KR20060094619A - 로봇 청소기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 로봇 청소기는 본체를 청소면 상면에서 이동시키는 주행구동유닛과, 청소면의 영역을 검출하는 청소영역검출유닛, 및 청소영역검출유닛을 통해 검출된 정보를 기초로 각 청소영역의 형상에 대응하는 나선형 청소 주행 궤적을 산출하고, 주행구동유닛에 그 산출된 청소 주행 궤적에 대응하는 청소 주행 신호를 출력하는 중앙처리유닛,을 포함한다. 이러한 구성을 통해서, 각 청소 영역의 형상에 따라 청소 주행 궤적을 가변 적용 시킬 수 있게 되어 청소 영역 커버율을 향상시키는 이점이 있다.
로봇, 청소기, 청소, 주행, 궤적, 가변, 청소영역, 사각 나선형,

Description

로봇 청소기 및 그 제어 방법{Robot cleaner and method of control thereof}
도 1은 종래의 랜덤 청소 방식의 예를 도시한 도면
도 2는 종래의 패턴 청소 방식의 일 예를 도시한 도면으로서, 일본공개특허공보(특허출원공개번호 특개평5-161577, 공개일 : 평성 5년(1993) 6월 29일, 청소로봇)에 개시된 예를 나타낸 도면,
도 3은 도 2의 구성을 통해 행해지는 청소 주행 패턴을 나타내는 도면,
도 4A~4C는 종래 기술을 따른 동심원 나선형태의 청소 주행 궤적을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 따른 로봇 청소기의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예를 따른 로봇 청소기의 개략적인 블럭도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예를 따른 로봇 청소기의 청소 동작을 설명하기 위한 순서도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 로봇 청소기의 제어방법을 도시한 순서도, 그리고,
도 9A ~ 9C는 본 발명을 따를 청소 주행 궤적이 청소 영역에 적용된 예를 나 타내는 도면들이다.
[도면의 주요 부분에 대한 설명]
100 : 로봇 청소기 110 :청소유닛
150 : 주행구동유닛 230 : 메모리
310 : 청소영역검출유닛 311 : 청소영역검출센서
313 : 청소영역검출구동부 330 : 중앙처리유닛
331 : 판단유닛 333 : 청소주행신호처리유닛
본 발명은 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 청소 주행 궤적을 사각 나선형으로 하되, 청소면의 형상에 따라 청소 주행 궤적을 가변하여 적용토록 하는 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근에 가정용 로봇이 새로운 시장을 형성하고, 그 규모가 커져 가고 있다. 특히, 로봇 청소기의 경우 이미 시장에 여러 제품이 출시되어 경쟁중이다.
로봇 청소기에 있어서, 중요한 점은 얼마나 빈틈없이 모든 영역을 청소할 수 있느냐 하는 것인데, 이를 해결하기 위하여 로봇 청소기가 청소하고자 하는 영역을 빈틈없이 청소하기 위해서는 스스로 청소 영역을 인식하고 청소가 된 부분과 청소가 되지 않은 부분을 구별하여 청소가 되지 않은 영역을 빈틈없이 청소하도록 해야 한다.
로봇 청소기의 청소방법은 랜덤 청소 방식(random sweeping method) 과, 패턴 청소 방식(pattern sweep method)으로 구분된다.
도 1은 종래의 랜덤 청소 방식의 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 부호(11a)는 청소 영역을 나타내고, 부호(11b)는 랜덤 청소 궤적을 나타낸다. 랜덤 청소방식은 아무런 규칙성이 없이 청소 영역을 이동하면서 청소를 수행하는 것으로서, 회전하는 공이 벽에 부딪히면 V자형으로 튕겨 나오는 형태로 청소를 수행하는 것이다. 그러나, 이와 같은 랜덤 청소 방식은 확률적으로 거의 전 영역에 걸쳐서 청소를 수행할 수 있지만, 모든 영역을 확실히 청소한다고 보기는 어렵다.
도 2는 종래의 패턴 청소 방식의 일 예를 도시한 도면으로서, 일본공개특허공보(특허출원공개번호 특개평5-161577, 공개일 : 평성 5년(1993) 6월 29일, 청소로봇)에 개시된 예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 구성을 통해 행해지는 청소 주행 패턴을 나타낸다.
