KR102431996B1 - 로봇 청소기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR102431996B1
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윤석준
이소희
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Abstract

주행 중 충전 스테이션의 위치를 검출하여 지도를 보정하는 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 발명입니다.
일 측면에 따른 로봇 청소기는 본체, 상기 본체를 이동시키는 주행부, 충전 스테이션의 출력 신호를 감지하는 신호 감지부, 상기 본체의 주행 중에 상기 본체의 제1위치 정보를 획득하는 위치 감지부, 상기 위치 감지부가 획득한 상기 본체의 제1 위치 정보를 저장하는 저장부, 및 상기 본체의 주행 중 상기 충전 스테이션의 출력 신호가 감지되면, 상기 충전 스테이션의 출력 신호 및 상기 충전 스테이션의 위치 정보를 기초로 상기 본체의 제2 위치 정보를 산출하고, 상기 제2위치 정보를 기초로 상기 본체의 제1위치 정보를 보정하는 제어부를 포함한다.

Description

로봇 청소기 및 그 제어 방법 {CLEANING ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
개시된 발명은 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 주행 중 충전 스테이션의 위치를 파악하여 로봇 청소기의 위치 정보를 보정하고 보정된 위치 정보를 이용하여 지도를 보정하는 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 발명입니다.
로봇 청소기는 사용자의 조작 없이 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 즉, 로봇 청소기는 청소 공간을 주행하며 청소 공간을 청소한다.
이때, 청소 공간을 주행하며 청소를 하기 위해서는 자신의 위치를 파악하여 지도를 생성한다. 대부분의 로봇 청소기는 SLAM 이라는 방법을 이용하여 지도 생성을 한다. SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)은 로봇의 위치를 추정하고, 동시에 지도를 작성하는 방법이다. 로봇이 청소하는 영역을 모르기 때문에 지도를 생성하기 위해서는 자신의 위치를 계산해야지 지도를 생성할 수 있게 된다. 하지만, 로봇 청소기와 같이 실시간으로 위치를 파악하며 지도를 만들고 갱신하는 경우 지도가 실제 지도와 달라지는 오차가 발생한다.
따라서, 로봇 청소기는 다양한 청소 환경에서 정확한 청소 구역을 파악하고 청소를 수행하기 위해서는 로봇 청소기의 위치를 정확히 파악하고 정확한 지도를 생성할 수 있어야 한다.
상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 본 발명의 일 측면은 실제 위치 정보를 기초로 주행 중 저장된 위치 정보를 보정하고 이에 따라 작성된 지도를 보정하는 로봇 청소기 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 로봇 청소기는 본체; 본체를 이동시키는 주행부; 충전 스테이션의 출력 신호를 감지하는 신호 감지부; 본체의 주행 중에 본체의 제1위치 정보를 획득하는 위치 감지부; 위치 감지부가 획득한 본체의 제1 위치 정보를 저장하는 저장부; 및 본체의 주행 중 충전 스테이션의 출력 신호가 감지되면, 충전 스테이션의 출력 신호 및 충전 스테이션의 위치 정보를 기초로 본체의 제2 위치 정보를 산출하고, 제2위치 정보를 기초로 본체의 제1위치 정보를 보정하는 제어부를 포함한다.
또한, 제어부는 본체의 제1위치 정보와 본체의 제2위치 정보의 차이가 최소로 되도록 본체의 제1위치 정보를 보정할 수 있다.
또한, 제어부는 본체의 주행 중 저장된 제1위치 정보를 기초로 지도를 작성할 수 있다.
또한, 제어부는 저장된 제1 위치 정보가 보정되면, 보정된 제1위치 정보를 기초로 지도를 업데이트 할 수 있다.
또한, 제어부는 본체의 주행 중 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 출력 신호의 방향들의 교점을 이루는 지점을 계산하여 충전 스테이션의 위치를 획득할 수 있다.
또한, 제어부는 본체의 주행 중 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 출력 신호를 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 출력 신호의 방향을 예측하여 충전 스테이션의 위치를 획득할 수 있다.
또한 베이즈 필터는, 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 본체의 신호 감지부가 감지한 출력 신호의 방향을 측정하고, 출력 신호의 종류 및 세기를 기초로 본체와 충전 스테이션과의 거리를 측정하여 충전 스테이션의 위치를 획득할 수 있다.
또한, 신호 감지부는 본체의 복수의 위치에 위치한 신호 수신기를 포함할 수 있다.
또한, 신호 감지부는 충전 스테이션에 설치된 센서의 각각 위치에 따라 다르게 출력되는 근접 신호, 중거리 신호, 정면 신호, 및 전 방향 신호 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다.
또한, 신호 감지부는 충전 스테이션과 본체 사이의 거리에 따라 충전 스테이션의 출력 신호의 세기를 다르게 감지할 수 있다.
충전 스테이션의 출력 신호는 적외선 신호인 것으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 본체, 본체를 이동시키는 주행부를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법에 있어서,
충전 스테이션의 출력 신호를 감지하고; 본체의 주행 중에 본체의 제1위치 정보를 획득하고; 위치 감지부가 획득한 본체의 제1 위치 정보를 저장하고; 본체의 주행 중 충전 스테이션의 출력 신호가 감지되면,
충전 스테이션의 출력 신호 및 충전 스테이션의 위치 정보를 기초로 본체의 제2 위치 정보를 산출하고, 제2위치 정보를 기초로 본체의 제1위치 정보를 보정하는 것을 포함할 수 있다.
본체의 현재 위치를 보정하는 것은, 본체의 제1위치 정보와 본체의 제2위치 정보의 차이가 최소로 되도록 본체의 제1위치 정보를 보정하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은 본체의 주행 중 저장된 제1위치 정보를 기초로 지도를 작성하는 것을 포함할 수 있다.
또한 지도를 작성하는 것은, 저장된 제1 위치 정보가 보정되면, 보정된 제1위치 정보를 기초로 지도를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은 본체의 주행 중 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 출력 신호의 방향들의 교점을 이루는 지점을 계산하여 충전 스테이션의 위치를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
또한 본체의 주행 중 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 출력 신호를 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 출력 신호의 방향을 예측하여 충전 스테이션의 위치를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
충전 스테이션의 위치를 획득하는 것은, 출력 신호를 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함하는 포함하는 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 출력 신호의 방향을 예측하여 충전 스테이션의 위치를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은 본체의 신호 감지부가 감지한 출력 신호의 방향을 측정하고, 출력 신호의 종류 및 세기를 기초로 본체와 충전 스테이션과의 거리를 측정하여 충전 스테이션의 위치를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은 본체의 복수의 위치에 위치한 신호 수신기를 통해 신호을 감지하는 것을 포함할 수 있다.
충전 스테이션의 출력 신호을 감지하는 것은, 충전 스테이션에 설치된 센서의 각각 위치에 따라 다르게 출력되는 근접 신호, 중거리 신호, 정면 신호, 및 전 방향 신호 중 적어도 어느 하나를 감지하는 것을 포함할 수 있다.
충전 스테이션의 출력 신호을 감지하는 것은, 충전 스테이션과 본체 사이의 거리에 대응하여 충전 스테이션의 출력 신호의 세기를 다르게 감지하는 것을 포함할 수 있다.
충전 스테이션의 출력 신호를 감지하는 것은 적외선 신호를 감지하는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 따르면 로봇 청소기의 주행 중 위치의 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 오차가 최소화 된 위치를 기준으로 지도를 업데이트할 수 있어, 청소공간의 커버율을 향상 시킬 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기와 충전 스테이션의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 외관을 도시한다.
도3 및 도4는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 내부를 도시한다.
도5는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 저면을 도시한다.
도6은 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 제어 구성을 도시한다.
도7은 일 실시 예에 의한 충전 스테이션의 구성을 도시한다.
도8은 일 실시 예에 의한 충전 스테이션에서 출력되는 적외선 신호의 종류 및 범위를 도시한다.
도9는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 충전 스테이션의 위치를 파악하여 지도를 보정하는 순서를 도시한다.
도 10a 내지 도10b는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 위치 보정 및 지도 보정 방법을 도시한다.
도11은 일 실시 예에 의한 로봇 청소기가 충전 스테이션의 위치를 파악하는 순서를 도시한다.
도12는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기에 설치된 복수의 수신기의 수신 영역을 도시한다.
도13은 일 실시 예에 의한 로봇 청소기가 충전 스테이션에서 출력되는 적외선 신호를 감지하는 방법를 도시한다.
도14는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기에 설치된 복수의 수신기에 따른 수신영역을 도시한다.
도 15는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기가 충전 스테이션의 위치를 파악하는 기하학적 방법의 일 예를 도시한다.
도16은 로봇 청소기가 충전 스테이션의 위치를 파악하는 확률 기반 방법의 일 예를 도시한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될21 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, "터치"는 엄지를 포함하는 손가락 중 하나 또는 터치 가능한 입력 유닛(예를 들어, 스타일러스 등)에 의해 발생할 수 있다. 터치는 엄지를 포함하는 손가락 중 하나 또는 터치 가능한 입력 유닛에 의한 호버링을 포함할 수 있다. 또한, "터치"는 싱글 터치뿐만 아니라 멀티 터치를 포함할 수 있다. 또한 여기서 "본체"는 로봇 청소기의 본체를 의미한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도1은 일 실시 예에 따른 로봇 청소기와 충전 스테이션의 외관을 도시한 도면이고, 또한 도2는 로봇 청소기의 외관을 도시한다.
도1 내지 도2를 참조하여 일 실시예에 의한 로봇 청소기(100)와 충전 스테이션(300)의 외관 및 동작에 대해서 설명한다. 또한 도3 내지 도 6를 참조하여 로봇 청소기(100)의 제어 구성 및 내부도 같이 설명한다.
도 1내지 도6에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기 시스템(1)은 일정 영역을 자율적으로 이동하면서 작업을 수행하는 로봇 청소기(100)와, 로봇 청소기(100)와 분리되어 로봇 청소기(100)를 원격으로 제어하는 디바이스(200)와, 로봇 청소기(100)와 분리되어 로봇 청소기(100)의 배터리 전원을 충전하는 충전 스테이션(300)을 포함한다.
로봇 청소기(100)는 디바이스(200)의 제어 명령을 전달받아 제어 명령에 대응하는 동작을 수행하는 장치로, 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 작업 영역을 자율적으로 주행하며 작업할 수 있다.
또한, 로봇 청소기(100)는 카메라나 각종 센서들을 통해 주변 환경에 대한 사전 정보 없이 자신의 위치를 인식하고, 환경에 대한 정보로부터 지도를 작성하는 SLAM의 방법을 이용할 수 있다. 이는 Simultaneous Localization And Mapping의 약자이고 로봇의 위치를 추정하고, 동시에 지도를 작성하는 방법이다.
