KR102424536B1 - 이동 로봇 및 이동 로봇의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 본체 주변의 영상을 분석하거나 2개의 거리센서를 사용하여 이동 로봇이 장애물에 대한 진입각도를 조절하여서, 휠이 장애물에 구속되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동 로봇 및 이동 로봇의 제어방법 {a Moving robot and Controlling method for the moving robot}

본 발명은 이동 로봇에 관한 것으로 상세하게는 장애물의 경계 라인에 수직하게 등반할 수 있는 이동 로봇에 관한 것이다.

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. 이러한 로봇 중에서 자력으로 주행이 가능한 것을 이동 로봇이라고 한다. 가정에서 사용되는 이동 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기이다.

로봇 청소기에 구비된 여러 센서를 통하여 로봇 청소기 주변의 환경 및 사용자를 감지하는 여러 기술들이 알려져 있다. 또한, 로봇 청소기가 스스로 주행 구역을 학습하여 맵핑하고, 맵 상에서 현재 위치를 파악하는 기술들이 알려져 있다. 주행 구역을 기 설정된 방식으로 주행하며 청소하는 로봇 청소기가 알려져 있다.

종래의 로봇 청소기는 청소기의 주변 환경에서 장애물과 벽과의 거리 및 매핑을 위해, 거리판단, 지형 파악 및 장애물의 영상 파악이 용이한 광센서를 통해서 이를 식별해 왔다.

또한, 종래 기술(한국특허공개번호 10-2014-0138555)에는, 소정의 패턴 광을 조사하고, 상이 광이 조사된 영역의 영상을 획득하여 상기 패턴을 검출하여 청소기의 주변에 장애물의 존재 여부를 식별하였다.

그러나, 종래 기술에서 매트형 장애물을 식별하지 못하거나, 단순히 장애물을 높이 기준으로 등반여부를 결정하였다. 이에 따라 종래 기술에서는 장애물을 등반 시에 이동 로봇이 장애물의 경계라인과 수직하게 진입하지 않는 경우, 2개의 휠 중 어느 하나가 장애물 위에 위치될 때 다른 하나가 바닥에 위치되어서, 이동 로봇이 장애물 등반 중에 크게 기울어지거나 전복되는 문제가 존재한다.

또한, 장애물을 등반 시에 이동 로봇이 장애물의 경계라인과 수직하게 진입하지 않는 경우, 장애물을 등반하지 못하거나, 이동 로봇의 본체나 휠이 장애물에 구속되는 문제가 존재한다.

한국공개특허공보 공개번호 10-2014-0138555

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 등반 가능한 장애물을 구별하고, 등반 가능한 장애물을 본체가 구속되거나 크게 기울어지지 않고 등반하는 이동로봇을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 장애물의 경계 라인에 대해 수직으로 진입할 수 있는 이동 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 작은 힘을 이용하여 장애물을 등반할 수 있는 이동 로봇을 제공하는 것이다.

상기 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 본체 주변의 영상을 분석하거나 2개의 거리센서를 사용하여 이동 로봇이 장애물에 대한 진입각도를 조절하는 것이다.

구체적으로, 본 발명은 좌측 휠을 구동시키는 제1 구동모터, 우측 휠을 구동시키는 제2 구동모터; 주변의 영상 및 장애물의 영상을 획득하는 영상획득부; 상기 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 상기 장애물에 대한 이동 로봇의 진입각도를 검출하고, 상기 이동 로봇의 진입각도에 따라 상기 장애물을 등반하게 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 장애물을 등반하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 되도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정상속도 보다 낮은 저속으로 구동할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정지시킬 수 있다.

상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 진입각도를 유지하면서 상기 장애물에 접근하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 동일한 속도로 정회전되게 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 될때 까지 상기 이동 로봇을 회전시키면서 상기 진입각도로를 검출할 수 있다.

상기 제어부는 상기 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 상기 장애물과 바닥의 경계선을 추출하고, 상기 경계선과 상기 이동 로봇의 진행 방향 사이의 각도를 상기 이동 로봇의 진입각도를 결정할 수 있다.

또한, 본 발명은 좌측 휠을 구동시키는 제1 구동모터, 우측 휠을 구동시키는 제2 구동모터; 장애물과의 제1 거리를 측정하는 제1 거리센서; 상기 장애물과의 제2 거리를 측정하는 제2 거리센서; 및 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리를 비교하여 상기 장애물에 대한 이동 로봇의 진입각도를 검출하고, 상기 이동 로봇의 진입각도에 따라 상기 장애물을 등반하게 제어할 수 있다.

상기 제1 거리센서 및 상기 제2 거리센서는 상기 좌측 휠과 상기 우측 휠을 연결한 선과 나란한 선 상에서 서로 이격하여 배치될 수 있다.

상기 제어부는 상기 장애물과의 제1 거리센서 사이에 제1 거리와 상기 장애물과 제2 거리센서 사이의 제2 거리를 추출하고, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이 값을 바탕으로 상기 이동 로봇의 진입각도를 결정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 장애물을 등반하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어할 수 있다.

상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 되도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 진입각도를 유지하며 상기 장애물에 접근하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 동일한 속도로 정회전되게 제어할 수 있다.

상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 될때 까지 상기 이동 로봇을 회전시키면서 상기 진입각도로를 검출할 수 있다.

상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리 중 짧은 거리를 판단하고, 짧은 거리를 측정한 거리 센서가 위치하는 방향으로 상기 이동 로봇의 초기 회전을 시작할 수 있다.

본 발명의 이동 로봇에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　본 발명은 이동 로봇이 장애물에 수직하게 진입하므로, 장애물을 비스듬히 등반하여 생기는 본체의 구속을 방지할 수 있고, 샤시 등반 시에 휠이 레일에 구속되는 것을 방지하는 이점이 존재한다.

둘째, 본 발명은 이동 로봇이 장애물에 수직하게 진입하므로, 적은 힘으로 장애물을 쉽게 등반할 수 있고, 작은 모터를 사용하여서 제조비용을 줄이는 이점이 존재한다.

셋째, 본 발명은 로봇 청소기에 원래 장착되는 카메라 또는 거리센서를 통해 진입각도를 판단하므로, 센서의 추가 없이 장애물의 진입각도를 파악할 수 있는 이점이 존재한다.

넷째, 이동 로봇이 등반 불가능한 장애물을 회피 기동하고, 등반 불가능한 장애물을 제외한 영역을 먼저 청소하므로, 빠른 청소가 가능한 이점이 존재한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 일 예를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 로봇 청소기의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 로봇 청소기의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 예시 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예에 따른 로봇 청소기가 진입각도를 연산하고 진입각도를 정상 진입각도로 변경하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 로봇 청소기가 진입각도를 연산하고 진입각도를 정상 진입각도로 변경하는 것을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 회피판단 방법을 설명하기 위한 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.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 발명인 이동 로봇(100)은 바퀴 등을 이용하여 스스로 이동이 가능한 로봇을 의미하고, 가정 도우미 로봇 및 로봇 청소기 등이 될 수 있다.

이하, 본 발명에 관련된 로봇 청소기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다.

본 발명에 따른 이동로봇(100)의 일 예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이동로봇(100)의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 로봇 청소기(100)의 측면도이다.

본 명세서에서 이동 로봇, 이동로봇 및 자율 주행을 수행하는 청소기가 동일한 의미로 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 복수의 청소기는 이하 도 1 내지 도 3에 도시된 구성 중 적어도 일부를 포함하여 이루어질 수 있다.

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), 청소 유닛(120), 센싱유닛(130) 및 먼지통(140)을 포함할 수 있다. 청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)의 제어를 위한 제어부(1800)를 포함하여 각종 부품들이 내장 또는 장착된다. 또한, 청소기 본체(110)에는 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.

