KR102147208B1 - 이동 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이동 로봇은 본체의 전방의 청소구역 내 바닥을 향해 제 1 패턴의 광고, 상향으로 제 2 패턴의 광을 조사하고, 조사된 각 패턴의 광이 장애물에 입사된 영상을 통해 장애물을 판단하고, 본체의 기울어짐을 감지하여 기울기를 보상함으로써, 장애물에 대한 정확한 판단이 가능하고, 기울기 보상을 통해 주행 가능 여부를 다시 판단하여 장애물을 통과하거나 회피할 수 있으므로, 다양한 영역에 진입할 수 있어 청소가능 영역이 확장되며, 빠른 판단과 동작이 가능하고 장애물이 구속되지 않고 탈출하여 효과적으로 주행할 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 카메라부를 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, 이동 로봇이 문턱이나 일정 높이 이하의 장애물 위로 올라가는 경우, 본체가 기울어짐에 따라 장애물이나 낭떠러지로 잘못 판단하여 더 이상 주행하지 못하고 장애물에 구속된 상태가 유지되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이동 로봇의 기울기를 감지하여 기울어진 정도에 따라 기울기 보상을 수행함으로써, 보상결과에 따라 장애물을 다시 판단하여 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 기울기를 감지하여 감지신호를 입력하는 센서부, 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 센서부로부터 입력되는 감지신호를 바탕으로 상기 본체가 기울어진 상태인지 여부를 판단하고, 상기 본체가 기울어진 경우, 상기 본체의 기울기에 따라 상기 제 1 광 패턴에 대한 기울기 보상을 통해 장애물 여부를 다시 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 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 검출하여 장애물을 감지하는 단계, 본체의 기울기를 감지하는 단계, 상기 본체가 기울어진 경우, 기울기에 따라 상기 제 1 광 패턴 또는 상기 제 2 광 패턴에 대한 기울기 보상을 수행하는 단계, 및 상기 기울기 보상 후, 상기 장애물에 대하여 다시 판단하여, 상기 장애물을 통과하거나 회피하여 주행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이동 로봇 및 그 제어방법은 상하로 배치되어 조사되는 패턴들을 이용하여 장애물을 판단하는데 있어서, 본체의 기울어짐을 감지하여 조사된 패턴에 대하여 기울기를 보상함으로써 장애물에 대한 정확한 판단이 가능하고, 기울기 보상을 통해 주행 가능 여부를 다시 판단하여 장애물을 통과하거나 회피할 수 있으므로, 다양한 영역에 진입할 수 있어 청소가능 영역이 확장되고, 빠른 판단과 동작이 가능하고 장애물이 구속되지 않고 탈출하여 효과적으로 주행할 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 탐지 부의 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 본체 기울어짐에 대해 설명하는데 참조되는 도이다.
도 11 은 도 10의 이동 로봇의 기울어짐에 따른 패턴이 도시된 예시도이다.
도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 실시예가 도시된 도이다.
도 13 은 도 12의 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 패턴의 변화가 도시된 예시도이다.
도 14 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 다른 실시예가 도시된 도이다.
도 15 는 도 14의 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 패턴의 변화가 도시된 예시도이다.
도 16 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기 보정에 따른 실시예가 도시된 도이다.
도 17 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기 보정의 다른 실시예가 도시된 도이다.
도 18 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기를 보상하는 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 19 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기 보상을 통한 주행방법이 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), 센서부(150), 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.
센서부(150)는 복수의 센서를 포함하여 장애물감지를 보조한다. 또한, 센서부(150)는 적어도 하나의 기울기센서를 포함하여 본체의 기울기를 감지한다. 기울기센서는 본체의 전, 후, 좌, 우 방향으로 기울어지는 경우, 기울어진 방향과 각도를 산출한다. 기울기센서는 틸트센서, 가속도센서 등이 사용될 수 있고, 가속도센서의 경우 자이로식, 관성식, 실리콘반도체식 중 어느 것이나 적용 가능하다.
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 장애물 감지유닛(100)으로부터 입력되는 획득영상을 통해 장애물을 판단하여 이동방향 또는 주행경로를 변경하여 장애물을 통과하거나 또는 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.
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 센서부(150)의 기울기센서로부터 입력되는 기울기정보를 바탕으로, 본체의 기울어짐 여부를 판단하고, 본체가 기울어진 경우, 획득영상의 광 패턴의 위치에 대하여 기울기를 보상한다.
장애물정보 획득부(220)는 기울기센서에 의해 감지되는 본체의 기울기에 대응하여 획득영상의 광 패턴에 대한 기울기 보상을 통해, 장애물에 대하여 재판단한다. 주행제어부는 장애물정보 획득부에 의해 장애물이 다시 판단되면, 이를 바탕으로 주행 가능 여부를 판단하고, 주행경로를 설정하여 주행 구동부(300)를 제어한다.
