KR102226360B1 - 이물질 끼임 또는 가림 상태를 검출하는 거리 측정 센서 및 이동 로봇 - Google Patents

이물질 끼임 또는 가림 상태를 검출하는 거리 측정 센서 및 이동 로봇 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 거리 측정 센서의 외부 또는 내부에 위치하는 이물질로 인한 센서의 비정상 상태를 인식하기 위하여, 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도 또는 대표값을 분석함으로써, 센서의 비감지 영역 및 감지 영역에서 발생한 이물질 끼임 또는 가림 상태인 비정상 상태를 검출할 수 있는 거리 측정 센서 및 이동 로봇을 제공한다.

Description

이물질 끼임 또는 가림 상태를 검출하는 거리 측정 센서 및 이동 로봇 {Distance Measuring Sensor Detecting Jam State or Masked State by Foreign Object, and Mobile Robot}
본 발명이 속하는 기술 분야는 거리 측정 센서 및 이동 로봇에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
이동 로봇 또는 청소 로봇은 다양한 환경에서 주행 동작 또는 청소 동작을 수행한다. 이동 로봇 또는 청소 로봇이 주변 환경을 인식하고 계획한 주행 경로를 따라 이동하려면, 절벽 등의 구조물을 인식할 수 있는 장애물 감지 센서가 필요하다.
로봇이 주로 인식하는 절벽 환경은 신발장, 화장실 문턱 등이 있다. 가정 환경에서 2층 난간, 발코니, 고층 건물의 테라스 등과 같은 다양한 절벽 환경이 존재한다.
로봇이 동작을 수행하는 도중에 절벽 환경을 절벽으로 인식하지 못하면, 로봇이 절벽 방향으로 주행을 진행하고 절벽에서 낙하하여 본체의 파손을 발생시킬 뿐만 아니라 다른 사물 또는 사람에게 충돌하는 문제가 발생할 수 있다.
반대로, 로봇이 동작을 수행하는 도중에 절벽이 아닌 환경을 절벽으로 인식하면, 로봇이 정상적인 동작을 수행하지 못하고 절벽 회피 동작만을 수행하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 거리 측정 센서의 외부 또는 내부에 위치하는 이물질로 인한 센서의 비정상 상태를 인식하기 위하여, 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도 또는 대표값을 분석함으로써, 센서의 비감지 영역 및 감지 영역에서 발생한 이물질 끼임 현상 또는 가림 현상을 검출하는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 거리 측정 센서에 있어서, 대상체로 광을 송신하는 광 송신부; 상기 대상체에 반사된 광을 수신하고 상기 수신한 광의 세기 또는 상기 수신한 광의 감지 위치에 따라 크기가 가변하는 전기 신호를 출력하는 광 수신부; 및 상기 광 수신부로부터 시간의 흐름에 따라 입력되는 전기 신호가 검출 시간 동안 변화한 데이터를 분석하여 상기 거리 측정 센서의 상태를 정상 상태와 비정상 상태로 구분하는 제어부를 포함하는 거리 측정 센서를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 이동 로봇에 있어서, 상기 이동 로봇 및 대상체 간에 광을 송수신하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 및 상기 측정한 거리에 반응하여 상기 이동 로봇을 이동하도록 구현된 이동 장치를 포함하며, 상기 거리 측정 센서는, 상기 대상체로 광을 송신하는 광 송신부; 상기 대상체에 반사된 광을 수신하고 상기 수신한 광의 세기 또는 상기 수신한 광의 감지 위치에 따라 크기가 가변하는 전기 신호를 출력하는 광 수신부; 및 상기 광 수신부로부터 시간의 흐름에 따라 입력되는 전기 신호가 검출 시간 동안 변화한 데이터를 분석하여 상기 거리 측정 센서의 상태를 정상 상태와 비정상 상태로 구분하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 거리 측정 센서의 외부 또는 내부에 위치하는 이물질로 인한 센서의 비정상 상태를 인식하기 위하여, 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도 또는 대표값을 분석함으로써, 센서의 비감지 영역 및 감지 영역에서 발생한 이물질 끼임 현상 또는 가림 현상을 검출할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 예시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 이동 로봇 또는 거리 검출 센서의 상태를 예시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 거리 검출 센서를 예시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 센서의 상태를 검출하는 조건을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 센서를 예시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 센서가 출력한 데이터를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이동 로봇이 특정 동작을 시작하기 전에 센서 상태를 확인하는 동작을 예시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이동 로봇이 특정 동작을 수행하는 도중에 센서 상태를 확인하는 동작을 예시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 예시한 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이동 로봇(1)는 거리 측정 센서(10) 및 이동 장치(20)를 포함한다. 이동 로봇(1)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 이동 로봇은 청소부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
이동 로봇(1)는 미리 정의된 방식에 따라 특정 위치에서 다른 위치로 이동 가능하도록 설계된 장치를 의미하며, 바퀴, 레일, 보행용 다리 등과 같은 이동 수단을 이용하여, 특정 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있다. 이동 로봇(1)는 센서 등을 이용하여 외부의 정보를 수집한 후 수집된 정보에 따라서 이동할 수도 있고, 사용자에 의해 별도의 조작 수단을 이용하여 이동할 수 있다.
