KR102325130B1 - 로봇 청소 장치에서 측정 에러를 검출하는 방법 - Google Patents

로봇 청소 장치에서 측정 에러를 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본체(11), 추진 시스템(12, 13, 15a, 15b), 본체(11)에 연결된 접촉 감지부(32), 추진 시스템에 연결되어 작동되는 추측 항법 센서(30, 30'), 및 서로 거리를 두고 본체에 배치된 카메라(23)와 제1구조 광원(27)을 포함하는 장애물 감지 장치를 포함하는 로봇 청소 장치(10, 10')에 관한 것이다. 로봇 청소 장치는 추진 시스템을 제어하도록 배치된 처리 유닛(16)을 더 포함할 수 있다. 장애물 감지 장치 및 처리 유닛은 랜드마크까지의 거리(DC)를 추정하고, 이어서 랜드마크까지의 실제 거리(DA)를 측정하면서 로봇 청소 장치를 랜드마크와 접촉하도록 이동시킴으로써, 이후 실제 거리와 상기 거리를 비교하여 측정 에러를 검출하도록 배치된다.

Description

로봇 청소 장치에서 측정 에러를 검출하는 방법{METHOD FOR DETECTING A MEASUREMENT ERROR IN A ROBOTIC CLEANING DEVICE}
본 발명은 로봇 청소 장치, 및 로봇 청소 장치가 로봇 청소 장치의 장애물 감지 장치에서 측정 에러를 검출하는 방법에 관한 것이다.
많은 기술 분야에서, 예상 가능한 장애물과 충돌하지 않고 공간을 자유롭게 돌아 다닐 수 있도록 자율적으로 거동하는 로봇을 사용하는 것이 바람직하다.
당 분야에 알려져 있는 로봇 진공 청소기는, 청소 표면 전체에 걸쳐 청소기를 이동시키기 위한 하나 이상의 모터 형태 구동 수단을 대개 구비한다. 로봇 진공 청소기는 로봇 진공 청소기가 방과 같은 형태의 공간을 자유롭게 돌아 다니며 청소할 수 있도록 자율적 거동을 유발하는 마이크로프로세서(들) 및 네비게이션 수단 형태의 지능을 더 구비한다. 따라서, 이러한 종래 기술의 로봇 진공 청소기는 탁자, 의자와 같은 가구 및 벽과 계단과 같은 다른 장애물이 위치해 있는 방을 다소 자율적으로 진공 청소할 수 있는 능력을 갖는다. 이러한 로봇 진공 청소기는 방에서 장애물이 위치한 곳을 판단하기 위해 레이저 빔(line laser beams)과 같은 구조광을 이용하여 감지될 장애물을 조명하고 장애물로부터 다시 청소기 쪽으로 직접 반사되는 레이저 광을 기록함으로써 방을 탐색한다. 로봇 청소 장치의 장애물 감지 장치 카메라에 의해 영상들이 지속적으로 촬영되고, 촬영된 영상들에서 직접 반사 레이저 라인을 감지하여 청소기의 확인된 위치를 근거로 삼각함수를 이용함으로써 벽 또는 마루와 같은 조명된 장애물까지의 거리가 추정될 수 있으므로, 그 결과 로봇 청소기에 대한 방의 3D 표현이 형성될 수 있다. 조명된 장애물까지의 거리를 감지하기 위하여, 로봇 청소기의 카메라 등으로부터 기지의 거리, 소위 기준선에 구조 광원이 일반적으로 배치된다. 또한, 구조 광원은, 구조 광원의 반사된 광선이 카메라의 시야 영역 내에 존재하도록 기지의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.
로봇 청소기와 물체/랜드마크들 사이의 거리를 연산 또는 추정하기 위해, 상술한 바와 같이, 삼각 공식 또는 알고리즘이 사용된다. 이러한 알고리즘에서는, 구조 광원이 배치된 기지의 각도 값에 대한 고정 파라미터 및 기준선의 길이에 대한 또 다른 고정 파라미터가 사용된다. 이러한 파라미터들은 주로 로봇 청소기 제조 후 공장에서 각각의 로봇 청소기를 테스트함으로써 결정된다. 대안적으로, 이러한 파라미터들은 제조 과정에서, 알고리즘을 포함하는 처리 유닛에 미리 설정될 수 있다.
기준선의 실제 길이 및/또는 구조광이 배치된 실제 각도는, 로봇 청소기 내의 온도 변화, 진동, 예를 들면 운송 중의 진동, 및 구조 광원이 내장된 재료의 변화 등에 의해 시간이 경과함에 따라 변할 수 있는 문제점이 있다. 특히, 장애물 감지 장치와 삼각 알고리즘을 사용하여 거리를 추정할 때, 구조 광원이 배치된 실제 각도의 변화가 오류로 발생할 수 있다. 결과적으로, 카메라와 구조 광원을 사용하여 수행된 측정이 경우에 따라 부정확하거나, 시간이 경과함에 따라 변할 수 있다. 이러한 경우에, 파라미터들이 보정/조정될 수 있도록, 로봇 청소기의 점검 및 확인이 필요하다.