도 6은 장애물 감지유닛의 전면도와 측면도이다. 도 7은 장애물 탐지 부의 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 공간상에 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)으로부터 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 획득부(220)는 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 본체 기울어짐에 대해 설명하는데 참조되는 도이다.
도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 문턱, 선풍기 등의 일정크기 이하의 장애물로 인하여 본체(10)가 좌측 또는 우측으로 기울어질 수 있다. 즉 문턱이나 선풍기로 좌륜 또는 우륜이 올라가는 경우, 도시된 바와 같이 본체의 어느 일측이 장애물의 높이만큼 들려 본체가 기울어지게 된다.
또한, 도 10의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 본체의 전방 또는 후방이 들려 본체(10)가 기울어질 수 있다.
예를 들어 문턱을 통과하는 경우, 문턱을 넘는 과정에서, 도 10의 (c)와 같이 문턱 등반으로 본체의 전방이 들리고, 문턱을 넘어 내려가는 과정에서 도 10의 (d)와 같이 본체의 후방이 들려 본체가 기울어질 수 있다.
센서부(150)는 각각 기울어진 방향과 기울기의 각도, 제 1 기울기(θ1) 내지 제 4 기울기(θ4)를 감지하여 제어부(200)로 입력한다.
제어부(200)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라 본체(10)의 기울어짐을 판단하고, 기울기 방향과 기울기 각도를 바탕으로 획득영상의 광 패턴에 대한 기울기 보상을 수행한다.
도 11 은 도 10의 이동 로봇의 기울어짐에 따른 패턴이 도시된 예시도이다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 본체(10)가 장애물(O)에 의해 좌측 또는 우측으로 기울어진 경우, 획득영상에 나타나는 광 패턴(P1) 또한 일정 각도 기울어진 형태로 표시된다.
제어부(200)는 이러한 광 패턴(P1)을 판단하는데 있어서, 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호로부터, 본체(10)의 기울어진 방향과 기울기 각도를 바탕으로 광 패턴에 대한 기울기 보상을 수행한다.
장애물정보 획득부(220)는 좌륜이 장애물(O) 위로 올라가 본체(10)가 기울어진 경우, 획득영상의 광 패턴이 본체(10)의 기울어짐으로 인한 것으로 판단한다. 장애물정보 획득부(220)는 기울어진 방향과 각도를 바탕으로 광 패턴을 보상하여, 전방의 장애물에 대해 다시 판단하여 주행제어부로 장애물 정보를 인가한다. 그에 따라 주행제어부는 장애물에 따라 계속 주행하여 통과할지 또는 장애물을 회피하여주행할지 여부를 설정하여 주행을 제어한다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)이 장애물(O)을 넘어 통과하는 경우, 예를 들어 문턱을 올라가는 과정에서, 획득영상의 광 패턴(P1)은 기준위치(ref1)보다 낮은 위치에 표시된다. 경우에 따라 문턱의 높이가 높은 경우에는 획득 영상에 광 패턴이 표시되지 않을 수도 있다.
장애물정보 획득부(220)는 획득영상에서 광 패턴이 기준위치(ref1)보다 낮은 지점에 표시되거나, 또는 표시되지 않는 경우, 낭떠러지로 판단할 수 있다. 그러나 장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라 본체(10)가 기울어진 것으로 판단되면, 낭떠러지가 아닌 것으로 재 판단한다. 이때, 장애물정보 획득부(220)는 기울기 방향과 각도에 따라 광 패턴에 대해 기울기 보상을 수행하여 주행을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 장애물인 문턱에 진입하기 전, 장애물의 크기와 높이를 판단하므로, 미리 판단된 장애물의 정보를 바탕으로 낭떠러지가 아님을 판단할 수 있다.
도 11의 (c)와 같이 장애물(O)을 넘어 내려오는 경우 이동 로봇(1)은 전방으로 기울어지게 되므로, 획득영상에서 광 패턴(P1)은 기준위치(ref1)보다 상측에 표시된다.
장애물정보 획득부(220)는 광 패턴의 위치에 따라 전방에 장애물이 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)의 감지신호를 바탕으로, 본체(10)가 전방으로 기울어진 것으로 판단되면, 기울기 각도를 바탕으로 광 패턴을 보상하여 장애물 여부를 재판단한다. 기울어진 정도에 따라 패턴 광이 도달하는 거리가 상이하므로 제어부(200)는 본체가 기울어져 있는 경우 기울기 각도에 따라 광 패턴을 보상함으로써 장애물 여부를 다시 판단하고, 주행제어부는 장애물 여부에 따라 주행을 제어한다.
