KR20040087579A - Obstacle detection apparatus for mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동로봇의 장애물 인식장치에 관한 것으로, 특히 회전 가능한 장치에 하나 이상의 초음파 센서를 구비하여, 장애물의 형상과 위치에 관계없이 원거리 및 근거리에 위치한 장애물을 정밀하게 인식할 수 있도록 한 이동로봇의 장애물 인식장치에 관한 것이다.The present invention relates to an obstacle recognition device of a mobile robot, and in particular, a rotatable device is provided with one or more ultrasonic sensors, so that the mobile robot can accurately recognize the obstacles located in the far and near regardless of the shape and position of the obstacle. It relates to an obstacle recognition device of.
일반적으로, 이동로봇은, 자체에 부착된 다수의 초음파센서에서 초음파를 발생하여, 반사되는 초음파를 탐지하여 거리를 탐지하거나 방향을 감지한다.In general, the mobile robot generates ultrasonic waves from a plurality of ultrasonic sensors attached thereto, and detects the reflected ultrasonic waves to detect a distance or a direction.
이동로봇의 대표적인 예인 로봇청소기는, 사용자의 조작 없이도 청소하고자하는 구역내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소한다.A robot cleaner, which is a representative example of a mobile robot, automatically cleans an area to be cleaned by inhaling foreign substances such as dust from the floor surface while driving itself in the area to be cleaned without a user's manipulation.
즉, 로봇 청소기는 거리 및 방향을 탐지하는 다수의 초음파센서를 통해 청소구역 내에 설치된 가구나 사무용품, 벽 등의 장애물까지의 거리를 판별하여, 로봇 청소기의 좌륜모터와 우륜모터를 선택적으로 구동시킴으로써, 스스로 방향을 전환해 가면서 청소구역을 청소한다.That is, the robot cleaner determines the distance to the obstacles such as furniture, office supplies, and walls installed in the cleaning area through a plurality of ultrasonic sensors detecting the distance and direction, and selectively drives the left and right wheel motors of the robot cleaner. Clean the cleaning area by changing direction.
도 1은 일반적인 로봇 청소기를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1의 개략도이다.1 is a longitudinal cross-sectional view showing a general robot cleaner, Figure 2 is a schematic diagram of FIG.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 로봇 청소기는 청소기 본체(1)의 내측에 흡입력을 발생시키기 위한 팬 모터(2)가 장착되어 있고, 그 팬 모터(2)의 전방에는 팬 모터(2)에 의해 흡입되는 먼지나 오물을 집진하는 필터(3)가 내장된 필터 컨테이너(4)가 착,탈가능하게 설치되어 있다.As shown therein, the conventional robot cleaner is equipped with a fan motor 2 for generating a suction force inside the cleaner body 1, and in front of the fan motor 2 by the fan motor 2. A filter container 4 having a built-in filter 3 for collecting dust and dirt to be sucked in is detachably installed.
그리고, 상기 필터 컨테이너(4)의 전면에는 흡입되는 먼지나 오물이 흡입되는 흡입관(5)이 연통되도록 설치되어 있고, 그 흡입관(5)의 하단부에는 바닥(6)의 먼지나 오물을 쓸어 올리기 위한 브러쉬(7)가 회전가능하게 설치된 흡입헤드(8)가 구비되어 있다.In addition, the front of the filter container (4) is installed so that the suction pipe (5) is sucked in the dust or dirt sucked in, the lower end of the suction pipe (5) for sweeping up the dust or dirt of the bottom (6) The suction head 8 is provided with the brush 7 rotatably installed.
또한, 상기 팬 모터(2)의 하측에는 정,역회전이 가능한 한쌍의 구동바퀴(9)가 일정간격으로 두고 설치되어 있고, 상기 흡입헤드(8)의 후위에는 청소기 본체 (1)의 후위를 지지하도록 보조바퀴(10)가 설치되어 있다.In addition, a pair of drive wheels 9 capable of forward and reverse rotation are provided below the fan motor 2 at regular intervals, and behind the suction head 8 is a rear of the cleaner body 1. Auxiliary wheel 10 is installed to support.
그리고, 상기 청소기 본체(1)의 후면에는 충전단자(11)를 구비한 충전단자부(12)가 설치되어 있고, 실내의 벽면(13)에 설치된 전원단자부(14)에는 충전단자부 (12)에 접속될 수 있도록 접속단자(15)가 구비되어 있어서, 충전단자(11)가 접속단자(15)에 접속된 상태에서 본체(1) 내측의 충전 밧데리(16)에 충전을 할 수 있도록 되어 있다.In addition, a charging terminal unit 12 having a charging terminal 11 is installed at a rear surface of the cleaner main body 1, and a charging terminal unit 12 is connected to a power terminal unit 14 provided at a wall surface 13 of the room. The connection terminal 15 is provided so that the charging battery 16 inside the main body 1 can be charged while the charging terminal 11 is connected to the connection terminal 15.
