KR102390039B1 - 로봇 청소기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빛을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 빛이 반사되는 것을 감지하는 센서; 상기 센서에서 감지된 빛을 이용해서 영상을 처리해서, 해당 영상 개별 위치의 거리값을 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부에서 처리된 영상에 데드 존이 있으면, 장애물이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기에 관한 것이다.

Description

로봇 청소기 및 그 제어 방법{Robot cleaner and Controlling method for the same}
본 발명은 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뎁스 영상을 이용해서 장애물을 검출하고 장애물을 회피할 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.
상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다.
종래 기술인 JP 2011-254637에 따르면 로봇 청소기가 벽면에 접근하여 멈출 때까지 주행이 이루어지는 기술을 게시한다.
그러나 로봇 청소기가 장애물에 접촉을 하게 되면, 로봇 청소기의 주행 속도로 인해서 장애물과 충돌이 발생되고 그로 인해서 로봇 청소기 또는 장애물에 파손이 발생할 수 있다. 또한 로봇 청소기가 장애물을 좀 더 효율적으로 인식할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 뎁스 영상을 이용해서 장애물을 감지할 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 장애물을 감지한 경우에 장애물에 충돌하지 않도록 회피할 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 뎁스 영상을 이용해서 장애물의 여부 및 장애물에 가깝게 접근하는지 여부를 판단할 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어 방법을 제공한다. 뎁스 영상을 통해서 데드 존을 판단할 수 있는데, 데드 존은 너무 가깝거나 혹은 빛이 너무 강해 거리를 측정할 수 없는 구간을 의미한다. 이 경우, 거리 측정값은 0(측정불가)으로 나오게 된다. 로봇 청소기가 장애물에 접근할 수록 데드 존의 크기가 커지게 되는데, 이러한 정보를 이용해서 로봇 청소기는 장애물에 접근하는지 여부를 판단할 수 있다.
로봇 청소기 본체가 충돌에 의해 흠이 발생하거나, 액자를 벽면으로 인식할 경우 넘어지는 문제가 발생하는데, 본 발명에서는 뎁스 영상을 이용해서 장애물에 접촉하지 않을 수 있다. 벽을 향해 로봇 청소기가 근접할 경우, 빛의 포화(saturation)에 의해 발생하는 영상 상의 데드 존의 크기를 바탕으로 벽과의 거리를 추정한다.
본 발명은 빛을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 빛이 반사되는 것을 감지하는 센서; 상기 센서에서 감지된 빛을 이용해서 영상을 처리해서, 해당 영상 개별 위치의 거리값을 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부에서 처리된 영상에 데드 존이 있으면, 장애물이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기를 제공한다.
또한 본 발명은 광원에서 빛이 조사되는 단계; 광원에서 조사된 빛이 물체에 반사된 후에 센서에 수신되는 단계; 센서에서 수신된 영상의 개별 위치의 거리값을 포함하도록 처리되는 단계; 및 영상처리된 정보에 데드 존을 확인하는 단계;를 포함하고, 데드 존이 있으면 장애물이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 뎁스 영상을 이용해서 장애물의 존재를 판단할 수 있다. 또한 장애물이 존재하는 경우에 장애물을 향해서 이동하는 것을 감지할 수 있어서 장애물과 충돌되지 않고 장애물을 회피할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 벽과 같은 큰 장애물을 판단할 수 있어서, 벽에 부딪혀서 로봇 청소기가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 1의 측면도.
도 4는 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 구성요소를 나타내는 블록도.
도 5는 일 실시예에 따른 제어 흐름도.
도 6은 도 5를 구체적으로 설명한 제어 흐름도.
도 7은 센서에서 감지된 정보를 설명한 도면.
도 8은 제어부에서 처리된 영상을 설명한 도면.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 로봇 청소기(100)는 일정 영역을 스스로 주행하면서 바닥을 청소하는 기능을 수행한다. 여기서 말하는 바닥의 청소에는, 바닥의 먼지(이물질을 포함한다)를 흡입하거나 바닥을 걸레질하는 것이 포함된다.
