KR20070045469A - 이동로봇의 충전대 복귀 시스템 - Google Patents

이동로봇의 충전대 복귀 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동로봇에 관한 것으로 보다 상세하게는 충전대로부터 거리별로 서로 다르게 발신되는 안내 신호를 통해 정확하고 신속하게 이동로봇이 충전대로 복귀할 수 있는 이동로봇의 충전대 복귀 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 시스템은 서로 다른 신호를 각각의 영역으로 발산하되, 그 각각이 소정 시간 주기로 발신 거리를 달리하는 다수의 안내 신호를 발산하는 충전대와; 상기 충전대로부터 발산되는 안내 신호를 수신하여 충전대의 방향과 거리 정보를 산출하고, 산출된 방향과 거리 정보를 통해 충전대로 복귀하는 이동로봇;을 포함한다.
이동로봇, 청소로봇, 충전대, 적외선

Description

이동로봇의 충전대 복귀 시스템{Returning system to charging station for moving robot}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 시스템을 개략적으로 도시한 개요도이다.
도 2는 도 1에 따른 충전대를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구동 전원 조절 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 안내 신호 발신부에 의해 발신되는 안내 신호의 발신 거리별 발신 타이밍을 개략적으로 도시한 타이밍도이다.
도 5는 도 1에 따른 이동로봇의 일례인 청소로봇을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 충전대로부터 발신 거리별로 다르게 발신되는 안내 신호를 수신하는 타이밍을 개략적으로 나타낸 타이밍도이다.
본 발명은 이동로봇에 관한 것으로 보다 상세하게는 충전대로부터 거리별로 서로 다르게 발신되는 안내 신호를 통해 정확하고 신속하게 이동로봇이 충전대로 복귀할 수 있는 이동로봇의 충전대 복귀 기술에 관한 것이다.
로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용되어 왔다. 이러한 로봇공학 분야는 근래에 들어 최첨단 우주개발산업에 사용되면서 발전을 거듭하여 왔고, 최근에 들어서는 인간 친화적인 가정용 로봇이 개발되기에 까지 이르렀다. 이러한 인간 친화적인 가정용 로봇의 대표적인 예가 바로 청소로봇이다.
이동로봇의 하나인 청소로봇은 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역을 스스로 구동하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 기기이다. 이 같은 청소로봇은 먼지 또는 이물질을 흡입하는 일반적인 진공 청소기의 구성 이외에 해당 청소로봇을 주행시키는 우륜 및 좌륜모터를 포함하는 주행수단과, 청소구역 내에 있는 다양한 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있도록 다수의 감지센서와, 장치 전반을 제어하는 마이컴 등으로 구성되어 있다.
한편, 이동로봇은 정해진 구역을 스스로 이동하며 임무를 수행하기 때문에 자동 충전 기능을 가지고 있다. 자동 충전기능은 이동로봇 스스로 배터리의 잔량을 파악하여 기준 값에 이르지 못할 경우 임무 수행 구역의 소정 위치에 설치된 충전대에 자동으로 복귀하여 부족한 배터리의 전원을 충전하고, 다시 작업을 재개한다.
그러나 종래의 이동로봇의 충전대 자동 복귀 방법은 충전대에 인공표식을 부 착하고, 이동로봇이 임무수행 구역의 벽면을 따라 랜덤주행을 통해 충전대에 부착된 표식을 감지하게 함으로써 충전대의 위치를 판단하고 복귀시키는 방법이다.
그러나 이와 같은 방법은 이동로봇의 벽면을 따라 랜덤주행에 의한 것이므로, 이동로봇이 위치한 지역에 따라 충전대로 복귀하는 시간이 달라진다. 이러한 벽면 랜덤주행 방식의 충전대 복귀 방법은 충전대에 부착된 인공표식을 감지하기 위한 시간이 길어질 경우 복귀중에 배터리에 저장된 전원이 모두 감소하여 그 구동을 중지하는 문제점을 가지고 있다.
