KR20100012351A - 로봇청소기 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇청소기 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 청소할 장소에 해당하는 맵 정보를 로봇청소기에 저장하여 상기 맵을 기반으로 청소를 수행함으로써 효율적인 청소가 가능하도록 하는 로봇청소기 및 그 구동방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 의한 로봇청소기는 청소 장소의 미리 형성된 맵 정보를 저장하는 맵 저장부, 주위 환경정보를 검출하는 센서부, 상기 맵 정보와 상기 주위 환경정보로부터 현재 위치를 산출하는 정보분석부, 상기 정보분석부에 의해 산출된 현재위치에 따른 청소방식을 결정하여 청소 장소에 대한 청소 명령을 내리는 제어부 및 상기 제어부의 명령에 따라 모터를 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

맵 저장부, 로봇청소기, 위상맵, 구동방법, 셀(cell)분할

Description

로봇청소기 및 그 구동방법{Cleaning robot and the driving method}

본 발명은 로봇청소기 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 청소할 장소에 해당하는 맵 정보를 로봇청소기에 저장하여 상기 맵을 기반으로 청소를 수행함으로써 효율적인 청소가 가능하도록 하는 로봇청소기 및 그 구동방법에 관한 것이다.

통상적으로, 로봇청소기는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 청소장소 내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지, 이물질을 흡입하는 청소작업을 수행하는 기기를 말한다. 로봇청소기는 센서를 통해 청소구역 내에 설치된 가구, 사무용품, 벽과 같은 장애물까지의 거리를 판별하고, 판별된 정보를 이용하여 장애물과 충돌되지 않도록 제어하면서 청소한다.

이러한 로봇청소기는 주행패턴 방법으로 크게 두 가지가 있는데, 첫 번째는 랜덤(random) 청소 방법으로 로봇은 단지 센서에 인식된 정보로 장애물 유무만을 판단하여 회전 및 직진을 랜덤으로 결정하는 방법이고, 두 번째는 지그재그(zigzag) 청소 방법으로 센서에 인식된 정보로 장애물 유무를 판단하고 또한 로봇 자신의 위치를 알아내어 로봇 자신을 특정한 패턴으로 이동시키면서 청소하는 방법이다.

그런데 이와 같은 종래의 로봇청소기는 사전 정보 없이 청소기에 탑재된 정해진 청소 알고리즘에 의해 단순히 센서감지에 의한 전후좌우 이동을 통한 청소를 진행하는 방식이기 때문에, 청소가 누락되거나 일괄적인 청소로 인해 매우 비효율적이라는 문제가 제기되었다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 청소하고자 하는 환경정보(방의 구조, 크기 및 도킹 스테이션의 위치)를 사전에 저장시켜 중복 청소를 방지하여 청소의 효율성을 높이는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 청소하고자 하는 환경 정보를 토대로 청소 장소를 일정한 크기의 셀(cell)로 자동적으로 구분하여 일부 구역만의 청소가 가능하도록 설정하여 청소의 효율성을 높이는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기는 청소 장소의 미리 형성된 맵 정보를 저장하는 맵 저장부, 주위 환경정보를 검출하는 센서부, 상기 맵 정보와 상기 주위 환경정보로부터 현재 위치를 산출하는 정보분석부, 상기 정보분석부에 의해 산출된 현재위치에 따른 청소방식을 결정하여 청소 장소에 대한 청소 명령을 내리는 제어부 및 상기 제어부의 명령에 따라 모터를 구동시키는 구동부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 구동방법은 청소 장소의 미리 형 성된 맵을 판독하는 단계, 상기 로봇청소기의 주위 환경정보를 검출하는 단계, 상기 맵과 상기 로봇청소기의 현재 위치를 매핑시켜 현재 위치를 산출하는 단계, 청소를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 로봇청소기 및 그 구동방법은 청소하고자 하는 환경정보(방의 구조, 크기 및 도킹 스테이션의 위치)를 사전에 저장시켜 중복 청소를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 로봇청소기 및 그 구동방법은 청소하고자 하는 환경 정보를 토대로 청소 장소를 일정한 크기의 셀로 자동적으로 구분하여 일부 구역만의 청소가 가능하게 하는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇청소기(1)의 구성 블럭도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 로봇청소기(1)는 맵 저장부(20), 센서부(30), 정보분석부(40), 제어부(50), 구동부(60)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 맵 저장부(20)는 로봇청소기(1)가 청소하고자 하는 장소에 대응하는 맵 정보를 미리 저장할 수 있다. 상기 맵은 위상맵(topological map)일 수 있다.

