KR102499553B1 - 이동 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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우종진
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남동균
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Abstract

본 발명의 이동로봇은 경계선에 의해 형성되는 영역을 주행하는 본체, 상기 본체를 이동시키는 주행부, 장애물을 감지하는 장애물 감지부 및 감지되는 장애물을 회피하며, 상기 본체가 상기 경계선을 침범하여 상기 영역 외로 이탈하지 않도록 상기 주행부를 제어하며, 상기 본체가 이동하는 경우, 이동할 목표점과 출발점 사이에, 상기 경계선 또는 상기 장애물을 회피하기 위한, 적어도 하나의 경유점을 설정하고, 상기 출발점, 상기 경유점, 상기 목표점을 연결하는 이동경로를 설정하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 영역의 형태와 상기 장애물의 위치 및 형태에 기초하여 특징점을 추출하고, 상기 특징점을 기준으로 복수의 경유후보를 설정하고, 상기 복수의 경유후보 중 어느 하나를 상기 경유점으로 설정하여 상기 이동 경로를 설정한다. 따라서, 경계선 또는 장애물의 위치에 따라 용이하게 이동경로를 설정할 수 있고, 최단거리로 이동경로를 설정하여 빠르게 목표점까지 이동할 수 있고, 이동 중에 위치오차가 발생하더라도 용이하게 보정할 수 있으며, 장애물에 의해 주행할 수 없는 경우에도 경유점을 변경하여 용이하게 이동할 수 있다.

Description

이동 로봇 및 그 제어방법{ Moving Robot and controlling method for the same}
본 발명은 이동 로봇 및 그 제어방법에 관한 것으로, 지정된 영역을 자율주행하는 이동 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 사용자의 조작 없이도 소정 구역을 스스로 주행하면서 자동으로 소정의 동작을 수행하는 기기이다. 로봇은 구역 내에 설치된 장애물을 감지하여 장애물에 접근하거나 회피하여 지정된 동작을 수행한다.
잔디 깎이 장치는 사용자가 탑승하여 사용자의 운전에 따라 이동하면서 바닥의 잔디를 깎거나 풀을 절삭하는 승용형 장치와, 사용자가 수동으로 끌거나 밀어서 이동하면서 잔디를 깎는 워크비하인드타입 또는 핸드타입의 장치가 있다.
이러한 잔디 깎이 장치는 사용자의 직접적인 조작에 의해 이동하며 잔디를 깎는 것으로 사용자의 직접 장치를 작동해야하는 번거로움이 있다.
그에 따라 로봇을 이용하여 잔디를 깎을 수 있는 수단을 구비한 로봇형의 잔디 깎이 장치가 개발되고 있다.
로봇형 잔디 깎이 장치는 실외에서 동작하므로 이동할 영역을 사전에 설정해야 할 필요성이 있다. 실외의 경우 열린 공간이므로 영역을 지정해 줘야 하고, 또한 잔디가 심어진 곳을 주행하도록 영역을 한정해줘야 한다.
이를 위해 대한민국등록특허 10-1513050에서는, 잔디 깎이 로봇이 이동할 영역을 설정하기 위해 잔디가 심어진 곳에 와이어를 매설하여, 이동 로봇이 와이어의 내측 영역에서 이동하도록 제어한다. 경계 와이어의 좌표정보를 획득하여 로봇의 주행을 제어한다.
그러나 로봇은 좌표정보를 이용하여 주행하더라도, 실외환경에서 주행함에 따라 미끄러짐 등의 문제가 발생할 수 있고, 회피하지 못한 작은 돌과 같은 장애물에 의해 실제 위치를 판단하는데 있어서 한계가 있다.
그에 따라, 로봇은 확실하게 목표지점에 도달할 수 있도록, 특정 지점을 이동하려 할 때, 로봇들과 같이 외곽의 경계선을 따라 이동한다.
미국공개특허 20170344012는, 물리적 또는 가상의 경계를 설정하여, 적어도 하나의 섹션으로 구분된 작업영역 내에서 작업하는 로봇 작업 공구 시스템에 관한 것이다. 로봇은 섹션 내에서는 직선으로 주행하다가 섹션의 경계에 도달하면 궤적을 변경하여 주행하고, 하나의 섹션에서 다음 섹션으로 이동하는 경우에는 경계를 따라 주행한다.
또한, 미국공개특허 20180064024는 영역을 분할하여 분할된 영역에서 로봇이 이동패턴에 따라 이동하도록 구성된다. 로봇은 경계선의 기준라인을 따라 이동하는 것으로, 영역 내의 어느 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 경우, 현재위치로부터 가까운 와이어의 포인트로 이동하여 와이어에 의한 경계선을 따라 이동한다.
그러나 로봇이 경계선을 따라 주행하는 경우, 외곽의 경계선의 형상에 따라 이동 시간이 길어 지는 문제가 있다.
또한, 특정 지역을 반복적으로 이동하는 과정에서 바닥에 바퀴 홈이 형성될 가능성이 있다. 바닥에 홈이 형성되는 경우, 주행 중에 홈에서 빠져나오지 못하는 경우가 발생할 수 있고, 또한, 홈에 물이 고일 수 있으므로, 다음 주행 시 로봇이 정상 주행하는데 있어서 장애물로 작용할 수 있다.
그에 따라 경계선 내에서 보다 효율적으로 이동하면서 빠르게 목표한 지점에 도착할 수 있도록 하는 방안이 필요하다.
대한민국등록특허 10-1513050 US 20180064024A1 US 20170344012A1
본 발명의 목적은, 지도를 바탕으로 이동 로봇의 현재 위치로부터 출발하여 목표하는 지점까지 이동하는 이동 경로에, 경유하는 지점을 적어도 하나 설정하여 목표 지점까지의 이동하는 이동 로봇 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇은, 경계선에 의해 형성되는 영역을 주행하는 본체, 상기 본체를 이동시키는 주행부, 장애물을 감지하는 장애물 감지부 및 감지되는 장애물을 회피하며, 상기 본체가 상기 경계선을 침범하여 상기 영역 외로 이탈하지 않도록 상기 주행부를 제어하며, 상기 본체가 이동하는 경우, 이동할 목표점과 출발점 사이에, 상기 경계선 또는 상기 장애물을 회피하기 위한, 적어도 하나의 경유점을 설정하고, 상기 출발점, 상기 경유점, 상기 목표점을 연결하는 이동경로를 설정하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 영역의 형태와 상기 장애물의 위치 및 형태에 기초하여 특징점을 추출하고, 상기 특징점을 기준으로 복수의 경유후보를 설정하고, 상기 복수의 경유후보 중 어느 하나를 상기 경유점으로 설정하여 상기 이동 경로를 설정한다.
본 발명은 이동 로봇이 목표하는 지점까지 직선으로 주행한 수 없는 경우 적어도 하나의 경유점을 설정하여, 경유점을 연결하는 이동경로를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이동 로봇이, 경계선에 위해 구분되는 영역 내에, 경계선을 기준으로 적어도 하나의 특징점을 설정하고, 특징점을 기준으로 인접한 위치에 경유점을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이동 로봇이 특징점을 기준으로 인접한 위치에 복수의 경유후보를 설정하고, 복수의 경유후보 중 어느 하나를 경유점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이동 로봇은, 이동경로에 따라 목표점까지 이동하는 중에 주행할 수 없는 상황이 발생하는 경우, 새로운 경유점을 설정하여 이동경로를 수정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이동 로봇은, 경계선에 의해 형성되는 영역을 주행하는 본체; 상기 본체를 이동시키는 주행부; 장애물을 감지하는 장애물 감지부; 감지되는 장애물을 회피하며, 상기 본체가 상기 경계선을 침범하여 상기 영역 외로 이탈하지 않도록 상기 주행부를 제어하며, 상기 본체가 이동하는 경우, 이동할 목표점과 출발점 사이에, 상기 경계선 또는 상기 장애물을 회피하기 위한, 적어도 하나의 경유점을 설정하고, 상기 출발점, 상기 경유점, 상기 목표점을 직선으로 연결하는 이동경로를 설정하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 이동 로봇의 제어방법은, 경계선에 의해 형성되는 영역 내에서, 이동할 목표점의 위치를 확인하는 단계; 출발점과 상기 목표점 사이에, 상기 경계선 및 장애물을 회피하기 위한 적어도 하나의 경유점을 설정하는 단계; 상기 출발점, 상기 경유점, 상기 목표점을 직선으로 연결하는 이동경로를 설정하는 단계; 및 상기 이동경로에 따라 상기 목표점으로 이동하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 이동 로봇 및 그 제어방법은, 지도를 바탕으로 추출되는 특징점에 기초하여 이동할 경유점을 설정하고 경유점을 연결하는 이동경로를 설정함으로써 경계선 내에서 용이하게 이동할 수 있다.