다른 일 실시예의 로봇 청소기(100)는 제1 구동모터(1310), 제2 구동모터(1320), 영상획득부, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어하는 제어부(1800)를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예의 로봇 청소기(100)는 제1 구동모터(1310), 제2 구동모터(1320), 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b), 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어하는 제어부(1800)를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 휠 유닛(111)은 메인 휠(111a, 111b) 및 서브 휠(111c)을 포함한다. 물론, 휠 유닛(111)은 서브 휠(111c)이 생략되고 메인 휠(111a, 111b)만 구비될 수 있다.

메인 휠(111a, 111b)은 청소기 본체(110)의 양측에 각각 구비되는 좌측 휠(111a)과 우측 휠(111b)을 포함할 수 있다. 메인 휠(111a, 111b)은 제어부(1800)의 제어 신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전 가능하게 구성된다.

각각의 좌측 휠(111a)과 우측 휠(111b)은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 좌측 휠(111a)과 우측 휠(111b)은 서로 다른 모터에 의해서 구동될 수 있다. 또는, 하나의 모터에 구비된 복수의 서로 다른 축에 의해서 구동될 수 있다. 예를 들면, 좌측 휠(111a)은 제1 구동모터(1310)에 의해 구동되고, 우측 휠(111b)은 제2 구동모터(1320)에 의해 구동될 수 있다.

좌측 휠(111a)과 우측 휠(111b)의 회전축(A1)을 중심으로 회전하는 데, 좌측 휠(111a)의 회전축과 우측 휠(111b)의 회전축은 서로 일치될 수 있다.

서브 휠(111c)은 메인 휠(111a, 111b)과 함께 청소기 본체(110)를 지지하며, 메인 휠(111a, 111b)에 의한 로봇 청소기(100)의 주행을 보조하도록 이루어진다. 이러한 서브 휠(111c)은 후술하는 청소 유닛(120)에도 구비될 수 있다.

제어부(1800)는 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 충전 가능하게 구성되며, 청소기 본체(110)의 저면부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.

도 1에서, 청소 유닛(120)은 청소기 본체(110)의 일측으로부터 돌출된 형태로 배치되어, 먼지가 포함된 공기를 흡입하거나 또는 걸레질을 할 수 있다. 일측은 청소기 본체(110)가 정방향(F)으로 주행하는 측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽이 될 수 있다.

본 도면에서는, 청소 유닛(120)이 청소기 본체(110)의 일측에서 전방 및 좌우 양측방으로 모두 돌출된 형태를 가지는 것을 보이고 있다. 구체적으로, 청소 유닛(120)의 전단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 전방으로 이격된 위치에 배치되고, 청소 유닛(120)의 좌우 양단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 좌우 양측으로 각각 이격된 위치에 배치된다.

제1거리센서(1410a) 장애물(CA)과의 제1거리(F1)를 측정하고, 제2거리(F2)센서(1410b)는 장애물(CA)과의 제2거리(F2)를 측정한다. 구체적으로, 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 청소기 본체(110)의 전방에 위치된 장애물(CA)과의 거리를 측정한다. 더욱 구체적으로, 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 어느 하나가 다른 하나 보다 전방 또는 후방으로 배치될 수 있다. 이때, 후술하는 이동 로봇의 진입각도(θA)를 산정하는 데는, 제1거리센서(1410a)와 제2거리(F2)센서(1410b)의 위치가 고려된다. 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 휠의 회전축(A1)과 수직한 전방(F)에 위치된 장애물(CA)(장애물(CA)의 일점)의 거리를 측정한다.

다른 예로, 제1거리센서(1410a)와 제2거리(F2)센서(1410b)는 전후방 방향과 수직인 수평방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 좌측 휠(111a)과 우측 휠(111b)을 연결한 선(A1)과 나란한 선(A2) 상에서 서로 이격하여 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1거리센서(1410a)와 제2거리(F2)센서(1410b)는 청소 유닛(120)의 전방에 배치될 수 있다. 제1거리센서(1410a)는 제2거리센서(1410b) 보다 상대적으로 좌측에 배치될 수 있다.

일 예로, 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있고, 이동 로봇은 전방 감지 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다. 바람직하게는, 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 적외선 센서이거나, 제1거리센서(1410a) 및 제2거리(F2)센서(1410b)는 전방(F)과 나란한 방향으로 적외선을 방출하고, 반사된 적외선을 수신하는 적외선 센서일 수 있다.

청소기 본체(110)가 원형으로 형성되고, 청소 유닛(120)의 후단부 양측이 청소기 본체(110)로부터 좌우 양측으로 각각 돌출 형성됨에 따라, 청소기 본체(110)와 청소 유닛(120) 사이에는 빈 공간, 즉 틈이 형성될 수 있다. 빈 공간은 청소기 본체(110)의 좌우 양단부와 청소 유닛(120)의 좌우 양단부 사이의 공간으로서, 로봇 청소기(100)의 내측으로 리세스된 형태를 가진다.

상술한 빈 공간에 장애물(CA)이 끼이는 경우, 로봇 청소기(100)가 장애물(CA)에 걸려 움직이지 못하는 문제가 초래될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 커버 부재(129)가 빈 공간의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다.

커버부재(129)는 청소기 본체(110) 또는 청소 유닛(120)에 구비될수 있다. 본 실시예에서는, 청소 유닛(120)의 후단부 양측에 각각 커버부재(129)가 돌출 형성되어, 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치된 것을 보이고 있다.

커버부재(129)는 빈 공간, 즉 청소기 본체(110)와 청소 유닛(120) 간의 빈 공간의 적어도 일부를 메우도록 배치된다. 따라서, 빈 공간에 장애물(CA)이 끼이는 것이 방지되거나, 빈 공간에 장애물(CA)이 끼이더라도 장애물(CA)로 부터 용이하게 이탈 가능한 구조가 구현될 수 있다.

청소 유닛(120)에서 돌출 형성된 커버부재(129)는 청소기 본체(110)의 외주면에 지지될 수 있다. 만일, 커버부재(129)가 청소기 본체(110)에서 돌출 형성되는 경우라면, 커버부재(129)는 청소 유닛(120)의 후면부에 지지될 수 있다. 구조에 따 르면, 청소 유닛(120)이 장애물(CA)과 부딪혀 충격을 받았을 때, 그 충격의 일부가 청소기 본체(110)로 전달되어 충격이 분산될 수 있다.

청소 유닛(120)은 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 청소 유닛(120)이 청소기 본체(110)로 분리되면, 분리된 청소 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 청소 유닛(120)을 장착하고, 바닥을 닦고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 걸레 모듈을 장착할 수 있다.

청소 유닛(120)이 청소기 본체(110)에 장착시, 상술한 커버부재(129)에 의해 장착이 가이드될 수 있다. 즉, 커버부재(129)가 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치됨으로써, 청소기 본체(110)에 대한 청소 유닛(120)의 상대적 위치가 결정될 수 있다.

청소 유닛(120)에는 캐스터(castor, 123)가 구비될 수 있다. 캐스터(123)는 로봇 청소기(100)의 주행을 보조하고, 또한 로봇 청소기(100)를 지지하도록 이루어진다. 청소기 본체(110)에는 센싱 유닛(130)이 배치된다. 도시된 바와 같이, 센싱 유닛(130)은 청소 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 청소 유닛(120)과 오버랩되도록 배치될 수 있다. 센싱 유닛(130)은 청소 유닛(120)의 상부에 배치되어, 로봇 청소기(100)의 가장 앞쪽에 위치하는 청소 유닛(120)이 장애물(CA)과 부딪히지 않도록 전방의 장애물(CA)이나 지형지물 등을 감지하도록 이루어진다.

