KR20020081035A - 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법 - Google Patents

로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법이 개시된다. 외부장치와 무선으로 통신하면서 작업을 수행하는 로봇 청소기는 복수의 바퀴를 구동하는 구동부와, 주행방향에 수직한 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체상에 설치된 상방 카메라와, 소정의 주행패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 구동부를 제어하면서 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지를 분석하여 주행 경로를 보정하는 제어부를 구비한다. 이러한 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법에 의하면, 시설물 변경이 상대적으로 적은 상방의 이미지를 이용하여 위치를 인식함으로서, 위치 인식을 보다 정밀하게 할 수 있어 목적지로의 이동에러를 저감시켜 지시된 작업을 보다 원할 하게 수행 할 수 있다.

Description

로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법{Robot cleaner and system and method of controling thereof}
본 발명은 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 청소기가 주행하면서 촬상된 상방 이미지를 이용하여 주행을 조정하는 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 로봇 청소기는 본체 상에 설치된 초음파 센서를 이용하여 벽이나 장애물로 둘러싸인 청소영역의 외곽을 주행하여 청소할 영역을 결정하고, 결정된 청소 영역을 청소하기 위한 청소경로를 계획한다. 그런 다음, 바퀴의 회전수 및 회전각도를 검출하는 센서를 통해 검출된 신호로부터 주행거리 및 현재 위치를 산출하면서 계획된 청소경로를 주행할 수 있도록 바퀴를 구동시킨다. 그런데, 이러한 위치 인식방식은 청소기가 주행되는 동안 바퀴의 슬립, 바닥면의 굴곡 등에 의해 센서로 검출된 신호로부터 산출된 주행거리 및 이동 위치와 실제 주행거리 및 위치와 오차가 발생한다. 이러한 위치 인식 오차는 청소기가 주행하면 할수록 누적되게되고, 그에 따라 누적된 위치 인식 오차에 의해 주행되는 청소기가 계획된 청소 경로를 이탈 할 수 있다. 그 결과, 청소작업이 수행되지 않은 영역이 발생하거나, 동일 영역을 수회 반복 청소할 수 있어 작업 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 청소기의 현재 위치를 보다 정확하게 인식하고, 주행괘적을 용이하게 보정할 수 있도록 하여 지시된 작업을 효율적으로 수행할 수 있는 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 커버를 분리한 상태를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템을 나타내 보인 블록도이고,
도 3은 도 2의 중앙제어장치를 나타내 보인 블록도이고,
도 4는 도 1의 로봇 청소기가 실내에 위치된 상태를 나타내 보인 도면이고,
도 5는 도 4의 실내를 로봇 청소기가 주행하는 궤적을 나타내 보인 도면이고,
도 6은 도 5에 도시된 주행궤적을 따라 촬상된 이미지를 맵핑하여 생성된 영상지도의 일 예를 나타내 보인 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 8은 실내의 또 다른 천정구조의 예를 나타내 보인 도면이고,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어과정을 나타내 보인 플로우도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 로봇 청소기 11: 흡진부
12: 센서부 13: 전방 카메라
14: 상방 카메라 15: 구동부
16: 기억장치 17: 송/수신부
18: 제어부 40: 원격 제어기
41: 무선 중계기 50: 중앙 제어장치
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로봇 청소기는 외부장치와 무선으로 통신하면서 작업을 수행하는 로봇 청소기에 있어서, 복수의 바퀴를 구동하는 구동부와; 주행방향에 수직한 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체상에 설치된 상방 카메라와; 소정의 주행패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 상기 구동부를 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지를 분석하여 주행 경로를 보정하는 제어부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 제어부는 작업영역 지도 작성모드시 소정의 주행 패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 상기 구동부를 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하여 저장하고, 작업요청신호가 입력되면 상기 영상지도와 상방 카메라로부터 입력된 현재의 이미지를 비교하면서 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적하는 주행 경로에 대응되게 상기 구동부를 제어한다.
또한, 상기 제어부는 작업 요청신호가 수신될 때마다 상기 영상지도 작성을 수행한다.