본 발명은 경유점의 지정하여 이동경로를 설정함으로써 이동거리를 단축할 수 있다.
본 발명은 경유점을 포함한 이동경로를 통해 단시간에 정확하게 목표점으로 이동할 수 있다.
본 발명은 경계선의 형태 또는 장애물의 위치에 따라 경유점을 지정하여, 이동경로를 용이하게 설정할 수 있다.
본 발명은 돌발상황이 발생하더라도 용이하게 이동경로를 변경할 수 있다.
본 발명은 경계선으로 기준으로 설정되는 특징점에 기초하여 복수의 경유후보를 설정하고, 경유후보 중 하나를 경유점으로 지정하여, 이동경로를 용이하게 수정할 수 있다.
본 발명은 이동 중에 위치오차가 발생하더라도, 경계선 또는 특징점을 이용하여 위치를 보정할 수 있다.
본 발명은 목표점이 경계선의 외부에 위치하더라도 목표점에 인접한 위치에 경유점을 설정하여 이동할 수 있다.
본 발명은 경계선에 관계없이 목표점으로 이동할 수 있다.
본 발명은 경계선으로부터 일정 거리 떨어진 지점이라도 용이하게 이동할 수 있다.
본 발명은 목표점에 도착한 이후에도, 새로운 목표점과의 사이에 적어도 하나의 경유점을 설정하여 새로운 이동경로를 설정하여 주행할 수 있다.
본 발명은 이동 로봇이 경계선에 의해 형성되는 영역 내에서 이동하되, 목표점에 따라 새로운 이동경로를 설정하여, 특정 위치를 반복적으로 이동하지 않으므로 바닥에 홈이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 도시된 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 주요부들을 도시한 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 주행영역 및 경계선을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 경유점을 이용한 이동경로를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 도 4의 경유점을 지정하기 위한 경유후보가 도시된 도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 이동경로의 변경을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 목표점에 따른 이동경로 설정을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른, 경유점을 이용하여 이동하는 이동 로봇의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 이동경로 설정방법이 도시된 순서도이다.
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 이동경로 변경방법이 도시된 순서도이다.
이하, 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. 본 발명의 제어구성은 적어도 하나의 프로세서로 구성될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 도시된 도이다.
본 발명에 따른 이동 로봇(100)은 도 1 에 도시된 바와 같이, 본체의 외관을 형성하며 내측으로 부품들이 수납되는 공간을 형성하는 케이싱과, 본체의 전면부 에 배치되어 장애물을 감지하는 장애물감지유닛(미도시)과, 이동 로봇이 이동하고 회전가능하도록 구성된 이동바퀴(좌륜과 우륜)를 포함한다. 또한, 본체의 하단부에는 보조바퀴(미도시)가 더 구비될 수 있고, 주행에 따른 동력을 제공하는 배터리(미도시)를 포함한다.
이동 로봇(100)은 청소 로봇인 경우 바닥면의 먼지를 흡입하는 흡입유닛이 구비되고, 잔디 깎이 로봇의 경우 바닥면으로부터 일정 크기로 잔디 또는 잡초를 깎도록 절삭유닛(미도시)이 전면부 하단 또는 본체의 바닥면에 형성된다.
이하, 본 발명의 이동 로봇은 잔디깎이로봇인 것을 예로 하여 설명하나, 하기에서 설명하는 지도를 이용한 영역 내 이동, 경유점의 설정, 이동경로 설정 및 수정에 관련하여 청소로봇에도 적용될 수 있고, 그 외 자율 주행하는 이동 로봇이라면 어느 것 이라도 적용할 수 있음을 명시한다.
이동 로봇(100)은 경계선에 의해 형성되는 영역을 주행한다. 이동 로봇(100)은 경계선을 감지하며, 경계선을 따라 주행할 수 있다.
이동 로봇(100)은 경계선에 의해 형성되는 영역 중 어느 일측을 영역으로 설정한다. 이동 로봇은 경계선의 내부 영역을 주행영역으로 설정한다.
이동 로봇은 경계를 벗어나지 않도록 유지하면서 설정된 영역 내에서 주행한다. 이동 로봇(100)은 경계선이 벽, 담장과 같은 물리적인 장애물이 위치하지 않는 경우에도 경계선을 넘거나 경계선을 통과하여 주행하지 않는다.
이동 로봇(100)은 주행중에 경계선을 감지하며, 주행방향에 위치한 장애물을 감지하고, 회피하여 주행한다. 이동 로봇(100)은 영역 내에서 바닥의 잔디를 깎으며 이동할 수 있다.
이동 로봇(100)은 감지되는 경계선과 장애물의 정보를 바탕으로 영역에 대해 지도를 생성할 수 있다. 이동 로봇(100)은 설정된 영역을 주행하면서, 주행 가능한 영역과 불가능한 영역을 구분하고, 지도에 저장할 수 있다.
이동 로봇(100)은 지도에 장애물 및 경계선에 대한 좌표를 산출하여 위치를 판단할 수 있다. 이동 로봇(100)은 충전대의 위치를 산출하여 지도에 저장하고, 위치를 판단할 수 있다.
이동 로봇(100)은 경계선 또는 장애물의 위치를 기준으로 특징점을 추출하여, 특징점을 기준으로 적어도 하나의 경유점을 설정하고, 경유점을 연결하는 이동경로를 설정할 수 있다.
이동 로봇은, 직선 주행할 수 없는 지점을 이동하는 일부 영역에 대하여 경계선을 침범하지 않도록 위치를 지정하는 것으로, 직선 이동이 방해가 되는 지점은 모두 특징점으로 설정할 수 있다.
이동 로봇(100)은 출발점으로부터 목표점까지 적어도 하나의 경유점을 포함하는 이동경로를 설정할 수 있다.
특징점은, 돌출된 영역의 어느 일지점으로, 경계선의 꺽인지점, 예를 들어 모서리, 장애물의 위치, 장애물에 의해 형성되는 경계의 모서리에 설정될 수 있다. 특징점은 볼록 모서리 뿐 아니라 오목 모서리에도 형성될 수 있다.
경유점은, 특징점을 포함하여, 특징점으로부터 소정 거리에 설정되는 복수의 경유후보 중 어느 하나로 설정될 수 있다. 특징점 또한 경유점으로 설정될 수 있다.
이동 로봇(100)은 배터리의 상태에 대응하여, 수행중인 동작을 정지하고 충전대(미도시)로 복귀하여 충전한다. 충전대는 이동 로봇의 복귀를 위한 안내신호를 송출하고, 이동 로봇은 안내신호를 수신하여 충전대로 복귀한다.
이동 로봇(100)은 단말(미도시)과 통신하여 지도를 공유하고, 단말의 제어명령에 따라 동작할 수 있다. 이동 로봇(100)은 단말로 현재 상태에 대한 데이터를 전송하여 충전중임을 알리는 메시지가 단말을 통해 출력되도록 할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 주요부들을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 장애물감지부(120), 입출력부(130), 주행부(170), 절삭부(160), 통신부(150), 데이터부(140) 그리고 동작전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.
입출력부(130)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드 등의 입력수단과, 디스플레이부, 스피커 등의 출력수단을 포함하여 사용자명령을 입력받고, 이동 로봇의 동작상태를 출력한다. 입출력부(130)는 이동 로봇에 이상이 발생하는 경우, 주행불가상황 또는 고립상황이 발생하는 경우 경고를 출력할 수 있다.
데이터부(140)에는 입력되는 감지신호가 저장되고, 장애물을 판단하기 위한 기준데이터가 저장되며, 감지된 장애물에 대한 장애물정보가 저장된다. 또한, 데이터부(140)에는 이동 로봇의 동작을 제어하기 위한 제어데이터 및 이동 로봇의 동작모드에 따른 데이터가 저장된다.
데이터부(140)에는 수집되는 위치정보가 저장되고, 경계선 및 주행하는 영역에 대한 정보와 지도가 저장된다.
또한, 데이터부(140)는, 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.
통신부(150)는 소정 거리 내에 위치하는 단말과 유선 또는 무선통신 방식으로 통신할 수 있다. 또한, 통신부(150)는 소정의 네트워크에 연결되어 외부의 서버 또는 이동 로봇을 제어하는 단말과 통신할 수 있다.