본 발명의 목적은, 장애물 감지 장치 및 처리 유닛에서 각각 발생되는 측정 에러를 검출하도록 구성된 로봇 청소 장치를 제공하는 데에 있다.
유리하게, 로봇 청소 장치는, 물체/랜드마크의 관점에서 로봇 청소 장치의 위치를 추정하는 데 사용되는 알고리즘에서의 파라미터들을 자율적으로 보정하도록 구성된다.
로봇 청소 장치 및 로봇 청소 장치에 의해 수행되는 측정 에러 검출 방법에 대한 개념은, 랜드마크, 예를 들면 평평한 벽을 인식하고, 장애물 감지 장치를 이용하여 랜드마크까지의 거리를 추정한 후, 로봇 청소 장치 내의 추측 항법(dead reckoning)을 이용하여 현 위치로부터 랜드마크와 접촉하도록 이동시킴으로써 랜드마크와의 실제 거리를 결정하는 것이다. 이 후, 카메라, 구조 광원 및 프로세서에 의해 획득된 거리를 추측 항법에 의해 획득된 실제 거리와 비교함으로써 측정 에러가 결정될 수 있다.
로봇 청소 장치의 장애물 감지 장치에서의 측정 에러를 검출하는 방법으로서, 구조광으로 랜드마크를 조명하고 구조광의 반사로부터 정보를 추출하여 로봇 청소 장치에 대한 랜드마크까지의 거리를 추정하는 단계, 랜드마크까지의 실제 거리를 추측 항법으로 측정하면서 랜드마크와 접촉하도록 이동시키는 단계, 및 실제 거리와 상기 거리를 비교하여 장애물 감지 장치에서의 측정 에러를 검출하는 단계를 포함하는 방법이 본원에 개시된다.
상기 방법에 있어서, 로봇 청소 장치는 랜드마크의 위치에 대한 추정을 획득하도록 구성될 수도 있다.
따라서, 이러한 로봇 청소 장치는 작동 중에 측정 에러를 검출할 수 있다. 에러를 검출하기 위하여 로봇 청소 장치를 제조사에 보낼 필요가 없다. 따라서 이러한 로봇 청소 장치는 매우 자율적이고 사용하기 쉽다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 랜드마크로부터 후퇴시키고 다시 랜드마크와 접촉하도록 이동시킴으로써, 상기 단계들 중 일부 또는 모두를 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
각 측정에서 거리가 동일할 필요는 없다.
랜드마크는 바람직하게, 벽 등과 같이 평평하고 움직이지 않는 랜드마크일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 방법은 검출된 측정 에러들이 일관성이 있는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
이는, 랜드마크를 향해 이동하는 동안 로봇 청소 장치의 바퀴가 회전할 수 있으므로, 일회 측정은 대표성을 갖지 않을 수 있기 때문에 유리하다. 다른 잠재적 문제는, 로봇 청소 장치가 랜드마크와 접촉하도록 이동할 때, 바닥 위의 먼지가 로봇 청소 장치의 이동 경로에 영향을 준다는 점일 수 있다. 따라서, 측정을 여러 번 수행하여 일관성 있는 측정 에러를 검출하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 방법을 여러 번 수행하여 검출된 측정 에러가 일관성이 있다고 밝혀지면, 거리 연산 알고리즘의 파라미터는 조정될 수 있다.
이러한 보정 단계는, 장기간의 작동에 걸쳐 지속적으로 정확하게 측정할 수 있는 로봇 청소 장치를 제공하는데 도움이 될 수 있다.
일 실시예에서, 거리 연산 알고리즘의 파라미터는 장애물 감지 장치의 카메라 시야 방향에 대하여 구조 광원이 배치되는 각도 값일 수 있다.
예컨대 기준선과 관련된 다른 파라미터들이 조정될 수 있고, 여기서 기준선은 장애물 감지 장치의 카메라와 구조 광원 사이의 거리이다.
상기 방법의 일 실시예에서, 상기 단계들 중 일부 또는 모두는 소정의 작동 시간이 경과한 후에 수행될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 단계들 중 일부 또는 모두는 진동 및/또는 온도 센서가 온도 임계치보다 높거나 낮은 온도를 감지하는 경우에 수행될 수 있다.
예를 들면, 여름에 빛이 잘 들어오는 방을 청소하는 동안 또는 장기간 작동 후 로봇 청소 장치 내의 높은 온도는, 구조 광원이 내장된 소재 및/또는 구조 광원 자체의 소재에 영향을 줄 수 있다. 온도 임계치는 고온 또는 저온에서 비롯되는 측정 에러를 방지할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 온도 센서는, 진동 또는 충격을 기록하고 이러한 진동 또는 충격의 기간이 나타난 후에 측정 에러 검출을 개시하도록 구성된 진동 센서 등일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 단계들 중 일부 또는 모두는 로봇 청소 장치가 소정의 기간 동안 유휴 상태에 있었던 경우에 개시될 수 있다.