로봇 청소기(100)는 메인 바디(101)와 서브 바디(103)로 구성될 수 있다. 메인 바디(101)는 대략 반원기둥의 형태를 가질 수 있고, 서브 바디(103)는 직육면체의 형태를 가질 수 있다.
또한, 메인 바디(101) 및 서브 바디(103)의 내부 및 외부에는 로봇 청소기(100)의 기능을 실현하기 위한 구성 부품이 마련된다.
구체적으로, 로봇 청소기(100)는 사용자와 상호 작용하는 유저 인터페이스(120), 로봇 청소기(100) 주변의 영상을 획득하는 영상 획득부(130), 장애물을 감지하는 장애물 감지부(140), 로봇 청소기(100)가 청소 공간을 주행하는 동안 로봇 청소기(100)의 움직임을 기초로 위치를 감지하는 위치 감지부(150), 로봇 청소기(100)를 이동시키는 주행부(160), 청소 공간을 청소하는 청소부(170), 프로그램과 각종 데이터를 저장하는 저장부(180), 충전 스테이션(300)이 발신한 적외선을 수신하는 신호 감지부(190), 로봇 청소기(100)의 청소 공간을 파악하기 위해 지도를 작성하고, 로봇 청소기(100)의 동작을 총괄 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.
유저 인터페이스(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 로봇 청소기(100)의 메인 바디(101) 상면에 마련될 수 있으며, 사용자로부터 제어 명령을 입력받는 입력 버튼(121)과 로봇 청소기(100)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이(123)를 포함할 수 있다.
입력 버튼(121)은 로봇 청소기(100)를 턴온 또는 턴오프시키는 전원 버튼(121a), 로봇 청소기(100)를 동작시키거나 정지시키는 동작/정지 버튼(121b), 로봇 청소기(100)를 충전 스테이션(미도시)으로 복귀시키는 복귀 버튼(121c) 등을 포함할 수 있다.
또한, 입력 버튼(121)에 포함된 각각의 버튼은 사용자의 가압을 감지하는 푸시 스위치(push switch), 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch)를 채용할 수 있다.
디스플레이(123)는 사용자가 입력한 제어 명령에 대응하여 로봇 청소기(100)의 정보를 표시한다, 예를 들어, 디스플레이(123)는 로봇 청소기(100)의 동작 상태, 전원의 상태, 사용자가 선택한 청소 모드, 충전 스테이션으로의 복귀 여부 등을 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이(123)는 자체 발광이 가능한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)와 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 또는 별도의 발원을 구비하는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display) 등을 채용할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 실시 형태에 따라 유저 인터페이스(120)는 사용자로부터 제어 명령을 입력받고, 입력받은 제어 명령에 대응하는 동작 정보를 표시하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel:TSP)을 포함할 수 있다.
터치 스크린 패널은 동작 정보 및 사용자가 입력할 수 있는 제어 명령을 표시하는 디스플레이, 사용자의 신체 일부가 접촉한 좌표를 검출하는 터치 패널(touch panel), 터치 패널이 검출한 접촉 좌표를 기초로 사용자가 입력한 제여 명령을 판단하는 터치 스크린 컨트롤러를 포함할 수 있다.
영상 획득부(130)는 로봇 청소기(100) 주변의 영상을 획득하는 카메라 모듈(131)을 포함할 수 있다.
카메라 모듈(131)은 로봇 청소기(100)에 포함된 서브 바디(103)의 상면에 마련될 수 있으며, 로봇 청소기(100)의 상방으로부터 발산된 광을 집중시키는 렌즈, 광을 전기적 신호로 변환하는 영상 센서(image sensor)를 포함할 수 있다.
또한, 영상 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 또는 CCD(Charge coupled device) 센서를 채용할 수 있다.
특히, 카메라 모듈(131)은 로봇 청소기(100) 주변의 영상을 제어부(110)가 처리할 수 있는 전기적 신호로 변환하고, 상방 영상에 대응하는 전기적 신호를 제어부(110)에 전달한다. 영상 획득부(130)가 제공한 영상은 제어부(110)가 로봇 청소기(100)의 위치를 검출하는데 이용될 수 있다.
장애물 감지부(140)는 로봇 청소기(100)의 이동을 방해하는 장애물을 감지한다.
여기서, 장애물이란 청소 공간의 바닥으로부터 돌출되어 로봇 청소기(100)의 이동을 방해하는 모든 것을 의미하며, 테이블, 쇼파 등의 가구뿐만 아니라 청소 공간을 구획하는 벽면도 장애물에 해당한다.
장애물 감지부(140)는 로봇 청소기(100)의 전방을 향하여 광을 발신하는 광 발신 모듈(141), 장애물 등으로부터 반사된 광을 수신하는 광 수신 모듈(143), 로봇 청소기(100)의 측면을 향하여 광을 발신하고 장애물로부터 반사되는 광을 수신하는 광 센서 모듈(145)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의한 로봇 청소기(100)는 장애물을 감지하기 위하여 적외선 등의 광을 이용하나 이에 한정되는 것은 아니며, 초음파 또는 전파 등을 이용할 수도 있다.
광 발신 모듈(141)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 광을 발신하는 광원(141a)과 발신된 광을 청소 바닥과 평행한 방향으로 확산시키는 광각 렌즈(141b)를 포함할 수 있다.
광원(141a)은 광 광을 여러 방향으로 발산하는 엘이디(Light Emitting Diode: LED) 또는 레이저(Light Amplification by Simulated Emission of Radiation: LASER) 다이오드를 채용할 수 있다.
광각 렌즈(141b)는 광각 렌즈(141b)는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 구성될 수 있으며, 굴절 또는 전반사를 이용하여 광원(141a)으로부터 발산된 광을 청소 바닥과 평행한 방향으로 확산시킨다. 광각 렌즈(141b)로 인하여 광 발신 모듈(141)로부터 발신된 광은 로봇 청소기(100)의 전방을 향하여 부채꼴 형태로 확산될 수 있다. (이하에서는 청소 바닥과 평행한 방향을 확산되어 부채꼴 형태를 갖는 광을 평면광이라 한다.)
또한, 광 발신 모듈(141)에 의하여 발신된 평면광이 도달하지 않는 부분이 최소가 되도록 장애물 감지부(140)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 광 발신 모듈(141)을 포함할 수 있다.
광 수신 모듈(143)은 장애물로부터 반사된 광을 집중시키는 반사 미러(143a), 반사 미러(143a)에 의하여 반사된 광을 수신하는 영상 센서(143b)를 포함할 수 있다.
반사 미러(143a)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 영상 센서(143a) 위에 마련될 수 있으며, 꼭지점이 영상 센서(143a)를 향하는 원뿔 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 반사 미러(143a)는 장애물로부터 반사된 반사광이 영상 센서(143b)를 향하여 반사시킨다.
영상 센서(143b)는 반사 미러(143a)의 아래에 마련될 수 있으며, 반사 미러(143a)에 의하여 반사된 광을 수신한다. 구체적으로, 영상 센서(143a)는 장애물에 반사된 반사광에 의하여 반사 미러(143a)에 맺히는 2차원 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 영상 센서(143a)는 광 센서가 2차원으로 배열된 2차원 영상 센서로 구성될 수 있다.
이때 영상 센서(143b)는 광 발신 모듈(141)의 광원(143a)이 발신하는 광과 같은 파장의 광을 수신할 수 있는 영상 센서(143b)를 채용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광원(141a)이 적외선 영역의 광을 발신하는 경우, 영상 센서(143b) 역시 적외선 영역의 영상을 획득할 수 있는 영상 센서(143b)를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 영상 센서(143b)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 또는 CCD(Charge coupled device) 센서를 채용할 수 있다.
이와 같은 광 수신 모듈(143)은 광 발신 모듈(141)과 다른 개수가 마련될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 광 발신 모듈(141)은 광각 렌즈(141b)를 이용하여 광원(141a)으로부터 발신된 광을 다양한 방향으로 확산시키고, 광 수신 모듈(143)은 반사 미러(143a)를 이용하여 다양한 방향의 광을 영상 센서(143a)로 집중시키므로, 장애물 감지부(140)는 서로 다른 개수의 광 발신 모듈(141)과 광 수신 모듈(143)를 포함할 수 있다.
광 센서 모듈(145)은 로봇 청소기(100)의 좌측을 향하여 비스듬하게 광을 발신하고 장애물로부터 반사되는 광을 수신하는 좌측 광 센서 모듈(145a) 및 로봇 청소기(100)의 우측을 향하여 비스듬하게 광을 발신하고 장애물로부터 반사되는 광을 수신하는 좌측 광 센서 모듈(145b)를 포함할 수 있다.
광 센서 모듈(145)는 장애물의 검출뿐만 아니라, 로봇 청소기(100)의 주행에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 청소기(100)는 장애물과 일정한 거리를 유지하며 주행하는 장애물 외곽선 추종 주행의 경우, 광 센서 모듈(145)은 로봇 청소기(100)의 측면과 장애물 사이의 거리를 검출하고, 제어부(110)는 광 센서 모듈(145)의 검출 결과를 기초로 로봇 청소기(100)가 장애물과 일정한 거리를 유지하도록 주행부(160)를 제어할 수 있다.
광 센서 모듈(145)은 주로 로봇 청소기(100)의 전방에 위치하는 장애물을 감지하기 위한 광 발신 모듈(141)과 광 수신 모듈(143)을 보조하는 구성이며, 경우에 따라서 장애물 감지부(140)는 광 센서 모듈(145)을 포함하지 않을 수 있다.
위치 감지부(150)는 로봇 청소기(100)가 청소 공간을 주행하는 동안 로봇 청소기(100)의 움직임을 기초로 로봇 청소기(100)의 위치 정보를 파악할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 위치 정보는 초기 위치인 충전 스테이션(300)을 기준으로 x, y좌표로 나타낼 수 있고 로봇 청소기(100)의 방향각(θ)의 개념을 포함한다. 따라서 로봇 청소기(100)의 위치 정보는 (x, y, θ)으로 표현할 수 도 있다. 또한 이러한 로봇 청소기(100)의 위치 정보를 자세(pose)라고도 표현할 수 있다.
구체적으로 위치 감지부(150)는 아래에 기술한 가속도 센서(151), 자이로 센서(152), 엔코더(153) 등의 각종 센서를 이용하여 초기 위치인 충전 스테이션(300)으로부터의 상대적 좌표를 파악할 수 있다. 이러한 로봇 청소기(100)의 주행 중 위치 감지부(150)를 통해 획득된 상대적 좌표의 위치들을 제1위치 정보라 정의 한다.
본 명세서에서는 제1위치 정보는 위에서 기술한 것처럼 로봇 청소기(100)가 위치 감지부(150)를 통해 감지된 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 상대적 좌표를 의미하고, 로봇 청소기(100)의 실제 위치를 표시하는 좌표와는 다를 수 있다.
이러한 로봇 청소기(100)의 실제 위치를 표시하는 좌표를 제2위치 정보라 정의한다.