이동 로봇(1)의 일례로는 로봇 청소기, 장난감 자동차, 산업용 또는 군사용 목적 등으로 이용 가능한 이동 로봇 등이 있을 수 있으며, 이동 로봇(1)는 바퀴를 이용하여 주행하거나, 하나 이상의 다리를 이용하여 보행하거나, 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
로봇 청소기는 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 일반적인 청소기가 사용자에 의한 외력으로 이동하는 것과 달리, 로봇 청소기는 외부의 정보 또는 미리 정의된 이동 패턴을 이용하여 이동하면서 청소 공간을 청소한다.
이동 로봇을 청소부를 포함할 수 있고, 청소부를 갖는 청소 로봇은 먼지를 흡입하는 통로, 흡입 장치, 브러시, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
로봇 청소기는 미리 정의된 패턴을 이용하여 자동적으로 이동하거나, 또는 거리 측정 센서에 의해 외부의 장애물을 감지한 후, 감지된 바에 따라 이동할 수도 있고, 사용자에 의해 조작되는 원격 제어 장치로부터 전달되는 신호에 따라서 이동할 수도 있다.
거리 측정 센서는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 렌즈를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔 주는 장치이다. 이미지 센서는 CCD(Charged Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 등으로 구현될 수 있다.
거리 측정 센서는 라이다(LIDAR)를 포함할 수 있다. 라이다는 레이저 신호를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하고, 빛의 속도를 이용하여 반사체의 거리를 측정하는 장치이다. 레이저 신호는 포토 다이오드를 통하여 전기적인 신호로 변경된다.
거리 측정 센서는 타임 오브 플라이트(Time of Flight, TOF) 방식으로 동작할 수 있다. 타임 오브 플라이트 방식은 레이저가 펄스 또는 구형파 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 또는 구형파 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써, 측정 대상과 감지 센서 사이의 거리를 측정한다. 수신기는 광 다이오드로 구현될 수 있다.
거리 측정 센서는 절벽 인식 센서를 포함할 수 있다. 로봇의 전방, 후방 하부, 또는 측면의 하단에 하나 이상으로 구현될 수 있다.
거리 측정 센서는 적외선을 송수신하여 측정된 광의 세기에 따라 거리를 인식할 수 있다. 광의 세기를 기준치와 비교하여 절벽인지 여부를 판단한다. 거리 측정 센서는 적외선을 송신하고, 반사각에 따라 반사 배열에서 측정된 광의 위치에 따라 거리를 인식할 수 있다. 거리 측정 센서는 반사 배열의 최대 폭과 수신한 광이 감지된 위치 간의 비율에 따라 감지 영역 범위 내에서 거리를 측정할 수 있다. 즉, 수신기는 위치 감지 소자(Position Sensitive Device, PSD)로 구현될 수 있다.
거리 측정 센서 또는 절벽 인식 센서가 오작동하면 잘못된 거리 정보를 출력한다. 거리 측정 센서가 오작동하는 유형은 크게 (i) 센서가 광을 송수신하는 전방에 이물질이 삽입 또는 가림으로 비정상 거리를 측정하는 유형과 (ii) 청소 로봇의 내부에서 센서와 제어보드 간의 이물질이 삽입되어 케이블 단락(Short) 등이 발생하는 유형으로 구분할 수 있다.