통신부(270)는 생성되는 지도를 단말로 전송하고, 단말로부터 명령을 수신하며, 이동 로봇의 동작상태에 대한 데이터를 단말로 전송한다. 통신부(270)는 지그비, 블루투스 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다.
주행부(170)는 적어도 하나의 구동모터를 포함하여 제어부(110)의 제어명령에 따라 이동 로봇이 주행하도록 한다. 주행부(170)는 좌륜을 회전시키는 좌륜 구동모터와 우륜을 회전시키는 우륜 구동모터를 포함할 수 있고, 또한 보조바퀴를 포함할 수 있다. 본체가 직진 주행하는 경우에는 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 같은 방향으로 회전되나, 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터가 다른 속도로 회전되거나, 서로 반대 방향으로 회전되는 경우에는 본체(10)의 주행 방향이 전환될 수 있다. 본체(10)의 안정적인 지지를 위한 적어도 하나의 보조륜(미도시)이 더 구비될 수 있다.
절삭부(160)는 주행 중, 바닥면의 잔디를 깎는다. 절삭부(160)는 잔디를 깎기위한 브러쉬 또는 칼날이 구비되어 회전을 통해 바닥의 잔디를 깎는다.
장애물감지부(120)는 복수의 센서를 포함하여 주행방향에 위치한 장애물을 감지한다. 또한, 장애물감지부(120)는 레이저, 초음파, 적외선, 3D센서 중 적어도 하나를 이용하여 본체의 전방, 즉 주행방향의 장애물을 감지할 수 있다. 또한, 장애물감지부는 본체의 배면에 설치되어 낭떠러지를 감지하는, 낭떠러지 감지센서를 더 포함할 수 있다.
장애물감지부(120)는 전방을 촬영하여 장애물을 감지하는 카메라를 포함할 수 있다. 카메라는 디지털 카메라로, 이미지센서(미도시)와 영상처리부(미도시)를 포함할 수 있다. 이미지센서는 광학 영상(image)을 전기적 신호로 변환하는 장치로, 다수개의 광 다이오드(photo diode)가 집적된 칩으로 구성되며, 광 다이오드로는 픽셀(pixel)을 예로 들 수 있다. 렌즈를 통과한 광에 의해 칩에 맺힌 영상에 의해 각각의 픽셀들에 전하가 축적되며, 픽셀에 축적된 전하들은 전기적 신호(예를들어, 전압)로 변환된다. 이미지센서로는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등이 잘 알려져 있다. 또한, 카메라는 촬영된 영상을 처리하는 영상처리부(DSP)를 포함할 수 있다.
위치감지부(180)는 위치정보를 송수신하기 위한 복수의 센서모듈을 포함한다.
위치감지부는 GPS신호를 송수신하는 GPS모듈, 또는 위치정보송출기로부터 위치정보를 송수신하는 위치센서모듈을 포함한다. 위치정보송출기가 초음파, UWB(Ultra Wide Band), 적외선 중 어느 하나의 방식으로 신호를 송신하는 경우, 그에 대응하여 초음파, UWB, 적외선신호를 송수신하는 센서모듈이 구비된다.
UWB 무선기술은 무선 반송파(RF carrier)를 사용하지 않고, 기저대역(Baseband)에서, 수 GHz 이상의 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 것이다. UWB 무선기술은 수 나노 혹은 수 피코 초의 매우 좁은 펄스를 사용한다. 이와 같은 UWB 센서에서 방출되는 펄스는 수 나노 혹은 수 피코이므로, 관통성이 좋고, 그에 따라 주변에 장애물이 존재하더라도 다른 UWB 센서에서 방출하는 매우 짧은 펄스를 수신할 수 있다. UWB 센서는 송신부와 수신부가 하나의 모듈로 형성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 UWB센서의 신호를 장애물을 관통하여 신호를 전송할 수 있으므로 사용자가 단말을 들고 이동하더라도 신호 전송에 영향을 주지 않는다. 다만, 일정크기 이상의 장애물인 경우, 신호가 전송되지 않거나 또는 관통은 하지만 전송거리가 감소될 수도 있다.
이동 로봇은 복수의 UWB센서가 구비될 수 있다. 두 개의 UWB센서가 구비되는 경우, 예를 들어 본체의 좌측과 우측에 각각 구비되어, 각각 신호를 수신함으로써, 수신되는 복수의 신호를 비교하여 정확한 위치 산출이 가능하다. 예를 들어 기준이 되는 위치정보송출기 또는 단말의 위치에 따라, 좌측의 센서와 우측의 센서에서 측정되는 거리가 상이한 경우, 이를 바탕으로 이동 로봇은 수신되는 신호의 차이를 이용하여 상대적 위치와, 이동 로봇의 방향을 판단할 수 있다. 위치정보송출기가 UWB센서를 구비하여 신호를 송출하는 경우, 단말은 구비되는 UWB신호를 통해 위치정보송출기의 신호를 수신할 수 있다.
또한, 이동 로봇은 본체의 움직임을 감지하기 위해 적어도 하나의 기울기센서(미도시)를 포함할 수 있다. 기울기센서는 본체의 전, 후, 좌, 우 방향으로 기울어지는 경우, 기울어진 방향과 각도를 산출한다. 기울기센서는 틸트센서, 가속도센서 등이 사용될 수 있고, 가속도센서의 경우 자이로식, 관성식, 실리콘반도체식 중 어느 것이나 적용 가능하다. 또한, 그 외에 본체의 움직임을 감지할 수 있는 다양한 센서 또는 장치가 사용될 수 있을 것이다.
또한, 이동 로봇은 청소 영역의 바닥상태를 감지하는 바닥상태 감지센서를 더 포함할 수 있고, 장애물감지부의 센서, 또는 카메라를 이용하여 바닥상태를 감지할 수도 있다.
제어부(110)는 데이터의 입출력을 제어하고, 설정에 따라 이동 로봇이 주행하도록 주행부를 제어한다. 제어부(110)는 주행부(170)를 제어하여 좌륜 구동모터와 우륜 구동모터의 작동을 독립적으로 제어함으로써 본체(10)가 직진 또는 회전하여 주행하도록 한다.
제어부(110)는 감지되는 경계선과 장애물을 인식하여 주행을 제어한다.
제어부(110)는 경계선에 의해 형성되는 영역 중 어느 일 영역을 주행 가능한 영역으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 불연속적인 위치정보를 선 또는 곡선으로 연결하여 폐루프(closed loop) 형태로 경계선을 설정하고, 내부 영역을 주행 가능한 영역으로 설정한다. 또한, 제어부(110)는 경계선이 복수로 설정되는 경우에는 경계선에 의해 형성되는 영역 중 어느 하나를 주행 가능한 영역으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 경계선으로 따라 획득되는 정보와 위치정보, 주행중에 감지되는 영역내의 장애물에 대한 정보를 바탕으로 지도를 생성한다. 제어부는 지도로부터 좌표를 산출하여 경계선에 의해 형성되는 영역과 매칭하여 위치를 판단한다.
제어부(110)는 주행영역 및 그에 따른 경계가 설정되면, 영역 내에서 주행하며 경계선을 벗어나지 않도록 주행부를 제어한다.
제어부(110)는 주행중에 감지되는 경계선과 장애물의 정보를 바탕으로 주행을 제어한다.
또한, 제어부(110)는 장애물감지부(120)에 의해 입력되는 장애물정보를 판단하여 장애물을 회피하여 주행하고, 경우에 따라 기 설정된 영역을 수정할 수 있다. 제어부(110)는 장애물 정보에 대응하여 장애물의 위치를 판단하고 또한 장애물의 종류를 판단하여 회피방향을 설정하고, 또한, 낭떠러지가 감지되는 경우 일정거리 이상 접근하지 않도록 설정할 수 있다.
제어부(110)는 입력되는 제어명령에 따라 영역을 주행하며 잔디를 깎도록 절삭부와 주행부를 제어한다.
제어부(110)는 제어명령에 대응하여, 특정 위치로 이동하여 동작을 시작할 수 있다. 제어부는 현재위치와 출발점, 목표점을 지도를 바탕으로 산출하여 이동경로를 설정한다.
