KR102095817B1 - 이동 로봇, 이동 로봇의 충전대 및 이들을 포함하는 이동 로봇 시스템 - Google Patents

이동 로봇, 이동 로봇의 충전대 및 이들을 포함하는 이동 로봇 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 충전대는, 패턴 광을 조사하는 이동 로봇을 충전시키는 충전대에 있어서, 상기 이동 로봇이 도킹됨으로써 충전이 이루어지는 충전대 본체; 및 상기 충전대 본체에 구비되고, 상기 패턴 광이 표면에 조사될 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성하며, 서로 이격된 2 이상의 위치 표지를 포함한다.

Description

이동 로봇, 이동 로봇의 충전대 및 이들을 포함하는 이동 로봇 시스템{ MOBILE ROBOT, CHARGING APPARATUS FOR THE MOBILE ROBOT, AND MOBILE ROBOT SYSTEM}
본 발명은 스스로 충전하는 이동 로봇과, 이동 로봇을 충전시키는 충전대와, 상기 이동 로봇과 충전대를 포함하는 이동 로봇 시스템에 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.
가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로써, 청소하고자 하는 구역을 스스로 주행하면서 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 일반적으로 로봇 청소기는 충전 가능한 배터리를 구비하여 스스로 주행이 가능하며, 배터리의 잔량이 부족한 경우나 청소가 완료된 이후에는, 배터리를 충전시키기 위해 마련된 충전대로 스스로 이동하여 충전을 수행한다.
종래, 로봇 청소기의 충전은 적외선(IR: InfraRed)신호를 이용하는 방식으로, 충전대로부터 서로 다른 방향으로 조사된 2개의 적외선 신호를, 적외선 센서를 갖는 로봇 청소기가 인식하였다. 그런데, 이러한 방식은 충전대가 위치한 대략적인 방향만을 파악될 수 있을 뿐, 충전대의 정확한 위치를 파악할 수는 없기 때문에, 로봇 청소기는 이동 과정에서 계속적으로 2 개의 적외선 신호를 감지하여, 주행 방향을 좌우로 빈번하게 변경해가며 충전대로 접근하게 되어, 충전대까지의 이동이 신속하게 이루어지지 않을 뿐만, 도킹 과정에서 충전대를 미는 현상이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 첫째, 충전대의 위치를 정확하게 파악할 수 있는 이동 로봇을 제공하는 것이다.
둘째, 이동 로봇의 충전이 원활하게 이루어지는 이동 로봇 시스템을 제공하는 것이다.
셋째, 충전대 감지 능력을 스스로 진단하는 기능을 갖는 이동 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 충전대는, 패턴 광을 조사하는 이동 로봇을 충전시키는 충전대에 있어서, 상기 이동 로봇이 도킹됨으로써 충전이 이루어지는 충전대 본체; 및 상기 충전대 본체에 구비되고, 상기 패턴 광이 표면에 조사될 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성하며, 서로 이격된 2 이상의 위치 표지를 포함한다.
본 발명의 이동 로봇은 수평선 패턴을 포함하는 광을 조사하는 패턴 조사부; 상기 광이 조사된 영역을 촬영하여 입력영상을 획득하는 패턴영상 획득부; 상기 입력영상으로부터 서로 이격된 2 이상의 위치 표지 패턴을 추출하는 패턴 추출부; 상기 패턴 추출부에 의해 추출된 위치 표지 패턴들 간의 거리를 획득하는 위치정보 획득부; 및 상기 위치 표지 패턴들 간의거리를 기 설정된 기준값과 비교하여 충전대를 식별하는 충전대 식별부를 포함한다.
본 발명의 이동 로봇 시스템은 소정 패턴의 광을 조사하는 이동 로봇; 및 상기 이동 로봇을 충전시키는 충전대를 포함하고, 상기 충전대는 상기 이동 로봇으로부터 조사된 패턴 광이 표면에 입사될 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성하고, 서로 일정한 간격으로 이격된 2 이상의 위치 표지를 포함한다.
본 발명은 충전대의 위치를 정확하게 탐지할 수 있도록 함으로써, 이동 로봇이 충전을 위한 기동을 수행하는데 있어서의 시행 착오를 줄여, 이동 로봇이 충전대에 정확하고 빠르게 도킹할 수 있는 효과가 있다.
특히, 이동 로봇은, 충전대가 위치한 방향 뿐만 아니라, 거리를 포함하는 정확한 위치를 알 수 있어, 충전대로 보다 용이하게 접근 및 도킹할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 이동 로봇은 충전대 감지 능력을 스스로 판단할 수 있어, 그 유지와 관리에 있어서이 편리함을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 패턴 광을 이용하여 장애물의 위치정보를 획득하는 개념을 보여주는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 이동 로봇의 일 예로서 로봇 청소기를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 로봇 청소기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전대(a)와, 충전대를 촬영한 입력영상(b)을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전대(a)와, 충전대를 촬영한 입력영상(b)을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전대의 위치표지부의 정면도(a)와, A-A를 따라 절개한 단면도(b)를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 패턴 광을 이용하여 장애물의 위치정보를 획득하는 개념을 보여주는 것이다. 도 1을 참조하면, 이동 로봇은 그 자신의 활동영역에 패턴 광(optical pattern)을 조사하고, 상기 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하여 입력영상을 획득한다(b). 이렇게 획득된 입력영상에서 추출된 패턴들의 형태나 위치 등을 토대로 장애물(1)에 대한 3차원적인 위치정보를 획득할 수 있다(c).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇은 패턴 광 센서(100)와, 제어부(200)와, 주행구동부(300)를 포함한다.
