KR20070087759A

KR20070087759A - 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20070087759A
Application number: KR1020050101791A
Authority: KR
Inventors: 전형신; 김상윤
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-08-29

Abstract

본 발명은 이동로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근거리 및 원거리의 장애물 감지를 통해 이동로봇의 주행을 제어하는 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 주행제어 장치는,

근거리의 장애물 감지 영역을 원거리의 장애물 감지 영역 내에 포함시켜 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 장애물 감지 수단과; 장애물 감지 수단의 장애물 감지 결과에 따라 이동로봇의 주행을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 아울러 장애물 감지 수단은 근거리의 장애물을 감지하는 적외선 센서인 제1 감지부와, 원거리의 장애물을 감지하는 초음파 센서인 제2 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 특징에 따르면, 근거리의 장애물을 감지하는 적외선 센서의 감지 영역이 원거리의 장애물을 감지하는 초음파 센서의 감지 영역 내에 포함되어 장애물 존재시, 적외선 센서와 초음파 센서가 중첩되게 장애물을 감지함으로써 장애물 인식률을 높일 수 있게 되는 장점을 갖는다.

이동로봇, 주행제어, 초음파센서, 적외선센서

Description

이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법{MOVING CONTROL DEVICE AND METHOD OF ROVING ROBOT}

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 주행제어장치가 포함된 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇의 개략적인 블럭 구성도.

도 2 는 도 1 에 도시된 제1 감지부와 제2 감지부를 설명하기 위한 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇의 사시도.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇이 장애물을 감지하여 주행을 제어하는 과정을 보인 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 청소용 로봇 110 : 좌/우륜 모터 구동부

140 : 메모리 150 : 장애물 감지 수단

151 : 제1 감지부 153 : 제2 감지부

160 : 제어부

본 발명은 이동로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근거리 및 원거리의 장 애물 감지를 통해 이동로봇의 주행을 제어하는 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법에 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.

통상적으로 애완용 로봇, 청소용 로봇 등(이하 '이동로봇'이라 한다)은 사용자의 특정한 방향 제어 없이 스스로 주행하고 특정 동작을 수행하면서, 장애물 감지 센서, 추락 방지 센서, 압력 센서 등과 같은 다양한 센서를 통해 주행 제어가 이루어지는 것이 일반적이다.

청소용 로봇과 같은 이동로봇은 장애물 감지 센서로 적외선 센서 또는 초음파 센서를 이용한다. 이러한 청소용 로봇은 설정된 주행 경로를 따라 청소하면서 적외선 센서 또는 초음파 센서의 발광부를 통해 적외선 또는 초음파를 방사하고, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선 또는 초음파를 수광부를 통해 수광하여 장애물의 존재 유무를 판별하고, 장애물이 감지되면 주행방향을 전환하여 장애물을 회피하게 된다.

그러나 장애물 감지 센서로서 적외선 센서를 이용하는 경우에는 비교적 근거리의 장애물을 정확하게 감지할 수는 있으나 감지 거리가 짧기 때문에 원거리의 장애물을 정확하게 검출하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 장애물 감지 센서로서 초음파 센서를 이용하는 경우에는 넓은 거리, 즉 원거리의 장애물을 감지할 수는 있으나 정확도가 비교적 떨어지기 때문에 장애물을 정확하게 검출하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 근거리 및 원거리의 장애물 감지를 통해 장애물 인식률을 높일 수 있는 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 감지수단을 통해 감지된 결과에 따라 장애물 회피를 효율적으로 수행할 수 있는 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 주행제어 장치는,

근거리의 장애물 감지 영역을 원거리의 장애물 감지 영역 내에 포함시켜 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 장애물 감지 수단과;

장애물 감지 수단의 장애물 감지 결과에 따라 이동로봇의 주행을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 장애물 감지 수단은 근거리의 장애물을 감지하는 적외선 센서인 제1 감지부와, 원거리의 장애물을 감지하는 초음파 센서인 제2 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 특징에 따르면, 근거리의 장애물을 감지하는 적외선 센서의 감지 영역이 원거리의 장애물을 감지하는 초음파 센서의 감지 영역 내에 포함되어 장애물 존재시, 적외선 센서와 초음파 센서가 중첩되게 장애물을 감지함으로써 장애물 인식률을 높일 수 있게 되는 것이다.