도 2,3을 참조하면, 청소 로봇은 본체를 이동시키는 주행조타수단(3)과 주행거리를 검출하는 주행거리검출수단(5)과, 본체방향을 검출하는 방향검출수단(4)과, 주행거리검출수단(5)과 방향검출수단(4)의 신호를 받아서 주행조타 (steering)수단(3)에 주행신호를 출력하는 판단처리수단(8)과 청소면을 청소하는 청소수단(2)과, 본체 전체에 전력을 공급하는 전원(1)과, 주행거리설정수단(6)과, 유턴 횟수를 설정하는 횟수설정수단(7)을 구비하고, 방향검출수단(4)과 주행조타수단(3)을 이용해서 직진 이동하고, 방향검출수단(4)과 주행조타수단(3)을 이용해서 유턴하고, 그 유턴 횟수와 직진이동거리가 소정 치에 도달하는 것을 판단하여서 청소 작업을 실행하도록 된 것이다. 도 3에서 미설명부호 18은 청소 로봇 본체를 나타내고, 부호 19는 주행 궤적을 나타낸다.
그러나, 상술한 바와 같은 일본공개특허공보에 개시된 로봇 청소기 역시 단순히 줄무늬 형의 주행 패턴으로 이루어짐에 따라 그 청소 영역을 효과적으로 커버할 수 없는 문제점이 여전히 존재한다.
따라서, 종래에는 청소 주행 패턴을 동심원형 나선 형태를 적용하도록 된 것이 사용되었다.
도 4A~4C는 종래 기술을 따라 동심원 나선형태의 청소 주행 패턴을 도시한 도면이다.
도 4A~4C를 참조하면, 동심원 형태의 나선으로 그려지는 청소 주행 패턴이 도시된다. 도면에서 부호(10)는 청소 로봇 본체를 나타내고, 부호(11a)는 동심원형 나선형태의 청소 주행 궤적을 나타내고 E1, E2는 미청소 영역을 나타낸다.도 4A~4C를 참조하면, 청소 주행 패턴이 동심원 형태를 이룸에 따라 동일 직경의 영역만을 커버한다. 따라서, 청소 영역을 커버하는 부분이 한정되어 미청소 영역(E1,E2)이 발생하는 문제점이 여전히 존재함을 알 수 있다.
그에 대하여 좀더 설명하면, 도 4A에 도시된 바와 같이 청소 영역이 정사각형인 경우에는 청소 영역 커버율을 높은 편이나, 도 4B 및 도 4C와 같이 청소 영역이 직사각형인 경우에는 미청소 영역(E1, E2)이 발생하는 것을 볼 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 청소 주행 패턴을 사각 나선형으로 하고, 그 청소 주행 패턴을 청소 영역에 따라 다르게 변경 적용하여 청소 적용 영역을 넓게 확보할 수 있도록 하는 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 두 번째 목적은 상술한 로봇 청소기를 이용하여 사각 나선형의 주행 궤적을 이루며 청소하는 로봇 청소기의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 제안된 본 발명의 제 1 관점을 따르면, 본체를 청소면 상면에서 이동시키는 주행구동유닛; 상기 청소면의 영역을 검출하는 청소영역검출유닛; 및 상기 청소영역검출유닛을 통해 검출된 정보를 기초로 각 청소영역의 형상에 대응하는 나선형 청소 주행 궤적을 산출하고 상기 주행구동유닛에 상기 청소 주행 궤적에 대응하는 청소 주행 신호를 출력하는 중앙처리유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기가 제공된다.
상기 주행 궤적은 사각 나선형으로 함이 바람직하며, 상기 사각은 직사각 또는 정사각으로 함이 바람직하다.
상기 중앙처리유닛은 상기 청소영역검출유닛으로부터 검출 신호를 받아서 해당하는 청소 영역을 판단하는 판단유닛;및 상기 청소 영역에 대응하는 청소 주행 궤적을 산출하고, 상기 주행구동유닛에 상기 청소 주행 궤적에 대응하는 청소 주행 신호를 출력하는 청소주행신호처리유닛;을 포함함이 바람직하다.
