KR20090104393A - 로봇 청소기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 실시예는 로봇 청소기의 제어방법에 관한 것이다.

본 실시예에 따른 로봇 청소기의 제어방법은, 전체 청소 영역 중, 현재 청소를 위한 셀이 정의되는 과정; 정의된 셀이 동일한 크기를 가지는 다수 개의 그리드로 구획되어 맵핑되는 과정; 및 상기 셀 내에서, 출발 그리드와 목표 그리드가 선택되고, 선택된 그리드의 간의 최단 경로로 로봇 청소기가 이동하는 과정이 포함된다.

로봇 청소기

Description

로봇 청소기의 제어방법{Controlling method of robot cleaner}

본 실시예는 로봇 청소기의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 청소기는 사용자가 직접 노즐을 이동시키면서 청소가 수행되도록 하는 수동 청소기와, 스스로 수행하면서 청소를 수행하는 로봇 청소기로 구분될 수 있다.

상기 로봇 청소기는, 충전된 배터리를 동력원으로 하여, 입력된 프로그램을 따라 청소하고자 하는 구역의 바닥을 이동하면서 스스로 청소를 수행하는 장치로서, 청소 시간을 단축하면서 편리함을 추구하는 현대인의 생활 욕구에 맞춰 여러 형태로 개발 및 사용되어지고 있다.

본 실시예의 목적은 로봇 청소기가 청소 영역 내에서 장애물을 회피하면서, 두 지점 간에 최단 경로로 이동할 수 있도록 하는 로봇 청소기의 제어방법을 제안하는 것에 있다.

일 측면에 따른 로봇 청소기의 제어방법은 전체 청소 영역 중, 현재 청소를 위한 셀이 정의되는 과정; 정의된 셀이 동일한 크기를 가지는 다수 개의 그리드로 구획되어 맵핑되는 과정; 및 상기 셀 내에서, 출발 그리드와 목표 그리드가 선택되고, 선택된 그리드의 간의 최단 경로로 로봇 청소기가 이동하는 과정이 포함된다.

다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어방법은, 전체 청소 영역 중, 현재 청소를 위한 셀이 정의되는 과정; 및 정의된 셀을 기설정된 패턴으로 주행하면서 로봇 청소기가 청소를 수행하는 과정이 포함되며, 상기 셀은 동일한 크기를 가지는 다수 개의 그리드로 구획되고, 상기 로봇 청소기는 설정된 패턴으로 주행시 출발 그리드에서 목표 그리드를 선택하여 최단 경로로 이동하며, 상기 셀에서 상기 로봇 청소기의 청소 중 장애물이 감지되는 경우, 장애물을 회피하여 이동하기 위한 최단 경로가 재설정되어, 재설정된 경로를 따라 출발 그리드에서 목표 그리드로 이동되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 측면에 따른 로봇 청소기의 제어방법은, 전체 청소 영역 중, 일부 영역인 제 N 기준 영역을 정의하여 청소를 완료하고, 순차적으로 N+1 기준 영역을 재 정의하여 청소를 수행하는 과정이 포함되고, 상기 각 기준 영역에는 장애물 정보가 맵핑되어 저장되고, 로봇 청소기가 상기 각 기준 영역을 재차 이동하는 경우, 상기 로봇 청소기는, 상기 각 기준 영역에서의 출발 지점에서 목표 지점까지 장애물을 회피하여 최단 경로로 이동하는 것을 특징으로 한다.

제안되는 실시예에 의하면, 벽면을 따라 일정 거리 이동하면서 정의된 셀을 청소하면서 다음 셀로 이동하는 방식으로 청소가 수행되므로, 청소 영역 전체의 청소가 가능하게 되는 장점이 있다.

또한, 셀을 정의하기 위하여 상기 로봇 청소기가 그리는 기준 선분이 일치하는 경우 상기 청소 영역의 청소가 완료되었다고 판단되므로, 청소 영역을 중복하여 청소하는 것이 효과적으로 방지되는 장점이 있다.