본 실시예에 따른 거리 측정 센서는 센서의 출력 데이터를 분석하여 데이터의 분산도 또는 대표값을 기반으로 거리 측정 센서가 오작동하는 에러 상태를 검출할 수 있다.
이하에서는 이동 로봇에 구현되거나 독립적으로 동작하는 거리 측정 센서를 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 이동 로봇 또는 거리 검출 센서의 상태를 예시한 도면이다.
거리 검출 센서는 광을 송수신하여 최소 A부터 최대 B까지 거리를 감지한다. 거리 검출 센서가 광을 송수신하는 거리는 감지 영역과 불감지 영역으로 구분된다. 감지 영역은 A부터 B까지의 거리이다. 불감지 영역은 A보다 작은 거리이며, 데드 존(Dead Zone)이라고도 불린다. 예컨대, 불감지 영역은 제품 스펙에 따라 다르며 약 10mm 내지 15 mm로 설정될 수 있다. 센서에서 송신하고 반사된 광의 이동 경로를 삼각형으로 표현할 때, 거리가 멀수록 삼각형의 높이가 길어지고 거리가 가까울수록 삼각의 높이가 작아진다. 거리 검출 센서에서 반사 배열의 크기가 고정되어 있으므로, 거리 검출 센서는 수신되는 입사각의 각도의 크기에 따라 특정 영역을 측정할 수 없다. 거리 검출 센서의 구조적 특성으로 인하여 데드 존이 발생한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 거리 검출 센서는 이동 로봇의 하부에서 불감지 영역만큼 함몰된 상태로 위치한다. 즉, 로봇의 하부 표면부터 감지 영역의 최소 거리를 측정 가능하도록 측정 기준을 조절한다.
로봇 하부에서 내측으로 삽입된 구조적 형태로 인하여, 로봇이 주행하는 과정에서 도 2의 (b)와 같이 휴지 등의 이물질이 삽입되어 끼임 현상이 발생하거나 도 2의 (c)와 같이 테이프 등이 접착되어 가림 현상이 발생할 수 있다. 이물질 삽입 또는 전방 가림이 발생한 상황에서 이동 로봇 또는 거리 검출 센서가 거리를 획득하면, 이동 로봇 또는 거리 검출 센서는 왜곡된 거리 정보를 기반으로 절벽여부를 판단하게 된다.
도 3을 참조하면, 거리 검출 센서의 핀 구조가 도시되어 있다. 거리 검출 센서의 핀 사이에 이물질이 끼어 단락(Short)이 발생하면, 센서 자체가 고장나거나 센서가 출력하는 데이터의 값이 변하는 문제가 발생한다. 핀이 단락되면 센서가 출력하는 데이터의 값이 작은 기울기로 서서히 변화하기 때문에, 로봇이 절벽 근처에 위치한 상태와 같이 위급 상황에서 왜곡된 거리 정보를 기반으로 절벽여부를 판단하게 된다.
본 실시예들은 센서가 출력하는 거리 정보가 올바른 거리 정보인지 왜곡된 거리 정보인지를 구분하고, 센서의 비정상 상태를 판단하기 위해, 데이터의 분산도와 대표값을 분석한다. 본 실시예들은 센서의 내부에서 이물질로 인해 핀이 단락된 상황을 신속하게 인지하기 위해 데이터 라인에 저항을 추가한다. 본 실시예들은 센서의 외부에서 이물질이 발생한 상황과 센서의 내부에서 이물질이 발생한 상황을 유사한 알고리즘으로 검출할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 거리 검출 센서를 예시한 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 거리 측정 센서(10)는 광 송신부(110), 광 수신부(120), 및 제어부(103)를 포함한다. 거리 측정 센서(10)는 도 5에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 거리 측정 센서(10)는 핀 인터페이스(140)를 포함할 수 있다.
광 송신부(110)는 대상체로 광을 송신한다. 광 송신부(110)는 광원 및 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈는 광의 이동 경로 상에 위치한다. 광원이 출사하는 광의 주파수 대역은 특정 대역으로 설정될 수 있으며, 예컨대, 광원은 적외선 광을 사용할 수 있다. 광 송신부(110)는 핀 인터페이스(140)의 제1핀 및 제2핀에 연결된다.