또 다른 방법으로 충전대에 서로 다른 신호를 발산하는 다수의 적외선 센서를 설치하여 영역을 구분하고, 이동로봇이 소정 영역에서만 수신되는 신호를 감지하여 해당 충전대로 복귀시키는 방법이 있다.
그러나 이와 같은 방법 역시 충전대로부터 발산되는 신호로부터 충전대의 방향 정보만을 산출할 수밖에 없어 충전대까지의 거리에 따른 접근 정도를 알 수 없기 때문에 충전대와의 기구적 또는 전기적인 접촉이 일어나기까지 충전대 복귀 경로를 변경하기 힘든 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 충전대가 소정 시간 주기로 발신 거리를 서로 달리하는 안내 신호를 발산하고, 이동로봇이 해당 신호를 수신하여 효과적으로 충전대 복귀할 수 있는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템을 제공하는 데 있다.
나아가 간단한 회로만으로 전원의 세기를 조절하여 안내 신호의 발신 거리를 제어할 수 있는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 양상에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 시스템은 이동로봇이 이동 구역을 주행중 배터리의 잔량을 감지하여 충전이 필요하다고 판단될 경우 랜덤 주행하면서 충전대로부터 발산되는 안내 신호를 수신한다.
충전대로부터 발산되는 안내 신호는 각각이 서로 다른 주파수 대역을 가지며, 서로 다른 영역으로 발산되되, 소정 시간 주기로 발신 거리를 달리하는 예를 들면, 적외선 신호이다.
이동로봇은 충전대로부터 출력되는 안내 신호를 수신하여 해당 충전대가 위치한 방향과 거리 정보를 산출하고, 산출된 방향과 거리 정보를 이용하여 충전대로 복귀할 수 있도록 이동로봇의 주행수단을 제어한다.
따라서, 충전대와 이동로봇 간의 정확한 거리와 방향을 측정하고, 그에 따라 충전대로 복귀하도록 주행하게 함으로써, 더욱 빠른 시간에 효과적으로 충전대로 복귀할 수 있는 장점을 갖는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 시스템을 개략적으로 도시한 개요도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 시스템은 서로 다른 신호를 각각의 영역으로 발산하되, 그 각각이 소정 시간 주기로 발신 거리를 달리하는 안내 신호를 발산하는 충전대(100)와, 충 전대(100)로부터 발산되는 안내 신호를 수신하여 충전대(100)의 방향과 거리 정보를 산출하고, 산출된 방향과 거리 정보를 통해 충전대(100)로 복귀하는 이동로봇(200)을 포함하여 구성된다.
충전대(100)는 이동로봇(200)을 구동하는데 필요한 전원을 공급하는 배터리를 충전한다. 이동로봇(200)이 임무수행중에 배터리의 잔량을 감지하여 충전이 필요하다고 판단되면, 충전대 복귀 알고리즘에 의해 충전대(100)로 복귀하게 된다. 충전대(100)는 충전대 복귀 알고리즘에 의해 이동로봇(200)이 도킹하면, 이동로봇(200)에 전원을 공급하고, 공급된 전원은 배터리를 충전시킨다. 충전이 종료되면, 이동로봇(200)은 충전대(100)를 이탈하여 수행중이던 임무를 재개한다.
충전대(100)에 관한 설명은 도 2를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 도 1에 따른 충전대를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 충전대(100)는 예를 들면 이동로봇(200)의 임무를 수행하는 구역의 소정위치에 설치되며, 일반적인 충전대(100)의 기본적인 구성 외에 각각이 전면에 각각이 서로 다른 영역으로 발산되도록 소정 거리 이격되게 형성되며, 구동 전원의 세기에 따라 발신 거리를 달리하는 안내 신호를 발신하는 다수의 적외선 발광부(151)와, 적외선 발광부(151)와 전기적으로 연결되어 제어신호에 따라 적외선 발광부(151)로 인가되는 구동 전원의 세기를 조절하는 구동 전원 조절 회로(152)를 포함하는 안내 신호 발신부(150)와, 충전대(100) 장치 전반을 제어하며, 소정 주기마다 구동 전원 조절 회로(152)로 전류의 세기 조절에 따른 제어신호를 출력하는 제어부(160)를 포함하여 구성된다.