센싱 유닛(130)은 이러한 감지 기능 외의 다른 센싱 기능을 추가로 수행하도록 구성될 수 있다. 예로써, 센싱 유닛(130)은 주변의 영상을 획득하기 위한 카메라(미도시)를 포함할 수 있다. 카메라(131)는 렌즈와 영상 센서(image sensor)를 포함할 수 있다. 또한, 카메라는 청소기 본체(110) 주변의 영상을 제어부(1800)가 처리할수 있는 전기적 신호로 변환하며, 예를 들어 상방 영상에 대응되는 전기적 신호를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 상방 영상에 대응되는 전기적 신호는 제어부(1800)가 청소기 본체(110)의 위치를 검출하는데 사용될 수 있다.

물론, 센싱 유닛(130)은 영상획득부를 포함할 수 있다. 영상 획득부는 주변의 영상 및 본체와 장애물(CA)과의 원근거리를 획득하는 3차원 뎁스 카메라를 포함할 수 있다. 3차원 뎁스 카메라에 대해서는 후술한다.

또한, 센싱 유닛(130)은 로봇 청소기(100)의 주행 면상 또는 주행 경로 상의 벽체, 가구, 및 낭떠러지 등의 장애물(CA)을 감지할 수 있다. 또한, 센싱 유닛(130)은 배터리 충전을 수행하는 도킹 기기의 존재를 감지할 수 있다. 또한, 센싱 유닛(130)은 천장 정보를 감지하여서, 로봇 청소기(100)의 주행 구역 또는 청소 구역을 맵핑(Mapping)할 수 있다.

청소기 본체(110)에는 흡입된 공기 중의 먼지를 분리하여 집진하는 먼지통(140)이 착탈 가능하게 결합된다. 또한, 먼지통(140)에는 먼지통(140)을 덮는 먼지통 덮개(150)가 구비된다. 일 실시예로, 먼지통 덮개(150)는 청소기 본체(110)에 힌지 결합되어 회동 가능하게 구성될 수 있다. 먼지통 덮개(150)는 먼지통(140) 또는 청소기 본체(110)에 고정되어 먼지통(140)의 상면을 덮은 상태를 유지할 수 있다. 먼지통 덮개(150)가 먼지통(140)의 상면을 덮도록 배치된 상태에서는, 먼지통 덮개(150)에 의해 먼지통(140)이 청소기 본체(110)로부터 분리되는 것이 방지될 수 있다.

먼지통(140)의 일부는 먼지통 수용부(113)에 수용되되, 먼지통(140)의 다른 일부는 청소기 본체(110)의 후방(즉, 정방향(F)에 반대되는 역방향(R))을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.

먼지통(140)에는 먼지가 포함된 공기가 유입되는 입구와 먼지가 분리된 공기가 배출되는 출구가 형성되며, 청소기 본체(110)에 먼지통(140)의 장착시 입구와 출구는 본체(110)의 내측벽에 형성된 개구(155)를 통해 연통되도록 구성된다. 이에 의하여, 청소기 본체(110) 내부의 흡기유로와 배기유로가 형성될 수 있다.

이러한 연결관계에 따라, 청소 유닛(120)을 통하여 유입된 먼지가 포함된 공기는 청소기 본체(110) 내부의 흡기유로를 거쳐, 먼지통(140)으로 유입되고, 먼지통(140)의 필터 내지는 사이클론을 거치면서 공기와 먼지가 상호 분리된다. 먼지는 먼지통(140)에 집진되며, 공기는 먼지통(140)에서 배출된 후 청소기 본체(110) 내부의 배기유로를 거쳐 최종적으로 배기구(112)를 통하여 외부로 배출된다.

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), 주행부(1300), 센싱부(1400), 출력부(1500), 전원부(1600), 메모리(1700), 제어부(1800), 청소부(1900) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

구?b적으로, 본 발명의 제1 실시예의 로봇 청소기(100)는 주행부(1300), 영상획득부, 제어부(1800)를 포함할 수 있다.

이때, 도 4에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 이동로봇이 구현될 수 있음은 물론이다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에서 설명되는 복수의 로봇 청소기는 이하에서 설명된 구성요소들 중 일부만 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 이동로봇이 각각 서로 다른 구성요소로 이루어질 수 있다.

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 제어부(1800)에 의해 배터리 잔량을 출력부(1500)에 표시할 수 있다.

배터리는 이동로봇 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.

한편, 주행부(1300)는 모터를 구비하여, 모터를 구동함으로써, 좌, 우측 주바퀴를 양 방향으로 회전시켜 본체를 회전 또는 이동시킬 수 있다. 이때, 좌, 우측 주바퀴는 독립적으로 움직일 수 있다. 주행부(1300)는 이동 로봇의 본체를 전후좌우로 진행시키거나, 곡선주행시키거나, 제자리 회전시킬 수 있다.

한편, 입력부(1200)는 사용자로부터 이동로봇에 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(CA) 정보, 위치 정보, 맵 정보를 확인하는 명령을 사용자로부터 입력 받기 위한 버튼이고, 설정버튼은 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 이동로봇의 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 각 구성들의 현재 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력부(1500)는 센싱부(1400)가 검출한 외부의 상태 정보, 장애물(CA) 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.

이때, 음향 출력 수단(미도시)은 비퍼(beeper), 스피커 등의 음향을 출력하는 수단일 수 있고, 출력부(1500)는 메모리(1700)에 저장된 소정의 패턴을 가진 오디오 데이터 또는 메시지 데이터 등을 이용하여 음향 출력 수단을 통해 외부로 출력할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇은, 출력부(1500)를 통해 주행 영역에 대한 환경 정보를 화면에 출력하거나 음향으로 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에 따라, 이동 로봇은 출력부(1500)를 통해 출력할 화면이나 음향을 단말 장치가 출력하도록, 지도 정보 또는 환경 정보를 통신부(1100)릍 통해 단말 장치에 전송할 수 있다.

메모리(1700)는 이동로봇을 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(1700)는 오디오 정보, 영상 정보, 장애물(CA) 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 저장할 수 있다. 또, 메모리(1700)는 주행 패턴과 관련된 정보를 저장할 수 있다.

메모리(1700)는 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.

한편, 센싱부(1400)는, 외부 신호 감지 센서, 전방 감지 센서, 낭떠러지 감지 센서, 2차원 카메라 센서 및 3차원 카메라 센서 중 적어도 하나를 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, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 전방, 구체적으로 이동 로봇의 측면 외주면을 따라 일정 간격으로 설치될 수 있다. 전방 감지 센서는 이동 로봇의 적어도 일 측면에 위치하여, 전방의 장애물(CA)을 감지하기 위한 것으로서, 전방 감지 센서는 이동 로봇의 이동 방향에 존재하는 물체, 특히 장애물(CA)을 감지하여 검출 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 즉, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다.

전방 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있고, 이동 로봇은 전방 감지 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다.

일 예로, 초음파 센서는 일반적으로 원거리의 장애물(CA)을 감지하는 데 에 주로 사용될 수 있다. 초음파 센서는 발신부와 수신부를 구비하여, 제어부(1800)는 발신부를 통해 방사된 초음파가 장애물(CA) 등에 의해 반사되어 수신부에 수신되는 지의 여부로 장애물(CA)의 존부를 판단하고, 초음파 방사 시간과 초음파 수신시간을 이용하여 장애물(CA)과의 거리를 산출할 수 있다.

또한, 제어부(1800)는 발신부에서 방사된 초음파와, 수신부에 수신되는 초음파를 비교하여, 장애물(CA)의 크기와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)는 수신부에 더 많은 초음파가 수신될수록, 장애물(CA)의 크기가 큰 것으로 판단할 수 있다.

