KR102410452B1 - Robot Cleaner for Smart Farm and Method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트팜용 로봇 청소기 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 자율형 이동로봇에 탑재된 로봇청소모듈에 전방의 쓰레기 수집을 위한 메인 브러시, 측면 쓰레기 수집을 위한 사이드 브러시를 구비하고, 낙엽뿐만 아니라 낙과를 감지 및 수집하도록 하는데 그 목적이 있다. The present invention relates to a robot cleaner for a smart farm and a control method thereof, and a robot cleaning module mounted on an autonomous mobile robot is provided with a main brush for collecting garbage in the front and a side brush for collecting garbage on the side, and not only leaves but also fallen leaves Its purpose is to detect and collect
Description
본 발명은 로봇 청소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트팜의 통로를 이동하면서 떨어진 낙엽, 낙과 등의 진공청소기로 흡입하도록 하는 무인 스마트팜용 로봇 청소기 및 이의 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a robot cleaner, and more particularly, to a robot cleaner for an unmanned smart farm that allows the vacuum cleaner to suck fallen leaves, fallen fruits, etc. while moving through a path of the smart farm, and a control method thereof.
일반적으로, 로봇 청소기는 다양한 센서와 카메라 등을 이용하여 자율주행을 하면서 청소상태를 확인하고, 청소를 수행하는 무인, 무선 자동 청소기로 가정용 뿐만 아니라, 공장, 농축산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.In general, a robot vacuum cleaner is an unmanned, wireless automatic vacuum cleaner that performs cleaning while autonomously driving using various sensors and cameras, and is used in various fields such as factories and livestock industries as well as at home.
그런데, 이러한 자동 로봇 청소기는 많은 산업분야에서 필요함에도 불구하고 널리 확산되지 못하고 있으며, 특히 농축산업에는 청소환경이 다양하여 최적화된 자동 로봇 청소기를 개발하고 보급하는데 한계가 있었다.However, such automatic robot cleaners have not been widely spread despite being needed in many industrial fields, and in particular, there is a limit to developing and distributing an optimized automatic robot cleaner due to various cleaning environments in the agricultural and livestock industries.
도 1은 종래술에 따른 청소용 로봇의 전체 구성도로서, 청소용 로봇(100)은, 크게 본체(120), 상기 본체의 하부에 형성되어 축사 내부 통로를 이동하는 3륜 바퀴부(110)와, 상기 본체(120)와 연결되고 상기 바퀴부(110)에 따른 이동 통로를 청소하는 가변브러쉬(130)와, 상기 본체(120)에 전원을 공급하는 전원부(128)를 포함한다. 청소용 로봇(100)은 축사의 소정 위치에 형성된 전원 충전부(140)를 통해 관리자의 도움 없이 자동 충전이 가능하도록 설정할 수 있다.1 is an overall configuration diagram of a cleaning robot according to the prior art, wherein the cleaning robot 100 has a
여기서, 본체(120)는, 상기 바퀴부(110)를 구동시키는 모터구동부(121)와, 외부 단말과 통신하는 유/무선 통신모듈(122)과, 온도를 감지하는 온도 센서(123) 와, 습도를 감지하는 습도센서(124)와, 영상정보를 획득하는 카메라(126) 및 이들 구성요소를 제어하는 제어부(125)와, 상기 가변브러쉬(130)를 통해 청소된 닭털, 먼지, 쓰레기 등(이하, 쓰레기 등이라 한다)을 수집하는 수집통(127)을 포함한다. 이때, 상기 본체(120)는 직사각형 하부체(120a)와 상기 하부체(120a) 상에 형성되는 원통형의 상부체(120b)로 구성되고, 상기 수집통(127)은 하부체 (120a)에 형성되고, 상기 수집통(127)을 제외한 모터구동부(121), 통신모듈(122), 센서부, 카메라(126) 및 제어부(125)는 상부체(120b)에 형성될 수 있다.Here, the
이와 같이 형성된 종래의 청소용 로봇은 개별 농장이나 축사의 내부 통로 너비가 다른 경우에도 자동 또는 수동으로 브러쉬의 폭을 조절할 수 있어, 청소 로봇의 보급화를 활성화시킬 수 있으며, 동물 사육환경에서 주요한 요소인 온도와 습도를 상시 모니터링할 수 있게 하여 정밀한 환기 제어를 할수 있고, 사육환경을 개선하여 양질의 계란 또는 고기를 제공받을 수 있는 효과가 있다.The conventional cleaning robot formed in this way can adjust the width of the brush automatically or manually even when the inner passage width of individual farms or livestock houses is different, thereby activating the spread of cleaning robots, and temperature, which is a major factor in animal breeding environment. And humidity can be monitored at all times, so precise ventilation can be controlled, and the breeding environment can be improved to provide high-quality eggs or meat.