충전대(100)의 기본 구성은 이동로봇(200)의 도킹 여부를 감지하는 도킹 감지수단(110)과, 도킹한 이동로봇(200)의 배터리 충전을 위한 전원 단자(120)와, 예를 들면, 건물로 공급되는 상용 교류 전원을 충전대(100) 구동을 위한 전원으로 변환하여 공급하며, 이동로봇(200)의 배터리에 사용되는 상용 직류전원을 변환하여 전원 단자(120)로 공급하는 전원 공급부(130)와 이동로봇(200)의 충전 상태를 표시하는 표시수단(140)을 포함한다. 이와 같은 충전대(100)의 기본 구성은 주지의 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.
안내 신호 발신부(150)는 제어부(160)의 제어 신호에 따라 각각이 서로 다른 주파수 대역을 가지며, 서로 다른 영역으로 발산되되, 소정 시간 주기로 발신 거리를 달리하는 안내 신호를 출력한다. 적외선 발광부(151)로 인가되는 전원은 구동 전원 조절 회로(152)에 의해 조절된 구동 전류일 수 있다.
적외선 발광부(151)는 예를 들면, 적외선 발광 다이오드로 구현될 수 있으며, 제어부(160)에 의해 선택적으로 연결되는 구동 전원 조절 회로(152)를 통해 인가되는 전원의 세기에 따라 발신 거리가 다른 안내 신호를 출력한다.
구동 전원 조절 회로(152)는 적외선 발광부(151)와 전기적으로 연결되어 제어부(160)의 제어 신호에 따라 전원 공급부(130)로부터 인가되는 구동 전원으로부터 적외선 발광부(151)로 인가되는 전류의 세기를 조절하여, 발신 거리가 서로 다른 안내 신호를 출력할 수 있도록 한다. 이러한 구동 전원 조절 회로(152)는 도 3a 및 도 3b를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3a와 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구동 전원 조절 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 구동 전원 조절 회로(152)는 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(130)과 순방향으로 연결된 적외선 발광 다이오드(D)의 타단에 연결되는 제 1 저항체(R1)와, 일단이 제어부(160)의 입출력 단자와 연결되는 제 2 저항체(R2)와, 이미터가 제 1 저항체(R1)의 타단에 연결되고, 컬렉터가 그라운드와 연결되며, 베이스가 일단이 제 2 저항체(R2)의 타단에 연결되는 트랜지스터(Q)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명의 구동 전원 조절 회로(152)는 하나의 적외선 발광 다이오드(D)에 둘 이상 병렬 연결되며, 이렇게 연결된 각각의 구동 전원 조절 회로(152)의 트랜지스터(Q)의 베이스는 제어부(160)의 제어신호를 수신하여 선택적으로 적외선 발광부(151)와 연결되고, 이를 통해 적외선 발광부(151)로 인가되는 구동 전류를 조절한다.
도 3a은 두 단계의 발신 거리를 갖는 충전대의 구동 전원 조절 회로를 도시한 것이며, 도 3b은 세 단계의 발신 거리를 갖는 충전대의 구동 전원 조절 회로를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 하나 이상의 구동 전원 조절 회로(152)는 전원 공급부(130)와 순방향으로 연결된 적외선 발광 다이오드(D)와 병렬로 연결되어 있다.
각각의 구동 전원 조절 회로(152)에 구비되는 트랜지스터(Q)의 베이스는 동일한 저항값을 가지고 있는 저항체(R2)와 연결되며, 해당 저항체(R2)는 제어부(160)의 예를 들면, GPIO와 같은 입출력 단자와 연결되어 제어부(160)로부터 출력되는 제어신호에 따라 트랜지스터(Q)의 구동을 제어한다.