광 수신부(120)는 대상체에 반사된 광을 수신한다. 광 송신부(110)는 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈는 광의 이동 경로 상에 위치한다. 광 수신부(120)는 수신한 광의 세기 또는 상기 수신한 광의 감지 위치에 따라 크기가 가변하는 전기 신호를 출력한다. 광 수신부(120)는 위치 감지 소자(Position Sensitive Device, PSD)를 이용하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 광 수신부(120)는 핀 인터페이스(140)의 제1핀, 제2핀, 및 제3핀에 연결된다.
제어부(130)는 광 수신부로부터 시간의 흐름에 따라 입력되는 전기 신호가 검출 시간 동안 변화한 데이터를 분석하여 거리 측정 센서의 상태를 정상 상태와 비정상 상태로 구분한다.
제어부(130)는 데이터 라인을 통하여 입력받은 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)를 포함할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 디지털 신호인 데이터를 처리할 수 있다.
핀 인터페이스(140)는 전원전압을 공급받는 제1핀, 접지에 연결되는 제2핀, 및 전기 신호를 출력하는 제3핀을 포함한다. 제1핀에 연결된 제1 채널은 광 송신부(110) 및 광 수신부(120)에 연결된다. 제2핀에 연결된 제2 채널은 광 송신부(110) 및 광 수신부(120)에 연결된다. 제3핀에 연결된 제3 채널은 광 수신부(120)에 연결된다. 핀 인터페이스(140)에 포함된 제1핀, 제2핀, 및 제3핀은 돌출 형성될 수 있다.
거리 측정 센서(10)의 데이터 라인 등의 케이블에 단선 또는 단락이 발생할 경우에 즉각적으로 데이터가 변화하도록, 거리 측정 센서(10)의 데이터 라인은 저항을 통하여 접지에 연결된다. 거리 측정 센서는 (i) 제3핀에 연결된 데이터 라인 및 (ii) 접지 간에 연결된 저항을 추가로 포함한다.
제어부(130)는 제3핀에 연결된 데이터 라인을 통하여 신호를 수신한다. 제어부(130)는 제3핀에 연결된 데이터 라인을 통하여, 제3핀으로부터 시간의 흐름에 따라 입력되는 전기 신호가 검출 시간 동안 변화한 데이터를 분석하여 핀 인터페이스의 상태를 정상 상태와 비정상 상태로 구분한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 거리 검출 센서의 상태를 검출하는 조건을 예시한 도면이다.
제어부는 데이터의 분산도 또는 대표값을 이용하여, (i) 거리 측정 센서 및 대상체 간의 광의 이동 경로 상에 존재하는 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 또는 (ii) 거리 측정 센서의 전방이 가려진 상태를 포함하는 비정상 상태를 검출한다.
본 실시예에 따른 거리 검출 센서가 이물질 삽입된 상태를 검출하는 동작을 표 1과 같이 알고리즘으로 표현할 수 있다.
Figure 112019025296390-pat00001
제어부는 디지털 신호인 데이터를 획득하고, 데이터의 대표값과 데이터의 분산도를 산출한다. 대표값은 검출 시간 동안 변화한 데이터 또는 노이즈를 제거한 데이터의 평균값, 중간값, 최대값, 최소값, 또는 이들의 조합을 기반으로 산출한 값이다. 분산도는 검출 시간 동안 변화한 데이터 또는 노이즈를 제거한 데이터의 분산, 편차, 표준편차, 또는 이들의 조합을 기반으로 산출한 값이다. 데이터는 전압 레벨 또는 전류 레벨로 표현된다.
로봇이 주행하는 도중에는, 로봇은 상하로 미세한 진동을 지속 발생시킨다. 이때 획득된 데이터 세트의 분산도, 예컨대, 표준 편차는 일정 값보다 큰 값을 갖는다.
제어부는 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도를 기 설정된 제1 임계치와 비교하여, 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 중에서 광을 수신하는 제1 에러 상태를 검출한다. 제1 에러 상태는 이물질이 센서의 비감지 영역에 일부 삽입된 상태로, 광 수신부에서 광을 수신할 수 있다.
센서의 전방이 이물질에 의하여 완전히 막히면, 광 수신부는 반사되는 광을 수신할 수 없다. 측정된 거리가 멀수록 또는 광 수신부가 광을 수신하지 못하면, 데이터는 상대적으로 낮은 값을 갖는다.