패턴 광 센서(100)는, 이동 로봇이 활동하는 활동영역에 패턴 광(optical pattern)을 조사하고, 상기 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하여 입력영상을 획득한다. 패턴 광 센서(100)는 이동 가능한 로봇 본체(도 3의 810 참조)에 구비될 수 있다. 상기 패턴 광은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같은 십자 패턴(P)을 포함할 수 있다.
패턴 광 센서(100)는 상기 패턴 광을 조사하는 패턴 조사부(110)와, 상기 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하는 패턴영상 획득부(120)를 포함할 수 있다.
패턴 조사부(110)는 광원과, 패턴생성자(OPPE: Optical Pattern Projection Element)를 포함할 수 있다. 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 패턴생성자에 투과함으로써 생성되는 상기 패턴 광이 생성된다. 상기 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD), 발광 다이오드(Light Emitteing Diode, LED) 등 일 수 있다. 그런데, 레이저 빔은 단색성, 직진성 및 접속 특성에 있어 다른 광원에 비해 정밀한 거리 측정이 가능하며, 특히, 적외선 또는 가시광선은 레이저 광에 비해 대상체의 색상과 재질 등의 요인에 따라 대상체까지의 거리 측정의 정밀도에 있어서 편차가 큰 문제가 있기 때문에, 상기 광원으로는 레이저 다이오드가 바람직하다. 상기 패턴생성자는 렌즈, 마스크(Mask) 또는 DOE(Diffractive optical element)를 포함할 수 있다.
패턴 조사부(110)는 본체의 전방을 향해 광을 조사할 수 있다. 특히, 패턴 광이 이동 로봇의 활동구역 내의 바닥면에 조사될 수 있도록, 조사 방향이 조금은 하방을 향하는 것이 바람직하다. 장애물의 거리 파악을 위한 시각 형성을 위해, 패턴 광의 조사방향과 영상 획득부(120)의 렌즈의 주축은 서로 나란하지 않고 소정의 각을 이루는 것이 바람직하다.
패턴영상 획득부(120)는 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하여 입력영상(input image)를 획득한다. 패턴영상 획득부(120)는 카메라를 포함할 수 있으며, 이러한 카메라는 구조광 카메라(Structured Light Camera)일 수 있다.
이하, 패턴을 구성하는 점, 직선, 곡선 등의 문양을 패턴 표현자라고 정의한다. 이러한 정의에 따라, 십자형 패턴은 수평선(P1)과, 상기 수평선과 교차하는 수직선(P2)의 2 개의 패턴 표현자들로 이루어진다. 수평선과 수직선의 조합은 여러 개 일 수 있고, 패턴 광은 하나의 수평선과 교차하는 복수의 수직선으로 이루어진 패턴일 수 있다.
패턴 조사부(110)의 렌즈의 중심과 패턴영상 획득부(120)의 렌즈의 중심은 공통의 수직선(L, 도 2참조) 상에 정렬되는 것이 바람직하다. 입력영상에서 수직선 패턴 표현자의 위치가 항상 일정한 곳에 위치하게 되어, 장애물에 대한 수평 시각을 바탕으로 획득한 위치정보가 정확한 값을 갖을 수 있다.
제어부(200)는 입력영상으로부터 패턴을 추출하는 패턴 추출부(210)와, 상기 추출된 패턴을 바탕으로 장애물에 대한 위치정보를 획득하는 위치정보 획득부(220)를 포함할 수 있다.
패턴 추출부(210)는 입력영상에서 수평 방향으로 차례로 점들의 밝기를 비교하여, 점들 중에서 주변보다 일정한 수준 이상으로 밝은 점, 즉, 후보점들을 추출할 수 있다. 그리고, 이들 후보점들이 수직방향으로 정렬된 선분을 수직선으로 정의할 수 있다.
다음으로, 패턴 추출부(210)는 입력영상의 후보점들이 이루는 선분 중, 수직선과 상기 수직선으로부터 수평방향으로 연장된 선분에 의해 형성되는 십자형 패턴 표현자를 검출한다. 상기 십자형 패턴 표현자는 반드시 십자형 패턴 전체가 되어야 할 필요는 없다. 패턴 광이 조사된 대상체의 형상에 따라 수직선 패턴과 수평선 패턴의 변형이 이루어지기 때문에, 입력영상에서 패턴의 형상은 비정형적이나, 수직선과 수평선이 교차되는 부분에서는, 비록 그 크기는 상기 대상체의 형상에 따라 가변적일 수 있으나, 항시 '+' 형상의 패턴 표현자가 존재한다. 따라서, 패턴 추출부(210)는 입력영상에서, 찾고자 하는 십자형 템플렛(template)과 대응하는 패턴 표현자를 추출하고, 상기 패턴 표현자를 포함하는 전체 패턴을 정의할 수 있다.