로봇 청소기(100)는 청소기 본체(110), 흡입 유닛(120), 센싱 유닛(130) 및 먼지통(140)을 포함한다.
청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)의 제어를 위한 제어부(미도시) 및 로봇 청소기(100)의 주행을 위한 휠 유닛(111)이 구비된다. 휠 유닛(111)에 의해 로봇 청소기(100)는 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다.
휠 유닛(111)은 메인 휠(111a) 및 서브 휠(111b)을 포함한다.
메인 휠(111a)은 청소기 본체(110)의 양측에 각각 구비되어, 제어부의 제어 신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 각각의 메인 휠(111a)은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 메인 휠(111a)은 서로 다른 모터에 의해서 구동될 수 있다.
서브 휠(111b)은 메인 휠(111a)과 함께 청소기 본체(110)를 지지하며, 메인 휠(111a)에 의한 로봇 청소기(100)의 주행을 보조하도록 이루어진다. 이러한 서브 휠(111b)은 후술하는 흡입 유닛(120)에도 구비될 수 있다.
살펴본 바와 같이, 제어부가 휠 유닛(111)의 구동을 제어함으로써, 로봇 청소기(100)는 바닥을 자율 주행하도록 이루어진다.
한편, 청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 장착된다. 배터리는 충전가능하게 구성되며, 청소기 본체(110)의 저면부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
흡입 유닛(120)은 청소기 본체(110)의 일측으로부터 돌출된 형태로 배치되어, 먼지가 포함된 공기를 흡입하도록 이루어진다. 상기 일측은 상기 청소기 본체(110)가 정방향(F)으로 주행하는 측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽이 될 수 있다.
흡입 유닛(120)은 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)로 분리되면, 분리된 흡입 유닛(120)을 대체하여 걸레 모듈(미도시)이 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 사용자는 바닥의 먼지를 제거하고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 흡입 유닛(120)을 장착하고, 바닥을 닦고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 걸레 모듈을 장착할 수 있다.
청소기 본체(110)에는 센싱 유닛(130)이 배치된다. 도시된 바와 같이, 센싱 유닛(130)은 흡입 유닛(120)이 위치하는 청소기 본체(110)의 일측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽에 배치될 수 있다.
센싱 유닛(130)은 청소기 본체(110)의 상하 방향으로 흡입 유닛(120)과 오버랩되도록 배치될 수 있다. 센싱 유닛(130)은 흡입 유닛(120)의 상부에 배치되어, 로봇 청소기(100)의 가장 앞쪽에 위치하는 흡입 유닛(120)이 장애물과 부딪히지 않도록 전방의 장애물이나 지형지물 등을 감지하도록 이루어진다.
센싱 유닛(130)은 이러한 감지 기능 외의 다른 센싱 기능을 추가로 수행하도록 구성된다. 이에 대하여는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
이하의 도 4에서는 로봇 청소기(100)의 구성요소와 관련된 일 실시예가 설명된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기(100)는 통신부(1100), 입력부(1200), 구동부(1300), 센싱부(1400), 출력부(1500), 전원부(1600), 메모리(1700) 및 제어부(1800) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이때, 도 4에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 로봇 청소기가 구현될 수 있음은 물론이다. 이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
우선, 전원부(1600)는 외부 상용 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하여 이동 로봇 내로 전원을 공급한다.
전원부(1600)는 이동 로봇에 포함된 각 구성들에 구동 전원을 공급하여, 이동 로봇이 주행하거나 특정 기능을 수행하는데 요구되는 동작 전원을 공급할 수 있다.
이때, 제어부(1800)는 배터리의 전원 잔량을 감지하고, 전원 잔량이 부족하면 외부 상용 전원과 연결된 충전대로 이동하도록 제어하여, 충전대로부터 충전 전류를 공급받아 배터리를 충전할 수 있다. 배터리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어부(1800)에 전달될 수 있다. 출력부(1500)은 제어부에 의해 상기 배터리 잔량을 화면에 표시할 수 있다.