제어부(110)는 지도에 기초하여, 경계선 및 장애물을 기준으로 복수의 특징점을 산출하고 특징점을 기준으로 이동경로를 설정할 수 있다. 제어부(110)는 경계선 또는 장애물에 의해 형성되는 영역의 꺽인지점, 모서리, 돌출된 영역의 어느 지점을 특징점으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 특징점을 기준으로 소정거리, 소정 각도에 복수의 경유후보를 설정하고, 경유후보 중 적어도 하나를 경유점으로 지정하여, 출발점, 경유점, 목표점을 연결하는 이동경로를 설정할 수 있다. 제어부(110)는 특징점을 기준으로 경유점을 설정하되, 특징점 또한 경유점으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 지도를 기준으로 목표점까지의 직선주행이 불가능한 경우 경유점을 지정하여 이동경로를 설정한다.
제어부(110)는 목표점이 영역의 외부에 위치하는 경우에는, 영역 내에서 목표점에 인접한 지점을 경유점으로 설정하여 주행할 수 있다. 이때 설정되는 경유점은 새로운 목표점이 될 수 있다.
제어부(110)는 주행 중에, 장애물감지부로부터 새로운 장애물이 감지되는 경우 장애물의 위치와 크기, 장애물의 형상(외곽선)을 판단하여 장애물 정보를 저장하고 지도에 위치를 표시할 수 있다. 제어부(110)는 장애물의 크기가 일정 크기 이상인 경우 장애물이 위치한 영역을 이동불가 영역으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 이동경로에 따라 주행하는 중에, 새로운 장애물이 감지되거나 경계선을 침범하는 경우, 장애물에 접금 또는 충돌하는 경우, 새로운 경유점을 설정하여 이동경로를 변경할 수 있다.
또한, 제어부는 새로운 장애물이 발생하거나 경계선을 침범하는 경우에도 경계선을 따라 일정시간 주행한 후 새로운 이동경로를 설정하여 목표점으로 주행할 수 있다.
제어부는 장애물 감지부를 통해 감지되는 장애물에 대하여, 회피하여 주행하지만, 경우에 따라 위치오차로 인하여 경계선을 침범할 수 있고, 장애물의 위치로 이동할 수 있다. 제어부(110)는 주행 중에 미끄러짐, 바닥상태에 의한 이동, 충돌에 의한 이동 등의 이유로 위치오차가 발생할 수 있다.
제어부(110)는 위치오차가 발생하는 경우 경계선을 따라 주행하며 위치오차를 보정할 수 있다. 또한, 제어부는 특징점의 좌표값을 이용하여 위치오파를 보정할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 주행영역 및 경계선을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 경계선(L)을 기준으로 경계선의 내부의 영역을 주행한다. 또한, 이동 로봇(100)은 복수의 경계선에 의해 형성되는 복수의 영역을 주행할 수 있다.
경계선(L)은 이동 로봇(100)이 주행하는 영역의 바닥에 와이어로 매설될 수 있고, 바닥 또는 벽면에 설치되거나 부착되는 마커에 의해 형성될 수 있다. 또한, 경계선(L)은 영역의 어느 일측에 복수로 설치되는 위치정보송출기(미도시)로부터 송출되는 신호에 의해 형성될 수 있다.
이동 로봇은, 와이어를 직접 감지할 수 있고, 와이어로부터 발생하는 자기장 또는 유도기전력에 의해 경계선(L)을 감지할 수 있다.
이동 로봇은, 위치정보송출기로부터 발신된 신호를 수신하여 경계선을 감지할 수 있으며, 영상을 통해 마커를 감지하여 경계선을 감지할 수 있다. 또한, 이동 로봇은, 상호 연결되는 단말 등에 의해 지도에 설정되는 가상의 경계를 경계선으로 판단하여 주행을 제어할 수 있다.
경계선을 설정하는 방법은, 설명된 와이어, 마커 또는 신호송출 이외에도 다양하게 사용될 수 있음을 명시한다.
이동 로봇(100)은 경계선(L)에 의해 형성되는 내부의 영역(A)을 이동하면서 잔디를 깎는다. 경계선에 의해 형성되는 내부의 영역(A)은 주행가능한 영역이다.
한편, 경계선은 주변의 복수의 장애물, 집(O1), 정원(O5), 바위(O2), 계단(O3), 수영장(O4) 또는 연못 등을 회피하도록 설치될 수 있다.
또한, 경계선 내에 일정크기 이상의 장애물이 존재하는 경우, 해당 장애물의 위치는 주행 불가 영역으로 분류된다. 예를 들어 바위(O2)를 제외하고 경계선이 설치될 수 있고, 경우에 따라 바위(O2)가 경계선의 내부 즉 주행 가능한 영역 내에 위치하는 경우에도 일정 크기 이상의 장애물은 주행 불가 영역으로 분류되어 경계선이 수정될 수 있다.
이동 로봇은 경계선을 기준으로 주행 가능한 영역을 벗어나지 않고 주행함에 따라, 잔디가 아닌 영역이나 장애물이 있는 영역으로의 접근을 제한할 수 있다.
이동 로봇(100)은 주행할 영역(A)이 설정되면 지정된 영역 내에서 이동하고, 경계선(L)을 경계를 벗어나지 않도록 한다. 이동 로봇(100)은 경계선(L)을 외곽에 두고 영역(A)의 내측 영역을 이동한다. 경우에 따라, 경계선을 감지하는 방식의 차이에 의해 이동 로봇(100)은, 경계선이 이동 로봇의 중앙에 위치하도록 유지하면서 이동할 수도 있다. 이동 로봇은 경계선을 벗어나지 않은 것으로 판단할 수 있다.
이동 로봇(100)은 경계선(L)을 따라 주행하며 획득된 위치정보 및 장애물 정보를 바탕으로 지도를 생성하고, 지도의 좌표를 산출하여, 좌표와 영역(A)을 매치하여 위치를 산출할 수 있다.
이동 로봇(100)은 설정된 영역을 주행하면서, 주행 가능한 영역과 불가능한 영역을 구분하고, 주행중에 감지되는 장애물에 대한 정보를 바탕으로, 기 설정된 영역을 수정할 수 있다.
이동 로봇(100)은 충전대의 위치를 저장한다. 이동 로봇(100)은 충전을 통해 이동을 위한 동력을 취득하므로, 주행 중 배터리 상태에 따라 설정된 동작을 중지하고 충전대로 복귀하여 충전할 필요가 있으므로 충전대의 위치를 설정하여, 충전이 필요하면 본체가 충전대로 복귀하도록 한다.
이동 로봇(100)은 초기 시작위치를 충전대로 설정할 수 있고, 경계선을 따라 주행하면서 충전대를 감지할 수 있다. 이동 로봇(100)은 충전대의 위치가 감지되면 지도에 충전대의 위치를 저장한다.
경우에 따라 충전대(12)가 경계를 벗어난 영역(A) 이외의 영역에 위치하는 경우, 제어부(110)는 충전이 필요하면 경계선을 무시하고 경계를 벗어나 충전대로 복귀하도록 주행부를 제어할 수 있다.
예를 들어, 이동 로봇은 충전대 복귀모드를 설정하여, 충전대 복귀모드 중에서 경계선(L)에 따른 영역에 대한 설정은 일시 해제하고, 감지되는 장애물 정보를 바탕으로 충전대를 탐색하여 복귀할 수 있다.
또한, 충전대가 영역(A)의 외부에 위치하는 경우, 이동 로봇(100)은 충전대에 인접한 지점으로부터 충전대를 연결하는 소정 영역을 주행 가능한 영역으로 포함할 수 있다.
이동 로봇(100)은 영역(A) 내에 기준위치를 설정하고, 기준위치를 바탕으로 영역 내의 각 지점에 대한 좌표를 산출하여 각 지점의 위치정보를 저장할 수 있다.
이동 로봇(100)은 휠의 회전수, 이동속도, 회전방향(자이로센서의 센서값) 등을 바탕으로 이동거리를 연산하고, 그에 따라 영역 내에서의 현재위치를 산출할 수 있다.
이동 로봇(100)은 GPS를 이용하여 위치를 판단하는 경우라도, 어느 하나의 지점을 기준위치로 하여, 위치를 판단할 수 있다. 이동 로봇(100)은 GPS신호, 초음파신호, 적외선신호, 전자기신호 또는 UWB(Ultra Wide Band)신호를 사용하여 위치정보를 획득할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 경유점을 이용한 이동경로를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 경계선(L1)에 의해 형성되는 영역 내에서 이동할 수 있다.
이동 로봇(100)은 출발점(P1)으로부터 목표점(P4)으로 이동할 수 있다.