그러나, 종래기술에 따른 청소용 로봇은 브러시가 전후좌우로 이동이 가능하나, 높이조절이 되지않아 이동경로에 레일이 설치된 경우 청소로봇이 레일로 인해 청소에 방해되는 문제점이 있고, 청소 진행방향의 폭이 넓을 경우 사이드 브러시 만으로는 중앙 전면에 있는 쓰레기들은 청소하지 못하는 문제점이 있었다. However, in the cleaning robot according to the prior art, the brush can move forward, backward, left and right, but the height cannot be adjusted, so when a rail is installed in the movement path, there is a problem in that the cleaning robot is obstructed in cleaning due to the rail, and the width in the cleaning direction In this wide case, there was a problem that the side brush alone could not clean the garbage in the front of the center.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여, 자율형 이동로봇 또는 이동대차에 탑재된 청소모듈에 전방 쓰레기 수집을 위한 메인 브러시, 측면 쓰레기 수집을 위한 사이드 브러시를 구비하고, 낙엽뿐만 아니라 낙과를 감지 및 수집하도록 하는 스마트팜용 로봇 청소기 및 이의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, in order to improve the problems of the prior art, the present invention is provided with a main brush for collecting front garbage and a side brush for collecting side garbage in a cleaning module mounted on an autonomous mobile robot or a moving cart, and not only leaves but also fallen leaves An object of the present invention is to provide a robot cleaner for a smart farm that detects and collects and a method for controlling the same.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 스마트팜용 로봇 청소기는 자율이동로봇(AMR) 또는 이동대차에 탑재된 로봇청소기가 스마트팜의 작업공간을 따라 자율 주행하면서 바닥면의 쓰레기 또는 낙과를 흡입하는 스마트팜용 로봇 청소기에 있어서, 상기 로봇청소기는 상기 자율이동로봇(AMR) 또는 이동대차에 탑재된 수집모듈 및 전원공급모듈; 및 상기 자율이동로봇 또는 이동대차의 전면에서 이동중 바닥의 쓰레기를 흡입하는 로봇청소모듈;을 포함하되, 상기 로봇청소모듈은 전면으로 이동하면서 바닥면과 수평인 회전축을 회전시켜 바닥면의 쓰레기를 모으는 메인 브러시모듈; 상기 메인브러시의 회전에 의해 모아진 쓰레기를 홉입하여 상기 청소모듈로 이동시키기 위한 흡입노즐; 및 상기 로봇청소기의 진행방향의 좌우측 바닥면의 쓰레기를 상기 흡입노즐 측으로 모으도록 좌,우측 사이드 브러시모듈;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Smart farm robot cleaner for achieving the object of the present invention is an autonomous mobile robot (AMR) or a robot cleaner mounted on a moving cart autonomously driving along the work space of the smart farm while sucking garbage or falling fruits on the floor. A vacuum cleaner comprising: a collection module and a power supply module mounted on the autonomous mobile robot (AMR) or a mobile cart; and a robot cleaning module that sucks the garbage on the floor while moving from the front of the autonomous mobile robot or mobile cart, wherein the robot cleaning module rotates a rotation shaft that is horizontal to the floor while moving to the front to collect the garbage on the floor main brush module; a suction nozzle for moving the garbage collected by the rotation of the main brush to the cleaning module; and left and right side brush modules to collect garbage on the left and right bottom surfaces in the moving direction of the robot cleaner toward the suction nozzle.
여기서, 상기 수집모듈 및 전원공급모듈은 상기 자율이동로봇의 상부에 착탈 가능하도록 탑재되며, 상기 수집모듈은 상기 흡입노즐에 흡입력을 발생시키는 홉입모터; 및 상기 흡입모터가 구동함에 따라 흡입력에 의해 수집된 쓰레기를 적재하는 집진통;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the collection module and the power supply module are mounted detachably on the upper part of the autonomous mobile robot, and the collection module includes: a sip motor for generating a suction force to the suction nozzle; and a dust collector for loading the garbage collected by the suction force as the suction motor is driven.
또한, 상기 로봇청소모듈은 상기 자율이동로봇(ARM) 또는 이동대차의 전면에서 승하강 이동을 위한 승하강 부재를 더 포함하며, 상기 메인 브러시모듈은 회전축을 중심으로 다수의 브러시가 형성된 브러시부재; 및 상기 브러시부재를 회전시키는 메인브러시 모터모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the robot cleaning module further includes an elevating member for elevating and lowering movement at the front of the autonomous mobile robot (ARM) or the moving cart, the main brush module comprising: a brush member having a plurality of brushes formed around a rotational axis; and a main brush motor module for rotating the brush member.
상기 로봇청소기에 부가하여 낙과를 감지하는 비전검사부;를 더 포함하되, 상기 비전검사부를 통해 낙과가 감지될 경우 상기 흡입구를 승강시키고, 낙과의 위치로 좌우 이동시키고, 낙과를 흡입하도록 전방으로 일정각도 회전시키는 것을 특징으로 한다. In addition to the robot cleaner, a vision inspection unit for detecting a fall is further included, but when a fall is detected through the vision inspection unit, the suction port is raised and lowered, moved to the left and right to the position of the fall, and a predetermined angle forward to suck the fall It is characterized by rotating.
상기 좌,우측 사이드 브러시모듈은 상기 청소기모듈 양측면에 고정된 L자암(arm); 상기 L자 암(arm)으로 하단에 끝단에 수직축으로 회전하는 사이드 브러시; 및 상기 사이드 브러시를 회전시키는 사이드 브러시모터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The left and right side brush modules may include L-arms fixed to both sides of the cleaner module; a side brush rotating in a vertical axis from the lower end to the end of the L-shaped arm; and a side brush motor for rotating the side brush.