또한, 로봇 청소기의 셀 내에서의 이동시, 장애물 정보가 맵팽되어 저장되므로, 상기 로봇 청소기는, 장애물을 회피하면서 각 셀에서 최단 경로를 따라 목표 지점으로 이동할 수 있는 장점이 있다.

또한, 로봇 청소기의 호밍 시 이전의 청소 과정에서 설정된 그리드(지점)을 따라 이동하게 되므로 호밍 성공률이 증가되며, 상기 로봇 청소기의 호밍을 위한 불필요한 상기 로봇 청소기의 주행이 최소화되는 장점이 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 로봇 청소기의 충전 시스템을 구성을 보여주는 블 럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 로봇 청소기의 충전 시스템에는, 스스로 주행하면서 청소를 수행하는 로봇 청소기(1)와, 상기 로봇 청소기(1)의 배터리 충전을 위한 충전 장치(2)가 포함된다.

상세히, 상기 로봇 청소기(1)에는, 장애물 및 바닥면의 클리프 등을 감지하는 감지부(11)와, 사용자가 상기 로봇 청소기(1)의 작동을 전체적으로 조작할 수 있도록 하는 조작부(12)와, 상기 로봇 청소기(1)의 이동 거리를 감지하는 거리 감지부(13)와, 한 쌍의 바퀴를 구동을 위한 바퀴 구동부(15)와, 상기 로봇 청소기(1)의 동작 상태 등이 저장되는 메모리부(14)와, 상기 바퀴 구동부(15)의 작동을 제어하는 제어부(10)와, 충전 장치의 신호를 수신하기 위한 수신부(16)가 포함된다.

물론, 도시되지는 않았으나, 상기 로봇 청소기(1)에는, 전원 공급을 위한 배터리와, 먼지를 저장하는 집진 통이 더 포함될 수 있다.

상기 충전 장치(2)에는, 외부로 신호를 송신하는 송신부(21)와, 상기 충전 장치의 작동을 제어하는 제어부(20)가 포함된다.

상세히, 상기 바퀴 구동부(15)는 한 쌍의 바퀴를 구동시키기 위한 좌륜 모터 및 우륜 모터가 포함된다. 그리고, 상기 각 모터는 독립적으로 작동될 수 있으며, 상기 각 모터의 회전수에 따라 상기 로봇 청소기의 직선 이동 및 방향 전환이 가능하게 된다.

상기 메모리부(14)에는, 상기 조작부(12)를 통하여 입력된 정보에 대응하는 상기 로봇 청소기(1)의 작동 명령이 저장되어 있다. 또한, 상기 메모리부(14)에는 상기 로봇 청소기의 청소시, 청소 완료된 영역이 저장된다. 즉, 상기 로봇 청소기가 청소를 수행하면서 이동하면, 상기 청소 완료 영역이 맵핑되어 저장된다.

상기 거리 감지부(13)는 상기 로봇 청소기(1)의 직선 이동 거리를 감지한다. 상기 거리 감지부(13)는 상기 바퀴의 회전수를 감지하는 엔코더가 사용될 수 있다. 이 때, 상기 거리 감지부(13)는, 상기 로봇 청소기(1)가 직선 이동 하는 경우의 거리를 감지하며, 상기 로봇 청소기(1)가 직선 이동하는 경우 상기 각 모터의 회전수가 동일하므로, 어느 하나의 모터의 회전수를 감지하도록 배치될 수 있다.

한편, 상기 송신부(21)는 일 례로 적외선 센서가 사용될 수 있으며, 적외선 센서는 다수 개가 포함될 수 있다.