더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 주행제어방법은,

근거리의 장애물을 감지하는 영역을 원거리의 장애물을 감지하는 영역 내에 포함시켜 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 단계와;

근거리 및 원거리 장애물 감지 결과에 따라 이동로봇의 주행을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이동로봇의 주행을 제어하는 단계는 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 신호가 모두 수신되지 않으면 계속 주행하고, 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 신호 중 어느 하나가 수신되면 감속 주행하며, 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 신호가 모두 수신되면 정지 또는 방향 전환하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명 역시 근거리의 장애물을 감지하는 신호가 원거리의 장애물을 감지하는 신호의 영역 내에 포함되어 두 가지 신호로서 장애물을 감지하고 감지 결과에 따라 이동로봇의 주행이 제어됨으로써, 장애물 인식률을 높일 수 있을 뿐만 아니라 장애물 회피를 효율적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇을 이동로봇의 대표적인 일 예인 청소용 로봇으로 가정하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 주행제어장치가 포함된 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇의 개략적인 블럭 구성도를 도시한 것이며, 도 2 는 도 1 에 도시된 제1 감지부와 제2 감지부를 설명하기 위한 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇의 사시도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 청소용 로봇(100)은 인가되는 제어신호에 따라 청소용 로봇(100)을 주행시키는 좌/우륜 모터 구동부(110)와, 좌/우륜 모터 구동부(110)의 회전량을 감지하는 회전량 감지부(120)와, 이물질을 흡입하는 흡입수단(130)과, 청소용 로봇(100)의 제어 프로그램을 저장하고 있는 메모리(140)와, 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 장애물 감지 수단(150)과, 장애물 감지 수단(150)의 장애물 감지 결과에 따라 청소용 로봇(100)의 주행을 제어하는 제어부(160)로 구성된다.

보다 구체적으로, 좌/우륜 모터 구동부(110)는 후술하는 제어부(160)로부터 인가되는 구동제어신호에 따라 휠 모터(M)를 각각 구동시키며, 회전량 감지부(120)는 좌륜과 우륜 휠 각각에 연결된 엔코더로서, 좌륜 및 우륜 휠의 회전량을 감지하여 그에 상응하는 회전수 데이터를 제어부(160)로 피드백하여줌으로써, 이동량을 산출토록 한다.

흡입수단(130)은 청소구역 내의 이물질 또는 먼지 등을 감지할 수 있는 광센서, 적외선 센서 등과 같은 감지센서를 포함하며, 청소구역을 주행하면서 감지센서에 의해 감지된 이물질 또는 먼지를 흡입한다.

메모리(140)는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리가 사용될 수 있으며, 청소용 로봇(100)의 구동을 위한 운용프로그램 및 그에 따른 데이터가 저장된다. 본 발명의 특징적인 양상에 따른 본 발명의 메모리(140)는 다수의 주행 모드를 저장하는데, 예를 들면 계속 주행하는 모드, 감속 후 주행하는 모드, 정지 또는 방향 전환 후 주행하는 모드 등이 저장되며, 메모리(140)에 저장된 다수의 주행 모드는 제어부(160)에 의해 액세스 제어된다.

장애물 감지 수단(150)은 설정된 주행 경로를 따라 청소하면서 근거리 및 원거리의 장애물 존재 유무를 감지하며, 근거리의 장애물을 감지하는 제1 감지부(151)와 원거리의 장애물을 감지하는 제2 감지부(153)를 포함한다. 보다 구체적으로, 장애물 감지 수단(150)은 제1 감지부(151)의 감지 영역이 제2 감지부(153)의 감지 영역 내에 포함되도록 청소용 로봇(100)의 본체 전면에 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)가 서로 인접되게 배치하는 것이 바람직하며, 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)가 한 쌍으로 다수 개 배치되는 것이 바람직하다.