제어부는 검출 시간 동안 변화한 데이터의 대표값을 기 설정된 제2 임계치와 비교하여, 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 중에서 광을 수신하지 못하는 제2 에러 상태를 검출한다. 제2 에러 상태는 이물질이 센서의 비감지 영역에 완전히 삽입된 상태로, 광 수신부에서 광을 수신할 수 없다.
제2 에러 상태에서 분석한 데이터 결과는 센서의 전방에 장애물이 없거나 감지 영역을 넘어서 장애물이 위치하는 상태에서 측정된 데이터와 유사한 데이터를 갖는다.
본 실시예에 따른 거리 측정 센서는 절벽을 정상적으로 인식한 것과 구분하기 위하여, 상태 판단 시간 동안, 검출 시간 동안, 또는 회피 동작 이후, 연속적으로 비정상 상태를 인식하는 조건을 만족하면, 실질적으로 비정상 상태라고 확정한다.
제2 임계치는 데이터의 대표값에 관한 임계치이고, 제1 임계치는 데이터의 분산도에 관한 임계치이다. 제2 임계치는 제1 임계치보다 큰 값을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 임계치는 50으로 설정되고, 제1 임계치는 10으로 설정될 수 있다.
본 실시예에 따른 거리 검출 센서가 센서의 전방이 가려진 상태를 검출하는 동작을 표 2와 같이 알고리즘으로 표현할 수 있다.
Figure 112019025296390-pat00002
제어부는 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도를 기 설정된 제3 임계치와 비교하여, 감지 영역에 이물질이 부착되어 거리 측정 센서의 전방이 가려진 제3 에러 상태를 검출한다.
로봇이 주행하는 도중에는, 로봇은 상하로 미세한 진동을 지속 발생시킨다. 이때 획득된 데이터 세트의 분산도, 예컨대, 표준 편차는 일정 값보다 무조건 큰 값을 갖는다.
제어부는 센서 전방에 이물질에 의하여 가림이 발생한 상태(제3 에러 상태)에 대해서 이물질이 삽입되고 광 수신부에서 광을 수신할 수 있는 상태(제1 에러 상태)와 유사한 방식으로 검출할 수 있다.
제1 임계치는 데이터의 분산도에 관한 임계치이고, 제3 임계치는 데이터의 분산도에 관한 임계치이다. 제1 임계치와 제3 임계치는 동일 또는 상이한 값으로 설정될 수 있다. 예컨대, 제2 임계치는 10으로 설정되고, 제1 임계치는 10으로 설정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 거리 검출 센서를 예시한 회로도이다.
거리 측정 센서의 데이터 라인이 전원전압 또는 접지에 단락될 경우에 즉각적으로 데이터가 변화하도록, 거리 측정 센서의 데이터 라인은 저항을 통하여 접지에 연결된다.
제어부는 검출 시간 동안 변화한 데이터의 대표값을 제1 단락 상태 임계치 및/또는 제2 단락 상태 임계치와 비교하여 비정상 상태를 검출한다. 제어부는 검출 시간 동안 변화한 데이터의 대표값을 기 설정된 제1 단락 상태 임계치 및/또는 기 설정된 제2 단락 상태 임계치와 비교하여 거리 측정 센서의 회로 일부가 단락된 상태를 검출한다.
제4 에러 상태는 데이터 라인이 전원전압에 단락된 상태이다. 제1핀 및 제3핀이 단락되면, 제어부는 검출 시간 내에 기 설정된 제1 단락 상태 임계치를 기준으로 기 설정된 범위 내의 값을 갖는 전기 신호를 입력받는다.
제1 단락 상태 임계치는 전원전압이 데이터 통신에 연결되고 데이터 통신이 저항을 통해 접지에 연결된 상태에서, 측정된 데이터 통신의 전압값 또는 전류값을 이용하여 설정된다. 대표값이 제1 단락 상태 임계치를 기준으로 기 설정된 범위 내의 값이면, 제어부는 제1핀 및 제3핀이 단락된 상태로 인식한다.
제5 에러 상태는 데이터 라인이 접지에 단락된 상태이다. 제2핀 및 제3핀이 단락되면, 제어부는 검출 시간 내에 기 설정된 제2 단락 상태 임계치를 기준으로 기 설정된 범위 내의 값을 갖는 전기 신호를 입력받는다.