상기 본체상에는 주행방향에 대향되는 이미지를 촬상할 수 있도록 설치된 전방 카메라를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 전방 카메라로부터 촬상된 전방 이미지와 상기 상방 카메라로부터 촬상된 상방 이미지를 함께 3차원적으로 맵핑시켜 영상지도를 생성하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 영상지도를 설정된 크기의 다수의 국부 셀로 분할하고, 분할된 각 국부셀상에서 특징요소를 결정하고, 결정된 특징요소를 위치 인식용 기준 좌표점으로 설정하고, 상기 특징요소는 전구, 화재 감지기, 형광등, 스피커중 적어도 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 제어부는 주행시 상기 상방 카메라로부터 촬상된 이미지로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직성성분정보를 이용하여 주행 궤적을 보정한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템은 복수의 바퀴를 구동하는 구동부와, 주행방향에 수직한 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체상에 설치된 상방 카메라를 구비한 로봇 청소기 및 상기 로봇 청소기와 무선으로 교신하는 원격 제어기를 구비하는 로봇 청소기 시스템에 있어서, 상기 원격 제어기는 상기 로봇 청소기가 소정의 주행 패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상되어 전송받은 이미지를 분석하여 주행 괘적을 보정한다.
상기 원격 제어기는 작업영역지도 작성모드시 소정의 주행 패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 상기 로봇 청소기를 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하여 저장하고, 작업요청신호가 입력되면 상기 영상지도와 상기 상방 카메라로부터 촬상되어 상기 로봇 청소기로부터 전송받은 현재의 이미지를 비교하면서 상기 로봇 청소기의 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적하는 작업이 수행될 수 있도록 상기 로봇 청소기의 작업경로를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 원격 제어기는 작업 요청신호가 수신될 때마다 상기 영상지도 작성을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 로봇 청소기의 본체상에는 주행방향에 대향되는 이미지를 촬상할 수 있도록 설치된 전방 카메라를 더 구비하고, 상기 원격 제어기는 상기 전방 카메라로부터 촬상된 전방 이미지와 상기 상방 카메라로부터 촬상된 상방 이미지를 함께 상기 로봇 청소기로부터 수신받아 3차원적으로 맵핑시킨 영상지도를 생성한다.
또한, 상기 원격 제어기는 상기 로봇 청소기 주행제어시 상기 상방 카메라로부터 촬상되어 전송된 이미지데이터로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직성성분정보를 이용하여 주행 궤적을 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어방법은 상방을 촬상할 수 있는 상방 카메라가 설치된 로봇 청소기의 제어방법에 있어서, 소정의 주행패턴에 따라 상기 로봇 청소기를 작업영역내로 작업영역내로 주행시키면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하는 단계와; 작업요청신호가 입력되면, 기억된 상기 영상지도 이미지와 상기 상방 카메라로부터 촬상된 현재의 이미지를 비교하면서 상기 로봇 청소기의 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적 위치까지의 주행 경로를 산출하는 단계와; 산출된 주행경로에 따라 상기 로봇 청소기를 주행시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상방을 촬상할 수 있는 상방 카메라가 설치된 로봇 청소기의 제어방법에 있어서, 작업영역지도 작성모드로 판단되면, 상기 로봇 청소기를 작업영역내로 주행시키면서 작업영역 지도를 작성하여 저장하는 단계와; 작업요청신호가 입력되면, 지시된 작업에 대응되는 주행경로를 산출하는 단계와; 산출된 상기 주행경로에 따라 상기 로봇 청소기를 주행시키는 단계; 및 상기 상방 카메라로부터 촬상된 이미지를 분석하여 주행 경로를 보정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 주행경로 보정단계는 상기 상방 카메라로부터 촬상된 이미지로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직선성분을 이용하여 주행경로를 보정한다
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 커버를 분리한 상태를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 본 발명에 따른 로봇 청소기 시스템을 나타내 보인 블록도이다.
도면을 참조하면, 로봇 청소기(10)는 흡진부(11), 센서부(12),전방카메라(13), 상방 카메라(14), 구동부(15), 기억장치(16), 송/수신부(17) 및 제어부(18)를 구비한다. 참조부호 19는 배터리이다.