배터리는 로봇 청소기 중앙의 하부에 위치할 수도 있고, 좌, 우측 중 어느 한쪽에 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 이동 로봇은 배터리의 무게 편중을 해소하기 위해 균형추를 더 구비할 수 있다.
제어부(1800)는, 인공 지능 기술에 기반하여 정보들을 처리하는 역할을 수행하는 것으로, 정보의 학습, 정보의 추론, 정보의 지각, 자연 언어의 처리 중 적어도 하나를 수행하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(1800)는 머신 러닝(machine running) 기술을 이용하여, 청소기 내에 저장된 정보, 주변의 환경 정보, 통신 가능한 외부 저장소에 저장된 정보 등 방대한 양의 정보(빅데이터, big data)를 학습, 추론, 처리 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 그리고, 제어부(1800)는 상기 머신 러닝 기술을 이용하여 학습된 정보들을 이용하여, 실행 가능한 적어도 하나의 청소기의 동작을 예측(또는 추론)하고, 상기 적어도 하나의 예측된 동작들 중 실현성이 가장 높은 동작이 실행되도록 청소기를 제어할 수 있다.
머신 러닝 기술은 적어도 하나의 알고리즘에 근거하여, 대규모의 정보들을 수집 및 학습하고, 학습된 정보를 바탕으로 정보를 판단 및 예측하는 기술이다. 정보의 학습이란 정보들의 특징, 규칙, 판단 기준 등을 파악하여, 정보와 정보 사이의 관계를 정량화하고, 정량화된 패턴을 이용하여 새로운 데이터들을 예측하는 동작이다.
머신 러닝 기술이 사용하는 알고리즘은 통계학에 기반한 알고리즘이 될 수 있으며, 예를 들어, 트리 구조 형태를 예측 모델로 사용하는 의사 결정 나무(decision tree), 생물의 신경 네트워크 구조와 기능을 모방하는 인공 신경망(neural network), 생물의 진화 알고리즘에 기반한 유전자 프로그래밍(genetic programming), 관측된 예를 군집이라는 부분집합으로 분배하는 군집화(Clustering), 무작위로 추출된 난수를 통해 함수값을 확률로 계산하는 몬테카를로 방법(Monter carlo method) 등이 될 수 있다.
머신 러닝 기술의 한 분야로써, 딥러닝 기술은 인공 신경망(Deap Neuron Network, DNN) 알고리즘을 이용하여, 정보들을 학습, 판단, 처리 중 적어도 하나를 수행하는 기술이다. 인공 신경망(DNN)은 레이어와 레이어 사이를 연결하고, 레이어와 레이어 사이의 데이터를 전달하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 딥러닝 기술은 병렬 연산에 최적화된 GPU(graphic processing unit)를 이용하여 인공 신경망(DNN)을 통하여 방대한 양의 정보를 학습할 수 있다.
제어부(1800)는 외부의 서버 또는 메모리에 저장된 트레이닝 데이터를 이용하며, 소정의 물체를 인식하기 위한 특징을 검출하는 학습 엔진을 탑재할 수 있다. 이때, 물체를 인식하기 위한 특징에는 물체의 크기, 형태 및 음영 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 청소기에 구비된 카메라를 통해 획득된 영상 중 일부를 학습 엔진에 입력하면, 상기 학습 엔진은 입력된 영상에 포함된 적어도 하나의 사물 또는 생명체를 인식할 수 있다.
이와 같이, 학습 엔진을 청소기의 주행에 적용하는 경우, 제어부(1800)는 청소기의 주행에 방해되는 의자 다리, 선풍기, 특정 형태의 발코니 틈과 같은 장애물이 청소기 주변에 존재하는지 여부를 인식할 수 있으므로, 청소기 주행의 효율 및 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 위와 같은 학습 엔진은 제어부(1800)에 탑재될 수도 있고, 외부 서버에 탑재될 수도 있다. 학습 엔진이 외부 서버에 탑재된 경우, 제어부(1800)는 분석의 대상인 적어도 하나의 영상을 상기 외부 서버로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
외부 서버는 청소기로부터 전송받은 영상을 학습 엔진에 입력함으로서, 해당 영상에 포함된 적어도 하나의 사물 또는 생명체를 인식할 수 있다. 아울러, 외부 서버는 인식결과와 관련된 정보를 다시 청소기로 전송할 수 있다.
