KR20010032583A - 이동 로봇과 그 조종장치 개선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정재충전스테이션에 대하여 재충전가능 전지를 포함하고 있는 자율이동로보트를 유도하고 자리를 잡아주기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 고정스테이션에 의하여 방사되는 적어도 일 방향 적외선에 의하여 작동하며 당해 이동로보트는 상기 로보트에 내장된 마이크로컴퓨터에 연결되어 있는 적외선탐지용 일방향시스템을 구비하고 있다. 당해 로보트는 일반적으로 임의의 방식으로 작업면을 이동하며 마이크로컴퓨터는 로보트를 상기 적외선의 방향에 따라서 이동함으로서 고정스테이션으로의 귀환을 제어하기 위한 알고리듬(algorithm)을 포함한다. 당해 마이크로컴퓨터 알고리듬은 전지충전상태에 무관하게 최소의 작업시간후에 고정 재충전스테이션을 향하여 귀환하기 시작하며 이동로보트가 어느 한계치보다 큰 강도를 검출할 때 상기 한계치는 작업시간 간격의 증가와 더불어 및 또는 전지충전상태가 어떤 수준이로 되었을 때 감소한다. 상이한 방향으로 작용하는 여러 적외선은 로보트로 하여금 재충전스테이션으로 귀환하도록 방출 할 수 있다.

Description

이동 로봇과 그 조종장치 개선{IMPROVEMENTS TO MOBILE ROBOTS AND THEIR CONTROL SYSTEM}

예를 들어 밧데리로 동력을 공급받는 자동 이동 로봇은 그 자율성에 있어서 제한적이다. 지속적으로 기능하는 것을 원한다면, 로봇은 일정한 간격으로 그 밧데리들을 재충전할 수 있어야 한다. 다른 기능들도 먼지 주머니의 자동 배출(로봇 흡입기) 또는 발동기용 연료나 살포제품의 재공급(열 모터)과 같이 정해진 지점에 규칙적으로 접근할 필요가 있을 수 있다.

이 문제에 대한 해결책은 전자기장의 그라디엔트에 민감한 이동 엔진이 교류로 주파되는 코일과 수직이 되게 자동적으로 다시 자리를 잡게됨으로써 밝혀졌다(데-A-0744090 참조).

표면에 전자기장을 혼란하게 하는 요소들이 있는 경우 (예를 들면 콘크리트 철근), 문제의 장치는 작동이 어려워진다.

그때 이동 엔진이 멀리서 그것을 발견하게 하면서 적외선 방사의 근원(LED 발신기)을 정해진 장소로 결합하도록 하는 것이 바람직할 수도 있다.

본 발명은 자동 이동 로봇, 특히, 청소 로봇과, 고정된 장치로 인도하고, 더러움의 정도에 맞추어 작동하는, 그리고 회전 솔을 포함하고, 상기 솔이 멈추었을 때 그것을 끄집어낼 수 있는 로봇 조종장치에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 위치 정하기, 에너지 재충전 또는 로봇이 수거한 요소들을 배출하는 고정된 장치 쪽으로 접근하기를 포함하여, 자동 이동 로봇의 궤도를 유도하는 장치에 관한 것이다. 이것은 일반적으로 재충전 밧데리로 바닥을 청소하는 로봇, 예를 들면 흡입 로봇에 관한 것이지만 그것에 국한된 것만은 아니다. 또한, 예를 들어, 이것은 살포 로봇 또는 감독 로봇에 관한 것일 수도 있다.

도면에서,

도 1은 두 개의 적외선 발신기를 포함하는 고정된 장치의 측면을 간략하게 표현한 개략도.

도 2는 고정된 장치의 상부 모습을 간략하게 표현한 개략도.

도 3은 고정된 장치에 대한 변이형 상부의 모습을 간략하게 표현한 개략도.

도 4는 서로 접근하는 장치와 이동 로봇을 간략하게 표현한 개략도.

도 5는 회전하는 이동 로봇과 상부의 모습을 간략하게 표현한 개략도.

도 6은 본 발명에 따라 솔을 갖춘 로봇 흡입 장치와 먼지 탐지 장치의 정단면을 간략하게 나타낸 단면도.

도 7은 본 발명에 따라 솔을 갖춘 로봇의 측면에 대한 간략한 측면도.

도 8은 청소 기술을 해설하는 설명도.

도 9는 측면에서 본, 솔을 갖춘 흡입 로봇의 측면도.

도 10은 정면에서 본 그림 10의 로봇을 해설하는 정면도.

도 11은 솔이 멈추었을 때 솔을 연동장치에서 벗기는 산식을 설명한 흐름도.

도 12 a부터 c는 장애를 만난 로봇의 충격 지점을 국소 집중시키는 단계를 설명한설명도.

본 발명의 1차적인 면에서 볼 때, 예를 들면 2와 10°사이, 특히 약 5°에 있는 비교적 좁다란 광속선(faisceau)이 고정된 장치로부터 떠오른다. 해당 발신기와 거기에 결부된 장치는 우선 그 광속선이 로봇의 작업 표면 위로 최대한 뻗을 수 있도록 유도된다. 적외선 방출 방향 탐지 장치를 갖춘 이동 로봇은 기본적으로 이 표면 위에서 무작위로 움직이면서, 통계상 주기적으로 좁다란 광속선을 교차시키고 탐지한다.

바람직한 실행 방법에 따르면, 어떤 작업 시간, 즉, 15 내지 45분이 초과되면, 로봇은 주어진 강도의 적외선 광속선을 증가시키는 즉시 재충전 과정을 위해 고정된 장치 쪽으로 다시 돌아온다. 상기의 작업 시간 후 로봇이 그 장치와 가까이 있게 되면, 로봇은 그 장치와 결합되어 다시 충전된다. 이 방법은 밧데리의 상태가 미리 정해진 수준 이하일 때 광속선을 찾는 작용을 피한다. 광속선이 좁으므로, 고정된 장치에 대해, 예를 들면 유도로 인한 재충전, 더 단순하게 말하면, 도체의 물리적 접촉에 의해 최종적으로 정확한 위치를 정할 수 있다.