구동 전원 조절 회로(152)의 동작을 도 3a를 통해 설명하면, 제어부(160)는 소정 주기마다 제 1 회로와 제 2 회로와 각각 연결된 GPIO단자를 통해 제어 신호를 출력하게 되는데 이렇게 출력되는 제어신호는 트랜지스터(Q1, Q2)의 구동에 필요한 전압일 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)가 제 1 회로와 연결된 GPIO 단자로 제어신호를 출력하면, 제 1 회로의 제 1 트랜지스터(Q1)가 구동하게 되며, 전원 공급부(130)로부터 공급되는 전류는 적외선 발광 다이오드(D), 제 1 저항체(R1), 제 1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터를 잇는 경로를 통해 그라운드로 유입된다.
또한, 제어부(160)가 제 2 회로와 연결된 GPIO 단자로 제어신호를 출력하면, 제 2 회로의 제 2 트랜지스터(Q2)는 구동하게 되고, 전원 공급부(130)로부터 공급되는 전류는 적외선 발광 다이오드, 제 3 저항체(R3), 제 2 트랜지스터(Q2)의 컬렉터를 잇는 경로를 통해 그라운드로 유입된다.
이와 같이 병렬 연결된 다수의 구동 전원 조절 회로(152)를 통해 흐르는 전류의 세기는 각각의 회로에 구비되는 제 1, 3 저항체(R1, R3)에 의해 결정되는데 제 1, 3 저항체(R1, R3)의 저항값이 작으면 작을수록 많은 전류가 흐르게 된다. 예를 들어 설명하면, 제 1 회로의 제 1 저항체(R1)의 저항값이 10Ω이고 제 2 회로의 제 3 저항체(R3)의 저항값이 20Ω이고 일정한 VCC가 인가되는 경우, 제 1 회로를 통해 흐르는 전류량이 1A이면, 제 2 회로로 흐르는 전류량은 0.5A 가 된다.
따라서, 적외선 발광 다이오드(D)를 통해 발신되는 안내 신호의 발신 거리는 흐르는 전류의 세기에 비례함으로 제 1 회로에 비해 제 2 회로가 더 짧아지게 되며, 두 단계의 발신 거리를 갖는 안내 신호를 소정 주기마다 발신할 수 있다. 부가적으로 도 3b와 같이 상술한 구동 전원 조절 회로(152)를 병렬 연결을 통해 추가하여 더 세분화된 발신 거리를 갖는 안내 신호를 출력할 수 있다.
제어부(160)는 예를 들면 연산을 담당하는 마이크로프로세서(270)와, 그에 따른 연산결과 및 충전대(100)를 구동하는 운영프로그램이 저장되는 메모리(260)와, 마이크로프로세서(270) 구동을 위한 클럭 펄스를 제공하는 펄스발생기와 같은 회로들이 하나의 칩에 구현된 마이크로 컨트롤러로 구성될 수 있으며, 소정 알고리즘에 따라 소정 시간 주기로 구동 전원 회로에 순차적으로 제어신호를 출력한다.
제어부(160)의 제어에 따라 적외선 발광부(151)에 의해 출력되는 안내 신호의 발신 거리별 타이밍은 도 4와 같다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 안내 신호 발신부에 의해 발신되는 안내 신호의 발신 거리별 발신 타이밍을 개략적으로 도시한 타이밍도이다. 도시된 바와 같이, 안내 신호 발신부(150)는 제어부(160)의 제어신호에 따라 소저 주기마다 서로 다른 발신 거리를 갖는 안내 신호를 출력하고, 이동로봇(200)은 이를 수신하여 충전대(100)의 방향과 거리 정보를 산출할 수 있다. 즉, 도면 4에서 신호 D는 발신 거리가 짧은 근거리 신호이며, 신 호 E는 발신 거리가 긴 장거리 신호이다.
이동로봇(200)은 탑재된 프로그램에 따라 정해진 구역을 스스로 이동하면서 임무를 수행한다. 상용화된 대표적인 예로 청소로봇(200)을 들 수 있으며, 청소로봇(200)은 정해진 구역을 자유롭게 주행하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 이동로봇(200)이다.
본 발명에 따른 이동로봇(200)은 도 3을 통해 상세히 설명하기로 하며, 아울러 본 발명의 이동로봇(200)을 그 일례인 청소로봇(200)으로 가정하여 설명하기로 한다.