이때, 장애물정보 획득부(220)는 장애물을 통과하는 과정에서 기울기 각도가 일정각도보다 큰 경우, 예외로 처리하여 광 패턴은 무시하고 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단한다. 그에 따라 주행제어부는 장애물이 존재하지 않으므로 주행을 계속 하도록 한다. 예를 들어 문턱을 진입하는 경우, 본체(10)의 기울기가 일정각도보다 큰 경우 후진하여 회피할 수 있으나, 문턱에 진입한 이후에는 문턱을 통과해야하므로, 장애물정보 획득부(220)는 광 패턴에 의한 장애물 판단을 무시하여 장애물이 없는 것으로 판단한다. 그에 따라 주행제어부는 계속 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.
도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 실시예가 도시된 도이고, 도 13 은 도 12의 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 패턴의 변화가 도시된 예시도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 경사로에 진입하여 경사로를 주행할 수 있다.
이때, 이동 로봇(1)은 경사로에 진입하기 전, 경사로의 경사각으로 인하여, 획득영상의 광 패턴 분석을 통해 경사로가 장애물인 것으로 판단할 수 있다. 장애물정보 획득부(220)는 획득영상의 광 패턴을 분석하여 경사각을 판단하고, 경사로에 대한 진입 여부를 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 경사각이 일정각 이상인 경우 장애물인 것으로 판단하고, 그에 따라 주행제어부는 진입 불가로 판단하여 회피하여 주행하도록 한다. 한편, 경사각이 일정각 미만인 경우 장애물정보 획득부(220)는 장애물이 아닌 것으로 판단하고, 주행제어부는 진입 가능으로 판단하여 주행을 계속하도록 제어한다. 이동 로봇(1)은 오르막 경사로뿐 아니라, 내리막 경사로에 대해서도 진입 여부를 판단할 수 있다. 이하, 진입 가능한 경사로를 주행하는 경우에 대한 것으로, 진입가능한 경사각은 이동 로봇에 따라 상이할 수 있다. 또한, 경사각의 변경에 따른 광 패턴의 변화에 대한 이해를 돕기 위해 도면의 경사각을 일정 크기 이상으로 도시하였음을 명시한다.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 평지(PS1)를 주행하는 중, 경계점(P)을 지나 오르막 경사로(PS3)에 진입할 수 있다. 이동 로봇(1)은 경사로에 진입하기 전(PS2), 평지와 경사로의 경계점(P)에서 경사각이 발생함에 따라, 전방에 장애물이 존재하지 않고, 패턴 광이 바닥에 입사됨에도 불구하고 경사로를 장애물로 판단할 수 있다.
이동 로봇(1)이 평지를 주행하는 경우, 도 13의 (a)와 같이, 제 1 광 패턴(P1)은 기준위치(ref1)에 표시된다.
한편, 이동 로봇(1)이 경사로에 접근하면, 경계점(P)을 기준으로 도 13의(b)에 도시된 바와 같이, 획득영상에 나타나는 제 1 광 패턴(P1)은 기준위치(ref1)보다 상측에 표시된다.
장애물정보 획득부(220)는 경계점에 근접하여 제 1 광 패턴(P1)의 변화를 통해 경사로를 판단한다. 장애물정보 획득부(220)는 동일 거리를 주행했을 때, 장애물에 대하여 제 1 광 패턴이 표시되는 위치와, 경사로에서 제 1 광 패턴이 표시되는 위치에 차이가 있으므로, 이를 바탕으로 경사로의 경사각을 판단한다. 또한, 장애물정보 획득부(220)는 경사로의 경사각에 대응하여 광 패턴이 dt1 만큼 기준위치보다 상측에 표시됨에 따라, 이를 보상하여 장애물에 대하여 재 판단한다.
주행제어부(230)는 경사각 또는 장애물 판단을 통해 주행 가능하다고 판단되면, 주행 구동부(300)를 제어하여 경사로에 진입한다. 이동 로봇(1)이 경계점을 지나 경사로에 진입하면, 이동 로봇은 기울어져 있으나, 경사로 상에서 제 1 광 패턴은 도 13의 (c)와 같이 기준위치(ref1)에 표시되어 정상상태가 된다.
장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라 본체(10)의 기울어짐을 판단하고, 장애물이 감지되는 경우에 대하여 기울기 보상을 적용할지 여부를 판단한다.
한편, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 내리막 경사로를 주행하여(PS11) 평지(PS13)에 진입할 수 있다. 이 경우 획득영상에 표시되는 광 패턴은, 경사로를 진입하는 경우의 도 13의 (a) 내지 (c)와 동일하게 나타난다.