위치 감지부(150)는 로봇 청소기(100)의 선형 이동 정보를 검출하는 가속도 센서(151), 로봇 청소기(100)의 회전 속도를 검출하거나 위치 측정, 방향의 변화를 측정하는데 이용하는 자이로 센서(152), 및 주행부(160)의 주행 바퀴(163)의 회전을 감지하는 엔코더(153)를 포함한다.
구체적으로, 위치 감지부(150)는 가속도, 이동 속도, 이동 변위 및 이동 방향 등을 검출할 수 있다. 또한, 위치 감지부(150)는 로봇 청소기(100)가 회전 이동하는 동안 로봇 청소기(100)의 회전 속도, 회전 변위 및 회전 반경 등을 검출할 수 있다.
가속도 센서(151)는 로봇 청소기(100)의 선형 이동 정보를 검출한다. 구체적으로, 가속도 센서(151)는 뉴턴의 제2 운동 법칙(가속도의 법칙)을 이용하여 로봇 청소기(100)의 선형 가속도, 선형 속도 및 선형 변위 등을 검출할 수 있다.
가속도 센서(151)는 압전형 가속도 센서, 정전 용량형 가속도 센서, 스트레인 게이지형 가속도 센서 등을 채용할 수 있다.
압전형 가속도 센서는 기계적 변형에 의하여 전기적 신호를 출력하는 압전 소자를 포함하며, 압전 소자가 출력하는 전기적 신호를 이용하여 가속도를 검출한다. 구체적으로, 압전형 가속도 센서는 가속도에 의한 압전 소자의 변형에 따라 압전 소자가 출력하는 전기적 신호로 검출하고, 검출된 전기적 신호로부터 가속도를 산출한다.
정전 용량형 가속도 센서는 관성력에 의하여 구조물 사이의 거리가 변화하고, 이와 같은 거리의 변화로 인하여 정전 용량이 변화하는 것을 이용하여 가속도를 검출한다. 구체적으로, 정전 용량형 가속도 센서는 유동 가능한 구조물과 고정된 구조물을 포함하며, 관성력에 의한 구조물 사이의 거리 변화를 정전 용량의 변화로 검출하고, 검출된 전전 용량의 변화로부터 가속도를 산출한다.
스트레인 게이지형 가속도 센서는 기계적 변형에 의하여 전기적 저항이 변환하는 스트레인 게이지를 이용하여 가속도를 검출한다. 구체적으로, 스트레인 게이지형 가속도 센서는 가속도에 의한 구조물의 변형을 전기적 저항의 변화로 검출하고, 검출된 전기적 저항의 변화로부터 가속도를 산출한다.
또한, 가속도 센서(151)는 마이크로 기계, 마이크로 전자 및 반도체 공정 기술을 융합하여 소형화된 MEMS(Micro Electro Mechanical System)형 센서를 채용할 수 있다.
자이로 센서(152)는 자이로 스코프 또는 각속도 센서라 불리며, 로봇 청소기(100)의 회전 이동 정보를 검출한다. 구체적으로, 자이로 센서(152)는 각운동량 보존 법칙, 사냑 효과, 코리올리 힘 등을 이용하여 검출 대상의 회전 각속도 및 회전 변위 등을 검출할 수 있다.
이와 같은 자이로 센서(152)는 짐벌식(Gimbal) 자이로 센서, 광학식 자이로 센서, 진동식 자이로 센서 등을 채용할 수 있다.
짐벌식 자이로 센서는 회전하는 물체가 회전의 중심이 되는 회전축을 일정하게 유지하고자 각운동량 보존과 회전하는 물체에 외력이 작용하는 경우 회전 반발력에 의하여 회전하는 물체의 회전축이 일정한 궤도를 따라 회전하는 세차 운동을 이용하여 대상의 회전 운동을 검출한다.
광학식 자이로 센서는 원형의 광로를 따라 시계 방향과 반시계 방향으로 발신된 광이 대상의 회전에 의하여 발신점에 도달하는 시간이 상이해지는 사냑 효과(Sagnac Effect)를 이용하여 대상의 회전 운동을 검출한다.
진동식 자이로 센서는 대상의 회전에 의하여 발생하는 코리올리 힘을 이용하여 대상의 회전 운동을 감지한다. 구체적으로, 일정한 방향으로 진동하는 물체가 회전하면 코리올리 힘에 의하여 새로운 방향으로 진동하는 현상을 이용하여 대상의 회전 운동을 검출한다.
자이로 센서(152) 역시 MEMS(Micro Electro Mechanical System)형 센서를 채용할 수 있다. 예를 들어, MEMS형 자이로 센서 가운데 정전 용량 자이로 센서는 회전 속도에 비례히는 코리올리 힘에 의한 미세 기계 구조물의 변형을 정전용량 변화로 검출하고, 정전 용량의 변화로부터 회전 속도를 산출한다.
엔코더(153)는 광을 발신하는 발광 소자, 광을 수신하는 수광 소자, 발광 소자와 수광 소자 사이에 마련되는 회전 슬릿과 고정 슬릿, 회전 슬릿의 회전 속도 및 회전 변위를 검출하는 엔코더 컨트롤러를 포함할 수 있다. 여기서, 회전 슬릿은 주행 바퀴(163)와 함께 회전하도록 마련되고, 고정 슬릿은 메인 바디(101)에 고정되어 마련될 수 있다.
회전 슬릿의 회전에 따라 발광 소자가 발신한 광이 회전 슬릿을 통과하여 수광 소자에 도달하거나 회전 슬릿에 의하여 차단된다. 수광 소자는 회전 슬릿의 회전에 따라 펄스 형태의 광을 수신하고, 수신된 광에 따른 전기적 신호를 출력한다.
또한, 엔코더 컨트롤러는 수광 소자가 출력한 전기적 신호를 기초로 주행 바퀴(163)의 회전 속도 및 회전 변위를 산출하고, 주행 바퀴(163)의 회전 속도 및 회전 변위를 기초로 로봇 청소기(100)의 선형 이동 속도, 선형 이동 변위, 회전 이동 속도 및 회전 이동 변위 등을 산출할 수 있으며, 이를 후술할 제어부(110)에 제공할 수 있다.
주행부(160)는 로봇 청소기(100)를 이동시키며, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 바퀴 구동 모터(161), 주행 바퀴(163) 및 캐스터 바퀴(155)를 포함할 수 있다.
주행 바퀴(163)는 메인 바디(101) 저면의 양단에 마련될 수 있으며, 로봇 청소기(100)의 전방을 기준으로 로봇 청소기(100)의 좌측에 마련되는 좌측 주행 바퀴(163a)와 로봇 청소기(100)의 우측에 마련되는 우측 주행 바퀴(163b)를 포함할 수 있다.
또한, 주행 바퀴(163)는 바퀴 구동 모터(161)로부터 회전력을 제공받아 로봇 청소기(100)를 이동시킨다.
바퀴 구동 모터(161)는 주행 바퀴(163)를 회전시키는 회전력을 생성하며, 좌측 주행 바퀴(163a)를 회전시키는 좌측 구동 모터(161a)와 우측 주행 바퀴(163b)를 회전시키는 우측 구동 모터(161b)를 포함한다.
좌측 구동 모터(161a)와 우측 구동 모터(161b)는 각각 제어부(110)로부터 구동 제어 신호를 수신하여 독립적으로 동작할 수 있다.
이와 같이 독립적으로 동작하는 좌측 구동 모터(161a)와 우측 구동 모터(161b)에 의하여 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)는 서로 독립적으로 회전할 수 있다.
또한, 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)가 독립적으로 회전할 수 있으므로 로봇 청소기(100)는 전진 주행, 후진 주행, 회전 주행 및 제자리 회전 등 다양한 주행이 가능하다.
예를 들어, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제1 방향으로 회전하면 로봇 청소기(100)는 전방으로 직선 주행(전진)하고, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제2 방향으로 회전하면 본체(101)는 후방으로 직선 주행(후진)할 수 있다.
또한, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 같은 방향으로 회전하되, 서로 다른 속도로 회전하면 로봇 청소기(100)는 우측 또는 좌측으로 회전 주행하며. 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 서로 다른 방향으로 회전하면 로봇 청소기(100)는 제자리에서 시계 방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
캐스터 바퀴(165)는 메인 바디(101)의 저면에 설치되어 로봇 청소기(100)의 이동 방향에 따라 캐스터 바퀴(165)의 회전축이 회전할 수 있다. 이와 같이 로봇 청소기(100)의 이동 방향에 따라 바퀴의 회전축이 회전하는 캐스터 바퀴(165)는 로봇 청소기(100)의 주행을 방해하지 않으며, 로봇 청소기(100)가 안정된 자세를 유지한 채 주행할 수 있도록 한다.
또한, 이외에도 주행부(160)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 바퀴 구동 모터(163)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 바퀴 구동 모터(161)의 회전력을 주행 바퀴(163)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시), 바퀴 구동 모터(161) 또는 주행 바퀴(163)의 회전 변위 및 회전 속도를 검출하는 회전 감지 센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
청소부(170)는 청소 영역의 바닥의 먼지를 비산시키는 드럼 브러시(173), 드럼 브러시(173)를 회전시키는 브러시 구동 모터(171), 비산된 먼지를 흡입하는 먼지 흡입 팬(177), 먼지 흡입 팬(177)을 회전시키는 먼지 흡입 모터(175) 및 흡입된 먼지를 저장하는 먼지함(177)을 포함한다.
드럼 브러시(173)는 도 5에 도시된 바와 같이 서브 바디(103)의 저면에 형성된 먼지 흡입구(105)에 마련되며, 서브 바디(103)의 청소 바닥과 수평하게 마련된 회전축을 중심으로 회전하면서 청소 바닥의 먼지를 먼지 흡입구(105)를 내부로 비산시킨다.
브러시 구동 모터(171)는 드럼 브러시(173)에 인접하게 마련되어 제어부(110)의 청소 제어 신호에 따라 드럼 브러시(173)를 회전시킨다.
도면에는 도시되지 않았으나, 청소부(170)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 브러시 구동 모터(171)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 브러시 구동 모터(171)의 회전력을 드럼 브러시(173)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지 흡입 팬(177)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 메인 바디(101)에 마련되어, 드럼 브러시(173)에 의하여 비산된 먼지를 먼지함(179)으로 흡입한다.
먼지 흡입 모터(175)는 먼지 흡입 팬(177)과 인접한 위치에 마련되며, 제어부(110)의 제어 신호에 의하여 먼지 흡입 팬(177)을 회전시킨다.
도면에는 도시되지 않았으나, 청소부(170)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 먼지 흡입 모터(175)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 먼지 흡입 모터(175)의 회전력을 먼지 흡입 팬(177)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지함(179)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 메인 바디(101)에 마련되며, 먼지 흡입 팬(177)에 의하여 흡입된 먼지를 저장한다.
