KR102147207B1 - 이동 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이동 로봇은 본체의 전방의 청소구역 내 바닥을 향해 제 1 패턴의 광을 조사하는 제 1 패턴 조사부와, 상기 본체 전방으로 상향으로 제 2 패턴의 광을 조사하는 제 2 패턴 조사부를 포함하고, 상기 제 1 패턴 조사부와 상기 제 2 패턴 조사부에 의해 조사된 각 패턴의 광이 장애물에 입사된 영상을 영상 획득부를 통해 획득하여, 획득된 영상으로부터 패턴을 검출하여 장애물을 판단하고, 패턴의 형태 또는 위치에 따라 낭떠러지를 감지하여 낭떠러지에 떨어지지 않는 경로로 주행하여 낭떠러지를 회피하도록 구성됨으로써, 낭떠러지 여부를 우선 판단할 수 있고, 계단 등의 낭떠러지와 문턱을 구분하여 주행하거나 회피할 수 있어, 빠른 판단과 동작이 가능하여 보다 효과적으로 주행할 수 있고, 계단 등의 낭떠러지에 추락하는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

Description

이동 로봇 및 그 제어방법{Moving Robot and controlling method}

본 발명은 이동 로봇 및 그 제어방법에 관한 것으로, 장애물을 감지하여 회피하는 이동 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 이동 로봇은 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역 내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하여 자동으로 청소하는 기기이다.

통상 이러한 이동 로봇은 청소구역 내에 설치된 가구나 사무용품, 벽 등의 장애물까지의 거리를 감지하고, 그에 따라 청소구역을 매핑(mapping)하거나, 좌륜과 우륜의 구동을 제어하여 장애물 회피 동작을 수행한다.

종래에는 천장 또는 바닥을 주시하는 센서를 통해 이동 로봇이 이동한 거리를 계측하고, 이를 기반으로 장애물까지의 거리를 산출하는 방식이었으나, 이동 로봇의 이동 거리를 기반으로 장애물까지의 거리를 추정하는 간접적인 방식이기 때문에, 바닥의 굴곡등으로 이동 로봇의 이동 거리가 정확하게 계측되지 못하는 경우, 장애물까지의 거리 역시 오차를 가질 수밖에 없었다. 특히, 이러한 이동 로봇에 주로 사용되는 거리 측정 방식은 적외선 또는 초음파를 이용한 것으로, 광 또는 음이 장애물에 의해 산란되는 양이 많아 거리 계측에 상당한 오차가 발생되는 문제가 있었다.

그에 따라 이동 로봇의 전방으로 특정한 패턴의 광을 조사하여 이를 촬영하고, 촬영된 영상으로부터 패턴을 추출하고, 이를 바탕으로 청소구역 내의 장애물 상황을 파악하여 주행을 제어하는 기술이 적용되고 있다. 예를 들어, 한국공개특허 10-2013-0141979호(이하, '979 발명이라 함.)는 십자 패턴의 광을 조사하는 광원부과 청소기 전방의 영상을 획득하는 카메라 부을 구비한 이동 로봇을 개시하고 있다.

그러나 이러한 종래의 이동 로봇은 하나의 광원으로부터 일정한 각도로 광을 조사하도록 구성됨에 따라 장애물을 감지할 수 있는 범위에 제약이 따르고, 높이를 갖는 장애물의 입체적인 형태를 파악하는데도 어려움이 있었다.

또한, 종래의 이동 로봇은 계단 등의 낭떠러지를 인식하고 회피하는데 있어서, 한번에 낭떠러지를 판단하고 회피하는 것이 아니라, 낭떠러지에 반복적으로 접근하여 확인하도록 하고 있고, 낭떠러지를 회피하는데 오랜시간이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 주행중 계단 등의 낭떠러지를 만나는 경우 조사되는 패턴을 이용하여 낭떠러지 여부를 판단하여 빠르게 회피하여 주행하는 이동 로봇 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 일 실시예에 따른 이동 로봇은 청소구역을 주행하며, 청소구역 내 바닥의 이물질을 흡입하는 본체, 상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방 하측을 향해 제 1 패턴의 광을 조사하는 제 1 패턴 조사부, 상기 본체의 전면에 배치되되, 상기 제 1 패턴 조사부의 하측에 배치되어, 상기 본체의 전방 상측을 향해 제 2 패턴의 광을 조사하는 제 2 패턴 조사부, 상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부, 및 상기 영상 획득부로부터 입력되는 획득영상으로부터, 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴과, 상기 제 2 패턴의 광에 대응하는 제 2 광 패턴을 검출하여 장애물을 판단하고 상기 장애물을 통과하거나 또는 회피하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 형태를 바탕으로 낭떠러지를 판단하고, 낭떠러지가 존재하는 경우 일정거리 후진 후 상기 본체가 설정각도 회전하도록 제어하여, 회전 중 상기 획득영상에 상기 제 1 광 패턴의 일부가 표시되면, 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상인 경우 회전을 정지하고, 상기 획득영상에 상기 제 1 광 패턴의 일부가 표시된 상태에서 상기 제 1 광 패턴의 길이가 감소하지 않도록 주행을 제어하여 낭떠러지를 따라 주행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 청소구역을 주행하며, 청소구역 내 바닥의 이물질을 흡입하는 본체, 상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방 하측을 향해 제 1 패턴의 광을 조사하는 제 1 패턴 조사부, 상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부, 상기 본체의 전방 하부에 바닥을 향하도록 구비되는 낭떠러지 센서 및 상기 영상 획득부로부터 입력되는 획득영상으로부터, 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴을 검출하고 장애물을 판단하여 주행을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 형태를 바탕으로 낭떠러지를 1차 판단하고, 상기 낭떠러지 센서에 의해 낭떠러지 신호가 감지되면, 주행방향에 낭떠러지가 존재하는 것으로 최종판단하고, 상기 본체가 일정거리 후진 후 회전하여 상기 제 1 패턴의 길이에 따라 제 1 방향으로 주행방향을 설정하여 낭떠러지를 따라 주행하도록 하고, 낭떠러지 상태가 해소되면 낭떠러지를 따라 주행하는 것을 종료하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이동 로봇의 제어방법은, 제 1 패턴의 광과 제 2 패턴의 광을 조사하고, 전방의 영상을 촬영하며 주행하는 단계, 촬영된 획득영상으로부터 상기 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴과, 상기 제 2 패턴의 광에 대응하는 제 2 광 패턴을 검출하는 단계, 상기 제 1 광 패턴 또는 상기 제 2 광 패턴으로부터 장애물을 감지하는 단계, 복수의 장애물 중, 상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 형태를 바탕으로 낭떠러지를 감지하는 단계 및 상기 낭떠러지에 빠지지 않는 경로를 따라 주행하여 상기 낭떠러지를 회피하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 제 1 패턴의 광을 전방 하측을 향해 조사하고 전방의 영상을 촬영하며 주행하는 단계, 촬영된 획득영상으로부터 상기 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴을 검출하여 낭떠러지를 감지하는 단계, 상기 본체의 전방 하측에 구비되는 낭떠러지 센서를 통해 낭떠러지를 최종판단하는 단계, 일정거리 후진 후 회전하는 단계, 회전 중 상기 획득영상에 표시되는 제 1 광 패턴의 길이에 대응하여 제 1 방향으로 주행방향을 설정하는 단계, 상기 제 1 방향으로 주행하며 낭떠러지를 따라 이동하는 단계, 상기 제 1 광 패턴의 길이에 따라 낭떠러지 상태가 해소되면, 낭떠러지를 따라 이동하는 것을 중지하고 기 설정에 따라 주행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이동 로봇 및 그 제어방법은 상하로 배치되어 조사되는 패턴들을 이용하여 장애물에 대한 보다 구체적인 정보를 획득할 수 있으며, 특히, 계단 등의 낭떠러지에 접근하기 전에 낭떠러지 여부를 우선 판단할 수 있고, 낭떠러지의 높이를 판단하여 주행 가능 여부를 판단함으로써, 계단 등의 낭떠러지와 문턱을 구분하여 주행하거나 회피할 수 있어, 빠른 판단과 동작이 가능하여 보다 효과적으로 주행할 수 있고, 계단 등의 낭떠러지에 추락하는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1의 이동 로봇의 수평 화각을 도시한 도이다.
도 3은 도 1의 이동 로봇의 전면도이다.
도 4는 도 1의 이동 로봇의 저면을 도시한 도이다.
도 5는 도 1의 이동 로봇의 주요부들을 도시한 블록도이다.
도 6은 장애물 감지유닛의 전면도와 측면도이다.
도 7은 장애물 감지유닛의 조사 범위와 장애물 탐지 범위를 도시한 도이다.
도 8 은 제 1 패턴 조사부에 의해 조사되는 패턴의 광을 도시한 도이다.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇에 있어서, 장애물에 조사되는 패턴의 형태를 도시한 예시도이다.
도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 낭떠러지 회피 방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 11 은 도 10의 이동 로봇의 동작에 대한 측면 사시도이다.
도 12 는 도 10의 낭떠러지 회피 시, 이동 로봇으로부터 조사되는 패턴이 도시된 예시도이다.
도 13 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 낭떠러지 회피 방법이 도시된 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 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이다. 도 2는 도 1의 이동 로봇의 수평 화각을 도시한 것이다. 도 3은 도 1의 이동 로봇의 전면도이다. 도 4는 도 1의 이동 로봇의 저면을 도시한 것이다. 도 5는 도 1의 이동 로봇의 주요부들을 도시한 블록도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇(1)은 청소구역의 바닥을 따라 이동하며, 바닥 상의 먼지 등의 이물질을 흡입하는 본체(10)와, 본체(10)의 전면에 배치되는 장애물 감지유닛(100)을 포함할 수 있다.