흡진부(11)는 공기를 흡입하면서 대향되는 바닥의 먼지를 집진할 수 있도록 본체(10a) 상에 설치되어 있다. 이러한 흡진부(11)는 알려진 다양한 방식에 의해 구성될 수 있다. 일예로서, 흡진부(11)는 흡입모터(미도시)와, 흡입모터의 구동에 의해 바닥과 대향되게 형성된 흡입구 또는 흡입관을 통해 흡입된 먼지를 집진하는 집진실을 구비한다.
센서부(12)는 외부로 신호를 송출하고, 반사된 신호를 수신할 수 있도록 몸체의 측면 둘레에 소정 간격으로 배치되어 있는 장애물 검출 센서(12a)와, 주행거리를 측정할 수 있는 주행거리 검출센서(12b)를 구비한다.
장애물 검출 센서(12a)는 적외선을 출사하는 적외선 발광소자(12a1)와, 반사된 광을 수신하는 수광소자(12a2)가 수직상으로 쌍을 이루어 외주면을 따라 다수가 배열되어 있다. 또 다르게는 장애물 검출센서(12a)는 초음파를 출사하고, 반사된 초음파을 수신할 수 있도록 된 초음파 센서가 적용될 수 있다. 장애물 검출센서(12a)는 장애물 또는 벽과의 거리를 측정하는데도 이용된다.
주행거리 검출센서(12b)는 바퀴(15a 내지 15d)의 회전수를 검출하는 회전검출 센서가 적용될 수 있다. 예컨대, 회전 검출센서는 모터(15e)(15f)의 회전수를 각각 검출하도록 설치된 엔코더가 적용될 수 있다.
전방 카메라(13)는 전방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체(10a)상에 설치되어 촬상된 이미지를 제어부(18)로 출력한다.
상방 카메라(14)는 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체(10a)상에 설치되어 촬상된 이미지를 제어부(18)로 출력한다.
구동부(15)는 전방의 양측에 설치된 두 개의 바퀴(15a)(15b)와, 후방의 양측에 설치된 두 개의 바퀴(15c)(15d), 후방의 두 개의 바퀴(15c)(15d)를 각각 회전 구동시키는 모터(15e)(15f) 및 후방의 바퀴(15c)(15d)에서 발생되는 동력을 전방의 바퀴로 전달할 수 있도록 설치된 타이밍벨트(15g)를 구비한다. 구동부(15)는 제어부(18)의 제어신호에 따라 각 모터(15e)(15f)를 독립적으로 정방향/역방향 회전 구동시킨다. 방향회전은 각 모터의 회전수를 다르게 구동하면 된다.
송/수신부(17)는 송신대상 데이터를 안테나(17a)를 통해 송출하고, 안테나(17a)를 통해 수신된 신호를 제어부(18)로 전송한다.
제어부는 송/수신부(17)를 통해 수신된 신호를 처리하고, 각 요소를 제어한다. 본체(10a)상에 기기의 기능 설정을 조작하기 위한 다수의 키가 마련된 키입력장치(미도시)가 더 구비된 경우 제어부(18)는 키입력장치로부터 입력된 키신호를 처리한다.
제어부(18)는 지시된 작업에 따라 결정된 주행패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 구동부(15)를 제어하면서 상방 카메라(14)에 의해 촬상된 이미지를 분석하여 주행 경로를 보정한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제어부(18)는 영상지도 작성모드시 소정의 지도 작성 주행패턴에 따라 작업영역을 주행하도록 구동부(15)를 제어하여 상방 카메라(14)에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하여 기억장치(16)에 저장한다. 제어부(18)는 키입력장치 또는 외부로부터 무선으로 영상지도 작성모드 수행을 지시하는 신호가 입력되면, 영상지도 작성 모드를 수행하도록 설정될 수 있다. 또 다르게는 키입력장치 또는 외부로부터 무선으로 작업지시가 수신되면, 작업수행 전에 영상지도 작성모드를 수행하도록 설정될 수 있다.