이동 로봇(100)은 경계선(L1)의 형태로부터 경계선에 의해 형성되는 복수의 꺽인지점의 각 지점(E1 내지 E7)을 추출하여 특징점으로 설정할 수 있다. 또한, 이동 로봇은, 경우에 따라 완만하게 꺽인지점으로, 선과 선 또는 면과 면이 만나는 경계에 형성되는 곡선의 어느 지점(E8)을 특징점으로 설정할 수 있고, 돌출되는 영역의 어느 일지점을 특징점으로 설정할 수 있다.
이동 로봇은, 직선 주행할 수 없는 지점을 이동하는 일부 영역에 대하여 경계선을 침범하지 않도록 위치를 지정하는 것으로, 직선 이동이 불가능한 영역의 형상에 대하여 특징점으로 설정할 수 있다.
단, 이동 로봇은 복수의 특징점 중, 영역의 어느 일측 끝, 예를 들어 제 1, 2,5,6,7,8 지점(E1, E2, E5 내지 E8)의 경우, 경계선을 따라 이동하는 경우가 아니라면 영역 내에서 직선 주행하는데 경유하는 지점이 될 가능성이 적으므로 제외할 수 있다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 출발점(P1)으로부터 목표점(P4)으로 직선경로로 이동할 수 없는 경우, 특징점 중 적어도 하나를 경유점으로 포함하여 이동경로를 설정할 수 있다.
이동 로봇은, 출발점(P1)으로부터 목표점(P4)으로 이동하기 위해서는 제 3 특징점(E3) 및 제 4 특징점(E4)을 각각 제 1 경유점(P2), 제 2 경유점(P3)으로 설정할 수 있다. 이동 로봇은, 출발점(P1)으로부터 제 3 특징점(E3) 및 제 4 특징점(E4), 즉 제 1 경유점(P2) 및 제 2 경유점(P3), 그리고 목표점(P4)을 각각 직선으로 연결하는 이동경로(L2)를 설정할 수 있다. 이동경로(L2)에 따라 주행하는 경우, 이동 로봇은 제 3 특징점(E3)과 제 4 특징점(E4)사이에 경계선을 따라 주행할 수 있다.
이동 로봇은, 충전대로부터 잔디깍기를 시작할 지점으로 이동하는 경우, 영역의 특정 지점에서 충전대로 복귀하는 경우, 영역 내에서 이동하는 경우에 대하여, 이와 같이 이동경로를 설정할 수 있다.
이동 로봇은 지점 간에 이동하는 경우에 대하여, 최단거리로 이동경로를 설정할 수 있다.
한편, 잔디 깍기를 수행하는 경우, 이동 로봇은 지정된 영역을 모두 통과하며 바닥의 잔디를 깎으면서 주행하므로, 출발점으로부터 영역을 직선 주행한 후 방향을 변경하여 다시 직선 주행하는 것을 반복한다. 예를 들어 이동 로봇은, 영역 내에서 지그재그 또는 나선형으로 주행할 수 있다.
도 5 는 도 4의 경유점을 지정하기 위한 경유후보가 도시된 도이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은, 출발점(P1)으로부터 목표점(P4)으로 이동한다.
제어부(110)는 출발점(P1)으로부터 목표점(P4)으로 직선경로로 주행할 수 있는지 여부를 우선 판단하고, 직선경로로 주행할 수 없다고 판단되면, 경유점을 포함하여 이동경로를 설정한다.
제어부(110)는 추출된 복수의 특징점 중 목표점(P4)으로 이동하기 위해 통과해야 하는 영역에 위치하는 특징점, 즉 제 3, 4 특징점(E3, E4)을 제 1, 2 경유점(P2, P3)으로 포함하여 이동경로를 설정할 수 있다.
이동 로봇은, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 3, 4 특징점(E3, E4)을 기준으로 복수의 경유후보를 설정하여, 복수의 경유후보 중 어느 하나를 경유점으로 설정할 수 있다.
제 3, 4 특징점(E3, E4)은 경계선 상, 또는 경계선에 접하여 설정되므로, 제 3, 4 특징점(E3, E4)을 통과하는 경우 이동 로봇은 경계선을 따라 주행하게 된다. 또한, 이동 로봇은 주행하는 중에 제 3, 4 특징점(E3, E4)에서 코너링하는 도중 경계선을 침범하여 외부로 이탈할 수 있다.
그에 따라 이동 로봇은 복수의 경유후보 중 어느 하나를 경유점으로 설정하여 경계선을 따라 이동하지 않는 이동경로를 설정할 수 있다.
제어부(110)는 특징점이 위치하는 경계선을 기준으로 일정 각도 단위로 거리에 따라 복수의 지점에 복수의 경유후보를 설정할 수 있다. 제어부(110)는 15도 내지 75도의 범위 내에서 일정 각도의 위치에 경유후보를 설정할 수 있다.
또한, 제어부는 이동 로봇의 크기를 고려하여, 특징점으로부터 거리에 따라 복수의 지점에 복수의 경유후보를 설정할 수 있다. 제어부는 0.5m 내지 3.5m의 범위 내에서 거리를 변경하며 경유후보를 설정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(110)는 제 4 특징점(P3)(E4)을 기준으로, 제 11 거리(D11) 떨어진 위치에 제 1, 2, 3 경유후보(P11, P12, P13)를 설정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 제 4 특징점(P3)(E4)으로부터 제 12 거리(D12) 떨어진 위치에 제 4, 5, 6 경유후보(P14, P15, P16)를 설정할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 제 4 특징점이 위치하는 경계선을 연장한 연장선(F11)을 기준으로 연장선과 제 1 각도를 형성하는 선(F12)상에 거리에 따라 제 1, 4, 7의 경유후보(P11, P14, P17)를 설정할 수 있다. 또한, 연장선(F11)과 제 2 각도, 예를 들어 45도를 형성하는 선(F13)에 제 2, 5, 8 경유후보(P12, P15, P18)를 설정할 수 있다.
제어부(110)는 복수의 경유후보 중, 이동경로에 포함할 경유점을 임의로 설정할 수 있다. 제어부는 이동 로봇의 크기를 고려하여 경유점을 설정할 수 있다.
제어부(110)는 다음 경유점 또는 목표점의 위치에 따라 복수의 경유후보 중 어느 하나를 경유점으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 4 특징점에서의 주행방향을 기준으로 목표점(P4)의 위치에 따라 목표점이 위치한 방향을 기준으로 경유후보를 경유점으로 설정할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 복수의 경유후보에 대하여, 기 저장된 주행기록에 따라 각 경유후보에 따른 사고발생 횟수 또는 주행성공 횟수를 바탕으로, 어느 하나의 경유후보를 경유점으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 제 4 특징점에 대하여 제 1 경유후보를 경유점으로 하여 이동하는 중에 충돌, 경계선 침범, 미끄러짐 또는 주행 불가상황이 발생한 경우, 제 1 경유후보를 제외하고, 나머지 경유후보 중에 경유점을 설정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 제 11 거리(D11), 제 12 거리(D12)에서의 사고발생 횟수, 제 1 각도, 제 2 각도 거리에서의 사고발생횟수 등을 누적하여, 사고발생 횟수가 높은 경유후보는 제외하고, 주행성공 횟수가 높은 경유후보를 경유점으로 설정할 수 있다. 제어부(110)는 특징점 또한 경유후보로써 판단하여 경유점으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 복수의 경유후보 중 어느 하나를 경유점으로 설정하고, 각 특징점에 대하여 경유점이 설정되면, 경유점을 연결하는 이동경로를 설정하여 주행부를 제어한다. 제어부는 출발점, 경유점, 목표점에 대하여, 좌표 등의 위치정보와 경유점을 이용하여 이동경로를 설정할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 이동경로의 변경을 설명하는데 참조되는 도이다.
이동 로봇(100)은 주행 중에 미끄러짐, 충돌 등으로 인하여 위치오차가 발생하는 경우, 좌표가 있는 특징점을 경유점으로 설정하여 주행하거나, 또는 경계선을 따라 주행하도록 하여 위치오차를 보정하고 이동경로를 변경할 수 있다.
제어부(110)는 위치오차로 현재위치가 불명확한 경우, 인접한 특징점 또는 경계선을 향해 주행방향을 변경하여 주행하고, 경계선이 감지되면, 실제 이동한 거리를 바탕으로 위치오차를 보정할 수 있다.
