KR20120044768A

KR20120044768A - 로봇 청소기 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR20120044768A
Application number: KR1020100106246A
Authority: KR
Inventors: 이성수; 김예빈; 최수욱; 이동훈; 백승민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-08
Also published as: US9052719B2; EP2447800A3; US20120109376A1; EP2447800A2

Abstract

로봇 청소기 및 로봇 청소기의 제어 방법이 개시된다. 본 발명은, 청소 수행중에 임의의 원인으로 청소가 강제 종료된 후, 다시 청소를 수행하는 경우에 절대 위치 인식 유닛을 통해 자기 위치를 인식함으로써 중복 청소를 방지하고, 영상 검출 유닛을 이용하여 상대 위치 인식 유닛의 위치 인식 오류를 개선하고, 상기 영상 검출 유닛을 통해 검출한 영상과 청소 영역에 대한 영상의 유사도를 이용하여 청소를 수행함으로써 시스템의 효율 및 안정성을 제고하고, 사용자의 편의성을 증대한다.

Description

로봇 청소기 및 이의 제어 방법{ROBOT CLEANER AND CONTROLLING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 로봇 청소기에 관한 것으로서, 상방 카메라와 같은 영상 검출 유닛을 이용하여 자신의 위치를 정밀하게 인식하는 로봇 청소기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.

상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다.

상기 로봇 청소기가 스스로 주행하면서 영역을 모두 청소하기 위해서는 청소지도를 작성하고, 작성된 청소지도 내에서 청소가 된 영역과 청소를 하여야 할 영역 등 청소 영역을 판단할 수 있어야 한다. 상기의 영역 판단 능력은 일반적으로 로봇 청소기의 정확한 제어 성능에 의해서 결정된다.

종래 기술에 따른 로봇 청소기는, 청소를 수행하는 중에 바퀴 빠짐과 같은 기구적인 한계, 또는 먼지 통 교체, 걸레 교체와 같은 사용자 개입 등에 의해 의도하지 않게 청소가 종료되는 경우에 원인이 제거된 후 다시 청소를 수행하더라도 자기의 위치를 인식하지 못하는 문제점이 있다. 대부분의 사용자는 일반적으로 청소 종료 원인을 제거한 다음 임의의 위치에 로봇 청소기를 놓은 후, 청소 시작 버튼을 누르게 되는데, 이 경우에 상대 위치 인식 센서를 구비한 로봇 청소기는 현재 위치 정보를 인식하기 어려워, 기 청소 영역과 미 청소 영역을 구별하지 못하게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 로봇 청소기는, 상기의 경우에 기 청소 영역에 대하여 중복 청소를 수행하거나, 또는 현재 위치를 기준으로 처음부터 청소를 다시 수행하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 청소 수행중에 임의의 원인으로 청소가 강제 종료된 후, 다시 청소를 수행하는 경우에 절대 위치 인식 유닛을 통해 자기 위치를 인식함으로써 중복 청소를 방지하는 로봇 청소기 및 이의 제어 방법을 제공함에 일 목적이 있다.

본 발명은 영상 검출 유닛을 이용하여 상대 위치 인식 유닛의 위치 인식 오류를 개선하고, 상기 영상 검출 유닛을 통해 검출한 영상과 청소 영역에 대한 영상의 유사도를 이용하여 효율적인 청소를 수행하는 로봇 청소기 및 이의 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 검출 유닛과, 상기 구조물 정보를 저장하는 저장 유닛과, 청소 재개 후 상기 검출 유닛이 검출한 구조물 정보와 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 구조물 정보를 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 절대 위치를 인식하여 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 로봇 청소기에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 비교 결과를 근거로 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 청소기에 있어서, 상기 검출 유닛은, 상기 청소 영역 내에서 상방 또는 전방을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 영상 검출 유닛이고, 상기 저장 유닛은, 상기 영상 정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 청소기에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 영상 검출 유닛이 검출한 영상 정보와 상기 저장 유닛에 저장된 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출한다. 여기서, 상기 특징점은, 상기 영상 정보에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다.