도 5는 도 1에 따른 이동로봇의 일례인 청소로봇을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 청소로봇(200)은 그 기본 구성 이외에 안내 신호 발신부(150)로부터 출력되는 안내 신호를 수신하여 출력하는 신호 수신부(270)와, 청소로봇(200) 장치 전반을 제어하며, 신호 수신부(270)로부터 출력되는 안내 신호를 수신하여 충전대(100)의 방향과 거리 정보를 산출하고, 충전대(100)로 복귀하도록 제어신호를 출력하는 마이컴을 포함하여 구성된다.
청소로봇(200)의 기본 구성을 살펴보면 청소구역 내의 먼지 또는 이물질을 감지하는 먼지 감지센서를 포함하고, 먼지 감지센서에 의해 감지된 먼지 또는 이물질을 흡입하는 흡입수단(210)과, 흡입수단(210)에 의해 집진 된 먼지 및 이물질을 수납하는 먼지수납수단(220)과, 청소로봇(200)을 주행시키는 주행수단(230)과, 흡입수단(210) 및 주행수단(230)에 구동 전원을 공급하는 배터리(240)와, 소정 주기 마다 배터리(240)의 잔량을 감지하여 그 값이 소정 값 이하일 경우 배터리 충전 요청 신호를 출력하는 배터리 감지회로(250)와, 청소로봇(200)의 구동 프로그램이 저장되며, 안내 신호로부터 산출된 충전대(100)의 방향과 거리 정보가 메모리(260)를 포함한다.
이러한 청소로봇(200)의 기본 구성중 흡입수단(210), 먼지수납수단(220), 배터리(240) 및 배터리 감지회로(250)는 이미 주지된 구성이 될 수 있어 그 상세한 설명은 생략한다.
메모리(260)는 예를 들면, EEPROM 또는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 소자로 구성되며, 청소로봇(200)의 구동을 위한 운영 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 충전대(100)로부터 출력된 안내 신호를 통해 산출된 방향 정보와 거리 정보를 저장한다. 이렇게 메모리(260)에 저장된 운영 프로그램과 충전대(100)의 방향 정보와 거리 정보는 마이컴에 의해 엑세스 제어된다.
신호 수신부(270)는 예를 들면, 충전대(100)로부터 발신되는 적외선 신호와 같은 안내 신호를 수신하는 적외선 수신부로 구현될 수 있으며, 수신된 안내 신호를 제어부(160)로 출력한다.
주행수단(230)은 마이컴으로부터 출력되는 제어신호에 따라 우륜 및 좌륜모터(231, 232)를 구동시켜 청소로봇(200)을 주행시킨다. 주행수단(230)의 우륜 및 좌륜모터(231, 232)는 청소로봇(200)을 주행시키는 좌/우 바퀴와 연결되어 있다. 따라서, 우륜 및 좌륜모터(231, 232)의 회전속도와 회전 방향에 따라 청소로봇 (200)은 전후좌우로 주행한다.
마이컴은 청소로봇(200) 장치 전반을 제어하며, 주행수단(230)의 동작을 제어하는 주행 제어부(281)와, 신호 수신부(270)로부터 출력되는 안내 신호를 통해 충전대(100)의 방향 정보를 산출하는 방향 산출부(282)와, 산호 수신부로부터 서로 다른 발신 거리를 가지는 안내 신호로부터 충전대(100)와의 거리 정보를 산출하는 거리 산출부(283)와, 방향 산출부(282)와 거리 산출부(283)로부터 출력되는 충전대(100)의 방향 정보와 거리 정보를 이용하여 충전대(100)로 복귀하도록 주행 제어부(281)로 제어신호를 출력하는 충전대 복귀 처리부(284)를 포함한다.
주행 제어부(281)는 청소로봇(200)의 운영 프로그램으로부터 출력되는 제어명령에 따라 청소로봇(200)을 주행시키는 주행수단(230)을 제어한다.