이하에서는 상기 로봇 청소기의 주행 방법에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 실시예에 따른 로봇 청소기의 주행 방법을 설명하는 도면이고, 도 3은 본 실시예에 따른 로봇 청소기가 셀을 정의하기 위하여 이동하는 궤적을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 로봇 청소기(1)는 청소 영역에서 벽을 따라 이동하여 일정 셀(Cell)을 정의하고, 정해진 셀의 내부를 청소한 후에 다시 벽을 따라 이동하여 또 다른 셀(cell)을 정의하여 청소를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상세히, 상기 로봇 청소기(1)는 P0의 위치에서 벽(W1)을 따라 일정 거리 이동한다. 이 때, 상기 벽(W1)은 실내 벽일 수도 있고, 가구 등의 외벽일 수 있다.

상기 로봇 청소기(1)가 이동되는 일정 거리(L)는 상기 메모리부(14)에 미리 설정되어 있으며, 사용자가 상기 조작부(12)를 이용하여 선택할 수 있다.

상기 로봇 청소기(1)가 상기 벽(W1)을 따라 일정 거리(L) 이동하게 되면, 상기 청소 영역에서 한변이 L인 정사각형의 제 1 셀(C1)이 정의된다. 이러한 제 1 셀(C1)은 상기 메모리부(14)에 맵핑되어 저장된다. 여기서, 상기 셀을 "청소 기준 영역"이라고도 할 수 있다.

그리고, 상기 로봇 청소기(1)는 상기 제 1 셀(C1)의 청소를 수행한다. 이 때, 상기 로봇 청소기(1)가 상기 제 1 셀(C1)을 주행하는 패턴은 랜덤하게 이루어지거나 지그재그 방식으로 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서 상기 제 1 셀에서의 상기 로봇 청소기(1)의 주행 패턴은 제한이 없다.

상기 제 1 셀(C1)의 청소가 완료된 경우에는 상기 로봇 청소기는 P2(P1에서 L만큼 이동한 지점)으로 이동하게 된다. 이와 같이 상기 로봇 청소기가 P1에서 P2로 이동하게 되면 제 2 셀(C2)이 정의된다.

이 때, 상기 메모리부(14)에 저장되는 맵에는 청소가 완료된 제 1 셀(C1)과 청소가 완료되지 않은 제 2 셀(C2)이 서로 구분되어 저장된다. 그리고, 상기 로봇 청소기는 새로이 정의된 제 2 셀(C2)의 청소를 수행하게 된다.

상기와 같은 방법으로 상기 로봇 청소기는 새로운 셀을 정의하면서 청소를 수행하게 한다. 도 2에서는 제 4 셀(C4)까지 동일한 방법으로 청소가 수행된다.

그리고, 도 2에서 셀(C4)의 청소가 완료된 후에는 상기 로봇 청소기는 재차 벽(W1)을 따라 직선 이동하게 된다.

그러면, 상기 로봇 청소기(1)가 P4지점에서 P5로 이동하게 되고, 상기 로봇 청소기는 방향을 전환하게 된다. 이 때, 상기 로봇 청소기가 P4에서 P5로 이동한 거리가 셀을 정의하기 위한 일정 거리(L)보다 작으므로, 다음 셀을 정의하게 위한 로봇 청소기의 직선 이동 거리는 방향 전환된 상태에서 새롭게 카운트된다.

즉, 벽(W1)을 따라 직선 이동된 거리는 무시되고, 벽(W2)를 따라 L만큼 직선 이동된 상태(P5에서 P6으로 이동된 상태)에서 제 5 셀(C5)이 정의된다. 이 때, 제 4 셀(C4)과 제 5 셀(C5)의 청소 영역이 일부 중복되므로, 코너부 영역의 청소가 완전하게 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 로봇 청소기가 제 5 셀(C5)의 청소를 완료한 경우, 상기 로봇 청소기는 또 다른 셀을 정의하기 위하여 상기 벽(W2)를 따라 직선 이동하게 된다. 이 때, 상기 로봇 청소기는 P6에서 출발하여 P7지점에서 방향 전환을 하게 된다.

그러면, 상술한 바와 같이 상기 로봇 청소기가 P6에서 P7까지 이동한 거리는 일정 거리(L) 보다 작으므로 무시되고, 상기 로봇 청소기가 벽(W3)을 따라 L만큼 이동하게 되면, 제 6 셀(C6)이 정의된다. 이와 같은 방법으로 상기 로봇 청소기는 제 10 셀(C10) 까지 청소를 수행하게 된다.