위치정보 획득부(220)는 패턴 추출부(210)에 의해 추출된 패턴을 바탕으로, 장애물까지의 거리, 장애물의 폭 또는 높이 등의 장애물 정보를 획득할 수 있다. 패턴 조사부(110)로부터 장애물이 없는 바닥으로 패턴 광을 조사하였을 시, 입력영상에서의 패턴의 위치는 항시 일정하다. 이하, 이때의 입력영상을 기준 입력영상이라고 한다. 기준 입력영상에서 패턴의 위치 정보는 삼각 측량법을 기반으로 미리 구해질 수 있다. 기준 입력영상에서 패턴을 구성하는 임의의 패턴 표현자 Q의 좌표를 Q(Xi, Yi)라고 하면, 실제 조사된 패턴 광에서 Q(Xi, Yi)와 대응하는 지점까지의 거리값은 미리 알 수 있는 값이다.
그런데, 장애물이 존재하는 영역 내로 패턴 광을 조사하여 얻어진 입력영상에서의 패턴 표현자 Q의 좌표, Q'(Xi', Yi')는 상기 기준 입력영상에서의 Q의 좌표 Q(Xi, Yi)가 이동 된 것이다. 위치정보 획득부(220)는 상기 좌표들을 비교하여 장애물의 폭, 높이 또는 장애물까지의 거리 등의 위치정보를 획득할 수 있다.
입력영상에서 수평선 패턴의 상하 방향으로의 변위는 장애물까지의 거리에 따라 달라지는 것으로, 이동 로봇으로부터 가까운 곳에 위치한 장애물에 패턴 광이 입사될수록, 이때의 입력영상에서 상기 장애물 표면에 입사된 수평선 패턴은 위쪽으로 이동된 위치에서 확인된다. 또한, 입력영상에서 수직선 패턴의 길이는 장애물까지의 거리에 따라 달라지는 것으로, 패턴 광이 가까운 곳에 위치한 장애물에 입사될수록, 이때의 입력영상에서 수직선 패턴은 그 길이가 길어진다.
따라서, 위치정보 획득부(120)는 입력영상에서 추출된 패턴의 위치 정보(예를들어, 이동변위, 길이변화)를 바탕으로 실제 3차원 공간상에서의 장애물의 위치 정보를 획득할 수 있다. 물론, 패턴 광이 입사된 장애물의 표면상태에 따라서는, 패턴영상 획득부(120)에 대한 시각이 달라지기 때문에, 입력영상에서 수평선 패턴은 수평하지 않고 상하로 구부러지거나, 꺾이는 형태의 변형이 이루어지나, 이 경우에도 패턴을 구성하는 패턴 표현자들의 위치정보는 기준영상과 비교하여 차이를 보이기 때문에, 각 패턴 표현자들에 대응하는 실제 거리, 높이, 폭 등을 바탕으로, 3차원적인 장애물 정보를 획득할 수 있다.
위치정보 획득부(220)는 패턴 추출부(210)를 통해 추출된 패턴을 바탕으로 충전대의 위치 정보를 획득한다. 충전대는 서로 이격 배치된 2 이상의 위치 표지를 포함할 수 있다. 상기 위치 표지는, 그 자신의 표면에 이동 로봇으로부터 조사된 패턴 광이 입사될 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성한다. 패턴 추출부(210)는 패턴영상 획득부(120)에 의해 획득된 입력영상에서 상기 위치 표지들에 의해 형성된 표식들을 추출할 수 있으며, 위치정보 획득부(220)는 상기 표식들의 위치정보를 획득할 수 있다. 상기 위치정보는 이동 로봇으로부터 상기 표식들까지의 실제 거리가 고려된 3차원 공간상에서의 표식들의 위치를 반영하고 있기 때문에, 상기 표식들까지의 실제거리 역시 구해 질 수 있다. 충전대 식벽부(250)는 상기 표식들 사이의 실제거리를 기 설정된 기준값과 비교하여 충전대의 위치 정보를 획득할 수 있다.
도 3 및 도 4는 이동 로봇의 일 예로서, 로봇 청소기를 도시한 것이다. 도 3 내지 도 4를 참조하면, 로봇 청소기는 패턴 광 센서(100)와 제어부(200)와 더불어, 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 주변영상 획득부(400)를 더 포함할 수 있다. 주변영상 획득부(400)는 상방이나 전방을 향하도록 설치되는 적어도 하나의 카메라를 구비할 수 있다. 도 3은 일반적인 예로서, 하나의 카메라 센서가 상방을 향하도록 설치되었다. 로봇 청소기 주변의 넓은 영역을 촬영할 수 있도록, 상기 카메라는 화각이 넓은 렌즈를 포함할 수 있다.
위치 인식부(230)는 주변영상 획득부(400)가 촬영한 영상으로부터 특징점을 추출하고, 특징점을 기준으로 로봇 청소기의 위치를 인식할 수 있다. 또, 지도 생성부(240)는 위치 인식부(230)에 의해 인식된 위치를 바탕으로 주변 지도, 즉, 청소 공간에 대한 지도를 생성할 수 있다. 지도 생성 모듈(230)은 위치정보 획득부(220)와 협조하여 장애물 상황이 반영된 주변 지도를 생설할 수도 있다.