또한, 청소부(170)는 서비 바디(103)의 먼지 흡입구(105)를 통하여 흡입된 먼지를 메인 바디(101)에 마련된 먼지함(179)까지 안내하는 먼지 안내관을 포함할 수 있다.
저장부(180)는 위치 감지부(150)가 획득한 로봇 청소기(100)의 초기 위치인 충전 스테이션(300)으로부터의 상대적 좌표인 제1 위치 정보, 로봇 청소기(100)를 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 저장할 수 있다. 또한 저장부(180)는 로봇 청소기(100)가 주행 중에 획득한 제1위치 정보를 이용하여 생성한 청소 공간의 지도 정보를 저장할 수 있다.
저장부(180)는 아래에서 설명할 제어부(110)에 포함된 메모리(115)를 보조하는 보조 기억 장치로서 동작할 수 있으며, 로봇 청소기(100)가 전원이 차단되더라도 저장된 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있다.
이와 같은 저장부(180)는 반도체 소자에 데이터를 저장하는 반도체 소자 드라이브(181), 자기 디스크에 데이터를 저장하는 자기 디스크 드라이브(183) 등을 포함할 수 있다.
신호 감지부(190)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하여 감지되는 방향을 통해 충전 스테이션(300)이 위치한 방향을 알 수 있다.
또한 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호의 세기는 로봇 청소기(100)와 충전 스테이션(300)의 거리에 따라 다를 수 있다. 따라서 신호 감지부(190)는 로봇 청소기(100)와 충전 스테이션(300)의 거리가 가까운 경우 강한 세기의 적외선 출력 신호를 감지하고 거리가 먼 경우 약한 세기의 적외선 출력 신호를 감지할 수 있다.
또한 신호 감지부(190)는 충전 스테이션(300)에 설치된 센서의 각각 위치에 따라 다르게 출력되는 근접 신호, 중거리 신호, 정면 신호, 및 전 방향 신호 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다.
이를 위하여, 신호 감지부(190)는 충전 스테이션(300)이 발신한 적외선을 수신하는 복수의 적외선 수신기(191a, 191b, 191c, 191d, 191e, 191f: 191)를 포함한다.
또한, 복수의 적외선 수신기(191a~191f)는 좌측 후방에 마련된 좌측 후방 적외선 수신기(191a), 좌측에 마련되는 좌측 적외선 수신기(191b), 좌측 전방에 마련되는 좌측 전방 적외선 수신기(191c), 우측 전방에 마련되는 우측 전방 적외선 수신기(191d), 우측에 마련되는 우측 적외선 수신기(191e) 및 우측 후방에 마련되는 우측 후방 적외선 수신기(191f)를 포함한다.
복수의 적외선 수신기(191a~191f)는 로봇 청소기(100)의 외곽을 따라 마련되어 사방으로부터 전파되는 적외선을 수신할 수 있다.
또한, 신호 감지부(190)는 복수의 적외선 수신기(191a~191f) 가운데 충전 스테이션(300)이 발신한 적외선을 수신하는 적외선 수신기의 위치에 따라 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 다르게 감지할 수 있다.
또한, 충전 스테이션(300)이 발신한 적외선을 수신하는 적외선 수신기의 위치에 따라 충전 스테이션(300)의 위치의 방향을 판단하는 방법은 아래의 로봇 청소기(100)의 제어부(110)에서 자세하게 설명한다.
또한, 신호 감지부(190)는 복수의 적외선 수신기(191a~191f)가 수신한 적외선을 복조하여 사용자의 제어 명령을 획득하는 적외선 복조기(193)를 더 포함할 수 있다.
적외선 복조기(193)는 적외선 수신기(191)가 수신한 적외선을 복조한다. 디바이스(200)에 포함된 적외선 변조기(미도시)는 사용자의 제어 명령에 따라 적외선을 변조하며, 로봇 청소기(100)의 적외선 복조기(193)는 디바이스(200)가 변조한 적외선을 복조하고 사용자의 제어 명령을 획득한다. 또한, 적외선 복조기(193)는 획득한 제어 명령을 제어부(110)에 제공한다.
제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 동작을 총괄 제어한다.
구체적으로, 제어부(110)는 로봇 청소기(100)에 포함된 각종 구성 장치와 제어부(110) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 인터페이스(117), 프로그램 및 데이터를 기억하는 메모리(115), 영상 처리를 수행하는 그래픽 프로세서(113) 및 메모리(113)에 기억된 프로그램 및 데이터에 따라 연산 동작을 수행하고 로봇 청소기(100)의 제1위치 정보를 보정하는 메인 프로세서(111), 입출력 인터페이스(117), 메모리(115), 그래픽 프로세서(113) 및 메인 프로세서(111) 사이의 데이터 송수신의 통로가 되는 시스템 버스(119)를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(117)는 영상 획득부(130)로부터 수신된 영상, 장애물 감지부(140)가 감지한 장애물 감지 결과, 접촉 감지부(150)가 감지한 접촉 감지 결과 등을 수신하고, 이를 시스템 버스(119)를 통하여 메인 프로세서(111), 그래픽 프로세서(113), 메모리(115) 등으로 전송한다.
뿐만 아니라, 입출력 인터페이스(117)는 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호를 주행부(160) 또는 청소부(170)에 전달할 수 있다.
메모리(115)는 로봇 청소기(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 저장부(180)로부터 불러와 기억하거나, 영상 획득부(130)가 획득한 영상 또는 장애물 감지부(140)가 감지한 장애물 감지 결과 등을 임시로 기억할 수 있다.
메모리(115)는 S램, D랩 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 메모리(115)는 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다.
그래픽 프로세서(113)는 영상 획득부(130)가 획득한 영상을 메모리(115) 또는 저장부(180)에 저장할 수 있는 포맷으로 변환하거나, 영상 획득부(130)가 획득한 영상의 해상도 또는 크기를 변경할 수 있다.
또한, 그래픽 프로세서(113)는 장애물 감지부(150)가 획득한 반사광 영상을 메인 프로세서(111)가 처리할 수 있는 포맷으로 변환할 수도 있다.
이하에서 설명할 메인 프로세서(111)의 처리나 연산과정은 제어부(110)의 처리나 연산과정으로 해석할 수 있다.
메인 프로세서(111)는 메모리(115)에 저장된 프로그램 및 데이터에 따라 영상 획득부(130), 장애물 감지부(140), 위치 감지부(150)의 감지 결과를 처리하고 주행부(160) 및 청소부(170)를 제어하며, 로봇 청소기(100)의 위치를 보정하거나 이에 따른 지도를 보정하기 위한 연산동작을 수행한다.
또한 메인 프로세서(111)는 로봇 청소기(100)가 주행 중 위치 감지부(150)를 통해 획득한 초기 위치인 충전 스테이션(300)으로부터의 상대적 좌표인 제1위치 정보를 기초로 실시간으로 지도를 작성할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 저장부(180)에 저장된 초기 위치인 충전 스테이션(300)으로부터의 상대적 좌표인 제1위치 정보들을 제공받아 로봇 청소기(100)의 위치 정보를 기초로 지도를 작성할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)은 저장부(180)에 저장된 초기 위치인 충전 스테이션(300)으로부터의 상대적 좌표인 제1위치 정보가 메인 프로세서(111)에 의해 보정되면, 보정된 위치 정보를 기초로 이전의 지도를 새로운 지도로 업데이트할 수 있다.
예를 들어, 메인 프로세서(111)는 영상 획득부(130)가 획득한 영상을 기초로 로봇 청소기(100)의 위치를 산출하거나, 장애물 감지부(140)가 획득한 영상을 기초로 장애물의 방향, 거리 및 크기를 산출할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 장애물의 방향, 거리 및 크기 등에 따라 장애물을 회피할지 또는 장애물과 접촉할지를 판단하기 위한 연산을 수행할 수 있다.
장애물을 회피할 것으로 판단되면 메인 프로세서(111)는 장애물을 회피하기 위한 주행 경로를 산출할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 주행 중인 로봇 청소기(100)의 주행 경로를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 실시간으로 주행 중인 충전 스테이션(300)으로부터의 상대적 좌표인 제1위치 정보를 저장부(180)에 저장할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 신호 감지부(190)를 통해 주행 중인 로봇 청소기(100)에서 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 감지되면, 적외선 출력 신호의 종류, 적외선 출력 신호의 세기 및 적외선 출력 신호의 방향을 파악할 수 있다.
또한 메인 프로세서(111)는 신호 감지부(190)을 통해 감지된 충전 스테이션(300)의 근접 적외선 출력 신호, 중거리 적외선 출력 신호, 전 방향 적외선 출력 신호를 통해 충전 스테이션(300)까지의 거리를 파악할 수 있다. 이러한 구체적인 거리 파악 방법은 도8을 참조하여 아래에 설명한다.
또한, 메인 프로세서(111)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호의 세기를 측정하여 충전 스테이션(300)까지의 거리를 파악할 수 있다.
구체적으로, 메인 프로세서(111)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 측정하여 미리 설정된 거리 별 세기와 일치하는지 판단하여 로봇 청소기(100)와 충전 스테이션(300)의 거리를 계산할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호이 감지되는 방향을 파악하여 충전 스테이션(300)가 위치한 방향도 파악할 수 있다.
예를 들어, 메인 프로세서(111)는 로봇 청소기(100)에 설치된 복수의 적외선 신호 수신기의 위치에 따라 수신되는 부분과 수신되지 않는 부분을 구분하여 수신영역 쪽의 방향에 충전 스테이션(300)이 위치하는 것으로 방향을 알 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도14과 함께 후술하겠다.
또한 메인 프로세서(111)는 로봇 청소기(100)에 설치된 복수의 적외선 신호 수신기 모두에 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 수신되는 것으로 판단되면, 복수의 적외선 신호 수신기 중 가장 강하게 수신되는 쪽을 충전 스테이션(300)가 위치한 방향을 파악할 수 있다.
위에서 기술한 것처럼 메인 프로세서(111)는 로봇 청소기(100)와 충전 스테이션(300)의 거리를 파악할 수 있고 충전 스테이션(300)이 위치한 방향 또한 알 수 있으므로 충전 스테이션(300)의 위치를 계산할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하여, 기하학적 방법 또는 확률 기반 방법을 이용하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악할 수도 있다.
구체적으로 기하학적 방법은 로봇 청소기(100)가 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하면, 여러 지점을 이동하며 감지된 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호의 방향들의 직선식을 구하고, 이들의 교점을 이루는 지점으로 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 방법을 말한다.
또한, 확률 기반 방법은 로봇 청소기(100)가 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하면, 여러 지점을 이동하며 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 적외선 출력 신호의 방향을 예측하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 방법을 말한다.
이에 대한 구체적 방법은 도15 및 도16를 참고하여 후술한다.
또한, 메인 프로세서(111)는 저장부(180)에 저장된 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치와 주행 중 감지된 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호 기초로 로봇 청소기(100)가 실제 위치하고 있는 로봇 청소기(100)의 현재의 위치 계산할 수 있다.