본체(10)는 외관을 형성하며 내측으로 본체(10)를 구성하는 부품들이 수납되는 공간을 형성하는 케이싱(11)과, 케이싱(11)에 배치되어 먼지나 쓰레기 등의 이물질을 흡입하는 흡입유닛(34)과, 케이싱(11)에 회전 가능하게 구비되는 좌륜(36(L))과 우륜(36(R))을 포함할 수 있다. 좌륜(36(L))과 우륜(36(R))이 회전함에 따라 본체(10)가 청소구역의 바닥을 따라 이동되며, 이 과정에서 흡입유닛(34)을 통해 이물질이 흡입된다.

흡입유닛(34)은 흡입력을 발생시키는 흡입 팬(미도시)과, 흡입 팬의 회전에 의해 생성된 기류가 흡입되는 흡입구(10h)를 포함할 수 있다. 흡입유닛(34)은 흡입구(10h)를 통해 흡입된 기류 중에서 이물질을 채집하는 필터(미도시)와, 필터에 의해 채집된 이물질들이 축적되는 이물질 채집통(미도시)을 포함할 수 있다.

또한, 본체(10)는 좌륜(36(L))과 우륜(36(R))을 구동시키는 주행 구동부를 포함할 수 있다. 주행 구동부는 적어도 하나의 구동모터를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구동모터는 좌륜(36(L))을 회전시키는 좌륜 구동모터와 우륜(36(R))을 회전시키는 우륜 구동모터를 포함할 수 있다.

좌륜 구동모터와 우륜 구동모터는 제어부의 주행제어부에 의해 작동이 독립적으로 제어됨으로써 본체(10)의 직진, 후진 또는 선회가 이루어질 수 있다. 예를들어, 본체(10)가 직진 주행하는 경우에는 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 같은 방향으로 회전되나, 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 다른 속도로 회전되거나, 서로 반대 방향으로 회전되는 경우에는 본체(10)의 주행 방향이 전환될 수 있다. 본체(10)의 안정적인 지지를 위한 적어도 하나의 보조륜(37)이 더 구비될 수 있다.

케이싱(11)의 저면부 전방측에 위치하며, 방사상으로 연장된 다수개의 날개로 이루어진 솔을 갖는 복수의 브러시(35)가 더 구비될 수 있다. 복수의 브러시(35)의 회전에 의해 청소구역의 바닥으로부터 먼지들이 제거되며, 이렇게 바닥으로부터 분리된 먼지들은 흡입구(10h)를 통해 흡입되어 채집통에 모인다.

케이싱(11)의 상면에는 사용자로부터 이동 로봇(1)의 제어를 위한 각종 명령을 입력받는 컨트롤 패널(39)이 구비될 수 있다.

장애물 감지유닛(100)은 본체(10)의 전면에 배치될 수 있다.

장애물 감지유닛(100)은 케이싱(11)의 전면에 고정되고, 제 1 패턴 조사부(120), 제 2 패턴 조사부(130) 및 영상 획득부(140)를 포함한다.

본체(10)에는 재충전이 가능한 배터리(38)가 구비되며, 배터리(38)의 충전 단자(33)가 상용 전원(예를 들어, 가정 내의 전원 콘센트)과 연결되거나, 상용 전원과 연결된 별도의 충전대(미도시)에 본체(10)가 도킹되어, 충전 단자(33)가 상용 전원과 전기적으로 연결되고, 배터리(38)의 충전이 이루어질 수 있다. 이동 로봇(1)을 구성하는 전장 부품들은 배터리(38)로부터 전원을 공급받을 수 있으며, 따라서, 배터리(38)가 충전된 상태에서 이동 로봇(1)은 상용 전원과 전기적으로 분리된 상태에서 자력 주행이 가능하다.

도 5는 도 1의 이동 로봇의 주요부들을 도시한 블록도이다.

이동 로봇(1)은 주행 구동부(300), 청소부(310), 데이터부(240) 장애물 감지유닛(100), 그리고 동작 전반을 제어하는 제어부(200)를 포함한다.

제어부(200)는 주행 구동부(300)를 제어하는 주행제어부(230)를 포함할 수 있다. 주행제어부(230)에 의해 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터의 작동이 독립적으로 제어됨으로써 본체(10)가 직진 또는 회전하여 주행하게 된다.

또한, 제어부(200)는 장애물 감지유닛(100)으로부터 입력되는 데이터를 분석하여 패턴을 검출하는 패턴검출부(210) 및, 패턴으로부터 장애물을 판단하는 장애물정보 획득부(220)를 포함한다.

패턴검출부(210)는 영상 획득부(140)에 의해 획득된 영상(획득영상)으로부터 광 패턴(P1, P2)을 검출한다. 패턴검출부(210)는 획득영상을 구성하는 소정의 픽셀들에 대해 점, 선, 면 등의 특징을 검출 (feature detection)하고, 이렇게 검출된 특징을 바탕으로 광 패턴(P1, P2) 또는 광 패턴(P1, P2)을 구성하는 점, 선, 면 등을 검출할 수 있다.