방향 산출부(282)는 신호 수신부(270)에 의해 수신되는 안내 신호의 주파수를 분석하여 해당 청소로봇(200)이 충전대(100)를 중심으로 어느 방향에 위치해 있는지 판단하여 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 충전대(100)는 다수의 적외선 발광부(151)가 구비되어 있어 서로 다른 주파수를 가진 신호를 각각의 영역으로 발산한다. 예를 들어 설명하면, 400Hz의 주파수를 갖는 적외선은 충전대(100)를 중심으로 오른쪽 영역에 발산되고, 300Hz의 주파수를 갖는 적외선은 충전대(100)를 중심으로 왼쪽 영역에 발산되며, 충전대(100)의 중심은 두 개의 적외선이 중첩되게 발신된다.
따라서 방향 산출부(282)는 신호 수신부(270)에 의해 수신되는 안내 신호의 주파수를 확인하여 청소로봇(200)의 위치가 충전대(100)를 중심으로 어느 영역에 위치하는지 판단하여 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
즉, 400Hz의 주파수를 가진 적외선 신호가 수신될 경우 방향 산출부(282)는 현재 청소로봇(200)이 충전대(100)를 중심으로 오른쪽 구역에 위치하고 있음을 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
또한, 300Hz의 주파수를 가진 적외선 신호가 수신될 경우 방향 산출부(282)는 현재 청소로봇(200)이 충전대(100)를 중심으로 왼쪽 구역에 위치하고 있음을 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
거리 산출부(283)는 충전대(100)의 안내 신호 발신부(150)를 통해 소정 주기별로 발신 거리를 달리하는 다수의 안내 신호를 이용하여 거리를 산출하여 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 충전대(100)에 구비된 각각의 적외선 발광부(151)는 정해진 주파수를 가진 적외선 신호를 인가되는 구동 전원의 세기에 따라 서로 다른 발신 거리를 갖는 안내 신호를 출력한다. 예를 들어 설명하면, 제 1 시간 동안에는 1M의 발신 거리를 갖는 안내 신호를 출력하고, 제 2 시간 동안에는 2M의 발신 거리를 갖는 안내 신호를 소정 주기로 반복 발신한다.
이에 따라 거리 산출부(283)는 두 신호의 수신 여부를 이용하여 충전대(100)와의 거리를 측정하여 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
거리 산출부(283)에 의해 산출되는 거리 정보는 도 6을 통해 보다 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 충전대로부터 발신 거리별 로 다르게 발신되는 안내 신호를 수신하는 타이밍을 개략적으로 나타낸 타이밍도이다. 도시된 바와 같이, 충전대(100)는 서로 다른 발신 거리를 갖는 안내 신호를 소정 시간을 주기로 반복적으로 출력한다. 이에 청소로봇(200)의 신호 수신부(270)는 안내 신호를 수신하여 거리 산출부(283)로 출력한다. 거리 산출부(283)는 신호 수신부(270)를 통해 수신되는 안내 신호의 수신 시간을 이용하여 거리 정보를 산출한다.
충전대(100)는 서로 다른 발신 거리를 가진 안내 신호를 시간 간격을 두고 출력하는데, 충전대(100)로부터 발신되는 신호중 신호 D는 근거리의 발신 거리를 갖는 안내 신호의 발신 타이밍이고, 신호 E는 장거리의 발신 거리를 갖는 안내 신호의 발신 타이밍이다.
이렇게 발신되는 안내 신호는 청소로봇(200)의 신호 수신부(270)에 의해 수신되며, 신호 수신부(270)는 안내 신호의 수신 시간에 따른 신호를 거리 산출부(283)로 출력된다. 거리 산출부(283)는 신호 수신부(270)로부터 출력되는 신호의 수신 시간에 따라 거리 정보를 산출한다.