작업 시간이 증가함에 따라, 마이크로프로세서의 산식(알고리듬)은 이동 로봇에 의해 탐지할, 그리고 복귀단계를 깨우치게 하는 적외선 광속선의 강도 한계가 선모양으로 또는 증분에 의해 줄어들도록 한다.

복귀 단계에는 재충전 장치를 발견하는 데에 불필요한 로봇의 모든 기능들을 중지시키는 것이 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 단계에서, 유도 및 위치 결정 장치는, 서로 다른 방향으로 향하며 고정된 장치로부터 나오는 적어도 두개의 광속선들의 도움을 필요로 하며, 가장 낮은 지향성의 광속선 혹은 광속선들은 고정된 장치 쪽으로 접근하는 데 사용되는 반면, 가장 높은 지향성의 광속선은 이 고정된 장치에 대하여 로봇의 정확한 위치를 정하는 최종 단계에 사용된다. 이 변이형은 가장 복잡한 환경에서 로봇을 유도할 수 있게 한다 (예. 방이 여러 개이며 문이 여러 개인 아파트).

낮은 지향성의 광속선 발신자는 최종 접근 단계와 로봇의 위치를 정하는 때에 그 영향이 줄어들도록 고정된 장치와 같은 수준으로 국한된다. 이것은 수시로 방향을 돌릴 수 있으며 엄밀히 말해 고정된 장치 위로 불쑥 나오는 한쪽 팔의 끝에 있을 수 있다.

위치 결정 단계에서는, 로봇의 위로 유리하게 위치하게 되며, 발신된 광속선은 로봇 탐지기의 탐지 면 밖에 있게 될 것이다. 그 중심 주변의 회전 운동으로 인해 후자는, 로봇 탐지기들의 탐지 면 안에 있는 가장 강력한 지향성의 발신자 신호에 의거하면서, 예를 들면 물리적 접촉으로 최종 재충전 위치를 결정할 수 있게 된다. 광속선의 힘은 다를 수 있으며, 반드시 그런 것은 아니지만, 일반적으로 가장 강력한 광속선은 가장 지향성이 낮을 수 있다.

로봇에는, 적어도 두 개의 지향성 탐지기들로 구성된, 적외선 발신 지향 탐지 장치가 내포되는 데, 그 신호들의 강도는 발신의 근원 쪽으로 회전을 명령하기 위해 마이크로오디네이터(마이크로 컴퓨터)에 의해 비교된다. 이 탐지기들은 우선적으로 로봇 중앙의 틀 위에 있게 된다. 경우에 따라, 하나 혹은 여러 개의 다른 탐지기들이, 중앙 탐지기들과 거의 반대인 탐지 방향으로 유리하게, 예를 들면 옆이나 뒤에서 예비되기도 한다. 마찬가지로 유리하게, 로봇 탐지기들이 확인한 광속선들은 바닥의 소음을 피하도록 조정될 것이다.

본 발명의 이러한 면에 의거하여, 고정된 장치가 조정된 적외선 광속선 두 다발을 발신하며, 본질적으로 장소들의 평면에서, 광속선들 중 하나가 다른 것보다 훨씬 더 지향적임을 특징으로 하는 장소들에서 이동하는 자동 이동 로봇용의 고정된 장치에 대한 위치 포착 및 위치결정 장치를 제안한다. 가장 낮은 지향성의 광속선 발신자는 이 광속선들에 민감한 지향성 탐지기들을 수반하는 이동 로봇으로 하여금 고정된 장치의 위치를 포착하고 접근 할 수 있게 한다. 탐지기들의 신호는 이동 로봇의 전진을 명령하는 마이크로 오디네이터에 의해 처리되며, 낮은 지향성의 발신자는 이동 로봇이 고정된 장치의 바라는 위치에 다다를 때 이동 로봇과 수직인 장소에서 고정된 장치 위에 있게 되고, 가장 지향적인 광속선은 그때 상기 탐지기들에 의해 더 많이 탐지가 가능해지고, 정확한 위치 결정은 좁은 광속선 탐지를 기초로 한 산식에 따라 수직 축 주위에서 엔진을 회전시키면서 행해진다.

약간 다른 것으로써, 고정된 장치가 적어도 세 개의 조정된 적외선 광속선을 방출하고, 광속선 들 중의 하나가 다른 것들보다 훨씬 더 지향적인 특징을 지닌 장소들을 이동하는 자동 이동 로봇용의, 고정된 장치 위치 포착 그리고 위치 결정 장치를 제안한다. 가장 지향성이 낮으며 일반적으로 더 강도가 강한 광속선 발신기들은 상기 광속선들에 민감한 지향적 탐지기들을 가진 이동 로봇이 고정 장치의 위치 포착 및 접근을 할 수 있게 한다. 탐지기들의 신호는 이동 로봇의 전진을 명령하는 마이크로오디네이터에 의해 처리되며, 가장 낮은 지향성 발신자들은 광속선들이 장치의 바로 가까이에서 교차하고, 가장 강도가 낮을 수 있으나, 지향성은 가장 높은 광속선은 그때 상기 탐지기들에 의해 더 많이 탐지될 수 있고, 정확한 위치 결정은 좁은 광속선의 탐지를 토대로 한 산식에 따라 수직 축 주위의 엔진 회전으로 실행된다.

또 약간 다른 것으로써, 마이크로오디네이터를 수반하며, 고정된 장치로 발신된 광속선들을 변조함으로써 로봇에, 혹은 여러 개의 로봇들이 동일한 중앙 장치로 사용될 경우에는, 여러 개 중 하나의 로봇에 전할 정보들을 전할 수 있다. 이 정보들은 충전 또는 방전 장치의 사용가능 여부에 관한 것일 수도 있고, 로봇의 작업, 중지 또는 반복, 로봇의 소리를 국한시키는 것 등에 관한 것일 수 있다. 경우에 따라, 로봇에 있는 적외선 발신기의 도움으로, 고정된 장치 쪽으로 회귀하는 송신을 예측할 수 있다.