장애물정보 획득부(220)는 패턴검출부(210)로부터 검출된 패턴을 바탕으로 장애물 유무를 판단하고, 장애물의 형태를 판단한다. 또한, 장애물정보 획득부(220)는 획득영상을 통해 낭떠러지를 판단하여 낭떠러지 모드를 설정하여 이동 로봇이 낭떠러지에 빠지지 않는 경로를 따라 주행될 수 있도록 한다.

주행 구동부(300)는 적어도 하나의 구동모터를 포함하여 주행제어부(230)의 제어명령에 따라 이동 로봇이 주행하도록 한다. 주행 구동부(300)는 앞서 설명한 바와 같이, 좌륜(36(L))을 회전시키는 좌륜 구동모터와 우륜(36(R))을 회전시키는 우륜 구동모터를 포함할 수 있다.

청소부(310)는 브러쉬를 동작시켜 이동 로봇 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하기 쉬운 상태로 만들고, 흡입장치를 동작시켜 먼지 또는 이물질을 흡입한다. 청소부(310)는 먼지나 쓰레기 등의 이물질을 흡입하는 흡입유닛(34)에 구비되는 흡입 팬의 동작을 제어하여 먼지가 흡입구를 통해 이물질 채집통에 투입되도록 한다.

데이터부(240)에는 장애물 감지유닛(100)으로부터 입력되는 획득영상을 저장하고, 장애물정보 획득부(220)가 장애물을 판단하기 위한 기준데이터가 저장되며, 감지된 장애물에 대한 장애물정보가 저장된다. 또한, 데이터부(240)에는 이동 로봇의 동작을 제어하기 위한 제어데이터 및 이동 로봇의 청소모드에 따른 데이터가 저장되며, 생성되거나 또는 외부로부터 수신되는 맵이 저장될 수 있다.

또한, 데이터부(240)는, 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.

장애물 감지유닛(100)은 제 1 패턴 조사부(120), 제 2 패턴 조사부(130), 그리고 영상 획득부(140)를 포함한다.

장애물 감지유닛(100)은 제 1 패턴 조사부(120), 제 2 패턴 조사부(130) 및 영상 획득부(140)가, 앞서 설명한 바와 같이, 본체(10)의 전면에 설치되어, 이동 로봇의 전방에 제 1 및 제 2 패턴의 광(P1, P2)을 조사하고, 조사된 패턴의 광을 촬영하여 영상을 획득한다.

제어부(200)는 획득영상을 데이터부(240)에 저장하고, 패턴검출부(210)는 획득영상을 분석하여 패턴을 추출한다. 즉 패턴검출부(210)는 제 1 패턴 조사부 또는 제 2 패턴 조사부로부터 조사된 패턴의 광이 바닥 또는 장애물에 조사되어 나타나는 광 패턴을 추출한다. 장애물정보 획득부(220)는 추출된 광 패턴을 바탕으로 장애물을 판단한다.

제어부(200)는 장애물 감지유닛(100)으로부터 입력되는 획득영상을 통해 장애물을 판단하여 이동방향 또는 주행경로를 변경하여 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.

제어부(200)는 특히, 장애물 중, 낭떠러지의 경우 이동 로봇이 추락할 수 있으므로, 획득영상을 통해 낭떠러지를 감지하고, 구비되는 낭떠러지 센서(미도시)를 통해 낭떠러지 여부를 재확인하여, 낭떠러지에 떨어지지 않도록 주행을 제어한다. 제어부(200)는 낭떠러지로 판단되는 경우, 획득영상을 통해 패턴의 변화를 판단하여 낭떠러지를 따라 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.

도 6은 장애물 감지유닛의 전면도와 측면도이다. 도 7은 장애물 감지유닛의 조사 범위와 장애물 탐지 범위를 도시한 것이다. 도 6의 (a)는 장애물 감지유닛의 전면도이고, 도 6의 (b)는 측면도이다.

도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 장애물 감지유닛(100)의 제 1 및 제 2 패턴 조사부(120, 130)는 광원과, 광원으로부터 조사된 광이 투과됨으로써 소정의 패턴을 생성하는 패턴생성자(OPPE: Optical Pattern Projection Element)를 포함할 수 있다. 광원은 레이져 다이오드(Laser Diode, LD), 발광 다이오드(Light Emitteing Diode, LED) 등 일 수 있다. 레이져 광은 단색성, 직진성 및 접속 특성에 있어 다른 광원에 비해 월등해, 정밀한 거리 측정이 가능하며, 특히, 적외선 또는 가시광선은 대상체의 색상과 재질 등의 요인에 따라 거리 측정의 정밀도에 있어서 편차가 크게 발생되는 문제가 있기 때문에, 광원으로는 레이져 다이오드가 바람직하다. 패턴생성자는 렌즈, DOE(Diffractive optical element)를 포함할 수 있다. 각각의 패턴 조사부(120, 130)에 구비된 패턴 생성자의 구성에 따라 다양한 패턴의 광이 조사될 수 있다.

제 1 패턴 조사부(120)는 제 1 패턴의 광(P1, 이하, 제 1 패턴 광이라고 함.)을 본체(10)의 전방 하측을 향해 조사할 수 있다. 따라서, 제 1 패턴 광(P1)은 청소구역의 바닥에 입사될 수 있다.

제 1 패턴 광(P1)은 수평선(Ph)의 형태로 구성될 수 있다. 또한, 제 1 패턴 광(P1)은 수평선(Ph)과 수직선(Pv)이 교차하는 십자 패턴의 형태로 구성되는 것 또한 가능하다.

제 1 패턴 조사부(120), 제 2 패턴 조사부(130) 및 영상 획득부(140)는 수직으로, 일렬 배치될 수 있다. 영상 획득부(140)는, 제 1 패턴 조사부(120)와 제 2 패턴 조사부(130)의 하부에 배치되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 패턴 조사부와 제 2 패턴 조사부의 상부에 배치될 수도 있다.

실시예에서, 제 1 패턴 조사부(120)는 상측에 위치하여 전방을 향해 하방으로 제 1 패턴 광(P1)을 조사하여, 제 1 패턴 조사부(120) 보다 하측에 위치하는 장애물을 감지하고, 제 2 패턴 조사부(130)는 제 1 패턴 조사부(120)의 하측에 위치하여 전방을 향해 상방으로 제 2 패턴의 광(P2, 이하, 제 2 패턴 광이라고 함.)을 조사할 수 있다. 따라서, 제 2 패턴 광(P2)은 벽면이나, 청소구역의 바닥으로부터 적어도 제 2 패턴 조사부(130) 보다 높이 위치하는 장애물 또는 장애물의 일정 부분에 입사될 수 있다.

제 2 패턴 광(P2)은 제 1 패턴 광(P1)과 다른 패턴으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 수평선을 포함하여 구성된다. 여기서, 수평선은 반드시 연속한 선분이어야 하는 것은 아니고, 점선으로 이루어질 수도 있다.