긴 유휴 기간, 예를 들어, 보관은, 실제 각도 또는 실제 기준선에 영향을 줄 수 있는 고온/저온, 습도 및 기타 응력에 로봇 청소 장치를 노출시킬 수 있다. 따라서, 로봇 청소 장치가 소정의 기간 동안 유휴 상태였다면, 로봇 청소 장치는 정확도 향상을 위해 상기 단계들 중 일부 또는 모두를 수행할 것이다.
본체, 로봇 청소 장치를 이동시키도록 배치된 추진 시스템, 본체에 연결되어 로봇 청소 장치와 물체의 접촉 여부를 감지하도록 배치된 접촉 감지부, 및 추진 시스템에 연결된 추측 항법 센서를 포함하는 로봇 청소 장치가 추가로 본원에 개시된다. 로봇 청소 장치는, 서로 거리를 두고 본체에 배치된, 예를 들면 3D 카메라 시스템, 3D 레이저 시스템 등일 수 있는 3D 센서 시스템과 제1 구조 광원을 포함하는 장애물 감지 장치, 및 추진 시스템을 제어하도록 배치된 처리 유닛을 더 포함한다. 장애물 감지 장치는 제1 구조 광원의 구조광으로 랜드마크를 조명하여 로봇 청소 장치에 대한 랜드마크의 위치를 정하도록 배치된다. 처리 유닛은 구조광의 감지된 반사를 근거로 랜드마크까지의 거리를 추정하고, 이어서 추측 항법 센서를 통해 랜드마크까지의 실제 거리를 측정하면서 로봇 청소 장치를 랜드마크와 접촉하도록 이동시킴으로써, 이후 실제 거리와 상기 거리를 비교하여 측정 에러를 검출하도록 배치된다.
따라서, 로봇 청소 장치는 측정 에러를 자율적으로 검출하도록 유리하게 구성된다. 추측 항법 센서에 의해 측정된 실제 거리는 정확한 거리로 간주된다.
또 다른 실시예에서, 로봇 청소 장치는 제2 구조 광원을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및/또는 제2 구조 광원은 로봇 청소 장치의 본체 전단부에 대해 소정의 각도로 그리고 장애물 감지 장치의 카메라의 시야 방향으로 각각 배치될 수 있다.
이러한 각도에 의해, 제1 및/또는 제2 구조 광원으로부터 투사된 광선이 실질적으로 3D 카메라 시스템의 시야 영역 내에 있도록 할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 처리 유닛은 여러 번의 측정으로부터 측정 에러들을 측정하고 저장하도록 구성될 수 있고, 처리 유닛은 측정 에러들의 일관성 여부를 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이렇게 함으로써, 측정 방법 동안 일회성 에러가 실제의 일관성 있는 측정 에러(들)의 검출에 영향을 주는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 처리 유닛은 제1 및/또는 제2 구조 광원이 배치된 각도를 나타내는 파라미터를 갖는 거리 연산 알고리즘을 포함할 수 있고, 처리 유닛은 측정 에러들이 일관성이 있다고 검출되면 파라미터를 보정한다.
일 실시예에서, 로봇 청소 장치는 처리 유닛과 통신하게 배치된 적어도 하나의 충격 및/또는 온도 센서를 포함할 수 있다.
충격 및/또는 온도 센서는, 처리 유닛이 상기 단계들 중 일부 또는 모두에 따라 상기 방법을 개시할 수 있도록, 로봇 청소 장치의 주변 또는 내부의 고온 및/또는 진동을 기록할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 처리 유닛은 타이머를 포함할 수 있다.
타이머는 상기 단계들 중 일부 또는 모두에 따른 상기 방법의 개시가 필요한지의 여부 및 이로 인해 로봇 청소 장치의 보정이 필요한지의 여부를 판단하는 데 사용될 수 있다.
또한 본 발명은, 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램으로서, 로봇 청소 장치에 포함된 처리 유닛에서 컴퓨터 실행 가능 명령이 실행될 때, 로봇 청소 장치로 하여금 상기 단계들 중 일부 또는 모두를 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
또한 본 발병은, 상기 문단에 따른 컴퓨터 프로그램이 구현된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
일반적으로, 청구범위에 사용된 모든 용어는, 본원에서 명시적으로 달리 정의되지 않는 한, 기술 분야에서의 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "요소, 장치, 기구, 부품, 수단, 단계 등”에 대한 모든 참조는, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 이러한 요소, 장치, 기구, 부품, 수단, 단계 등의 적어도 어느 하나의 예를 지칭하는 것으로 개방적으로 해석해야 한다. 본원에 개시된 임의의 방법의 단계들은, 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 순서대로 정확히 수행되지 않아도 된다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 예를 통해 본 발명을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 저면도이고, 본체의 바닥은 로봇 청소 장치의 여러 부품들을 보여주기 위하여 투명하게 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소 장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소 장치를 개략적으로 도시한 상면도이다.
도 4는 로봇 청소 장치가 랜드마크까지의 거리를 추정하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 5는 로봇 청소 장치가 추측 항법으로 랜드마크까지의 실제 거리를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 방법에 따른 방법 단계들을 도시한다.