일 실시 예에서, 복수(일 예로, 5개)의 초음파 센서가 이동 로봇의 전방 측면에 외주면을 따라 설치될 수 있다. 이때, 바람직하게 초음파 센서는 발신부와 수신부가 교대로 이동 로봇의 전면에 설치될 수 있다.

즉, 발신부는 본체의 전면 중앙으로부터 좌, 우측에 이격되도록 배치될 수 있고, 수신부의 사이에 하나 또는 둘 이상의 발신부가 배치되어 장애물(CA) 등 으로부터 반사된 초음파 신호의 수신 영역을 형성할 수 있다. 이와 같은 배치로 센서의 수를 줄이면서 수신 영역을 확장할 수 있다. 초음파의 발신 각도는 크로스토크(crosstalk) 현상을 방지하도록 서로 다른 신호에 영향을 미치지 아니하는 범위의 각을 유지할 수 있다. 또한, 수신부들의 수신 감도는 서로 다르게 설정될 수 있다.

또한, 초음파 센서에서 발신되는 초음파가 상향으로 출력되도록 초음파 센서는 일정 각도만큼 상향으로 설치될 수 있고, 이때, 초음파가 하향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 소정의 차단 부재를 더 포함할 수 있다.

한편, 전방 감지 센서는, 전술한 바와 같이, 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있고, 이에 따라, 전방 감지 센서는 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서 등 중 어느 한 가지 종류의 센서를 사용할 수 있다.

일 예로, 전방 감지 센서는 초음파 센서 이외에 다른 종류의 센서로 적외선 센서를 포함할 수 있다. 적외선 센서는 초음파 센서와 함께 이동 로봇의 외주면에 설치될 수 있다. 적외선 센서 역시, 전방이나 측면에 존재하는 장애물(CA)을 감지하여 장애물(CA) 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 즉, 적외선 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(1800)에 전달한다. 따라서, 이동 로봇은 본체가 장애물(CA)과의 충돌없이 특정 영역 내에서 이동할 수 있다.

한편, 낭떠러지 감지 센서(또는 클리프 센서(Cliff Sensor))는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하여, 이동 로봇의 본체를 지지하는 바닥의 장애물(CA)을 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 장애물(CA)을 감지하기 위한 것으로서, 낭떠러지 감지 센서는 장애물(CA) 감지 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등 일수 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.

PSD 센서는 반도체 표면저항을 이용해서 1개의 p-n접합으로 입사광의 단장거리 위치를 검출한다. PSD 센서에는 일축 방향만의 광을 검출하는 1차원 PSD 센서와, 평면상의 광위치를 검출할 수 있는 2차원 PSD 센서가 있으며, 모두 pin 포토 다이오드 구조를 가질 수 있다. PSD 센서는 적외선 센서의 일종으로서, 적외선을 이용하여, 적외선을 송신한 후 장애물(CA)에서 반사되어 돌아오는 적외선의 각도를 측정하여 거리를 측정한다. 즉, PSD 센서는 삼각측량방식을 이용하여, 장애물(CA)과의 거리를 산출한다.

PSD 센서는 장애물(CA)에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물(CA)로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 구비하되, 일반적으로 모듈 형태로 구성된다. PSD 센서를 이용하여, 장애물(CA)을 감지하는 경우, 장애물(CA)의 반사율, 색의 차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있다.

청소부(1900)는 제어부(1800)로부터 전달되는 제어명령에 따라, 지정된 청소 영역을 청소한다. 청소부(1900)는 지정된 청소 영역의 먼지를 비산시키는 브러쉬(미도시)를 통해 주변의 먼지를 비산시킨 다음, 흡입 팬 및 흡입 모터를 구동하여 비산된 먼지를 흡입한다. 또한, 청소부(1900)는 구성의 교체에 따라 지정된 청소 영역에 걸레질을 수행할 수도 있다.

또한, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서가 지면을 향해 발광한 적외선의 발광신호와 장애물(CA)에 의해 반사되어 수신되는 반사신호 간의 적외선 각도를 측정하여, 낭떠러지를 감지하고 그 깊이를 분석할 수 있다.

한편, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 감지한 낭떠 러지의 지면 상태에 따라 통과 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 낭떠러지의 통과 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서를 통해 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지 깊이를 판단한 다음, 낭떠러지 감지 센서를 통해 반사 신호를 감지한 경우에만 낭떠러지를 통과하도록 한다. 다른 예로, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 이동 로봇의 들림 현상을 판단할 수도 있다.

한편, 2차원 카메라 센서는, 이동 로봇의 일면에 구비되어, 이동 중 본체 주변과 관련된 이미지 정보를 획득한다. 옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 메모리(1700)에 저장될 수 있다.

또한, 하나 이상의 광원이 옵티컬 플로우 센서에 인접하여 설치될 수 있다. 하나 이상의 광원은, 이미지 센서에 의해 촬영되는 바닥면의 소정 영역에 빛을 조사한다. 즉, 이동 로봇이 바닥면을 따라 특정 영역을 이동하는 경우에, 바닥면이 평탄하면 이미지 센서와 바닥면 사이에는 일정한 거리가 유지된다.

반면, 이동 로봇이 불균일한 표면의 바닥면을 이동하는 경우에는 바닥면의 요철 및 장애물(CA)에 의해 일정 거리 이상 멀어지게 된다. 이때 하나 이상의 광원은 조사되는 빛의 양을 조절하도록 제어부(1800)에 의해 제어될 수 있다. 광원은 광량 조절이 가능한 발광 소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등일 수 있다.

옵티컬 플로우 센서를 이용하여, 제어부(1800)는 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어부(1800)는 옵티컬 플로우 센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다. 옵티컬 플로우 센서를 이용하여 이동 로봇의 하방에 대한 이미지 정보를 이용함으로써, 제어부(1800)는 다른 수단에 의해 산출한 이동 로봇의 위치에 대하여 미끄러짐에 강인한 보정을 할 수 있다.

3차원 카메라 센서는 이동 로봇의 본체 일면 또는 일부분에 부착되어, 본체의 주위와 관련된 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다. 즉, 3차원 카메라 센서는 이동 로봇과 피촬영 대상체의 원근거리를 산출하는 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)일 수 있다.

구체적으로, 3차원 카메라 센서는 본체의 주위와 관련된 2차원 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영된 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.

일 실시예에서 3차원 카메라 센서는 기존의 2차원 영상을 획득하는 카메라를 2개 이상 구비하여, 2개 이상의 카메라에서 획득되는 2개 이상의 영상을 조합하여, 3차원 좌표 정보를 생성하는 스테레오 비전 방식으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 실시예에 따른 3차원 카메라 센서는 본체의 전방을 향해 하측으로 제1 패턴의 광을 조사하는 제1 패턴 조사부와, 본체의 전방을 향해 상측으로 제2 패턴의 광을 조사하는 제2 패턴 조사부 및 본체의 전방의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함할 수 있다. 이로써, 영상 획득부는 제1 패턴의 광과 제2 패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다.

또 다른 실시예에서 3차원 카메라 센서는 단일 카메라와 함께 적외선 패턴을 조사하는 적외선 패턴 방출부를 구비하고, 적외선 패턴 방출부에서 조사된 적외선 패턴이 피촬영 대상체에 투영된 모양을 캡쳐함으로써, 3차원 카메라 센서와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 IR(Infra Red) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.

또 다른 실시예에서 3차원 카메라 센서는 단일 카메라와 함께 빛을 방출하는 발광부를 구비하고, 발광부에서 방출되는 레이저 중 피촬영 대상체로부터 반사되는 일부를 수신하며, 수신된 레이저를 분석함으로써, 3차원 카메라 센서와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 TOF(Time of Flight) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.