한편, 앞서 설명한 도 2에서, 표시된 조사각(θh)은 제 1 패턴 조사부(120)로부터 조사된 제 1 패턴 광(P1)의 수평조사각을 표시한 것으로, 수평선(Ph)의 양단이 제 1 패턴 조사부(120)와 이루는 각도를 나타내며, 130˚ 내지 140˚ 범위에서 정해지는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다. 도 2에 표시된 점선은 이동 로봇(1)의 전방을 향하는 것이며, 제 1 패턴 광(P1)은 점선에 대해 대칭인 형태로 구성될 수 있다.

제 2 패턴 조사부(130) 역시 제 1 패턴 조사부(120)와 마찬가지로 수평 조사각이, 바람직하게는, 130˚ 내지 140˚ 범위에서 정해질 수 있으며, 실시예에 따라서는 제 1 패턴 조사부(120)와 동일한 수평 조사각으로 패턴 광(P2)을 조사할 수 있으며, 이 경우, 제 2 패턴 광(P1) 역시 도 2에 표시된 점선에 대해 대칭인 형태로 구성될 수 있다.

영상 획득부(140)는 본체(10) 전방의 영상을 획득할 수 있다. 특히, 영상 획득부(140)에 의해 획득된 영상(이하, 획득영상이라고 함.)에는 패턴 광(P1, P2)이 나타나며, 이하, 획득영상에 나타난 패턴 광(P1, P2)의 상을 광 패턴이라고 하고, 이는 실질적으로 실제 공간 상에 입사된 패턴 광(P1, P2)이 이미지 센서에 맺힌 상이기 때문에, 패턴 광들(P1, P2)과 같은 도면 부호를 부여하여, 제 1 패턴 광(P1) 및 제 2 패턴 광(P2)과 각각 대응하는 상들을 제 1 광 패턴(P1) 및 제 2 광 패턴(P2)이라고 하기로 한다.

영상 획득부(140)는 피사체의 상을 전기적 신호로 변환시킨 후 다시 디지털 신호로 바꿔 메모리소자에 기억시키는 디지털 카메라를 포함할 수 있으며, 디지털 카메라는 이미지센서(미도시)와 영상처리부(미도시)를 포함할 수 있다.

이미지센서는 광학 영상(image)을 전기적 신호로 변환하는 장치로, 다수개의 광 다이오드(photo diode)가 집적된 칩으로 구성되며, 광 다이오드로는 픽셀(pixel)을 예로 들 수 있다. 렌즈를 통과한 광에 의해 칩에 맺힌 영상에 의해 각각의 픽셀들에 전하가 축적되며, 픽셀에 축적된 전하들은 전기적 신호(예를들어, 전압)로 변환된다. 이미지센서로는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등이 잘 알려져 있다.

영상처리부는 이미지센서로부터 출력된 아날로그 신호를 바탕으로 디지털 영상을 생성한다. 영상처리부는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터와, AD컨버터로부터 출력된 디지털 신호에 따라 일시적으로 디지털 정보(digital data)를 기록하는 버퍼 메모리(buffer memory)와, 버퍼 메모리에 기록된 정보를 처리하여 디지털 영상을 구성하는 디지털 신호처리기(DSP:Digital Signal Processor)를 포함할 수 있다.

패턴검출부(210)는 획득영상을 구성하는 소정의 픽셀들에 대해 점, 선, 면 등의 특징을 검출 (feature detection)하고, 이렇게 검출된 특징을 바탕으로 광 패턴(P1, P2) 또는 광 패턴(P1, P2)을 구성하는 점, 선, 면 등을 검출할 수 있다.

예를 들어, 패턴검출부(210)는 주변보다 밝은 픽셀들이 연속됨으로써 구성되는 선분들을 추출하여, 제 1 광 패턴(P1)을 구성하는 수평선(Ph), 제 2 광 패턴(P2)을 구성하는 수평선을 추출할 수 있다.

그러나 이에 한정되지 않고, 디지털 영상으로부터 원하는 형태의 패턴을 추출하는 다양한 기법들이 이미 알려져 있는바, 패턴검출부(210)는 이들 공지된 기술들을 이용하여 제 1 광 패턴(P1)과 제 2 광 패턴(P2)을 추출할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 패턴 조사부(120)와 제 2 패턴 조사부(130)는 대칭으로 배치될 수 있다. 제 1 패턴 조사부(120)와 제 2 패턴 조사부(130)는 거리 h3 만큼 떨어져 상하로 배치되어 제 1 패턴 조사부는 하부로 제 1 패턴 광을 조사하고, 제 2 패턴 조사부는 상부로 제 2 패턴 광을 조사하여 상호 패턴 광이 교차된다.

영상 획득부(140)는 제 2 패턴 조사부로부터 거리 h2 만큼 떨어진 하부에 위치하여, 상하방향에 대하여 화각 θs로 로 본체(10)의 전방의 영상을 촬영한다. 영상 획득부(140)는 바닥면으로부터 거리 h1의 위치에 설치된다. 영상 획득부(140)는 이동 로봇(1)의 본체(10)의 전면부 하단을 구성하는 범퍼(미도시), 또는 주행 또는 청소를 위한 구조물의 형태를 고려하여, 전방을 촬영하는데 방해되지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

제 1 패턴 조사부(120) 또는 제 2 패턴 조사부(130)는 각각의 패턴 조사부(120, 130)를 구성하는 렌즈들의 주축(Optical axis)이 향하는 방향이 일정 조사각을 형성하도록 설치된다.

제 1 패턴 조사부(120)는 제 1 조사각(θr1)으로 제 1 패턴 광(P1)을 하부에 조사하고, 제 2 패턴 조사부(130)는 제 2 조사각(θr2)으로 제 2 패턴 광(P2)을 상부에 조사한다. 이때, 제 1 조사각과 제 2 조사각은 상이한 것을 기본으로 하나 경우에 따라 동일하게 설정될 수 있다. 제 1 조사각과 제 2 조사각은, 바람직하게는 50˚ 내지 75˚ 범위에서 정해지나 반드시 이에 한정되어야 하는 것을 아니다. 예를 들어 제 1 조사각은 60 내지 70도 제 2 조사각은 50 내지 55도로 설정될 수 있다. 이동 로봇의 하부 범퍼의 구조 또는 하부 물체감지 거리, 그리고 감지하고자 하는 상부의 높이에 따라 변경될 수 있다.

제 1 패턴 조사부(120) 및/또는 제 2 패턴 조사부(130)로부터 조사된 패턴 광이 장애물에 입사되었을 시, 장애물이 제 1 패턴 조사부(120)로부터 떨어진 위치에 따라, 획득영상에서 광 패턴(P1, P2)의 위치가 달라진다. 예를 들어, 제 1 패턴 광(P1)과 제 2 패턴 광(P2)이 소정의 장애물에 입사되었을 시, 장애물이 이동 로봇(1)로부터 가깝게 위치한 것일수록, 획득영상에서 제 1 광 패턴(P1)이 높은 위치에 표시되며, 반대로, 제 2 광 패턴(P2)은 낮은 위치에 표시된다. 즉, 영상 획득부(140)에 의해 생성되는 영상을 구성하는 행(횡방향으로 배열된 픽셀들로 이루어진 선)에 대응하는 장애물까지의 거리 데이터를 미리 저장하였다가, 영상 획득부(140)를 통해 획득된 영상에서 검출된 광 패턴(P1, P2)이 소정의 행에서 검출되면, 그 행에 대응하는 장애물까지의 거리 데이터로부터 장애물의 위치가 추정될 수 있다.