예를 들어 설명하면, t0부터 t1까지 신호가 수신되고, 시간 지연이 거의 없이 다시 t1부터 t2까지 연속적으로 안내 신호가 수신되는 경우(신호 F) 즉, 근거리의 발신 신호와 장거리의 발신 신호가 모두 함께 수신되는 경우에 거리 산출부(283)는 충전대(100)와 도킹 가능한 구역에 위치하였음을 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
또한, t0부터 t1까지 신호가 수신되지 않고 t1부터 t2에서만 안내 신호가 수 신되는 경우 즉, 장거리의 발신 신호만이 수신되는 경우(신호 G), 거리 산출부(283)는 충전대(100)와의 거리가 장거리 이격되었음을 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
즉, 거리 산출부(283)는 근거리와 장거리 안내 신호가 모두 수신되는 지역의 경우 충전대(100)와 도킹 가능한 지역으로 판단하고, 두 신호중 하나의 신호만이 감지되는 경우에는 충전대(100)와의 이격거리를 장거리로 판단하여 그 판단결과를 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
충전대 복귀 처리부(284)는 배터리 감지회로(250)로부터 출력되는 배터리 충전 요청에 따라 신호 수신부(270)의 구동에 따른 제어신호를 출력하며, 방향 산출부(282)와 거리 산출부(283)로부터 출력되는 방향 정보와 거리 정보를 수신하여 메모리(260)에 저장하고, 해당 방향으로 청소로봇(200)이 주행하도록 주행 제어부(281)로 제어신호를 출력한다.
또한, 거리 산출부(283)를 통해 출력되는 거리 정보가 충전대(100)와의 도킹 가능 지역에 위치하였을 경우 메모리(260)에 저장되어 구동되는 운영 프로그램의 충전대(100)와 도킹 알고리즘에 따라 충전대(100)와 도킹하도록 주행 제어부(281)로 제어 신호를 출력한다.
이와 같은 충전대 도킹 알고리즘은 이미 주지의 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 과정을 설명하기로 한다. 사용자가 이동로봇(200)의 구동 명령을 입력하면, 이동로봇(200)은 메모리 (260)에 저장된 운영 프로그램을 구동함으로써, 정해진 구역을 주행하면서 임무를 수행한다.
임무 수행중에 배터리 감지회로(250)는 소정 주기마다 배터리 전원을 감지하여 그 잔량이 소정 값 이하일 경우 충전대 복귀 처리부(284)로 배터리 충전 요청 신호를 출력한다.
충전대 복귀 처리부(284)는 배터리 충전 요청에 따라 신호 수신부(270)의 구동에 따른 제어 신호를 출력하고, 신호 수신부(270)는 충전대(100)로부터 발신되는 안내 신호를 수신한다. 안내 신호가 수신되지 않는 구역에 이동로봇(200)이 위치할 경우 충전대 복귀 처리부(284)는 소정의 주행 알고리즘을 통해 랜덤 주행하면서 충전대(100)로부터 발신되는 안내 신호가 수신되는 구역으로 이동할 수 있도록 주행 제어부(281)로 제어신호를 출력한다.
신호 수신부(270)에 의해 안내 신호가 수신되면, 신호 수신부(270)는 수신된 안내 신호를 방향 산출부(282)와 거리 산출부(283)로 출력한다. 방향 산출부(282)는 신호 수신부(270)에 의해 수신되는 안내 신호의 주파수를 분석하여 해당 이동로봇(200)이 충전대(100)를 중심으로 어느 방향에 위치해 있는지 판단하여 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
또한, 거리 산출부(283)는 거리 산출부(283)는 근거리와 장거리 안내 신호가 모두 수신되는 지역의 경우 충전대(100)와 도킹 가능한 지역으로 판단하고, 두 신호중 하나의 신호만이 감지되는 경우에는 충전대(100)와의 이격거리를 장거리로 판단하여 그 판단결과를 충전대 복귀 처리부(284)로 출력한다.
충전대 복귀 처리부(284)는 방향 산출부(282)와 거리 산출부(283)로부터 출력되는 방향 정보와 거리 정보를 수신하여 메모리(260)에 저장하고, 해당 방향으로 청소로봇(200)이 주행하도록 주행 제어부(281)로 제어신호를 출력한다.