또한, 상기 제어 유닛은, 상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하고, 상기 유사도를 이용하여 상기 절대 위치를 인식한다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 청소 영역을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 영상 검출 유닛과, 상기 영상 정보와, 기 청소 영역 및 미 청소 영역을 저장하는 저장 유닛과, 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 영상 정보와 청소 재개 후 상기 영상 검출 유닛이 검출한 영상 정보로부터 각각 특징점을 추출하는 특징점 추출 모듈과, 상기 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 유사도 연산 모듈과, 상기 유사도를 상호 비교하여 로봇 청소기의 위치를 인식하는 위치 인식 모듈과, 상기 위치 인식 모듈이 인식한 위치의 청소 영역이 미 청소 영역인지 판단하는 영역 판단 모듈과, 상기 영역 판단 모듈의 판단 결과를 근거로 상기 미 청소 영역에 대하여 청소를 수행하는 제어 모듈을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 로봇 청소기에 있어서, 상기 특징점은, 상기 영상 정보에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 청소 수행 중, 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 제1 검출단계와, 상기 제1 검출단계에서 검출한 상기 구조물 정보를 저장하는 저장단계와, 청소 재개 후, 상기 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 제2 검출단계와, 상기 제2 검출단계에서 검출한 구조물 정보와, 상기 저장단계에서 저장한 구조물 정보를 비교하는 비교단계와, 상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 로봇 청소기의 절대 위치를 인식하는 위치인식단계와, 상기 위치인식단계의 인식 결과를 근거로 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 청소수행단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 영역판단단계를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법에 있어서, 상기 구조물 정보는, 상기 청소 영역 내에서 상방 또는 전방을 촬영한 영상 정보인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 상기 제2 검출단계에서 검출한 영상 정보와, 상기 저장단계에서 저장한 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출하는 특징점추출단계를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 특징점은, 상기 영상 정보에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다.

본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 유사도연산단계를 더 포함하고, 상기 비교단계는, 상기 유사도를 상호 비교하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 상기 비교단계의 비교 결과, 상기 유사도가 일정 유사도보다 작으면, 다른 청소 영역으로 이동하여 제2 검출단계 이후의 동작을 다시 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 청소기 및 로봇 청소기의 제어 방법은, 청소 수행중에 임의의 원인으로 청소가 강제 종료된 후, 다시 청소를 수행하는 경우에 절대 위치 인식 유닛을 통해 자기 위치를 인식함으로써 중복 청소를 방지한다.

본 발명은 영상 검출 유닛을 이용하여 상대 위치 인식 유닛의 위치 인식 오류를 개선하고, 상기 영상 검출 유닛을 통해 검출한 영상과 청소 영역에 대한 영상의 유사도를 이용하여 청소를 수행함으로써 시스템의 효율 및 안정성을 제고하고, 사용자의 편의성을 증대한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 청소기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;
도 3은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 외관을 도시한 사시도;
도 4는 본 발명에 따른 로봇 청소기가 특징점을 추출하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 청소기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 로봇 청소기의 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇 청소기 및 이의 제어 방법을 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 검출 유닛(100)과, 상기 구조물 정보를 저장하는 저장 유닛(300)과, 청소 재개 후 상기 검출 유닛(100)이 검출한 구조물 정보와 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 구조물 정보를 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 절대 위치를 인식하여 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 제어 유닛(200)을 포함하여 구성된다.

상기 구조물 정보는, 천장을 포함하는 상방 영역 또는 전방에 존재하는 형광등, 인테리어 구조물, 벽이나, 천장 등에 의해 추출된 직선, 영상 등이다. 상기 제어 유닛(200)은, 검출한 구조물 정보와 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 구조물 정보를 비교하여 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단한다.

상기 검출 유닛(100)은 청소 수행중이거나, 주행중에 청소 영역 내의 주변 구조물 정보를 검출하고, 상기 저장 유닛(300)은 상기 구조물 정보를 저장한다. 여기서, 상기 저장 유닛(300)은 상기 검출된 구조물 정보뿐만 아니라 미리 청소 영역 내의 구조물 정보를 데이터 베이스의 형태로 저장할 수 있다. 그런 다음, 사용자 등에 의하거나 다른 원인에 의해 청소 수행이 중단된 후 다시 재개되면, 상기 검출 유닛(100)은 다시 로봇 청소기가 놓인 위치에서 구조물 정보를 검출한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은 상기 검출 유닛(100)이 검출한 구조물 정보와 상기 저장 유닛(300)에 저장된 구조물 정보를 비교하고, 비교 결과를 이용하여 로봇 청소기의 위치를 인식한다. 이때의 위치는 거리 센서, 예를 들어 자이로 센서(Gyro Sensor), 엔코더(Encoder) 등에 의해 로봇 청소기의 이동에 의한 상대 위치가 아니라, 청소 영역들 중 어느 청소 영역, 또는 여러 방들 중 어느 방에 해당하는지를 나타내는 절대 위치이다. 상기 저장 유닛(300)은 청소 경로, 청소 패턴, 청소 영역 정보 등의 청소에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 제어 유닛(200)은 상기 저장 유닛(300)에 저장된 청소에 관한 정보를 이용하여 상기와 같이 인식된 위치에서의 청소 영역이 미 청소 영역인지 기 청소 영역인지를 판단한다.