주행 구동부(300)는 로봇 본체(10)의 하부에 설치된 하나 이상의 바퀴를 구동하는 휠 모터(wheel motor)를 구비할 수 있고, 구동 신호에 따라 로봇 본체(10)를 이동시킨다. 로봇 청소기는 좌, 우측 구동륜을 포함할 수 있다. 좌측 구동륜과 우측 구동륜을 각각 회전시키기 위한 한 쌍의 휠 모터가 구비될 수 있다. 이들 휠 모터들은 그 회전이 서로 독립적으로 이루어지는 것으로, 좌측 구동륜과 우측 구동륜의 회전 방향에 따라 로봇 청소기의 방향 전환이 이루어질 수 있다. 또한, 로봇 청소기는 상기 구동륜들 이외에도 로봇 본체(10)를 지지하는 보조륜을 더 포함할 수 있다. 로봇 본체(10)의 하면과 바닥(floor) 사이의 마찰을 최소화하고 로봇 청소기의 이동이 원활해 질 수 있다.
로봇 청소기는 저장부(500)를 더 포함할 수 있다. 저장부(500)는 입력영상, 장애물 정보, 위치 정보, 주변 지도 등을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(500)는 로봇 청소기를 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(500)는 주로 비활성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)를 사용한다. 비활성 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 저장장치이다. 비휘발성 메모리는 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 자기식 기록매체(예를들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등을 포함할 수 있다.
로봇 청소기는 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하는 청소부(600)를 더 포함할 수 있다. 청소부(600)는 집진된 먼지가 저장되는 먼지통과, 청소 영역의 먼지를 흡입하는 동력을 제공하는 흡입팬과, 상기 흡입팬을 회전시켜 공기를 흡입하는 흡입 모터를 포함할 수 있다. 청소부(600)는 로봇 본체(10)의 하부에서 수평한 축(horizontal axis)을 중심으로 회전하며 바닥이나 카페트 위의 먼지를 공기 중으로 부유시키는 회전솔을 포함할 수 있고, 상기 회전솔의 외주면에는 나선 방향으로 다수개의 블레이드가 구비될 수 있다. 또한, 로봇 청소기는 수직한 축(vertical axis)를 중심으로 회전하며 벽면, 모서리, 구석 등을 청소하는 사이드 브러쉬를 더 포함할 수 있으며, 상기 사이드 브러쉬는 상기 블레이드들 사이에 구비될 수 있다.
로봇 청소기는 입력부(810)와 출력부(820)와, 전원 공급부(830)를 포함할 수 있다. 입력부(810)를 통해 로봇 청소기의 작동 전반에 필요한 각종 제어명령을 입력 받을 수 있다. 입력부(810)는 하나 이상의 입력 수단을 포함할 수 있다. 예를들어, 입력부(810)는 확인버튼, 설정버튼, 예약버튼, 충전버튼, 등을 포함할 수 잇다. 상기 확인버튼은 장애물 정보, 위치 정보, 영상 정보, 청소 영역이나 청소 지도를 확인하는 명령을 입력받을 수 있다. 상기 설정버튼은 청소 모드를 설정하거나 변경하는 명령을 입력 받을 수 있다. 상기 예약버튼은 예약 정보를 입력받을 수 있다. 상기 충전버튼은 상기 전원공급부(830)를 충전시키는 충전 대로의 복귀 명령을 입력 받을 수 있다. 입력부(810)는 입력수단으로 하드 키나 소프프 키, 터치패드 등을 포함할 수 있다. 또, 입력부(810)는 후술하는 출력부(820)의 기능을 겸하는 터치 스크린의 형태로 구성될 수도 있다.
입력부(810)는 사용자가 선택할 수 있는 모드들을 제공할 수 있으며, 예를들어, 충전 모드, 진단 모드 등이다. 충전 모드와 진단 모드에 대해서는 보다 상세하게 후술하기로 한다.
출력부(820)는 예약 정보, 배터리 상태, 집중 청소, 공간 확장, 지그재그 운전 등의 청소 방식 또는 주행 방식 등을 화면을 통해 표시한다. 출력부(820)는 로봇 청소기를 구성하는 각부의 작동 상태를 출력할 수도 있다. 또한, 출력부(820)는 장애물 정보, 위치 정보, 영상 정보, 내부 지도, 청소 영역, 청소 지도, 지정 영역 등을 표시할 수 있다. 출력부(820)는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Display Panel), 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(OLED:Organic Light Emitting Diode) 등의 소자를 갖을 수 있다.