제1 감지부(151)는 근거리의 장애물을 정확하게 감지할 수 있는 장점을 갖는 적외선 센서일 수 있으며, 발광부를 통해 적외선을 방사하고 장애물로부터 반사되어 수광부로 수광되는 적외선이 존재하지 않으면 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단한다. 또한, 수광부로 수광되는 적외선이 존재하면 수신시간을 체크하여 장애 물과의 거리를 산출한다.

아울러, 본 발명의 특징적인 양상에 따른 본 발명의 제1 감지부(151)는 적외선을 방사하는 발광부와 장애물로부터 반사되는 적외선을 수광하는 수광부의 빔 각을 제한시켜 제한된 특정 영역 내에서의 장애물만을 감지하도록 함으로써, 근거리 장애물을 정확하게 감지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 장애물로부터 반사되어 되돌아오는 적외선의 수신시간을 체크하여 장애물과의 거리를 산출한다.

한편, 제2 감지부(153)는 제1 감지부(151)인 적외선 센서보다 넓은 영역을 감지할 수 있는 장점을 갖는 초음파 센서일 수 있으며, 적외선 센서의 원리와 마찬가지로 발광부를 통해 초음파를 방사하고 장애물로부터 반사되어 수광부로 수광되는 초음파의 수신 여부에 따라 장애물 존재 여부를 감지한다. 또한, 장애물로부터 반사되어 되돌아오는 초음파의 수신시간을 체크하여 장애물과의 거리를 산출한다.

따라서, 장애물 감지 수단(150)은 상술한 바와 같이 적외선 센서의 감지 영역이 초음파 센서의 감지 영역 내에 포함되어 두 센서의 감지 영역을 통해 장애물의 존재 유무를 감지함으로써, 종래 장애물 감지 센서로 적외선 센서 또는 초음파 센서를 단독으로 사용할 때보다 높은 장애물 인식률을 가질 수 있는 장점이 갖는다.

제어부(160)는 청소용 로봇(100) 전반을 제어하며, 예를 들어 무선 통신부(미도시)를 통해 사용자 리모컨으로부터 구동 명령이 수신되면 휠 모터(M) 각각을 구동시키기 위한 구동제어신호를 좌/우륜 모터 구동부(110)로 출력한다. 본 발명의 특징적인 양상에 따른 본 발명의 제어부(160)는 장애물 감지 수단(150)의 장애물 감지 결과에 따라 청소용 로봇(100)의 주행을 제어한다.

제어부(160)는 사용자로부터 구동 명령이 입력되면 구동제어신호를 좌/우륜 모터 구동부(110)로 출력하고, 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)에 제어신호를 출력하여 적외선 및 초음파를 방사하여 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)의 감지영역에 장애물이 감지되지 않으면 주행 중이던 경로를 계속하여 주행한다. 그러나 제어부(160)는 청소구역을 주행하면서 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)의 감지 영역 중 어느 하나의 감지 영역에서 장애물이 감지되면 메모리(140)에 저장된 다수의 주행 모드 중 감속 후 주행하는 모드를 액세스하여 청소로봇(100)의 주행을 제어한다.

또한, 제어부(160)는 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)의 감지영역 모두에서 장애물이 감지되면 메모리(140)에 저장된 다수의 주행 모드 중 정지 또는 방향 전환 후 주행하는 모드를 액세스하여 청소로봇(100)의 주행을 제어한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 장애물 감지 수단(150)은 상술한 바와 같이 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)의 감지 영역이 서로 중첩되어 근거리 및 원거리의 장애물을 감지한다.