도 2를 참조하면, 상기 검출 유닛(100)은, 상기 청소 영역 내에서 상방 또는 전방을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 영상 검출 유닛(110)이고, 상기 저장 유닛(300)은, 상기 영상 정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 검출 유닛(110)은, 로봇 청소기의 상부에 설치되고, 상방을 촬영하여 상방 영상을 검출하는 상방 카메라이거나, 또는 전방을 촬영하여 전방 영상을 검출하는 전방 카메라이다. 또한, 상기 영상 검출 유닛(110)은, 렌즈를 포함할 수 있는데, 상기 렌즈로는 소정의 위치에서도 상방 또는 전방의 모든 영역, 예를 들어 천장의 모든 영역이 촬영될 수 있도록 화각이 넓은 렌즈, 예를 들어 화각이 160도 이상을 사용하는 것이 좋다.

여기서, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 영상 검출 유닛(110)이 검출한 영상 정보와 상기 저장 유닛(300)에 저장된 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출한다. 상기 제어 유닛(200)은, 상기 복수의 영상들 각각에 대하여 좌표 정보를 갖는 하나 이상의 특징점을 추출한다. 도 4를 참조하면, 상기 영상 검출 유닛(110)을 통해 검출된 영상에서 상기 특징점들은 천장을 포함하는 상방 영역 또는 전방에 존재하는 형광등, 인테리어 구조물 등의 자연 표식이다. 여기서, 상기 특징점은, 상기 영상에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다. 상기 기술자는, 상기 특징점의 특징을 나타내는 것으로서, 상기 영상에서 상기 특징점을 포함하는 일정한 크기의 행렬이 된다. 상기 기술자는, 영상으로부터 추출된 위치에서의 구조물의 형태 또는 모양을 포함한다.

또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하고, 상기 유사도를 이용하여 상기 절대 위치를 인식한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 저장 유닛(300)에 미리 저장된 영상 정보, 즉 영상이나 특징점 등과 상기 영상 검출 유닛(110)을 통해 검출된 영상의 영상 정보들을 이용하여 특징점들을 정합하고, 로봇 청소기의 위치를 인식한다. 상기 특징점들 간에는 유사도를 판별하는 특징점 공간에서의 거리가 존재한다. 즉, 상기 거리가 짧으면 상기 특징점들은 큰 유사도를 가지고, 상기 거리가 길면 상기 특징점들의 유사도는 작아진다. 상기 특징점은, 예를 들어, (x_1,i, y₁ _,i), (x_2,i, y₂ _,i)와 같이 표시될 수 있다. 물론 상기 특징점을 3차원 좌표계 상의 점으로 표시할 수 있다. 이때, 특징점들 사이의 거리(Δ)는, 하기 수학식 1과 같이 쓸 수 있다.

[수학식 1]

상기 제어 유닛(200)은, 예를 들어, 상기 수학식 1을 이용하여 그 거리가 일정 거리 이하이면 이를 동일한 특징점으로 판단하여 정합한다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 외관을 도시한 사시도이고, 도 5는 그 구성을 도시한 블록도이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 청소 영역을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 영상 검출 유닛(110)과, 상기 영상 정보와, 기 청소 영역 및 미 청소 영역을 저장하는 저장 유닛(300)과, 청소 중단 전에 상기 저장 유닛(300)에 저장된 영상 정보와 청소 재개 후 상기 영상 검출 유닛(110)이 검출한 영상 정보로부터 각각 특징점을 추출하는 특징점 추출 모듈(210)과, 상기 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 유사도 연산 모듈(220)과, 상기 유사도를 상호 비교하여 로봇 청소기의 위치를 인식하는 위치 인식 모듈(230)과, 상기 위치 인식 모듈이 인식한 위치의 청소 영역이 미 청소 영역인지 판단하는 영역 판단 모듈(240)과, 상기 영역 판단 모듈의 판단 결과를 근거로 상기 미 청소 영역에 대하여 청소를 수행하는 제어 모듈(250)을 포함하여 구성된다.

상기 특징점 추출 모듈(210), 상기 유사도 연산 모듈(220), 상기 위치 인식 모듈(230), 상기 영역 판단 모듈(240), 상기 제어 모듈(250)은 각각 서로 다른 유닛의 형태로 구성될 수 있고, 또 하나의 마이크로 프로세서 등의 제어 유닛(200)으로 통합될 수 있다.

상기 특징점 추출 모듈(210)은, 상기 영상 검출 유닛(110)이 검출한 영상 정보와 상기 저장 유닛(300)에 저장된 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출한다. 상기 특징점 추출 모듈(210)은, 상기 복수의 영상들 각각에 대하여 좌표 정보를 갖는 하나 이상의 특징점을 추출한다. 도 4를 참조하면, 상기 영상 검출 유닛(110)을 통해 검출된 영상에서 상기 특징점들은 천장을 포함하는 상방 영역 또는 전방에 존재하는 형광등, 인테리어 구조물 등의 자연 표식이다. 여기서, 상기 특징점은, 상기 영상에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다. 상기 기술자는, 상기 특징점의 특징을 나타내는 것으로서, 상기 영상에서 상기 특징점을 포함하는 일정한 크기의 행렬이 된다. 상기 기술자는, 영상으로부터 추출된 위치에서의 구조물의 형태 또는 모양을 포함한다.