이때, 인식결과와 관련된 정보는 분석의 대상인 영상에 포함된 객체의 개수, 각 개체의 이름과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
한편, 구동부(1300)는 모터를 구비하여, 상기 모터를 구동함으로써, 좌, 우측 주바퀴를 양 방향으로 회전시켜 본체를 회전 또는 이동시킬 수 있다. 구동부(1300)는 이동 로봇의 본체를 전후좌우로 진행시키거나, 곡선주행시키거나, 제자리 회전시킬 수 있다.
한편, 입력부(1200)는 사용자로부터 로봇 청소기에 대한 각종 제어 명령을 입력받는다. 입력부(1200)는 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있고, 예를 들어, 입력부(1200)는 확인버튼, 설정버튼 등을 포함할 수 있다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 맵 정보를 확인하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이고, 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이다.
또한, 입력부(1200)는 이전 사용자 입력을 취소하고 다시 사용자 입력을 받기 위한 입력재설정버튼, 기 설정된 사용자 입력을 삭제하기 위한 삭제버튼, 작동 모드를 설정하거나 변경하는 버튼, 충전대로 복귀하도록 하는 명령을 입력받는 버튼 등을 포함할 수 있다.
또한, 입력부(1200)는 하드 키나 소프트 키, 터치패드 등으로 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 또, 입력부(1200)는 출력부(1500)와 함께 터치 스크린의 형태를 가질 수 있다.
한편, 출력부(1500)는, 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 물론 설치 위치나 설치 형태는 달라질 수 있다. 예를 들어, 출력부(1500)는 배터리 상태 또는 주행 방식 등을 화면에 표시할 수 있다.
또한, 출력부(1500)는, 센싱부(1400)가 검출한 이동 로봇 내부의 상태 정보, 예를 들어 이동 로봇에 포함된 각구성들의 현재 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력부(1500)는 센싱부(1400)가 검출한 외부의 상태 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 화면에 디스플레이할 수 있다. 출력부(1500)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.
출력부(1500)는, 제어부(1800)에 의해 수행되는 이동 로봇의 동작 과정 또는 동작 결과를 청각적으로 출력하는 음향 출력 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(1500)는 제어부(1800)에 의해 생성된 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다.
한편, 통신부(1100)는 단말 장치 및/또는 특정 영역 내 위치한 타 기기(본 명세서에서는 "가전 기기"라는 용어와 혼용하기로 한다)와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 신호와 데이터를 송수신한다.
한편, 메모리(1700)는 로봇 청소기를 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(1700)는 오디오 정보, 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 저장할 수 있다. 또, 메모리(1700)는 주행 패턴과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
한편, 센싱부(1400)는 외부 신호 감지 센서 및 낭떠러지 감지 센서를 포함할 수 있다.
외부 신호 감지 센서는 이동 로봇의 외부 신호를 감지할 수 있다. 외부 신호 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor) 등일 수 있다.
이동 로봇은 외부 신호 감지 센서를 이용하여 충전대가 발생하는 안내 신호를 수신하여 충전대의 위치 및 방향을 확인할 수 있다. 이때, 충전대는 이동 로봇이 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신할 수 있다. 즉, 이동 로봇은 충전대로부터 발신되는 신호를 수신하여 현재의 위치를 판단하고 이동 방향을 설정하여 충전대로 복귀할 수 있다.
한편, 낭떠러지 감지 센서(또는 클리프 센서(Cliff Sensor))는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하여, 이동로봇의 본체를 지지하는 바닥의 장애물을 감지할 수 있다.
즉, 낭떠러지 감지 센서는, 바닥의 이동 로봇의 배면에 설치되되, 이동 로봇의 종류에 따라 다른 위치에 설치될 수 있음은 물론이다. 낭떠러지 감지 센서는 이동 로봇의 배면에 위치하여, 바닥의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 낭떠러지 감지 센서는 상기 장애물 감지 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등일 수 있다.