본 발명에 따른 목적을 달성하기 위한 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법은 자율이동로봇(AMR) 또는 이동대차에 탑재된 로봇청소기가 스마트팜의 작업공간을 따라 자율 주행하면서 바닥면의 쓰레기 또는 낙과를 흡입하도록 청소제어모듈에 의해 로봇청소모듈의 흡입모터, 메인 브러시, 사이드 브러시 또는 흡입노즐의 위치를 구동 제어하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법에 있어서, 상기 청소제어모듈은 상기 로봇청소모듈을 하강시키는 제1과정; 상기 사이드 브러시를 바닥면까지 하강시키는 제2과정; 상기 낙엽의 양 및 상태와 낙과 감지여부에 따라 흡입모터, 메인 브러시, 사이드 브러시를 구동 제어하는 제3과정; 및 상기 흡입노즐의 위치를 낙엽의 양 및 상태와 낙과 감지여부에 따라 흡입덕트의 위치를 조절하는 제4과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The robot cleaner control method for a smart farm for achieving the object according to the present invention is such that an autonomous mobile robot (AMR) or a robot cleaner mounted on a moving cart autonomously drives along the work space of the smart farm and sucks garbage or fallen fruits on the floor. In the smart farm robot cleaner control method for driving and controlling the position of the suction motor, the main brush, the side brush or the suction nozzle of the robot cleaning module by the cleaning control module, the cleaning control module is a first step of lowering the robot cleaning module ; a second process of lowering the side brush to the bottom surface; a third process of driving and controlling the suction motor, the main brush, and the side brush according to the amount and state of the fallen leaves and whether the fall is detected; and a fourth process of adjusting the position of the suction nozzle according to the amount and condition of fallen leaves and whether the position of the suction duct is detected.
여기서, 상기 자율이동로봇(AMR) 또는 이동대차를 이동시키는 레일이 있을 경우 상기 사이드브러시 위치제어부를 구동시켜 상기 사이드브러시를 레일 바깥쪽으로 설정된 펼침 각도로 이동시킨 후 상기 사이드브러시를 하강시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, if there is a rail for moving the autonomous mobile robot (AMR) or the moving cart, driving the side brush position control unit to move the side brush to the outside of the rail to a set unfolding angle, and then lowering the side brush; It is characterized in that it further comprises.
또한, 상기 제3과정은 상기 자율이동로봇 또는 로봇 청소모듈의 상부에 고정된 카메라를 통해 전면 청소영역의 영상을 획득하는 11단계; 상기 획득된 영상을 비전모듈을 통해 분석하여 낙엽의 양, 상태 및 낙과 여부를 판단하는 12단계; 및 상기 12단계에서의 판단결과에 따라 상기 메인브러시 및 사이드브러시의 회전속도와 흡입노즐의 위치 및 흡입력을 제어하는 13단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the third process includes: 11 steps of acquiring an image of the front cleaning area through a camera fixed to the upper part of the autonomous mobile robot or robot cleaning module; 12 step of analyzing the obtained image through a vision module to determine the amount, state, and fall of fallen leaves; and a 13th step of controlling the rotational speed of the main brush and the side brush, the position of the suction nozzle, and the suction force according to the determination result in the 12th step.
또한, 상기 12단계에서 낙과로 판단될 경우 낙과의 위치를 감지하는 21단계; 상기 21단계에서 감지된 위치로 흡입노즐의 위치를 이동시키는 22단계; 및 상기 흡입노즐의 낙과 위치로 이동한 후 상기 흡입모터를 제어하여 흡입력을 조절하는 23단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, if it is determined that the fall in step 12, step 21 of detecting the location of the fall; 22 step of moving the position of the suction nozzle to the position detected in step 21; and step 23 of controlling the suction motor to adjust the suction force after moving to the falling position of the suction nozzle.
본 발명에 따른 스마트팜용 로봇 청소기 제어장치 및 방법은 자율이동로봇(AMR) 또는 이동대차에 탑재되어 자율주행하며 스마트팜의 작업경로를 따라 바닥에 떨어진 낙엽, 낙과 등의 쓰레기를 청소하므로, 필요한 시간 또는 24시간 자동 청소가 가능하며, 비전 시스템을 이용하여 낙엽의 양, 젖은 상태를 감지하고, 그에 따라 흡입력을 자동 조절하므로, 에너지 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 낙과 감지시 흡입력 및 노즐의 위치조절을 통해 용이하게 흡입할 수 있는 효과가 있다. The robot cleaner control apparatus and method for a smart farm according to the present invention are mounted on an autonomous mobile robot (AMR) or a moving cart, drive autonomously, and clean garbage such as fallen leaves and fallen fruits along the work path of the smart farm. Alternatively, automatic cleaning is possible 24 hours a day, and the amount of fallen leaves and wet conditions are detected using the vision system, and suction power is automatically adjusted accordingly, so energy efficiency can be increased as well as suction power and nozzle position control when falling leaves are detected. It has the effect of being easily inhaled through
도 1은 종래기술에 따른 축사용 청소로봇의 전체 외관도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 로봇 청소기의 전체 외부 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 로봇 청소기의 블록 구성도이고,
도 4는 도 2에서 자율이동로봇과 로봇청소모듈의 결합 구성도이고,
도 5는 도 2에서 로봇청소모듈의 평면 투시도이고,
도 6은 도 2에서 사이드브러시의 측면 및 평면 구성도이고,
도 7은 도 2에서 흡입노즐의 측면 투시도이고,
도 8은 도 3에서 비전모듈의 설명을 위한 구성도이고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 로봇 청소기의 제과정의 흐름도이다.1 is an overall external view of a cleaning robot for livestock according to the prior art;
2 is an overall external configuration diagram of a robot cleaner for a smart farm according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram of a robot cleaner for a smart farm according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram illustrating the combination of the autonomous mobile robot and the robot cleaning module in FIG. 2;
Figure 5 is a plan perspective view of the robot cleaning module in Figure 2,
6 is a side view and a plan view of the side brush in FIG. 2;
Figure 7 is a side perspective view of the suction nozzle in Figure 2,
8 is a block diagram for explaining the vision module in FIG. 3;
9 is a flowchart of a manufacturing process of a robot cleaner for smart farms according to an embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 The features and effects of the present invention described above refer to the following detailed description in relation to the accompanying drawings.