본 발명은 또한, 자동 청소 로봇에 적용될 수 있는, 먼지 흡입 바닥 청소용 유도 장치 기술과도 관련된다.

문서 EP-A-0769923에서는 흡입에 의해 바닥을 청소하는 자동 이동 엔진을 제안하는 데, 이는 적은 동력, 작은 크기로써, 예를 들면 가구와 같이, 복잡한 표면 위에서도 쉽게 사용될 수 있다.

로봇 밧데리의 재충전은 축적된 먼지 배출과 연결될 수 있다.

상기 문서의 내용은 본 설명에 참조로써 포함된다.

그러나, 이 로봇 흡입기의 동력이 약하기 때문에 단 한번 통과로 철저하게 청소를 할 수는 없다. 그러므로, 특별히 때가 많은 표면에 엔진이 수직으로 되어 있을 때, 표면을 완전하게 청소하기 위해서는 통과 시간을 보다 길게 (예를 들면 초당 20cm 내지 초당 10cm)하고 추가로 몇번 더 통과시킬 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 다른 측면을 토대로 한, 특별한 청소 기술이 제안된다. 이는 흡입 또는 솔질에 의한 모든 자동 청소 로봇에 적용될 수 있는 기술이다.

흡입 로봇에 의한 바닥 청소용 유도장치 기술은 사실 로봇이 지나간 길 위 청소할 표면 위에 있는 입자의 양에 따라 달라지며, 상기의 양은 흡입 구멍 바로 옆에 있거나 로봇이 솔질하는 움푹한 장소 안의 입자 분석기로 예측될 수 있고, 상기의 분석기는 이동 로봇에 내포된 마이크로오디네이터에 신호들을 보내고 상기 신호들에 따라 로봇의 이동을 명령한다.

또한, 상기 입자 분석기는 먼지 받이가 채워진 정도를 결정할 수 있다. 먼지가 어떤 점 이상으로 쌓이게 되면, 흡입 구멍, 즉, 필터 앞의 먼지 받이 높이로 국한되는, 동일한 적외선 광속선이 중단되며, 마이크로오디네이터는 이것을 해당 신호로 해석하게된다.

흡입된 먼지의 측정된 양에 따라, 예를 들어, 마이크로오디네이터는 이동 로봇의 약화 또는 직선 왕복 움직임을 명령할 수 있다.

마이크로오디네이터는 또한 규칙적인 청소 동작, 예를 들면 이동 로봇의 부채꼴 왕복 움직임을 명령할 수 있다.

유리한 점으로써, 마이크로오디네이터는, 입자 분석기가 발신하는 신호들의 폭과 빈도에 따라, 입자들의 크기, 수를 계산할 수 있다. 알갱이의 크기와 그 수를 알고 있으므로 수거된 먼지 형태를 분석하여 궤도 위에서 움직이는 로봇의 이동, 솔의 회전 속도 그리고 흡입 터빈의 동력을 개선시킬 수 있다.

먼지 분석기에는, 우선 예를 들어, 적외선 발신자와 수신자가 포함된다.

마이크로오디네이터는 먼 거리에서 먼지 탐지자가 탐지한 먼지의 전체 평균을 기억할 수 있으며, 특정 청소 산식이 활성화될 때는 상기 평균을 참작한다.

뿐만 아니라, 유리하게, 흡입 로봇에는 먼지 탐지자가 포함될 수 있는 데, 이는 그 하나 또는 여러 개의 요소들이 주기적으로 또는 끊임없이 표면 쪽으로 향하며, 먼지를 털어낸 공기 흐름을 이용하여 자동적으로 때를 벗겨낸다.

본 발명의 또 다른 측면으로써, 자동 로봇은 회전 솔이 내포된 로봇이다.

본 발명에서는 청소 요소로써 적어도 하나의 회전솔을 포함하고, 산식을 이용하여, 로봇의 속도 및 노정을 조정하는 마이크로 오디네이터를 포함하는 표면 청소 로봇을 제안하는 데, 속도 및 노정은, 마이크로오디네니터가 상기의 속도와 상기의 노정을 결정하기 위해, 적어도 상기 회전 솔의 회전 속도 값을 참작하는 산식과 연관된 것을 특징으로 한다.

유리하게, 로봇-흡입기의 마이크로 오디네이터는, 흡입력을 결정하기 위해, 적어도 상기 회전솔의 회전 속도를 참작한다. 흡입력은 상기 솔의 회전 속도에 따라 달라질 수 있다.

마이크로 오디네이터는 상기 로봇의 움직임을 결정하는 데에 모터 회전 속도 범위를 참작한다.

그러나 회전 솔로 인해, 예를 들면, 솔이 청소할 표면 위에서 융단의 술 장식을 만나게 될 때, 솔이 정지되는 것을 보기가 불편하다.

이 문제의 해결책은 특허 청구서 PCT WO 97/40734에 설명되었으며 이는 솔을 끄집어 내기 위해 솔의 회전 방향을 반대로 하는 것이다.

본 청구서에서의 해결책은 솔을 정확하게 조정할 필요가 없으며 솔 회전 방향을 바꿀 필요도 없고, 단지 로봇의 작용을 단순화시키는 것이다. 이 해결책은 더 단순하며, 또 실제로 더 효과적인 것으로 나타났다.

본 발명의 장치에는 자동 로봇의 전체 기능들을 조정하는 마이크로조절기(또는 마이크로 오디네이터)로 움직여지는 회전솔 장치 -모터로 움직여짐-가 포함된다. 이것은 본 청구서에 참조로 통합된 특허 청구 PCT WO 96/01072와 관련된다.

솔의 회전 속도는, 끊임없이 마이크로조절기에 의해 분석된다.

