출하고,
    상기 제2전기적 신호의 제2파형 길이를 산출하고,
    상기 제1파형 길이와 상기 제2파형 길이를 비교하여 길이 차이를 산출하고,
    상기 산출된 길이 차이와 기준 파형 길이 값을 비교하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하는 것을 더 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  39. 본체;
    상기 본체에 설치되고 상기 본체를 이동시키는 이동부;
    발진파를 송신하고 대상물에서 반사된 반사파를 수신하고, 상기 발진파로 인해 발생된 진동 및 상기 반사파의 수신으로 인한 진동을 전기적 신호로 출력하는 초음파 센서;
    상기 초음파 센서에서 출력된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부;
    상기 디지털 신호를 이용하여 전기적 신호의 진폭의 평균을 산출하고, 상기 산출된 진폭의 평균에 대한 평균 편차 및 상기 전기적 신호 중 상기 진폭의 평균 이하의 값을 갖는 신호인 테일 길이 중 적어도 하나에 기초하여 상기 대상물의 표면 정보를 판단하고 상기 대상물의 표면 정보에 기초하여 이동부의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 대상물 표면의 정보는, 상기 대상물의 재질, 상기 대상물의 오염 여부 및 상기 대상물의 빈 공간 존재 여부에 대한 정보이고,
    상기 제어부는, 상기 대상물 표면의 재질이 소프트이거나, 상기 대상물이 오염되었다고 판단하거나 또는 빈 공간이라고 판단되면 회피 주행을 제어하는 것을 포함하는 로봇.
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