제2 단락 상태 임계치는 접지가 데이터 통신에 직접 연결되고, 데이터 통신이 저항을 통해 접지에 추가로 연결된 상태에서, 측정된 데이터 통신의 전압값 또는 전류값을 이용하여 설정된다. 대표값이 제2 단락 상태 임계치를 기준으로 기 설정된 범위 내의 값이면, 제어부는 제2핀 및 제3핀이 단락된 상태로 인식한다.
제1 단락 상태 임계치 및 제2 단락 상태 임계치를 전압 레벨을 기준으로 설정한다고 가정하면, 전원전압의 근처 값으로 설정되는 제1 단락 상태 임계치는 접지전압의 근처 값으로 설정되는 제2 단락 상태 임계치보다 큰 값을 갖도록 설정된다. 제1 단락 상태 임계치 및 제2 단락 상태 임계치를 전류 레벨을 기준으로 설정하면, 제1 단락 상태 임계치 및 제2 단락 상태 임계치의 대소 관계는 전압 레벨과 반대로 설정될 수 있다.
전압 레벨을 기준으로 설정된 제2 임계치는 데이터의 대표값에 관한 임계치이고, 제2 단락 상태 임계치는 데이터의 대표값에 관한 임계치이다. 제2 임계치와 제2 단락 상태 임계치는 동일 또는 유사한 값으로 설정될 수 있다. 예컨대, 제2 임계치는 10으로 설정되고, 제2 단락 상태 임계치는 10으로 설정될 수 있다.
제4 에러 상태 또는 제5 에러 상태에서 분석한 데이터 결과는 센서의 전방에 장애물이 없거나 감지 영역을 넘어서 장애물이 위치하는 상태에서 측정된 데이터와 유사한 데이터를 갖는다.
본 실시예에 따른 거리 측정 센서는 절벽을 정상적으로 인식한 것과 구분하기 위하여, 상태 판단 시간 동안, 검출 시간 동안, 또는 회피 동작 이후, 연속적으로 비정상 상태를 인식하는 조건을 만족하면, 실질적으로 비정상 상태라고 확정한다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 거리 검출 센서가 출력한 데이터를 예시한 도면이다. 도 8은 하네스가 단선(Disconnet)된 상황으로, TH1s는 제1 단락 상태 임계치의 전류 레벨 예시이고, TH2s는 제2 단락 상태 임계치의 전류 레벨 예시이다.
검출 시간의 길이는 로봇의 주행 안전에 직결되므로 검출 시간은 작은 값을 갖도록 설정할 필요가 있다. 검출 시간은 상태 판단 시간보다 작게 설정된다. 제어부는 하나의 상태 판단 시간 내에 복수의 검출 시간을 포함하도록 설정할 수 있다.
데이터 라인에 저항이 연결되지 않으면, 핀 단락 상황에서 도 8에서 current와 같이 데이터가 변화한다. 데이터 라인을 통하여 획득된 신호의 변화 기울기가 작아서, 검출 시간 내에 단락 상태를 검출할 수 없다.
데이터 라인에 저항이 연결하면, 핀 단락 상황에서 도 8에서 pull down와 같이 데이터가 변화한다. 데이터 라인을 통하여 획득된 신호의 변화 기울기가 커서, 검출 시간 내에 단락 상태를 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이동 로봇이 특정 동작을 시작하기 전에 센서 상태를 확인하는 동작을 예시한 흐름도이다.
단계 S1110에서, 이동 로봇 또는 거리 측정 센서는 특정 동작의 시작을 준비한다. 저장된 값을 읽고 데이터 설정값을 초기화한다.
단계 S1120에서, 이동 로봇 또는 거리 측정 센서는 센서 상태를 확인한다. 제어부는 데이터의 분산도 또는 대표값을 이용하여, (i) 거리 측정 센서 및 대상체 간의 광의 이동 경로 상에 존재하는 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 또는 (ii) 거리 측정 센서의 전방이 가려진 상태를 포함하는 비정상 상태를 검출한다.
단계 S1130에서, 제어부는 (i) 기 설정된 상태 판단 시간 동안 비정상 상태를 반복적으로 검출하거나 (ii) 거리 측정 센서가 초기화된 시점부터 상태 판단 시간 내에 비정상 상태를 검출하면, 에러 메시지를 출력한다.