이 측정은 자체적으로 알려진 몇몇 기술에 따라 행해질 수 있다 (DC 모터의 경우 모터에 의해 이행되는 전류 측정, 비, 시각적 부호가 없는 모터의 경우 충격 빈도 측정,...).

회전 속도를 측정함으로써 마이크로 조절기가, 예를 들면, 청소한 바닥의 특성 또는 작은 사건의 발생을 추론할 수 있으며 그에 따라 로봇의 움직임을 맞출 수 있다.

작은 사건이 발생하였을 때, 예를 들면, 솔 축 주위의 융단 술이 휘말려 들어감으로 인해 솔이 회전을 중지하였을 때, 마이크로 조절기는 연동장치를 벗기고 로봇으로 하여금 솔을 빼내는 일련의 작업을 하게 할 것이다. 연동장치를 벗기는 일은 로봇의 작용에 따라 다를 수 있으나 기계적으로 연동장치를 벗기는 일은 우선, 전기 공급 시 모터의 연결을 차단시키면서, 전기로 행해진다.

예를 들어, 이후에 나오는 일련의 조작들을 주목하게 되는 데, 이는 특별히 적용되는 것이다.

로봇은 그 직경(연동 장치가 벗겨진 솔)과 같은 거리 만큼 뒤로 물러난다. 술 장식들을 뱉어내면서, 이것은 추진 장치가 없는 바퀴로 솔의 축 위에 펼치는 일을 한다.

솔은 자유로워진다. 뒤로 물러 날 때는 로봇을 술이 있는 영역 밖으로 이끈다. 로봇은 그때 솔의 연동장치를 다시 연결하면서 완전한 회전을 하게된다. 이때, 솔이 여전히 움직이지 않으면, 그 회전 동작을 멈추고 다시 뒤로 물러나서 다시 회전을 시도하며, 솔이 뽑혀질 때까지 한다.

최대 반복의 수는 프로그램과 로봇이 뒤로 물러나는 최대 임의 거리로 정해진다.

솔이 빠지지 않고 이 최대 거리에 도달하게 되면, 로봇은 계속 반복하면서 앞으로 전진할 것이다.

솔이 계속 빠지지 않는다면, 로봇은 기다림의 신호를 보내고, 수동 조정이 필요하게 된다.

유리하게, 솔의 회전 속도를 분석함으로써, 청소된 바닥의 특성을 알 수 있다.

높은 회전 속도는 바닥이 미끄럽다는 것을 알려주며, 느린 속도는, 그 속도가 느린 만큼 바닥이 두꺼운 융단으로 덮여있다는 것을 알려준다. 이 분석은 로봇이 전진 속도를 조절하고 청소할 바닥에 따라 흡입력을 조절할 수 있게 해준다.

본 발명은 흡입 로봇 외의 다른 로봇들, 예를 들면, 청소 액체로 어떤 표면들을 청소하는 로봇들 또는 마루판을 왁스로 닦는 로봇들에 적용될 수도 있다.

그러므로, 본 발명은 회전 솔과 마이크로 오디네이터, 상기 마이크로 오디네이터와 결합된 회전 솔 멈춤 탐지 수단, 로봇의 배출 산식, 거기에 연결된 모터에 대해 회전 솔을 중지시키는 수단, 로봇의 뒤로 물러섬, 회전 그리고 전진의 재개와 같이 움직임을 포함하는 산식을 가진 청소 로봇에 관한 것이다.

중지시키는 수단은 공급 출처에 대해 모터를 차단시키는 것이다.

요약하자면, 본 발명에 따른 표면 청소 로봇에는 회전 솔, 속도 및 노정 그리고 상기 회전 솔의 회전 속도에 따라 달라질 수 있는, 터빈의 흡입력이 포함된다.

특히 가정용 흡입 로봇에 있어서, 솔 회전 움직임은 청소할 표면에 수직인 면에서 우선적으로 발생했다.

본 발명은 또한 앞서 설명한 바의 청소 로봇 기능 방식에 관한 것이며, 회전 솔의 멈춤은 로봇의 배출 작용 시, 로봇이 뒤로 물러서고, 회전하고 계속해서 전진하는 움직임과 결합되어, 적어도 그것을 움직이게 하는 모터에 대해 상기 회전 솔의 상기 중지 작업을 조절하는 상기 마이크로오디네이터로 탐지된다. 배출 작용에는 경우에 따라 중지-후퇴-회전-전진의 몇몇 사이클들이 포함될 수 있다.

자동 이동 로봇에 완전히 적용될 수 있는 본 발명의 다른 측면에 따르면, 큰 규모의 로봇들에서 (예를 들면, 80 내지 250cm), 로봇에는 선형의 충돌 센서가 있는 데, 이는 전체적으로 혹은 부분적으로 이동 면 안에서 밑바닥 수선(carenage) 기초를 둘러싼다. 센서는 금속성의 선형 도체, 그리고 동시에 전도성의 플라스틱, 예를 들면 전도성의 고무로 된 선형의 요소로 구성된다. 로봇 한 세트는 몸체(carrosserie) 가장 자리 길이를 따라 고정된 유연한 절연 부재 또는 케이스 안에 들어 있을 수 있다. 예를 들면, 선형의 요소들은 케이스의 반대쪽 두 내부 면들에 풀칠하여 고정된다. 이 두 요소들은 약간 떨어져 있다. 플라스틱 도체의 양 끝들은 전위가 다르다, 예를 들면 5볼트의 경우, 한쪽 끝은 0볼트, 다른 쪽 끝은 5볼트이다. 앞이나 옆에 있는 장애물이 로봇과 부딪힌 경우, 두 요소들 중의 하나는 장애물을 만난 로봇의 영향으로 생기는 순간적인 압력 하에서 다른 요소와 접촉하기 쉽다. 전도성 요소 위의 순간적인 장력은 충돌 지점으로부터 전도성 플라스틱 양 끝 중 하나까지의 거리에 좌우되며, 이것은 훨씬 더 중요한 저항으로 나타난다. 이렇게 해서 2.5볼트로 측정된 장력은 충돌이 선형 센서의 거의 한 가운데에서 일어났다는 것을 의미한다. 이렇게 해서, 전도성 요소에 대한 장력을 측정 후, 밑바닥 수선의 기초 위로 충돌 지점을 국한시키기위해 마이크로오디네이터로 보내지는 신호가 만들어진다.