구체적으로, 위와 같은 3차원 카메라 센서의 레이저는 적어도 일 방향으로 연장된 형태의 레이저를 조사하도록 구성된다. 일 예에서, 3차원 카메라 센서는 제1 및 제2 레이저를 구비할 수 있으며, 제1 레이저는 서로 교차하는 직선 형태의 레이저를 조사하고, 제2 레이저는 단일의 직선 형태의 레이저를 조사할 수 있다. 이에 따르면, 최하단 레이저는 바닥 부분의 장애물(CA)을 감지하는 데에 이용되고, 최상단 레이저는 상부의 장애물(CA)을 감지하는 데에 이용되며, 최하단 레이저와 최상단 레이저 사이의 중간 레이저는 중간 부분의 장애물(CA)을 감지하는 데에 이용된다.

영상획득부는 청소기 본체(110)의 주변의 영상 또는/및 장애물(CA)의 영상을 획득하여 제어부(1800)에 제공한다. 영상획득부는 본체의 주위와 관련된 2차원 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영된 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.

예를 들면, 영상획득부는, 3차원 카메라 또는 뎁스 카메라를 포함할 수 있다.

한편, 통신부(1100)는 단말 장치 및/또는 특정 영역 내 위치한 타기기(본 명세서에서는 "가전 기기"라는 용어와 혼용하기로 한다)와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 신호와 데이터를 송수신한다.

통신부(1100)는 특정 영역 내에 위치한 타 기기와 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 타 기기는 네트워크에 연결하여 데이터를 송수신할 수 있는 장치이면 어느 것이어도 무방하며, 일 예로, 공기 조화 장치, 난방 장치, 공기 정화 장치, 전등, TV, 자동차 등과 같은 장치일 수 있다. 또한, 타 기기는, 문, 창문, 수도 밸브, 가스 밸브 등을 제어하는 장치 등일 수 있다. 또한, 타 기기는, 온도, 습도, 기압, 가스 등을 감지하는 센서 등일 수 있다.

또한, 통신부(1100)는 특정 영역 또는 일정 범위 내에 위치한 다른 로봇 청소기(100)와 통신할 수 있다.

비록 도시되지는 않았지만, 복수의 이동로봇이 네트워크 통신을 통해서는 단말기(미도시)와 통신을 수행하고, 상호간에 통신을 수행할 수 있다.

여기에서, 네트워크 통신은 WLAN(Wireless LAN), WPAN(Wireless Personal Area Network), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity)Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), Zigbee, Z-wave, Blue-Tooth, RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultrawide-Band), Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 등과 같은 무선 통신 기술 중 적어도 하나를 이용한 근거리 통신을 의미할 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, 이동 단말기 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 머신 러닝 기술을 이용하여 학습된 정보들을 이용하여, 실행 가능한 적어도 하나의 청소기의 동작을 예측(또는 추론)하고, 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 예측 하는 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 영상획득부를 통해 획득된 영상 중 일부를 학습 엔진에 입력하면, 학습 엔진은 입력된 영상에 포함된 적어도 하나의 사물 또는 생명체를 인식할 수 있다. 더욱 구체적으로, 제어부(1800)는 사물로 인식된 것 중에 일반 장애물(CA)과, 매트형 장애물(CA)을 다양한 방법을 통해 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 장애물(CA)이 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 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.

예를 들면, 제어부(1800)는 청소영역 내에서 영상획득부에 의해 획득한 영상 및 원근거리를 분석하여 본체의 주변에 위치된 장애물(CA)의 존재여부를 판단하고, 장애물(CA)의 높이가 기준 높이 이상 되는 장애물(CA)의 경우 이동 로봇의 회피를 결정하고, 장애물(CA)의 높이가 기준 높이 보다 작은 경우, 장애물(CA)의 평면적을 연산하고, 장애물(CA)의 평면적을 기준으로 본체의 등반 또는 회피를 결정할 수 있다.

제어부(1800)는 상술한 정보 학습 또는 주어진 기준에 따라 장애물(CA)을 일반 장애물(CA)과 매트형 장애물(CA)로 구별할 수 있다. 일 예로, 제어부(1800)는 빅 데이터 또는 머신 러닝에 의해 사물을 인지하고 각 사물별 특징에 따라 회피하거나 등반하게 로봇 청소기(100)를 제어할 수 있다.

다른 예로, 제어부(1800)는 청소영역 내에서 영상획득부에 의해 획득한 영상 및 원근거리를 분석하여 장애물(CA)의 높이가 기 설정된 높이(0.3cm 내지 1cm) 이하인 경우, 매트형 장애물(CA)로 판단할 수 있다. 제어부(1800)는 청소영역 내에서 영상획득부에 의해 획득한 영상 및 원근거리를 분석하여 장애물(CA)의 높이가 기 설정된 높이(0.3cm 내지 1cm)를 초과하는 경우, 일반 장애물(CA)로 판단할 수 있다. 일반적으로 제어부(1800)는 일반 장애물(CA)의 경우 로봇 청소기(100)가 일반 장애물(CA)의 회피하도록 제어한다.

또 다른 예로, 제어부(1800)는 기준 장애물(CA)의 이미지와 획득한 영상 속의 장애물(CA)의 이미지의 유사도를 기준으로 매트형 장애물(CA)을 판단할 수 있다. 여기서, 기준 장애물(CA)의 이미지는 학습되거나, 기 저장된 데이터일 수 있다. 구체적으로, 제어부(1800)는 다양한 매트형 장애물(CA)의 이미지 포함하는 기준 장애물(CA)의 이미지와 획득한 영상 속의 장애물(CA)의 이미지를 비교하여 유사도가 기 설정된 값(90%)를 초과하는 경우, 매트형 장애물(CA)이라고 판단할 수 있다.

제어부(1800)는 획득한 영상의 장애물(CA)이 매트형 장애물(CA)로 판단되는 경우, 매트형 장애물(CA)의 등반여부를 결정한다. 구체적으로, 제어부(1800)는 매트형 장애물(CA)의 평면적이 기 설정된 평면적 값을 초과하는 경우, 본체가 매트형 장애물(CA)을 등반하도록 주행부(1300)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 매트형 장애물(CA)의 평면적이 기 설정된 평면적 값 이하 경우, 본체가 매트형 장애물(CA)을 회피하도록 주행부(1300)를 제어한다.

여기서, 기 설정된 평면적 값은 1500~ 2300cm²일 수 있다. 로봇 청소기(100)는 대략 수건 정도의 크기 보다 작은 매트형 장애물(CA)(예를 들어, 발매트)의 경우 등반 시에 주행부(1300)에 끼이거나 청소부를 막을 수 있으므로 회피하고, 수건 보다 큰 매트형 장애물(CA)(예를 들어, 카펫)의 경우, 주행부(1300)에 끼일 염려가 없고, 청소부를 막을 염려도 없으므로 등반한다.

로봇 청소기(100)는 이러한 영상을 통해 입수한 정보를 통해 매트형 장애물(CA)의 평면적을 연산하고 이를 바탕으로 회피 또는 등반여부를 결정하므로, 로봇 청소기(100)의 파손을 줄일 수 있고, 발매트와 카펫을 신속하고 정확하게 구별할 수 있다.

제어부(1800)는 본체가 매트형 장애물(CA) 상에 위치되는 경우, 매트형 장애물(CA)에 대응되는 청소를 수행하도록 청소부를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1800)는 획득한 영상 및 센서에 의해 입력된 정보를 바탕으로 본체가 매트형 장애물(CA)을 등반하는 경우, 청소부를 제어하여 매트형 장애물(CA) 청소를 수행할 수 있다. 더욱 구체적으로, 제어부(1800)는 매트형 장애물(CA)의 상면의 거칠기, 모양, 반사도 등을 고려하여서, 청소부의 흡입 압력을 조절하거나, 스위핑 롤러 회전속도를 조절하거나, 본체의 주행속도를 조절할 수 있다.