위상맵이란 도 3a에 도시된 바와 같이, 방의 구조만을 단순화하여 방의 구조 와 문의 위치를 나타낸 것이다.

상기 맵 정보는 제조자가 로봇청소기(1) 제조 시에 미리 입력할 수도 있고, 최종 사용자가 유, 무선 방식을 통해 로봇청소기(1)의 맵 저장부(20)에 추가적으로 입력할 수 있다.

전자에서는, 특정 아파트나 특정 주택 등의 구조에 대한 맵 정보를 로봇청소기(1) 제조 과정에서 로봇청소기(1)의 맵 저장부(20)에 저장하여 특정 구조에 맞게 로봇청소기를 제조할 수 있다.

오래된 빌라 건물처럼 구조에 대한 맵 정보를 구하기 어려운 경우, 사용자가 개략적인 방 구조와 크기를 제조자에게 알려주고, 제조자가 그것을 바탕으로 위상맵을 만들 수 있다. 다른 방법으로, 사용자가 사진을 촬영하여 방의 구조와 크기를 제조자에게 알려주거나, 제조자가 직접 집을 방문하여 방의 구조와 크기를 파악하여 위상맵을 만들 수 있다.

후자에서는, 집의 구조 변경이나 이사 등으로 인해 집의 구조가 변경된 경우에는 로봇청소기(1)의 맵 저장부(20)에 추가적으로 맵 정보를 저장할 수 있다. 이 경우 무선통신이나 유선통신을 통해 다운로드 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 로봇청소기(1)의 맵 저장부(20)에 저장하여 사용하는데 필요한 최종적인 맵 형식은 위상맵이다. 따라서 로봇청소기에 저장하려는 맵이 위상맵이 아닌 경우, 맵컨버터나 맵에디터 등의 툴을 사용하여 일반구조도를 위상맵으로 변환하는 과정을 거칠 수 있다.

실시예에 따라서는, 로봇청소기(1) 자체적으로 맵컨버터나 맵에디터 등의 툴 을 구비하여 다운로드 받은 일반구조도를 자동으로 위상맵으로 변환할 수 있다.

바람직하게는, 상기 맵을 로봇청소기(1)로 다운로드 하기 전에 PC 등의 다른 프로세서가 장착된 기기에서 상기 맵 변환과정을 거칠 수 있다. 로봇청소기(1)에 저장될 수 있는 메모리의 용량이 한정되기 때문에 되도록이면 맵의 메모리 용량이 작을수록 좋기 때문이다.

맵컨버터나 맵에디터 등의 툴을 이용하여 위상맵으로 변환한 상태에서, 상기 위상맵을 로봇청소기(1)의 맵 저장부(20)로 다운로드 하는 방법으로 다음과 같은 방법들을 사용할 수 있다.

상기 맵의 다운로드 방식으로 무선통신을 이용하는 경우, 블루투스나 Wifi 등을 이용할 수 있다.

블루투스는 근거리에서 무선으로 다른 기기와 연결할 수 있는 시스템이므로, 블루투스가 지원되는 로봇청소기이어야 한다. 상기 다른 기기에는 PC나 핸드폰 등이 포함될 수 있다. 상기 PC나 핸드폰 역시 블루투스 기능이 지원되어야 한다.

또한, 로봇청소기(1)는 외부의 무선 데이터를 송수신할 수 있는 Wifi 방식을 통해 케이블의 연결 없이 데이터 통신을 수행할 수 있다.

상기 맵의 다운로드 방식으로 유선통신을 이용하는 경우, 간편한 USB포트를 이용할 수 있다.

상기 USB포트를 이용하여 위상맵을 로봇청소기(1)로 다운로드 하기 위해서는 로봇청소기(1) 상에 USB소켓을 포함하고 있어야 한다. USB포트는 플러그앤 플레이 기능을 지원하므로 상기 USB소켓에 USB플러그를 직접 삽입하여 위상맵을 다운받을 수 있다.

또한, PC와 로봇청소기(1)를 PC링크 케이블을 통하여 접속하여 웹서버로부터 위상맵을 다운로드 받을 수 있다.