그 다음, 상기 로봇 청소기(1)는 다시 벽(W4)를 따라 이동하게 된다. 이 때, P13에서 P0까지의 거리가 L보다 작으므로, 상기 로봇 청소기는 벽(W1)을 따라 다시 이동하게 된다.

여기서, 도 3을 참조하면, 상기 셀(C10)을 완료한 후의 다음 셀의 기준 선분 D11은 제 1 셀(C1)의 기준 선분 D1과 일치하게 된다. 그러면, 상기 로봇 청소기는 청소 영역의 청소가 완료되었다고 판단하여 청소 작동을 중지한다.

상세히, 도 3에는 청소 영역에서 각 셀을 정의하기 위하여 상기 로봇 청소기이 이동한 기준 선분이 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 청소 영역에서 상기 로봇 청소기가 청소를 수행하게 되면, 상기 메모리부(14)에 저장되는 맵 상에는 기준 선분 D1에서 D10까지 표시된다. 이 때, 상기 기준 선분 D1 내지 D10을 포함하는 각 셀은 일부가 서로 중복될 수 있으나, 완전하게 겹쳐지지 않는다. 즉, 기준 선분 D1 내지 선분 D10을 포함하는 셀 들은 청소가 수행되지 않는 일부 영역을 포함한다.

그러나, 상기 로봇 청소기가 주행하면서 그린 기준 선분 D11을 이용하여 셀을 정의하는 경우 선분 D1과 D11이 일치하기 때문에, 그 셀 또한 일치하게 된다.

따라서, 이러한 경우에는 상기 제어부(10)는 청소가 완료되었다고 판단하여 상기 로봇 청소기의 작동이 정지되도록 한다.

이와 같은 본 실시예에 의하면, 벽면을 따라 일정 거리 이동하면서 정의된 셀을 청소하면서 다음 셀로 이동하는 방식으로 청소가 수행되므로, 청소 영역 전체의 청소가 가능하게 되는 장점이 있다.

또한, 셀을 정의하기 위하여 상기 로봇 청소기가 그리는 기준 선분이 일치하는 경우 상기 청소 영역의 청소가 완료되었다고 판단되므로, 청소 영역을 중복하여 청소하는 것이 효과적으로 방지되는 장점이 있다.

도 4는 본 실시예의 로봇 청소기가 셀 내에서의 이동을 위한 설정 경로를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 실시예의 로봇 청소기가 셀 내에서 실제 이동하는 경로를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5의 로봇 청소기의 이동 경로를 설명하기 위한 셀의 맵을 보여주는 도면이다.

본 실시예에서는 각 셀에서 로봇 청소기가 지그 재그 방식으로 청소를 수행하는 것을 예를 들어 설명한다.

먼저 도 4를 참조하면, 상기 로봇 청소기가 Pn에서 Pn+1로 이동하면, 기준 거리 L을 한변으로 하는 정사각형의 셀이 정의된다.

그리고, 상기 로봇 청소기는 지그 재그 방식으로 정의된 상기 셀의 청소를 수행한다. 이러한 경우 상기 로봇 청소기가 도 4에 표시된 점선을 따라 이동하도록 경로 가 설정된다. 이 때, 상기 로봇 청소기가 Pn에서 Qn+1로 이동한 경우에는 상기 로봇 청소기는 다음 셀을 정의하기 위하여 Qn+1에서 Pn+1으로 이동하게 된다.

그런데, 도 4에 도시된 바와 같이 Pn+1에서 Qn으로 이동하는 경로 상에 장애물(O)이 놓여있는 경우, 상기 로봇 청소기는 도 5에 도시된 바와 같이 장애물(O)을 회피하면서 Pn+1에서 Qn까지 최단 경로로 이동하게 된다.