이동 로봇(1)은 경계점(P)에 도달하기 전(PS12), 경계점에서 경사각이 변경됨에 따라, 전방에 장애물이 존재하지 않고, 패턴 광이 바닥에 입사됨에도 불구하고 장애물로 판단할 수 있다.
제어부(200)는 장애물 감지유닛(100)을 통해 입력되는 획득영상에 대하여 제 1 광 패턴(P1)이 도 13의 (b)와 같이, 기준위치(ref1)의 상측에 표시됨에 따라 장애물을 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라, 본체(10)가 기울어진 것으로 판단하고, 그에 따라 광 패턴에 대한 기울기 보상을 수행한다.
장애물정보 획득부(220)는 본체가 기울어진 각도에 대응하여 광 패턴이 dt1 만큼 기준위치보다 상측에 표시됨에 따라, 이를 보상하여 장애물에 대하여 재 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 경계점(P)에서 경사각이 변경됨으로 인하여 장애물이 존재하지 않아도 장애물로 인식되는 부분을 기울기 보상을 통해 장애물이 없는 것으로 재 판단한다. 그에 따라 주행제어부(230)는 주행 구동부(300)를 제어하여 본체(10)가 계속 주행하도록 한다.
장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 경계점을 지나 평지에 진입하는 경우, 센서부(150)의 감지신호를 통해 평지에 진입한 것으로 판단하여 이후 감지되는 장애물에 대해 기울기 보상을 수행하지 않도록 한다. 획득영상에는 제 1 광 패턴이 정상상태로 표시된다.
본체(10)가 기울어진 상태에서, 제어부(200)는 본체의 기울기가 일정각도보다 크거나 또는 보상 후에도 장애물로 판단되더라도, 광 패턴에 의한 장애물 감지를 무시하고 계속 주행하도록 제어할 수 있다. 즉, 장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 기울어진 상태에서 탈피하여 정상상태로 복귀하기 위하여, 광 패턴에 의한 장애물 판단을 무시한다. 앞서 도 12의 (a)의 경우 경사각이 일정각도보다 크면 이동 로봇(1)은 장애물로 판단하여 진입하지 않으나, 이미 경사로에 위치하여 본체(10)가 기울어진 경우에는 본체가 기울어진 상태를 회피하기 위해 주행한다.
도 14 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 다른 실시예가 도시된 도이고, 도 15 는 도 14 의 이동 로봇의 경사로 진입에 따른 패턴의 변화가 도시된 예시도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 평지(PS21) 주행 중, 경계점(P)을 지나 내리막 경사로(PS23)에 진입할 수 있다.
이동 로봇(1)은 내리막 경사로에 진입하기 전(PS22), 평지와 경사로의 경계점(P)에서 경사각이 발생함에 따라, 전방에 장애물이 존재하지 않고, 패턴 광이 바닥에 입사됨에도 불구하고 경사로를 장애물, 즉 낭떠러지로 판단할 수 있다.
이때, 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 평지(PS22)에서 획득영상은 제 1 광 패턴이 기준위치(ref1)에 표시되므로, 장애물정보 획득부(220)는 정상상태로 판단한다.
한편, 내리막 경사로에 진입하기 전(PS22), 획득영상에는 도 15의 (b)와 같이, 제 1 광 패턴(P1)이 기준위치(ref1)보다 dt2 만큼 하측에 표시된다. 또는 제 1 광 패턴에 획득영상에 표시되지 않을 수 있다.
장애물정보 획득부(220)는 획득영상의 광 패턴을 바탕으로, 내리막 경사로에 대하여 낭떠러지로 1차 판단한 후, 접근 중 변화하는 제 1 광 패턴의 위치변화를 바탕으로 내리막 경사로를 판단할 수 있다. 또한, 장애물정보 획득부(220)는 별도 구비되는 낭떠러지 센서를 통해 낭떠러지 여부를 추가적으로 판단할 수 있다.
주행제어부(230)는 내리막 경사각이 일정크기 이상인 경우 낭떠러지로 인식하여 회피주행하고, 경사각이 일정크기 미만인 경우 주행 가능으로 판단하여 주행을 계속한다. 이때, 장애물정보 획득부(220)는 경사각이 일정 크기 미만인 경우, 경사각에 대응하여 dt2만큼 광 패턴의 위치를 보상하여 장애물을 재 판단한다. 제어부(200)는 경사각에 따른 위치변화를 보상함으로써 주행 가능으로 판단하여 주행 구동부(300)로 주행명령을 인가한다.