또한, 상기 유사도 연산 모듈(220)은, 상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하고, 상기 위치 인식 모듈(230)은 상기 유사도를 이용하여 상기 절대 위치를 인식한다. 이때, 상기 유사도 연산 모듈(220)은, 상기 저장 유닛(300)에 미리 저장된 영상 정보, 즉 영상이나 특징점 등과 상기 영상 검출 유닛(110)을 통해 검출된 영상의 영상 정보들을 이용하여 특징점들을 정합하고, 상기 특징점 정합을 통해 유사도를 연산한다. 상기 특징점들 간에는 유사도를 판별하는 특징점 공간에서의 거리가 존재한다. 즉, 상기 거리가 짧으면 상기 특징점들은 큰 유사도를 가지고, 상기 거리가 길면 상기 특징점들의 유사도는 작아진다.

상기 영상 검출 유닛(110)은 청소 수행중이거나, 주행중에 청소 영역 내의 주변 영상 정보를 검출하고, 상기 저장 유닛(300)은 상기 영상 정보를 저장한다. 여기서, 상기 저장 유닛(300)은 상기 검출된 영상 정보뿐만 아니라 미리 청소 영역 내의 영상 정보를 데이터 베이스의 형태로 저장할 수 있다. 그런 다음, 사용자 등에 의하거나 다른 원인에 의해 청소 수행이 중단된 후 다시 재개되면, 상기 영상 검출 유닛(110)은 다시 로봇 청소기가 놓인 위치에서 영상 정보를 검출한다. 이때, 상기 위치 인식 모듈(230)은, 상기 영상 검출 유닛(110)이 검출한 영상 정보와 상기 저장 유닛(300)에 저장된 영상 정보를 비교한 결과를 이용하여 로봇 청소기의 위치를 인식한다. 이때의 위치는 거리 센서, 예를 들어 자이로 센서, 엔코더 등에 의해 로봇 청소기의 이동에 의한 상대 위치가 아니라, 청소 영역들 중 어느 청소 영역, 또는 여러 방들 중 어느 방에 해당하는지를 나타내는 절대 위치가 된다. 상기 영역 판단 모듈(240)은, 검출한 영상 정보와 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 영상 정보를 비교하여 상기 위치 인식 모듈(230)이 인식한 로봇 청소기의 절대 위치가 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 것을 특징으로 한다. 상기 저장 유닛(300)은 청소 경로, 청소 패턴, 청소 영역 정보 등의 청소에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 영역 판단 모듈(240)은, 상기 저장 유닛(300)에 저장된 청소에 관한 정보를 이용하여 상기와 같이 상기 위치 인식 모듈(230)이 인식한 위치에서의 청소 영역이 미 청소 영역인지 기 청소 영역인지를 판단한다.

또한, 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 바퀴를 구동하여 로봇 청소기를 이동하는 구동 유닛(500)과, 상기 바퀴에 연결되어 이동 거리를 측정하는 거리 센서(미도시)를 더 포함하여 구성된다. 상기 구동 유닛(500)은 복수의 주바퀴와 하나 이상의 보조바퀴를 포함하는 상기 다수의 바퀴를 회전시키는 소정의 휠모터(Wheel Motor)를 구동하여 로봇 청소기가 이동하도록 한다. 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 상기 구동 유닛(500)을 통해 주행 중이거나 청소 중에 상기 영상 검출 유닛(110)을 통해 상기 복수의 영상 정보들을 검출한다. 상기 거리 센서로는 로봇 청소기의 바퀴를 구동하는 휠모터와 연결되어 속도를 검출하는 엔코더를 주로 사용할 수 있는데, 그 대신에 속도 및 위치를 인식하는 가속도 센서, 로봇 청소기의 회전 속도를 검출하는 자이로 센서 등도 사용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기는, 주변의 장애물을 검출하는 장애물 검출 유닛(600)을 더 포함하고, 상기 제어 모듈(250)은, 상기 장애물을 근거로 내부지도를 생성하고, 상기 내부지도를 근거로 청소경로 또는 주행경로를 설정한다. 여기서, 상기 제어 모듈(250)은, 상기 위치를 근거로 상기 청소경로 또는 상기 주행경로를 수정하고, 수정된 청소경로 또는 수정된 주행경로를 근거로 청소를 수행하거나, 또는 주행한다. 상기 장애물 검출 유닛(600)은, 가정이나 사무실 등의 실내에서 주행 중이거나, 청소 중에 로봇 청소기 주변의 장애물을 검출하고, 상기 장애물의 유무, 또는 위치, 크기 등의 장애물 정보를 상기 제어 모듈(250)에 전달한다. 상기 장애물 검출유닛(600)으로는 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서(Radio Frequency Sensor)나 범퍼(Bumper) 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 장애물 검출유닛(600)은, 초음파 센서, 적외선 삼각 측량 방식을 이용하여 거리를 정확히 산출할 수 있는 PSD (Position Sensitive Device) 센서, 또는 레이저를 발사한 뒤 반사되어 되돌아오는 레이저를 검출하여 정확한 거리를 측정하는 레이저 거리 측정기(Laser Range Finder; LRF) 등을 이용하여 벽면과의 거리를 측정하고, 이를 근거로 벽면의 형태, 위치 등을 검출할 수 있다. 상기 장애물 검출 유닛(600)을 통해 검출된 장애물 정보는 상기 저장 유닛(300)에 저장될 수 있다.