예를 들어, 초음파 센서인 제2 감지부(153)의 감지 영역에서만 장애물이 감지되는 경우의 장애물은 원거리의 장애물일 수 있으며 정확도 또한 떨어질 수 있다. 따라서 제어부(160)는 제2 감지부(153)에서만 장애물이 감지되면 원거리에 장애물이 존재하는 것으로 판단하고 감속 후 계속 주행하다가 제2 감지부(153)보다는 비교적 근거리의 장애물을 감지하며 정확도가 높은 제1 감지부(151)의 감지 영역에 장애물이 감지되면 장애물과의 거리를 판단하여 정지 또는 방향 전환 후 주행하는 모드를 메모리(140)에서 액세스하여 청소용 로봇(100)의 주행을 제어한다.

따라서, 제어부(160)는 장애물 감지 수단(150)의 감지 결과에 따라 적절한 주행 모드를 메모리(140)에서 액세스하여 청소용 로봇(100)의 주행을 제어함으로써, 장애물 회피를 효율적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

이하, 도 3을 참조하여 상술한 바와 같은 구성을 갖는 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇(100)이 주행을 제어하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 일 예인 청소용 로봇이 장애물을 감지하여 주행을 제어하는 과정을 보인 흐름도를 도시한 것이다.

제어부(160)는 사용자 또는 리모컨으로부터 청소용 로봇(100)의 구동 명령이 입력되면 휠 모터(M) 각각을 구동시키기 위한 구동제어신호를 좌/우륜 모터 구동부(110)로 출력하고, 흡입수단(130)으로 제어신호를 출력하여 설정된 청소구역을 주행하면서 지면의 먼지 또는 이물질을 흡입한다(S10).

아울러, 제어부(160)는 주행 경로에 장애물이 존재하는가를 판단하기 위하여 장애물 감지 수단(150)으로 제어신호를 출력하고, 장애물 감지 수단(150)에 포함된 적외선 센서인 제1 감지부(151)와 초음파 센서인 제2 감지부(153)는 제어부(160)의 제어신호에 따라 적외선 및 초음파를 방사한다(S20).

상술한 바와 같이 제1 감지부(151)의 감지 영역이 제2 감지부(153)의 감지 영역 내에 포함되도록 청소용 로봇(100)의 본체 전면에 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)가 서로 인접되게 배치됨으로써, 제1 감지부(151)의 감지 영역은 제2 감 지부(153)의 감지 영역 내에 포함되어 적외선을 방사한다. 이때 제1 감지부(151)는 상술한 바와 같이 적외선을 방사하는 발광부와 장애물로부터 반사되는 적외선을 수광하는 수광부의 빔 각이 제한되어 제한된 특정 영역 내에서 근거리의 장애물을 감지한다.

이후, 적외선 및 초음파의 방사를 제어한 제어부(200)는 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)의 수광부로 장애물로부터 반사되어 되돌아 오는 적외선 또는 초음파가 존재하는지의 여부로 근거리 및 원거리의 장애물을 판단한다(S30). 만약, 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 적외선 및 초음파가 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)의 수광부로 모두 수신되지 않으면, 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단하고, 주행이던 경로를 계속하여 주행하면서 흡입수단(130)을 통해 지면에 감지되는 먼지 또는 이물질을 흡입하는 동작을 수행한다.

그러나 제어부(160)의 제어신호에 따라 방사된 적외선 및/또는 초음파가 제1 감지부(151) 및/또는 제2 감지부(153)의 수광부로 수신되면, 제어부(160)는 주행 경로에 장애물이 존재하는 것으로 판단하고, 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)에서 모두 장애물이 감지되었는가를 판단한다(S40).