이동 로봇(1)이 내리막 경사로에 진입 한 후(PS23), 센서부(150)는 본체(10)의 기울기를 감지하여 제어부(200)로 입력한다. 획득영상에는 도 15의 (c)와 같이 제 1 광 패턴이 기준위치에 표시되므로, 장애물정보 획득부(220)는 정상상태로 판단한다.
한편, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 내리막 경사로(PS31)를 주행하여 평지(PS33)로 진입할 수 있다. 이때 획득영상의 광 패턴의 변화는 도 15의 (a) 내지 (c)와 같다.
이동 로봇(1)이 경계점(P)에 근접하면(PS32), 경사각이 변경됨에 따라 획득영상에는 도 15의 (b)와 같이 제 1 광 패턴이 기준위치보다 dt2 만큼 하측에 표시된다.
장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라, 본체가 기울어진 것을 판단하고, 기울기 각도에 대응하여 광 패턴에 대한 기울기 보상을 수행한다. 그에 따라 장애물정보 획득부(220)는 보상된 광 패턴을 바탕으로 장애물에 대하여 재 판단하고, 주행제어부는 재판단된 장애물에 대한 정보를 바탕으로 주행 가능 여부를 판단한다.
평지에 진입하면, 획득 영상은 도 15의 (c)와 같이 정상상태로 표시된다. 장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)의 감지신호에 따라 평지에 진입한 것을 판단하고 기울기 보상을 수행하지 않도록 한다.
도 16 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기 보정에 따른 실시예가 도시된 도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 센서부(150)의 감지신호를 바탕으로 획득영상의 광 패턴에 대하여, 기울기를 보상한다.
도 16의 (a)에 도시된 바와 같이, 본체(10)가 전방으로 기울어진 경우, 획득영상에는 제 1 광 패턴(P1)이 기울기 각도에 따라 dt1 만큼 기준위치(ref1)보다 상측에 표시된다. 장애물정보 획득부(220)는 기울기 각도에 대응하여 dt1만큼 제 1 광 패턴의 위치를 변경하여 기울기 보상을 수행할 수 있다. 그에 따라 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴이 정상상태인 것으로 판단하고, 주행제어부(230)는 주행을 계속하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.
한편, 본체(10)가 후방으로 기울어진 경우, 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1 광 패턴(P1)이 기울기 각도에 따라 dt2 만큼 기준위치(ref1)보다 하측에 표시된다. 장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)의 감지신호를 바탕으로, 기울기 각도에 대응하여 dt2만큼 제 1 광 패턴의 위치를 보상한다. 기울기 보상을 통해 획득영상의 제 1 광 패턴이 기준위치에 표시되므로, 장애물정보 획득부(220)는 정상상태로 판단한다.
도 17 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기 보정의 다른 실시예가 도시된 도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 기울기에 따라 기준위치를 변경하여 기울어짐을 보상할 수 있다.
도 17의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 장애물정보 획득부(220)는 센서부(150)로부터 입력되는 기울기 각도에 대응하여, 제 2 기준위치(ref2) 또는 제 3 기준위치(ref3)를 설정하여 기울어짐을 보상함으로써, 장애물을 판단한다.
본체(10)가 전방으로 기울어진 경우, 획득영상에는 제 1 광 패턴(P1)이 기울기 각도에 따라 dt1 만큼 기준위치(ref1)보다 상측에 표시되는데, 기울기 각도에 따라 장애물정보 획득부(220)는 기준위치(ref1)가 아닌 제 2 기준위치(ref2)를 바탕으로 제 1 광 패턴을 판단하여 전방의 장애물을 판단한다.
또한, 본체(10)가 후방으로 기울어진 경우, 장애물정보 획득부(220)는 제 1 광 패턴이 기준위치보다 dt2 만큼 하측에 표시되는 경우에도, 기울이 각도에 따라 제 3 기준위치(ref3)를 바탕으로 제 1 광 패턴을 판단하여 전방의 장애물을 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 제 2 또는 제 3 기준위치를 바탕으로 제 1 광 패턴을 비교함으로써, 제 1 광 패턴이 정상상태인 것으로 판단한다.
그에 따라 이동 로봇(1)은 기울기의 변경으로 인해 바닥을 장애물로 인식하지 않고 주행할 수 있다.
한편, 장애물정보 획득부(220)는 기울기 각도에 따라 제 1 광 패턴을 보상하거나, 기준위치를 변경하여 보상한 이후에도 제 1 광 패턴이 정상상태가 아닌 경우, 장애물이 존재하는 것으로 판단하고, 주행제어부(230)는 장애물을 회피하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.
