KR102631521B1 - 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇 - Google Patents

바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇 Download PDF

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KR102631521B1
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심재익
윤종현
이영준
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Abstract

본 발명은 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징; 자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및 상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 대한 장애물의 존재 유무, 바닥면의 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보에 대한 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;를 포함하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇을 제공하는 것이다.

Description

바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇{Autonomous robots with floor detection device}
본 발명은 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율 주행 로봇의 3D TOF Array 센서 및 IMU 센서를 적용한 바닥 감지 장치를 구축하여 주행도로, 노면, 실내 바닥과 같은 바닥면의 주행시 로봇의 이동에 대한 정보를 산출하여 주행중인 바닥면의 장애물 및 경사로의 존재 여부를 판단하고, 낭떠러지와 같은 낙하 요소의 존재 여부를 판단하여 주행중인 로봇의 경로를 재설정하여 안정적인 주행이 가능하도록 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 로봇의 낙하, 바닥 장애물 감지 및 경사로 판단에는 여러가지 센서를 사용하지만 감지가 제한적이고 감지영역을 판단하는데 많은 센서들이 필요한 실정이다.
종래에는 하부에 설치가 제약적인 적외선 및 PSD등의 센서를 이용하여 주행중인 바닥면의 상태(경사로, 낙하 및 장애물 등의 존재 여부)를 판단하였으나, 이는 단순히 자율 주행 로봇의 낙하 여부만을 판단하는 것에 불과하여, 매우 단편적인 판단에 의한 주행이 이루어질 수밖에 없어 안정적인 주행이 어려운 문제점이 있었다.
이에, 2D, 또는 3D 라이다를 이용하여 낙하 및 경사로의 존재 여부를 파악하여 주행에 대한 제어가 이루어지도록 개선되었으나, 2D, 또는 3D 라이다를 사용하여 감지하는 경우, 감지가 제한적이고 2D, 또는 3D 라이다 특성상 높은 곳에 설치할 수밖에 없기 때문에 주행시 전방에 대한 사각지역이 생길 수밖에 없어 수집되는 정보들에 대한 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있었다.
즉, 종래의 자율 주행 로봇의 바닥 감지 장치의 경우, 경사로의 존재 여부, 바닥 장애물의 존재 여부를 파악하고, 주행중인 바닥의 상태를 동시에 판단하기에는 많은 어려움이 있었다.
이로 인해, 경사로 측면에 대한 소형 로봇의 충돌, 또는 낙하 위험, 계단 주행시 계단 모서리부에 대한 접촉면적 축소로 인한 구조적 파손위험 증대 등과 같은 다양한 문제점에 노출될 수밖에 없는 실정이다.
여기서 전술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아니다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0119984호 대한민국 공개특허 제10-2021-0030296호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자율 주행 로봇의 3D TOF Array 센서 및 IMU 센서를 적용한 바닥 감지 장치를 구축하여 주행도로, 노면, 실내 바닥과 같은 바닥면의 주행시 로봇의 이동에 대한 정보를 산출하여 주행중인 바닥면의 장애물 및 경사로의 존재 여부를 판단하여 주행 경로 상에 사각 지역이 발생하는 것을 방지할 수 있어 바닥면의 상태 정보에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 감지중인 바닥면의 상태 정보 상에 낭떠러지와 같은 낙하 요소의 존재 여부를 판단하여 주행중인 로봇의 경로를 재설정하여 안정적인 주행이 가능하도록 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함됨은 물론이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇은, 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징; 자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및 상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 바닥 감지 장치는, 전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징; 상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈; 상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징; 상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및 상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 하부 하우징은, 다수개의 상기 TOF 센서 모듈이 반원형으로 배열되게 장착되고, 소정의 경사각을 가지도록 경사지게 장착되는 제1모듈 고정부; 상기 제1모듈 하우징의 내측으로 소정 간격 이격되게 구성되며, 상기 IMU 센서 모듈이 분리 가능하게 