상기 맵의 다운로드 방식으로 외장메모리를 이용할 수 있다. 이 경우 로봇청소기(1)에 외장메모리 삽입구가 별도로 설치되어야 한다. 위상맵이 저장되어 있는 외장메모리를 로봇청소기(1)에 삽입하여 맵 정보를 판독할 수 있다.

센서부(30)는 주위 환경정보를 검출할 수 있다. 상기 센서부(30)는 상기 로봇청소기(1)가 구동되는 동안 주변의 장애물이나 이동 방향 등을 검출하여 정보분석부(40)로 전달한다. 이를 위하여 상기 센서부(30)는 위치센서, 속도센서, 가속도 센서, 근접센서, 토크 센서, 거리 탐색기 및 카메라 등을 포함할 수 있다.

상기 위치 센서로는 포텐쇼미터, 엔코더, 선형가변 미분형 변압기, 리졸버, 운행시간 변위센서 등이 적용될 수 있다. 또한 상기 속도센서로는 엔코더, 타코메타, 위치신호의 미분 등이 이용될 수 있다. 근접센서로는 자기근접센서, 광학근접센서, 초음파 근접센서, 유도성 근접센서, 용량성 근접센서, 와전류 근접센서 등이 이용될 수 있다. 그리고 거리탐색기는 초음파 거리탐색기 및 광학 거리탐색기 등이 이용될 수 있다. 이러한 센서부(30)는 센서의 성능, 가격, 크기, 출력의 형태 등을 고려하여 적용될 수 있다.

정보분석부(40)와 제어부(50)는 로봇청소기(1)의 CPU(중앙처리장치)에서 담당하는 기능들 중 일부를 수행할 수 있다.

정보분석부(40)는 청소 장소(80)의 맵 정보와 상기 센서부(30)로부터 검출된 주위 환경정보로부터 현재 위치를 산출할 수 있다.

제어부(50)는 상기 정보분석부(40)에 의해 산출된 현재 위치에 따른 청소방식을 결정하여 청소 장소(80)에 대한 청소명령을 내릴 수 있다. 즉, 로봇청소기(1)의 전반적인 동작을 제어하며, 로봇청소기(1)의 각 구성요소들 간의 신호 흐름을 제어하여, 상기 로봇청소기(1)가 청소 작업을 수행할 수 있도록 제어할 수 있다.

그리고 상기 제어부(50)는 로봇청소기(1)의 전원이 일정 수준 이하인지 여부를 확인하고, 그에 대응하여 상기 센서부(30) 등을 이용하여 도킹 스테이션을 서치할 수 있다. 그리고 상기 제어부(50)는 서치된 상기 도킹 스테이션으로 이동하여 자동으로 충전을 수행할 수 있도록 제어할 수 있다.

전술한 도킹 스테이션은 실내의 특정 장소에 위치되어 로봇청소기의 배터리를 충전하거나 로봇청소기 내에 저장된 먼지를 비운다.

구동부(60)는 상기 제어부(50)의 명령에 따라 모터를 구동시킬 수 있다. 상기 구동부(60)는 로봇청소기(1)를 이동시키는 바퀴와, 바퀴를 고정하는 축 및 축을 회전시키는 기어 및 기어에 동력을 제공하는 모터를 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 구동부(60)는 상기 로봇청소기(1)의 이동성을 고려하여 3개 이상의 바퀴를 가지는 것이 바람직하며, 360도 회전이 가능한 구조를 가지는 것이 바람직하다.

다만, 실시예에 따라서는 디스플레이부(70)가 더 포함될 수 있다. 디스플레이부(70)는 상기 청소 장소의 맵과 상기 정보분석부(40)로부터 전송되는 위치정보를 표시하는 수단으로서, 예를 들면 LCD(Liquid Crystal Display)가 적용될 수 있다.

로봇청소기(1)의 청소 위치는 원격으로 제어가능하며, 이는 리모콘 형태로 제공될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇청소기의 구동방법에 대한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇청소기 구동방법은 먼저 로봇청소기(1)의 전원버튼을 켜서 청소를 시작한다. 로봇청소기(1)는 미리 맵 저장부(20)에 저장된 맵을 판독한다(S110). 또한 로봇청소기(1)의 센서부(30)에 의해서 주위 환경정보를 검출하며(S120), 상기 맵 저장부(20)에 저장된 맵과 로봇청소기(1)의 현재 위치를 매핑시켜(S130), 현재 위치를 산출해낸다(S140).