제어부(110)는 주행 중에 위치오차로 인하여 경계선에 도달한 경우, 경계선을 따라 일정거리 주행하여 위치오차를 보정할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 반복적으로 장애물이 감지되는 경우, 특징점을 재구성할 수 있다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은, 제 5 경유점(P5)과 제 6 경유점(P6)을 포함하여 목표점(P7)으로 이동하는 제 3 이동경로(L3)를 설정하여 주행할 수 있다.
이동 로봇은, 제 5 경유점(P5)과 제 6 경유점(P6)을 연결하는 이동경로에서 주행중에 제 1 사고지점(PP1)에서 벽면에 충돌하거나, 또는 경계선을 침범하는 사고가 발생할 수 있다. 이동 가능한 영역이 감소하는 좁은 영역에서는 충돌이나 경계선을 침범하는 사고가 발생할 수 있다.
제어부(110)는 돌발사고발생에 대하여, 탈출모드를 설정할 수 있다.
제어부(110)는 경계선을 따라 주행하는 탈출모드(Wire following mode)와 새로운 경유점을 설정하여 주행하는 탈출모드(Mirror mode) 중 어느 하나에 따라 이동경로를 변경하여 사고발생 상황으로부터 이동 로봇이 탈출할 수 있도록 한다.
또한, 제어부(110)는 두가지 탈출모드를 모두 적용하여 사고발생 상황으로부터 이동 로봇이 탈출하도록 할 수 있다.
한편, 충돌이 있는 경우 위치오차가 발생할 수 있으므로, 제어부는 탈출모드의 설정을 통해 위치오차를 보정할 수 있다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 경계선을 따라 주행하는 탈출모드(Wire following mode)에 의해, 일정거리 경계선을 따라 주행하는 제 4 이동경로(L4)로 경로를 변경하여 주행할 수 있다.
이동 로봇(100)은, 제 1 사고지점(PP1)에서 인접한 경계선으로 이동하여 경계선을 따라 일정거리 주행하고, 위치가 확인되면, 목표점이 있는 방향으로 주행방향을 변경하여 경계선을 따라 주행한 후, 목표점으로 이동할 수 있다.
제어부(110)는 제 1 사고지점(PP1)에서 사고가 발생하면, 기 설정된 제 3 이동경로는 무시하고, 제 1 방향으로 경계선을 따라 이동하도록 주행부를 제어한다. 제어부(110)는 경계선을 기준으로 위치를 보정하고, 현재위치를 판단하여 목표점(P7)과 멀어지고 출발점으로 접근하는 방향으로 판단되면 주행방향을 변경하여 제 1 방향의 반대방향인 제 2 방향으로 경계선을 따라 이동하도록 주행부를 제어할 수 있다. 제어부는 제 1 방향이 목표점으로 접근하는 방향인 경우 제 1 방향을 유지하면서 경계선으로 따라 이동하도록 할 수 있다.
제어부(110)는 경계선을 따라 주행하면서 목표점(P7)으로 직선 주행이 가능한 위치에 도달하면, 목표점(P7)으로 직선 주행하도록 한다.
그에 따라 이동 로봇은 사고지점을 지나 경계선을 따라 주행하고, 목표점(P7)에 직선이동이 가능한 지점에서, 경계선으로부터 벗어나 목표점(P7)으로 직선주행 한다.
도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 새로운 경유점을 설정하여 주행하는 탈출모드(Mirror mode)에 의해, 새로운 경유점을 포함하는 제 5 이동경로(L5)로 주행할 수 있다.
제어부(110)는 사고가 발생한 제 1 사고지점(PP1)에 대하여, 제어부(110)는 새로운 경유점인 제 8 경유점(P8)을 설정하여 이동경로를 변경할 수 있다.
제어부(110)는 제 8 경유점(P8)을 제 5 경유점(P5)의 거울 경유점으로 설정하여 이동 로봇이 사고발생 상황에서 탈출하도록 한다. 제 8 경유점(P8)은 제 5 경유점(P5) 지정 시, 설정된 다른 복수의 경유후보 중 하나일 수 있다. 또한 제어부(110)는 제 5 경유점(P5) 또는 제 1 사고지점(P11)을 기준으로 새로운 경유점인 제 8 경유점을 설정할 수 있다.
제어부(110)는 제 8 경유점과 제 6 경유점을 연결하는 새로운 제 5 이동경로(L5)로 경로를 변경할 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)이 제 5 이동경로(L5)로 주행하는 중에 위치오차로 인하여 제 2 사고지점(PP2)에서 충돌 또는 경계선침범 등의 사고가 발생할 수 있다.
제어부(110)는 제 2 사고지점(PP2)으로부터 새로운 경유점, 제 9 경유점(P9)을 설정하여 이동경로를 변경할 수 있다.
그에 따라 이동 로봇(100)은 제 9 경유점으로부터 목표점(P7)으로 주행하여 목표점에 도달할 수 있다.
제어부는 주행중에 발생하는 사고, 위치오차 등에 대하여 경계선을 따라 주행하거나 새로운 경유점을 설정함으로써 새로운 이동경로를 탐색 및 설정하여, 사고발생 상황으로부터 탈출함과 동시에 단시간에 목표점에 도달하도록 한다.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 목표점에 따른 이동경로 설정을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 경계선(L1)을 벗어난 영역 이외의 지점(P15)이 목표점으로 설정되면, 목표점에 인접한 지점을 새로운 목표점(P24)으로 설정하여 이동할 수 있다.
출발점(P21)으로부터 목표점(P25)으로 이동하도록 설정된 경우, 제어부(110)는 목표점(P25)의 위치를 산출하여, 영역 외의 지점임을 판단할 수 있다.
제어부(110)는 목표점(P25)으로부터 인접한 경계선 상에, 또는 경계선의 내부 영역에 제 24 경유점(P24)을 설정할 수 있다. 제 24 경유점(P24)은 새로운 목표점으로 설정될 수 있다.
그에 따라 이동 로봇(100)은 출발점(P21)으로부터 제 22, 23 경유점(P22,P23)을 지나는 제 11 이동경로(L11)를 통해 새로운 목표점인, 제 24 경유점(P24)에 도달할 수 있다. 경우에 따라 이동 로봇(100)은 제 22 경유점(P22)으로부터 제 24 경유점(P24), 즉 새로운 목표점까지 직선으로 이동하는 제 12 이동경로(L12)를 통해 주행할 수도 있다.
목표점이 영역 외에 위치하는 경우, 도 8의 (a) 및 (b)와 같이, 제어부(110)는 복수의 경유후보를 설정하고 복수의 후보로부터 새로운 목표점을 설정할 수 있다.
도 8의 (a)와 같이, 제어부(110)는 목표점(P25)으로부터 소정 거리 범위 내에서 인접한 지점을 경유후보로 설정할 수 있다. 예를 들어 제 1 거리(D1)의 제 27지점(P27), 제2 거리(D2)의 제 24 지점(P24), 제 3 거리(D3)의 제 26지점(P26)을 경유후보로 설정하고, 어느 하나를 경유점이자, 새로운 목표점으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 목표점과의 거리, 주변 장애물의 위치, 이전 경유점과의 거리에 대응하여 복수의 경유후보 중 어느 하나를 설정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 각 지점에서의 사고발생횟수를 고려하여 경유점을 설정할 수 있다.
또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 목표점(P25)과, 제 23 경유점(P23)을 직선(L13)으로 연결하였을 때, 직선상에 위치하는 복수의 지점 중, 경계선에 인접한 제28 지점을 새로운 목표점으로 설정할 수 있다.
경우에 따라 제어부는 목표점(P25)과 제 22 경유점(P22)을 직선(L14)으로 연결하였을 때, 직선상에 위치하는 복수의 지점 중 경계선 및 목표점에 인접한 제 29 지점(P29)을 새로운 목표점으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 영역 외 지점이 목표점인 경우, 영역 내에서 새로운 목표점을 설정하여 이동경로를 설정하고, 주행부를 제어하여, 새로운 목표점으로 이동하도록 한다.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른, 경유점을 이용하여 이동하는 이동 로봇의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 이동이 필요한 경우, 예를 들어, 현재 위치로부터 충전대로 이동하는 경우, 특정 위치로 이동하는 경우, 특정 위치에서부터 잔디깎이를 시작하는 경우에 이동하고자 하는 지점을 목표점으로 하여 이동경로를 설정할 수 있다.