상기 제어 모듈(250)은, 상기 장애물 검출 유닛(600)이 검출한 상기 장애물을 근거로 내부지도를 생성하고, 상기 내부지도를 근거로 청소경로 또는 주행경로를 설정한다.

상기 저장 유닛(300)은, 주행하거나, 또는 청소하는 중에 검출한 장애물 정보를 더 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장 유닛(300)은, 상기 영상 검출 유닛(110)을 통해 검출된 복수의 영상들에 관한 정보, 상기 특징점 추출 모듈(210)을 통해 추출된 특징점을 저장할 수 있다. 상기 저장 유닛(300)은 비휘발성 메모리인 것이 좋다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 저장 장치로서, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브 등을 포함하며, 마그네틱 RAM, PRAM 등을 포함한다. 또한, 상기 저장유닛(300)은 상기 청소 영역 내에서의 로봇 청소기의 이동 기록, 청소 내역 등을 더 저장할 수 있고, 로봇 청소기를 구동하는 프로그램을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어 모듈(250)은, 상기 특징점의 정합 결과나 이동 거리를 이용하여 검증된 위치를 이용하여 상기 청소경로 또는 상기 주행경로를 수정하고, 수정된 청소경로 또는 수정된 주행경로를 근거로 청소를 수행하거나, 또는 주행한다.

상기 로봇 청소기는, 충전 가능한 전원 공급 수단을 구비하여 로봇 청소기 내로 전원을 공급하는 전원 유닛(400)을 더 포함할 수 있고, 상기 전원 유닛(400)은 로봇 청소기가 이동하고, 청소를 수행하는데 따른 동작 전원을 공급하며, 로봇 청소기 내에 구비된 상기 전원 공급 수단, 즉 배터리 잔량이 부족하면 충전대로부터 충전 전류를 공급받아 충전한다.

상기 로봇 청소기는, 직접 제어 명령을 입력하거나, 또는 장애물 정보나, 상기 저장 유닛(300)에 저장된 정보를 출력하도록 하는 명령을 입력받는 입력 유닛(700)을 더 포함하여 구성된다. 상기 입력 유닛(700)은, 장애물의 위치, 로봇 청소기의 위치 등의 위치 정보나, 특징점에 관한 정보, 내부지도, 청소경로, 청소 영역 또는 주행경로를 확인하는 명령을 입력하는 확인버튼, 설정하는 명령을 입력하는 설정버튼, 재설정하는 명령을 입력하는 재설정버튼, 삭제버튼, 청소시작버튼, 정지버튼 중 하나 이상의 입력 버튼을 구비할 수 있다.

상기 로봇 청소기는, 상기 저장 유닛(300)에 저장된 영상 정보, 구조물 정보, 특징점 등의 정보나, 장애물 정보, 또는 상기 내부지도를 디스플레이하는 출력 유닛(800)을 더 포함할 수 있다. 상기 출력 유닛(800)은, 로봇 청소기를 구성하는 각 유닛들의 현재 상태와, 현재 청소 상태 등의 상태 정보들을 더 표시할 수 있다. 상기 출력 유닛(800)은, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마표시패널(Plasma Display Panel), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

사용자 등은 상기 입력 유닛(700)을 통해 제어 명령을 입력함으로써 상기 출력 유닛(800)에 표시된 내부지도에서 청소가 필요한 청소 영역이나, 또는 방을 선택하여 청소를 수행하도록 할 수 있으며, 청소 패턴, 청소 순서 등을 설정하는 제어 명령을 입력할 수 있다. 상기 입력 유닛(700)과 상기 출력 유닛(800)은, 입력 또는 출력이 모두 가능한 터치스크린의 형태를 가질 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 로봇 청소기가 영상 정보를 이용하여 절대 위치를 인식하고, 이에 따라 청소를 수행하는 동작을 설명하기 위한 도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 청소 영역을 이동하면서 상기 청소 영역을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 단계(S110, S120)와, 상기 단계(S120)에서 검출한 영상 정보로부터 각각 특징점을 추출하는 단계(S130)와, 상기 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 단계(S140)와, 상기 유사도를 상호 비교하여 로봇 청소기의 위치를 인식하는 단계(S150, S160)와, 상기 단계(S160)에서 인식한 위치의 청소 영역이 미 청소 영역인지 판단하고, 상기 판단 결과를 근거로 상기 미 청소 영역에 대하여 청소를 수행하는 단계(S170)를 포함하여 구성된다.