제어부(18)는 영상지도 작성모드시 장애물 또는 벽으로 둘러싸인 작업영역 전체 예컨대 방안 전체를 상방 카메라(14)로 구획하여 촬상할 수 있도록 설정된 주행패턴에 따라 구동부(15)를 제어한다. 주행패턴의 예로서는 현재 위치에서 전방으로 직진시키고, 장애물 센서(12a)에 의해 벽이나 장애물이 검출되면, 이를 초기 위치로 셋팅한 다음, 이후 벽면을 따라 방의 외곽을 돌면서 초기 위치로 복귀될 때 까지 주행하도록 구동부(15)를 제어한다. 그리고 나서, 주행된 외곽라인에 의해 결정된 영역을 일정간격을 갖게 연장시킨 주행라인을 따라 주행시킨다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 결정된 작영영역(21)에 대해 계획된 주행라인(22)을 따라 주행하도록 구동부(15)를 제어한다. 이때, 주행 라인의 간격은 주행라인을 따라 청소기가 이동시 촬상되는 상방의 이미지가 상호 연속될 수 있도록 결정된다. 또한, 주행중에 찍거나 발췌하는 상방 화면은 인접된 프레임과의 중복율이 10내지 20%정도 되게 프레임 촬상 사이클을 결정하는 것이 바람직하다. 이러한 촬상 사이클 결정방식은 처음 수회 동안 촬상된 복수의 화상을 통해 촬상 사이클을 결정할 수 도 있고, 상방 카메라(14)의 시야각과 통상적인 건물내에서의 바닥면으로부터 천장까지의 이격거리를 고려하여 촬상사이클을 미리 설정하여 놓고, 설정된 촬상 사이클마다 촬상하도록 할 수 도 있다.
이러한 주행과정을 통해 상방 카메라(14)로부터 취득된 영상은 천장에 도 4와 같은 전구(31), 화재 검출기(32), 형광등(33)의 시설물이 설치된 경우 도 6에 도시된 바와 같은 시설물들에 대한 이미지가 특징화된 상방 영상지도가 제어부(18)에 제어되어 기억장치(16)에 저장된다.
바람직하게는 제어부(18)는 기억장치(16)에 저장된 영상지도를 다수의 셀로 분할하고, 각 셀에 해당하는 이미지중 특징점을 발췌하여 로봇청소기(10)의 위치인식을 쉽게 판단하기 위한 위치 인식용 기준 좌표점으로 설정하는 영상처리를 수행 한다. 예컨대, 전구(31), 화재 검출기(32), 직광형 형광등(33)이 설치된 도 4의 천장 시설물에 대해 취득된 영상에 대해 전구(31), 화재 검출기(32), 직광형 형광등(33)을 알려진 영상처리방식에 특징점으로 결정한다. 촬상된 이미지로부터의 특징점을 추출하는 영상처리방식은 알려진 다양한 방식이 적용될 수 있다. 예컨대, 촬상된 이미지에 대해 그레이 레벨로 변환한 다음 유사한 값을 갖는 픽셀점을 이어 산출된 좌표값을 특징점으로 처리하는 방식이 적용될 수 있다. 또한, 특징점들에 대한 이미지 데이터 분포 형태를 미리 기억시킨 다음, 기억된 데이터 값과 유사한 분포를 갖는 이미지 영역을 해당 특징점으로 결정하도록 해도 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어부(18)는 촬상 사이클 마다 전방 카메라(13)에 의해 촬상된 전방 이미지와 상방 카메라(14)에 의해 촬상된 상방 이미지를 함께 3차원적으로 맵핑시켜 영상지도를 생성하여 기억장치(16)에 저장한다. 이와 같이 3차원 영상지도를 작성하여 이용하게 되면 위치 인식에 대한 정밀도를 보다 높일 수 있다. 이 경우, 위치 인식시 시설물 변경이 상대적으로 적은 상방 이미지로부터 위치 인식을 먼저 처리하고, 위치 인식이 정확하게 파악되지 않을 때 전방 이미지를 참조하도록 하는 것이 바람직하다.