상기 맵은 위상맵(topological map)이며, 무선통신이나 유선통신을 통해 추가적으로 다운로드할 수 있다. 실시예에 따라서는, 일반구조도를 다운로드 받아 맵컨버터나 맵에디터 등의 툴을 이용하여 위상맵으로 변환할 수 있다.

청소가 수행되는 장소는 상기 판독된 맵에 의해 일정한 크기의 셀로 분할되며(S150), 로봇청소기(1)는 본격적으로 청수를 수행한다(S160). 청소 수행이 완료되면 도킹 스테이션으로 복귀하며(S170), 이로써 로봇청소기(1)의 청소는 종료될 수 있다.

도 3a 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따라, 로봇청소기(1)에 저장된 위상맵(100)을 판독하여 로봇청소기(1)가 청소하는 구동방법을 설명한다.

도 3a는 아파트의 구조를 위상맵(100)으로 나타낸 것이다.

아파트는 안방(103), 작은방 2개(101, 102) 및 거실(104)로 구성될 수 있다.

도킹 스테이션(미도시)의 위치는 아파트 건축시에 특정 지점을 선정할 수 있 다. 다만, 필요에 따라 도킹 스테이션의 위치는 변경될 수 있다.

상기와 같은 맵 정보가 입력된 상태에서 로봇청소기(1)는 도킹 스테이션(미도시) 위치에서 청소를 시작할 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 도킹 스테이션(미도시)은 거실(104)의 임의의 위치에 위치할 수 있다. 로봇청소기(1)는 사전에 입력된 맵 정보와 자신의 현재 위치를 맵핑하여 청소를 수행할 수 있다. 거실(104)을 청소하는 방식은 랜덤(random)형이나 지그재그(zigzag)형 등 일 수 있다.

이때, 종래 로봇청소기와는 달리, 거실(104)을 청소하는 도중에, 문의 위치(111, 112, 113)에 다다르면 문을 통과하지 않고 계속하여 거실(104) 청소를 완료할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 로봇청소기(1)는 자신이 위치한 장소를 인식하여 해당 장소에 대한 청소가 완료되기 전까지는 다른 청소 장소로 이동하지 않을 수 있다.

로봇청소기(1)의 거실(104) 청소가 완료되면, 로봇청소기(1)는 사전에 입력된 다른 장소로 넘어가 청소를 수행할 수 있다. 이때, 거실(104) 청소를 끝낸 지점과 가장 근접한 장소의 청소를 수행하는 것이 바람직하다. 동선의 경로를 최소화하는 것이 바람직하기 때문이다.

안방(103)과 작은방(101, 102)에 대한 청소 방식은 전술한 거실(104) 청소 방식과 동일할 수 있다.

실시예에 따라서는, 로봇청소기(1)의 청소시작이 안방(103)이나 작은방(101, 102)에서부터 시작될 수 있다. 도킹 스테이션(미도시)이 안방(103)이나 작은 방(101, 102)에 위치하는 경우이거나, 또는 일부 장소에 대해서만 청소를 수행하고자 하는 경우 일 수 있다.

도 3b는 상기 도 3a에 나타난 위상맵(100)에서 문의 위치를 점선으로 나타낸다.

문의 위치(111, 112, 113)를 찾기 위해서는, 위상맵(100) 상에서 방을 이루는 모서리의 엔드포인트를 사용할 수 있다. 따라서 문의 위치(111, 112, 113)를 찾는 데 있어 일정 범위 내에 2개의 엔드포인트가 있는지를 확인하여야 한다.

따라서 일정 범위 내에 2개의 엔드포인트가 존재한다면, 이는 문의 위치로 확인 될 수 있다.

본 발명에 따른 로봇청소기(1)의 경우에는 저장된 위상맵(100)을 토대로 문의 위치(111, 112, 113)를 정확하게 파악하며 해당 방(101, 102, 103, 104)을 충분히 청소한 후에야 비로소 문을 통해 다른 장소로 넘어가는 방식을 취할 수 있다.

도 4는 상기 도 3a에 도시된 방들(101, 102, 103) 중 하나를 다수의 셀로 분할한 모습을 나타낸다.