상기 로봇 청소기는, 상부에 설치되고, 상방을 촬영하여 상방 영상을 검출하는 상방 카메라이거나, 또는 전방을 촬영하여 전방 영상을 검출하는 전방 카메라 등의 영상 검출 유닛을 통해 복수의 영상 정보를 검출한다(S120). 그런 다음, 상기 로봇 청소기는, 복수의 영상 정보들로부터 천장을 포함하는 상방 영역 또는 전방에 존재하는 형광등, 인테리어 구조물 등의 자연 표식으로부터 특징점을 추출하고(S130), 상기 특징점들 사이의 거리를 연산하여 유사도를 연산하고(S140), 상기 유사도를 근거로 상기 특징점을 정합한다(S150). 여기서, 상기 거리는, 실제 거리가 아니라, 특징점 공간에서의 거리를 의미한다. 이때, 상기 거리가 짧으면 상기 특징점들은 큰 유사도를 가지고, 상기 거리가 길면 상기 특징점들의 유사도는 작아진다. 여기서, 특징점들은, 상기 영상에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성되고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다. 또한, 상기 로봇 청소기는, 상기 정합 결과를 이용하여 자기의 절대 위치를 인식하고(S160), 이를 이용하여 인식한 절대 위치의 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단한 다음 청소를 수행한다(S170). 즉, 상기 로봇 청소기는 청소 경로, 청소 패턴, 청소 영역 정보 등의 청소에 관한 정보를 미리 저장하고, 이를 이용하여 인식한 위치에서의 청소 영역이 미 청소 영역인지 기 청소 영역인지를 판단한다. 이렇게 함으로써 본 발명에 따른 로봇 청소기는 종래 기술과 달리 청소 도중에 바퀴 빠짐과 같은 기구적인 한계 또는 먼지 통 교체, 걸레 교체와 같은 사용자 개입에 의해 의도하지 않게 강제로 청소 종료되고, 강제 종료 원인이 제거된 후에도, 중복 청소를 수행하거나, 처음부터 다시 청소를 수행하는 문제점을 해결하고, 미 청소 영역을 중심으로 청소를 수행함으로써 청소 효율이 증대된다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 청소 수행 중, 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 제1 검출단계(S210)와, 상기 제1 검출단계에서 검출한 상기 구조물 정보를 저장하는 저장단계(S220)와, 청소 재개 후, 상기 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 제2 검출단계(S250)와, 상기 제2 검출단계에서 검출한 구조물 정보와, 상기 저장단계에서 저장한 구조물 정보를 비교하는 비교단계(S260)와, 상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 로봇 청소기의 절대 위치를 인식하는 위치인식단계(S270)와, 상기 위치인식단계의 인식 결과를 근거로 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 청소수행단계(S280)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 영역판단단계(미도시)를 더 포함하여 구성된다.

상기 로봇 청소기는 청소 수행중이거나, 주행중에 청소 영역 내의 주변 구조물 정보를 검출하고(S210), 상기 구조물 정보를 저장한다(S220). 여기서, 상기 로봇 청소기는 상기 검출된 구조물 정보뿐만 아니라 미리 청소 영역 내의 구조물 정보를 데이터 베이스의 형태로 저장할 수 있다. 그런 다음, 사용자 등에 의하거나 다른 원인에 의해 청소 수행이 중단된 후 다시 재개되면(S230, S240), 상기 로봇 청소기는 현재 위치에서의 구조물 정보를 다시 검출한다(S250). 또한, 상기 로봇 청소기는, 검출한 구조물 정보와 저장된 구조물 정보를 비교하고(S260), 비교 결과를 이용하여 자기 위치를 인식한다(S270). 이때의 위치는 거리 센서, 예를 들어 자이로 센서, 엔코더 등에 의해 로봇 청소기의 이동에 의한 상대 위치가 아니라, 청소 영역들 중 어느 청소 영역, 또는 여러 방들 중 어느 방에 해당하는지를 나타내는 절대 위치이다. 또한, 상기 로봇 청소기는 청소 경로, 청소 패턴, 청소 영역 정보 등의 청소에 관한 정보를 미리 저장하고, 이를 이용하여 상기와 같이 인식된 위치에서의 청소 영역이 미 청소 영역인지 기 청소 영역인지를 판단한 다음, 청소를 수행한다(S280).