위에서 기술한 것과 같이 메인 프로세서(111)는 충전 스테이션(300)이 위치한 방향과 로봇 청소기(100)와 떨어진 거리를 측정하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하거나 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 측정하여 기하학적 방법이나 확률기반 방법 등을 이용하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악할 수 있다. 따라서, 로봇 청소기(100)과 충전 스테이션(300)의 상대적 위치 관계를 이용하여 로봇 청소기(100)가 실제 위치하고 있는 현재 위치를 계산할 수 있다.
이는 앞에서 로봇 청소기(100)의 실제 위치를 표시하는 좌표로써, 제2위치 정보라 정의하였다. 이는 앞에서 기술한 위치 감지부(150)에서 획득된 제1위치 정보와는 차이가 있을 수 있다.
또한 메인 프로세서(111)는 로봇 청소기(100)가 주행하며 위치 감지부(150)를 통해 획득한 제1위치 정보와 제2위치 정보의 차이가 최소가 되도록 본체의 제1위치 정보를 보정할 수 있다.
이에 대해서는 도 10a내지 도10b에서 구체적으로 설명하고 있으므로 후술한다.
또한, 메인 프로세서(111)는 산출된 주행 경로를 따라 로봇 청소기(100)가 이동하도록 주행부(160)에 제공할 주행 제어 데이터를 생성할 수 있다.
이와 같은 제어부(110)는 로봇 청소기(100)가 청소 바닥을 주행하도록 주행부(160)를 제어하고, 로봇 청소기(100)가 주행 중에 청소 바닥을 청소하도록 청소부(170)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 장애물 감지부의 장애물 감지 신호를 기초로 장애물의 위치 및 크기 등을 검출할 수 있다.
디바이스(200)는 로봇 청소기(100)의 이동을 제어하거나 로봇 청소기(100)의 작업을 수행하기 위한 제어 명령을 무선으로 송신하는 원격 제어 장치로, 휴대폰(Cellphone, PCS phone), 스마트 폰(smart phone), 휴대 단말기(Personal Digital Assistants: PDA), 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player: PMP), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, 넷북, 태블릿, 네비게이션(Navigation) 등을 포함할 수 있다.
이외에도, 디바이스(200)는 유무선 통신 기능이 내장된 디지털 카메라, 캠코더 등과 같이 여러 응용 프로그램을 이용한 다양한 기능의 구현이 가능한 모든 장치를 포함한다.
또한, 디바이스(200)는 간단한 형태의 일반적인 리모컨일 수 있다. 리모컨은 일반적으로 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association)을 이용하여 로봇 청소기(100)와 신호를 송수신한다.
또한, 디바이스(200)는 RF(Radio Frequency), 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 초광대역(Ultra Wide Band: UWB) 통신 등 다양한 방식을 이용하여 로봇 청소기(100)와 무선 통신 신호를 송수신할 수 있으며, 디바이스(200)와 로봇 청소기(100)가 무선 통신 신호를 주고 받을 수 있는 것이면, 어느 방식을 사용하여도 무방하다.
또한, 디바이스(200)는 로봇 청소기(100)의 전원을 온/오프 제어하기 위한 전원 버튼과, 로봇 청소기(100)의 배터리 충전을 위해 충전 스테이션(300)으로 복귀하도록 지시하기 위한 충전 복귀 버튼과, 로봇 청소기(100)의 제어 모드를 변경하기 위한 모드 버튼과, 로봇 청소기(100)의 동작을 시작/정지하거나 제어 명령의 개시, 취소 및 확인을 위한 시작/정지 버튼과, 다이얼 등을 포함할 수 있다.
도7은 일 실시 예에 의한 충전 스테이션의 구성을 도시한다. 도8은 일 실시 예에 의한 충전 스테이션에서 출력되는 적외선 신호의 종류 및 범위를 도시한다.
이하 도7 및 도8을 참조하여, 충전 스테이션의 구성 및 동작에 대해서 구체적으로 설명한다.
도7을 참조하면, 충전 스테이션(300)은 로봇 청소기(100)의 배터리 충전을 위한 것으로, 충전 스테이션(300)은 적외선 신호 발신부(310)와 충전부(320)를 포함할 수 있다.
적외선 신호 발신부(310)는 충전 스테이션(300)의 수용부 근처에 설치되어 적외선 광 신호 또는 초음파 신호를 발신한다. 로봇 청소기(100)는 적외선 신호 발신부(310)의 신호에 따라 충전 스테이션(300)에 접근하였음을 인식할 수 있다. 다만, 충전 스테이션(300)에서 출력되는 신호는 적외선 신호 또는 초음파 신호에 한하지 않고 다양한 신호로 응용될 수 있다.
충전부(320)는 외부로부터 입력되는 상용 교류 전력을 로봇 청소기(100)의 충전 배터리를 충전하기 위한 전력으로 변환하고, 로봇 청소기(100)의 충전 배터리를 충전시킨다.
또한, 충전 스테이션(300)은 로봇 청소기(100)가 도킹되는 것을 안내하는 가이드 부재(미도시)가 마련되어 있고, 가이드 부재(미도시)에는 로봇 청소기(100)에 구비된 충전부를 통해 로봇 청소기(100) 충전시키기 위한 접속 단자(미도시)가 마련되어 있다.
또한, 충전 스테이션(300)이 출력한 적외선 신호의 수신 범위는 적외선 신호를 출력하는 적외선 출력 모듈(미도시)의 설치 위치에 따라 다를 수 있다. 또한, 충전 스테이션(300)이 출력한 적외선 신호의 수신 세기는 충전 스테이션(300)으로부터의 거리에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 로봇 청소기(100)가 주행 중 충전 스테이션(300)의 적외선 신호 출력 범위 안에 들어가게 되면, 제어부(110)를 통해 적외선 신호의 수신 방향, 종류 및 세기에 따라 충전 스테이션(300)과 로봇 청소기(100)간의 거리 및 위치를 파악할 수 있다. 이에 대한 구체적은 앞서 제어부(110)을 설명하며 다루었으므로 생략한다.
이하 도8을 참조하여, 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호 범위와 종류에 대해서 구체적으로 설명하겠다. 다만, 충전 스테이션(300)은 벽면에 설치되어 있다고 가정한다. 이는 예시를 위한 것이며 다른 어느 곳에라도 설치되거나 거치될 수 있다.
충전 스테이션(300)를 중심으로 반원을 적외선 신호 출력 영역으로 볼 수 있다.
또한, 충전스테이션(300)의 한쪽 벽을 따라 적외선 신호가 미치는 영역의 한쪽 끝점을 시작점으로 이 위치를 0도라 가정하면 반대편의 적외선 신호가 미치는 영역의 한쪽 끝점의 위치를 180도라 할 수 있다.
충전 스테이션(300)의 적외선 출력 영역은 설정에 따라 바뀔 수 있고 신호의 세기에 따라 얼마든지 멀리 출력될 수 있다.
다만, 도8에서는 반원의 반지름을 5m로 하여 이를 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 영역으로 가정한다.
충전 스테이션(300)에서 출력되는 근접 적외선 신호는 충전 스테이션(300)의 위치를 중심으로 한쪽 끝점(K1, K2)의 45도, 135도 방향으로 타원형으로 1m까지 출력될 수 있다.
또한, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 주행 중 신호 감지부(190)를 통해 근거리 적외선 신호를 감지하면 약1m 근처에 충전 스테이션(300)이 있다는 것을 알 수 있으므로 충전 스테이션(300)과의 거리 측정에 응용 할 수 있다.
또한 충전 스테이션(300)에서 출력되는 중거리 적외선 신호는 충전 스테이션(300)의 위치를 중심으로 한쪽 끝점(J1, J2)의 45도, 135도 방향으로 타원형으로 3m까지 출력될 수 있다.
따라서, 로봇 청소기(100)의 신호 감지부(190)는 로봇 청소기(100)가 중거리 적외선 신호가 출력되는 범위 안쪽의 타원까지 주행하지 않으면 근거리 적외선 신호는 감지하지 못하므로, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 이를 이용하여 충전 스테이션(300)과 떨어진 거리를 계산할 수 있다.
또한 충전 스테이션(300)에서 출력되는 정면 적외선 신호는 충전 스테이션(300)의 위치를 중심으로 한쪽 끝점(O1)의 90도 방향으로 타원형으로 3m까지 출력될 수 있다. 따라서, 로봇 청소기(300)가 주행 중 정면 적외선 신호를 감지하면 감지된 방향의 일직선 상에 충전 스테이션(300)의 위치가 있는 것으로 파악할 수 있어 충전 스테이션(300)과의 거리를 계산할 수 있다.
또한 충전 스테이션(300)에서 출력되는 전방향 적외선 신호는 충전 스테이션(300)의 위치를 중심으로 5m의 반원의 영역으로 출력될 수 있다. 따라서 로봇 청소기(100)가 주행 중에 신호 감지부(190)를 통해 전방향 적외선 신호만이 감지되는 경우 약5m정도의 거리에 충전 스테이션(300)가 위치하고 있다는 것을 알 수 있어 충전 스테이션(300)과의 거리 계산에 응용 될 수 있다.
위에서 기술한 적외선 신호의 1m, 3m, 5m의 영역은 예시적인 것이며 더 가까운 거리의 범위까지 될 수 도 있고 더 먼 거리의 범위까지 될 수도 있다. 또한 충전 스테이션(300)에서 출력되는 근접 적외선 신호, 중거리 적외선 신호, 전 방향 적외선 신호 모두 신호 세기가 거리에 따라 달라질 수 있다.
앞서 기술한 내용은 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(300)에서 출력되는 적외선 출력 신호의 종류와 출력되는 세기 등으로 충전 스테이션(300)과의 거리를 계산하는데 이를 이용될 수 있음을 설명하기 위한 것이다.
도9는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 충전 스테이션의 위치를 파악하여 지도를 보정하는 순서를 도시한다.
도 10a내지 도10b는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기의 위치 보정 및 지도 보정 방법을 도시한다. 구체적으로, 도 10a는 로봇 청소기의 오차 없는 실제 주행 궤적을 의미하고, 도10b는 로봇 청소기의 오차가 발생한 주행 궤적을 의미한다.
이하 도9내지 도10b를 참조하여 로봇 청소기의 지도 보정 과정의 전반적인 동작에 대해 설명하겠다.
이하에서 설명할 로봇 청소기(100)의 동작은 제어부(110)의 제어 동작으로 해석할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 동작과 동일한 동작은 그 설명을 간략히 한다.
로봇 청소기(100)는 주행 전 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치 정보를 저장부(180)에 저장한다(S600).
도 10a내지 도10b를 참조하면, 주행 전 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치 정보(I1)는 (0,0,0°)라 볼 수 있다. 이때의 초기 위치는 보통 충전 스테이션(300)의 위치를 의미하나 다른 위치가 될 수 도 있다.