통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. It will become clearer through, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. Since the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail in the text.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트팜용 로봇 청소기 및 이의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.A robot cleaner for a smart farm and a control method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 및 도3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 로봇 청소기의 전체 구성도로서, 스마트팜의 지정된 구간을 레일 또는 바닥면으로 자율주행하는 자율이동로봇(AMR)(200)과, 상기 자율이동로봇(200)에 탑재된 구조물에 전원공급을 위한 배터리를 포함한 전원공급부(210)와, 쓰레기 수집통(220)에 쓰레기를 흡입 및 적재하도록 흡입력을 발생하는 흡입모터구동부(223)와, 상기 자율이동로봇(200)의 전면에 로봇청소모듈 연결부재(230)로 연결되어 이동하면서 바닥의 쓰레기를 흡입하는 로봇청소모듈(300)과, 상기 로봇청모듈(300)의 이동을 위한 하단 바닥면에 부착된 이동바퀴(304)와, 상기 로봇청소모듈(300) 전면 하단에 바닥면의 바닥재(부직포 등, 도면에 미도시)의 들뜸을 방지하도록 탄성력을 가진 보조바퀴(305)로 구성된다.2 and 3 are overall configuration diagrams of a robot cleaner for a smart farm according to an embodiment of the present invention, and an autonomous mobile robot (AMR) 200 that autonomously drives a designated section of the smart farm on a rail or a floor surface, and the autonomous A
여기서, 상기 로봇청소모듈(300)을 탑재 또는 전후방에 연결하여 이동시키기 위한 이동수단으로 상기 자율형이동로봇(AMR)(200) 뿐만 아니라, 다양한 형태의 이동대차로 대체할 수 있다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 자율형이동로봇(ARM)을 예를 들어 설명한다.Here, as a moving means for moving the
상기 로봇청소모듈(300)은 전면으로 이동하면서 바닥면과 수평인 회전축을 회전시켜 바닥면의 쓰레기를 모으는 메인 브러시모듈(310)과, 상기 메인 브러시모듈(310)의 회전에 의해 모아진 쓰레기를 흡입하여 상기 수집통(220)으로 이동시키기 위한 흡입노즐모듈(330)과, 상기 로봇청소모듈(300)의 진행방향의 좌우측 바닥면의 쓰레기를 상기 흡입노즐모듈(330) 측으로 모으는 좌,우측 사이드 브러시모듈(320)로 구성된다.The
도 4를 참조하면, 상기 로봇청소모듈 연결부재(230)는 상기 자율이동로봇(200)의 전면에 상기 로봇청소모듈(300)을 고정하고 승하강 슬라이딩 하도록 연결 구성된 슬라이딩 연결부(231)와, 상기 자율이동로봇 또는 이동대차(200)의 전면에 고정되어 상기 슬라이딩 연결부(231)를 승하강시키는 쇼바(232)로 구성하되, 상기 슬라이딩 연결부(231) 및 쇼바(232)는 승하강 구동 모터등 다양한 형태의 승하강 구조가 가능하다. 4, the robot cleaning
상기 메인 브러시모듈(310)은 회전축에 브러시가 방사형으로 고정된 메인브러시(311)와, 상기 메인브러시(311)을 회전시키기 위한 메인브러시 구동모터(312)와, 상기 메인브러시 구동모터(312)의 동력을 상기 메인브러시(311)로 전달하는 밸트(313)로 구성된다.The
도 5를 참조하면, 상기 흡입노즐모듈(330) 상기 메인 브러시(311) 전면에 위치하며, 바닥면의 쓰레기를 흡입하는 적어도 하나의 흡입노즐(331)과, 상기 흡입노즐(331)을 통해 흡입된 쓰레기를 상기 수집통(221)(222)로 이동시키는 흡입관(333)으로 구성되며, 상기 로봇청소모듈(300) 양 측면에 좌,우측 사이드 브러시모듈(320)이 연결되며, 상기 좌,우측 사이드 브러시모듈(320)은 사이드브러시(322)를 고정하기 위한 L자 암(321)으로 구성된다.Referring to FIG. 5 , the
도 6의 (A)내지 (C)를 참조하면, 상기 좌,우측 각 사이드브러시모듈(320)은L자암(321)의 하단 끝단에 구비된 사이드브러시(322)를 구동하기 위한 사이드브러시 구동모터(323)와 사이드브러시(322)를 승하강시키는 사이드브러시 승하강부재(324)로 구성되며, 상기 L자암(321)은 후술하는 청소제어모듈(301)의 제어에 의해 좌우측으로 일정 각도 회전시키는 사이드브러시 회전부재(325)로 구성된다. 6 (A) to (C), each of the left and right
여기서, 상기 L자암(321)은 상기 사이드브러시 회전부재(325)를 중심으로 펼침각 0°~180°까지 회전 가능하도록 구성한다.Here, the L-
도 7을 참조하면, 상기 흡입노즐모듈(330)은 공기 흡인력에 의해 바닥면의 쓰레기를 흡입하는 흡입노즐(331)와, 상기 흡입노즐(331)의 승하강 및 전후방으로 일정각도 회전시키는 흡입노즐 위치제어부(332)로 구성되며, 상기 흡입노즐 위치제어부(332)는 수동 또는 자동 제어가 가능하다. Referring to FIG. 7 , the
도 8을 참조하면, 상기 자율이동로봇(200)의 상단 또는 로봇청소모듈(300)의 상단에 고정되어 바닥면 청소영역을 촬영하는 카메라(302)와, 상기 카메라(302)를 통해 수집된 영상을 분석하여 쓰레기의 양, 분포상태 및 젖은상태와 낙과여부를 판단하는 비전모듈(303)로 구성된다.Referring to FIG. 8 , a
이와 같이 구성된 스마트팜용 로봇 청소기의 동작과정에 대하여 첨부된 도 2 내지 도 9를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation process of the robot cleaner for smart farm configured as described above will be described in detail with reference to the attached FIGS. 2 to 9 as follows.