결합될 수 있도록 지지하는 제1고정축; 상기 상부 하우징을 관통하며, 장착 하우징과의 분리 및 결합이 이루어지는 제2고정축; 및 상기 감지 제어부가 장착 및 고정될 수 있도록 지지하는 하부 고정홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1모듈 고정부는, 6°~ 9°의 경사각을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 TOF 센서 모듈은, 상기 제1모듈 고정부에 삽입 및 고정되는 모듈 케이싱과, 상기 모듈 케이싱에 결합되고, 3D TOF Array 센서로 구성되는 TOF 센서와, 상기 감지 제어부와 TOF 센서를 연결하는 케이블이 거치되는 거치 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 감지 제어부는, 상기 IMU 센서 모듈로부터 자율 주행 로봇의 수평 위치값을 수신받고, 상기 TOF 센서 모듈로부터 주행중인 바닥면과 정면의 차이값을 수신받아 분석하여 현재 주행중인 바닥면에 장애물의 존재 여부, 또는 경사로의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 감지 제어부는, 상기 IMU 센서 모듈로부터 자율 주행 로봇의 기울기값을 수신받으며, 수신받은 기울기값을 분석하여 바닥면의 상태가 상향 경사진 경사로, 하향 경사진 경사로, 또는 측면 경사로인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇은 주행도로, 노면, 실내 바닥과 같은 바닥면에서 주행시 로봇의 이동에 대한 정보를 산출하여 주행중인 바닥면의 장애물 및 경사로의 존재 여부를 판단하여 주행 경로 상에 사각 지역이 발생하는 것을 방지할 수 있어 바닥면의 상태 정보에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇은 감지중인 바닥면의 상태 정보 상에 낭떠러지와 같은 낙하 요소의 존재 여부를 판단하여 주행중인 로봇의 경로를 재설정하여 안정적인 주행이 가능한 효과가 있다.
더불어, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇을 나타낸 예시도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치를 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇을 통해 TOF 센서가 바라보는 방향의 각도를 나타낸 예시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇의 장애물 판별 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇의 오르막 경사로에 대한 판별 예시를 개략적으로 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇의 내리막 경사로에 대한 판별 예시를 개략적으로 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇의 내리막 경사로와 이어지는 지면에 대한 판별 예시를 개략적으로 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇의 낭떠러지 식별에 대한 판별 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하며, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하고, 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하고, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 식별부호를 사용할 수 있다. 이러한 식별부호는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것이고, 설명의 편의를 위하여 사용되는 것일 뿐, 그 식별부호에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇은 하부 프레임을 포함하며, 바닥 감지 장치(200)가 중앙부에 장착되는 장착 하우징(110)과, 장착 하우징(110)의 측면부에 결합되고, 자율 주행 로봇의 주행을 지지하는 바퀴(120)와, 바퀴(120)와 연결되고, 이 바퀴(120)를 회전시키는 바퀴 구동수단(130)과, 바닥 감지 장치(200) 및 바퀴 구동수단(130)과 네트워크로 연결되며, 바닥 감지 장치(200)로부터 전송되는 감지값에 따라 바퀴(120)의 구동 여부, 주행 방향 및 주행 경로를 설정 및 제어하는 구동 제어부(140)와, 다수개의 TOF 센서 모듈(220) 및 IMU 센서 모듈(230)을 포함하며, 주행도로, 노면, 실내 바닥과 같은 바닥면에 대한 장애물의 존재 유무, 바닥면의 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보를 생성하여 구동 제어부(140)로 전송하는 바닥 감지 장치(200)를 포함하여 구성된다.
여기서, 구동 제어부(140)는 설정된 주행 경로에 대한 정보를 출력하는 디스플레이를 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명의 구동 제어부(140)는 감지 제어부(300)로부터 수신받은 바닥면 상태 분석 결과 정보를 기준으로 바퀴(120)의 회전량 제어를 위해 바퀴 구동수단(130)의 구동에 대한 제어가 이루어지도록 구성될 수 있다.
바닥 감지 장치(200)는 전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징(210)과, 하부 하우징(210)에 장착되며, 적외선을 포함하는 광원을 조사하여 자율 주행 로봇이 주행중인 바닥면에 대한 바닥면 상태 정보를 감지 제어부(300)로 전송하는 TOF 센서 모듈(220)과, 하부 하우징(210)과 분리 가능하게 결합되며, IMU 센서 모듈(230)을 내장시키는 상부 하우징(250)과, 하부 하우징(210)의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 감지 제어부(300)로 전송하는 IMU 센서 모듈(230)과, TOF 센서 모듈(220) 및 IMU 센서 모듈(230)과 각각 네트워크로 연결되며, 바닥면 상태 정보 및 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 자율 주행 로봇이 바닥면의 상태에 따라 안정적으로 주행이 이루어질 수 있도록 구동 제어부(140)로 바닥면 상태 분석 결과 정보를 전송하는 감지 제어부(300)를 포함하여 구성된다.
