KR20090017312A - 로봇청소기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇청소기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 일반 청소 알고리즘 외에 좁은 영역의 청소를 위한 별도의 알고리즘을 형성함으로써 좁은 영역 청소시 중복 청소를 최소화하고 간결한 주행패턴으로 청소를 수행하도록 하여 좁은 영역 청소의 효율성을 극대화할 수 있는 로봇청소기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 로봇청소기는 로봇청소기의 주위에 장애물이 존재하는지를 감지하기 위한 장애물 감지부; 상기 장애물 감지부의 감지결과를 이용하여 상기 로봇청소기가 좁은 영역으로 진입하였는가 여부를 판단하고, 상기 좁은 영역으로 진입하였다고 판단되면 상기 로봇청소기가 장애물을 추종하면서 청소를 수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

로봇청소기, 주행패턴, 좁은 영역

Description

로봇청소기 및 그 제어방법{Robot cleaner and control method thereof}

본 발명은 로봇청소기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일 반 청소 알고리즘 외에 좁은 영역의 청소를 위한 별도의 알고리즘을 형성함으로써 좁은 영역 청소의 효율성을 극대화할 수 있는 로봇청소기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇청소기는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 영역을 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 영역을 자동으로 청소하는 장치이다. 이러한 로봇청소기는 적외선 센서 등을 통해 청소영역 내에 설치된 가구, 사무용품, 벽과 같은 장애물까지의 거리를 감지하고, 감지된 정보를 이용하여 장애물과 충돌이 발생되지 않도록 주행하면서 청소영역을 청소하게 된다.

로봇청소기를 이용하여 주어진 청소영역을 청소한다는 것은 로봇청소기가 미리 설정된 주행패턴대로 주행하면서 청소작업을 반복적으로 수행하는 과정으로, 대표적인 주행패턴으로는 지그재그(zigzag) 주행, 나선(spiral) 주행, 랜덤(random) 주행 등이 있다.

도 1은 종래 로봇청소기의 주행패턴을 나타낸 도면으로 (a)는 일반 지그재그 주행방식이, (b)는 벽면참조 또는 위치인식 지그재그 주행방식이, (c)는 랜덤 주행방식이 적용된 경우를 나타낸다.

지그재그 주행은 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 장애물을 만날 때까지 직선 형태의 주행경로를 따라 이동하는 제 1 이동단계와 장애물을 만나면 방향을 전환하여 제 1 이동단계의 주행경로로부터 소정의 거리를 갖도록 장애물을 따라 이동하고 다시 제 1 이동단계에서의 주행방향과 반대로 방향을 전환하는 제 2 이동단계로 구성되어, 제 1 이동단계와 제 2 이동단계가 상호 교대로 실행되는 방식이다. 여기서 도 1의 (a)에 도시한 일반 지그재그 주행은 로봇청소기가 청소영역에 놓여진 방향 그대로 직진 주행을 시작하는 방식이고, 도 1의 (b)에 도시한 벽면참조 또는 위치인식 지그재그 주행은 로봇청소기가 자신의 위치 및 방향을 인식하여 장애물(벽면)과 평행한 직선 주행을 시작하는 방식이다.

랜덤 주행은 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 로봇청소기가 장애물 센서에 의해 인식된 정보로 장애물 유무만을 판단하여 회전 및 직진을 임의로 결정하여 주행하는 방식이다.

나선 주행(미도시)은 로봇청소기가 회전하면서 주행하되 주행함에 따라 점차로 회전반경을 증가시켜 주행경로가 나선형이 되도록 주행하는 방식이다.

그러나 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이 좁은 영역(도 1에서 굵은 점선으로 도시한 영역)을 청소할 경우에도 별도의 주행패턴 없이 일반 청소영역에서와 마찬가지로 기설정된 주행패턴을 그대로 유지하며 청소를 수행함으로써 중복 청소 영역이 발생하여 청소가 비효율적으로 진행되고, 사용자로 하여금 시각적으로 답답한 느낌을 받을 수 있게 한다는 문제점이 있었다.