일 예로, 낭떠러지 감지 센서 중 어느 하나는 이동 로봇의 전방에 설치되고, 다른 두 개의 낭떠러지 감지 센서는 상대적으로 뒤쪽에 설치될 수 있다.
예를 들어, 낭떠러지 감지 센서는 PSD 센서일 수 있으나, 복수의 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수도 있다.
제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서가 지면을 향해 발광한 적외선의 발광신호와 장애물에 의해 반사되어 수신되는 반사신호 간의 적외선 각도를 측정하여, 낭떠러지를 감지하고 그 깊이를 분석할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 감지한 낭떠러지의 지면 상태에 따라 통과 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 낭떠러지의 통과 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)은 낭떠러지 감지센서를 통해 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지 깊이를 판단한 다음, 낭떠러지 감지 센서를 통해 반사 신호를 감지한 경우에만 낭떠러지를 통과하도록 한다.
다른 예로, 제어부(1800)은 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 이동 로봇의 들림 현상을 판단할 수도 있다.
상기 센싱부(1400)는 카메라(1406)를 포함할 수 있다. 이때 카메라는 2차원 카메라 센서를 의미하는 것이 가능하다. 카메라(1406)는, 로봇 청소기의 일면에 구비되어, 이동 중 본체 주변과 관련된 이미지 정보를 획득한다.
카메라(1406)에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 메모리(1700)에 저장될 수 있다.
한편 센싱부(1400)는 로봇 청소기와 피촬영 대상체의 원근거리를 산출하는 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 뎁스 카메라는 본체의 주위와 관련된 2차원 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영된 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에서 뎁스 카메라는 빛을 방출하는 광원(1402)과 광원(1402)에서 수신된 빛을 수신하는 센서(1404)를 포함하고, 센서(1404)에서 수신된 영상을 분석함으로써, 로봇 청소기와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 TOF(Time of Flight) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.
다른 실시예에서 뎁스 카메라는 센서(1404)와 함께 적외선 패턴을 조사하는 광원(1402) 즉, 적외선 패턴 방출부를 구비하는 것이 가능하다. 센서(1404)는 적외선 패턴 방출부에서 조사된 적외선 패턴이 피촬영 대상체에 투영된 모양을 캡쳐함으로써, 로봇 청소기와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 IR(Infra Red) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.
또 다른 실시예에서 뎁스 카메라는 기존의 2차원 영상을 획득하는 카메라를 2개 이상 구비하여, 상기 2개 이상의 카메라에서 획득되는 2개 이상의 영상을 조합하여, 3차원 좌표 정보를 생성하는 스테레오 비전 방식으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예에 따른 뎁스 카메라는 본체의 전방을 향해 하측으로 제1 패턴의 광을 조사하는 제1 패턴 조사부와, 상기 본체의 전방을 향해 상측으로 제2 패턴의 광을 조사하는 제2 패턴 조사부 및 본체의 전방의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 영상 획득부는 상기 제1 패턴의 광과 상기 제2 패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 제어 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에서 로봇 청소기는 주행 중에 상기 광원(1402)에서 빛을 조사한다(S10).
그리고 상기 광원에서 조사된 빛이 물체에 반사된 후에 상기 센서(1404)에 수신된다. 즉 상기 센서(1404)는 상기 광원(1402)의 빛을 감지한다(S20).
이어서, 상기 제어부(1800)는 상기 센서(1404)에서 획득된 정보를 영상 처리하고, 데드 존의 크기 및 변화를 판단한다(S40).
영상 처리는 상기 제어부(1800)에서 상기 센서(1404)에서 수신된 영상의 개별 위치의 거리값을 포함하도록 처리하는 것을 포함할 수 있다. 즉 상기 센서(1404)에서 획득된 영상은 넓은 평면 형태를 이룰 수 있는데, 각각의 좌표에 대해서 거리 값을 산출해서 영상의 좌표에 매칭시키는 것이 가능하다.