먼저, 본 발명은 스마트팜의 지정 청소구역에 자율이동로봇(200)에 로봇청소모듈(200)을 탑재하고, 배터리 전원을 공급받아 자율이동하면서 바닥면에 떨어진 쓰레기들을 자동 감지하고 이를 흡입하여 청소하게 된다. First, the present invention mounts a
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 로봇 청소기의 제어과정의 흐름도로서, 상기 자율이동로봇(200)은 스마트팜의 청소구역의 환경에 따라 레일 위로 이동하거나, 레일이 없는 바닥면을 이동하면서 청소가 가능하며, 본 발명에서는 레일로 이동하면서 지정된 청소구역의 낙엽 또는 낙과를 청소하기 위한 스마트팜에서 자율 주행하면서 청소하는 실시예에 대하여 상세히 설명한다.9 is a flowchart of a control process of a robot cleaner for a smart farm according to an embodiment of the present invention, wherein the autonomous
상기 자율이동로봇(200)에 탑재된 로봇청소모듈(300)에 전원이 온되고 청소모드를 시작하면, 상기 청소제어모듈(301)은 로봇청소모듈 승하강구동부(233)를 통해 상기 쇼바(232)를 구동시킴에 따라 상기 슬라이딩 연결부(231)에 연결된 상기 로봇청소모듈(300)이 청소 바닥면으로 하강한다.When the power is turned on to the
다음은 상기 사이드브러시(322)의 위치 제어를 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Next, the position control of the
상기 로봇청소모듈(300)이 하강한 후 상기 사이드브러시 위치제어부(326)를 구동하여 상기 좌,우측 사이드브러시(322)를 레일(201)을 중심으로 좌,우측 외측으로 일정 각도 회전한다.(도 6 C 참조)After the
여기서, 상기 레일(201)이 바닥면으로부터 일정 높이(약 200mm)로 올라와 있기 때문에 상기 좌,우측 사이드브러시(322)는 레일(201)을 피해 외측으로 펼침각(약 80°)로 회전시킨다.Here, since the
즉, 상기 사이드브러시 위치제어부(326)는 상기 사이드 브러시 회전부재(325)를 구동하여 상기 L자암(321)이 좌,우 외측으로 일정각도 회전시키며, 상기 펼침각은 상기 레일(201)의 위치와 상기 레일(201) 외측 청소영역에 따라 펼침각을 조절한다. That is, the side brush position control unit 326 drives the side
상기 L자암(321)이 상기 레일(201) 외측으로 회전하여 펼쳐진 다음 상기 사이드브러시 승하강부재(324)를 하강 구동하여 상기 사이드브러시(322)가 바닥면의 약 4cm까지 이동시킨다. After the L-shaped
이와 같은 과정을 통해 청소준비가 완료되면 상기 자율이동로봇(200)과 로봇청소모듈(300)이 이동하면서 청소를 시작한다.When cleaning preparation is completed through this process, the autonomous
즉, 상기 청소제어모듈(301)은 상기 흡입모터 구동부(223)를 설정된 속도로 회전시킴에 따라 흡인력을 발생시키고, 상기 메인브러시 구동모터(312)를 구동시킴에 따라 밸트(313)에 연동되어 상기 메인브러시(311)이 회전하고, 상기 사이드브러시 구동모터(323)를 구동시켜 상기 사이드브러시(322)를 회전시킨다.That is, the
여기서, 상기 메인브러시(311)의 회전방향은 상기 반시계방향으로 회전시켜 낙엽을 전면에 위치한 흡입노즐(331)로 보내짐에 따라 상기 낙엽들이 흡입노즐(331)에 흡입하게 되고, 상기 사이드브러시(322)의 회전방향은 좌,우측 사이드브러시(322)는 낙엽들이 내측으로 모아지도록 서로 대칭되도록 회전시킨다. Here, the rotation direction of the
한편, 상기 흡입노즐(331)을 통해 낙엽들을 흡입할 때, 바닥면에 도포된 바닥재(부직포)가 들뜸 현상이 발행하여 바닥재가 손상되거나, 흡입력에 영향을 주어 청소효율을 떨어뜨린다. 이를 방지하기 위하여 상기 흡입노즐(331) 전면에 탄성력이 있는 판 스프링 등으로 고정된 이동바퀴를 구비하여, 이동바퀴가 바닥면에 탄성력으로 눌러주게 되므로, 바닥재가 흡입력으로 인해 들뜨지 않도록 한다. On the other hand, when the fallen leaves are sucked through the
상기 로봇청소모듈이 청소를 시작하면서, 상기 비전모듈(303)은 상기 카메라(302)를 통해 획득된 청소영역의 바닥면 영상을 실시간으로 분석하여 낙엽 양과 분포상태 및 젖은 상태를 판단하여, 흡입모터 구동부(223), 메인브러시 구동모터(312), 사이드브러시 구동모터(323)를 제어하여, 흡입노즐(331)의 흡인력과 메인브러시(311)의 회전속도와 상기 사이드브러시(322)의 회전속도를 제어할 뿐만 아니라, 흡입노즐(331)의 위치도 승하강 제어하여 최적의 청소효율을 높이도록 한다.As the robot cleaning module starts cleaning, the
상기 낙엽의 상태 인식방법은 RGB-D 카메라와 딥러닝 기술을 이용하여 인식한다.The state recognition method of the fallen leaves is recognized using an RGB-D camera and deep learning technology.