이하에서는, 본 발명의 특정 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며, 본원에 설명된 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명은 로봇 청소 장치, 또는 다시 말해서, 로봇 진공 청소기, 로봇 스위퍼(sweeper) 또는 로봇 바닥 세척기와 같은 표면 청소용 자동 자체-추진 기계에 관한 것이다. 본 발명에 따른 로봇 청소 장치(10, 10')는 주전원 작동식으로 코드선을 갖거나, 배터리로 작동되거나, 또는 태양 에너지와 같은 임의의 다른 종류의 적절한 에너지원을 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소 장치의 저면도이다. 즉, 로봇 청소 장치(10)의 바닥측을 보여준다. 화살표는 로봇 청소 장치의 전진 방향을 나타낸다. 로봇 청소 장치(10)는, 청소 장치가 청소 표면 위를 이동할 수 있도록 구동 휠(12, 13)을 움직일 수 있게 하는 두 개의 전기 휠 모터(15a, 15b) 형태의 구동 수단을 포함하는 추진 시스템과 같은 구성요소들을 수용하는 본체(11)를 포함한다. 청소 표면 전체에 걸쳐 로봇 청소 장치(10)를 이동시키기 위해, 각각의 휠 모터(15a, 15b)는 각각의 구동 휠(12, 13)을 서로 독립적으로 회전하도록 제어할 수 있다. 다양한 휠 모터의 배열뿐만 아니라, 다수의 다양한 구동 휠의 배열을 구상할 수 있다. 보다 일반적인 원형 형상의 본체 또는 삼각형 형상의 본체를 갖는 장치와 같이 로봇 청소 장치(10)는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다는 점에 주목해야 한다.
상술한 추진 시스템에 대한 대안으로, 트랙 추진 시스템 또는 호버크래프트(hovercraft) 추진 시스템이 사용될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 추진 시스템은 각각의 구동 휠(12, 13)에 할당된 두 개의 추측 항법 센서(30, 30')에 추가적으로 연결된다. 예를 들면 방 내부에서, 로봇 청소 장치(10)의 위치를 정하는 데 도움이 되기 위하여, 추측 항법 센서(30, 30')는 각각 구동 휠(12, 13)의 이동 및 회전을 관측함으로써 로봇 청소 장치(10)가 이동한 거리를 독립적으로 측정하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같은 로봇 청소 장치(10)의 실시예는 두 개의 추측 항법 센서(30, 30')를 포함하나, 하나의 추측 항법 센서(30, 30')만을 포함하는 로봇 청소 장치를 구상할 수 있다.
마이크로프로세서와 같은 제어기(16)는, 로봇 청소 장치가 탐색해야 하는 부근의 벽, 전기 스탠드, 테이블 다리 형태의 장애물을 감지하기 위한 장애물 감지 장치(도 1a에는 미도시)로부터 수신된 정보를 고려하여 필요에 따라, 구동 휠(12, 13)을 회전시키도록 휠 모터(15a, 15b)를 제어한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 추측 항법 센서(30, 30')는, 예를 들면 전기 휠 모터(15a, 15b)를 통해, 제어기(16)에 연결된다. 장애물 감지 장치는, 장애물을 감지하고 임의의 감지된 장애물의 정보를 제어기(16)와 통신하기 위한, 적외선(IR) 센서 및/또는 소나(sonar) 센서, 마이크로파 레이더, 3D 카메라 등에 의해 구현된 주변 기록 3D 센서 시스템, 레이저와 결합된 카메라, 레이저 스캐너 등의 형태로 구현될 수 있고, 이는 마이크로프로세서 또는 처리 유닛(16)의 형태로 구현될 수 있다. 로봇 청소 장치(10)가 원하는 대로 청소 표면 전체에 걸쳐 이동할 수 있도록, 마이크로프로세서(16)는 장애물 감지 장치에 의해 제공된 정보에 따라 휠 모터(15a, 15b)와 통신하여 휠(12, 13)의 움직임을 제어한다. 이는 이후의 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
또한, 청소 표면의 이물과 먼지를 제거하기 위한 청소 부재(17)가 로봇 청소기(10) 바닥의 개구부(18)에 배치된 회전 브러시 롤 형태로 본체(11)에 선택적으로 배치될 수 있다. 따라서, 회전 브러시 롤(17)은 개구부(18)의 수평축 방향을 따라 배치되어 청소 장치(10)의 먼지 및 이물 집진 특성을 향상시킨다. 회전 브러시 롤(17)을 회전시키기 위해, 브러시 롤 모터(19)가 브러시 롤에 작동 가능하게 결합되어 제어기/마이크로프로세서(16)로부터 수신된 명령에 따라 그 회전을 제어한다.
또한, 로봇 청소기(10)의 본체(11)는, 이물을 본체(11) 바닥측의 개구부(18)를 통해 본체에 수용된 먼지 봉투 또는 사이클론 장치(미도시)로 이송하기 위한 기류를 생성하는 흡입 팬(20)을 포함한다. 흡입 팬(20)은 제어기(16)에 연결된 팬 모터(21)에 의해 구동되며, 팬 모터(21)는 제어기(16)로부터 흡입 팬(20)을 제어하기 위한 명령을 수신한다. 회전 브러시 롤(17)과 먼지 봉투로 이물을 이송시키기 위한 흡입 팬(20) 중 어느 하나를 구비하는 로봇 청소 장치(10)가 구상될 수 있음을 주목해야 한다. 그러나, 이 둘을 조합하면 로봇 청소 장치(10)의 이물 제거 성능은 향상될 것이다.