제어부(1800)는 장애물(CA)의 높이기 기준 높이 보다 높은 경우, 로봇 청소기가 장애물(CA)을 등반하게 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어할 수 있다. 그러나, 로봇 청소기의 좌측 휠(111a)과 우측 휠(111b)이 동시에 장애물(CA)과 접촉하지 않는 경우, 상술한 바와 같이 로봇 청소기가 장애물(CA)에 구속되거나, 장애물(CA)을 등반하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

이하, 상술한 문제점을 해결하기 위해 로봇 청소기의 진입각도(θA)를 장애물(CA)의 경계 라인(BL)과 수직하게 하기 위한 방법에 대해 상술한다.

도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예에 따른 로봇 청소기가 진입각도(θA)를 연산하고 진입각도(θA)를 정상 진입각도로 변경하는 것을 도시한 도면이다.

도 5a를 참조하면, 제어부(1800)는 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 장애물(CA)에 대한 이동 로봇의 진입각도(θA)를 검출하고, 이동 로봇의 진입각도(θA)에 따라 장애물(CA)을 등반하게 제어할 수 있다.

여기서, 이동 로봇의 진입각도(θA)는 이동 로봇의 진행 방향과 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)이 이루는 각도를 의미한다. 또는 이동 로봇의 진입각도(θA)는 휠의 회전축(A1)과 수직한 선과 장애물(CA) 측면과 이루는 각도를 의미할 수 있다.

여기서, 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)은 장애물(CA)에서 이동 로봇의 진행방향과 마주보는 면의 바닥 사이의 경계선을 의미할 수 있다. 물론, 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)이 곡선인 경우, 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)의 양단을 연결한 직선 또는 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)에서 서로 이격된 2개의 지점을 연결한 가상의 선일 수 있다.

장애물(CA) 측면이 곡선인 경우, 화각 상에 들어온 장애물(CA)의 측면의 양단 사이를 연결한 가상의 면을 장애믈의 측면으로 결정할 수 있다.

본 실시예에서는 장애물(CA) 측면 및 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)이 직선인 것을 기준으로 설명한다.

이동 로봇의 진입각도(θA)를 산정하는 방법은 다양한 방법이 가능하다. 일 예로, 진입각도(θA)는 본체의 주위와 관련된 2차원 영상과 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 가지고 판별할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1800)는, 복수의 3차원 좌표와 2차원 영상을 토대로, 장애물(CA)의 측면 및 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)이 이동 로봇의 진행방향에 기울어진 각도를 산정할 수 있다.

일 예로, 상부에서 바라본 평면 상에서, 이동 로봇은 기준점(P)에서 전방 방향에 대해 좌측으로 제1 각도(θB)로 기울어진 방향으로 광을 조사하고 반사된 광을 수신하여 장애물(CA) 측면의 좌측 일 지점(P1)과 기준점(P) 사이의 제1 이격거리(L1)를 산정하고, 기준점(P)에서 전방 방향에 대해 우측으로 제1 각도(θB)와 동일한 제2 각도(θC)로 기울어진 방향으로 광을 조사하고 반사된 광을 수신하여 장애물(CA) 측면의 우측 일 지점(P2)과 기준점(P) 사이의 제2 이격거리(L2)를 산정한다.

제어부(1800)는 제1 이격거리(L1)와 제2 이격거리(L2)를 비교하여 진입각도(θA)를 산출할 수 있다. 제1 이격거리(L1)와 제2 이격거리(L2)가 같은 경우, 진입각도(θA)는 90 °가 된다.

다른 예로, 제어부(1800)는 복수의 2차원 좌표와 2차원 영상을 토대로 생성된 맵(Map)에서, 장애물(CA)의 경계를 확정하고, 확정된 장애물(CA)의 경계의 일부분과 이동 로봇의 진행방향의 기울어진 각도를 산정할 수 있다.

제어부(1800)는, 진입각도 검출 시에 이동 로봇의 진입 각도가 변하지 않도록 이동 로봇을 제어할 수 있다. 제어부(1800)는 상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정상속도 보다 낮은 저속으로 구동할 수 있고, 이때, 제1 구동모터와 제2 구동모터는 동일한 속도로 구동할 수 있다. 다른 예로, 제어부는, 상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정지시킬 수 있다. 진입각도 검출 시에 구동모터가 정지하면 정확한 진입각도를 검출 할 수 있다.

제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도가 되도록 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어할 수 있다.

여기서, 정상 진입각도는 이동 로봇이 장애물(CA)의 경계와 수직에게 가깝게 진입하는 것을 의미한다. 구체적으로, 정상 진입각도는 87° 내지 93°의 진입각도(θA)일 수 있다. 바람직하게는, 정상 진입각도는 88° 내지 92°의 진입각도(θA)일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 정상 진입각도는 89° 내지 91°로 설정될 수 있다.

비 정상 진입각도는 정상 진입각도 이외의 진입각도(θA)를 의미한다. 비 정상 진입각도는 이동 로봇이 장애물(CA)의 경계와 수직하지 않게 진입하는 것을 의미한다.

5a에 도시된 바와 같이, 제어부(1800)는 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310)와 제2 구동모터(1320)를 제어하여서, 이동 로봇을 제자리에서 일 방향으로 일정 각도 회전시키거나, 전진하면서, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320) 중 어느 하나의 출력을 향상시키거나 줄일 수 있다. 이러한 제어부(1800)의 제어를 이동 로봇의 자세를 수정하는 것으로 정의할 수 있다. 물론, 제어부(180)는 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310)를 정회전시키고 제2 구동모터(1320)를 역회전시켜서 이동 로봇을 회전시킬 수 있다. 여기서, 모터의 정회전은 휠이 이동 로봇을 전진시키도록 회전되는 것을 의미하고, 모터의 역회전은 휠이 이동 로봇을 후진시키도록 회전되는 것을 의미한다.

또한, 제어부(180)는 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 될때 까지 상기 이동 로봇을 회전시키면서 진입각도로를 검출할 수 있다.

구체적으로, 제어부(1800)는 제1 이격거리(L1)가 제2 이격거리(L2) 보다 작은 경우, 제2 구동모터(1320)를 정회전시켜 우측 휠(111b)을 전진시켜서 이동 로봇을 회전시킬 수 있다. 제어부(1800)는 제1 이격거리(L1)와 제2 이격거리(L2)가 오차 범위 이내에서 동일해 질 때까지 이러한 동작을 반복할 수 있다.

도 5b 및 도 5c를 참조하면, 제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도 인 경우, 이동로봇이 장애물(CA)을 등반하도록 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어할 수 있다. 제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도 인 경우, 이동 로봇이 진입각도(θA)를 유지하면서, 장애물(CA)에 접근하도록 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 같은 속도로 동시에 제어하여서, 이동 로봇이 원래 방향(진행방향)을 유지하며 진행하게 할 수 있다. 물론, 제어부(1800)는 장애물(CA)에 휠이 접촉 시에 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)의 출력을 증가시킬 수 있다.

제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진 입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 같은 속도로 정회전 되도록 동시에 제어하여서, 이동 로봇이 원래 방향(진행방향)을 유지하며 진행하게 하는데, 이때, 제어부(1800)는 장애물(CA)에 휠이 접촉을 감지하여서, 미세한 진입각도를 추가적으로 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1800)는 장애물(CA)에 휠이 접촉하는 것을 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)의 부하를 통해 감지하여 판단하고, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320) 중 어느 하나의 부하가 임계치가 되면, 부하가 커진 구동모터를 정지하고, 다른하나의 구동모터의 부하가 임계치가 되도록 구동시킨 후에 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 동시에 구동할 수 있다.