제어부(18)는 영상지도 작성 이후에는 작업 수행시 작성된 영상지도를 이용하여 위치를 인식한다. 즉, 제어부(18)는 키입력장치 또는 외부로부터 무선으로 작업요청신호가 입력되면, 기억된 영상지도와 상방 카메라(14) 또는 상방 카메라(14) 및 전방카메라(13)로부터 입력된 현재의 이미지를 비교하면서 로봇청소기(10)의 현 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적하는 주행 경로에 대응되게 구동부(15)를 제어한다. 여기서 작업요청신호는 청소작업 또는 카메라(13)(14)를 통한 감시작업등을 포함한다. 목적하는 주행경로를 따라 이동시에는 엔코더로부터 측정된 주행거리와 현재 촬상된 이미지와 기억된 영상지도와의 비교에 의해 인식된 현 위치를 이용하여 주행오차를 산출하고, 오차를 보상하여 목적하는 주행경로를 추적하도록 구동부(15)를 제어한다.
이상의 설명에서는 영상지도를 제어부(18)가 직접 생성하고, 생성된 영상지도를 이용하여 자체적으로 위치를 인식할 수 있는 예를 설명하였다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 로봇 청소기(10)의 영상지도 작성 및 위치 인식시 필요한 연산처리부담을 줄이기 위해 상방 영상지도 작성 및 로봇 청소기(10)의 위치 인식을 외부에서 처리하도록 로봇 청소기 시스템이 구축된다.
이를 위해 로봇 청소기(10)는 촬상된 영상정보를 외부로 무선으로 송출하고, 외부로부터 수신된 제어신호에 따라 동작하도록 구성되고, 원격제어기(40)는 로봇청소기(10)의 구동을 무선으로 제어하면서 영상지도 작성 및 로봇 청소기의 위치를인식한다.
원격제어기(40)는 무선중계기(41)와 중앙제어장치(50)를 구비한다.
무선 중계기(41)는 로봇 청소기(10)로부터 수신된 무선신호를 처리하여 유선을 통해 중앙제어장치(50)에 전송하고, 중앙제어장치(50)로부터 수신된 신호를 안테나(42)를 통해 무선으로 로봇 청소기(41)로 송출한다.
중앙제어장치(50)는 통상적인 컴퓨터로 구축되며, 그 일예가 도 3에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 중앙제어장치는 중앙처리장치(CPU)(51), 롬(ROM)(52), 램(RAM)(53), 표시장치(54), 입력장치(55), 기억장치(56) 및 통신장치(57)를 구비한다.
기억장치(56)에는 로봇 청소기(10)를 제어하며 로봇 청소기(10)로부터 전송된 신호를 처리하는 로봇 청소기 드라이버(56a)가 설치되어 있다.
로봇 청소기 드라이버(56a)는 실행되면, 로봇 청소기(10)를 제어를 설정할 수 있는 메뉴를 표시장치(54)를 통해 제공하고, 제공된 메뉴에 대해 사용자로부터 선택된 메뉴항목이 로봇 청소기에 의해 실행될 수 있도록 처리한다. 상기 메뉴는 대분류로서 작업영역지도 작성, 청소작업수행, 감시작업수행을 포함하고, 대분류에 대한 서브 선택 메뉴로서 영상지도 작성, 작업대상 영역 선택 리스트, 작업방식등 적용되는 기기에서 지원할 수 있는 다수의 메뉴가 제공되는 것이 바람직하다.
작업영역지도 또는 영상지도 작성 메뉴의 경우 영상지도 갱신 조건에 대한 서브 메뉴 예컨대, 작업수행시마다, 1주일 또는 1달과 같이 사용자가 설정한 갱신주기마다를 사용자가 설정할 수 있도록 제공되는 것이 바람직하다.