대안적으로, 로봇 청소 장치(10)는 대걸레(미도시) 및/또는 회전 바닥 브러시(미도시)를 포함할 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 하나 이상의 마이크로프로세서 형태로 구현된 제어기/처리 유닛(16)은, 마이크로프로세서와 결합된 적절한 저장 매체(26), 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리 또는 하드 디스크 드라이브에 다운로드 된 컴퓨터 프로그램(25)을 실행시키도록 배치된다. 제어기(16)는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는 적절한 컴퓨터 프로그램(25)이 저장 매체(26)에 다운로드 되어 제어기(16)에 의해 실행될 때 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 수행하도록 배치된다. 저장 매체(26)는 또한 컴퓨터 프로그램(25)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품일 수도 있다. 대안적으로, 컴퓨터 프로그램(25)은 디지털 다기능 디스크(DVD), 콤팩트 디스크(CD) 또는 메모리 스틱과 같은 적절한 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 저장 매체(26)로 전송될 수 있다. 또 다른 대안으로, 컴퓨터 프로그램(25)은 네트워크를 통해 저장 매체(26)로 다운로드 될 수 있다. 제어기(16)는 대안적으로 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 복합 프로그램 가능 논리 소자(CPLD) 등의 형태로 구현될 수 있다.
도 1에는 접촉 감지부(32)가 또한 도시되어 있다. 접촉 감지부(32)는 이동 방향에서 볼 때 로봇 청소 장치(10)의 전단부에 배치된다. 접촉 감지부(32)는, 최신 차량의 주차 거리 센서와 유사하게, 로봇 청소 장치(10)의 전면부 전체에 걸쳐 연장될 수 있다. 대안적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 접촉 감지부(32)는 로봇 청소 장치(10)의 단지 전면 말단부에 걸쳐 연장될 수 있다. 접촉 감지부(32)는, 로봇 청소 장치(10)가 물체 또는 랜드마크와 접촉되는지 여부를 감지하기 위해 배치된다. 이는, 도 4 및 도 5를 참조하여 본원에서 후술되는 바와 같이, 장애물과의 충돌을 피해야 하는 경우와 장애물 감지 장치의 측정을 검증해야 하는 경우에 유용할 수 있다.
또한, 로봇 청소 장치(10)는 제어기(16)에 연결되어 작동되는 진동 및/또는 온도 센서(34)를 포함할 수 있다. 본원에서 후술되는 바와 같이, 진동 및/또는 온도 센서(34)는, 로봇 청소 장치(10) 내의 온도를 기록하고, 온도가 특정 온도 임계치를 넘게 되는 경우 알고리즘의 파라미터들을 확인하기 위한 방법을 개시하도록 구성될 수 있다. 또한, 본원에서 후술되는 바와 같이, 진동 및/또는 온도 센서(34)는, 예를 들면 로봇 청소 장치가 물체와 충돌하거나 모서리에 걸려 넘어질 경우에 발생할 수 있는 진동을 기록하고, 알고리즘의 파라미터들을 확인하기 위한 방법을 개시하는 데 사용될 수 있다.
도 2는, 전술한 장애물 감지 장치를, 적어도 카메라(23) 및 수평 또는 수직 방향의 라인 레이저일 수 있는 제1 및 제2 구조 광원(27, 28)을 포함하는 3D 카메라 시스템(22)의 형태로 도시한 일 실시예에 따른 로봇 청소 장치(10)의 정면도를 나타낸다. 또한, 도 1을 참고하여 앞서 논의된 제어기(16), 본체(11), 구동 휠(12,13) 및 회전 브러시 롤(17)이 도시되어 있다. 제어기(16)는 로봇 청소 장치(10) 부근의 영상을 기록하기 위한 카메라(23)에 작동 가능하게 결합된다. 제1 및 제2 구조 광원(27, 28)은 바람직하게 수직 라인 레이저들일 수 있고, 로봇 청소 장치(10)의 높이와 폭보다 더 큰 높이와 폭을 조명하도록 구성된 카메라(23)의 측방향에 배치된다. 또한, 카메라(23)의 시야 영역은 바람직하게 제1 및 제2 구조 광원(27, 28)이 조명하는 영역보다 작다. 카메라(23)는 초당 복수의 영상을 촬영하고 기록하도록 제어기(16)에 의해 제어된다. 영상들로부터의 데이터는 제어기(16)에 의해 추출되며, 추출된 데이터는 일반적으로 컴퓨터 프로그램(25)과 함께 메모리(26)에 저장된다.