로봇 청소기(100)는 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치에서 주행을 시작하여 위치 감지부(150)를 통해 로봇 청소기(100)의 제1 위치 정보를 획득하고 이를 저장부(180)에 저장한다(S610). 앞서 설명된 바와 같이, 제1 위치 정보는 충전 스테이션(300)을 기준으로 하는 로봇 청소기(100)의 상대적인 위치 정보를 나타낸다.
로봇 청소기(100)는 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치에서 주행을 시작하여 위치 감지부(150)의 가속도 센서(151), 자이로 센서(152), 및 엔코더(153)들을 통해 제1위치 정보를 획득한다. 또한 로봇 청소기(100)는 영상 획득부(130)가 제공한 영상을 이용하여 위치 정보를 파악할 수 있다.
따라서 도 10b을 살펴보면 점선으로 표시된 로봇 청소기(100)의 주행 궤적은 위치 정보 지점 I1'내지 위치 정보 지점 I9'를 연결한 것을 의미한다.
또한 도10a을 살펴보면 실선으로 표시된 주행 궤적은 위치 정보 지점 I1내지 위치 정보 지점I9를 연결한 것으로 로봇 청소기(100)의 실제 주행 궤적을 의미한다.
따라서, 이러한 제1 위치 정보들은 실제 로봇 청소기(100)의 위치와 달라 질 수 있다.
로봇 청소기(100)는 위치 감지부(150)를 통해 획득한 상대적 좌표의 제1위치 정보를 기초로 하여 제어부(110)를 통해 주행 궤적에 대한 지도를 작성하고 저장부(180)에 저장한다(S620).
도10b를 참조하면, 점선으로 표시된 주행 궤적은 현재 위치 감지부(150)가 측정한 상대적 좌표의 위치 정보 지점I1'내지 위치 정보 지점I9'을 기초로 제어부(110)를 통해 작성한 지도를 의미한다. 이는 로봇의 실제 주행 궤적과는 다를 수 있다.
로봇 청소기(100)는 주행 중 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 감지되는지 판단한다(S630).
적외선 출력 신호가 감지되면(S630의 예), 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 이용하여 제어부(110)를 통해 충전 스테이션(300)의 위치를 파악한다(S640).
구체적으로, 도10b를 참조하여 설명하면 로봇 청소기(100)가 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치인 제1 위치 I1에서 주행을 시작하여 제9 위치 I9에 도달하면 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지할 수 있다.
이때, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 감지되는 방향을 기초로 충전 스테이션(300)의 방향을 파악하고 적외선 출력 신호의 종류 및 세기를 기초로 충전 스테이션(300)까지의 거리를 파악한다.
로봇 청소기(100)는 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호의 방향을 파악할 수 있는데, 예를 들어 로봇 청소기(100)에 설치된 복수의 적외선 수신기(191a-191f) 중 일부 수신기에서만 감지된다면 적외선 수신기가 감지한 방향을 충전 스테이션(300)이 위치하는 방향으로 파악할 수 있다.
또한, 로봇 청소기(100)에 설치된 복수의 적외선 수신기(191a-191f) 중 다수 개 또는 전부에서 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 감지된다면 신호 감지부(190)는 가장 강하게 감지되는 쪽에 충전 스테이션(300)이 위치하고 있는 것으로 파악할 수 있다.
또한, 로봇 청소기(100)의 신호 감지부(190)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호의 종류를 파악할 수 있다. 따라서, 감지되는 신호가 근접 적외선 신호인 경우 약1m의 거리에 충전 스테이션(300)이 위치하고 있는 것으로 알 수 있고, 중거리 적외선 신호인 경우 약 3m의 거리에 충전 스테이션(300)이 위치하고 있는 것으로 알 수 있다. 마지막으로 원거리 적외선 신호 경우 약 5m의 거리에 충전 스테이션(300)이 위치하고 있는 것으로 알 수 있다.
따라서, 로봇 청소기(100)의 제어부(100)는 충전 스테이션(300)의 위치의 방향과 거리가 파악되면, 충전 스테이션(300)의 위치를 계산할 수 있다.
또한, 로봇 청소기(100)의 제어부(100)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하여 앞서 기술한 내용처럼 기하학적 방법 또는 확률 기반 방법에 기초하여 충전 스테이션(300)의 위치를 계산할 수 있다.
이에 대한 구체적 설명은 도15 및 도16을 참조하며 후술한다.
위의 여러 가지 방법으로 로봇 청소기(100)의 제어부(110)가 충전 스테이션(300)의 위치를 파악되어, 충전 스테이션(300)의 위치가 신뢰할 수 있는 위치로 판단되면 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치에 재방문 한 것으로 판단한다. 이를 Loop Closure를 검출했다고 표현할 수도 있다.
다만, 로봇 청소기(100)가 주행 중 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하나, 감지된 적외선 출력 신호의 정보 부족으로 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하지 못하면, 이는 Loop Closure를 검출했다고 볼 수 없으므로 여러 지점을 이동하며 충전 스테이션(300)의 위치를 파악할 때까지 이동을 계속한다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)가 주행 중 충전 스테이션(300)의 위치가 신뢰할 수 있는 위치로 검출되었다고 판단하면, 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치에 재방문되었다고 볼 수 있다. 즉, Loop Closure가 검출되었다고 볼 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 실제 위치인 산출된 제2위치 정보 I9 (x1, y1, θ1)를 기초로 제1위치 정보를 보정한다(S650).
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 Loop Closure가 검출되었다고 판단되면, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호, 충전 스테이션(300)의 출력 신호로 파악한 충전스테이션(300)의 위치 정보 및 저장된 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치 정보(I1)를 기초로 로봇 청소기(100)가 실제 위치하고 있는 현재 위치 I9 (x1, y1, θ1) 를 알 수 있다. 앞서 이는 제2위치 정보라고 정의하였다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 도10b과 같이 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치 정보(I1)인(0,0,0°)를 기준으로 하여, 충전 스테이션(300)에서 출력되는 적외선 신호의 종류 및 세기를 통해 로봇 청소기(100)로부터 실제 충전 스테이션(300)의 위치까지의 거리를 알 수 있다.
구체적으로, 초기 위치에서 로봇 청소기(100)가 주행을 시작하기 직전의 기준각을 0°로 보았을 때, 실제 로봇 청소기(100)의 위치인 제2위치 정보 I9 (x1, y1, θ1)에서 충전 스테이션(300)에서 출력된 적외선 신호 방향으로 주행하기 위해 움직이는 각도를 방향각θ1으로 할 수 있다.
따라서 제어부(110)는 충전 스테이션(300)으로부터 로봇 청소기(100)의 현재 위치인 제2위치 정보 I9 (x1, y1, θ1)까지의 거리와 방향각θ1를 이용하여 x1, y1를 구할 수 있다.
즉, 제어부(110)는 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지한 실제 위치 정보인 I9 (x1, y1, θ1)를 알 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 실제 위치인 산출된 제2위치 정보 I9 (x1, y1, θ1)를 기초로 제1위치 정보를 보정할 수 있다.
이하 도10a내지 도10b를 참고하여 특히, 로봇 청소기(100)가 Loop Closure를 검출하였을 때를 기준으로 보정방법에 대해 설명한다.
구체적으로 위치 감지부(150)는 아래에 기술한 가속도 센서(151), 자이로 센서(152), 엔코더(153) 등의 각종 센서를 이용하여 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치 정보(I1)인 (0,0,0°)으로부터의 상대적 좌표를 파악할 수 있다.
이러한 로봇 청소기(100)의 주행 중 파악된 상대적 좌표의 위치들을 제1위치 정보라 정의 한다. 또한 이러한 제1위치 정보는 측정된 상대적 좌표의 위치 정보와 예측된 상대적 좌표의 위치 정보를 포함할 수 있다.
즉, 예측된 상대적 좌표의 위치 정보란 로봇 청소기(100)는 위치 감지부(150)를 통해 위치 정보를 획득하며 주행하는데, 이때 다음 지점를 예측하여 주행하는데 오차가 없을 때의 위치 정보를 말한다(도10b의 위치 정보I1'' 내지 위치 정보I8'').
측정된 상대적 좌표의 위치 정보란 로봇 청소기(100)는 위치 감지부(150)를 통해 위치 정보를 획득하며 주행하는데, 이때 다음 지점를 예측하여 주행하는데 오차가 발생했을 때의 위치 정보를 말한다(도 10b의 위치 정보I1' 내지 위치 정보I9'). 여기서 보정하고자 하는 제1위치 정보는 위치 정보I1' 내지 위치 정보I9'을 의미한다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 실제 위치인 산출된 제2위치 정보 I9 (x1, y1, θ1)와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I8'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I9' (x2, y2, θ2)와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I8'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I8'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I8''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I7'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I8'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I7'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I7'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I7''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I6'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I7'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I6'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I6'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I6''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I5'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I6'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I5'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I5'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I5''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I4'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I5'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I4'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I4'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I5''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I4'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I5'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I4'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I4'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I4''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I3'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I4'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I3'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I3'를 보정할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I3''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I2'의 차이와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I3'와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I2'의 차이의 차이가 최소가 되도록 제1위치 정보 I2'를 보정할 수 있다.
이를 식으로 표현하면 아래와 같다.
[식1]
Figure 112015098319729-pat00001
E(X)는 sum of square errors의 식으로 표현한 것이고, 로봇 청소기의 위치 정보의 오차 합를 의미한다.
∑는 합을 의미하는 summation 의 뜻으로 합계, 또는 총계를 나타내는 기호이다. 또한 i'는 로봇 청소기(100)의 저장된 제1위치 정보를 뜻하고 도10b을 참조하면 I2'-I8'까지의 의미할 수 있다.
△I''는 I7' 의 지점을 예를 들어 설명하면 로봇 청소기(100)의 오차가 없을 때의 예측된 제1위치 정보인 I8''와 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I7'의 차이를 의미한다.
또한 △I'는 I7' 의 지점을 예를 들어 설명하면 로봇 청소기(100)의 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I8'과 오차를 포함하는 측정된 제 1위치 정보 I7'의 차이를 의미한다. 따라서 △I''와 △I'의 차이가 최소가 되면 E(X)가 최소가 된다.
E(X)가 최소가 되도록 하는 보정된 제1위치 정보인 I2' 내지 I8'(미도시)을 기준으로 지도를 보정할 수 있다. 이때, 보정된 제1위치 정보인 I2' 내지 I8'(미도시)을 자세(pose)의 집합이라고도 표현할 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 오차를 포함하는 측정된 제1 위치 정보(I2' 내지 I8')를 위에 기술한 것과 같이 보정할 수 있다.
따라서, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 보정된 제1위치 정보(미도시)를 기초로 하여 지도를 업데이트한다(S660).
위의 보정 방법을 거치면 로봇 청소기(100)는 로봇 청소기(100)의 실제 주행궤적에 가까운 보정된 지도(도10a)를 얻을 수 있다.