도 18 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기를 보상하는 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)은 주행 중(S310), 장애물 감지유닛(100)으로부터 입력되는 획득영상으로부터 패턴을 추출하여 장애물을 감지한다. 패턴검출부(210)는 획득영상의 패턴을 추출하고, 장애물정보 획득부(220)는 추출된 패턴, 즉 광 패턴을 기준위치와 비교하여 광 패턴의 위치가 기준위치인지 여부에 따라 전방의 장애물을 판단한다(S320).
제어부(200)의 장애물정보 획득부(220)는 광 패턴이 기준위치보다 상측에 위치하는 경우, 주행 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단하고, 광 패턴이 기준위치보다 하측에 표시되는 경우 낭떠러지가 있는 것으로 판단한다.
또한, 제어부(200)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라 본체(10)가 기울어져 있는지 여부를 판단한다(S330).
예를 들어 앞서 설명한 도 10 및 도 11에서와 같이 본체(10)의 전, 후, 좌, 우 중 어느 하나의 방향으로 본체가 기울어진 경우, 장애물이 존재하지 않음에도 불구하고 장애물이 위치하는 것으로 판단할 수 있으므로 제어부(200)는 본체의 기울어짐 여부를 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 기울어진 경우, 감지신호에 따라 본체의 기울기 각도를 산출하고(S340), 기울기 각도가 설정 각도 이하인지 여부를 판단한다(S350).
장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 설정각도 이하로 기울어진 경우, 획득영상의 광 패턴에 대하여 기울기 보상을 수행한다(S360). 장애물정보 획득부(220)는 기울기에 따라 광 패턴의 위치를 변경하거나 또는 기준위치를 변경하여 기울기를 보상할 수 있다.
장애물정보 획득부(220)는 기울기 보상 후, 광 패턴을 기준위치와 비교하여, 장애물의 존재 여부를 다시 판단한다(S370).
장애물정보 획득부(220)는 기울기 보상을 통해 광 패턴이 기준위치에 위치하는 경우 정상상태로 판단하고, 그에 따라 주행제어부(230)는 주행을 유지하도록 한다(S380).
한편, 기울기 보상을 수행한 이 후, 광 패턴이 기준위치보다 상측에 위치하는 경우, 장애물정보 획득부(220)는 주행 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단하고, 광 패턴이 기준위치보다 하측에 표시되는 경우 낭떠러지가 있는 것으로 판단할 수 있다. 그에 따라 하여 주행제어부(230)는 장애물을 회피하도록 주행방향을 변경한다(S390). 주행제어부(230)는 변경된 방향으로 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어하고, 이동 로봇(1)은 변경된 방향으로 주행한다(S400).
단, 장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 전방으로 기울어지고, 낭떠러지가 아닌 경우, 광 패턴에 의한 장애물 판단을 무시하고 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단한다. 주행제어부(230)는 주행을 계속하도록 주행 구동부를 제어한다. 전술한 도 11의 (c)와 같은 상황에서, 이동 로봇은, 기울어진 상태를 탈피하기 위해 장애물을 무시하고 주행을 계속한다.
도 19 는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 기울기 보상을 통한 주행방법이 도시된 순서도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1)이 설정된 방향으로 주행하는 중(S410), 장애물 감지유닛(100)을 통해 장애물이 감지되면(S420), 장애물정보 획득부(220)는 획득영상의 광 패턴에 대응하여, 앞서 설명한 바와 같이, 장애물의 위치와 크기를 판단한다. 장애물정보 획득부(220)는 광 패턴이 기준위치에 표시되는 정상상태인 경우 주행방향에 장애물이 없는 것으로 판단한다. 그에 따라 주행제어부(230)는 설정된 주행을 유지한다(S520).
감지된 장애물이 낭떠러지인 경우, 주행제어부(230)는 장애물, 즉 낭떠러지에 일정거리 접근 한 후, 낭떠러지 센서를 통해 낭떠러지 여부를 재확인한다(S430).
주행제어부(230)는 낭떠러지인 경우, 낭떠러지에 추락하지 않도록 주행방향을 변경하고(S530), 변경된 방향으로 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다(S540).
낭떠러지가 아닌 경우, 제어부(200)는 센서부(150)로부터 입력되는 감지신호에 따라 본체(10)가 기울어져 있는지 여부를 판단한다(S450).
장애물정보 획득부(220)는 본체가 기울어지지 않은 경우, 전방의 장애물이 경사로인지 여부를 판단한다(S470). 앞서 설명한 바와 같이, 오르막 경사로인 경우 획득영상의 광 패턴이 기준위치보다 상측에 표시되고, 내리막 경사로인 경우 획득영상의 광 패턴이 기준위치보다 하측에 표시되므로 장애물로 판단될 수 있다.