전원 공급부(830)는 각부의 작동을 위한 전원을 공급하는 것으로, 충전 가능한 배터리를 포함할 수 있다. 전원 공급부(830)는 각부에 구동 전원을 구동함과 아울러, 특히 주행과 청소를 수행하는데 따른 동작 전원을 공급하며, 전원 잔량이 부족하면 로봇 청소기는 충전대로로 이동하여 배터리를 충전시킨다. 전원공급부(830)는 배터리의 충전 상태를 감지하는 배터리 감지부를 더 포함할 수 있다. 제어부(200)는 상기 배터리 감지부의 감지 결과를 바탕으로 배터리 잔량이나 충전 상태를 출력부(820)를 통해 표시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전대(a)와, 충전대가 촬상된 입력영상(b)을 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 충전대는 로봇 청소기의 충전을 위한 전원을 공급하는 충전 단자(921, 922)를 갖는 충전대 본체(910)와, 충전대 본체(910)에 구비되고, 일정한 간격으로 서로 이격된 2 이상의 위치 표지를 포함한다. 이하, 서로 간에 구분이 필요한 경우에는, 충전대 본체(910)의 전면에서 바라볼 때 좌측에 위치하는 위치 표지를 좌측 위치 표지라고 하고, 우측에 위치하는 위치 표지를 우측 위치 표지라고 한다.
위치 표지는, 그 자신의 표면에 로봇 청소기로부터 조사된 패턴 광이 입사되었을 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성한다. 이러한 표식은 위치 표지의 형태적인 특성으로 인해, 표면에 입사된 패턴 광의 형태가 변형되는 것으로부터 기인한 것일 수 있고(도 5 참조), 다르게는 위치 표지의 재질적인 특성으로 인한 광 반사율(또는 흡수율)이 주변부와 차이가 남으로써 기인한 것일 수 있다(도 6 내지 도 7 참조).
도 5를 참조하면, 위치 표지(930, 940)는 상기 표식을 형성케 하는 모서리(S1)를 포함할 수 있다. 위치 표지(930, 940)의 표면에 입사된 패턴 광이 모서리(S1)에서 각을 이루며 꺽임으로써, 입력영상에서는 상기 표식으로써의 첨점(S1)이 확인된다.
모서리(S1)는 패턴 광이 입사되는 방향으로 돌출형성 될 수 있으며, 도 5의 (b)는 로봇 청소기의 전방을 향해 조사된 수평선 형태의 패턴 광(P)이, 패턴 광의 입사 방향으로 돌출된 형태의 위치 표지(930, 940)에 조사되었을 시의 입력영상을 도시한 것으로, 거리에 따른 시각차로 인해 첨점(S1)의 위치가 이와 연결된 선분들에 비해 영상에서 하측에 위치됨을 보여준다.
로봇 청소기는 배터리 잔량이 부족한 경우에 자동으로 충전대 탐색을 실시할 수 있고, 다르게는 입력부(810)를 통해 사용자로부터 충전 명령이 입력되었을 시에도 충전대 탐색을 실시할 수 있다. 로봇 청소기가 충전대 탐색을 실시할 시, 패턴 추출부(210)는 입력영상으로부터 첨점(S1)들을 추출하고, 위치정보 획득부(220)는 추출된 첨점(S1)들의 위치정보를 획득한다. 상기 위치정보는 로봇 청소기로부터 첨점(S1)들까지의 거리가 고려된 3차원 공간상에서의 위치를 포함할 수 있다. 충전대 식별부(250)는 위치정보 획득부(220)를 통해 획득된 첨점(S1)들에 대한 위치정보를 바탕으로 첨점(S1)들간의 실제거리를 구하고, 이를 기 설정된 기준값과 비교하여, 상기 실제거리와 상기 기준값 간의 차이가 일정범위 내이면 충전대가 탐색된 것으로 판단한다. 그리고, 주행 구동부(300)에 의해 로봇 청소기가 탐색된 충전대를 향해 접근한 후 정 위치에 도킹됨으로써 충전이 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전대(a)와, 충전대가 촬상된 입력영상(b)을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 위치 표지(950, 960)는 패턴 광(P)이 입사되는 표면이 주변부에 비해 광 반사율이 높은 재질로 형성될 수 있다. 위치 표지(950, 960)는 광 반사율을 높일 수 있는 도료를 도포하거나, 필름을 부착하여 형성할 수 있다. 위치 표지(950, 960)의 표면은 평면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
입력영상에서 위치 표지(950, 960) 상에 위치하는 패턴(이하, 위치 표지 패턴(S2)이라고 함.)은 주변보다 더 밝기 때문에, 패턴 추출부(210)는 주변부와의 밝기 차를 바탕으로 위치 표지 패턴을 추출할 수 있고, 위치정보 획득부(220)는 이렇게 추출된 좌우 양쪽의 위치 표지 패턴들의 위치정보를 획득할 수 있다. 바람직하게는, 충전대 본체(910)에서 위치 표지(950, 960)의 주변부는 광을 흡수하는 재질로 이루어진다.