로봇청소기(1)는 청소 장소를 다수의 셀로 분할할 수 있다. 종래에는 로봇청소기가 청소 장소를 전체적으로 주행하여 크기를 파악한 후에 소정 크기인 셀로 분할하는 과정을 수행한다.

그러나 본 발명의 경우 이미 청소장소에 해당하는 맵 정보가 저장되어 있는 상태이므로, 로봇청소기(1)가 따로 주행할 필요 없이 맵 정보가 저장됨과 동시에 자동적으로 소정 크기의 셀로 분할할 수 있다.

셀의 한 칸의 크기는 로봇청소기 크기의 4~6배이며, 나누어서 남거나 부족한 부분은 마지막 셀에서 흡수하여 처리한다. 또한 분할된 셀 중, 로봇청소기(1)가 위치하고 있는 셀(81)부터 청소를 시작하게 되며, 로봇청소기(1)로부터 가장 가까운 곳의 셀을 순차적으로 각각의 셀들을 청소할 수 있다. 로봇청소기(1)는 일정한 패턴에 의해 각 셀들을 청소하는데, 그 주행패턴으로는 랜덤형, 나선형, 지그재그형 등이 있다.

상기 분할된 셀(81, 82, 83, 84, 85, 86)들은 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 장애물(책상, 침대, 옷장 등)이 있는 경우는 장애물이 차지하는 부분을 제외한 나머지 영역을 셀들로 분할하여 청소를 수행할 수 있다.

실재 방의 구조는 장애물(책상, 침대, 옷장 등)이 존재하기 때문에 셀의 모양이 정확하게 직사각형 또는 정사각형으로 나오기 힘들수 있으므로, 분할된 셀은 다각형, 원형 또는 타원형도 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇청소기의 개략적인 구성 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇청소기의 구동방법에 대한 흐름도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 로봇청소기에 저장되는 위상맵을 표현한 도면이다.

도 3b는 상기 위상맵에서 문의 위치를 점선으로 나타낸 도면이다.

도 4는 청소 장소를 셀로 분할한 모습을 개략적으로 표현한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 로봇청소기 10 : 블럭도

20 : 맵 저장부 30 : 센서부

40 : 정보분석부 50 : 제어부

60 : 구동부 70 : 디스플레이부

81~86 : 분할된 셀 100 : 위상맵

Claims (12)

1. 청소 장소의 미리 형성된 맵 정보를 저장하는 맵 저장부;

   주위 환경정보를 검출하는 센서부;

   상기 맵 정보와 상기 주위 환경정보로부터 현재 위치를 산출하는 정보분석부;

   상기 정보분석부에 의해 산출된 현재위치에 따른 청소방식을 결정하여 청소 장소에 대한 청소 명령을 내리는 제어부; 및

   상기 제어부의 명령에 따라 모터를 구동시키는 구동부;

   를 포함하는 로봇청소기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 맵은,

   위상맵(topological map)인 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 맵은,

   무선통신이나 유선통신을 통해 다운로드하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 맵 저장부에 저장된 맵을 일정한 크기의 셀로 나누고 나눠진 셀을 기반으로 청소할 순서를 정하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 각 셀은 직사각형 또는 정사각형인 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 셀 중 일부에 대해서만 청소명령을 내리는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
7. 청소 장소의 미리 형성된 맵을 판독하는 단계;

   상기 로봇청소기의 주위 환경정보를 검출하는 단계;

   상기 맵과 상기 로봇청소기의 현재 위치를 매핑시켜 현재 위치를 산출하는 단계; 및

   청소를 수행하는 단계;

   를 포함하는 로봇청소기의 구동방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 맵은,

   위상맵(topological map)인 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 구동방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 맵은,

   무선통신이나 유선통신을 통해 다운로드되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 구동방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 구동방법은,

    상기 판독된 맵을 일정한 크기의 셀로 나누는 단계; 및

    상기 나눠진 셀을 기반으로 청소할 순서를 정하는 단계를 더 포함하는 로봇청소기의 구동방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 각 셀은 직사각형 또는 정사각형인 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 구동방법.
12. 제7항에 있어서,

    청소를 수행하는 단계는,

    상기 나눠진 셀 중 일부 셀에 대해서만 청소를 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 구동방법.

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