본 발명에 따른 개선 사항은, 정확한 위치 결정 장치 없이 임의의 방식으로, 특히 정상적인 기능 방식으로 이동하는 이동 로봇들에 적용된다.

본 발명의 다른 측면들은, 보충 설명의 범위를 제한하지 않고 부록에 예로써 제공된 도면들을 참조하여 이후의 보충 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다. 따로따로 설명된 각각의 특징은 기술자의 지식과 관련하여 보편화될 수 있다. 도면의 참조번호들은 동일하거나 해당되는 요소들에 관한 것이다.

도 1과 2를 참조할 때, 고정된 장치 (1)에는 두 개의 적외선 광속선 발전기 2,3이 포함된다. 적외선 광선은 수 킬로헤르쯔(예를 들면, 56 KHz)의 주파수로 조정된다. 그 장치에는 적은 동력이며 약 5°로 좁은 광속선을 발신하는 발신자 IR2와 높은 동력을 지니고, 경우에 따라서는 모든 방향성인 큰 광속선을 발신하는 발신자 IR3이 포함된다. 발신자 (3)은 이동 엔진이 이 발신자 밑에서 자유로이 자리를 잡을 수 있도록 놓여지며, 그 회전 중심은 광속선 (3')의 원점과 일치할 수 있다. 발신자는 또한 로봇의 기초, 또는 수납 판, 재충전 장치 위로 불쑥 나오는 팔모양 (4)의 한 끝에 놓여질 수있다.

도 2에 설명된 또 다른 예에 따르면, 광속선 (3')의 근원은 경우에 따라 (3b)와 (3c) 그 근원의 두 광속선 (3a) 점에서 엇갈림으로써 얻어진 (3a) 잠재적인 근원일 수도 있다.

고정된 장치에는 그 기능에 따라 필요한 여러 가지 요소들이 포함될 수 있다: 예를 들면, 접점 (5)를 포함하는 밧데리 재충전 장치, 흡입기 용의 비우는 구멍 (6).

도 4와 5에 간략하게 설명된 이동 로봇 (7)은 하나 또는 여러개의 재충전 밧데리들을 포함하는 흡입 로봇이다. 이 로봇은 본질적으로 순환성이며 두 개의 움직이는 바퀴 8이 달려있어서 그 위에서 회전을 할 수 있게 되어있다. 몸체 (90)의 측면을 보강하는 회전 고리도 볼 수 있다.

흡입기 터빈의 출구인 구멍들 (16)이 둥그렇게 원을 지어 있다. 또한 흡입 구멍 (그림에는 없음) 가까이에서 두 개의 모터 (12a)와 (12b), 그리고 연동장치가 벗겨진 작은 바귀들 (13)으로 이끌려지는 두 개의 움직이는 바퀴들 (8a), (8b)도 있다.

엔진은 그 회전 중심에 적어도 하나의 지향성 적외선 포착기 (10), 특히 그 각을 탐지각과 같게 만드는 이 경우에는, 두 개 (10a), (10b)가 있다. 포착기 또는 포착기들은 이동 엔진의 전진 방향으로 유도된다. 특히 뒤 쪽으로 다르게 유도된 추가의 포착기 또는 포착기들 (11a), (11b)는 장치를 유리하게 보충할 수 있다. 이 추가 포착기 또는 포착기들은 엔진의 회전 중심 또는 그 가까이에 반드시 설치되어야 하는 것은 아니다. 여러 개의 포착기들에서 나오는 신호들은 증폭되고, 여과되어, 정류기 A/D의 중개를 통해, 엔진의 이동을 조절하는 마이크로프로세서로 연결된다. 탐지를 감지하는 (지향성) 열편들은 점을 찍은 표시로 나타난다.

신호들은 경우에 따라 복식일 수 있다, 즉, 바꾸어 말하면, 로봇 안에 있는 마이크로오디네이터에 의해 연속적으로 분석될 수 있으며, 각 신호는 전자 스위치의 중개로 확대 및 변환 채널로 차례대로 연결된다.

강력한 동력의 적외선 광속선 (3')은 엔진이 회전하는 공간의 일부를 비춘다.

빛을 비추는 일은, 광속선의 범위 안에 장애물이 없다면 직접, 장애물이 있는 경우에는, 간접적으로 반사나 회절로써 이루어진다. 이것은 IR의 빛이 근원으로부터 직접 눈에 띄지 않는 공간의 부분으로 뚫고 들어갈 수 있게 해준다. 큰 동력의 광속선을 이용하면, 예를 들어, 문들을 통해 통신하는 장소들을 커버할 수 있다. 아주 복잡한 환경에서는, 반사장치 또는 중계장치라도 추가로 준비하는 것이 좋을 수 있다. 이동 엔진은 주로 무작위로 움직이므로, 항상 두 포착기 중의 하나가, 그 출처로부터 직접 발생한 것이든 반사에 의한 것이든 간에, 신호 I.R을 탐지하는 순간이 있게 된다.

알고 있다 시피, 마이크로 오디네이터는 그때, 두 개의 앞면 포착기들 (10a)와 (10b) 위에서 같은 신호를 그리고 뒷면에서는 최소한의 신호를 얻기 위해 엔진 회전을 명령하게 된다. (이것은 3 또는 그 이상의 탐지기들, (11a), (11b)를 사용하는 경우이다).

마이크로 오디네이터는 그때 신호의 근원, 즉, 고정된 장치 (1)을 향해 엔진을 전진시킬 것이다. 이것은 원래 "homing(돌아옴)"이라는 기술로 알려져 있다.