제1 및 제2 구조 광원(27, 28)는, 로봇 청소 장치(10) 부근을 바람직하게는 수직 방향으로, 일반적으로는 로봇 청소 장치(10)의 이동 방향으로 스캔 하도록 구성된다. 제1 및 제2 구조 광원(27, 28)은 집 또는 방의 가구, 벽 및 다른 물체를 조명하는 레이저 빔을 방출하도록 구성된다. 카메라(23)는 영상을 촬영하고 기록하도록 제어기(16)에 의해 제어되며, 이로부터 제어기(16)는, 영상들로부터 특징들을 추출하고 로봇 청소 장치(10)가 청소 표면 전체에 걸쳐 이동하는 동안 로봇 청소 장치(10)가 이동한 거리를 측정함으로써, 로봇 청소 장치(10)가 작동 중인 주변에 대한 묘사 또는 레이아웃을 생성한다. 따라서, 제어기(16)는 기록된 영상들로부터 청소 표면에 대한 로봇 청소 장치(10)의 위치 데이터를 도출하고, 도출된 위치 데이터로부터 주변의 3D 묘사를 생성하고, 생성된 3D 묘사 및 생성된 3D 묘사를 고려하여 청소 표면이 탐색될 수 있도록 로봇 청소 장치(10)에 제공된 네비게이션 정보에 따라, 청소 표면 전체에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키도록 구동 모터(15a, 15b)를 제어한다. 도출된 위치 데이터는 로봇 청소 장치(10)의 탐색을 위한 기초 역할을 할 것이기 때문에, 위치 지정이 정확한 것이 중요하고; 만약 그렇지 않을 경우 로봇 청소 장치는 잘못된 주변의 맵에 따라 탐색할 것이다.
따라서, 3D 카메라 시스템(22)에 의해 기록된 영상들로부터 생성된 3D 묘사는, 로봇 청소 장치(10)가 지나가야 하는 양탄자, 카펫, 문턱 등뿐만 아니라 로봇 청소 장치(10)가 탐색해야 하는 주변의 벽, 전기 스탠드, 테이블 다리와 같은 형태의 장애물 감지를 용이하게 한다. 따라서, 로봇 청소 장치(10)은 작동/청소에 의해 그 환경 및 주변에 대해 학습하도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 3D 카메라 시스템(22)은, 설명의 목적을 위해 로봇 청소 장치(10)의 본체(11)와 분리되어 있다. 그러나, 실질적인 구현 시, 3D 카메라 시스템(22)은 로봇 청소 장치(10)의 본체(11)와 일체화될 가능성이 있어 로봇 청소 장치(10)의 높이를 최소화함으로써 로봇 청소 장치가 소파 등과 같은 장애물 아래로 통과하게 할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 청소 장치(10')의 상면도를 도시하고, 3D 카메라 시스템(22)은, 도 3에 도시된 바와 같이 카메라(23) 시야(V)의 주방향과 각도(α)를 이루며 배치된 제1 구조 광원(27)만을 포함한다. 상술한 바와 같이, 로봇 청소 장치(10)에는 두 개의 구조 광원(27, 28)이 배치될 수 있다. 도 3에는 기준선(b)이 또한 도시되어 있다. 기준선(b)는, 카메라(23) 시야(V)의 주방향에 수직으로 측정된, 카메라(23)와 구조 광원(27) 사이의 거리에 대응된다. 카메라(23) 및 구조 광원(27)은 본체(11)의 소재에 내장될 수 있다. 시간이 경과함에 따라, 각도(α) 및/또는 기준선(b)의 실제 값은, 예를 들면 소재의 수축, 소재의 열화, 습도, 진동, 온도 등에 의해서 변할 수 있고, 3D 카메라 시스템(23) 및 장애물 감지 장치에 의해 각각 수행된 거리의 측정 및 추정에 영향을 준다. 도 4 내지 도 6은, 거리 연산 알고리즘에서 각도(α)와 기준선(b)에 대한 값들을 나타내는 상기 파라미터들을 검증하고 보정하는 방법을 도시한다.
도 4는 로봇 청소 장치(10')가, 예를 들면 평평한 벽과 같은 랜드마크(36)를 인식하고(S1)(도 6 참조), 구조 광원(27)으로부터의 광으로 랜드마크(36)를 조명하고(S2)(도 6 참조), 구조 광원(27)으로부터 발생된 반사광을 분석함으로써 랜드마크(36)까지의 거리(DC)를 추정하는(S3)(도 6 참조) 방법을 도시한다. 랜드마크(36)의 인식(S1) 동안, 로봇 청소 장치(10')는, 랜드마크(36)가 로봇 청소 장치(10')의 내부 맵에 미리 저장되어 있지 않은 경우, 랜드마크(36)의 맵을 생성하기 위하여 기본적으로 그 자리에서 회전할 수 있다. 거리(DC)는 바람직하게 랜드마크(36)까지의 최단 거리일 수 있으나; 반드시 최단 거리일 필요는 없다. 전술한 바와 같이, 거리(DC)는, 삼각함수와 기준선(b) 및 각도(α)를 나타내는(도 3 참조) 고정 파라미터들을 사용하여 제어기 또는 마이크로프로세서(16) 상의 알고리즘을 통해 획득된다.