충전대 식별부(250)는 상기 위치정보를 바탕으로 위치 표지 패턴들(S2)간의 실제거리를 구하고, 이를 기 설정된 기준값과 비교하여, 상기 실제거리와 상기 기준값 간의 차이가 일정범위 내이면 충전대가 탐색된 것으로 판단한다. 이때, 상기 실제거리는 좌측 위치 표지 패턴의 폭방향 중심과 우측 위치 표지 패턴의 폭방향 중심간의 거리를 바탕으로 구해질 수 있다. 그리고, 주행 구동부(300)에 의해 로봇 청소기가 탐색된 충전대를 향해 접근한 후 정 위치에 도킹됨으로써 충전이 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전대의 위치표지부의 정면도(a)와, A-A를 따라 절개한 단면도(b)를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 본체(910)에는 위치 표지부(970)가 형성될 수 있다. 위치 표지부(970)는 2 이상의 광 반사면(971, 972, 973)과, 광 반사면들(971, 972, 973) 사이에 배치되는 광 흡수면(974, 975)을 포함할 수 있다. 여기서, 광 반사면(971, 972, 973)은 위치 표지에 해당하는 것으로, 비록 전반사는 아니더라도 입력영상에서 위치 표지 패턴(광 흡수면에 조사된 패턴 광)이 추출될 수 있는 정도는 되어야 하며, 광 흡수면(974, 975)은 입사된 광량 중 일정 수준 이상을 흡수하는 것으로, 흡수면(974, 975)에 조사된 패턴 광은 입력영상에서 상기 위치 표지 패턴과는 충분한 밝기 차를 보여야 하며, 바람직하게는 카메라 센서에 의해 거의 식별될 수 없는 수준이어야 한다.
광 반사면(971, 972, 973)은 광 흡수면(974, 975)에 비해 패턴 광이 입사되는 쪽으로 돌출되는 것이 바람직하다. 위치 표지부(970)의 횡단면은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 요철(凹凸) 형상을 이룰 수 있다.
광 흡수면(974, 975)의 수평방향 폭은 광 반사면(971, 972, 973)의 수평방향 폭과 다를 수 있다. 도 7에는, 일례로, 광 반사면의 폭(3cm)과 다른 폭(5cm)를 갖는 광 흡수면(975)이 도시되어 있다.
로봇 청소기가 도킹되는 기준이 되는 소정의 수직 기준선에 대해, 좌측 및 우측 중 어느 한쪽에는 광 반사면(972)이 배치되고, 다른 한쪽에는 광 흡수면(975)이 배치될 수 있다. 상기 수직 기준선은 충전대 중심에 위치할 수 있다. 상기 수직 기준선의 양쪽으로 등거리에 각각 충전 단자(921, 922)가 배치될 수 있다.
위치 표지부(970)는 위치 표지들로써, 제 1 광 반사면(971), 제 2 광 반사면(972) 및 제 3 광 반사면(973)을 포함할 수 있고, 제 1 광 반사면(971), 제 2 광 반사면(972) 및 제 3 광 반사면(973)은 수평방향으로 차례로 배치된다. 그리고, 제 1 광 반사면(971)과 제 2 광 반사면(972) 사이에 제 1 광 흡수면(974)이 배치될 수 있고, 제 2 광 반사면(972)과 제 3 광 반사면(973) 사이에 제 2 광 흡수면(975)이 배치될 수 있다. 여기서, 제 2 광 흡수면(975)은 수평방향 폭이 제 1 광 흡수면(974)과 다를 수 있다. 특히, 제 1 광 흡수면(974)과 제 2 광 흡수면(975)은 상기 수직 기준선에 대해 양쪽으로 각각 배치될 수 있다.
로봇 청소기의 패턴 추출부(210)는 주변부와의 밝기 차를 바탕으로 위치 표지 패턴들을 추출할 수 있고, 위치정보 획득부(220)는 이렇게 추출된 위치 표지 패턴들의 위치정보를 획득할 수 있다.
충전대 식별부(250)는 상기 위치정보를 바탕으로 위치 표지(971, 972, 973)에 의해 형성되는 위치 표지 패턴들간의 상대적인 위치에 대한 정보를 구할 수 있고, 특히, 위치 표지 패턴들 간의 실제 거리들을 구할 수 있다. 충전대 식별부(250)는 상기 실제거리들을 기 설정된 기준값들과 비교하여, 상기 실제거리와 상기 기준값 간의 차이가 일정범위 내이면 충전대가 탐색된 것으로 판단한다. 이때, 상기 실제거리는 제 1 광 반사면(971)과 제 2 광 반사면(972) 사이의 거리와, 제 2 광 반사면(972)과 제 3 광 반사면(973) 사이의 거리로 서로 다른 값을 갖을 수 있으며, 이 경우 상기 실제거리들과 비교되는 기준값(3cm, 5cm)들도 서로 다른 값을 갖을 수 있다.
전술한 실시예에서와 마찬가지로, 입력영상에서의 위치 표지 패턴들 간의 실제거리는, 위치 표지 패턴의 폭방향 중심들 간의 거리를 바탕으로 구해질 수 있다. 그리고, 주행 구동부(300)에 의해 로봇 청소기가 탐색된 충전대를 향해 접근한 후 정 위치에 도킹됨으로써 충전이 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 8을 참조하면, 로봇 청소기는 충전모드를 제공할 수 있다. 상기 충전모드는 배터리의 잔량이 일정 수준 이하가 되면 자동으로 실시되는 것일 수 있으며, 다르게는 입력부(810)를 통해 사용자로부터 입력되는 명령에 의한 것일 수도 있다.