신호가 반사로 인해 생긴 것이면, 반사 점을 향해 움직이는 엔진이 발신기 (2)에서 발신된 직접 광선 (도 1-4 참조) 또는 적은 반향의 방사를 만나게 될 것이다. 그때 그것은 두 개의 앞면 탐지기들 (11a), (11b) 위에서 신호의 균형으로 인해 신호의 근원 쪽으로 자연스럽게 회전할 것이다.

고정된 장치 가까이에 도착했을 때, 이동 엔진 (7)은 광속선 (3)의 근원 주변에서 그 회전 중심에 있는 포착기들 (전면 포착기 (11a), (11b))이 일치하도록 자리를 잡게될 것이다.

그 접근은 여러 방향으로 이루어질 수 있다 할지라도, 그 위치는 분명 충전기나 다른 모든 작용들을 이용하여 컨넥터 (5), (5')를 통해 전기 연결을 하기에 적합하지 않을 것이다. 그때, 적은 동력의 좁은 광속선 (2')가 활동하기 시작한다. 발전기 3과 수직으로 되면, 탐지기 (10a), (10b)로 포착된 신호는 상당히 줄어들고 좁은 광속선 (2')에서 나오는 신호보다 약해진다. 사실, 포착기들은 모든 방향에 적용되는 것이 아니며 특히 이동 표면에 대해 수직인 방향에서 적외선 신호를 잘 탐지한다고는 알려져 있지 않다.

그러므로, 엔진 (7)은 광속선 (2)와 함께 일렬로 늘어고자 스스로 회전하며 고정된 장치 위에 완벽하게 자리를 잡으려고 전진하고, 예를 들어, 밧데리 재충전 작용을 위해 컨넥터 (5), (5')를 통한 물리적 전기 연결을 가능하게 할 것이다.

본 발명의 또 다른 면은 도 6부터 8에 나타나있다.

도 6은 도 4와 5 로봇의 변이형, 틀 (35)의 요소로 지탱되는 로봇 흡입 장치의 정단면도를 간략하게 나타낸 모습이다. 이 로봇은 솔 (24)를 갖추고 있으며, 이는 축 (26)의 주위를 회전하는 비로 이루어진다.

도 7에서는 흡입 터빈 (20), 움직이는 바퀴 (21), 필터 (23), 발신기 (27) 조명의 원형면, 탐지기 (28), 적외선 탐지기 (10a), (10b) 위에 중심이 놓인 면들을 볼 수 있다. 도 7의 화살표들은 흡입 로봇 안에서의 공기 노정을 나타낸 것이다.

본 발명의 사용 방식에 따른 먼지 탐지 특정 장치는 이동 로봇 안에 있으며 다음의 두 부분을 포함한다. :

- 적외선 발신 요소 (27) 그리고 적외선 수신 요소 (28)로 이루어지는 부분의 먼지 분석기. 이 두 요소들은 흡입 구멍 (29)의 여기 저기에 배치되어 있으며 둘 다 축 안에 있다. 먼지가 회전 솔 (24)에 의해 흡입되거나 내뿜어질 때, 그 먼지들은 발신 요소와 수신 요소를 통과하면서 빛의 회절 (27')을 만들고, 수신 요소의 출구에서 신호의 변형을 발생시킨다.

신호 변형의 폭은 광속선을 가로질러 두 번째로 통과하는 입자들의 크기에 거의 비례하며 그 빈도는 입자들의 수에 비례한다. 대수 증폭장치로 확대된 신호는 엔진을 조절하는 마이크로 오디네이터로 분석된다.

수신기가 받아들인 광속선의 평균 강도 값도 역시 마이크로 오디네이터에 전달된다.

- 다른 한편으로, 마이크로 오디네이터에는 상기의 분석기를 통해 전달받는 요소들에 따라 반응할 수 있도록 해주는 프로그램이 있다.

사용 방법에 따른 엔진의 기능은 이후에 설명된다.

엔진이 청소할 표면 위에서 움직일 때, 먼지 탐지기에서 나오는 신호는 끊임없이 마이크로 오디네이터로 분석된다. 이것은 예를 들면 다음 방식대로 엔진을 반응하게 한다 :

- 더러운 표면이 작을 때 (1cm 미만의 간격에서 입자 탐지), 엔진은 고려되는 영역 안에서 청소 시간을 늘리고자 그 속도를 줄인다. 이 속도의 변화도 역시 탐지되는 입자들의 크기와 빈도에 연관될 수 있다.

- 더러운 표면이 좀더 심하면 (예를 들어, 1과 5cm 사이의 간격에서 입자 탐지), 엔진은 더 많은 먼지를 탐지할 때까지 왕복 운동을 계속한다.

- 마지막으로, 더러운 표면이 매우 심하면 (예를 들어, 5cm 이상), 엔진은 그림 8에서 설명된 간략한 청소 방식에 들어간다.

도 8에서, 거리 d는 엔진 (7)의 효과적인 흡입 크기이다.

마이크로 오디네이터로 유도되는 엔진은 먼저 얼룩 (30)의 전체 크기를 결정하기 위해 왕복운동을 하게 한다. 출발 점 (31)로 돌아와서, 그것은 얼룩의 크기에 따라 각의 오른쪽으로 회전을 하며, 얼룩 (30)의 가장자리까지 전진하고 오른쪽으로 다시 회전하기 위해 출발점 3으로 돌아온다. 얼룩의 오른쪽이 청소될 때까지 이렇게 한다 (입자를 탐지하지 않았을 때). 엔진은 오른쪽으로 이행된 증분의 합계와 같은 각 만큼 왼쪽으로 돌면서 얼룩의 축 안으로 다시 향하며 중심으로부터 그러나 왼쪽을 향해 같은 시나리오를 반복한다.

입자들이 없다는 것이 왼쪽에서 탐지되면, 그것은 중앙으로 돌아와 정상적인 진행을 계속한다.