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법은, 청소 수행 중, 청소 영역 내의 영상 정보를 검출하는 제1 검출단계(S310)와, 상기 제1 검출단계에서 검출한 상기 영상 정보를 저장하는 저장단계(S320)와, 청소 재개 후, 상기 청소 영역 내의 영상 정보를 검출하는 제2 검출단계(S360)와, 상기 제2 검출단계에서 검출한 영상 정보와, 상기 저장단계에서 저장한 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출하는 특징점추출단계(S370)와, 상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 유사도연산단계(S380)와, 상기 유사도를 상호 비교하는 비교단계(S390)와, 상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 로봇 청소기의 절대 위치를 인식하는 위치인식단계(S400)와, 상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 영역판단단계(S410)와, 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 청소수행단계(S420)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 비교 결과 유사도가 일정 유사도 미만이거나, 상기 인식한 위치가 기 청소 영역인 경우에는 다른 청소 영역으로 이동하여 제2 검출단계 이후의 동작을 다시 수행한다(S430). 이하 장치의 구성은 도 2 내지 도 5를 참조한다.

상기 로봇 청소기는, 청소 수행중이거나, 주행중에 청소 영역 내의 주변 영상 정보를 검출하고(S310, S320), 상기 영상 정보를 저장한다(S330). 그런 다음, 사용자 등에 의하거나 다른 원인에 의해 청소 수행이 중단된 후 다시 재개되면(S340, S350), 다시 놓인 위치에서 영상 정보를 검출한다(S360). 이때, 상기 로봇 청소기는 검출한 영상 정보와 저장된 영상 정보를 비교하고, 비교 결과를 이용하여 로봇 청소기의 위치를 인식한다(S370 내지 S400). 이때의 위치는 거리 센서, 예를 들어 자이로 센서, 엔코더 등에 의해 로봇 청소기의 이동에 의한 상대 위치가 아니라, 청소 영역들 중 어느 청소 영역, 또는 여러 방들 중 어느 방에 해당하는지를 나타내는 절대 위치이다.

상기 로봇 청소기는, 검출한 영상 정보와 저장된 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출한다(S370). 즉, 상기 로봇 청소기는, 상기 복수의 영상들 각각에 대하여 좌표 정보를 갖는 하나 이상의 특징점을 추출한다. 도 4를 참조하면, 상기 특징점들은 천장을 포함하는 상방 영역 또는 전방에 존재하는 형광등, 인테리어 구조물 등의 자연 표식이다. 여기서, 상기 특징점은, 상기 영상에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고, 상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타낸다. 상기 기술자는, 상기 특징점의 특징을 나타내는 것으로서, 상기 영상에서 상기 특징점을 포함하는 일정한 크기의 행렬이 된다. 상기 기술자는, 영상으로부터 추출된 위치에서의 구조물의 형태 또는 모양을 포함한다.

또한, 상기 로봇 청소기는, 상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하고(S380), 상기 유사도를 이용하여 상기 절대 위치를 인식한다(S390, S400). 상기 특징점들 간에는 유사도를 판별하는 특징점 공간에서의 거리가 존재한다. 즉, 상기 거리가 짧으면 상기 특징점들은 큰 유사도를 가지고, 상기 거리가 길면 상기 특징점들의 유사도는 작아진다. 상기 특징점은, 예를 들어, (x_1,i, y₁ _,i), (x_2,i, y₂ _,i)와 같이 표시될 수 있다. 물론 상기 특징점을 3차원 좌표계 상의 점으로 표시할 수 있다. 이때, 특징점들 사이의 거리(Δ)는, 하기 수학식 2와 같이 쓸 수 있다.

[수학식 2]

상기 로봇 청소기는, 예를 들어, 상기 수학식 2를 이용하여 그 거리가 일정 거리 이하이면 유사도가 일정 유사도 이상으로 판단하고, 동일한 특징점으로 판단하여 정합한다. 상기 로봇 청소기는, 상기 정합 결과를 이용하여 로봇 청소기의 위치를 인식한다(S400). 또한, 상기 로봇 청소기는, 검출한 영상 정보와 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 영상 정보를 비교하여 인식한 절대 위치의 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단한다(S410). 상기 로봇 청소기는 청소 경로, 청소 패턴, 청소 영역 정보 등의 청소에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 청소에 관한 정보를 이용하여 인식된 위치에서의 청소 영역이 미 청소 영역인지 기 청소 영역인지를 판단한 다음, 미 청소 영역을 중심으로 청소를 수행한다(S430). 이때, 상기 로봇 청소기는, 상기 유사도가 일정 유사도보다 작아서 상기 특징점들이 정합되지 아니하거나, 또는 인식한 청소 영역이 기 청소 영역이면 다른 청소 영역으로 이동하여 다시 영상 정보를 검출한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 청소기 및 로봇 청소기의 제어 방법은, 청소 수행중에 임의의 원인으로 청소가 강제 종료된 후, 다시 청소를 수행하는 경우에 절대 위치 인식 유닛을 통해 자기 위치를 인식함으로써 중복 청소를 방지하고, 영상 검출 유닛을 이용하여 상대 위치 인식 유닛의 위치 인식 오류를 개선하고, 상기 영상 검출 유닛을 통해 검출한 영상과 청소 영역에 대한 영상의 유사도를 이용하여 청소를 수행함으로써 시스템의 효율 및 안정성을 제고하고, 사용자의 편의성을 증대한다.