하부 하우징(210)은 개방된 전방부를 따라 다수개의 TOF 센서 모듈(220)이 경사지게 장착되는 제1모듈 고정부(212)가 구성된다.
제1모듈 고정부(212)는 TOF 센서 모듈(220)이 경사지게 장착되어 자율 주행 로봇의 전방부와 바닥면을 동시에 감지할 수 있도록 구성되며, 바람직하게는 후술할 TOF 센서 모듈(220)의 모듈 케이싱(222)이 하부 하우징(210)의 하단부에서 상단부로 향할수록 이 하부 하우징(210)의 전방측으로 경사지게 장착되는 경사홈이 형성된다.
이때, 경사홈은 6°~ 9°의 경사각을 가지도록 구성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 하부 하우징(210)에는 제1모듈 하우징(212)의 내측으로 소정 간격 이격되게 구성되며, 하부 하우징(210)의 둘레면을 따라 다수개로 구성되어 상향 돌출되게 형성되고, IMU 센서 모듈(230)이 분리 가능하게 결합될 수 있도록 지지하는 제1고정축(214)이 형성된다.
여기서, 제1고정축(214)에는 고정볼트, 또는 스크류 등이 나사 결합 방식으로 결합될 수 있도록 나사홈이 형성됨이 바람직하다.
또한, 하부 하우징(210)에는 상부 하우징(250)을 관통하며, 장착 하우징(110)과의 분리 및 결합이 이루어지는 제2고정축(216)이 형성된다.
이때, 제2고정축(216)은 IMU 센서 모듈(230)과 상부 하우징(250)을 모두 관통하여 장착 하우징(110)과의 결합이 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 하부 하우징(210)에는 후방부측 일면에 구성되고, 후술할 감지 제어부(300)가 장착 및 고정될 수 있도록 지지하는 하부 고정홈(215)이 구성될 수 있다.
하부 고정홈(215)은 감지 제어부(300)의 하부면이 고정될 수 있도록 구성된다. 이때, 하부 고정홈(215)에는 내측 둘레면을 따라 감지 제어부(300)의 외면에 밀착되는 기밀부재가 더 구성될 수 있다.
이와 같은 하부 하우징(210)은 중앙부에 완충부재가 삽입될 수 있도록 구성되고, 자율 주행 로봇의 주행시 IMU 센서 모듈(230)로 소정의 진동이나 충격이 전달되는 것을 최소화하는 완충슬릿(218)이 더 구성될 수도 있다.
이러한 완충슬릿(218)은 제2고정축(216)의 후방부에 돌출되게 구성될 수 있으며, 상측 중앙부로 고무, 스프링 등의 완충부재가 삽입될 수 있도록 삽입홈이 형성될 수 있다.
TOF 센서 모듈(220)은 다수개로 구성되는 것으로, 하부 하우징(210)에 형성된 제1모듈 고정부(212)에 소정의 경사각을 가지도록 삽입 및 고정되어, 자율 주행 로봇의 전방 및 바닥면을 동시에 인지하고, 주행 경로의 바닥면에 장애물의 존재 유무, 바닥면에 형성되는 경사로 및 낭떠러지 등과 같은 낙하 요소의 존재 여부를 감지하고, 감지정보를 감지 제어부(300)로 전송한다.
이러한 TOF 센서 모듈(220)은 제1모듈 고정부(212)에 삽입 및 고정되는 모듈 케이싱(222)과, 모듈 케이싱(222)에 결합되고, 감지 제어부(300)와 연결되어 감지 정보의 송수신이 이루어지도록 구성되는 TOF 센서(224)와, 감지 제어부(300)와 TOF 센서(224)를 연결하는 케이블이 거치되는 거치 플랜지(226)를 포함하여 구성된다.
여기서, 모듈 케이싱(222)은 그 중앙부에 TOF 센서(224)가 장착될 수 있도록 센서 장착홈이 형성된다.
또한, 모듈 케이싱(222)의 양측부에는 경사지게 형성되는 제1모듈 고정부(212)에 슬라이딩 이동 방식으로 분리 가능하게 결합될 수 있도록 가이드 하는 가이드 패널이 더 구성될 수 있다.
TOF 센서(224)는 적외선을 포함하는 광원을 발광하는 발광부와, 전방에 위치하는 사물, 또는 바닥면으로부터 반사되는 광원을 수광하는 수광부로 구성될 수 있다.
이러한 TOF 센서(224)는 3D TOF Array 센서일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
아울러, 모듈 케이싱(222)은 하부 하우징(210)의 개방된 전방부의 곡률부를 따라 반원형의 형태를 가지도록 배열될 수 있다.
즉, 본 발명의 TOF 센서 모듈(210)은 적어도 9개 이상으로 구성될 수 있으며, 반원형으로 배열됨으로써, 자율 주행 로봇의 전방 및 바닥면에 대한 180°를 커버할 수 있는 것이다.
한편, 거치 플랜지(226)는 모듈 케이싱(222)의 후방부에 결합되며, 얇은 금속성 패널로 구성되는 것으로, 케이블이 안착될 수 있도록 그 대략적으로 "U"의 형상으로 형성된다.
이러한 거치 플랜지(226)는 반원형으로 배열되는 모듈 케이싱(222)에 구성됨으로써, 다수개의 TOF 센서(222)들을 감지 제어부(300)와 연결할 때, 최소한의 공간만으로도 연결이 가능하도록 구성되는 것이다.
IMU 센서 모듈(230)은 하부 하우징(210)의 상부에 구성되며, 바닥 감지 장치(200)에 대한 3축 자이로값과 가속도 값을 감지하여, 바닥면에 대한 경사로의 존재 유무를 판단할 수 있도록 구성된다.
이러한 IMU 센서 모듈(230)은 하부 하우징(210)의 상부에 결합되고, 일면에 IMU 센서(234)가 장착되는 모듈본체(232)와, 자율 주행 로봇의 진행 방향에 대한 속도, 기울기에 대한 값을 계산하여 감지 제어부(300)로 전송하는 IMU 센서(234)와, 감지 제어부(300)의 상부면을 고정시키는 상부 고정패널(235)을 포함하여 구성된다.
여기서, 모듈본체(232)에는 전술한 하부 하우징(210)의 제1고정축(214)의 상부면에 안착되며, 고정볼트나 스크류 등과 같은 결합수단이 체결되는 모듈 고정홈(236)과, 제2고정축(216)이 관통하는 축 관통홀(238)을 포함하여 구성된다.
이와 같은 모듈본체(232)는 하부 하우징(210)과의 결합시 TOF 센서 모듈(220)의 후방부가 밀폐될 수 있도록 결합된다.
또한, 상부 고정패널(235)은 모듈본체(232)의 후방부측 일면에 연장 형성되며, 하부 고정홈(215)과 대응되는 위치에 구성되어 감지 제어부(300)의 상부면이 밀착되게 구성된다.