상세히, 도 6을 참조하면, 특정 셀이 정의되면, 상기 셀은 다수 개의 그리드(grid)로 구획된다. 상기 다수 개의 그리드는 상호 동일한 크기로 설정된다.

그리고, 지그 재그 방식으로 청소하기 위하여, 상기 로봇 청소기에서 그려지는 맵 상에는 출발 그리드와 목표 그리드가 선택된다. 즉, Pn+1를 포함하는 그리드와 Qn을 포함하는 그리드가 선택된다. 그리고, 두 개의 그리드가 선택되면, 상기 각 그리드 상의 경로 점수가 설정된다. 여기서, 도 6에서 "1)"은 경로 점수를 의미한다.

그리고, 상기 로봇 청소기가 미리 설정된 경로를 따라 이동하는 중에, 상기 감지부(12)에서 상기 장애물(O)이 감지되는 경우, 감지된 장애물(0)의 위치가 상기 셀의 그리드 상에 맵핑되고, 각 그리드에는 상기 장애물(O)과의 위치 관계에 따른 장애물 점수가 설정된다.

여기서, 도 6에서 "2)"는 장애물 점수를 의미한다. 일 례로 도 6에서는 장애물과 인접한 그리드에 장애물 점수가 5로 설정되고, 그 외의 그리드에 장애물 점수가 0으로 설정된다. 그리고, 상기 각 그리드에 장애물 점수가 설정되면, 최종적으로 경로 점수와 장애물 점수가 합산된 상기 각 그리드의 최종 점수가 판단된다.

그러면, 상기 로봇 청소기는 두 지점(Pn+1, Qn)을 포함하는 그리드를 연결하는 그리드 중, 최종 점수가 최소인 그리드를 따라 도 5와 같이 이동하게 된다.

이와 같은 방법에 의하면, 상기 로봇 청소기는 장애물을 회피하면서 각 셀에서 최단 경로를 따라 목표 지점으로 이동할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 셀에서의 청소가 완료되는 경우, 상기 메모리부(14)에는 상기 셀에 속하는 그리드 중 두 개 이상이 선택되어 저장된다. 이는 후술할 호밍 과정에서 상기 로봇 청소기가 이동하기 위한 경로를 설정하기 위함이다.

도 7은 본 실시예에 따른 로봇 청소기가 충전 장치로 복귀하는 과정을 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 각 셀을 청소하는 과정에서, 상기 배터리의 충전이 요구되는 경우, 상기 로봇 청소기(1)는 상기 충전 장치(2)로 복귀하게 된다.

이 때, 상기 로봇 청소기(1)가 상기 충전 장치(2)로 복귀하는 과정은 크게 상기 로봇 청소기(1)가 충전 장치(2)에서 발생되는 신호를 수신하지 못한 상태에서 충전 장치(2)를 찾기 위한 호밍(homing) 과정과, 호밍이 완료된 후에 상기 충전 장치(2)에서 발생되는 신호를 수신하면서 상기 충전 장치(2)로 복귀하는 도킹(doking) 과정으로 구분될 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 로봇 청소기(1)가 일 례로 제 7 셀(C7)을 청소하는 중에 배터리의 충전이 요구되는 경우, 상기 로봇 청소기(1)는 이전의 셀로 순차적으로 이동한다. 즉, 청소를 위하여 상기 로봇 청소기(1)가 이동한 방향과 역 방향으로, 청소 과정에서 선택된 그리드(M1 내지 13)를 따라 이동하게 된다.

이 때, 상기 각 셀에서의 상기 로봇 청소기의 이동은 도 5에서 설명한 바와 같이 두 개의 그리드 간의 최단 경로를 따라 이동하게 된다.

그러면, 상기 로봇 청소기는 M13에서 순차적으로 이동하여 M1으로 복귀하게 된다. 여기서, M1은 상기 로봇 청소기가 상기 충전 장치에서 송신되는 신호를 수신할 수 있는 위치인 것으로 가정한다.