제어부(110)는 현재위치를 출발점으로 하고, 이동하고자 하는 지점을 목표점으로 설정하고, 위치를 확인한다(S310). 제어부(110)는 기 저장된 지도를 이용하여 출발점과 목표점의 좌표를 통해 실제 영역의 이동위치를 확인할 수 있다.
제어부(110)는 지도로부터 장애물 정보와 영역의 형태를 바탕으로, 출발점으로부터 목표점으로 직선이동이 가능한지 여부를 판단한다(S320).
제어부(110)는 직선경로로 이동할 수 있는 경우, 목표점으로 주행방향을 설정하고, 주행부를 제어하여 이동을 시작한다.
한편, 직선경로로 이동할 수 없는 경우, 즉 영역의 형태에 따라 직선경로로 주행할 수 없거나, 장애물이 위치하는 경우, 제어부(110)는 목표점까지의 이동을 위한 이동경로를 설정할 수 있다.
제어부(110)는 출발점으로부터 목표점까지 경계선을 따라 이동하면서 목표점에 인접하여 경계선으로부터 목표점으로 주행하도록 이동경로를 설정할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 출발점과 목표점 사이에 적어도 하나의 경유점을 설정하고(S330), 출발점, 경유점, 목표점을 연결하는 이동경로를 설정할 수 있다(S340).
제어부(110)는 경유점을 설정하여, 각 지점 사이를 직선 주행할 수 있도록 이동경로를 설정하여 목표점까지의 주행거리를 단축할 수 있다. 반면 경계선을 따라 이동하는 경우 주행거리가 길어지므로 목표점까지 이동하는데 많은 시간이 소요될 수 있다.
그에 따라 이동 로봇(100)은 출발점, 경유점, 목표점을 연결하는 이동경로에 따라 주행을 시작한다.
이동 로봇(100)이 목표점으로 주행하는 중에, 경계선에 접근하는 경우(S350), 장애물에 접근하거나 또는 장애물과 충돌하는 경우, 제어부(110)는 이동 불가 여부를 판단한다(S360).
이동 로봇(100)이 현재 설정된 이동경로에 따라 이동할 수 없다고 판단되면, 제어부(110)는 이동경로를 변경한다(S370).
제어부(110)는 장애물 또는 경계선에 의한 이동 불가뿐 아니라, 위치오차로 인하여 현재위치를 확인할 수 없는 경우에도 이동이 불가능하다고 판단할 수 있다. 제어부(110)는 주행 중 미끄러짐, 충돌에 의한 위치변경 등으로 인하여 현재 위치에 오차가 있다고 판단할 수 있다.
제어부(110)는 경계선을 기준으로 위치오차를 보정하고, 현재 위치로부터 목표점까지의 새로운 이동경로를 설정한다. 제어부(110)는 경계선을 따라 주행하거나 새로운 경유점을 설정하여 이동경로를 변경할 수 있다.
제어부(110)는 주행부를 제어하여, 새로운 이동경로에 따라 주행하도록 제어한다. 그에 따라 이동 로봇(100)은 변경된, 새로운 이동경로에 기초하여 목표점으로 이동한다(S380).
목표점에 도달하면, 이동 로봇(100)은 이동경로에 의한 이동을 종료한다(S400). 이동 로봇(100)은 다음 명령이 입력되도록 대기하거나 또는 기 설정된 지정된 동작을 시작한다. 예를 들어 이동 로봇(100)은 목표점으로부터, 소정의 주행패턴에 따라 설정영역을 이동하면서 잔디깎이를 시작할 수 있다. 이동 로봇(100)은 목표점이 충전대인 경우 충전대에 도킹하여 충전을 시작할 수 있다.
도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 이동경로 설정방법이 도시된 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 출발점 및 목표점의 위치를 확인하고(S410), 설정된 이동경로에 따라 목표점으로 이동한다.
제어부(110)는 이동경로를 설정하는 경우, 목표점이 경계선을 벗어난, 영역 외의 지점에 위치하는지 여부를 판단한다(S420).
제어부(110)는 영역 내에 목표점이 위치하는 경우, 제어부(110)는 출발점으로부터 목표점까지 직선주행이 가능한지 여부를 판단한다(S430).
직선주행이 가능한 경우에는, 출발점과 목표점을 직선으로 연결하는 이동경로를 설정하고(S480), 주행부를 제어한다. 한편, 제어부(110)는 목표점이 영역 외 지점에 위치하는 경우, 목표점에 인접한 경계선을 기준으로 경계선의 영역에 복수의 경유후보를 설정한다(S460).
경유후보는 목표점에 인접한 경계선의 영역 중, 목표점과의 소정 거리 내에 위치하는 복수의 경유후보를 설정할 수 있다. 또한, 목표점과, 이전 경유점을 직선으로 연결하는 선 상의 복수의 지점 중, 경계선에 인접한 지점을 경유후보로 설정할 수 있다. 앞서 설명한 도 8과 같이 제 23 경유점과 목표점을 연결한 선상의 제 28 지점, 제 24 경유점과 목표점을 연결한 선상의 제 29 지점이 경유후보로 설정될 수 있다.
제어부(110)는 복수의 경유 후보 중, 목표점과의 거리, 다른 경유점과의 거리, 각 지점의 사고발생 빈도, 주변의 장애물에 대한 정보를 바탕으로 어느 하나의 지점을 경유점으로 설정할 수 있다(S470). 경우에 따라 제어부(110)는 별도의 경유후보 설정 없이, 설정된 조건에 따라 경유점을 설정할 수도 있다.
또한, 제어부(110)는 설정된 경유점을 새로운 목표점으로 설정하여 이동경로를 설정한다.
제어부(110)는 출발점과 새로운 목표점 간의 직선 이동이 가능한지 여부를 판단하고(S430), 직선이동이 불가능한 경우, 출발점과 새로운 목표점 사이에 적어도 하나의 경유점을 설정한다(S450).
제어부(110)는 앞서 설명한 도 5 및 도 6과 같이, 영역의 형태, 목표점의 위치에 따라 경계선을 침범하여 영역을 이탈하지 않으면서 장애물을 회피하도록 적어도 하나의 경유점을 설정한다.
제어부(110)는 영역의 형태에 따라 꺽인지점, 모서리 등에 설정되는 특징점을 기준으로 복수의 경유후보를 설정한 후, 목표점의 위치, 주변의 장애물, 각 경유후보의 사고발생횟수, 주행성공횟수 중 적어도 하나를 기준으로 하나의 경유후보를 경유점으로 설정할 수 있다.
제어부(110)는 적어도 하나의 경유점이 선택되면, 출발점, 경유점, 목표점을 연결하는 이동경로를 설정한다(S480).
그에 따라 이동 로봇은 목표점으로 이동한다(S490).
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇의 이동경로 변경방법이 도시된 순서도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(100)은 설정된 이동경로에 따라 목표점으로 이동한다.
제어부(110)는 목표점으로 이동하기 위한 이동경로를 설정하는 때에, 경계선을 침범하거나 장애물과 충돌하지 않도록 이동경로를 설정한다. 그러나 실외 영역을 주행하므로, 바닥의 상태에 따라 미끄러짐이 발생하거나 바닥의 재질에 따라 이동 로봇의 위치에 오차가 발생할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 주행 중에 주행방향의 장애물을 감지하면서 회피하여 주행하는데, 이동하는 장애물이 있는 경우 또는 감지되지 않은 사각지대의 장애물과 충돌하는 경우가 발생할 수 있다.
그에 따라 이동 로봇(100)이 주행하는 중에, 미끄러짐 등으로 인해 발생하는 위치오차로 인하여, 경계선에 접근하여 경계선을 침범하여 영역을 이탈하거나, 또는 장애물에 충돌하는 경우(S520), 제어부는 사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
제어부는 경계선으로부터 유도되는 전류, 자기장 등의 신호에 의해 경계선에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다. 제어부는 이동 로봇이 경계선을 이탈하여 영역 밖으로 이탈하지 않도록 주행부를 제어한다.
제어부는 사고발생 시, 위치오차를 보정하면서 사고상황을 벗어나도록 탈출모드를 설정하여 실시할 수 있다(S530). 제어부(110)는 경계선이 감지되면, 기 판단된 위치값과 경계선의 위치를 비교하여 이동 로봇의 위치 오차를 보정한다. 제어부는 경계선과 일정거리 이상 떨어진 위치에서 사고가 발생한 경우 지도에 저장된 장애물의 위치를 바탕으로 위치를 보정할 수 있다.
제어부(110)는 목표점까지 주행이 가능한지 여부를 판단하고(S540), 목표점까지 주행이 가능한 경우 목표점으로 이동한다(S590).