로봇 청소기 드라이버(56a)는 설정된 영상지도 작성 시기 또는 사용자에 의해 입력장치(55)를 통해 영상지도 작성 요청신호가 입력되면, 영상지도를 작성하기 위해 요구되는 작업 영역 전체의 상방 이미지를 로봇 청소기(10)로부터 수신 받을 수 있도록 로봇 청소기(10)를 앞서 설명된 바와 같이 제어한다. 로봇 청소기 드라이버(56a)는 로봇 청소기(10)를 제어하여 수신 받은 이미지를 맵핑하여 앞서 설명된 방식에 의해 영상 지도를 작성 및 작성된 영상지도를 기억장치(56)에 저장시킨다. 이 경우 로봇청소기(10)의 제어부(18)는 로봇 청소기 드라이버(56a)로부터 무선 중계기(41)를 통해 수신된 제어정보에 따라 구동부(15)를 제어하며, 영상지도 작성에 대한 연산처리부담은 생략된다. 그리고, 제어부(18)는 주행중에 일정 사이클로 촬상된 상방 이미지를 무선 중계기(41)를 통해 중앙제어장치(50)로 전송한다. 로봇 청소기 드라이버(56a)는 전방이미지와 상방이미지를 함께 맵핑하여 영상지도를 작성하도록 할 수 있음은 물론이다.
이러한 방식에 의해 동작되는 로봇 청소기의 위치 인식방법을 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 영상지도 작성모드를 수행해야하는 지를 판단한다(단계 100).
영상지도 작성모드로 판단되면, 작업영역내 상방 전체의 이미지를 촬상할 수 있도록 로봇 청소기(10)를 주행시킨다(단계 110).
주행과정에서 상방 카메라(14)에 의해 촬상된 상방 이미지(및 전방 이미지)를 작업영역과 대응되게 맵핑시켜 영상지도를 작성하고, 작성된 영상지도를 기억장치(16)(56)에 저장시킨다(단계120).
이후 작업명령이 수신되었는지를 판단한다(단계130).
작업명령이 수신된 것으로 판단되면, 현재 상방 카메라(14)로부터 수신된 상방 이미지와 기억된 영상지도 이미지를 비교하여 로봇 청소기(10)의 위치를 인식한다(단계 140). 단계140에서 영상지도가 전방 이미지에 대한 정보를 갖고 있는 경우 현재의 전방 이미지도 위치 인식판단에 이용할 수도 있다.
그런 다음 인식된 현 위치로부터 수신된 작업명령에 대응되는 작업장소 또는 작업경로로 이동하기 위한 주행경로를 산출한다(단계150).
그리고 나서, 산출된 주행경로에 따라 로봇 청소기(10)를 주행시킨다.(단계 160).
이후, 작업이 완료 되었는지를 판단한다(단계 170). 여기서의 작업은 주행이 수행되는 작업 예컨대 목적지로의 이동 또는 청소대상 경로를 주행하면서 하는 청소작업을 말한다. 작업이 완료 되지 않은 것으로 판단되면, 작업이 완료하기 전까지 단계 140 내지 160을 반복한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 천장이 직교형 윤곽을 갖는 시설물로 시설된 경우 이를 촬상하여 주행경로에 대한 보정 연산처리부담을 보다 완하시키도록 로봇청소기를 구동하는 방안을 적용한다.
예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이 직사각형 석고보드(34)를 어레이시켜 천장이 마감처리되어 있거나, 직관형 형광등 기구(35)가 다수 설치된 경우에 이러한 직선윤곽을 제공하는 천장환경을 이용하여 주행에러를 보정하도록 제어부(18) 및/또는 원격제어기(40)가 구축된다.
이를 위해 제어부(18)는 주행시 상방 카메라(14)로부터 촬상된 이미지로부터 통상적으로 알려진 경계선 검출 영상처리방식에 따라 직선성분을 추출하고, 추출된 직성성분정보를 이용하여 주행 궤적을 보정한다.
바람직하게는 일정시간 또는 일정거리에 대해 엔코더로부터 검출된 주행에러량을 보정하고, 이후 상방 카메라로부터 촬상된 이미지의 직선성분을 이용하여 주행에러 즉 직진성을 보정하는 것을 단위 보정 주기로 하여 반복적으로 적용한다.
즉, 주행궤적에러량을 먼저 엔코더로 검출하여 산출하고, 산출된 에러량에 따라 목표하는 주행궤적으로 복귀하도록 제어부(18)는 구동부(15)를 제어하고, 이후 상방 카메라(14)로부터 촬상된 이미지데이터를 분석하여 추출된 직선성분의 방향정보를 이용하여 로봇 청소기(10)의 궤도 이탈 에러량을 산출하여 주행에러를 보정한다.