이상 도9 내지 도10b를 참조하여 로봇 청소기의 지도 보정 과정의 전반적인 동작에 대해 설명하였다.
아하 로봇 청소기(100)인 주행 중 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치에 재방문하는 것, 즉 Loop Closure의 검출을 위해 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 것과 관련된 내용을 도면과 함께 설명하겠다.
도11은 일 실시 예에 의한 로봇 청소기가 충전 스테이션의 위치를 파악하는 순서를 도시한다. 또한 도12는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기에 설치된 복수의 수신기의 수신 영역을 도시한다.
도13은 일 실시 예에 의한 로봇 청소기가 충전 스테이션에서 출력되는 적외선 신호를 감지하는 방법을 도시한다. 또한 도14는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기에 설치된 복수의 수신기에 따른 수신영역을 도시한다.
도 15는 일 실시 예에 의한 로봇 청소기가 충전 스테이션의 위치를 파악하는 기하학적 방법의 일 예를 도시한다. 또한 도16은 로봇 청소기가 충전 스테이션의 위치를 파악하는 확률 기반 방법의 일 예를 도시한다.
도11내지 도16을 참조하면, 로봇 청소기(100)가 초기 위치인 충전 스테이션(300)에서 주행을 시작하고 일정 시간 주행하다가 다시 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 적외선 신호 출력 신호가 감지되면, 신호 감지부(190)는 충전 스테이션(300)으로부터 발신되는 적외선 선호를 수신할 수 있다(S1000).
구체적으로, 로봇 청소기(100)는 도12와 같이 신호 감지부(190)를 통해 적외선 수신 영역(RR)을 8개의 수신 영역으로 나누어 감지할 수 있다.
여기서 적외선 수신 영역(RR)은 로봇 청소기(100)의 전방에 위치하는 전방 수신 영역(FORR), 로봇 청소기(100)의 우측 전방에 위치하는 우측 전방 수신 영역(RFRR), 로봇 청소기(100)의 우측에 위치하는 우측 수신 영역(RSRR), 로봇 청소기(100)의 우측 후방에 위치하는 우측 후방 수신 영역(RRRR), 로봇 청소기(100)의 후방에 위치하는 후방 수신 영역(RERR), 로봇 청소기(100)의 좌측 후방에 위치하는 좌측 후방 수신 영역(LRRR), 로봇 청소기(100)의 좌측에 위치하는 좌측 수신 영역(LSRR) 및 로봇 청소기(100)의 좌측 전방에 위치하는 좌측 전방 수신 영역(LFRR)으로 구획될 수 있다.
따라서 로봇 청소기(100)는 도13와 같이 주행 중에 로봇 청소기(100)가 주행 중 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호 범위(L1)이내에 들어간다면 로봇 청소기(100)의 신호 감지부(190)에서 적외선 출력 신호를 감지할 수 있다.
반면, 주행 중에 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호 범위(L1)이내로 들어가지 않으면 로봇 청소기(100)의 신호 감지부(190)에서 적외선 출력 신호를 감지할 수 없다.
따라서 적외선 출력 신호가 감지되기 시작한다면, 로봇 청소기(100)는 주행 중에 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)에서 출력되는 적외선 신호의 종류, 적외선 신호의 수신 방향, 및 적외선 신호의 세기를 파악할 수 있다(S1010).
적외선 신호의 수신 방향은 복수 개의 신호 수신기로 구성되어 있는 되어 있는 신호 감지부(190)를 통해 수신기 위치에 따라 수신되는 방향을 알 수 있다.
예를 들어, 도12및 도14를 살펴보면, 좌측 전방 적외선 수신기(191c)와 우측 전방 적외선 수신기(191d)가 모두 적외선을 수신하는 경우, 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)의 위치가 전방 수신 영역(FORR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 로봇 청소기(100)의 진행 방향에 충전 스테이션(300)이 위치한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 좌측 전방 적외선 수신기(191c)와 우측 전방 적외선 수신기(191d)와 함께 좌측 적외선 수신기(191b) 및 우측 적외선 수신기(191e)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 전방 수신 영역(FORR)에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
우측 전방 적외선 수신기(191d)가 적외선을 수신하는 경우, 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 우측 전방 수신 영역(RFRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 우측 전방 적외선 수신기(191d)와 우측 적외선 수신기(191e)가 적외선을 수신하거나, 우측 전방 적외선 수신기(191d), 우측 적외선 수신기(191e) 및 좌측 전방 적외선 수신기(191c)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 우측 전방 수신 영역(RFRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
우측 적외선 수신기(191e)가 적외선을 수신하는 경우, 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 우측 수신 영역(RSRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 우측 적외선 수신기(191e), 우측 전방 적외선 수신기(191d) 및 우측 후방 적외선 수신기(191f)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 우측 수신 영역(RSRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
우측 후방 수신기(191f)가 적외선을 수신하는 경우, 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 우측 후방 수신 영역(RRRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 우측 후방 수신기(191f)와 우측 수신기(191e)가 적외선을 수신하거나, 우측 후방 수신기(191f), 우측 수신기(191e) 및 좌측 후방 수신기(191a)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 우측 후방 수신 영역(RRRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
좌측 후방 적외선 수신기(191a)와 우측 후방 적외선 수신기(191e) 모두 적외선을 수신하면 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 후방 수신 영역(RERR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
좌측 후방 적외선 수신기(191a)가 적외선을 수신하면 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 좌측 후방 수신 영역(LRRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 좌측 후방 적외선 수신기(191a)와 좌측 적외선 수신기(191b)가 적외선을 수신하거나 좌측 후방 적외선 수신기(191a), 좌측 적외선 수신기(191b) 및 우측 후방 적외선 수신기(191e)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 좌측 후방 수신 영역(LRRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
좌측 적외선 수신기(191b)가 적외선을 수신하면 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 좌측 수신 영역(LSRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 좌측 적외선 수신기(191b), 좌측 후방 적외선 수신기(191a) 및 좌측 전방 적외선 수신기(191c)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 좌측 수신 영역(LSRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
좌측 전방 적외선 수신기(191c)가 적외선을 수신하면 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 좌측 전방 수신 영역(LFRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 좌측 전방 적외선 수신기(191c)와 좌측 적외선 수신기(191b)가 적외선을 수신하거나, 좌측 전방 적외선 수신기(191c), 좌측 적외선 수신기(191b) 및 우측 적외선 수신기(191d)가 적외선을 수신하는 경우 역시 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)이 좌측 전방 수신 영역(LFRR)쪽에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
위에서 기술한 것처럼 로봇 청소기(100)는 여러 지점을 이동하며 신호 감지부(190)의 복수의 적외선 신호 수신기를 통해 감지되는 방향을 통해 충전 스테이션(300)의 위치의 방향을 판단할 수 있다.
또한, 이미 앞에서 도8과 함께 기술하였듯이 로봇 청소기(100)는 여러 지점을 이동하며 신호 감지부(190)를 통해 감지되는 적외선 신호의 종류와 세기로 충전 스테이션(300)까지의 거리를 측정할 수도 있다(S1020).
따라서, 방향과 거리를 알 수 있으므로 로봇 청소기(100)는 제어부(110)를 통해 충전 스테이션(300)의 위치를 판단할 수 있다.
또한 로봇 청소기(100)는 제어부(110)를 통해 위에 기술한 방법뿐만 아니라 기하학적 방법과 확률 기반 방법으로도 충전 스테이션(300)의 위치를 파악할 수 있다(S1030).
이하 도 15 내지 도16는 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(300)에서 출력되는 적외선 신호를 감지하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 기하학적 방법과 확률기반 방법에 대해 설명한다.
기하학적 방법은 로봇 청소기(100)가 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하면, 여러 지점을 이동하며 감지된 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호의 방향들의 직선식을 구하고, 이들의 교점을이루는 지점으로 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 방법을 말한다.
구체적으로 도15을 참고하여 설명하면, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 충전 스테이션(300)의 위치를 정확하게 파악하기 위해 처음 적외선 신호을 감지한 시간을 t라고 가정하고, 로봇 청소기(100)에서 충전 스테이션(300)의 적외선 신호가 감지된 방향을 일직선으로 연결했을 때의 직선을 f1이라 가정한다.
또한 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)의 위치를 정확하게 파악하기 위해 위에서 서술한 t시간의 위치(처음 적외선 신호을 감지한 위치)에서 다른 위치로 이동했을 때의 시간을 t+1라고 가정하고, t+1에서의 위치에서 로봇 청소기(100)에서 충전 스테이션(300)의 적외선 신호가 감지된 방향을 일직선으로 연결했을 때의 직선을 f2이라 가정한다.
또한 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(300)의 위치를 정확하게 파악하기 위해 위에서 서술한 t+1시간의 위치에서 또 다른 위치로 이동했을 때의 시간을 t+2라고 가정하고, t+2에서의 위치에서 로봇 청소기(100)에서 충전 스테이션(300)의 적외선 신호가 감지된 방향을 일직선으로 연결했을 때의 직선을 f3이라 가정한다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 충전 스테이션(300)의 위치 정보(x, y, θ°)를 파악하기 위해 위치 감지부(150)를 통해 측정된 위치 정보(t시간에서의 위치 정보, t+1시간에서의 위치 정보, t+2시간에서의 위치 정보)를 알고 있으므로 세 개의 변수와 세 개의 위치 정보의 관계를 이용하여 직선식(f1, f2, f3)을 계산할 수 있다.
따라서, 로봇 청소기(100)는 위에 기술된 내용처럼 계산된 직선식(f1, f2, f3)의 교점(c1)을 충전 스테이션(300)의 위치로 파악할 수 있다.
다만, 여기서는 세 개의 직선식을 표현하여 교점으로 구할 수 있다고 하였으나, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 2개의 위치 정보만으로 삼각 측량법을 이용하여 충전 스테이션(300)의 위치를 구할 수 도 있다. 즉, 2개의 위치 정보 사이의 거리와 2개의 위치 정보로부터 충전 스테이션(300) 위치쪽으로의 방향각 2개을 알고 있으므로 삼각 측량법을 이용하여 충전 스테이션(300)의 위치도 구할 수도 있다.
또한, 도16을 참조하여 설명하면 확률 기반 방법은 로봇 청소기(100)가 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하면, 로봇 청소기(100)는 여러 지점을 이동하며 제어부(110)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 적외선 출력 신호의 방향을 예측하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 방법을 말한다.
이하, 확률기반 필터링 방식은 베이즈 정리(Bayes Theorem)에 기초하여 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(300)의 위치을 추정하는 방식을 의미할 수 있다. 베이즈 정리는 사후 확률을 우도(Likelihood) 함수와 사전 확률 분포을 이용하여 계산하는 방식으로, 본 실시 예에 따른 로봇 청소기(100)는 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 필터링하여 충전 스테이션(300)의 위치를 추정할 수 있다.