이러한 IMU 센서 모듈(230)은 3축 각속도 센서(Gyroscope, 자이로스코프)와, 3축 가속도 센서(Acceleration Sensor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상부 하우징(250)은 IMU 센서 모듈(230)의 상부에 안착되며, 양측부가 하부 하우징(210)과 끼움 결합 방식으로 결합되면서 IMU 센서 모듈(230)이 내장될 수 있도록 구성된다.
이러한 상부 하우징(250)에는 전방부측으로 축 관통홀(238)을 관통하는 제2고정축(216)이 더 관통하여 장착 하우징(110)과의 결합이 이루어질 수 있도록 지지하는 축 결합홀(252)이 형성된다.
감지 제어부(300)는 하부 하우징(210) 및 IMU 센서 모듈(230)의 후방부에 구성되며, TOF 센서(224) 및 IMU 센서(234)와 유무선 네트워크로 연결되어 이 TOF 센서(224) 및 IMU 센서(234)로부터 전송되는 정보들을 분석하여 자율 주행 로봇이 주행중인 주행도로, 노면, 실내 바닥을 포함하는 바닥면에 대한 장애물의 존재 유무, 바닥면의 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보를 생성하여 구동 제어부(140)로 전송하는 것이다.
이러한 감지 제어부(300)는 TOF 센서(224) 및 IMU 센서(234)로부터 전송되는 정보들로부터 자율 주행 로봇의 이동에 대한 정보를 산출하여 주행중인 바닥면의 장애물 및 경사로의 존재 여부를 판단할 수 있다.
이때, 감지 제어부(300)는 IMU 센서(234)로부터 자율 주행 로봇의 수평 위치값과, TOF 센서(224)로부터 주행중인 바닥면과 정면의 차이값을 수신받을 수 있으며, 수신받은 정보들을 분석하여 현재 주행중인 바닥면에 장애물의 존재 여부, 또는 경사로의 존재 여부를 판단하고, 판단 결과에 대응하는 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 구동 제어부(140)로 전송할 수 있다.
또한, 감지 제어부(300)는 IMU 센서(234)로부터 자율 주행 로봇의 기울기값을 수신받으며, 수신받은 기울기값을 분석하여 바닥면의 상태가 상향 경사진 경사로, 하향 경사진 경사로, 또는 측면 경사로인지 여부를 판단하고, 판단 결과에 대응하는 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 구동 제어부(140)로 전송할 수 있다.
이와 같은 감지 제어부(300)는 바닥면의 상태에 따라 TOF 센서(224) 및 IMU 센서(234)로부터 전송되는 정보들의 편차가 발생하는 경우, 이를 보정이 가능하도록 구성될 수 있으며, 보정된 정보들을 분석하여 주행중인 바닥면의 장애물 및 경사로의 존재 여부를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 감지 제어부(300)는, 도 5 및 하기의 산출식 1과 같이, TOF 센서(224)가 주행중인 자율 주행 로봇이 바라보는 전방측 방향으로부터 이 자율 주행 로봇이 주행중인 바닥면까지의 각도값을 산출하여 구동 제어부(140)로 전송할 수 있으며, 이때, 구동 제어부(140)는 상기 각도값을 출력하여 TOF 센서(224)의 경사 각도에 대한 설정이 이루어지도록 할 수 있다.
[산출식 1] TOF 센서가 바라보는 방향의 각도
또한, 본 발명의 감지 제어부(300)는, 도 6 및 하기의 산출식 2를 통해 바닥면에 장애물이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
[산출식 2] 장애물 판별식
이때, d1+dset>d3 이거나 h2>hset일 때 로봇이 넘어갈 수 없는 장애물로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 감지 제어부(300)는, 도 7 및 하기의 산출식 3을 통해 주행중인 바닥면이 오르막 경사로인지 여부를 판단할 수 있다.
[산출식 3] 오르막 경사로 판별식
이때, 일정한 크기의 가 얻어지면, 감지 제어부(300)에서는 각도가 인 오르막 경사로로 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 감지 제어부(300)는, 도 8 및 하기의 산출식 4를 통해 주행중인 바닥면이 내리막 경사로인지 여부를 판단할 수 있다.
[산출식 4] 내리막 경사로 판별식
이때, 일정한 크기의 가 얻어지면, 감지 제어부(300)에서는 각도가 인 내리막 경사로로 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 감지 제어부(300)는, 도 9 및 하기의 산출식 5를 통해 주행중인 바닥면이 내리막 경사로와 이어지는 주행 가능한 바닥면의 존재 여부를 판단할 수 있다.
[산출식 5] 내리막 경사로와 이어지는 주행 가능한 바닥면 판별식
을 모든 에서 만족하면, 감지 제어부(300)에서는 내리막 경사로와 이어지며, 자율 주행 로봇이 주행 가능한 바닥면이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 감지 제어부(300)는, 도 10 및 하기의 산출식 6을 통해 주행중인 바닥면에 낭떠러지가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
[산출식 6] 낭떠러지 판별식
인 조건에서,
이고, 인 경우, 감지 제어부(300)에서는 주행중인 바닥면에 낭떠러지가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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.
110: 장착 하우징
120: 바퀴
130: 바퀴 구동수단
140: 구동 제어부
200: 바닥 감지 장치
210: 하부 하우징
212: 제1모듈 고정
214: 제1고정축
215: 하부 고정홈
216: 제2고정축
218: 완충슬릿
220: TOF 센서 모듈
222: 모듈 케이싱
224: TOF 센서
226: 거치 플랜지
230: IMU 센서 모듈
232: 모듈본체
234: IMU 센서
235: 상부 고정패널
236: 모듈 고정홈
238: 축 관통홀
250: 상부 하우징
252: 축 결합홀
300: 감지 제어부