또한, 상기 청소기 본체(1)의 전면 중앙부에는 초음파를 송수신하는 초음파센서(17)가 설치되어 있고, 그 초음파센서(17)의 좌,우측에, 초음파를 송신한후 반사되는 초음파를 수신하여 장애물을 감지하거나 목표물과의 거리를 측정하기 위한 다수개의 초음파센서(31~35)가, 도2와 같이 일정간격으로 이격되어 설치되어 있다.In addition, an ultrasonic sensor 17 for transmitting and receiving ultrasonic waves is provided at the front center of the cleaner body 1, and the ultrasonic waves 17 are transmitted to the left and right sides of the ultrasonic sensor 17 to receive ultrasonic waves that are reflected and obstruct the obstacle. A plurality of ultrasonic sensors 31 to 35 for sensing the distance or measuring the distance to the target are installed at regular intervals as shown in FIG. 2.
그리고, 상기 전원단자부(14)의 하측에는 충전단자부(12)를 전원단자부(14)쪽으로 유도하기 위한 광신호를 발광하는 발광부(19)가 설치되어 있고, 상기 충전단자부(12)의 하측에는 상기 발광부(19)에서 발광되는 광신호를 수광할 수 있도록 수광부(20)가 설치되어 있다.A light emitting unit 19 for emitting an optical signal for guiding the charging terminal unit 12 toward the power terminal unit 14 is provided below the power terminal unit 14, and below the charging terminal unit 12. The light receiving unit 20 is installed to receive the light signal emitted from the light emitting unit 19.
도면중 미설명 부호 21은 제어수단이고, 22는 배기구이다.In the figure, reference numeral 21 denotes a control means, and 22 denotes an exhaust port.
상기와 같은 구성되어 있는 종래의 로봇 청소기를 이용하여 청소를 할때는, 사용자가 동작버튼을 누르면 충전 밧데리(16)의 전원이 팬 모터(2)에 인가되어 팬 모터(2)가 구동이 되어 지는데, 그와 같이 구동되어지는 팬 모터(2)에 의해 필터 컨테이너(4)에 흡입력이 발생되고, 그 흡입력에 의해 바닥(6)의 먼지나 오물이 흡입헤드(8)로 흡입된 후, 흡입관(5)을 통하여 필터(3)에서 포집되어 진다.When cleaning using a conventional robot cleaner configured as described above, when the user presses the operation button, the power of the charging battery 16 is applied to the fan motor 2 to drive the fan motor 2, A suction force is generated in the filter container 4 by the fan motor 2 driven as described above, and dust or dirt on the bottom 6 is sucked into the suction head 8 by the suction force. Is collected by the filter (3).
또한, 제어수단(21)의 제어신호에 의해 구동바퀴(9)를 구동시켜서 청소기 본체(1)를 이동시킴에 따라 일정영역의 청소가 자동으로 이루어지게 된다.In addition, the cleaning of a predetermined area is automatically performed by moving the cleaner body 1 by driving the driving wheel 9 by the control signal of the control means 21.
한편, 자동청소를 수행하는 동안 충전 밧데리(16)의 전압레벨이 도시 생략된 전압감지부를 통해 감지되고, 제어수단(21)에서 전압감지부를 통해 감지된 충전 밧데리(16)의 전압레벨이 설정된 소정레벨 이하로 되면 제어수단에 의해 자동청소기의 청소가 정지되는 한편, 제어수단(21)은 현재위치를 내부 메모리에 기억시킨 다음, 메모리에 저장되어 있는 복귀조정에 의해 청소기를 복귀시키기 위한 제어신호를 발생한다.Meanwhile, while the automatic cleaning is performed, the voltage level of the charging battery 16 is detected through the voltage detecting unit (not shown), and the voltage level of the charging battery 16 detected by the voltage sensing unit in the control unit 21 is set. When the level is below the level, the cleaning of the automatic cleaner is stopped by the control means, while the control means 21 stores the current position in the internal memory, and then returns a control signal for returning the cleaner by the return adjustment stored in the memory. Occurs.
따라서, 제어수단(21)의 제어신호에 의해 청소기 본체(1)가 전원단자부(14)측으로 이동되고, 청소기 본체(1)가 전원단자부(14)의 근처에 이르면, 전원단자부 (14)의 하측에 설치된 발광부(19)에서 발광되는 광신호가 충전단자부(12)의 하측에 설치된 수광부(20)에서 수광되고, 그 수광부(20)에서 수광되는 광신호에 의해 제어수단이 구동바퀴(9)를 구동제어함으로써, 충전단자부(12)가 전원단자부(14)측으로 접근된다.Therefore, when the cleaner main body 1 moves to the power supply terminal part 14 by the control signal of the control means 21, and the cleaner main body 1 approaches the power supply terminal part 14, the lower side of the power supply terminal part 14 is carried out. The optical signal emitted from the light emitting unit 19 installed in the light receiving unit 20 is received by the light receiving unit 20 provided below the charging terminal unit 12, and the control means controls the driving wheel 9 by the optical signal received from the light receiving unit 20. By the drive control, the charging terminal portion 12 approaches the power supply terminal portion 14 side.