거리(DC)의 추정(S3) 동안 측정 에러를 검출하기 위하여, 실제 거리(DA)가 결정되어야 한다. 이는 도 5에 따라 수행될 수 있다. 거리(DC)의 추정(S3) 후, 로봇 청소 장치(10')는 도 5에 도시된 바와 같이 랜드마크(36)에 접촉하도록 이동하고(S4)(도 6 참조), 추측 항법과 추측 항법 센서(30, 30')를 각각 사용하여 실제 거리(DA)를 측정한다. 랜드마크(36)와의 접촉은, 접촉 감지부(32)(도 1 참조)가 랜드마크(36)와의 물리적 접촉을 감지하자마자 기록될 것이다.
거리(DC)와 실제 거리(DA)를 비교함으로써(S5)(도 6 참조), 알고리즘에서 각도(α) 및/또는 기준선(b)을 나타내는 파라미터들로부터 기인된 측정 에러가 검출될 수 있다(S6)(도 6 참조). 각도(α)는 알고리즘에서 가장 민감한 파라미터라서, 이 파라미터는 추정(S3)에 가장 큰 영향을 주게 되므로, 측정 에러는 이 각도(α)를 나타내는 파라미터가 옳지 않아 발생되는 경우가 대부분이다. 따라서, 측정 에러가 존재하는 대부분의 경우, 각도(α)를 나타내는 파라미터가 에러의 원인이다. 따라서, 측정 에러는, 마지막 보정 이후 또는 로봇 청소 장치(10, 10')의 제조 이후에 실제 각도(α)가 변했기 때문에 각도(α)를 나타내는 파라미터가 더 이상 실제 각도(α)와 대응하지 않음을 의미한다.
도 6은 단계(S1) 내지 단계(S6)을 도시한다. 단계(S1) 내지 단계(S6)에 따라 수행된 하나의 단독 측정에서의 측정 에러는, 전술한 바와 같이 일회성일 수 있다. 측정 에러 검출(S6)에 큰 영향을 미치는 실제 거리(DA) 측정 시의 일회성 측정 에러들을 방지하기 위해서, 랜드마크(36)를 인식하는 단계(S1), 랜드마크(36)를 조명하는 단계(S2), 랜드마크(36)까지의 거리(DC)를 추정하는 단계(S3), 랜드마크(36)와 접촉하도록 이동시키는 단계(S4), 거리(DC)를 실제 거리(DA)와 비교하는 단계(S5) 및 측정 에러를 검출하여 측정 에러가 실제로 일관성이 있는지 여부를 결정하는 단계(S6)가 여러 번 반복(S7)될 수 있다. 예를 들면, 이는 측정을 여러 번 반복적으로 수행하고, 존재할 경우, 검출된 측정 에러들의 표준 편차를 통계적으로 분석함으로써 이루어질 수 있다. 이는 제어기/마이크로프로세서(16)에서 자동적으로 수행될 수 있다. 단계(S1) 내지 단계(S6)을 반복하기 위하여, 로봇 청소 장치(10, 10')는 랜드마크(36)로부터 후퇴하고, 단계(S1) 내지 단계(S6)를 반복한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같은 실제 거리(DA)는 각 측정(S1 내지 S6)에서 동일할 필요가 없다.
여러 번 반복 측정 후 측정 에러들에 일관성이 있다고 밝혀지면(S8), 도 6에 도시된 바와 같이, 거리 연산 알고리즘에서 각도(α)를 나타내는 파라미터 및/또는 기준선(b)를 나타내는 파라미터들이 조정될 수 있다(S9).
로봇 청소 장치(10, 10')의 소정의 작동 시간이 경과된 후, 및/또는 진동 및/또는 온도 센서(34)가 진동을 기록한 후, 및/또는 진동 및/또는 온도 센서(34)가 로봇 청소 장치(10, 10')의 내부 또는 주변의 온도가 소정의 온도 임계치 보다 높거나 낮게 됨을 기록한 후에, 상술된 방법이 수행될 수 있다.
로봇 청소 장치(10)(도 3 내지 도 5에는 미도시)가 제1 및 제2 구조 광원(27, 28)을 포함하는 경우, 두 각도, 즉 각도(α) 및 카메라의 시야(V) 방향에 대하여 제2 구조 광원(28)이 배치된 각도를 나타내는 파라미터가 조정될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 앞 문단에서 설명한 두 각도를 서로 독립적으로 확인하거나 검증할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 평균값을 사용하여 두 각도가 상호간에 확인될 수 있다. 바람직하게, 제1 구조 광원(27)이 배치된 각도(α) 및 제2 구조 광원(28)이 배치된 각도(미도시)가 동일하게 배치되어, 상술한 바와 같이 검증을 용이하게 하고 정확도를 향상시킨다.
측정 방법 전반에 걸쳐, 실제 거리(DA)는 정확한 것으로 간주된다. 예를 들어 구동 휠(12, 13) 중 하나의 회전이 부정확한 실제 거리(DA)를 유발시키더라도, 상술된 단계(S1) 내지 단계(S6)에 따른 반복 측정들에 의해, 잘못 측정된 실제 거리로부터 야기되는 일회성 에러의 영향을 배제시키거나 적어도 감소시킬 수 있다. 원칙적으로, 에러들이 일관성이 있다고 판단되면, (측정 패턴의 편차로 인해) 제어기에 의해 옳지 않다고 판단된 에러 측정들은 무시되거나 버려질 수 있다.