상술한 바와 같이 예를 들어, 제2 감지부(153)에서만 장애물이 감지되는 경우의 장애물은 원거리의 장애물일 수 있으며 정확도 또한 떨어질 수 있다. 따라서 제어부(160)는 제2 감지부(153)에서만 장애물이 감지되면 원거리에 장애물이 존재하는 것으로 판단하고 장애물의 존재를 정확하게 판단하기 위하여 메모리(140)에서 감속 후 계속 주행하는 모드를 액세스하여 감속 후 주행하다가(S50), 제2 감지부 (153)보다는 비교적 근거리의 장애물을 감지하며 정확도가 높은 제1 감지부(151)에 장애물이 감지되었는가를 판단한다. 제어부(160)는 제1 감지부(151)와 제2 감지부(153)에서 모두 장애물이 감지되면 장애물과의 거리를 판단하여 정지 또는 방향 전환 후 주행하는 모드를 메모리(140)에서 액세스하고 청소용 로봇(100)의 주행을 제어한다(S60).

이후, 장애물을 회피한 제어부(160)는 주행이 모두 완료되었는가를 판단하고(S70), 만약 주행이 완료되지 않은 것으로 판단되면 상술한 바와 같이 장애물을 감지하면서 청소영역을 주행하는 과정을 반복 수행하며, 주행이 완료된 것으로 판단되면 모든 동작을 종료한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법은, 적외선 센서의 감지 영역을 초음파 센서의 감지 영역 내에 포함시켜 두 센서의 감지 영역을 통해 장애물의 존재 유무를 감지함으로써, 종래 장애물 감지 센서로 적외선 센서 또는 초음파 센서를 단독으로 사용할 때보다 높은 장애물 인식률을 가질 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이동로봇의 주행제어장치 및 그 방법은, 적외선 센서와 초음파 센서의 장애물 감지 결과에 따라 적절한 주행 모드를 선택하여 이동로봇의 주행을 제어함으로써, 장애물 회피를 효율적으로 수행할 수 장점이 있다.

이상에서 본 발명은 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명되었지만 여기에 한 정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자라면 자명하게 도출 가능한 많은 변형 예들을 포괄하도록 의도된 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어져야 한다.

Claims

근거리의 장애물 감지 영역을 원거리의 장애물 감지 영역 내에 포함시켜 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 장애물 감지 수단과;

상기 장애물 감지 수단의 장애물 감지 결과에 따라 이동로봇의 주행을 제어하는 제어부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장애물 감지 수단은:

근거리의 장애물을 감지하는 제1 감지부와,

원거리의 장애물을 감지하는 제2 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는:

근거리 및 원거리의 장애물 감지 영역에 장애물이 감지되지 않으면 계속 주행하고, 근거리 및 원거리의 장애물 감지 영역 중 어느 하나의 감지 영역에서 장애물이 감지되면 감속 주행하며, 근거리 및 원거리의 장애물 감지 영역에서 모두 장애물이 감지되면 정지 또는 방향 전환하도록 상기 이동로봇의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 감지부는:

적외선 센서인 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제2 감지부는:

초음파 센서인 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
제 4 항에 있어서, 제1 감지부는:

빔 각을 제한시켜 특정 영역 내에서의 장애물만을 감지하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동로봇은:

청소용 로봇임을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어장치.
근거리의 장애물을 감지하는 영역을 원거리의 장애물을 감지하는 영역 내에 포함시켜 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 단계와;

상기 근거리 및 원거리 장애물 감지 결과에 따라 이동로봇의 주행을 제어하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어방법.
제 8 항에 있어서, 상기 이동로봇의 주행을 제어하는 단계는:

근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 신호가 모두 수신되지 않으면 계속 주행하고, 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 신호 중 어느 하나가 수신되면 감속 주행하며, 근거리 및 원거리의 장애물을 감지하는 신호가 모두 수신되면 정지 또는 방향 전환하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어방법.
제 9 항에 있어서, 상기 근거리 장애물 감지는:

적외선 센서를 이용하여 근거리의 장애물을 감지하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어방법.
제 9 항에 있어서, 상기 원거리 장애물 감지는:

초음파 센서를 이용하여 원거리의 장애물을 감지하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어방법.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동로봇은;

청소용 로봇임을 특징으로 하는 이동로봇의 주행제어방법.