또한, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)의 부하가 동시에 임계치가 되면, 제어부(1800)는 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 동시에 출력을 증가시켜서 이동로봇이 장애물을 등반하게 할 수 있다.

이하, 복수의 거리센서를 사용해서 로봇 청소기의 진입각도(θA)를 장애물(CA)의 경계 라인과 수직하게 하기 위한 방법에 대해 상술한다.

도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 로봇 청소기가 진입각도(θA)를 연산하고 진입각도(θA)를 정상 진입각도로 변경하는 것을 도시한 도면이다.

도 6a를 참조하면, 제어부(1800)는 제1거리(F1)와 제2거리(F2)를 비교하여 장애물(CA)에 대한 이동 로봇의 진입각도(θA)를 검출하고, 이동 로봇의 진입각도(θA)에 따라 장애물(CA)을 등반하게 제어할 수 있다.

이동 로봇의 진입각도(θA)를 산정하는 방법은 복수 개의 거리센서를 사용할 수 있다. 구체적으로, 제1거리센서(1410a)와 서로 제2거리(F2)센서(1410b)가 진행방향과 나란한 방향의 전방에 위치된 장애물(CA)의 일부분과의 거리를 측정하여 이들의 거리를 비교하여 진입각도(θA)를 산정할 수 있다.

일 예로, 상부에서 바라본 평면 상에서, 이동 로봇은 제1거리센서(1410a)와 장애물(CA) 측면의 좌측 일 지점(P1) 사이의 제1거리(F1)를 산정하고, 제2거리(F2)센서(1410b)와 장애물(CA) 측면의 우측 일 지점(P2) 사이의 제2거리(F2)를 산정한다.

제어부(1800)는, 진입각도 검출 시에 이동 로봇의 진입 각도가 변하지 않도록 이동 로봇을 제어할 수 있다. 제어부(1800)는 상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정상속도 보다 낮은 저속으로 구동할 수 있고, 이때, 제1 구동모터와 제2 구동모터는 동일한 속도로 구동할 수 있다.

다른 예로, 제어부는, 상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정지시킬 수 있다. 진입각도 검출 시에 구동모터가 정지하면 정확한 진입각도를 검출 할 수 있다. 이 때, 로봇 청소기는 장애물과 일정 거기 이내에 위치되는 것이 바람직하다.

제어부(1800)는 제1거리(F1)와 제2거리(F2)를 비교하여 진입각도(θA)를 산출할 수 있다. 제1거리(F1)와 제2거리(F2)가 같은 경우, 진입각도(θA)는 90 °가 된다.

제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도가 되도록 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어할 수 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 제어부(1800)는 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310)와 제2 구동모터(1320)를 제어하여서, 이동 로봇을 제자리에서 일 방향으로 일정 각도 회전시키거나, 전진하면서, 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320) 중 어느 하나의 출력을 향상시키거나 줄일 수 있다. 또는 제어부(180)는 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310)를 정회전시키고 제2 구동모터(1320)를 역회전시켜서 이동 로봇을 회전시킬 수 있다.

또한, 회전 시간을 줄이기 위해, 제어부(180)는 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 제1 거리(F1)와 제2 거리F2) 중 짧은 거리를 판단하고, 짧은 거리를 측정한 거리 센서가 위치하는 방향으로 상기 이동 로봇의 초기 회전을 시작할 수 있다.

구체적으로, 제어부(1800)는 제1거리(F1)가 제2거리(F2) 보다 작은 경우, 제2 구동모터(1320)를 통해 우측 휠(111b)을 전진시켜서 이동 로봇을 회전시킬 수 있다. 제어부(1800)는 제1 이격거리(L1)와 제2 이격거리(L2)가 오차 범위 이내에서 동일해 질 때까지 이러한 동작을 반복할 수 있다.

도 6b 및 도 6c를 참조하면, 제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도 인 경우, 이동로봇이 장애물(CA)을 등반하도록 제1 구동모터(1310) 및 제2 구동모터(1320)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1800)는 이동 로봇의 진입각도(θA)가 정상 진입각도 인 경우, 제1 구동모터(1310)와 제2 구동모터(1320)를 동일한 속도로 정회전되게 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법을 설명하기 위한 순서도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 회피판단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 로봇 청소기(100)의 제어방법을 상술한다. 각 순서도들에서 서로 중복되는 내용은 동일한 도면 부호로 표기하고, 중복되는 설명은 생략한다.

제어방법은 제어부(1800)에 의해 수행될 수 있다. 본 발명은, 로봇 청소기(100)의 제어방법이 될 수 있고, 제어방법을 수행하는 제어부(1800)를 포함하는 로봇 청소기(100)가 될 수도 있다. 본 발명은, 제어방법의 각 단계를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 될 수도 있고, 제어방법을 컴퓨터로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체가 될 수도 있다. '기록매체'는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 의미한다. 본 발명은, 하드웨어와 소프트웨어를 모두 포함하는 로봇 청소기(100) 제어 시스템이 될 수도 있다.

제어방법의 순서도 도면들의 각 단계와 순서도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션(instruction)들에 의해 수행될 수 있다. 인스트럭션들은 범용 컴퓨터 또는 특수용 컴퓨터 등에 탑재될 수 있고, 인스트럭션들이 순서도 단계(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

또한, 몇 가지 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능하다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시예의 이동 로봇 제어방법은 장애물(CA)에 대한 이동 로봇의 진입각도(θA)를 검출하는 진입각도(θA) 검출단계(S140) 및 이동 로봇의 진입각도(θA)에 따라 장애물(CA)을 등반여부를 결정하는 결정단계(S150, S160, S170)를 포함할 수 있다.

또한. 이동 로봇의 제어방법은 이동 로봇의 주변의 영상 및 이동 로봇과 장애물(CA)과의 원근거리, 장애물(CA)의 일지점과의 원근거리를 획득하는 영상 획득단계(S110), 획득한 영상과 원근거리를 바탕으로 장애물(CA)을 판단하고(S120), 장애물(CA)의 회피 여부를 결정하는 단계(S130)를 더 포함한다.

영상 획득단계(S110)에서, 로봇 청소기(100)는 주행과 동시에 실시간으로 로봇 청소기(100) 주변의 영상과 장애물(CA)과의 원근거리 및 이동 로봇의 주변의 3차원 좌표를 획득한다. 제어부(1800)는 영상 획득부를 제어하여서 주행 중 일정한 간격으로 로봇 청소기(100)의 주변의 영상 및 3차원 좌표를 획득할 수 있다. 여기서, 로봇 청소기(100) 주변의 영상은 로봇 청소기(100)의 정면과 측면을 포함할 수 있다.

장애물(CA)을 판단하는 단계(S120)에서, 로봇 청소기(100)는 장애물(CA)과 주변의 영상 및 3차원 좌표 정보를 바탕으로 청소 영역에 장애물(CA)이 존재하는 지 판단한다.

회피 결정 단계(S130)에서 로봇 청소기가 장애물(CA)이라고 판단하는 경우, 장애물(CA)의 높이를 바탕으로 장애물(CA)의 회피여부를 결정한다(S1310). 구체적으로, 제어부(1800)는 장애물(CA)의 3차원 좌표와 2차원 영상을 바탕으로 장애물(CA)의 높이를 산정하고, 장애물(CA)의 높이가 기준 높이 보다 큰 경우, 이동 로봇이 장애물(CA)을 회피 주행하도록 주행부(1300)를 제어한다. 여기서, 장애물(CA)을 회피한다는 것은 제어부(1800)가 주행부(1300)를 제어하여서, 로봇 청소기(100)가 장애물(CA)을 제외한 청소 영역을 주행 또는 청소하는 것을 의미한다.