그에 따라 장애물정보 획득부(220)는 일정거리 전진하면서 광 패턴의 위치 변화를, 장애물인 경우와 비교하여 경사로인지 여부를 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 경사로인 경우, 광 패턴의 위치변화를 바탕으로 경사각을 산출한다(S480). 이때, 경사로가 아닌 경우, 장애물정보 획득부(220)는 장애물로 판단한다. 주행제어부(230)는 장애물을 회피할 수 있도록 주행방향을 변경하고(S530), 변경된 방향으로 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다(S540).
한편, 장애물정보 획득부(220)는 본체(10)가 기울어진 경우, 감지신호에 따라 기울기 각도를 산출하고(S460), 기울기 각도가 설정각도 이하인지 여부를 판단한다(S490). 또한, 장애물정보 획득부(220)는 전방의 경사로의 경사각에 대하여, 경사각이 설정각도 이하인지 여부를 판단한다.
장애물정보 획득부(220)는 본체의 경사각이 설정각도보다 큰 경우, 장애물로 판단한다. 주행제어부(230)는 경사로에 진입하지 않도록 주행방향을 변경하고(S530), 변경된 방향으로 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다(S540).
또한, 주행제어부(230)는 기울기 각도가 설정각도보다 큰 경우, 주행방향을 변경하고(S530), 변경된 방향으로 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다(S540). 이때 주행제어부(230)는 후진하여 본체(10)의 기울기가 정상상태가 되도록 할 수 있다.
예외적으로, 본체(10)가 전방으로 기울어지고, 낭떠러지가 아닌 경우, 장애물정보 획득부(220)는 기울기 각도가 설정각도보다 크더라도, 광 패턴에 의한 장애물 판단은 무시하고 장애물이 없는 것으로 판단한다. 그에 따라 주행제어부(230)는 본체(10)가 계속 주행하도록 한다. 예를 들어 전술한 도 11의 (c)와 같은 상황에서, 광 패턴을 통해 감지되는 장애물을 무시하고 계속 주행하도록 함으로써 이동 로봇은 기울어진 상태를 탈피할 수 있다.
장애물정보 획득부(220)는 본체의 기울기가 설정각도 이하인 경우, 또는 경사각이 설정각도 이하인 경우, 기울기 각도와 경사각에 대응하여 기울기 보상을 수행한다(S500). 장애물정보 획득부(220)는 기울기 또는 경사각에 대응하여, 광 패턴의 위치를 소정 값만큼 변경하거나, 또는 기준위치를 변경하여 기울기 보상을 수행한다.
장애물정보 획득부(220)는 기울기 보상 후, 광 패턴을 위치는 기준위치와 비교하여 장애물 여부를 다시 판단한다(S510).
장애물정보 획득부(220)는 기울기 보상 후 광 패턴이 기준위치에 위치하는 경우 정상상태로 판단하고, 주행제어부(230)는 정상상태이므로 본체(10)가 주행을 유지하도록 한다(S520).
그에 따라 이동 로봇은 장애물이 존재하지 않음에도 본체(10)가 기울어져 광 패턴이 정상상태가 아닌 경우라 하더라도 기울기 보상을 통해 주행할 수 있다. 또한, 이동 로봇은 경사로를 장애물로 인식하는 경우 경사각이 설정각도 이하인 경우 계속 주행하여 경사로에 진입할 수 있다.
한편, 장애물정보 획득부(220)는 기울기 보상 후 광 패턴이 기준위치가 아닌 경우 장애물 또는 낭떠러지로 판단한다. 주행제어부(230)는 장애물 회피를 위해 주행방향을 변경하고(S530), 변경된 방향으로 주행하도록 주행 구동부(300)를 제어한다(S540).
따라서 본 발명의 이동 로봇(1)은 광 패턴을 이용하여 장애물을 판단함에 있어서, 본체의 기울기 또는 경사로 여부를 판단하여 기울기를 보상함으로써, 장애물이 존재하지 않는 상황에서 장애물로 오판단하는 것으로 방지하고, 계속 주행할 수 있도록 한다. 그에 따라 이동 로봇은 장애물로 잘못 판단으로 접근하지 않는 영역을 축소하여 다양한 영역에 진입할 수 있고, 청소 가능한 영역이 확장된다.