100: 검출 유닛 110: 영상 검출 유닛
200: 제어 유닛 300: 저장 유닛
210: 특징점 추출 모듈 220: 유사도 연산 모듈
230: 위치 인식 모듈 240: 영역 판단 모듈
250: 제어 모듈 300: 저장 유닛
400: 전원 유닛 500: 구동 유닛
600: 장애물 검출 유닛 700: 입력 유닛
800: 출력 유닛

Claims

청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 검출 유닛;
상기 구조물 정보를 저장하는 저장 유닛; 및
청소 재개 후 상기 검출 유닛이 검출한 구조물 정보와 청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 구조물 정보를 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 절대 위치를 인식하여 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 제어 유닛;을 포함하는 로봇 청소기.
제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 비교 결과를 근거로 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 검출 유닛은, 상기 청소 영역 내에서 상방 또는 전방을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 영상 검출 유닛이고,
상기 저장 유닛은, 상기 영상 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제3 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 영상 검출 유닛이 검출한 영상 정보와 상기 저장 유닛에 저장된 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제4 항에 있어서,
상기 특징점은, 상기 영상 정보에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고,
상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제5 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하고, 상기 유사도를 이용하여 상기 절대 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
청소 영역을 촬영하여 영상 정보를 검출하는 영상 검출 유닛;
상기 영상 정보와, 기 청소 영역 및 미 청소 영역을 저장하는 저장 유닛;
청소 중단 전에 상기 저장 유닛에 저장된 영상 정보와 청소 재개 후 상기 영상 검출 유닛이 검출한 영상 정보로부터 각각 특징점을 추출하는 특징점 추출 모듈;
상기 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 유사도 연산 모듈;
상기 유사도를 상호 비교하여 로봇 청소기의 위치를 인식하는 위치 인식 모듈;
상기 위치 인식 모듈이 인식한 위치의 청소 영역이 미 청소 영역인지 판단하는 영역 판단 모듈; 및
상기 영역 판단 모듈의 판단 결과를 근거로 상기 미 청소 영역에 대하여 청소를 수행하는 제어 모듈;을 포함하는 로봇 청소기.
제7 항에 있어서,
상기 특징점은, 상기 영상 정보에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고,
상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
청소 수행 중, 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 제1 검출단계;
상기 제1 검출단계에서 검출한 상기 구조물 정보를 저장하는 저장단계;
청소 재개 후, 상기 청소 영역 내의 구조물 정보를 검출하는 제2 검출단계;
상기 제2 검출단계에서 검출한 구조물 정보와, 상기 저장단계에서 저장한 구조물 정보를 비교하는 비교단계;
상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 로봇 청소기의 절대 위치를 인식하는 위치인식단계; 및
상기 위치인식단계의 인식 결과를 근거로 상기 청소 영역에 대해 청소를 수행하는 청소수행단계;를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
제9 항에 있어서,
상기 비교단계의 비교 결과를 근거로 상기 청소 영역이 기 청소 영역인지 판단하는 영역판단단계;를 더 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
제9 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 구조물 정보는, 상기 청소 영역 내에서 상방 또는 전방을 촬영한 영상 정보인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
제11 항에 있어서,
상기 제2 검출단계에서 검출한 영상 정보와, 상기 저장단계에서 저장한 영상 정보로부터 하나 이상의 특징점을 추출하는 특징점추출단계;를 더 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
제12 항에 있어서,
상기 특징점은, 상기 영상 정보에서의 위치, 방향, 및 기술자로 구성된 특징점 정보를 포함하고,
상기 기술자는, 상기 특징점의 추출 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
제13 항에 있어서,
상기 특징점 정보를 이용하여 특징점들 사이의 유사도를 연산하는 유사도연산단계;를 더 포함하고,
상기 비교단계는, 상기 유사도를 상호 비교하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
제14 항에 있어서,
상기 비교단계의 비교 결과, 상기 유사도가 일정 유사도보다 작으면, 다른 청소 영역으로 이동하여 제2 검출단계 이후의 동작을 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.