상기 청소 영역 검출은 청소를 하는 도중 또는 청소 초기에 이루어지도록 함 이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점을 따르면, 청소 영역을 검출하는 단계; 상기 검출된 청소 영역에 대응하는 나선형 청소 주행 궤적을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 청소 주행 궤적신호를 출력하여 청소를 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법이 제공된다.
여기서, 청소 영역을 검출하는 단계에 앞서서 초기 청소 동작을 행하는 단계가 추가될 수 있다.
상기 나선형 청소 주행 궤적은 사각 나선형으로 하는 것이 바람직하며, 상기 사각을 직사각 또는 정사각으로 하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 좀더 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 따른 로봇 청소기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 로봇청소기(100)는 본체(101), 청소유닛(110), 청소영역검출유닛(310), 주행구동유닛(150), 주행거리검출유닛(170), 중앙처리유닛(330), 배터리(210), 조작유닛(230) 등으로 구성된다.
본체(101)는 예컨대, 원형을 이루며, 본체(101)에는 청소면의 먼지 또는 이물질을 집진할 수 있도록 청소유닛(110)이 설치된다. 청소유닛(110)은 청소면의 먼지 또는 이물질을 집진할 수 있도록 본체(101)에 설치된다. 청소유닛(110)은 예컨대, 청소면의 먼지 또는 이물질을 흡입하기 위한 흡입브러쉬 및 흡입관과, 흡입력 을 발생시키는 흡입모터 및 흡입된 먼지 또는 이물질을 집진하는 집진실로 구성된다.
본체(101)의 전면에는 장애물 예컨대, 벽면을 감지하여 청소 영역을 검출하기 위한 청소영역검출유닛(310)이 설치된다. 청소영역검출유닛(310)은 예컨대, 벽면을 검출하는 청소영역검출센서(311)로 구성된다. 청소영역검출센서(311)는 적외선을 출사하는 적외선 발광소자와, 반사된 광을 수신하는 수광소자가 수직 상으로 쌍을 이루는 광센서(311a)가 될 수 있다. 또한, 초음파를 출사하고, 반사된 초음파를 수신할 수 있도록 된 초음파 센서(미도시)가 적용될 수 있다. 또 다르게는 본체(101)의 전면 원주를 따라 설치되어 장애물을 감지하는 범프 센서(311b)로 할 수도 있다. 범프 센서(311b)는 주행시 범퍼에 장애물이 접촉되면 범퍼 내부의 텍트 스위치가 활성화되어 장애물을 감지하도록 할 수 있다.
본체(101)에는 로봇 청소기(100)의 주행 바퀴를 제어하기 위한 주행구동유닛(150)이 설치된다. 주행구동유닛(150)은 왼쪽바퀴(151L)와 오른쪽바퀴(151R)를 각각 구동하는 왼쪽바퀴모터(153L) 및 오른쪽바퀴모터(153R)로 구성된다. 이러한 구성을 통해서 중앙처리유닛(330)의 신호를 받아서 왼쪽바퀴(151L) 및 오른쪽바퀴(151R)의 방향이 변동되면서 청소 주행 궤적을 따라 이동한다.
이에 더하여, 주행거리검출유닛(170)으로 왼쪽바퀴모터(153L) 및 오른쪽바퀴모터(153R)의 회전상태를 감지하는 왼쪽바퀴엔코더(171L) 및 오른쪽바퀴엔코더(171R)가 구성된다.
본체(101)의 내부에는 로봇 청소기(100)의 전반적인 동작을 제어하는 중앙 처리 유닛 (330:central processing unit)이 설치되고, 외부충전장치로부터 전원을 충전하였다가 로봇 청소기(100)를 구동시키는 데 필요한 전원을 공급하는 배터리(210)가 구성된다.
또한, 본체(101)에는 사용자의 조작에 따라 로봇 청소기의 조작 조건을 중앙처리유닛(330)으로 입력시키는 조작유닛(230)이 추가로 구성된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예를 따른 로봇 청소기의 개략적인 블럭도이다.
도 6을 참조하면, 청소유닛(110), 청소영역검출유닛(310), 주행구동유닛(150), 주행거리검출유닛(170), 중앙처리유닛(330), 배터리(210), 조작유닛(230), 메모리(250), 통신부(270)로 구성된다.