이러한 방식은 앞서 설명된 로봇 청소기 시스템에도 그대로 적용될 수 있다.
여기서 경계선 검출 영상처리방식은 소벨 알고리즘(Sobel Algorithm), 나바티아 바부 알고리즘(Navatiark Babu Algorithm)등 알려진 다양한 방식이 적용될 수 있다.
이렇게 상방 이미지로부터 직선성분을 추출하여 주행에러를 보정하는 로봇 청소기 제어과정을 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 작업영역 지도 작성모드를 수행해야하는 지를 판단한다(단계 200).
작업영역지도 작성모드로 판단되면, 작업영역내로 로봇 청소기(10)를 주행시킨다(단계 210).
작업영역 지도작성모드에 대한 로봇 청소기 주행패턴은 앞서 설명된 예에서와 같이 현재 위치에서 전방으로 직진시키고, 장애물 센서(12a)에 의해 벽이나 장애물이 검출되면, 이를 초기 위치로 셋팅한 다음, 이후 벽면을 따라 방의 외곽을 돌면서 초기 위치로 복귀될 때 까지 주행하도록 구동부(15)를 제어한다. 그리고 나서, 주행된 외곽라인에 의해 결정된 영역을 일정간격을 갖게 연장시킨 주행라인을 따라 주행시킨다. 이러한 주행과정에서 검출된 주행괘적 정보 및 장애물에 대한 정보를 이용하여 작업영역 지도를 작성하고, 작성된 작업영역 지도를 저장한다(단계 220). 또 다르게는 앞서 설명된 영상지도 작성모드와 동일한 방식으로 작업영역 지도를 작성하여 저장하여도 된다.
이후 작업명령이 수신되었는지를 판단한다(단계230).
작업명령이 수신된 것으로 판단되면, 수신된 작업명령에 대응되는 작업장소 또는 작업경로로 이동하기 위한 주행경로를 산출한다(단계240).
그리고 나서, 산출된 주행경로에 따라 로봇 청소기(10)를 주행시킨다.(단계 250).
로봇 청소기 주행과정에서 상방 카메라(14)로부터 촬상된 이미지로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직선성분 정보를 이용하여 주행에러를 보정한다(단계 260). 여기서 상방 카메라(14)로부터 촬상된 이미지를 분석하는 과정은 이미지처리부담을 완하시키기 위해 설정된 주기마다 수행하는 것이 바람직하다.
이러한 과정에 따라 로봇 청소기(10)를 주행시키면서 작업이 완료 되었는지를 판단한다(단계 170). 작업이 완료 되지 않은 것으로 판단되면, 작업이 완료하기전까지 단계 240 내지 260을 반복한다.
지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 청소기와 그 시스템 및 제어방법에 의하면, 시설물 변경이 상대적으로 적은 상방의 이미지를 이용하여 위치를 인식함으로서, 위치 인식을 보다 정밀하게 할 수 있어 목적지로의 이동에러를 저감시켜 지시된 작업을 보다 원할 하게 수행 할 수 있다.