Claims (13)

  1. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 하부 하우징은,
    다수개의 상기 TOF 센서 모듈이 반원형으로 배열되게 장착되고, 소정의 경사각을 가지도록 경사지게 장착되는 제1모듈 고정부;
    제1모듈 하우징의 내측으로 소정 간격 이격되게 구성되며, 상기 IMU 센서 모듈이 분리 가능하게 결합될 수 있도록 지지하는 제1고정축;
    상기 상부 하우징을 관통하며, 장착 하우징과의 분리 및 결합이 이루어지는 제2고정축; 및
    상기 감지 제어부가 장착 및 고정될 수 있도록 지지하는 하부 고정홈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1모듈 고정부는,
    6°~ 9°의 경사각을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 TOF 센서 모듈은,
    제1모듈 고정부에 삽입 및 고정되는 모듈 케이싱과,
    상기 모듈 케이싱에 결합되고, 3D TOF Array 센서로 구성되는 TOF 센서와,
    상기 감지 제어부와 TOF 센서를 연결하는 케이블이 거치되는 거치 플랜지
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
  6. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    상기 IMU 센서 모듈로부터 자율 주행 로봇의 수평 위치값을 수신받고, 상기 TOF 센서 모듈로부터 주행중인 바닥면과 정면의 차이값을 수신받아 분석하여 현재 주행중인 바닥면에 장애물의 존재 여부, 또는 경사로의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감지 제어부는,
    상기 IMU 센서 모듈로부터 자율 주행 로봇의 기울기값을 수신받으며, 수신받은 기울기값을 분석하여 바닥면의 상태가 상향 경사진 경사로, 하향 경사진 경사로, 또는 측면 경사로인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
  8. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    상기 TOF 센서 모듈이 주행중인 자율 주행 로봇이 바라보는 전방측 방향으로부터 주행중인 바닥면까지의 각도값을 하기의 산출식 1에 의해 산출하여 구동 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
    [산출식 1]