예를 들어, 상기 비전 영상 분석결과 낙엽의 양이 많을 경우 또는 낙엽의 젖은 상태일 경우, 상기 흡입모터 구동부(223)를 통해 흡입모터(222)의 회전력을 상승시켜 흡인력을 상승시키고, 상기 메인브러시(311) 및 사이드브러시(322)의 회전 속도를 상승시킨다. For example, when the amount of fallen leaves is large as a result of analyzing the vision image, or when the leaves are wet, the rotational force of the
또한, 낙엽이 많은 상태일 경우 흡입노즐(331)의 높이를 상승시킴과 아울러, 상기 흡입력을 상승시키고, 메인브러시(311)의 회전력을 상승시키고, 낙옆의 분포가 넓을 경우에는 상기 사이드브러시(322)의 펼침각을 넓혀 준다.In addition, when there are many fallen leaves, the height of the
이로 인해 소비전력을 효율적으로 관리함으로 배터리의 전력소비를 줄일 수 있고, 그에 따라 동작시간을 늘일 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to reduce the power consumption of the battery by efficiently managing the power consumption, and accordingly, it is possible to increase the operation time.
만약, 상기 비전 영상 분석결과 낙과가 감지될 경우에는 상기 낙과의 위치, 방향과 거리를 산출하고, 상기 로봇청소모듈(200)이 산출된 거리까지 이동하여 상기 흡입노즐(331)이 낙과 위치에 도착하면, 상기 청소제어모듈(301)의 제어에 의해 상기 흡입노즐 위치제어부(332)를 구동하여 상기 흡입노즐(331)의 위치를 흡입력이 가장 강한 흡입구의 중앙으로 오도록 좌,우로 이동시키고, 상기 흡입노즐(331)의 흡입구의 방향을 전방으로 향하도록 일정각도 회전시킨 후 흡입모터(222)를 제어하여 흡인력을 상승시켜 낙과를 흡입한다. 이때, 필요에 따라 상기 흡입노즐(331)을 낙과의 높이에 맞도록 일정 높이로 상승 또는 하강시켜 흡입 효율을 높인다.(도 7참조) If, as a result of analyzing the vision image, a fall is detected, the position, direction and distance of the fall are calculated, and the
상기 낙과 처리과정을 통해 낙과를 제거한 후에는 상기 흡입노즐(331) 및 흡입력을 다시 바닥 청소모드로 복귀하여 낙엽 청소를 시작한다. After the fallen fruits are removed through the fallen fruits processing process, the
이와 같이 낙엽청소 및 낙과처리 과정을 통해 청소를 완료하면 청소를 종료한다.In this way, when the cleaning is completed through the leaf cleaning and the fallen fruit processing process, the cleaning is finished.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 로봇청소기 및 그 제어방법은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.As described above, although the robot cleaner for smart farm and the control method thereof according to the embodiment of the present invention have been described with reference to the limited embodiments and drawings, it is not limited by this embodiment, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It goes without saying that various modifications and variations are possible within the scope of the technical spirit of the present invention and the scope of the claims to be described below by those who have it.