청소유닛(110)은 예컨대, 중앙처리유닛(330)의 청소신호를 받아서, 흡입모터(113)를 구동시키는 흡입모터구동부(111)와, 흡입모터(113)의 구동력을 전달받아 구동하는 흡입브러쉬(115)로 구성된다.
청소영역검출유닛(310)은 로봇 청소기(100)의 전면에 위치한 장애물, 예컨대 벽면을 감지하여 중앙처리유닛(330)으로 입력하는 것으로, 중앙처리유닛(330)의 신호를 받아서 청소영역검출센서(311)를 구동시키는 청소영역검출구동부(313)로 구성된다. 여기서, 청소영역검출센서(311)는 청소 초기에 벽면을 따라 주행하여 청소 영역을 인식하도록 할 수 있다. 또는 청소 도중 장애물을 인식하여 청소 영역을 인식하도록 할 수 있다. 청소영역검출센서(311)는 예컨대, 광센서, 초음파 센서, 범프 센서 등이 적용될 수 있다.
주행구동유닛(150)은 중앙처리유닛(330)의 주행신호를 받아서, 왼쪽바퀴모터 (155L) 및 오른쪽바퀴모터(155R)로 구동신호를 출력하여 왼쪽바퀴(151L) 및 오른쪽 바퀴(151R)를 구동시키는 왼쪽바퀴모터구동부(153L) 및 오른쪽바퀴모터구동부(153R)로 구성된다.
주행거리검출유닛(170)은 로봇 청소기(100)의 주행거리를 중앙처리유닛(190)로 입력하는 것으로, 왼쪽바퀴모터(155L) 및 오른쪽바퀴모터(155R)의 회전수를 체크하는 왼쪽바퀴엔코더(171L) 및 오른쪽바퀴엔코더(171R)로 구성된다.
중앙처리유닛(330)은 로봇 청소기(100)의 전반적인 청소 동작을 제어하는 것으로, 청소영역검출유닛(310)을 통해 청소면 영역을 판단하는 판단유닛(331)과, 판단유닛(331)의 정보를 기초로 로봇 청소기(100)의 청소 주행 궤적을 산출하여 주행구동유닛(150)에 청소 주행 궤적 신호를 출력하는 청소주행신호처리유닛(333)으로 구성된다. 여기서, 청소 주행 궤적은 나선형이 바람직하며, 사각 나선형으로 함이 더욱 바람직하다. 이는 청소 영역을 보다 효과적으로 커버 할 수 있기 때문이다. 이에 더하여, 중앙처리유닛(330)은 주행거리검출유닛(170)인 왼쪽바퀴엔코더(171L) 및 오른쪽바퀴엔코더(171R)을 통해 전달받은 왼쪽바퀴모터(155L) 및 오른쪽바퀴모터(155R)의 회전수를 기초로 주행 거리를 계수하는 거리계수유닛(335)이 추가로 구성된다.
조작유닛(230)은 로봇 청소기의 각 동작을 제어하기 위한 것으로, 각종 조스위치가 마련된다.
메모리(250)는 중앙처리유닛(330)에 내장 또는 외장되어 있는 메모리로서 로봇 청소기(100)의 전체적인 동작을 제어하기 위한 메모리이다. 예컨대, EPROM(erasable programmable read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), RAM(random access memory)등이 있다.
통신부(270)는 로봇 청소기(100)의 내부의 데이터를 송출하거나, 수신된 외부 데이터를 중앙처리유닛(190)에 전송한다.
배터리(210)는 외부충전장치로부터 전원을 충전하였다가 로봇 청소기(100)를 구동시키는 데 필요한 전원을 공급한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예를 따른 로봇 청소기의 청소 동작을 설명하기 위한 순서도다.
도 6,7을 참조하면, 먼저, 소정의 초기 청소 동작(S100)을 한다.