  9. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    하기의 산출식 2에 의해 바닥면에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하되,
    d1+dset>d3 이거나 h2>hset일 때 로봇이 넘어갈 수 없는 장애물로 판단하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
    [산출식 2]


  10. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    하기의 산출식 3에 의해 주행중인 바닥면이 오르막 경사로인지 여부를 판단하되,
    일정한 크기의 가 얻어지면, 상기 감지 제어부에서는 각도가 인 오르막 경사로로 인식하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
    [산출식 3]


  11. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    하기의 산출식 4에 의해 주행중인 바닥면이 내리막 경사로인지 여부를 판단하되,
    일정한 크기의 가 얻어지면, 상기 감지 제어부에서는 각도가 인 내리막 경사로로 인식하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
    [산출식 4]


  12. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    하기의 산출식 5에 의해 주행중인 바닥면이 내리막 경사로와 이어지는 주행 가능한 바닥면의 존재 여부를 판단하되,
    을 모든 에서 만족하면, 상기 감지 제어부에서는 내리막 경사로와 이어지며, 자율 주행 로봇이 주행 가능한 바닥면이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.
    [산출식 5]


  13. 바퀴 및 바퀴 구동수단이 장착되는 장착 하우징;
    자율 주행 로봇의 주행 방향 및 주행 경로를 설정하고, 바퀴 구동수단의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 장착 하우징의 중앙부에 장착되며, 바닥면에 장애물 및 낙하 요소 존재 유무, 경사로의 존재 유무를 포함하는 바닥면 상태 정보로부터 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하여 상기 구동 제어부로 전송하는 바닥 감지 장치;
    를 포함하되,
    상기 바닥 감지 장치는,
    전방부가 개방되게 형성되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징에 장착되며, 자율 주행 로봇의 전방 및 주행중인 바닥면을 동시에 인지하며, 상기 바닥면 상태 정보를 생성하여 전송하는 TOF 센서 모듈;
    상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합되는 상부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상부에 구성되고, 주행중인 자율 주행 로봇의 기울기 정보를 생성하여 전송하는 IMU 센서 모듈; 및
    상기 TOF 센서 모듈 및 IMU 센서 모듈로부터 각각 바닥면 상태 정보 및 기울기 정보를 수신받아 분석하여 바닥면 상태 분석 결과 정보를 생성하고, 상기 바닥면 상태 분석 결과 정보를 상기 구동 제어부로 전송하는 감지 제어부;
    를 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    하기의 산출식 6을 통해 주행중인 바닥면에 낭떠러지가 존재하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 장치가 구비된 자율 주행 로봇.

    [산출식 6]
    인 조건에서,
    이고, 인 경우
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