200: 자율이동로봇 201: 레일
210: 전원공급부 221: 수집통
222: 흡입모터 223: 흡입모터 구동부
230: 로봇청소모듈 연결부재 231: 슬라이딩부재
232: 쇼바 233: 로봇청소모듈 승하강구동부
300: 로봇청소모듈 301: 청소제어모듈
302: 카메라 303: 비전모듈
304: 이동바퀴 305: 보조바퀴
310: 메인 브러시모듈 311: 메인 브러시
312: 메인 브러시 모터 313: 밸트
320: 좌,우측 사이드 브러시모듈 321: L자암
322: 사이드 브러시 323: 사이드브러시 구동모터
324: 사이드브러시 승하강부재 325: 사이드브러시 회전부재
326: 사이드브러시 위치제어부 331: 흡입노즐
332: 흡입노즐 위치제어부 333: 흡입관200: autonomous mobile robot 201: rail
210: power supply 221: collection bin
222: suction motor 223: suction motor driving unit
230: robot cleaning module connection member 231: sliding member
232: shock absorber 233: robot cleaning module elevating drive unit
300: robot cleaning module 301: cleaning control module
302: camera 303: vision module
304: moving wheel 305: auxiliary wheel
310: main brush module 311: main brush
312: main brush motor 313: belt
320: left, right side brush module 321: L-shaped arm
322: side brush 323: side brush drive motor
324: side brush elevating member 325: side brush rotating member
326: side brush position control unit 331: suction nozzle
332: suction nozzle position control unit 333: suction pipe
Claims (17)
상기 로봇청소기는 상기 자율이동로봇(AMR) 또는 이동대차에 탑재된 수집모듈 및 전원공급모듈; 및
상기 자율이동로봇 또는 이동대차의 전면에서 이동 중 바닥의 쓰레기를 흡입하는 로봇청소모듈;을 포함하되,
상기 로봇청소모듈은 전면으로 이동하면서 바닥면과 수평인 회전축을 회전시켜 바닥면의 쓰레기를 모으는 메인 브러시모듈;
상기 메인브러시의 회전에 의해 모아진 쓰레기를 흡입하여 상기 수집모듈로 이동시키기 위한 흡입노즐 및 흡입관; 및
상기 로봇청소기의 진행방향의 좌우측 바닥면의 쓰레기를 상기 흡입노즐 측으로 모으는 승하강 구조의 좌,우측 사이드 브러시모듈;을 포함하되,
상기 로봇청소모듈은 상기 자율이동로봇 또는 이동대차의 전면에서 승하강 이동을 위한 로봇청소모듈 연결부재로 연결되며,
상기 로봇청소모듈 연결부재는 상기 로봇청소모듈을 고정하고 승하강하는 슬라이딩 연결부와, 상기 자율이동로봇 또는 이동대차 전면에 고정되어 상기 슬라이딩 연결부를 승하강시키는 쇼바를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.In the robot cleaner for smart farms, in which an autonomous mobile robot (AMR) or a robot cleaner mounted on a mobile cart autonomously drives along the smart farm's work space and sucks garbage or fallen fruits on the floor,
The robot cleaner may include: a collection module and a power supply module mounted on the autonomous mobile robot (AMR) or a mobile cart; and
Including a; robot cleaning module for sucking the garbage on the floor while moving from the front of the autonomous mobile robot or the mobile cart;
The robot cleaning module includes: a main brush module for collecting garbage on the floor by rotating a rotation shaft that is horizontal to the floor while moving to the front;
a suction nozzle and a suction pipe for sucking the garbage collected by the rotation of the main brush and moving it to the collection module; and
Including, but including;
The robot cleaning module is connected to a robot cleaning module connecting member for elevating and lowering movement from the front of the autonomous mobile robot or the mobile cart,
The robot cleaning module connection member includes a sliding connection part for fixing and elevating the robot cleaning module, and a shock bar fixed to the front surface of the autonomous mobile robot or mobile cart to raise and lower the sliding connection part. vacuum cleaner.
상기 수집모듈 및 전원공급모듈은 상기 자율이동로봇의 상부에 착탈 가능하도록 탑재되며,
상기 수집모듈은 상기 흡입노즐에 흡입력을 발생시키는 흡입모터; 및
상기 흡입모터가 구동함에 따라 흡입력에 의해 수집된 쓰레기를 적재하는 집진통;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.According to claim 1,
The collection module and the power supply module are mounted detachably on the upper part of the autonomous mobile robot,
The collection module includes: a suction motor for generating a suction force to the suction nozzle; and
Smart farm robot cleaner comprising a; dust collector for loading garbage collected by suction force as the suction motor is driven.
상기 메인 브러시는 상기 흡입노즐의 후방에 위치하여, 상기 메인 브러시의 시계반대 방향 회전을 통해 쓰레기를 흡입노즐 측으로 보내는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.
According to claim 1,
The main brush is located at the rear of the suction nozzle, and the robot cleaner for smart farm, characterized in that it sends garbage to the suction nozzle side through the counterclockwise rotation of the main brush.
상기 메인 브러시모듈은 회전축을 중심으로 다수의 브러시가 형성된 브러시부재; 및
상기 브러시부재를 회전시키는 메인브러시 구동모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.According to claim 1,
The main brush module includes: a brush member having a plurality of brushes formed around a rotation axis; and
A robot cleaner for a smart farm, characterized in that it comprises; a main brush driving module for rotating the brush member.
상기 흡입노즐은 쓰레기의 종류에 따라 승하강 또는 흡입구의 좌우이동 가능하고, 수직축을 중심으로 전후 방향으로 일정 각도 회전 가능하도록 형성하되, 수동 또는 자동 조절 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.According to claim 1,
The suction nozzle is movable up and down or left and right movement of the suction port according to the type of garbage, and is formed to be rotatable at a predetermined angle in the front and rear directions about the vertical axis, but is configured to be manually or automatically adjusted.
상기 로봇청소기에 부가하여 낙과를 감지하는 비전검사부;를 더 포함하되,
상기 비전검사부를 통해 낙과가 감지될 경우 상기 흡입구를 승강시키고, 낙과의 위치로 좌우 이동시키고, 낙과를 흡입하도록 전방으로 일정각도 회전시키는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.7. The method of claim 6,
In addition to the robot cleaner, a vision inspection unit for detecting a fall; further comprising,
When a fall is detected through the vision inspection unit, the suction port is raised and lowered, moved to the left and right to the position of the fall, and rotated forward at a predetermined angle to suck the fall.
상기 좌,우측 사이드 브러시모듈은 상기 로봇청소모듈 양측면에 고정된 L자암(arm);
상기 L자 암(arm)으로 하단에 끝단에 수직축으로 회전하는 사이드 브러시; 및
상기 사이드 브러시를 회전시키는 사이드 브러시모터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.According to claim 1,
The left and right side brush modules include L-arms fixed to both sides of the robot cleaning module;
a side brush rotating in a vertical axis from the lower end to the end of the L-shaped arm; and
A robot cleaner for a smart farm comprising a; a side brush motor for rotating the side brush.