충전모드에서, 로봇 청소기는 충전대 탐색을 위한 주행을 실시한다(S1). 이러한 주행은 충전대가 탐색되기 전까지 랜덤하게 이루어지는 것일 수 있으며, 다르게는, 지도 생성부(240)에 저장된 지도에서 이전에 탐색되어 저장되었던 충전대의 위치로 접근하는 것도 가능하다.
충전대의 위치 표지를 탐색한다(S2). 패턴 광이 조사되고, 패턴 광이 조사된 영역이 촬상된 입력영상이 획득된다. 입력영상에서 위치 표지에 대응하는 2 이상의 위치 표지 패턴에서 위치표지 패턴의 수평방향 폭의 중심점들이 추출된다(S3).
위치표지 패턴의 수평방향 폭의 중심점들 사이의 거리를 바탕으로, 상기 위치표지 패턴들 간의 실제 거리를 구한다(S4). 상기 실제 거리를 기준값과 비교한다.(S5) 상기 실제거리와 기준값의 차이가 일정 범위 이내이면, 이는 충전대가 탐지되었다는 의미이므로, 로봇 청소기와 충전대 간의 상대 위치가 계산되고(S7), 계산된 상대 위치에 따라 이동이 이루어져 충전대에 도킹한다(S8)
그런데, S5단계에서 상기 실제거리와 기준값의 차이가 일정 범위 이내가 아니라고 판단되면, 이는 아직 충전대가 탐지되지 않았음을 의미하기 때문에, 다시 S1 또는 S2 단계로 회귀하여 충전대의 위치를 재 탐색한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 9를 참조하면, 로봇 청소기는 진단모드를 제공할 수 있다. 상기 진단모드는 충전대에 로봇 청소기가 도킹된 상태에서 실시된다. 기 설정된 알고리즘에 따라 일정한 조건(예를들어, 도킹상태로 일정 시간이 경과시) 만족 시, 자동 자동으로 실시되는 것일 수 있으며, 다르게는 입력부(810)를 통해 사용자로부터 입력되는 명령에 의한 것일 수도 있다.
진단모드가 실시되면, 로봇 청소기는 충전대로부터 분리되어 기 설정된 진단 위치로 이동한다(S11). 로봇 청소기는 상기 진단 위치에서 충전대의 위치 표지를 탐색한다(S12). 패턴 광이 조사되고, 패턴 광이 조사된 영역이 촬상된 입력영상이 획득된다.
입력영상에서 위치 표지에 대응하는 2 이상의 위치 표지 패턴을 추출하고, 이렇게 추출된, 위치 표지 패턴의 수평방향 폭의 중심점들이 추출된다(S13). 위치 표지 패턴의 수평방향 폭의 중심점들 사이의 거리를 바탕으로, 상기 위치표지 패턴들 간의 상대 거리를 구한다(S14). 이러한 상대거리는 입력영상에서의 위치표지 패턴들 간의 거리일 수 있으며, 다르게는, 충전대의 위치 표지들간의 실제 거리를 반영하는 환산된 값일 수 있다.
상기 상대 거리를 기준값과 비교한다(S15). 상기 상대 거리와 기준값의 차이가 일정 범위 이내이면, 이는 현재 충전대 탐색에 관여하는 카메라 센서 등의 구성이 정상적으로 작동하고 있음을 의미하기 때문에 진단 모드를 완료하고, 기 설정된 청소 모드 또는 충전 모드로 전환된다(S16, S20). 반대로, 상기 상대거리와 기준값의 차이가 일정 범위 이내이지 않는 경우는, 다시 보정 가능한 상황인지를 판단한다(S17). 예를들어, 상기 상대거리와 기준값의 차이가 기 설정된 보정 가능 범위 내인지 판단한다.
상기 상대거리와 기준값이 차이가 상기 보정 가능 범위 내이면 보정치를 설정한다(S17, S18). 상기 보정치는 상기 상대거리와 기준값의 차이에 비례할 수 있다. 이렇게 설정된 보정치는 다음 번 충전대 탐색시부터는 상기 기준치에 반영이 된다. 예를들어, 상기 상대거리가 상기 기준치보다 큰 경우는, 상기 보정치에 비례하여 그 값이 증가된 새로운 기준치로 갱신되고, 반대의 경우는 그 값이 감소된 새로운 기준치로 갱신된다. 진단 모드를 완료하고, 기 설정된 청소 모드 또는 충전 모드로 전환된다(S16, S20)
한편, S17 단계에서, 상기 상대거리와 기준값이 차이가 상기 보정 가능 범위를 벗어난 경우에는, 충전대 탐색에 관여하는 구성이 정상적으로 작동되고 있지 못한 것으로 판단하고, 로봇 청소기의 작동이 중단된다.(S19) 예를 들어, 카메라 센서가 열화되어 제 기능을 하지 못하는 경우 등으로, 이와 같은 경우, 로봇 청소기는 이상 발생을 사용자가 인지할 수 있도록 출력부(820)를 통해 표시할 수 있고, 이를 확인한 사용자는 적절한 조치로서 AS를 요청할 수 있다.