또한 좁은 영역을 청소하는 과정에서 로봇청소기의 주행패턴이 쉽게 깨지거나, 로봇청소기가 좁은 영역의 깊숙한 곳까지 청소를 수행하지 못하고 좁은 영역을 이탈해 버리는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 일반 청소 알고리즘 외에 좁은 영역의 청소를 위한 별도의 알고리즘을 형성함으로써 좁은 영역 청소시 중복 청소를 최소화하고 간결한 주행패턴으로 청소를 수행하도록 하여 좁은 영역 청소의 효율성을 극대화할 수 있는 로봇청소기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇청소기는 로봇청소기의 주위에 장애물이 존재하는지를 감지하기 위한 장애물 감지부; 상기 장애물 감지부의 감지결과를 이용하여 상기 로봇청소기가 좁은 영역으로 진입하였는가 여부를 판단하고, 상기 좁은 영역으로 진입하였다고 판단되면 상기 로봇청소기가 장애물을 추종하면서 청소를 수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

또한 상기 장애물 감지부는 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 좌측 또는 우측에 장애물이 존재하는지를 감지하기 위한 복수의 측면 장애물 센서를 포함하고, 상기 측면 장애물 센서는 상기 진행방향을 기준으로 좌우 소정 각도 범위 밖에 위치하는 장애물을 감지할 수 있다.

또한 상기 제어부는 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물이 감지되면 상기 좁은 영역으로 진입한 것으로 판단한다.

또한 상기 좁은 영역은 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 한 좌우의 폭이 상기 로봇청소기의 외곽으로부터 상기 로봇청소기의 회전 브러쉬 길이 이내 또는 상기 장애물 감지부의 감지 가능 거리 이내 또는 1m 범위 내 중 어느 하나이다.

또한 상기 제어부는 상기 로봇청소기가 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단되면 상기 좁은 영역으로 진입하기 전의 주행 패턴대로 주행하면서 청소를 수행하도록 제어한다.

또한 상기 제어부는 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에서 장애물이 감지되지 않으면 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇청소기의 제어방법은 로봇청소기가 좁은 영역으로 진입하였는가 여부를 판단하는 단계; 상기 좁은 영역으로 진입하였다고 판단되면 상기 로봇청소기가 장애물을 추종하면서 청소를 수행하도록 제어하는 단계를 포함한다.

또한 상기 판단단계에서는 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물이 감지되면 상기 좁은 영역으로 진입한 것으로 판단한다.

또한 상기 좁은 영역은 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 한 좌우의 폭이 상기 로봇청소기의 외곽으로부터 상기 로봇청소기의 회전 브러쉬 길이 이내 또는 장애물 감지부의 감지 가능 거리 이내 또는 1m 범위 내 중 어느 하나이다.

또한 상기 로봇청소기가 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단되면 상기 좁은 영역으로 진입하기 전의 주행 패턴대로 주행하면서 청소를 수행하도록 제어하는 단계를 더 포함한다.

또한 상기 좁은 영역의 이탈 여부 판단은 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에서 장애물이 감지되지 않으면 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단한다.

본 발명에 의할 경우 일반 청소 알고리즘 외에 좁은 영역의 청소를 위한 별도의 알고리즘을 형성함으로써 좁은 영역 청소시 중복 청소를 최소화하고 간결한 주행패턴으로 청소를 수행하도록 하여 좁은 영역 청소의 효율성을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의할 경우 좁은 영역의 청소 수행시 주행패턴이 깨지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기는 도 2에 도시한 바와 같이 입력부(10), 장애물 감지부(20), 주행거리 검출부(30), 주행방향 검출부(40), 제어부(50), 구동부(60), 흡진부(70) 및 저장부(80)를 포함하여 구성된다.

입력부(10)는 사용자로부터 로봇청소기의 청소명령을 입력받도록 키조작부 또는 원격제어기 등으로 구성된다.