한편, 목표점으로의 주행이 불가능한 경우 제어부(110)는 경계선을 따라 주행할지 여부를 판단한다.
경계선을 따라 주행하는 경우, 제어부(110)는 경계선을 기준으로 어느 일방향, 제 1방향으로 이동하도록 주행부를 제어한다.
제어부(110)는 경계선을 따라 주행하는 이동경로를 선택하면, 주행 중 현재위치를 재판단하고, 목표점에 근접하는지 여부를 판단한 후, 주행방향을 제 2 방향으로 변경할 수 있다. 제 2 방향을 제 1 방향의 반대방향일 수 있다.
제어부(110)는 제 1 방향 또는 제 2 방향으로 경계선을 따라 이동하는 중에 목표점에 인접한 위치 또는 목표점으로 직선경로로 이동할 수 있는 위치에 도달하면, 경계선을 벗어나 목표점으로 이동한다(S590).
한편, 경계선을 따라 이동하지 않는 경우, 제어부(110)는 보정된 현재 위치를 기준으로 새로운 경유점을 설정하고(S570), 새로운 경유점을 연결하는 경로로 이동경로를 변경한다(S580).
새로운 경유점은, 현재 위치와 목표점과의 거리와 그 사이의 장애물의 형태 등을 고려하여 설정할 수 있다. 또한, 제어부는 사고가 발생한 위치를 기준으로, 초기 경유점에 대한 다른 경유후보 중 어느 하나로 새로운 경유점을 설정할 수 있다. 제어부(110)는 특징점으로부터 설정되는 복수의 경유후보 중 다른 경유후보를 새로운 경유점으로 설정할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 새로운 이동경로로 주행하는 중에, 다시 사고가 발생하는 경우, 새로운 경유점을 설정하여 이동경로를 변경할 수 있다.
그에 따라 이동 로봇은 변경된 이동경로를 따라 목표점으로 이동한다(S590).
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 이동 로봇 110: 제어부
120: 장애물 감지부 160: 절삭부
170: 주행부
A: 영역 L:경계선

Claims (20)

  1. 경계선에 의해 형성되는 영역을 주행하는 본체;
    상기 본체를 이동시키는 주행부;
    장애물을 감지하는 장애물 감지부; 및
    감지되는 장애물을 회피하며, 상기 본체가 상기 경계선을 침범하여 상기 영역 외로 이탈하지 않도록 상기 주행부를 제어하며,
    상기 본체가 이동하는 경우, 이동할 목표점과 출발점 사이에, 상기 경계선 또는 상기 장애물을 회피하기 위한, 적어도 하나의 경유점을 설정하고, 상기 출발점, 상기 경유점, 상기 목표점을 연결하는 이동경로를 설정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 영역의 형태와 상기 장애물의 위치 및 형태에 기초하여 특징점을 추출하고, 상기 특징점을 기준으로 복수의 경유후보를 설정하고, 상기 복수의 경유후보 중 어느 하나를 상기 경유점으로 설정하여 상기 이동 경로를 설정하며,
    상기 제어부는 상기 특징점과 다음 특징점까지의 상기 이동 경로가 상기 경계선에 접하여 설정되면, 상기 특징점에서 상기 경계선을 기준으로 일정 각도로 기울어진 선 상에 위치하는 복수의 지점 중 하나를 경유점으로 설정하여 상기 경계선을 따라 이동하지 않도록 상기 이동 경로를 상기 경계선보다 길게 우회하여 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 경계선 및 상기 장애물의 정보가 포함된 지도에 기초하여, 상기 영역 내에서의 위치를 판단하는 이동 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 출발점으로부터 상기 목표점까지 직선경로로 이동할 수 없는 경우, 상기 영역의 형태 및 상기 출발점과 상기 목표점 사이에 위치하는 장애물에 대응하여 적어도 하나의 상기 경유점을 설정하는 이동 로봇.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영역의 형태 및 상기 장애물에 의해 형성되는 돌출영역, 상기 장애물 또는 상기 경계선에 의해 형성되는 상기 영역의 꺽인지점으로부터 상기 특징점을 추출하는 이동 로봇.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 특징점으로부터의 일정거리에 떨어진 복수의 지점을 상기 복수의 경유후보로 설정하는 이동 로봇.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 특징점이 위치하는 상기 경계선을 기준으로 일정 각도 단위로 형성되는 복수의 선상에 위치하는 복수의 지점을 상기 복수의 경유후보로 설정하는 이동 로봇.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 경유후보 중, 상기 목표점과의 거리, 다른 경유점과의 거리, 사고발생횟수 또는 주행성공횟수 및 주변의 장애물에 대한 정보를 바탕으로 어느 하나를 상기 경유점으로 설정하는 이동 로봇.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 목표점이 상기 영역 외의 지점인 경우, 상기 목표점으로부터 인접한 상기 경계선의 어느 한 지점을 새로운 목표점으로 설정하는 이동 로봇.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 목표점과의 거리에 따라 상기 경계선 상에 복수의 지점을 설정하고, 상기 복수의 지점 중 어느 하나를 상기 새로운 목표점으로 설정하는 이동 로봇.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 목표점과 다른 경유점을 연결하는 직선경로 상에 위치하는 복수의 지점 중 상기 경계선에 접하는 지점을 상기 새로운 목표점으로 설정하는 이동 로봇.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 목표점과의 거리, 상기 경계선의 위치, 주변의 장애물에 대한 정보, 다른 경유점과의 거리에 대응하여 어느 하나의 지점을 상기 새로운 목표점으로 설정하는 이동 로봇.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 주행 중 미끄러짐, 휠의 공회전, 충돌에 위한 이동 중 적어도 하나에 의해 위치오차가 발생하는 경우, 상기 경계선 또는 상기 영역 내에 설정되는 특징점으로 이동하여 위치를 보정하는 이동 로봇.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 주행 중, 위치 오차로 인하여 상기 경계선을 침범하거나 또는 상기 장애물과 충돌하는 경우, 위치오차를 보정하면서 사고상황을 벗어나도록 상기 이동경로를 변경하는 이동 로봇.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 사고발생 시, 인접한 경계선으로 이동하여, 상기 경계선으로 따라 주행하면서 상기 목표점으로 이동하도록 상기 이동경로를 변경하여 탈출모드를 실시하는 이동 로봇.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 사고발생 지점을 기준으로 새로운 경유점을 설정하고 상기 새로운 경유점을 포함하도록 상기 이동경로를 변경하여 탈출모드를 실시하는 이동 로봇.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는 사고발생 지점에 대한 사고발생횟수를 누적하여 저장하는 이동 로봇.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계선은 상기 영역을 형성하는 가상의 선, 바닥에 매설되어, 전류를 유도하거나 또는 자기장을 발생하도록 설치되는 와이어, 및 신호송출장치로부터 송출되는 신호에 의해 형성되는 경계 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
  19. 경계선에 의해 형성되는 영역 내에서, 이동할 목표점의 위치를 확인하는 단계;
    출발점과 상기 목표점 사이에, 상기 경계선 및 장애물을 회피하기 위한 적어도 하나의 경유점을 설정하는 단계;
    상기 출발점, 상기 경유점, 상기 목표점을 연결하는 이동경로를 설정하는 단계; 및
    상기 이동경로에 따라 상기 목표점으로 이동하는 단계;를 포함하고,
    상기 경유점을 설정하는 단계는,
    상기 영역의 형태, 상기 장애물의 위치 및 형태에 기초하여, 특징점을 추출하는 단계;
    상기 특징점을 기준으로 복수의 경유후보를 설정하는 단계; 및
    상기 복수의 경유후보 중 어느 하나를 상기 경유점으로 설정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 특징점과 다음 특징점까지의 상기 이동 경로가 상기 경계선에 접하여 설정되면, 상기 특징점에서 상기 경계선을 기준으로 일정 각도로 기울어진 선 상에 위치하는 복수의 지점 중 하나를 경유점으로 설정하여 상기 경계선을 따라 이동하지 않도록 상기 이동 경로를 상기 경계선보다 길게 우회하여 설정하는 이동 로봇의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 특징점을 추출하는 단계는, 상기 영역의 형태 및 상기 장애물에 의해 형성되는 돌출영역, 상기 장애물에 의해 형성되는 상기 영역의 또는 상기 경계선의 꺽인지점으로부터 상기 특징점을 추출하는 더 포함하는 이동 로봇의 제어방법.
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