단계 S1140에서, 제어부가 정상 상태를 검출하면, 이동 로봇 또는 거리 측정 센서는 특정 동작을 시작한다.
이동 로봇은 이동 장치에 연결된 청소부를 포함할 수 있다. 거리 측정 센서는 이동 로봇(청소 로봇)이 청소를 시작하기 전에, 비정상 상태를 검출하면 청소를 시작하지 않고 에러 메시지를 출력한다. 거리 측정 센서는 이동 로봇이 청소하는 도중에, 비정상 상태를 검출하면 청소 동작을 중단하고 에러 메시지를 출력한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이동 로봇이 특정 동작을 수행하는 도중에 센서 상태를 확인하는 동작을 예시한 흐름도이다.
단계 S1210에서, 제어부는 상태 판단 시간 동안 센서 상태를 확인한다. 제어부는 상태 판단 시간 동안 센서 상태를 두 단계로 나눠서 확인할 수 있다. 제어부는 센서 상태를 1차로 확인한다(S1220, S1230, S1235).
단계 S1220에서, 제어부는 검출 시간 동안 전기 신호가 변화한 데이터를 수신한다. 단계 S1230에서, 제어부는 분산도를 비교하고 범위 만족여부를 판단한다. 단계 S1235에서, 제어부는 대표값을 비교하고 범위 만족여부를 판단한다. 제어부가 정상 상태를 검출하면, 이동 로봇 또는 거리 측정 센서는 동작을 계속 진행한다(S1270).
단계 S1240에서, 제어부는 사용자의 상태 확인 명령을 수신하거나 상태 판단 시간을 미경과하면, 센서 상태를 다시 확인한다. 제어부는 센서 상태를 2차로 확인한다(S1250, S1260, S1265).
단계 S1250에서, 제어부는 새로운 검출 시간 동안 전기 신호가 변화한 데이터를 수신한다. 단계 S1260에서, 제어부는 분산도를 비교하고 범위 만족여부를 판단한다. 단계 S1265에서, 제어부는 대표값을 비교하고 범위 만족여부를 판단한다. 제어부가 정상 상태를 검출하면, 이동 로봇 또는 거리 측정 센서는 동작을 계속 진행한다(S1270).
단계 S1280에서, 제어부는 분산도 또는 대표값을 분석한 결과에 따라 (i) 기 설정된 상태 판단 시간 동안 비정상 상태를 반복적으로 검출하거나 (ii) 거리 측정 센서가 초기화된 시점부터 상태 판단 시간 내에 비정상 상태를 검출하면, 에러 메시지를 출력한다.
제어부는 데이터의 분산도 또는 대표값을 이용하여, (i) 거리 측정 센서 및 대상체 간의 광의 이동 경로 상에 존재하는 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 또는 (ii) 거리 측정 센서의 전방이 가려진 상태를 포함하는 비정상 상태를 검출한다.
제어부는 (i) 기 설정된 상태 판단 시간 동안 상기 비정상 상태를 반복적으로 검출하거나 (ii) 이동 로봇이 초기화된 시점부터 상태 판단 시간 내에 비정상 상태를 검출하거나 (iii) 이동 로봇이 특정 동작을 수행한 시점부터 상태 판단 시간 내에 상기 비정상 상태를 검출하면, 에러 메시지를 출력하고 동작을 정지한다.
제어부는 사용자의 상태 확인 명령을 수신한 이후에 새롭게 입력되는 전기 신호가 변화한 데이터를 다시 분석한 결과, 비정상 상태를 검출하면 에러 메시지를 다시 출력한다.