여기서, 그 청소 동작은 조작유닛(230)을 통해 청소 시작 신호가 입력되면, 중앙처리유닛(330)은 청소유닛(110)에 구동신호를 출력함과 동시에 주행구동유닛(150)에 구동신호를 출력한다. 중앙처리유닛(330)으로부터 흡입모터구동부(111)로 구동신호가 출력되면, 흡입모터구동부(111)는 흡입모터(113)를 구동하여 흡입브러쉬(115)를 동작시킨다. 이때, 흡입브러쉬(115)를 통해 청소면의 먼지 또는 이물질이 흡입되고, 집진실로 이동된다. 한편, 이와 동시에 중앙처리유닛(190)으로부터 좌측바퀴모터구동부(153L) 또는 우측바퀴모터구동부(153R)로 구동신호가 출력되면, 좌측바퀴모터(155L) 또는 우측바퀴모터(155R)가 구동되어 좌측바퀴(151L) 또는 우측바퀴(151R)를 청소 주행 궤적을 따라 구동하여 소정의 청소 동작을 행한다.
상술한 바와 같이 청소 동작을 행하는 동안 중앙처리유닛(330)은 청소영역검출구동부(313)로 청소 영역 검출 신호를 출력하고, 청소영역검출센서(311)를 동작 시켜 청소 영역을 검출(S300)한다.
이어, 청소영역검출센서(311)를 통해 중앙처리유닛(330)으로 청소 영역 대한 검출 신호가 입력되면, 중앙처리유닛(330)의 판단유닛(331)은 그 청소 영역의 형상을 판단하고, 판단유닛(331)의 판단 결과를 기초로 청소주행신호처리유닛(333)은 그에 대응하는 청소 주행 궤적을 산출한 후 주행구동유닛(150)에 청소 주행 신호를 출력한다(S500). 여기서, 청소 주행 궤적은 사각 나선형으로 되며, 청소 영역에 따라 직사각형 나선형 또는 정사각형 나선형을 취하게 된다. (도 9A ~ 도 9C참조.)
다음, 청소주행신호처리유닛(333)을 통해 신호를 전달받은 주행구동유닛(150)은 청소 주행 궤적신호를 따라 청소 영역에 대응하는 형태로 주행하여 일련의 청소 동작(S700)을 행한다.
이후, 청소 완료 여부를 판단하여 청소가 완료되었음이 판단되면, 청소 동작을 완료하고, 청소동작이 완료되지 않았음이 판단되면 단계(S700)를 반복 수행한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 로봇 청소기의 제어방법을 도시한 순서도다.
도 7을 참조하면, 청소 영역을 검출하는 것을 청소 동작이 실시되기 전 초기 단계에서 이루어지도록 구성된다. 즉, 도 6의 방법에서는 청소를 행하는 도중 청소 영역을 검출하도록 된 것이며, 도 7은 청소를 행하기 전(S100)에 미리 청소 영역을 검출(S1100)하도록 된 것이 다르다. 따라서, 도 7과 동일한 과정에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 로봇 청소기에 의하면, 청소 주행 패턴을 사각 나선형으로 하되, 그 청소 주행 패턴을 청소 영역에 대응하도록 가변 적용함에 따라 청소 효율을 향상시키는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 본체를 청소면 상면에서 이동시키는 주행구동유닛;
    상기 청소면의 영역을 검출하는 청소영역검출유닛; 및
    상기 청소영역검출유닛을 통해 검출된 정보를 기초로 각 청소영역의 형상에 대응하는 나선형 청소 주행 궤적을 산출하여 상기 주행구동유닛에 청소 주행 신호를 출력하는 중앙처리유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 청소 주행 궤적은 사각 나선형인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리유닛은 상기 청소영역검출유닛으로부터 검출 신호를 받아서 해당하는 청소 영역을 판단하는 판단유닛;및
    상기 주행구동유닛에 상기 판단유닛을 통해 판단된 청소 영역에 대응하는 청소 주행 궤적을 산출하고, 상기 주행구동유닛에 상기 청소 주행 궤적에 대응하는 청소 주행 신호를 출력하는 청소주행신호처리유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 사각은 직사각 또는 정사각인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 청소 영역 검출은 청소를 하는 도중 또는 청소 초기에 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  6. 청소 영역을 검출하는 단계;
    상기 검출된 청소 영역에 대응하는 나선형 청소 주행 궤적을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 청소 주행 궤적신호를 출력하여 청소를 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 청소 주행 궤적은 사각 나선형으로 하는 것을 특징 으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 사각을 직사각 또는 정사각으로 하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 청소 영역을 검출하는 전 단계에 초기 청소를 행하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
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