그 다음, 충전단자부(12)의 충전단자(11)가 전원단자부(14)의 접속단자(15)에 접촉이 되고, 전원단자부(14)에 의해 공급되어지는 전원에 의해 청소기 본체(1) 내의 충전 밧데리(16)의 충전이 이루어진다.Then, the charging terminal 11 of the charging terminal unit 12 is brought into contact with the connection terminal 15 of the power supply terminal unit 14, and the inside of the cleaner main body 1 by the power supplied by the power supply terminal unit 14. The charging battery 16 is charged.
이때, 상술한 종래 로봇 청소기는, 상기 청소기 본체의 외주면을 따라 다수의 초음파센서(31~35)를 구비하여, 그 다수의 초음파센서(31~35)에서 발생하는 초음파가 목표물에 의해 반사되면, 그 반사되는 초음파를 수신함으로써, 장애물을 감지하거나 거리를 측정한다.In this case, the above-described conventional robot cleaner includes a plurality of ultrasonic sensors 31 to 35 along the outer circumferential surface of the cleaner body, and when ultrasonic waves generated by the plurality of ultrasonic sensors 31 to 35 are reflected by a target, By receiving the reflected ultrasonic waves, it detects obstacles or measures the distance.
이때, 상기 다수의 초음파센서(31~35)는 이동 로봇의 외주면이 고정되어 있음으로 인하여 장애물의 형상과 위치에 따라, 장애물을 인식하지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 있고, 또한 상술한 이동로봇은 직진운동 및 로봇본체의 수직축을 중심으로 회전운동을 수행하여 주변의 장애물을 인식하므로 전력소모가 증가되는 문제점이 있다.In this case, the plurality of ultrasonic sensors 31 to 35 have a problem in that the obstacle may not be recognized depending on the shape and position of the obstacle because the outer circumferential surface of the mobile robot is fixed. There is a problem in that power consumption is increased because it recognizes obstacles around it by performing a linear motion and a rotational motion about the vertical axis of the robot body.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 회전 가능한 장치에 하나 이상의 초음파 센서를 구비하여, 장애물의 형상과 위치에 관계없이 원거리 및 근거리에 위치한 장애물을 정밀하게 인식할 수 있도록 한 이동로봇의 장애물 인식장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and provided with at least one ultrasonic sensor in the rotatable device, regardless of the shape and position of the obstacle, the movement so as to accurately recognize the obstacle located in the far and near Its purpose is to provide a robot obstacle recognition device.
도1은 일반적인 로봇 청소기를 보인 종단면도Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a typical robot cleaner
도2는 도1에 있어서, 다수의 초음파센서가 부착된 모습을 보인 개략도.2 is a schematic view showing a state in which a plurality of ultrasonic sensors are attached to FIG.
도3은 본 발명 이동로봇의 장애물 인식장치에 대한 구성을 보인 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration for the obstacle recognition apparatus of the present invention mobile robot.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명********** Description of the symbols for the main parts of the drawings *****
50:회전부재 51,52,53:초음파센서50: rotating member 51, 52, 53: ultrasonic sensor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동 로봇에 있어서, 로봇 본체의 중심 수직축을 기준으로 소정각도를 가지면서 회전되고, 상기 로봇 본체의 중심 수직축과 소정각도로 기울어지며, 단부에 하나이상의 초음파센서를 설치하여 자체 회전함으로써, 상기 하나이상의 초음파센서의 위치를 변경하여 원거리 및 근거리의 장애물을 인식하도록 하는 회전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the mobile robot, is rotated with a predetermined angle with respect to the central vertical axis of the robot body, inclined at a predetermined angle with the central vertical axis of the robot body, at least one end By installing an ultrasonic sensor to rotate itself, it is characterized in that it further comprises a rotating member to change the position of the one or more ultrasonic sensors to recognize obstacles in the far and near.
이하, 본 발명에 의한 이동로봇의 장애물 인식장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the operation and effects of the obstacle recognition apparatus of the mobile robot according to the present invention will be described in detail.
도3은 본 발명 이동로봇의 장애물 인식장치에 대한 구성을 보인 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of the obstacle recognition apparatus of the present invention mobile robot.