회피 결정 단계(S130)에서 장애물(CA)의 높이만으로 회피를 결정할 수 있지만, 장애물(CA)의 높이가 낮은 경우에 수건 같이 등반할 수 없는 장애물(CA)의 경우를 판단하기 위해 장애물(CA)의 평면적을 연산하여 장애물(CA)의 회피여부를 결정할 수 있다.

회피 결정 단계(S130)에서, 로봇 청소기는 로봇 청소기(100)는 장애물(CA)의 평면적을 연산한다. 장애물(CA)의 평면적은 영상획득부에 의해 장애물(CA)의 전체 형상 및 장애물(CA)의 경계를 특정하고, 장애물(CA)의 폭, 길이, 높이 정보를 조합하여 매트형 장애물(CA)의 형상을 평면 좌표계에 표시하고, 매트형 장애물(CA)의 평면적을 연산할 수 있다. 로봇 청소기(100)는 장애물(CA)의 평면적이 기 설정된 평면적 값을 초과하는 경우(S1330), 장애물(CA)을 등반 가능한 장애물(CA)로 판단할 수 있다.

진입각도(θA) 검출단계(S140)에서, 로봇 청소기는 장애물(CA)이 회피할 필요가 없는 장애물(CA)인 경우, 로봇 청소기의 장애물(CA)에 대한 진입각도(θA)를 검출한다. 진입각도(θA)를 검출하는 것은 도 5 및 6에서 상술한 바와 같다.

장애물(CA)을 등반여부를 결정하는 결정단계(S150, S160, S170)에서, 로봇 청소기의 진입각도(θA)에 따라 장애물(CA)을 등반여부를 결정한다. 구체적으로, 장애물(CA)을 등반여부를 결정하는 결정단계(S150, S160, S170)에서, 로봇 청소기는 진입각도(θA)가 정상 진입각도인지 여부를 판단하고(S150), 진입각도(θA)가 정상 진입각도 인 경우, 로봇 청소기가 장애물(CA)을 등반한다(S160). 로봇 청소기는 로봇 청소기의 진입각도(θA)가 비 정상 진입각도 인 경우, 로봇 청소기는 자세를 수정하여서, 진입각도(θA)를 변경한다(S170). 로봇 청소기는 수정된 자세에서, 다시 진입각도(θA) 검출단계(S140) 및 장애물(CA)을 등반여부를 결정하는 결정단계(S150, S160, S170)를 실행할 수 있다.

물론, 로봇 청소기는 여러 번 자세 수정을 한 경우에도 진입각도(θA)가 정상 진입각도가 되지 못하는 경우, 정상 진입각도의 각도 범위를 수정하여서, 다시 진입각도(θA) 검출단계(S140) 및 장애물(CA)을 등반여부를 결정하는 결정단계(S150, S160, S170)를 실행할 수 있다.

구체적으로, 로봇 청소기는 여러 번 자세 수정을 한 경우에도 진입각도(θA)가 정상 진입각도가 되지 못하는 경우, 정상 진입각도의 각도 범위를 86° 내지 94 °수정하여서, 다시 진입각도(θA) 검출단계(S140) 및 장애물(CA)을 등반여부를 결정하는 결정단계(S150, S160, S170)를 실행할 수 있다.

예를 들면, 진입각도(θA) 검출단계(S140)는 로봇 청소기의 주변의 영상 및 장애물(CA)의 영상을 획득하는 영상 획득단계(S110) 및 장애물(CA)의 영상에서 로봇 청소기의 진입각도(θA)를 연산하는 진입각도(θA) 연산단계를 포함할 수 있다.

진입각도(θA) 연산단계는 장애물(CA)의 영상에서, 장애물(CA)과 바닥의 경계선(BL)을 추출하고, 경계선과 로봇 청소기의 진행 방향 사이의 각도를 로봇 청소기의 진입각도(θA)를 결정할 수 있다. 로봇 청소기 주변의 영상을 기준으로 진입각도(θA)를 연산하는 것은 도 5에서 설명한 바와 같다.

다른 예로, 진입각도(θA) 검출단계(S140)는 도 6에서 상술한 바와 같이, 장애물(CA)과의 제1거리센서(1410a) 사이에 제1거리(F1)와 장애물(CA)과 제2거리센서(1410b) 사이의 제2거리(F2)를 추출하고, 제1거리(F1)와 제2거리(F2)의 차이 값을 바탕으로 로봇 청소기의 진입각도(θA)를 결정할 수 있다.

또한, 로봇 청소기(100)는 장애물(CA)의 등반 가능 여부에 대한 정보와, 장애물(CA)의 2차원 경계선을 장애물(CA) 지도에 저장하고, 이를 다른 로봇 청소기(100)에 전송할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100: 로봇 청소기 110: 청소기 본체
120: 청소 유닛 130: 센싱유닛
140: 먼지통

Claims (18)

1. 좌측 휠을 구동시키는 제1 구동모터, 우측 휠을 구동시키는 제2 구동모터;
   주변의 영상 및 장애물의 영상을 획득하는 영상획득부;
   상기 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 상기 장애물에 대한 이동 로봇의 진입각도를 검출하고, 상기 이동 로봇의 진입각도에 따라 상기 장애물을 등반하게 제어하며,
   상기 제어부는
   상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 장애물을 등반하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하고, 상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 되도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하며,
   상기 제어부는,
   상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정지시키고, 상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 될때 까지 상기 이동 로봇을 회전시키면서 상기 진입각도로를 검출하는 이동 로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 진입각도를 유지하면서 상기 장애물에 접근하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 이동 로봇.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 동일한 속도로 정회전되게 제어하는 이동 로봇.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 영상획득부에서 획득한 영상을 분석하여 상기 장애물과 바닥의 경계선을 추출하고, 상기 경계선과 상기 이동 로봇의 진행 방향 사이의 각도를 상기 이동 로봇의 진입각도를 결정하는 이동 로봇.
10. 좌측 휠을 구동시키는 제1 구동모터, 우측 휠을 구동시키는 제2 구동모터;
    장애물과의 제1 거리를 측정하는 제1 거리센서;
    상기 장애물과의 제2 거리를 측정하는 제2 거리센서; 및
    상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리를 비교하여 상기 장애물에 대한 이동 로봇의 진입각도를 검출하고, 상기 이동 로봇의 진입각도에 따라 상기 장애물을 등반하게 제어하며,
    상기 제어부는
    상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 장애물을 등반하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하고, 상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 되도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하고,
    상기 제어부는,
    상기 진입각도 검출 시에, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 정지시키고, 상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도가 될때 까지 상기 이동 로봇을 회전시키면서 상기 진입각도로를 검출하는 이동 로봇.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 거리센서 및 상기 제2 거리센서는 상기 좌측 휠과 상기 우측 휠을 연결한 선과 나란한 선 상에서 서로 이격하여 배치되는 이동 로봇.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 장애물과의 제1 거리센서 사이에 제1 거리와 상기 장애물과 제2 거리센서 사이의 제2 거리를 추출하고,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이 값을 바탕으로 상기 이동 로봇의 진입각도를 결정하는 이동 로봇.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 이동로봇이 상기 진입각도를 유지하며 상기 장애물에 접근하도록 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 제어하는 이동 로봇.
16. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이동 로봇의 진입각도가 정상 진입각도 인 경우, 상기 제1 구동모터 및 상기 제2 구동모터를 동일한 속도로 정회전되게 제어하는 이동 로봇.
17. 삭제
18. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이동 로봇의 진입각도가 비 정상 진입각도 인 경우, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리 중 짧은 거리를 판단하고, 짧은 거리를 측정한 거리 센서가 위치하는 방향으로 상기 이동 로봇의 초기 회전을 시작하는 이동 로봇.
    
    

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