상기 좌,우측 사이드 브러시모듈은 상기 L자 암이 상기 로봇청소모듈에 고정되는 연결부를 중심으로 좌우 회전을 통해 일정각도로 벌어지도록 형성되며,
상기 L자암(arm)의 끝단에 연결된 상기 사이드 브러시는 바닥면까지의 승하강 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.9. The method of claim 8,
The left and right side brush modules are formed so that the L-shaped arm is opened at a predetermined angle through left and right rotation around a connection part fixed to the robot cleaning module,
The side brush connected to the end of the L-shaped arm is a robot cleaner for a smart farm, characterized in that it is formed in an elevating structure to the floor.
상기 사이드 브러시는 낙엽의 양 또는 낙과 존재여부에 따라 속도를 가변하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.9. The method of claim 8,
The side brush is a robot cleaner for smart farms, characterized in that the speed varies according to the amount or the presence of fallen leaves.
상기 흡입노즐 전면에 흡입력에 의해 바닥재의 들뜸 방지를 위한 이동바퀴를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기.According to claim 1,
Smart farm robot cleaner, characterized in that it further comprises a moving wheel for preventing the flooring from lifting by the suction force on the front of the suction nozzle.
상기 청소제어모듈은 상기 로봇청소모듈을 하강시키는 제1과정;
상기 사이드 브러시를 바닥면까지 하강시키는 제2과정;
상기 쓰레기의 양 및 상태와 낙과 감지여부에 따라 흡입모터, 메인 브러시, 사이드 브러시를 구동 제어하는 제3과정; 및
상기 흡입노즐의 위치를 쓰레기의 양 및 상태와 낙과 감지여부에 따라 흡입덕트의 위치를 조절하는 제4과정;
을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법.The suction motor, main brush, and side of the robot cleaning module are controlled by the cleaning control module so that an autonomous mobile robot (AMR) or a robot cleaner mounted on a moving cart can autonomously drive along the work space of the smart farm and suck garbage or fallen fruits on the floor. In the smart farm robot cleaner control method for controlling the position of the brush or suction nozzle,
The cleaning control module is a first process of lowering the robot cleaning module;
a second process of lowering the side brush to the bottom surface;
a third process of driving and controlling the suction motor, the main brush, and the side brush according to the amount and state of the garbage and whether a fall is detected; and
a fourth process of adjusting the position of the suction duct according to the amount and condition of the garbage and whether the position of the suction nozzle is detected;
A robot cleaner control method for a smart farm, characterized in that it comprises a.
상기 제2과정은 상기 자율이동로봇(AMR)을 이동시키는 레일이 있을 경우 상기 사이드브러시를 레일 바깥쪽으로 설정된 펼침 각도로 이동시킨 후 상기 사이드브러시를 하강시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법.13. The method of claim 12,
The second process further comprises; if there is a rail for moving the autonomous mobile robot (AMR), moving the side brush to the outside of the rail to a set unfolding angle and then lowering the side brush; Smart characterized in that it further comprises How to control a robot vacuum cleaner for farms.
상기 제3과정은 상기 자율이동로봇 또는 로봇 청소모듈의 상부에 고정된 카메라를 통해 전면 청소영역의 영상을 획득하는 11단계;
상기 획득된 영상을 비전모듈을 통해 분석하여 쓰레기의 양, 상태 및 낙과 여부를 판단하는 12단계; 및
상기 12단계에서의 판단결과에 따라 상기 메인브러시 및 사이드브러시의 회전속도와 흡입노즐의 위치 및 흡입력을 제어하는 13단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법.13. The method of claim 12,
The third process is an 11 step of acquiring an image of the front cleaning area through the camera fixed to the upper portion of the autonomous mobile robot or robot cleaning module;
12 step of analyzing the obtained image through a vision module to determine the amount, state, and fall of the garbage; and
13. A method for controlling a robot cleaner for a smart farm, comprising: controlling the rotational speed of the main brush and the side brush, the position of the suction nozzle, and the suction force according to the determination result in the 12th step.
상기 12단계에서의 판단결과 쓰레기의 양과 마른상태 또는 젖은상태에 따라 상기 13단계에서 메인브러시 및 사이드브러시의 회전속도를 단계별로 구동시키는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법.15. The method of claim 14,
A method for controlling a robot cleaner for smart farms, characterized in that the rotational speed of the main brush and the side brush is driven step by step in the 13th step according to the amount of garbage and the dry or wet state as a result of the determination in the 12th step.
상기 12단계에서 낙과로 판단될 경우 낙과의 위치를 감지하는 21단계;
상기 21단계에서 감지된 위치로 흡입노즐의 위치를 이동시키는 22단계; 및
상기 흡입노즐의 낙과 위치로 이동한 후 상기 흡입모터를 제어하여 흡입력을 조절하는 23단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법.15. The method of claim 14,
21 step of detecting the location of the falling fruit when it is determined in step 12 as a falling fruit;
22 step of moving the position of the suction nozzle to the position detected in step 21; and
After moving to the falling position of the suction nozzle, step 23 of controlling the suction motor to adjust the suction force.
상기 22단계에 부가하여 상기 흡입노즐의 일정 높이 및 각도를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 로봇 청소기 제어방법.17. The method of claim 16,
Controlling a predetermined height and angle of the suction nozzle in addition to step 22; Smart farm robot cleaner control method further comprising a.
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