도3에 도시한 바와같이, 본 발명 이동로봇의 장애물 인식장치는 로봇본체(1)의 중심 수직축(30)을 기준으로 소정각도를 가지면서 회전되고, 상기 로봇 본체(1)의 중심 수직축과 소정각도로 기울어지며, 단부에 하나 이상의 초음파센서 (51,52,53)를 설치하여 자체 회전함으로써, 상기 하나 이상의 초음파센서 (51 ,52 ,53)의 위치를 변경하여 원거리 및 근거리의 장애물을 인식하도록 하는 회전부재 (50)를 더 포함하여 구성한다.As shown in Figure 3, the obstacle recognition device of the mobile robot of the present invention is rotated at a predetermined angle with respect to the central vertical axis 30 of the robot body 1, and the predetermined vertical axis and the central vertical axis of the robot body (1) Tilt at an angle, and by installing one or more ultrasonic sensors (51, 52, 53) at the end to rotate itself, to change the position of the one or more ultrasonic sensors (51, 52, 53) to recognize the obstacles in the far and near range It further comprises a rotating member 50 to.
이와같이 구성한 이동로봇의 장애물 인식 동작을 설명하면, 이동 로봇은 목적지로 직진 운동을 수행하면서, 회전부재(50)를 로봇 본체(1)의 중심축을 기준으로 소정각도로 회전하여, 그 회전부재(50)의 단부에 부착된 하나 이상의 초음파센서(51,52,53)에 의해 전방위의 장애물에 대한 정보를 수집한다.Referring to the obstacle recognition operation of the mobile robot configured as described above, the mobile robot rotates the rotating member 50 at a predetermined angle with respect to the central axis of the robot body 1 while performing a straight motion to the destination, and the rotating member 50. Information about obstacles in all directions is collected by one or more ultrasonic sensors 51, 52, and 53 attached to the ends of the panel.
이때, 상기 회전부재(50)는, 자체의 회전축을 기준으로 회전하여 초음파 센서(51,52,53)의 높낮이 위치를 가변함으로써, 원거리 및 근거리에 위치한 장애물에 대한 정보를 수집한다.At this time, the rotating member 50, by rotating based on its own rotation axis to change the height of the ultrasonic sensors (51, 52, 53), and collects information on the obstacles located in the far and near.
즉, 상기 회전부재(50)의 단부에 위치한 초음파센서(51,52,53)가 높은 위치에 있게되면, 원거리의 장애물을 인식하게 되고, 그 초음파센서(51,52,53)가 낮은 위치에 있게 되면 근거리의 장애물을 인식하게 된다.That is, when the ultrasonic sensors 51, 52, and 53 positioned at the end of the rotating member 50 are in a high position, the obstacles of a long distance are recognized, and the ultrasonic sensors 51, 52, and 53 are located at a low position. If you do, you will recognize obstacles in the near field.
다시 말해서, 본 발명은, 로봇 본체(1)의 중심 수직축(30)을 기준으로 소정각도를 가지면서 회전되고, 상기 로봇 본체(1)의 중심 수직축(30)과 소정각도로 기울어지며, 단부에 하나 이상의 초음파센서(51,52,53)가 설치되어 자체 회전하는 회전부채를 로봇 본체(1)의 소정의 위치에 부착함으로써, 로봇이 직진운동을 수행하면서도 전방위의 장애물을 인식할뿐만 아니라, 회전부재(50)의 자체회전에 의해 원거리 및 근거리의 장애물도 인식하게 된다.In other words, the present invention is rotated at a predetermined angle with respect to the central vertical axis 30 of the robot body 1, inclined at a predetermined angle with the central vertical axis 30 of the robot body 1, One or more ultrasonic sensors 51, 52, and 53 are installed to attach a rotating fan that rotates itself to a predetermined position of the robot body 1, so that the robot not only recognizes obstacles in all directions while performing a straight motion, but also rotates. Self-rotation of the member 50 also recognizes obstacles in the far and near range.
상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.The specific embodiments or examples made in the detailed description of the present invention are intended to clarify the technical contents of the present invention to the extent that they should not be construed as limited to these specific embodiments and should not be construed in consultation. Various changes can be made within the scope of.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 로봇본체의 중심수직축을 중심으로 회전부채가 회전함으로써, 전방위에 대한 장애물의 인식을 로봇의 직진운동만으로 가능하므로 전력 소비를 감소시키는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has the effect of reducing the power consumption by rotating the rotation fan about the central vertical axis of the robot body, so that the recognition of obstacles for all directions can be performed only by the robot's straight motion.
또한, 회전부재가 자체적으로 회전함으로써, 원거리 및 근거리의 장애물을 인식하므로 동일 평면상에 위치하지 않는 장애물에 대한 위치정보도 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, since the rotating member itself rotates, the obstacles in the far and near ranges are recognized, so that position information on obstacles not located on the same plane can be obtained.
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- 2003-04-08 KR KR1020030022024A patent/KR20040087579A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J121 | Written withdrawal of request for trial |