체계적인 청소의 다른 산식들은 덜 선호되는 방식으로 채택될 수 있다 (나선형으로 코스 등...).

더러움의 정도는 장소에 따라 매우 다를 수 있기 때문에, 갑작스런 더러움의 정도가 분명 그 장소의 평균 수준보다 더 심할 때에만 앞서 설명한 도식적인 청소 과정을 시작하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 큰 범위에서 먼지 탐지기가 탐지한 먼지의 정도에 대한 전체 평균을 기억하면서 이루어진다.

먼지가 빨리 앉는 것을 막기 위해, 먼지를 털거나 먼지가 없는 공기의 흐름이 탐지기 그리고 발신자 (27), (28) 쪽으로 움직이도록 먼지 탐지 장치가 장착될 수 있다.

이 흐름은 예를 들면, 탐지기 또는 발신자 아래에 있는 구멍으로 열리는 벽 안의 관32를 통해 이끌려진다. 이와 달리, 그리고 실제로 덜 선호되는 방식으로써, 공기의 흐름은 도체에 의해 유도되며, 이는 터빈이 내뿜는 공기가 된다.

그러나 받아들여진 신호들의 폭이 줄어들 때라도 때가 묻는 일이 생길 수 있다. 이 때가 묻는 것은 탐지기로부터 나오는 두 번째 신호로 마이크로 오디네이터에 탐지된다 (광속선의 평균 강도). 마이크로 오디네이터는 읽은 것들을 자동적으로 조정하면서 이 때 묻은 것을 참작하거나, 수신기의 평균 조명을 계속 유지하도록 적외선 발신자에 작용할 수 있다.

도 9와 10은 본 발명의 다른 사용 방법에 따라 솔과 먼지 탐지장치를 갖춘 흡입 로봇의 구성요소들을 나타낸 것이다.

여기에서는 터빈 (20)과 흡입 구멍 (25)의 먼지와 공기를 흡입하기 위해 거기에 연결된 모터 (41)을 볼 수 있다. 또한 다음의 것들을 볼 수 있다 : 첫 번째 필터 (23a) 그리고 두 번째 필터 (23b), 핀, 움직이는 바퀴 (8a), (8b), 그리고 모터 감속장치 (12a), (12b), 한쌍의 작은 바퀴들 (13), 회전 솔 (24)의 모터 (48), 먼저 받이 (42), 앞 탐지기들 IR, 그리고 몸체 (90) 위의 축 받이 (91)이다. 또한 마이크로 프로세서 (44)를 지지하는 통합된 회로 카드 (43)를 설명한다. 그림 10에서는, 더 정확하게 두 개의 팔을 가진 (축 (51a), (51b)와 함께) 스프링 (50a), (50b), 그리고 모터 (12a), (12b)의 마디가 있는 버팀목 (52), (52a)를 볼 수 있다.

도 11은 로봇의 솔이 멈추는 경우 발생하는, 본 발명에 따른 산식의 예를 보여주는 도표이다.

도 12a부터 12c까지는 장애물이 있을 때 로봇의 충격점 탐지 장치에 관한 것이다. 도 12a는 횡단면도이며, 도 12b는 종단면도 그리고 도 12c는 로봇 (7)을 둘러싸는 요소들 (61), (62)를 나타낸다 (케이스 (60)은 나타나지 않는다.)

로봇의 밑부분은, 이동 면 안에서, 기본적으로 선모양의 움푹 들어간 절연 요소 (60)으로 둘러싸여 있다. 이 요소 (60)은, 내부적으로 그리고 세로로, 안쪽 면의 로봇에 대해, 바깥 부분의 풀 (63)을 통해 견고하게 결속된, 선모양의 유연한 저항 요소를 갖는다. 이 요소는 전도성 고무로 구성된 저항 요소이다. 이 저항 요소들의 양끝은 5V의 전위차가 있다. 이 저항 요소 (61)과 맞은 편에, 금속성 도체 요소 (62)를 볼 수 있는 데, 이는 경우에 따라 역시 풀로 (60)과 마찬가지로 견고하게 결속되어 있다. (60) 요소 위에서 장애물 (65)의 영향은 저항 요소 (61)과 도체 요소 (62) 가 탄력적으로 접촉하도록 유도한다. 도체 위 장력을 측정하여 거리를 결정하고 충격을 국한시킬 수 있다. 우리는 이 충격 지점 탐지 기술은 이동 로봇들의 영역에서 주로 적용된다는 것을 알게될 것이다. 어떤 적용들에서, 우리는 또한 몇몇 요소들 (60)이 서로 다른 면들 안에 있는 것을 예상할 수 있다.

본 발명은 위에서 설명된 모든 요소들에 관한 것이며, 기술자들은 이들을 따로따로 또는 결합하여 고려할 수 있을 것이다.

Claims (16)