장애물 감지부(20)는 로봇청소기가 주행하는 청소영역 내에 설치된 가구, 사무용 기기, 벽과 같은 장애물을 감지하기 위한 것으로, 로봇청소기의 진행 방향을 기준으로 전방에 위치한 장애물을 감지하기 위한 전방 장애물 센서(21)와 로봇청소기의 진행 방향을 기준으로 좌측 또는 우측에 위치한 장애물을 감지하기 위한 측면 장애물 센서(22)를 포함하여 구성된다.

전방 장애물 센서(21) 및 측면 장애물 센서(22)는 센서의 종류 및 감지범위에 따라 하나 또는 둘 이상의 복수개로 구성될 수도 있으며, 전방 장애물 센서(21)인지 측면 장애물 센서(22)인지 여부는 센서의 장착위치에 따라 결정되는 것이 아니라 센서의 기능(전방의 장애물을 감지하는지 아니면 측면의 장애물을 감지하는지)에 따라 결정된다.

특히 본 실시예에 따른 로봇청소기(100)의 측면 장애물 센서(22)는 도 3에 도시한 바와 같이 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 좌우 소정 각도 범위(약 θ=45°) 밖에 위치하는 장애물(도 3에서 빗금친 영역)을 감지할 수 있도록(센서의 감지범위나 개수를 조절하여) 구성된다.

이러한 전방 및 측면 장애물 센서(21, 22)로는 로봇청소기가 주행하는 경로 에 초음파를 발신하고, 발신된 초음파가 장애물에 부딪혀 반사되어 오는 초음파를 수신하여 장애물의 유무와 장애물까지의 거리를 감지하는 초음파 센서가 이용될 수도 있고, 복수의 적외선 발광소자와 수광소자로 이루어져 적외선을 출사하고, 반사된 광을 수신할 수 있도록 구성된 적외선 센서가 이용될 수도 있다.

주행거리 검출부(30)는 로봇청소기가 주행한 거리를 검출하기 위한 것으로, 로봇청소기의 하부에 로봇청소기의 주행을 위해 설치된 바퀴의 회전량을 엔코더 등을 통해 측정하여 로봇청소기의 주행거리 정보를 검출한다.

주행방향 검출부(40)는 로봇청소기가 회전하는 각도를 검출하기 위한 것으로, 로봇청소기가 주행하는 경로상에 장애물이 감지된 경우 장애물에서 로봇청소기가 회전한 각도를 검출하도록 자이로 센서 등의 회전각 센서 또는 양쪽 바퀴에 부착된 엔코더를 사용한다.

제어부(50)는 로봇청소기의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 로봇청소기가 기설정된 주행패턴대로 주행하면서 청소동작을 수행하는 과정에서 좁은 영역으로 진입하는지 여부를 판단하고, 좁은 영역으로 진입하였다고 판단되면 로봇청소기가 (좁은)청소영역의 외곽인 벽면(장애물의 일종)을 따라 주행하는 벽면 추종 주행(Wall-following)을 수행하면서 청소동작을 진행하도록 제어한다(일반적으로는 '벽면 추종 주행' 이라는 용어를 사용하나, 본 실시예에서는 벽(면) 뿐만 아니라 가구, 사무용 기기 등의 장애물에 의해서도 좁은 영역이 형성될 수 있는 바 이하에서는 '장애물 추종 주행' 이라는 용어를 사용하도록 한다).

여기서 좁은 영역이라 함은 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 한 좌우의 폭 이 로봇청소기의 외곽으로부터 회전 브러쉬(도 3의 (90)) 길이 이내 (즉, 도 3에서 와 같이 로봇청소기(100)의 횡단면이 원형이라고 할 때 그 원의 지름에 회전 브러쉬(90)의 길이를 더한 길이 이내) 또는 측면 장애물 센서(22)의 감지 가능 거리 이내 또는 1m 범위 내 중 어느 하나인 것을 의미한다.

또한 제어부(50)는 좁은 영역으로 진입하여 장애물을 추종하며 청소동작을 수행하는 로봇청소기(100)가 좁은 영역을 이탈하는지 여부를 판단하고, 좁은 영역을 이탈하였다고 판단되면 로봇청소기가 좁은 영역으로 진입하기 전의 주행패턴으로 다시 돌아가 청소작업을 계속 수행하도록 제어한다.