Claims (17)

  1. 외부장치와 무선으로 통신하면서 작업을 수행하는 로봇 청소기에 있어서,
    복수의 바퀴를 구동하는 구동부와;
    주행방향에 수직한 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체상에 설치된 상방 카메라와;
    소정의 주행패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 상기 구동부를 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지를 분석하여 주행 경로를 보정하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 작업영역 지도 작성모드시 소정의 주행 패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 상기 구동부를 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하여 저장하고, 작업요청신호가 입력되면 상기 영상지도와 상방 카메라로부터 입력된 현재의 이미지를비교하면서 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적하는 주행 경로에 대응되게 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 작업 요청신호가 수신될 때마다 상기 영상지도 작성을 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 본체상에는 주행방향에 대향되는 이미지를 촬상할 수 있도록 설치된 전방 카메라를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 전방 카메라로부터 촬상된 전방 이미지와 상기 상방 카메라로부터 촬상된 상방 이미지를 함께 3차원적으로 맵핑시켜 영상지도를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 영상지도를 설정된 크기의 다수의 국부 셀로 분할하고, 분할된 각 국부셀상에서 특징요소를 결정하고, 결정된 특징요소를 위치 인식용 기준 좌표점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 특징요소는 전구, 화재 감지기, 형광등, 스피커중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    주행시 상기 상방 카메라로부터 촬상된 이미지로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직성성분정보를 이용하여 주행 궤적을 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  8. 복수의 바퀴를 구동하는 구동부와, 주행방향에 수직한 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 본체상에 설치된 상방 카메라를 구비한 로봇 청소기 및 상기 로봇 청소기와 무선으로 교신하는 원격 제어기를 구비하는 로봇 청소기 시스템에 있어서,
    상기 원격 제어기는 상기 로봇 청소기가 소정의 주행 패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상되어 전송받은 이미지를 분석하여 주행 괘적을 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 원격 제어기는
    작업영역지도 작성모드시 소정의 주행 패턴에 따라 작업영역내를 주행하도록 상기 로봇 청소기를 제어하면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하여 저장하고, 작업요청신호가 입력되면 상기 영상지도와 상기 상방 카메라로부터 촬상되어 상기 로봇 청소기로부터 전송받은 현재의 이미지를 비교하면서 상기 로봇 청소기의 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적하는 작업이 수행될 수 있도록 상기 로봇 청소기의 작업경로를 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 원격 제어기는 작업 요청신호가 수신될 때마다 상기 영상지도 작성을 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 로봇 청소기의 본체상에는 주행방향에 대향되는 이미지를 촬상할 수 있도록 설치된 전방 카메라를 더 구비하고,
    상기 원격 제어기는 상기 전방 카메라로부터 촬상된 전방 이미지와 상기 상방 카메라로부터 촬상된 상방 이미지를 함께 상기 로봇 청소기로부터 수신받아 3차원적으로 맵핑시킨 영상지도를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 원격 제어기는 상기 영상지도를 설정된 크기의 다수의 국부 셀로 분할하고, 분할된 각 국부셀상에서 특징요소를 결정하고, 결정된 특징요소를 위치 인식용 기준 이미지로 설정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 특징요소는 전구, 화재 감지기, 형광등, 스피커중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 원격 제어기는 상기 로봇 청소기 주행제어시 상기 상방 카메라로부터 촬상되어 전송된 이미지데이터로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직성성분정보를 이용하여 주행 궤적을 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기 시스템.
  15. 상방을 촬상할 수 있는 상방 카메라가 설치된 로봇 청소기의 제어방법에 있어서,
    소정의 주행패턴에 따라 상기 로봇 청소기를 작업영역내로 작업영역내로 주행시키면서 상기 상방 카메라에 의해 촬상된 이미지로부터 상방 영역에 대한 영상지도를 생성하는 단계와;
    작업요청신호가 입력되면, 기억된 상기 영상지도 이미지와 상기 상방 카메라로부터 촬상된 현재의 이미지를 비교하면서 상기 로봇 청소기의 위치를 인식하고, 인식된 위치로부터 목적 위치까지의 주행 경로를 산출하는 단계와;
    산출된 주행경로에 따라 상기 로봇 청소기를 주행시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어방법.
  16. 상방을 촬상할 수 있는 상방 카메라가 설치된 로봇 청소기의 제어방법에 있어서,
    작업영역지도 작성모드로 판단되면, 상기 로봇 청소기를 작업영역내로 주행시키면서 작업영역 지도를 작성하여 저장하는 단계와;
    작업요청신호가 입력되면, 지시된 작업에 대응되는 주행경로를 산출하는 단계와;
    산출된 상기 주행경로에 따라 상기 로봇 청소기를 주행시키는 단계와;
    상기 상방 카메라로부터 촬상된 이미지를 분석하여 주행 경로를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 주행경로 보정단계는
    상기 상방 카메라로부터 촬상된 이미지로부터 직선성분을 추출하고, 추출된 직선성분을 이용하여 주행경로를 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어방법.
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