Claims (20)

  1. 패턴 광을 조사하는 이동 로봇을 충전시키는 충전대에 있어서,
    상기 이동 로봇이 도킹됨으로써 충전이 이루어지는 충전대 본체; 및
    상기 충전대 본체에 구비되고, 상기 패턴 광이 표면에 조사될 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성하는 위치 표지부를 포함하고,
    상기 위치 표지부는
    입사된 광량 중 일정 수준 이상을 흡수하는 복수개의 광 흡수면; 및
    상기 광 흡수면 들 사이에 배치되는 2 이상의 광 반사면을 포함하며,
    상기 복수개의 광 흡수면 중 2개의 광 흡수면이 상기 위치 표지부의 양단에 각각 위치되며,
    상기 광 반사면들과 상기 광 흡수면들 사이의 경계를 정의하는 변계선 중 하나는 상기 충전대 중심을 통과하는 수직 기준선과 일치하는 충전대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사면은 평면을 이루는 충전대.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사면은,
    제 1 광 반사면 및 제 2 광 반사면을 포함하고, 상기 제 1 광 반사면 및 상기 제 2 광 반사면은 수평방향으로 차례로 배치되고,
    상기 광 흡수면은,
    제 1 광 흡수면, 제 2 광 흡수면 및 제 3 광 흡수면을 포함하며, 상기 제 1 광 반사면은 상기 제 1 광 흡수면과 상기 제 2 광 흡수면 사이에 배치되고, 상기 제 2 광 반사면은 상기 제 2 광 흡수면과 상기 제 3 광 흡수면 사이에 배치되며,
    상기 제 1 광 반사면과 상기 제 2 광 흡수면 사이의 변계선은 상기 수직 기준선과 일치하는 충전대.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사면의 수평방향 폭은 서로 동일한 충전대.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수면의 수평방향 폭은 서로 다른 충전대.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 광 흡수면은 상기 제 3 광 흡수면보다 수평방향 폭이 긴 충전대.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광 반사면과 상기 광 흡수면이 횡단면 상에서 상단면의 높이가 다르게 배치되는 충전대.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광 흡수면의 수평방향 폭은 상기 광 반사면의 수평방향 폭과 다른 충전대.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 표지부와 바닥면 사이에 수평방향으로 연장 형성되는 충전단자를 구비하는 충전대.
  10. 이동 로봇; 및
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 충전대를 포함하는 이동 로봇 시스템.
  11. 패턴 광을 조사하는 이동 로봇을 충전시키는 충전대에 있어서,
    상기 이동 로봇이 도킹됨으로써 충전이 이루어지는 충전대 본체; 및
    상기 충전대 본체에 구비되고, 상기 패턴 광이 표면에 조사될 시, 주변부와 구분되는 표식을 형성하는 위치 표지부를 포함하고,
    상기 위치 표지부는
    복수개의 광 흡수면; 및
    상기 광 흡수면 들 사이에 배치되는 2 이상의 광 반사면을 포함하며,
    상기 복수개의 광 흡수면 중 2개의 광 흡수면이 상기 위치 표지부의 양단에 각각 위치되며,
    상기 충전대 중심을 통과하는 수직 기준선을 기준으로 상기 수직 기준선의 일측에 배치되는 모든 상기 광 반사면과 상기 광 흡수면의 수평방향 폭의 합과 상기 수직 기준선의 타측에 배치되는 모든 상기 광 반사면과 상기 광 흡수면의 수평방향 폭의 합이 동일하는 충전대.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 반사면은 평면을 이루는 충전대.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 반사면은,
    제 1 광 반사면 및 제 2 광 반사면을 포함하고, 상기 제 1 광 반사면 및 상기 제 2 광 반사면은 수평방향으로 차례로 배치되고,
    상기 광 흡수면은,
    제 1 광 흡수면, 제 2 광 흡수면 및 제 3 광 흡수면을 포함하며, 상기 제 1 광 반사면은 상기 제 1 광 흡수면과 상기 제 2 광 흡수면 사이에 배치되고, 상기 제 2 광 반사면은 상기 제 2 광 흡수면과 상기 제 3 광 흡수면 사이에 배치되며,
    상기 제 1 광 반사면과 상기 제 2 광 흡수면 사이의 변계선은 상기 수직 기준선과 일치하는 충전대.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 반사면의 수평방향 폭은 서로 동일한 충전대.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 흡수면의 수평방향 폭은 서로 다른 충전대.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 광 흡수면은 상기 제 3 광 흡수면보다 수평방향 폭이 긴 충전대.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 반사면과 상기 광 흡수면이 구성하는 상기 위치 표지부의 횡단면은 요철 형상을 이루는 충전대.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 위치 표지부와 바닥면 사이에 배치되는 두개의 충전단자를 구비하는 충전대.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 충전단자는 수평방향으로 연장 형성되는 충전대.
  20. 이동 로봇; 및
    제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 충전대를 포함하는 이동 로봇 시스템.





KR1020130131623A 2013-10-31 2013-10-31 이동 로봇, 이동 로봇의 충전대 및 이들을 포함하는 이동 로봇 시스템 KR102095817B1 (ko)

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