구동부(60)는 제어부(50)의 제어에 따라 로봇청소기가 스스로 주행하면서 회전 등의 방향 전환을 할 수 있도록 로봇청소기 본체의 하부에 마련된 좌우측 바퀴(61, 62)를 구동한다.

흡진부(70)는 제어부(50)의 제어에 따라 로봇청소기가 주행하는 바닥 면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하는 청소작업을 수행한다.

저장부(80)는 제어부(50)에서 추출된 장애물 정보와 모서리 정보 등을 저장한다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 제어방법을 설명하도록 한다.

먼저, 사용자가 입력부(10)를 통하여 청소명령을 입력하면(110) 로봇청소기(100)는 기설정된 주행패턴대로 주행하면서 청소작업을 수행한다(120). 여기서 미리 설정되는 주행패턴으로는 일반적으로 지그재그(zigzag) 주행, 나선(spiral) 주행, 랜덤(random) 주행방식 등이 이용될 수 있다.

로봇청소기(100)가 기설정된 주행패턴을 따라 주행하면서 청소작업을 수행하는 과정에서 제어부(50)는 장애물 감지부(20)의 감지결과를 이용하여 로봇청소기(100)가 좁은 영역으로 진입하는지 여부를 판단한다(130).

즉, 제어부(50)는 측면 장애물 센서(22)의 감지결과 로봇청소기(100)의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물(벽면 포함)이 감지되지 않으면(단계 130에서의 '아니오') 로봇청소기(100)가 좁은 영역으로 진입한 것이 아니라고 판단하여 로봇청소기(100)로 하여금 단계 120으로 돌아가 계속 기설정된 주행패턴대로 주행하면서 청소작업을 수행하도록 제어한다.

반면 도 3에 도시한 바와 같이 측면 장애물 센서(22)의 감지결과 로봇청소기(100)의 진행 방향을 기준으로 양쪽에서 장애물(벽면 포함)이 감지되면(단계 130에서의 '예') 제어부(50)는 로봇청소기(100)가 좁은 영역에 진입한 것으로 판단하여 로봇청소기(100)로 하여금 장애물을 추종하면서 청소작업을 수행하도록 제어한다(140).

이 때 기설정된 주행패턴이 지그재그 주행방식일 경우에는 한 직선 주행 라인에서 다음 직선 주행 라인으로 이동하기 위한 장애물 추종 주행 도중 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하여 장애물이 존재할 경우 장애물 추종을 지속하게 된다(도 5의 (a) 및 (b) 참조, 여기서 도 5의 (a)는 일반 지그재그 주행 방식이, (b)는 벽면참조 또는 위치인식 지그재그 주행방식이 적용된 경우를 나타낸다).

또한 기설정된 주행패턴이 나선(spiral) 주행(미도시) 또는 랜덤(random) 주행방식일 경우에는 장애물에 근접하여 장애물 회피 동작을 수행할 때, 로봇청소기(100)의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물이 감지되면 장애물 추종을 시작하게 된다(도 5의 (c) 참조, 여기서 도 5의 (c)는 랜덤 주행방식이 적용된 경우를 나타낸다).

결론적으로 본 실시예에 의할 경우 도 5에 도시한 바와 같이 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물이 감지되면 즉, 좁은 영역(도 5에서 굵은 점선으로 도시한 영역)으로 진입하게 되면 적용된 주행패턴에 상관없이 장애물 추종 주행을 수행하면서 청소작업을 진행하게 된다.

로봇청소기(100)가 좁은 영역으로 진입하여 장애물을 추종하며 청소동작을 수행하는 과정에서 제어부(50)는 장애물 감지부(20)의 감지결과를 이용하여 로봇청소기(100)가 좁은 영역을 이탈하는지 여부를 판단한다(150).