1. 고정된 장치에 의해 발신된 적어도 하나의 지향성 적외선 광속선, 로봇 안에 통합된 마이크로 오디네이터에 연결된 적외선 발신에 대해 지향성 탐지 장치를 갖춘 이동 로봇, 기본적으로 무작위로 작업 표면 위를 이동하는 로봇, 상기 적외선 광속선 발신 방향을 향한 로봇의 이동에 따라 고정된 장치로 회귀하도록 명령하는 산식을 포함하는 마이크로 오디네이터 조정을 특징으로 하는 자동 이동 로봇 용의 고정된 장치와 관련된 유도 및 위치 결정 장치.
2. 제 1항에 있어서, 마이크로 오디네이터의 산식이, 밧데리 충전 상태와는 상관없이, 최소 작업 시간 후, 그리고 이동 로봇이 어떤 한계 보다 높은 강도를 가진 적외선 방사선을 탐지할 때, 그리고 그 한계가 작업 시간이 늘어남에 따라, 그리고 밧데리의 충전 상태가 어떤 수준 이하에 있을 때, 재충전의 고정된 장치 쪽으로 회귀하도록 유도하는 장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 마이크로오디에이터의 산식이 밧데리의 충전 상태가 미리 정해진 수준 이하일 때 재충전의 고정된 장치 쪽으로 회귀하도록 유도하는 장치.
4. 제 1항에서 3항에 있어서, 로봇이 고정된 장치 쪽으로 회귀하는 단계 동안, 그리고 밧데리의 충전 상태와 탐지된 적외선 방사의 강도에 따라, 솔과 흡입 터빈이 작동하지 않게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한항에 있어서, 고정된 장치로부터 또는 그 쪽으로 방사된 본질적으로 다른 지향성의 적어도 두 광속선들을 조종하게 하며, 낮은 지향성의 광속선 또는 광속선들은 고정된 장치 쪽으로 접근하는 데에 사용되고, 반면 높은 지향성의 광속선 또는 광속선들은 이 고정된 장치에 대해 로봇의 정확한 위치를 결정하는 최종 단계에 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한항에 있어서, 고정된 장치가 본질적으로 로봇이 이동하는 장소의 평면에서, 조정된 적외선 광속선 두 다발을 방사하고, 광속선들 중의 하나는 다른 것보다 훨씬 지향적이며, 덜 지향적인 광속선의 발신자는 상기 광속선들에 민감한 지향성 탐지기들을 내포하는 이동 로봇이 고정된 장치의 위치를 포착하고 접근할 수 있게 해주며, 탐지기들의 신호는 이동 로봇의 전진을 명령하는 마이크로 오디네이터에 의해 처리되고, 가장 낮은 지향성의 광속선 발신자는 이동 로봇이 고정된 장치 안에서 바라는 위치에 다다를 때 이동 로봇과 수직으로 있게되는 장소에서 고정된 장치 위에 있고, 높은 지향성의 광속선은 그때 상기 탐지기들에 의해 더 많이 탐지되는 경향이 있으며, 정확한 위치 결정은 이 좁은 광속선의 탐지를 토대로 한 산식에 따라 수직 축 주위를 엔진이 회전함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치 포착 및 위치 결정 장치.
7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한항에 있어서, 고정된 장치가 적어도 세 다발의 조정된 적외선 광속선들을 방사하고, 광속선들 중의 하나는 다른 두 다발보다 훨씬 더 지향적이며, 가장 낮은 지향성의 광속선 발신자는 상기 광속선들에 민감한 지향성 탐지기들을 내포하는 이동 로봇이 고정된 장치의 위치를 포착하고 접근할 수 있게 해주며, 탐지기들의 신호는 이동 로봇의 전진을 명령하는 마이크로 오디네이터에 의해 처리되고, 높은 강도의 발신자들은 광속선들이 그 장치의 바로 가까이에 있다고 생각되는 장소에서 고정 장치 위로 향하여 그 위에 있게 되고, 가장 높은 지향성의 광속선은 그때 상기 탐지기들에 의해 더 많이 탐지되는 경향이 있으며, 정확한 위치 결정은 이 좁은 광속선의 탐지를 기초로 한 산식에 따라 수직 축의 주위를 엔진이 회전함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 위치 포착 및 위치 결정 장치.
8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한항에 있어서, 가장 지향적인 적외선 광속선 발신자가 덜 지향적인 적외선 광속선 발신자보다 약한 장치.
9. 제 1항 내지 8항까지의 장치를 적용시키기에 적합한 마이크로 오디네이터를 결합하는 자동 이동 로봇.
10. 제 9항에 있어서, 적어도 하나의 회전 솔과 마이크로 오디네이터가 속도와 노정을 결정하기 위해 적어도 회전 솔의 회전 속도 측정을 고려하는 산식과 관련된 것을 특징으로 하는, 로봇의 상기 속도 및 상기 노정을 산식을 통해 조절하는 마이크로 오디네이터를 내포하는 로봇.
11. 전항에 있어서, 흡입 로봇과 관련된 것을 특징으로 하는 앞선 청구에 따른 청소 로봇
12. 전항에 있어서, 마이크로 오디네이터가 적어도, 흡입력을 결정하기 위해, 상기 회전 솔의 회전 속도 측정을 고려하는 것을 특징으로 하는 로봇.
13. 전항에 있어서, 로봇의 노정이 청소할 표면 위 입자들의 양에 따라 달라지며, 상기의 양은 흡입 로봇의 흡입 구멍 가까이에 있는 입자 분석기로 계산되고, 상기 분석기는 이동 로봇이 지니는 마이크로 오디네이터에 신호를 보내고 상기 신호들에 따라 로봇의 이동을 명령하는 것을 특징으로 하는, 바닥 청소용 무선 유도 기술을 구현하는 로봇.
14. 전항에 있어서, 마이크로 오디네이터가 이동 로봇의 속도 감소, 직선 왕복운동, 그리고 부채꼴 왕복 운동을 조정할 수 있는 로봇.
15. 제 13항 및 14항에 있어서, 마이크로 오디네이터가 멀리 떨어진 거리에서 먼지 탐지기가 탐지한 먼지 정도의 전체적인 평균을 기억하고, 측정 청소 산식을 활성화 시킴에 있어서 상기 평균을 고려하는 로봇.
16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한항에 있어서, 전체적으로 혹은 부분적으로 밑바닥 수선(carenage)의 기초를 둘러싸는 선형의 충돌 센서, 금속의 선형 도체를 내포하는 센서 그리고, 동시에, 전도성 플라스틱, 예를 들면 양끝이 다른 전위 하에 있는 전도성 고무로 된 선모양의 요소, 장애물을 만난 로봇의 충돌로 인한 순간적인 압력을 받는 전도성의 선형 요소와 유연하게 접촉하기 쉬운 플라스틱의 선형 요소를 포함하며, 전도성 요소에 관해 측정된 전류 측정치는 밑바닥 수선의 기초 위로 충격 지점을 국한하기 위해 마이크로 오디네이터에 보내진 신호인 것을 특징으로 하는 로봇.