데드 존에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참조해서 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 5를 구체적으로 설명한 제어 흐름도이고, 도 7은 센서에서 감지된 정보를 설명한 도면이며, 도 8은 제어부에서 처리된 영상을 설명한 도면이다.
상기 광원(1402)에서 조사되어서 피조사체를 통해서 반사되는 빛은 상기 센서(1404)에서 도 7과 같이 수신된다. 상기 센서(1404)에서는 빛을 수신하기 때문에 조도의 차이만을 가지도록 표현된다. 도 7a에서는 중앙부에 상대적으로 밝게 표현되는데, 도 7 b 내지 d로 갈수록 밝게 표현된 부분이 증가하는 것을 알 수 있다. 로봇 청소기가 장애물에 접근하고 있는 상태를 표현한 것인데, 로봇 청소기가 장애물에 다가갈수록 밝게 표현된 부분이 증가된다.
도 7에서와 같이 밝에 표현된 부분이 데드 존을 의미할 수 있는데, 상기 데드 존은 기준값보다 밝게 감지된 것을 의미할 수 있다. 즉 사용자 등이 상기 센서에서 수신되는 광량이 일정 수치 이상이 되거나 빛이 빨리 반사되어 많은 빛이 수신되면 가까운 곳에 장애물이 있다고 설정할 수 있다. 이때 밝은 정도는 사용자가 원하는 정도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 로봇 청소기가 장애물에 가깝게 이동하길 원하는 경우에는 데드 존을 설정할 때에 밝은 정도를 크게 하는 반면에, 로봇 청소기가 장애물에 가깝게 이동하지 않기를 원하는 경우에는 데드 존을 어둡게 설정하는 것이 가능하다.
도 8에서는 도 7에서 상기 센서(1404)에서 수신된 정보가 상기 제어부(1800)에서 영상처리 된 상태를 표현한다. 즉 도 7a에서 도 7d로 갈수록 밝게 표현된 부분이 증가하는데, 도 8a에서 도 8d로 갈수록 검게 표현된 부분이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
즉 상기 데드 존은 검은색으로 표현된 영역을 의미하는 것이 가능하다. 따라서 상기 데드 존이 커지면, 장애물에 가까워지는 것으로 판단하는 것이 가능하다. 한편 상기 데드 존은 상기 제어부(1800)에서 거리 측정이 불가한 영역인 것을 의미하는 것이 가능하다. 장애물이 로봇 청소기에 일정 거리보다 가깝게 위치하기 때문에 상기 센서(1404)에서 많은 빛이 수신되기 때문이다. 따라서 상기 센서(1404)에서 수신된 빛에 의해서는 일정 거리보다 가까운 위치의 거리를 산출할 수 없다.
상기 제어부(1800)는 처리된 영상을 기준으로 데드 존이 있는지를 판단할 수 있다(S100).
데드 존, 즉 처리된 영상에서 검게 표현된 부분이 있으면, 해당 부분에는 장애물이 있는 것으로 판단할 수 있다(S110). 반면에 데드 존이 존재하지 않으면 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다(S112).
한편, 데드 존이 있다고 있어서, 장애물이 있다고 판단한 경우(S110)에는 로봇 청소기가 주행하면서 데드 존의 크기가 변화하는지를 판단한다(S120).
상기 로봇 청소기는 주행하면서 지속적으로 상기 센서(1404)를 통해서 정보를 수신할 수 있다. 상기 센서(1404)에서는 연속적으로 정보를 수신하기 때문에, 도 7에서와 같이 수신되는 정보가 변화되는 것을 확인할 수 있다. 이전에 획득된 정보와 그 이후에 획득된 정보를 서로 비교해서, 데드 존의 크기 변화를 판단할 수 있다.
도 7 및 도 8에서와 같이 데드 존이 커지는지 여부를 판단할 수 있다(S130).