영상 획득부(140)는 렌즈의 주축이 수평한 방향을 향하도록 정렬되고, 도 7에 표시된 θs는 영상 획득부(140)의 화각을 표시한 것으로, 100˚ 이상의 값으로 설정되고, 바람직하게는 100˚ 내지 110˚이나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것을 아니다.

또한, 청소구역의 바닥으로부터 영상 획득부(140)까지의 거리는 대략 60mm 내지 70mm 사이에서 정해질 수 있고, 이 경우, 영상 획득부(140)가 획득한 영상에서 청소구역의 바닥은 영상 획득부로부터 D1 이후부터 나타나며, D2는 획득영상에 나타난 바닥 중에서 제 1 광 패턴(P1)이 표시되는 위치이다. 이때, D2에 장애물이 위치하는 경우, 영상 획득부(140)에 의해 장애물에 제 1 패턴 광(P1)이 입사된 영상이 획득될 수 있다. 장애물이 D2보다 이동 로봇에 근접한 경우 입사된 제 1 패턴 광(P1)에 대응하여 제 1 광 패턴은 기준위치(ref1)보다 상측에 표시된다.

여기서, 본체(10)로부터 D1까지의 거리는 바람직하게는 100mm 내지 150mm로 이고, D2까지의 거리는 바람직하게는 180mm 내지 280mm 이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, D3는 본체의 전면부 중 가장 돌출된 부분부터 제 2 패턴 광이 입사되는 위치까지의 거리를 나타낸 것으로, 본체는 이동중에 장애물을 감지하므로, 장애물에 충돌하지 않고 전방(상부)의 장애물을 감지할 수 있는 최소한의 거리이다. D3는 대략 23mm 내지 30mm 로 설정될 수 있다.

한편, 장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 주행하는 중, 획득영상에 나타난 제 1 광 패턴(P1)이 정상상태에서 사라지는 경우 또는 제 1 광 패턴의 일부만 표시되는 경우, 이동 로봇(1)의 주변에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단한다.

장애물정보 획득부(220)는 획득영상에 제 1 광 패턴이 표시되지 않는 경우, 이동 로봇(1)의 전방에 위치하는 낭떠러지를 인식할 수 있다. 이동 로봇(1)의 전방에 낭떠러지(예를 들어, 계단)가 존재하는 경우, 제 1 패턴 광이 바닥에 입사되지 않으므로, 획득영상에서 제 1 광 패턴(P1)이 사라지게 된다.

장애물정보 획득부(220)는 D2의 길이를 바탕으로, 본체(10)로부터 D2 만큼 떨어진 전방에 낭떠러지가 있는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 제 1 패턴 광(P1)이 십자 형상인 경우에는 수평선은 사라지고 수직선만 표시됨에 따라 낭떠러지를 판단할 수 있다.

또한, 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴의 일부가 표시되지 않는 경우, 이동 로봇(1)의 좌측 또는 우측에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 제 1 광 패턴의 우측 일부가 표시되지 않는 경우, 낭떠러지가 우측에 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

따라서, 장애물정보 획득부(220)는 파악된 낭떠러지 정보를 바탕으로, 주행제어부(230)는 이동 로봇(1)이 낭떠러지에 빠지지 않는 경로를 따라 주행될 수 있도록 주행 구동부(300)를 제어할 수 있다.

또한, 주행제어부(230)는 전방에 낭떠러지가 존재하는 경우, 일정거리, 예를 들어 D2 또는 그 이하로 전진하여, 본체의 하부에 설치된 낭떠러지센서를 이용하여, 낭떠러지인지 여부를 다시 한번 확인할 수 있다. 이동 로봇(1)은 획득영상을 통해 낭떠러지를 1차 확인하고, 일정거리 주행하여 낭떠러지 센서를 통해 2차 확인할 수 있다.

도 8 은 제 1 패턴 조사부에 의해 조사되는 패턴의 광을 도시한 도이다.

패턴검출부(210)는 영상 획득부(140)로부터 입력되는 획득영상으로부터 제 1 광 패턴 또는 제 2 광 패턴을 검출하여 장애물정보 획득부(220)로 인가한다.

장애물정보 획득부(220)는 획득영상으로부터 검출된 제 1 광 패턴 또는 제 2 광 패턴을 분석하여 제 1 광 패턴의 위치를 정해진 기준위치(ref1)와 비교하여 장애물을 판단한다.

도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제 1 광 패턴(P1)의 수평선이 기준위치(ref1)에 위치하는 경우, 정상상태로 판단한다. 이때 정상상태란, 바닥이 높낮이가 없고 고른, 평편한 상태이고, 전방에 장애물이 존재하지 않아 계속 주행 가능한 상태이다.

제 2 광 패턴(P2)은, 전방의 상부에 장애물이 존재하는 경우 장애물에 입사되어 획득영상에 나타나므로, 정상상태에서는 제 2 광 패턴(P2)은 나타나지 않는 것이 일반적이다.

도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1 광 패턴(P1)의 수평선이 기준위치(ref1)보다 상부에 위치하는 경우, 장애물정보 획득부(220)는 전방에 장애물이 존재하는 것으로 판단한다.

주행제어부(230)는 도시된 바와 같이 장애물정보 획득부(220)를 통해 장애물이 감지되면, 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다. 한편, 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴(P1) 및 제 2 광 패턴의 위치와 제 2 광 패턴의 표시 여부에 대응하여 감지된 장애물의 위치와 크기를 판단할 수 있다. 또한, 장애물정보 획득부(220)는 주행중에 획득영상에 표시되는 제 1 광 패턴과 제 2 광 패턴의 변화에 대응하여 장애물의 위치와 크기를 판단할 수 있다.

주행제어부(230)는 장애물정보 획득부(220)로부터 입력되는 장애물의 정보를 바탕으로, 장애물에 대하여 계속 주행할 수 있는지 또는 회피하여 주행할지 여부를 판단하여 주행 구동부(300)를 제어한다. 예를 들어 주행제어부(230)는 장애물의 높이가 일정 높이 이하로 낮은 경우, 또는 장애물과 바닥 사이에 공간에 진입 가능한 경우에는 주행이 가능하다고 판단한다.

도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 광 패턴(P1)이 기준위치(ref1)보다 낮은 위치에 표시될 수 있다. 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴(P1)이 기준위치보다 낮은 위치에 나타나는 경우, 내리막 경사로가 존재하는 것으로 판단한다. 낭떠러지의 경우 제 1 광 패턴(P1)이 사라지므로 낭떠러지와는 구분될 수 있다.

도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴이 표시되지 않는 경우 주행방향에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단한다.

또한, 도 8의 (e)와 같이, 제 1 광 패턴의 일부가 표시되지 않는 경우, 장애물정보 획득부(220)는 좌측 또는 우측에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 장애물정보 획득부(220)는 본체(10)의 좌측에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단한다.

한편, 제 1 광 패턴(P1)이 십자형상인 경우에는 수평선의 위치와, 수직선의 길이를 모두 고려하여 장애물을 판단할 수 있다.