그리고, 상기 로봇 청소기가 M1으로 이동하게 되면, 상기 로봇 청소기에서는 상기 송신부(21)에서 송신된 신호가 수신되어 상기 로봇 청소기는 상기 충전 장치(2)를 향하여 이동하게 되고, 상기 로봇 청소기(1)의 도킹이 완료되면, 상기 로봇 청소기의 배터리의 충전이 가능하게 된다.

이와 같은 본 실시예에 의하면, 로봇 청소기의 호밍 시 이전의 청소 과정에서 설정된 그리드를 따라 이동하게 되므로 호밍 성공률이 증가되며, 상기 로봇 청소기의 호밍 과정에서 불필요한 상기 로봇 청소기의 주행이 최소화되는 장점이 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 로봇 청소기의 충전 시스템을 구성을 보여주는 블럭도.

도 2는 본 실시예에 따른 로봇 청소기의 주행 방법을 설명하는 도면.

도 3은 본 실시예에 따른 로봇 청소기가 셀을 정의하기 위하여 이동하는 궤적을 개략적으로 보여주는 도면.

도 4는 본 실시예의 로봇 청소기가 셀 내에서의 이동을 위한 설정 경로를 보여주는 도면.

도 5는 본 실시예의 로봇 청소기가 셀 내에서 실제 이동하는 경로를 보여주는 도면.

도 6은 도 5의 로봇 청소기의 이동 경로를 설명하기 위한 셀의 맵을 보여주는 도면.

도 7은 본 실시예에 따른 로봇 청소기가 충전 장치로 복귀하는 과정을 보여주는 도면.

Claims (5)

1. 전체 청소 영역 중, 현재 청소를 위한 셀이 정의되는 과정;

   정의된 셀이 동일한 크기를 가지는 다수 개의 그리드로 구획되어 맵핑되는 과정; 및

   상기 셀 내에서, 출발 그리드와 목표 그리드가 선택되고, 선택된 그리드의 간의 최단 경로로 로봇 청소기가 이동하는 과정이 포함되는 로봇 청소기의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 로봇 청소기가 출발 그리드에서 목표 그리드로 이동하는 과정에서, 장애물이 감지되는 경우, 장애물을 회피하여 이동하기 위한 최단 경로가 재설정되어 재설정된 경로를 따라 상기 로봇 청소기가 이동되는 로봇 청소기의 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 출발 그리드와 목표 그리드를 연결하는 다수의 그리드에는, 출발 그리드에서 목표 그리드 까지의 경로 점수와 상기 장애물과의 위치 관계에 따른 경로 점수가 설정되어 저장되는 로봇 청소기의 제어방법.
4. 전체 청소 영역 중, 현재 청소를 위한 셀이 정의되는 과정; 및

   정의된 셀을 기설정된 패턴으로 주행하면서 로봇 청소기가 청소를 수행하는 과정이 포함되며,

   상기 셀은 동일한 크기를 가지는 다수 개의 그리드로 구획되고, 상기 로봇 청소기는 설정된 패턴으로 주행시 출발 그리드에서 목표 그리드를 선택하여 최단 경로로 이동하며,

   상기 셀에서 상기 로봇 청소기의 청소 중 장애물이 감지되는 경우, 장애물을 회피하여 이동하기 위한 최단 경로가 재설정되어, 재설정된 경로를 따라 출발 그리드에서 목표 그리드로 이동되는 로봇 청소기의 제어방법.
5. 전체 청소 영역 중, 일부 영역인 제 N 기준 영역을 정의하여 청소를 완료하고, 순차적으로 N+1 기준 영역을 재 정의하여 청소를 수행하는 과정이 포함되고,

   상기 각 기준 영역에는 장애물 정보가 맵핑되어 저장되고,

   로봇 청소기가 상기 각 기준 영역을 재차 이동하는 경우, 상기 로봇 청소기는, 상기 각 기준 영역에서의 출발 지점에서 목표 지점까지 장애물을 회피하여 최단 경로로 이동하는 로봇 청소기의 제어방법.

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