베이즈 필터는 가우시안 필터(Gaussian Filter)와 논파라메트릭 필터(Nonparametric Filter)를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 가우시안 필터는 확률 분포를 가우시안의 평균과 분산 파라미터로 표현하는 방식으로, 일 예에 따른 가우시안 필터는 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter) 등을 포함하는 개념일 수 있다. 또한, 논파라메트릭 필터는 확률 분포를 유한한 샘플로 표현하는 방식으로 히스토그람 필터(Histogram Filter)와, 파티클 필터(Particle Filter)를 포함하는 개념일 수 있다.
파티클 필터 기법은 시행 착오(trial and error)에 기반한 시뮬레이션 방식의 하나로 연속적인 몬테카를로 방법(SMC, Sequential Monte Carlo method) 이라고도 한다. 여기서, 몬테카를로 방법(Monte Carlo Method)은 충분히 많은 수의 랜덤 입력 결과를 수집해 함수의 값을 확률적으로 계산하는 방식의 하나이다. 몬테 카를로 방법은 함수의 값을 확률적으로 계산 해 시스템의 특성을 알아낼 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 확률기반 필터링 방식을 채용하여 여러 지점에서 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 측정하여 충전 스테이션(300)의 후보 위치(이하, '파티클(particle)'으로 지칭될 수 있다)에 대한 확률 모델을 만들고 충전 스테이션(300)의 위치를 확률 분포로 파악할 수 있다.
구체적으로, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 주행 중 신호 감지부(190)를 통해 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호를 감지하면, 이를 감지하는 적외선 수신기를 확인하여 그 방향으로 파티클을 뿌린다.
다만, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호 영역에 전부 들어가 있다면 모든 적외선 수신기에서 감지되므로 전 방향으로 파티클을 뿌릴 수 있다.
그 후 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 샘플링 과정을 거치는데, 즉 충전 스테이션(300)의 위치에 대한 예측값을 가진 복수 개의 샘플을 추출하고 각 샘플이 실제 충전 스테이션(300)의 위치일 확률을 이용해 충전 스테이션(300)의 위치를 파악할 수 있다.
구체적으로, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 복수 개의 샘플 중에 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 감지되는 방향의 파티클에 가중치를 부여하고, 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하여 충전 스테이션(300)의 위치일 확률이 높은 곳의 파티클을 제외하고 확률이 낮은 곳의 파티클은 제거해 나간다.
이러한 과정을 여러 지점에서 반복하는 예를 도 16과 같이 설명한다.
도16 참조하면, 로봇 청소기(100)가 주행 중 충전 스테이션(300)의 적외선 출력 신호가 감지되는 방향의 분포를 평면 상에 표시한 것이다.
우선 도16의 그림 중 아래 그림을 살펴보면 로봇 청소기(100)의 적외선 수신기(191b)가 충전 스테이션(300)의 출력 적외선 신호를 감지하고 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 진행 방향을 북으로 가정했을 때, 충전 스테이션(300)의 출력 적외선 신호가 감지되는 방향을 북서쪽으로 볼 수 있다. 따라서, 제어부(110)는 이 방향으로 파티클(P)을 뿌린다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 샘플링 과정을 거쳐 충전 스테이션(300)이 위치하고 있을 확률이 낮은 쪽을 의미하는 파티클(P)을 제거할 수 있다. 또한, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 충전 스테이션(300)이 위치하고 있을 확률이 높은 쪽을 의미하는 파티클(P)을 유지하는 방식으로 리샘플링할 수 있다.
도16의 그림 중 위의 그림을 살펴보면 로봇 청소기(100)의 적외선 수신기(191b)가 감지되고 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 로봇 청소기(100)의 진행 방향을 북으로 가정했을 때, 충전 스테이션(300)의 출력 적외선 신호가 감지되는 방향을 서쪽으로 볼 수 있다. 따라서, 제어부(110)는 이 방향으로 파티클(P)을 뿌린다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 샘플링 과정을 거쳐 충전 스테이션(300)이 위치하고 있을 확률이 낮은 쪽을 의미하는 파티클(P)을 제거할 수 있다.
또한, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 충전 스테이션(300)이 위치하고 있을 확률이 높은 쪽을 의미하는 파티클(P)을 유지하는 방식으로 리샘플링할 수 있다.
이러한 위의 과정을 도16과 같이 여러 지점에서 반복하여, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 파티클(P)의 분포도가 가장 높은 곳을 계산하여 충전 스테이션(300)의 위치를 파악할 수 있다.
이상, 확률 기반 방식의 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하는 방법에 대해 설명하였다. 설명의 편의상 파티클 필터를 예로 들어 설명한 것이나, 개시된 발명에 따른 로봇 청소기(100)의 충전 스테이션(300)에 대한 위치 추정 방식의 예가 파티클 필터에 한정되는 것은 아니다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 위와 같은 방법으로 주행 중 충전 스테이션(300)의 위치를 파악하여 신뢰할 수 정도의 위치라고 판단되면, 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치에 재방문하였다고 판단한다. 즉, 로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 Loop Closure가 검출되었다고 판단한다.
로봇 청소기(100)의 제어부(110)는 Loop Closure가 검출되었다고 판단되면, 충전 스테이션(300)의 출력 신호, 초기 위치인 충전 스테이션(300)의 위치 정보를 기초로 로봇 청소기(100)가 실제 위치하고 있는 현재 위치(제2위치 정보)를 산출하여 저장된 제1위치 정보를 보정할 수 있다(S1040).
구체적인 보정 방법은 도9내지 도10b를 참조하여 위에 기술한 바, 생략한다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.
100: 청소 로봇 110: 제어부
120: 유저 인터페이스 130: 영상 획득부
140: 장애물 감지부 150: 위치 감지부
160: 주행부170: 청소부
180: 저장부190: 신호 감지부
200: 디바이스 300: 충전 스테이션

Claims (24)

  1. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 주행부;
    충전 스테이션의 출력 신호를 감지하는 신호 감지부;
    상기 본체의 주행 중에 상기 본체의 제1위치 정보를 획득하는 위치 감지부;
    상기 위치 감지부가 획득한 상기 본체의 제1 위치 정보를 저장하는 저장부; 및
    상기 본체의 주행 중 상기 충전 스테이션의 출력 신호가 감지되면,
    상기 충전 스테이션의 출력 신호 및 상기 충전 스테이션의 위치 정보를 기초로 상기 본체의 제2 위치 정보를 산출하고, 상기 제2위치 정보를 기초로 상기 본체의 제1위치 정보를 보정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 본체의 신호 감지부가 감지한 상기 출력 신호의 방향을 측정하고, 출력 신호의 종류 및 세기를 기초로 상기 본체와 상기 충전 스테이션과의 거리를 측정하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 로봇 청소기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 본체의 제1위치 정보와 상기 본체의 제2위치 정보의 차이가 최소로 되도록 상기 본체의 제1위치 정보를 보정하는 로봇 청소기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 본체의 주행 중 상기 저장된 제1위치 정보를 기초로 지도를 작성하는 로봇 청소기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 저장된 제1 위치 정보가 보정되면, 상기 보정된 제1위치 정보를 기초로 상기 지도를 업데이트하는 로봇 청소기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 본체의 주행 중 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 상기 출력 신호의 방향들의 교점을 이루는 지점을 계산하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 로봇 청소기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 본체의 주행 중 상기 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 상기 출력 신호를 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 상기 출력 신호의 방향을 예측하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 로봇 청소기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이즈 필터는,
    칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함하는 로봇 청소기.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호 감지부는 상기 본체의 복수의 위치에 위치한 신호 수신기를 포함하는 로봇 청소기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호 감지부는 상기 충전 스테이션에 설치된 센서의 각각 위치에 따라 다르게 출력되는 근접 신호, 중거리 신호, 정면 신호, 및 전 방향 신호 중 적어도 어느 하나를 감지하는 로봇 청소기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 감지부는 상기 충전 스테이션과 상기 본체 사이의 거리에 따라 상기 충전 스테이션의 출력 신호의 세기를 다르게 감지하는 로봇 청소기.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 충전 스테이션의 출력 신호는 적외선 신호인 것으로 하는 로봇 청소기.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    본체, 상기 본체를 이동시키는 주행부를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법에 있어서,
    충전 스테이션의 출력 신호를 감지하고;
    상기 충전 스테이션의 출력 신호의 방향을 측정하고, 출력 신호의 종류 및 세기를 기초로 상기 본체와 상기 충전 스테이션과의 거리를 측정하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하고;
    상기 본체의 주행 중에 상기 본체의 제1위치 정보를 획득하고;
    상기 본체의 제1 위치 정보를 저장하고;
    상기 본체의 주행 중 상기 충전 스테이션의 출력 신호가 감지되면,
    상기 충전 스테이션의 출력 신호 및 상기 충전 스테이션의 위치 정보를 기초로 상기 본체의 제2 위치 정보를 산출하고, 상기 제2위치 정보를 기초로 상기 본체의 제1위치 정보를 보정하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서,
    상기 본체의 현재 위치를 보정하는 것은,
    상기 본체의 제1위치 정보와 상기 본체의 제2위치 정보의 차이가 최소로 되도록 상기 본체의 제1위치 정보를 보정하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13항에 있어서,
    상기 본체의 주행 중 상기 저장된 제1위치 정보를 기초로 지도를 작성하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제15항에 있어서,
    상기 지도를 작성하는 것은,
    상기 저장된 제1 위치 정보가 보정되면,
    상기 보정된 제1위치 정보를 기초로 상기 지도를 업데이트하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13항에 있어서,
    상기 본체의 주행 중 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 상기 출력 신호의 방향들의 교점을 이루는 지점을 계산하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제17항에 있어서,
    상기 본체의 주행 중 상기 복수의 서로 다른 위치에서 감지된 상기 출력 신호를 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 상기 출력 신호의 방향을 예측하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 것은,
    상기 출력 신호를 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함하는 포함하는 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 상기 출력 신호의 방향을 예측하여 상기 충전 스테이션의 위치를 획득하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  20. 삭제
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13항에 있어서,
    상기 본체의 복수의 위치에 위치한 신호 수신기를 통해 상기 신호을 감지하는 로봇 청소기의 제어방법.
  22. ◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13항에 있어서,
    상기 충전 스테이션의 상기 출력 신호을 감지하는 것은,
    상기 충전 스테이션에 설치된 센서의 각각 위치에 따라 다르게 출력되는 근접 신호, 중거리 신호, 정면 신호, 및 전 방향 신호 중 적어도 어느 하나를 감지하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  23. ◈청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제22항에 있어서,
    상기 충전 스테이션의 상기 출력 신호을 감지하는 것은,
    상기 충전 스테이션과 상기 본체 사이의 거리에 대응하여 상기 충전 스테이션의 출력 신호의 세기를 다르게 감지하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  24. ◈청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13항에 있어서,
    상기 충전 스테이션의 출력 신호를 감지하는 것은
    적외선 신호를 감지하는 로봇 청소기의 제어 방법.
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