도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇에 있어서 장애물에 조사되는 패턴의 형태를 도시한 예시도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 장애물 감지유닛(100)으로부터 조사되는 패턴 광이 장애물에 조사되어, 촬영된 획득영상에 나타남에 따라 장애물정보 획득부는 장애물의 위치, 크기, 형태를 판단할 수 있다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 주행 중 전방에 벽면이 존재하는 경우, 제 1 패턴 광은 바닥에 입사되고 제 2 패턴 광은 벽면에 입사된다. 그에 따라 획득영상에는 제 1 광 패턴(P1)과 제 2 광 패턴(P2)이 두 개의 수평선으로 표시된다. 이때 벽면과의 거리가 D2보다 먼 경우 제 1 광 패턴(P1)은 기준위치(ref1)에 표시되나 제 2 광 패턴이 표시됨에 따라 장애물정보 획득부(220)는 장애물이 존재하는 것을 판단할 수 있다.

한편, 본체(10)와 벽면과의 거리가 D2 미만으로 근접하는 경우, 제 1 패턴 광이 바닥이 아닌 벽면에 입사되므로, 획득영상에는 제 1 광 패턴이 기준위치(ref1)보다 상측에 표시되고, 그 상측에 제 2 광 패턴이 표시된다. 제 2 광 패턴은 장애물에 근접할수록 그 위치가 하측에 표시되므로, 벽면과 본체(10)의 거리가 D2보다 먼 경우보다는 하측에 표시된다. 단, 제 2 패턴 광은 기준위치 및 제 1 광 패턴보다는 상측에 표시된다.

그에 따라 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴과 제 2 광 패턴을 통해 장애물인 벽면까지의 거리를 산출할 수 있다.

도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 침대, 서랍장 등의 장애물이 전방에 존재하는 경우, 제 1 패턴 광(P1)과 제 2 패턴 광(P2)이 두개의 수평선으로 바닥과 장애물에 각각 입사된다.

장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴과 제 2 광 패턴을 바탕으로 장애물을 판단한다. 제 2 광 패턴의 위치 및 장애물에 접근하는 중 나타나는 제 2 광 패턴의 변화를 바탕으로 장애물의 높이를 판단할 수 있다. 그에 따라 주행제어부(230)는 장애물의 하부 공간에 진입 가능한지 여부를 판단하여 주행 구동부(300)를 제어한다.

예를 들어 청소구역 내에 침대와 같이 바닥과의 사이에 소정의 공간이 형성되는 장애물이 위치하는 경우, 공간을 인지할 수 있으며, 바람직하게는 공간의 높이를 파악하여 장애물을 통과할 것인지, 회피할 것인지를 판단할 수 있다. 공간의 높이가 본체(10)의 높이보다 낮다고 판단된 경우, 주행제어부(230)는 본체(10)가 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어할 수 있다. 반대로, 공간의 높이가 본체(10)의 높이보다 높다고 판단된 경우, 주행제어부(230)는 본체(10)가 공간 내로 진입 또는 공간을 통과하도록 주행 구동부(300)를 제어하는 것도 가능하다.

이때, 전술한 9의 (a)에도 제 1 광 패턴과 제 2 광 패턴이 두개의 수평선으로 표시되기는 하나, 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴과 제 2 광 패턴 사이의 거리가 상이하므로 이를 구분할 수 있다. 또한, 도 9의 (a)의 경우, 장애물에 근접할수록 제 1 광 패턴의 위치가 기준위치보다 위에 표시되나, 도 9의 (b)와 같이, 상부에 위치한 장애물의 경우에는 일정거리 근접하더라도 제 1 광 패턴(P1)은 기준위치(ref1)에 표시되고, 제 2 광 패턴(P2)의 위치가 변경되므로, 장애물정보 획득부(220)는 장애물의 종류를 구분할 수 있다.

도 9의 (c)와 같이, 침대 또는 서랍장 모서리의 경우, 제 1 패턴 광(P1)은 바닥에 수평선으로 조사되고, 제 2 패턴 광(P2)은 장애물의 모서리에 조사됨에 따라 그 일부는 수평선으로 나타나고 나머지 일부는 사선으로 장애물에 입사되어 나타난다. 제 2 광 패턴은 본체(10)로부터 멀수록 상승하므로, 장애물의 측면의 경우, 전면에 조사되는 수평선보다 상측으로 꺾어지는 사선이 된다.

도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 본체(10)가 벽면 모서리에 일정거리 이상 근접한 경우, 제 1 패턴 광(P1)은 일부가 기준위치보다 상측에 수평선으로 표시되고, 모서리의 측면에 일부가 조사되어 하부로 꺾어지는 사선으로 표시되며, 바닥면에 대해서는 기준위치에서 수평선으로 표시된다.

한편, 제 2 패턴 광은 전술한 도 9의 (c)와 같이 일부는 수평선으로 표시되고, 모서리의 측면에 조사되는 일부는 상부로 꺾어지는 사선으로 입사되어 나타난다.

또한, 도 9의 (e)와 같이, 벽면으로부터 돌출된 장애물에 대하여, 제 1 광 패턴은 기준위치(ref1)에 수평선으로 표시되고, 제 2 광 패턴(P2)은 돌출면에 일부가 수평선으로 표시되고, 일부는 돌출면의 측면에 조사되어 상부로 꺾어지는 사선으로 표시되며, 나머지 일부는 벽면에 조사되어 수평선으로 나타난다.

그에 따라 장애물정보 획득부(220)는 제 1 패턴 광과 제 2 패턴 광의 위치 및 형태를 바탕으로 장애물의 위치, 형태, 크기(높이)를 판단한다.

도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 낭떠러지 회피 방법을 설명하는데 참조되는 도이고, 도 11 은 도 10의 이동 로봇의 동작에 대한 측면 사시도이며, 도 12 는 도 10의 낭떠러지 회피 시, 이동 로봇으로부터 조사되는 패턴이 도시된 예시도이다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 전방의 낭떠러지를 감지하여 낭떠러지에 떨어지지 않도록 주행한다.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 주행 중 제 1 패턴 조사부(120)로부터 조사되는 제 1 패턴 광이 영상 획득부(140)를 통해 촬영되면, 획득영상에 표시되는 제 1 광 패턴을 바탕으로 장애물을 판단한다. 도 11의 (a)와 같이 낭떠러지에 도달하기 전, 제 1 패턴 광은 이동 로봇의 전면 바닥에 조사되므로 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 획득영상에 표시되는 제 1 패턴 광은 정상상태로 표시된다.

도 10의 (b)와 같이, 이동 로봇(1)이 전지하여 낭떠러지에 접하는 경우, 도 11의 (b)와 같이, 제 1 패턴 광을 낭떠러지 밑에 조사되어 도 12의 (b)와 같이 획득영상에 나타나지 않는다.

그에 따라 장애물정보 획득부(220)는 전방에 낭떠러지가 있는 것으로 판단하여 주행제어부(230)로 낭떠러지 정보를 인가한다. 이때 주행제어부(230)는 낭떠러지 센서를 통해 낭떠러지 여부를 다시 한번 확인할 수 있다.

주행제어부(230)는 낭떠러지모드(클리프모드, Cliff mode)를 설정하고, 도 10의 (c)와 같이, 이동 로봇이 후진하도록 주행 구동부(300)를 제어한다. 주행제어부(230)는 이동 로봇이 안전하게 회전할 수 있는 공간을 확보하기 위해 일정거리 후진하도록 한다. 도 11의 (c)와 같이 이동 로봇이 후진하면, 주행제어부(230)는 이동 로봇이 회전하도록 주행 구동부(300)를 제어한다. 도 12의 (c)와 같이 이동 로봇이 후진하는 동안에는 제 1 패턴 광은 표시되지 않는다. 단, 후진 거리가 D2보다 큰 경우, 후진하는 중에 제 1 패턴 광이 획득영상에 나타날 수 있다.