거리 측정 센서 및 이동 로봇에 포함된 구성요소들이 도 1, 도 4, 및 도 5에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
거리 측정 센서 및 이동 로봇은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
거리 측정 센서 및 이동 로봇은 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 거리 측정 센서에 있어서,
    대상체로 광을 송신하는 광 송신부;
    상기 대상체에 반사된 광을 수신하고 상기 수신한 광의 세기 또는 상기 수신한 광의 감지 위치에 따라 크기가 가변하는 전기 신호를 출력하는 광 수신부; 및
    상기 광 수신부로부터 시간의 흐름에 따라 입력되는 전기 신호가 검출 시간 동안 변화한 데이터를 분석하여 상기 거리 측정 센서의 상태를 정상 상태와 비정상 상태로 구분하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 데이터의 분산도 또는 대표값을 이용하여, (i) 상기 거리 측정 센서 및 상기 대상체 간의 광의 이동 경로 상에 존재하는 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 또는 (ii) 상기 거리 측정 센서의 전방이 가려진 상태를 포함하는 상기 비정상 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도를 기 설정된 제1 임계치와 비교하여, 상기 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 중에서 광을 수신하는 제1 에러 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터의 대표값을 기 설정된 제2 임계치와 비교하여, 상기 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 중에서 광을 수신하지 못하는 제2 에러 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터의 분산도를 기 설정된 제3 임계치와 비교하여, 감지 영역에 이물질이 부착되어 상기 거리 측정 센서의 전방이 가려진 제3 에러 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터의 대표값을 기 설정된 제1 단락 상태 임계치 또는 기 설정된 제2 단락 상태 임계치와 비교하여 상기 거리 측정 센서의 회로 일부가 단락된 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터의 대표값을 기 설정된 제1 단락 상태 임계치 및 기 설정된 제2 단락 상태 임계치와 비교하여 상기 거리 측정 센서의 회로 일부가 단락된 상태를 검출하며
    상기 거리 측정 센서의 데이터 라인이 저항을 통하여 접지에 연결되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분산도는 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터 또는 노이즈를 제거한 데이터의 분산, 편차, 표준편차, 또는 이들의 조합을 기반으로 산출한 값인 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대표값은 상기 검출 시간 동안 변화한 데이터 또는 노이즈를 제거한 데이터의 평균값, 중간값, 최대값, 최소값, 또는 이들의 조합을 기반으로 산출한 값인 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 분산도 또는 상기 대표값을 분석한 결과에 따라 (i) 기 설정된 상태 판단 시간 동안 상기 비정상 상태를 반복적으로 검출하거나 (ii) 상기 거리 측정 센서가 초기화된 시점부터 상기 상태 판단 시간 내에 상기 비정상 상태를 검출하면, 에러 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 센서.
  11. 이동 로봇에 있어서,
    상기 이동 로봇 및 대상체 간에 광을 송수신하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 및
    상기 측정한 거리에 반응하여 상기 이동 로봇을 이동하도록 구현된 이동 장치를 포함하며,
    상기 거리 측정 센서는,
    상기 대상체로 광을 송신하는 광 송신부;
    상기 대상체에 반사된 광을 수신하고 상기 수신한 광의 세기 또는 상기 수신한 광의 감지 위치에 따라 크기가 가변하는 전기 신호를 출력하는 광 수신부; 및
    상기 광 수신부로부터 시간의 흐름에 따라 입력되는 전기 신호가 검출 시간 동안 변화한 데이터를 분석하여 상기 거리 측정 센서의 상태를 정상 상태와 비정상 상태로 구분하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 데이터의 분산도 또는 대표값을 이용하여, (i) 상기 거리 측정 센서 및 상기 대상체 간의 광의 이동 경로 상에 존재하는 불감지 영역에 이물질이 위치한 상태 또는 (ii) 상기 거리 측정 센서의 전방이 가려진 상태를 포함하는 상기 비정상 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 (i) 기 설정된 상태 판단 시간 동안 상기 비정상 상태를 반복적으로 검출하거나 (ii) 상기 이동 로봇이 초기화된 시점부터 상기 상태 판단 시간 내에 상기 비정상 상태를 검출하거나 (iii) 상기 이동 로봇이 특정 동작을 수행한 시점부터 상기 상태 판단 시간 내에 상기 비정상 상태를 검출하면, 에러 메시지를 출력하고 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자의 상태 확인 명령을 수신한 이후에 새롭게 입력되는 전기 신호가 변화한 데이터를 다시 분석한 결과, 상기 비정상 상태를 검출하면 에러 메시지를 다시 출력하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 이동 로봇은 상기 이동 장치에 연결된 청소부를 포함하며,
    상기 거리 측정 센서는 상기 이동 로봇이 청소를 시작하기 전에, 상기 비정상 상태를 검출하면 청소를 시작하지 않고 에러 메시지를 출력하며,
    상기 거리 측정 센서는 상기 이동 로봇이 청소하는 도중에, 상기 비정상 상태를 검출하면 청소 동작을 중단하고 상기 에러 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
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