예를 들어, 도 7 및 도 8과 같이 데드 존이 커지는 경우에는 로봇 청소기가 현재 방향으로 지속적으로 주행하는 경우에는 장애물에 가까워지도록 이동하는 것으로 판단할 수 있다(S140).
따라서, 상기 제어부(1800)는 상기 구동부(1300)를 통해서 로봇 청소기가 장애물을 회피하도록 조절할 수 있다(S150). 즉 상기 구동부(1300)에 의해서 로봇 청소기의 방향을 회전시켜서, 상기 데드 존의 크기가 작아지도록 로봇 청소기를 이동시키는 것이 가능하다.
한편, 상기 제어부(1800)는 데드 존의 크기가 일정 크기보다 작을 때에는 장애물을 회피하지 않다가, 일정 크기보다 커지면 장애물을 회피하도록 상기 구동부(1300)를 구동하는 것이 가능하다. 상기 제어부(1800)에서는 지속적으로 데드 존을 감지하고 있는데, 기본적으로 주변에 장애물이 없는 상태에는 데드 존이 존재하지 않는다. 그러다 로봇 청소기가 주행을 하면서 장애물을 만나게 되면 데드 존이 발생하게 된다. 따라서 데드 존의 크기가 일정 크기보다 작은 경우에는 장애물이 로봇 청소기와 충분히 접촉할 정도의 위치는 아니라고 예측해서, 좀 더 장애물을 향해서 로봇 청소기가 주행하는 것이 가능하다. 지속적으로 해당 방향으로 주행하는 경우에 데드 존의 크기가 커지게 되는데, 이 경우 사용자 등에 의해서 설정된 크기에 데드 존이 도달하게 되면 로봇 청소기가 충분히 장애물에 접근한 것으로 판단해서, 상기 구동부(1300)를 통해서 장애물을 회피하는 것이 가능하다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
100: 로봇 청소기 110: 청소기 본체
120: 흡입 유닛 130: 센싱 유닛
1402: 광원 1404: 센서
1406: 카메라 1800: 제어부

Claims (15)

  1. 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 조사된 빛이 반사되는 것을 감지하는 센서;
    상기 센서에서 감지된 빛을 이용해서 영상을 처리해서, 해당 영상 개별 위치의 거리값을 산출하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부에서 처리된 영상에 데드 존이 있으면, 장애물이 있는 것으로 판단하고,
    상기 데드 존은 상기 제어부에서 거리 측정이 불가한 영역인 것을 의미하고,
    상기 제어부는 상기 데드 존의 크기 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서 처리된 영상에서 상기 데드 존은 검은색으로 표현된 영역을 의미하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서 처리된 영상에서 데드 존이 커지면, 장애물에 가까워지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서 처리된 영상에 데드 존이 있으면, 장애물이 소정 거리내에 위치한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서에서 감지된 상기 데드 존은 기준값 보다 밝게 감지된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 청소기를 이동시키는 구동부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 데드 존의 크기가 일정 크기보다 크면, 장애물이 회피되도록 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 데드 존의 크기가 작아지도록 로봇 청소기를 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  9. 광원에서 빛이 조사되는 단계;
    광원에서 조사된 빛이 물체에 반사된 후에 센서에 수신되는 단계;
    센서에서 수신된 영상의 개별 위치의 거리값을 포함하도록 처리되는 단계; 및
    영상처리된 정보에 데드 존을 확인하고, 상기 데드 존의 크기 변화를 판단하는 단계;를 포함하고,
    데드 존이 있으면 장애물이 있다고 판단하고,
    상기 데드 존은 제어부에서 거리 측정이 불가한 영역인 것을 의미하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 데드 존은 검은색으로 표현된 영역을 의미하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 데드 존이 커지면, 장애물에 가까워지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 센서에서 감지된 상기 데드 존은 기준값 보다 밝게 감지된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    로봇 청소기를 이동시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 이동시키는 단계에서는,
    상기 데드 존의 크기가 일정 크기보다 크면, 장애물이 회피되도록 로봇 청소기를 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이동시키는 단계에서는,
    상기 데드 존의 크기가 작아지도록 로봇 청소기를 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
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