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
150: 센서부
200: 제어부 210: 패턴검출부
220: 장애물정보 획득부 230: 주행제어부
240: 데이터부 300: 주행 구동부

Claims (19)

  1. 청소구역을 주행하며, 청소구역 내 바닥의 이물질을 흡입하는 본체;
    상기 본체의 기울기를 감지하여 감지신호를 입력하는 센서부;
    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 센서부는 기울기 방향 및 기울기 각도를 감지하는 적어도 하나의 기울기센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 기울기센서로부터 입력되는 감지신호를 바탕으로 상기 본체가 기울어진 상태인지 여부를 판단하고,
    상기 본체가 기울어진 경우, 상기 본체의 기울기가 설정각도 이하인 경우 상기 본체의 상기 기울기 각도와 상기 기울기 방향에 따라 상기 제 1 광 패턴에 대한 기울기 보상을 통해 장애물 여부를 다시 판단하여 주행을 제어하고, 상기 본체의 기울기가 설정각도보다 큰 경우, 상기 장애물이 낭떠러지가 아니라면 상기 제 1 광 패턴에 의한 장애물 판단은 무시하고, 상기 본체가 기울어진 상태를 탈피하도록 주행을 계속하도록 제어하고,
    상기 본체가 기울어지지 않은 경우, 상기 장애물이 경사로인지 여부를 판단하고, 상기 경사로의 경사각이 일정각도 이하이면 상기 경사각에 따라 기울기 보상을 수행하여 상기 경사로로 진입을 제어하고, 상기 경사각이 상기 일정각도보다 큰 경우 상기 경사로를 회피하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 본체의 기울기 각도에 대응하여, 상기 제 1 광 패턴의 위치를 조정하여 기울기 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 본체의 기울기 각도에 대응하여, 상기 제 1 광 패턴에 대한 기준위치를 변경하여 기울기 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 기울기 보상 후, 상기 제 1 광 패턴이 기준위치에 표시되는 경우, 전방에 장애물이 존재하지 않는 정상상태로 판단하여 주행을 계속하고,
    상기 제 1 광 패턴이 상기 기준위치에 표시되지 않는 경우 장애물로 판단하여 회피하여 주행하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
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  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기센서는 적어도 하나 포함되어 상기 본체의 전, 후, 좌, 우에 대한 기울기 방향 및 기울기 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기센서는 틸트센서, 가속도센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패턴 조사부, 상기 제 2 패턴 조사부 및 상기 영상 획득부는 일렬로 배치되고,
    상기 영상 획득부는, 상기 제 2 패턴 조사부의 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패턴 조사부와 상기 제 2 패턴 조사부는 상호 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  12. 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 검출하여 장애물을 감지하는 단계;
    본체에 적어도 하나 구비되는 기울기 센서를 통해, 상기 본체의 기울기 방향 및 기울기 각도를 감지하는 단계;
    상기 본체가 기울어진 경우, 상기 본체의 기울기가 설정각도 이하이면, 상기 기울기 각도와 상기 기울기 방향에 따라 상기 제 1 광 패턴 또는 상기 제 2 광 패턴에 대한 기울기 보상을 수행하는 단계;
    상기 기울기 보상 후, 상기 장애물에 대하여 다시 판단하여, 상기 장애물을 통과하거나 회피하여 주행하는 단계; 및
    상기 본체의 기울기가 설정각도보다 큰 경우, 상기 제 1 광 패턴에 의한 장애물 판단은 무시하고, 상기 본체의 기울어진 상태에서 정상상태로 복귀하도록 주행을 계속하는 단계;
    상기 본체의 기울기가 설정각도보다 큰 경우, 상기 장애물이 낭떠러지가 아닌 경우, 상기 제 1 광 패턴에 의한 장애물 판단을 무시하는 단계
    상기 본체가 기울어지지 않은 경우, 상기 장애물이 경사로인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 경사로의 경사각이 일정각도 이하이면 상기 경사각에 따라 기울기 보상을 수행하여 상기 경사로로 진입하는 단계; 및
    상기 경사각이 상기 일정각도보다 큰 경우 상기 경사로를 회피하여 주행하는 단계를 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기울기 보상 후, 상기 장애물을 다시 판단하는 경우,
    상기 제 1 광 패턴이 정상상태이면 장애물이 아닌 것으로 판단하여 주행을 유지하는 단계; 및
    상기 제 1 광 패턴이 정상상태가 아닌 경우 장애물로 판단하여 회피하여 주행하는 단계를 더 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기울기 감지 시, 상기 기울기 센서를 통해, 상기 본체의 전, 후, 좌, 우에 대한 기울기 방향 및 기울기 각도를 감지하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기울기 보상을 수행하는 경우, 상기 본체의 기울기 각도에 대응하여, 상기 제 1 광 패턴의 위치를 조정하여 기울기 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 기울기 보상을 수행하는 경우, 상기 본체의 기울기 각도에 대응하여, 상기 제 1 광 패턴에 대한 기준위치를 변경하여 기울기 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어방법.
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