몇몇 실시예들을 참조하여 본 발명을 주로 상술하였다. 그러나, 당업자는 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이 앞서 개시된 것 이외의 다른 실시예들도 본 발명의 범위 내에서 동일하게 가능하다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 로봇 청소 장치(10, 10')의 장애물 감지 장치에서의 측정 에러를 검출하는 방법으로서,
    - 구조광으로 랜드마크(36)를 조명하고 상기 구조광의 반사로부터 정보를 추출하여 상기 랜드마크까지의 거리(DC)를 추정하는 단계(S3);
    - 상기 랜드마크까지의 실제 거리(DA)를 추측 항법으로 측정하면서 상기 랜드마크와 접촉하도록 이동시키는 단계(S4); 및
    - 실제 거리(DA)와 추정된 상기 거리(DC)를 비교하여(S5) 상기 장애물 감지 장치에서의 측정 에러를 검출하는 단계(S6)를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 랜드마크로부터 후퇴시키고 다시 상기 랜드마크와 접촉하도록 이동시킴으로써, 상기 단계들(S3, S4, S5, S6)을 여러 번 반복하는 단계(S7)를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 검출된 측정 에러들에 일관성이 있는지를 판단하는 단계(S8)를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 측정 에러들이 일관성이 있다고 검출되면, 거리 연산 알고리즘의 파라미터를 조정하는 단계(S9)를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 거리 연산 알고리즘의 상기 파라미터는 상기 장애물 감지 장치의 시야(V) 방향에 대하여 구조 광원이 배치되는 각도(α) 값인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계들(S3, S4, S5, S6) 중 일부 또는 모두는 상기 로봇 청소 장치의 소정의 작동 시간이 경과한 후에 수행되는 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계들(S3, S4, S5, S6) 중 일부 또는 모두는, 진동 및/또는 온도 센서(34)가 온도 임계치 보다 높거나 낮은 온도를 감지하는 경우에 수행되는 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계들(S3, S4, S5, S6) 중 일부 또는 모두는, 상기 로봇 청소 장치가 소정의 기간 동안 유휴 상태에 있었던 경우에 개시되는 방법.
  9. 로봇 청소 장치(10, 10')로서,
    본체(11);
    로봇 청소 장치(10, 10')를 이동시키도록 배치된 추진 시스템(12, 13, 15a, 15b);
    본체(11)에 연결되어 상기 로봇 청소 장치와 물체의 접촉 여부를 감지하도록 배치된 접촉 감지부(32);
    상기 추진 시스템에 연결되어 작동되는 추측 항법 센서(30, 30');
    서로 거리를 두고 상기 본체에 배치된 카메라(23)와 제1 구조 광원(27)을 포함하는 장애물 감지 장치; 및
    상기 추진 시스템을 제어하도록 배치된 처리 유닛(16)
    을 포함하고,
    상기 장애물 감지 장치는 상기 제1 구조 광원의 구조광으로 랜드마크(36)를 조명하여 상기 로봇 청소 장치에 대한 랜드마크(36)의 위치를 정하도록 배치되고, 상기 처리 유닛은 상기 구조광의 감지된 반사를 근거로 상기 랜드마크까지의 거리(DC)를 추정하고, 이어서 상기 추측 항법 센서를 통해 상기 랜드마크까지의 실제 거리(DA)를 측정하면서 상기 로봇 청소 장치를 상기 랜드마크와 접촉하도록 이동시킴으로써, 이후 상기 실제 거리와 추정된 상기 거리(DC)를 비교하여 측정 에러를 검출하도록 배치된 로봇 청소 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1 구조 광원(27)은 상기 로봇 청소 장치의 상기 카메라의 시야(V) 방향에 대해 소정의 각도(α)로 배치된 로봇 청소 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 처리 유닛은 여러 번의 측정으로부터 상기 측정 에러들을 측정하고 저장하도록 구성되고, 상기 처리 유닛은 상기 측정 에러들의 일관성 여부를 검출하는 로봇 청소 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 각도를 나타내는 파라미터를 갖는 거리 연산 알고리즘을 포함하고, 상기 처리 유닛은 상기 측정 에러들이 일관성이 있다고 검출되면 상기 파라미터를 보정하는 로봇 청소 장치.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 처리 유닛과 통신하게 배치된 적어도 하나의 진동 및/또는 온도 센서(34)를 포함하는 로봇 청소 장치.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 처리 유닛(16)은 타이머를 포함하는 로봇 청소 장치.
  15. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된, 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램(25)으로서, 로봇 청소 장치(10, 10')에 포함된 처리 유닛(16)에서 상기 컴퓨터 실행 가능 명령이 실행될 때, 로봇 청소 장치(10, 10')로 하여금 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서 언급된 단계들을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램.
  16. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(26)로서, 그 안에 제15항에 따른 컴퓨터 프로그램(25)이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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