또한, 거리 산출부(283)를 통해 출력되는 거리 정보가 충전대(100)와의 도킹 가능 지역에 위치하였을 경우 메모리(260)에 저장되어 구동되는 운영 프로그램의 충전대(100)와 도킹 알고리즘에 따라 충전대(100)와 도킹하도록 주행 제어부(281)로 제어 신호를 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 시스템은 충전 대로부터 발신되는 각각이 서로 다른 주파수 대역을 가지며, 서로 다른 영역으로 발산되되, 소정 시간 주기로 발신 거리를 달리하는 안내 신호를 통해 충전대와 이동로봇 간의 정확한 거리와 방향을 측정하고, 그에 따라 충전대로 복귀하도록 주행하게 함으로써, 보다 빠른 시간에 효과적으로 충전대로 복귀할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 저항체와 트랜지스터를 이용한 회로만으로 전원의 세기를 조절하여 안내 신호의 발신 거리를 제어할 수 있어, 간단한 신호 체계와 회로만으로 효과적인 충전대 복귀가 가능한 장점을 갖는다.
이상에서 본 발명은 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명되었지만 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자라면 자명하게 도출 가능한 많은 변형 예들을 포괄하도록 의도된 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되 어져야 한다.

Claims (7)

  1. 서로 다른 신호를 각각의 영역으로 발산하되, 그 각각이 소정 시간 주기로 발신 거리를 달리하는 다수의 안내 신호를 발산하는 충전대와;
    상기 충전대로부터 발산되는 안내 신호를 수신하여 충전대의 방향과 거리 정보를 산출하고, 산출된 방향과 거리 정보를 통해 충전대로 복귀하는 이동로봇;
    을 포함하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전대가:
    각각이 전면에 각각이 서로 다른 영역으로 발산되도록 소정 거리 이격되게 형성되며, 소정 시간 주기로 구동 전원의 세기에 따라 발신 거리를 달리하는 안내 신호를 발신하는 다수의 적외선 발광부와, 상기 적외선 발광부와 전기적으로 연결되어 제어신호에 따라 상기 적외선 발광부로 인가되는 구동 전원의 세기를 조절하는 구동 전원 조절 회로를 포함하는 안내 신호 발신부와;
    상기 충전대 장치 전반을 제어하며, 소정 주기마다 상기 구동 전원 조절 회로로 전류의 세기 조절에 따른 제어신호를 출력하는 제어부;
    를 포함하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 구동 전원 조절 회로가:
    구동 전원을 공급하는 전원 공급부와 순방향으로 연결된 상기 적외선 발광부 의 타단에 연결되는 제 1 저항체와;
    일단이 상기 제어부의 입출력 단자와 연결되는 제 2 저항체와;
    이미터가 상기 제 1 저항체의 타단에 연결되고, 컬렉터가 그라운드와 연결되며, 베이스가 일단이 상기 제 2 저항체의 타단에 연결되는 트랜지스터;
    를 포함하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구동 전원 조절 회로가:
    서로 다른 저항값을 갖는 제 1 저항체를 구비하며, 상기 적외선 발광부에 둘 이상 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이동로봇이:
    상기 이동로봇을 주행시키는 주행수단과;
    상기 신호 발신부로부터 출력되는 안내 신호를 수신하여 출력하는 신호 수신부와;
    상기 이동로봇 장치 전반을 제어하며, 상기 신호 수신부로부터 출력되는 안내 신호를 수신하여 상기 충전대의 방향과 거리 정보를 산출하고, 상기 충전대로 복귀하도록 상기 주행수단으로 제어신호를 출력하는 마이컴;
    을 포함하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 마이컴이:
    상기 주행수단의 구동을 제어하는 주행 제어부와;
    상기 신호 수신부로부터 출력되는 안내 신호를 통해 상기 충전대의 방향 정보를 산출하는 방향 산출부와;
    상기 산호 수신부로부터 서로 다른 발신 거리를 가지는 안내 신호로부터 상기 충전대와의 거리 정보를 산출하는 거리 산출부와;
    상기 방향 산출부와 상기 거리 산출부로부터 출력되는 상기 충전대의 방향 정보와 거리 정보를 이용하여 충전대로 복귀하도록 상기 주행 제어부로 제어신호를 출력하는 충전대 복귀 처리부;
    를 포함하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동로봇이 청소로봇인 것을 특징으로 하는 이동로봇의 충전대 복귀 시스템.
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