즉, 제어부(50)는 측면 장애물 센서(22)의 감지결과 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에서 장애물이 감지되면(단계 150에서의 '아니오') 아직 좁은 영역을 이탈하지 않은 것으로 판단하여 로봇청소기(100)로 하여금 단계 140으로 돌아가 계속 장애물을 추종하면서 청소를 수행하도록 제어하고, 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에서 장애물이 감지되지 않으면(단계 150에서의 '예') 좁은 영역을 이탈하였다고 판단하여 로봇청소기(100)로 하여금 단계 120으로 돌아가 좁은 영역으로 진입하기 전의 주행패턴대로 주행하면서 청소작업을 계속 수행하도록 제어한다.

도 1은 종래 로봇청소기의 주행패턴을 나타낸 도면으로, (a)는 일반 지그재그 주행방식이, (b)는 벽면참조 또는 위치인식 지그재그 주행방식이, (c)는 랜덤 주행방식이 적용된 경우를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 제어 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 장애물 감지과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 제어방법을 도시한 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇청소기의 제어방법을 적용한 경우의 주행패턴을 나타낸 도면으로, (a)는 일반 지그재그 주행방식이, (b)는 벽면참조 또는 위치인식 지그재그 주행방식이, (c)는 랜덤 주행방식이 적용된 경우를 나타낸다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

20 : 장애물 감지부 21 : 전방 장애물 센서

22 : 측면 장애물 센서 50 : 제어부

100 : 로봇청소기

Claims (11)

1. 로봇청소기의 주위에 장애물이 존재하는지를 감지하기 위한 장애물 감지부;

   상기 장애물 감지부의 감지결과를 이용하여 상기 로봇청소기가 좁은 영역으로 진입하였는가 여부를 판단하고, 상기 좁은 영역으로 진입하였다고 판단되면 상기 로봇청소기가 장애물을 추종하면서 청소를 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 로봇청소기
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 장애물 감지부는 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 좌측 또는 우측에 장애물이 존재하는지를 감지하기 위한 복수의 측면 장애물 센서를 포함하고,

   상기 측면 장애물 센서는 상기 진행방향을 기준으로 좌우 소정 각도 범위 밖에 위치하는 장애물을 감지할 수 있는 로봇청소기
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물이 감지되면 상기 좁은 영역으로 진입한 것으로 판단하는 로봇청소기
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 좁은 영역은 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 한 좌우의 폭이 상기 로봇청소기의 외곽으로부터 상기 로봇청소기의 회전 브러쉬 길이 이내 또는 상기 장애물 감지부의 감지 가능 거리 이내 또는 1m 범위 내 중 어느 하나인 로봇청소기
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 로봇청소기가 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단되면 상기 좁은 영역으로 진입하기 전의 주행패턴대로 주행하면서 청소를 수행하도록 제어하는 로봇청소기
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어부는 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에서 장애물이 감지되지 않으면 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단하는 로봇청소기
7. 로봇청소기가 좁은 영역으로 진입하였는가 여부를 판단하는 단계;

   상기 좁은 영역으로 진입하였다고 판단되면 상기 로봇청소기가 장애물을 추종하면서 청소를 수행하도록 제어하는 단계를 포함하는 로봇청소기의 제어방법
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 판단단계에서는 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 양쪽에서 장애물이 감지되면 상기 좁은 영역으로 진입한 것으로 판단하는 로봇청소기의 제어방법
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 좁은 영역은 상기 로봇청소기의 진행방향을 기준으로 한 좌우의 폭이 상기 로봇청소기의 외곽으로부터 상기 로봇청소기의 회전 브러쉬 길이 이내 또는 장애물 감지부의 감지 가능 거리 이내 또는 1m 범위 내 중 어느 하나인 로봇청소기의 제어방법
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 로봇청소기가 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단되면 상기 좁은 영역으로 진입하기 전의 주행 패턴대로 주행하면서 청소를 수행하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 로봇청소기의 제어방법
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 좁은 영역의 이탈 여부 판단은 추종하고 있는 장애물의 반대 방향에서 장애물이 감지되지 않으면 상기 좁은 영역을 이탈하였다고 판단하는 로봇청소기의 제어방법

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