도 10의 (d)와 같이, 이동 로봇은 좌측 또는 우측 중 어느 일방향으로 회전한다. 도 11의 (d)와 같이 회전 중에 제 1 패턴 광의 일부가 바닥에 조사되고, 그에 따라 도 12의 (d)와 같이 획득영상에 제 1 광 패턴의 일부가 표시된다.

장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴의 일부가 표시되는 경우, 제 1 광 패턴의 길이를 산출하고, 주행제어부(230)는 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상인지 여부를 판단한다. 주행제어부(230)는 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 미만이면 추가 회전하도록 한다.

한편, 도 10의 (e) 및 도 11의 (e)와 같이 이동 로봇이 90도 회전하고, 도 12의 (e)와 같이 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상이면, 주행제어부(230)는 이동 로봇이 전진하도록 제어한다.

즉 이동 로봇은 낭떠러지모드 설정 시, 도시된 바와 같이, 좌측 또는 우측에 낭떠러지가 있는 상태에서 낭떠러지에 추락하지 않는 상태를 유지하면서 주행한다. 이때, 낭떠러지로 인하여 제 1 광 패턴의 일부가 표시되지 않는다. 주행제어부(230)는 제 1 광 패턴의 일부가 표시되는 상태에서, 제 1 광 패턴의 길이가 유지되도록 주행을 제어함에 따라 낭떠러지에 추락하지 않으면서 낭떠러지를 따라 이동하게 된다.

이때, 이동 로봇은 지속적인 낭떠러지 확인 없이도 직진 주행하여 낭떠러지를 회피할 수 있다.

도 10의 (f) 및 도 11의 (f)와 같이, 이동 로봇(1)이 낭떠러지를 벗어난 경우, 도 12의 (f)와 같이 제 1 광 패턴(P1)이 정상적으로 표시된다.

그에 따라 장애물정보 획득부는 낭떠러지모드를 해제하고, 주행제어부(230)는 정상 주행한다.

도 13 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 낭떠러지 회피 방법이 도시된 순서도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 주행 중, 제 1 광 패턴(P1)과 제 2 광 패턴(P2)을 바탕으로 장애물을 감지하여 회피하여 주행한다(S310). 이때, 제 1 및 제 2 패턴 조사부를 각각 광 패턴을 조사하고, 영상 획득부는 조사된 광 패턴을 촬영하여 획득영상을 입력한다. 패턴검출부는 획득영상으로부터 광 패턴을 검출하고, 장애물정보 획득부는 검출된 광 패턴을 분석하여 장애물의 위치, 장애물의 형태, 크기 등을 판단한다. 그에 따라 주행제어부(230)는 장애물에 대하여 계속 주행 가능 여부를 판단하고 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.

한편, 장애물정보 획득부는 주행 중, 획득영상으로부터 제 1 광 패턴이 정상상태에서, 제 1 광 패턴이 표시되지 않는 경우, 전방에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단하여 낭떠러지모드를 설정한다(S330). 주행제어부(230)는 낭떠러지모드 설정에 따라, 낭떠러지를 회피하여 주행하도록 주행 구동부를 제어한다.

이때 주행제어부(230)는 낭떠러지센서가 구비된 경우, 일정거리 전진하여 낭떠러지센서를 통해 낭떠러지 여부를 다시 판단한다(S350). 낭떠러지 센서는 바닥까지의 거리를 측정하여, 신호가 수신되지 않거나 바닥까지의 거리가 일정거리 이상인 경우 낭떠러지신호를 입력한다. 한편, 낭떠러지 센서가 구비되지 않는 경우, 주행제어부는 제 1 패턴 광이 획득영상에 표시되지 않아 낭떠러지 모드가 설정되면, 즉시 낭떠러지를 회피하여 주행하도록 한다.

주행제어부는 낭떠러지센서의 신호에 대응하여 주행 가능 여부를 판단하여, (S360), 주행 불가로 판단하여 낭떠러지에 추락하지 않도록 낭떠러지를 회피하여 주행하도록 한다. 이때 주행제어부는 낭떠러지센서로부터 바닥까지의 거리가 일정거리 이하의 경사로인 경우 주행가능으로 판단하여 낭떠러지모드를 해제하고 계속 주행할 수 있다.

주행제어부(230)는 낭떠러지 회피를 위해, 이동 로봇(1)이 설정거리 후진하도록 하고, 후진한 후 일방향으로 회전하도록 주행 구동부(300)를 제어한다(S380). 이때 좌측 또는 우측 중 어느 일방향으로 회전하며, 주행중 감지된 장애물 정보를 바탕으로 회전방향을 설정할 수 있다.

회전중, 획득영상에 제 1 광 패턴의 일부가 표시되면 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상인지 여부를 판단한다(S390). 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 미만이면 계속하여 회전하도록 한다(S380, S390).

제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상이면, 주행제어부(230)는 회전을 정지하도록 한다(S400).

경우에 따라 주행제어부(230)는 제 1 광 패턴의 길이에 관계없이 본체(10)가 지정각만큼 회전하면, 전진하여 주행하도록 할 수 있다. 단, 주행제어부는 회전 후, 제 1 광 패턴의 일부가 획득영상에 표시되는 경우 주행하도록 하고, 회전 후에도 제 1 광 패턴이 획득영상에 나타나지 않는 경우에는 낭떠러지 추락 가능성이 있다고 판단하여 추가로 이동하거나 회전하도록 한다.

주행제어부(230)는 제 1 광 패턴의 길이가 유지되도록 주행을 제어한다(S410). 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴의 길이를 산출하고, 주행제어부(230)는 제 1 광 패턴의 길이가 감소하는 경우 낭떠러지에 접근하는 것으로 판단하여 추가 회전하여 주행하도록 한다.

장애물정보 획득부(220)는 획득영상에 나타나는 제 1 광 패턴의 길이가 정상상태인지 판단하고, 정상상태인 경우, 낭떠러지를 회피했다고 판단하여 낭떠러지모드를 해제한다(S430). 장애물정보 획득부(220)는 즉 제 1 광 패턴의 길이가 정상길이이고, 기준위치에 위치하는 경우 정상상태로 판단한다.

그에 따라 주행제어부(230)는 낭떠러지를 회피하였으므로 지정된 동작, 예를 들어 청소 또는 특정 위치로의 이동을 이어서 수행하도록 주행 구동부(300)를 제어하고, 그에 따라 청소부(310) 또한, 주행 중 주변의 이물질을 흡수하여 청소를 수행한다.

따라서 이동 로봇(1)은 광 패턴을 이용하여 낭떠러지를 판단하고 낭떠러지에 반복적으로 접근하지 않고 낭떠러지에 추락하지 않는 위치에서 주행하여 낭떠러지를 단시간에 회피할 수 있다. 본 발명은 반복적으로 낭떠러지에 접근하지 않고 바로 회피하도록 함으로써, 이동 로봇이 낭떠러지에 추락하는 것을 방지하여 주행의 안정성이 향상된다.

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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

1: 이동 로봇 10: 본체
100: 장애물 감지유닛 120: 제 1 패턴 조사부
130: 제 2 패턴 조사부 140: 영상 획득부
200: 제어부 210: 패턴검출부
220: 장애물정보 획득부 230: 주행제어부
240: 데이터부 300: 주행 구동부

Claims (20)

1. 청소구역을 주행하며, 청소구역 내 바닥의 이물질을 흡입하는 본체;
   상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방 하측을 향해 제 1 패턴의 광을 조사하는 제 1 패턴 조사부;
   상기 본체의 전면에 배치되되, 상기 제 1 패턴 조사부의 하측에 배치되어, 상기 본체의 전방 상측을 향해 제 2 패턴의 광을 조사하는 제 2 패턴 조사부;
   상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
   상기 영상 획득부로부터 입력되는 획득영상으로부터, 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴과, 상기 제 2 패턴의 광에 대응하는 제 2 광 패턴을 검출하여 장애물을 판단하고 상기 장애물을 통과하거나 또는 회피하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 형태를 바탕으로 낭떠러지를 판단하고, 낭떠러지가 존재하는 경우 일정거리 후진 후 상기 본체가 설정각도 회전하도록 제어하여, 회전 중 상기 획득영상에 상기 제 1 광 패턴의 일부가 표시되면, 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상인 경우 회전을 정지하고, 상기 획득영상에 상기 제 1 광 패턴의 일부가 표시된 상태에서 상기 제 1 광 패턴의 길이가 감소하지 않도록 주행을 제어하여 낭떠러지를 따라 주행하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 패턴 조사부, 상기 제 2 패턴 조사부 및 상기 영상 획득부는 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 영상 획득부는,
   상기 제 2 패턴 조사부의 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 패턴 조사부와 상기 제 2 패턴 조사부는 상호 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 패턴 조사부는 수평선을 포함하는 상기 제 1 패턴의 광을 조사하고,
   상기 제 2 패턴 조사부는 수평선을 포함하는 상기 제 2 패턴의 광을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 패턴의 광은 상기 수평선에 수직선을 더 포함하는 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제 1 광 패턴이 상기 획득영상에 표시되지 않는 경우, 주행방향에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제 1 광 패턴의 일부가 상기 획득영상에 표시되는 경우 상기 본체의 좌측 또는 우측에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 본체의 전방 하부에 바닥을 향하도록 구비되는 낭떠러지 센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제 1 광 패턴이 상기 획득영상에 표시되지 않는 경우, 소정거리 전진하여, 상기 낭떠러지 센서로부터 낭떠러지 신호가 입력되면 낭떠러지로 최종판단하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 광 패턴의 길이가 상기 설정값 미만이면 계속하여 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 획득영상에서 상기 제 1 광 패턴이 기준위치에 표시되는 경우, 전방에 장애물이 존재하지 않는 정상상태로 판단하고, 상기 낭떠러지를 회피한 것으로 판단하여 기 설정된 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 획득영상으로부터 상기 제 1 광 패턴과 상기 제 2 광 패턴을 검출하는 패턴검출부;
    상기 제 1 광 패턴 또는 상기 제 2 광 패턴의 위치와 길이에 대응하여 장애물의 위치, 크기, 형태를 판단하는 장애물정보 획득부; 및
    상기 장애물을 회피하거나 통과하여 주행하도록 상기 본체의 이동을 제어하는 주행제어부를 포함하는 이동로봇.
14. 제 1 패턴의 광과 제 2 패턴의 광을 조사하고, 전방의 영상을 촬영하며 주행하는 단계;
    촬영된 획득영상으로부터 상기 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴과, 상기 제 2 패턴의 광에 대응하는 제 2 광 패턴을 검출하는 단계;
    상기 제 1 광 패턴 또는 상기 제 2 광 패턴으로부터 장애물을 감지하는 단계;
    복수의 장애물 중, 상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 형태를 바탕으로 낭떠러지를 감지하는 단계;
    진행방향에 낭떠러지가 존재하는 경우, 일정거리 후진하는 단계;
    설정각도 회전하는 단계;
    회전 중, 상기 획득영상에 제 1 광 패턴의 일부가 표시되면, 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상인 경우 회전을 정지하는 단계;
    상기 제 1 광 패턴의 길이가 감소하지 않는 경로로 주행하는 단계; 및
    상기 낭떠러지를 따라 주행하여 상기 낭떠러지를 회피하는 단계를 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광 패턴이 상기 획득영상에 표시되지 않는 경우, 주행방향에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광 패턴의 일부가 상기 획득영상에 표시되는 경우 본체의 좌측 또는 우측에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 광 패턴이 상기 획득영상에 표시되지 않는 경우, 소정거리 전진하여, 본체의 전방 하부에 구비되는 낭떠러지 센서로부터 낭떠러지 신호가 입력되면 낭떠러지로 최종판단하는 단계를 더 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 길이가 상기 설정값 미만이면 추가 회전하는 단계;를 더 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
19. 청소구역을 주행하며, 청소구역 내 바닥의 이물질을 흡입하는 본체;
    상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방 하측을 향해 제 1 패턴의 광을 조사하는 제 1 패턴 조사부;
    상기 본체의 전면에 배치되어, 상기 본체의 전방에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 본체의 전방 하부에 바닥을 향하도록 구비되는 낭떠러지 센서; 및
    상기 영상 획득부로부터 입력되는 획득영상으로부터, 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴을 검출하고 장애물을 판단하여 주행을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 형태를 바탕으로 낭떠러지를 1차 판단하고, 주행방향으로 소정 거리 전진 주행하여 상기 낭떠러지 센서에 의해 낭떠러지 신호가 감지되면, 주행방향에 낭떠러지가 존재하는 것으로 최종판단하며,
    상기 본체가 일정거리 후진 후 회전하여 획득영상에 표시되는 상기 제 1 패턴의 길이가 설정값 이상아면 회전을 중지하고, 제 1 방향으로 주행방향을 설정하여 낭떠러지를 따라 주행하도록 하고, 낭떠러지 상태가 해소되면 낭떠러지를 따라 주행하는 것을 종료하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
20. 제 1 패턴의 광을 전방 하측을 향해 조사하고 전방의 영상을 촬영하며 주행하는 단계;
    촬영된 획득영상으로부터 상기 제 1 패턴의 광에 대응하는 제 1 광 패턴을 검출하여 낭떠러지를 감지하는 단계;
    주행방향으로 소정거리 전진하는 단계;
    본체의 전방 하측에 구비되는 낭떠러지 센서를 통해 낭떠러지를 최종판단하는 단계;
    일정거리 후진 후 회전하는 단계;
    회전 중 획득영상에 상기 제 1 광 패턴의 일부가 표시되면 제 1 광 패턴의 길이가 설정값 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 획득영상에 표시되는 상기 제 1 광 패턴의 길이가 상기 설정값 이상이면 회전을 정지하는 단계;
    제 1 방향으로 주행방향을 설정하는 단계;
    상기 제 1 방향으로 주행하며 낭떠러지를 따라 이동하는 단계; 및
    상기 제 1 광 패턴의 길이에 따라 낭떠러지 상태가 해소되면, 낭떠러지를 따라 이동하는 것을 중지하고 기 설정에 따라 주행하는 단계;를 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
    
    

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