KR20120105282A - 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서 - Google Patents

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KR20120105282A
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Abstract

본 발명은 다수의 포토트랜지스터(Phtotransistor)로 이루어지는 수광부와 하나의 적외선 다이오드(IR Diode)를 사용하여 센서를 구성하여 수광부에 입사하는 광량의 양을 이용하여 두 수광부 센서 사이의 차이를 기준으로 하여 센서가 놓인 위치에 맞게 기준이 정해지도록 함으로써 주변환경의 영향을 받지 않는 유형의 거리 감지 센서를 제공하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서{The distance perception infrared ray sensor which uses the multiplex reception department}
본 발명은 로봇의 거리감지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청소기형 이동식 로봇에 하나의 적외선 발광부와 다수의 적외선 수광부를 설치하고 이를 이용하여 로봇의 이동시 외부 환경과 바닥 재질의 영향을 최소한으로 받으면서 바닥까지의 거리를 감지하여 추락을 인식할 수 있도록 하는 다중 수신부를 이용한 거리감지 적외선 센서에 관한 것이다.
일반적으로 로봇 청소기는 사용자의 조작 없이도 자동으로 청소 구역을 스스로 주행하면서 바닥에 존재하는 먼지 등의 이물질을 제거하는 장치를 말한다. 이러한 로봇 청소기는 내장된 프로그램에 따라 미리 설정된 청소 경로 또는 최적의 청소 경로를 주행하면서 청소 동작을 수행하도록 설계한다.
한편, 로봇 청소기가 청소를 진행함에 있어서, 진행 경로에 가구 또는 벽과 같은 장애물이 존재하거나, 평지보다 낮은 거실 바닥 또는 절벽과 같은 저지대가 존재하는 경우, 정상적인 진행이 어려우므로 장애물 또는 저지대를 회피하기 위해서는 진행 경로를 바꿔야 한다. 이는 본체에 장착된 각종 센서와 그 센서에 수신된 신호에 따라 동작을 제어하는 컨트롤러에 의해 수행된다.
이동하는 로봇의 동작을 제어하는 경우 주행을 할 때에 사람이 직접 제어하지 않고 로봇 스스로가 바닥의 추락여부를 판별하여 이동할 수 있게끔 적외선 센서, 레이저 센서, 초음파 센서 등을 이용하고 있다.
그런데 그 중, 레이저 센서는 가격의 부담이 심하고 초음파 센서는 바닥의 부분을 측정하기에는 측정각도가 너무 넓으므로 짧은 영역의 거리를 측정하는 데 사용하는 센서는 가격이 저렴하고 지향각이 좁은 적외선 센서를 많이 이용하고 있다.
적외선 센서 중에서도 측정 방식에 따라서 적외선을 보내고 들어오는 양 자체로 거리를 판별하는 광량측정 PD(Photo Diode)방식과 어레이(array)형태로 제작하여 광량이 제일 많이 들어오는 곳을 기준으로 거리르 판별하는 PSD(Position sensitive device)방식이 있다.
이 적외선 센서 중 가격적으로 는 PSD 방식에 비해 PD 방식이 더 좋으나, 사용하는 데 있어서 바닥의 재질과 색에 따라 빛의 입사정도가 달라지게 되어 같은 거리임에도 불가하고 측정값이 변하는 문제가 있고, 외란(주변의 밝기)에 의해 영향을 받는다는 단점을 지니고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 다수의 포토트랜지스터(Phtotransistor)로 이루어지는 수광부와 하나의 적외선 다이오드(IR Diode)를 사용하여 센서를 구성하여 수광부에 입사하는 광량의 양을 이용하여 두 수광부 센서 사이의 차이를 기준으로 하여 센서가 놓인 위치에 맞게 기준이 정해지도록 함으로써 주변환경의 영향을 받지 않는 유형의 거리 감지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 바닥 감지 센서를 채용한 로봇 청소기에 있어서, 적외선 신호를 출력하는 적외선 발광부; 상기 적외선 발광부 옆에 설치되는 제 1 적외선 수광부; 상기 제 1 적외선 수광부에 설치되는 제 2 적외선 수광부; 상기 제 1 적외선 수광부 및 제 2 적외선 수광부를 덮도록 고정되는 외란 차단용 필터; 상기 제 1 적외선 수광부로 입력되는 적외선의 출력레벨을 조절할 수 있도록 하는 출력레벨 조정부; 상기 제 1 적외선 수광부에 입력된 출력량과 제 1 적외선 수광부에 입력된 출력량을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교 결과에 의하여 로봇 청소기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제어부는 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이가 (+)인 경우 평지인 것으로 판단하여 진행방향을 유지하도록 제어하고, 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이가 (-)인 경우 추락을 인식하여 진행방향을 바꾸도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 바닥재질의 시험정보를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이와 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 선택하여 그에 맞는 출력레벨을 조정하여 적용하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적외선 수광부는 적어도 2개 이상의 다수의 적외선 수광부를 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 바닥재질 정보를 저장하고, 다수의 적외선 수광부의 출력레벨의 차이와 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 선택하여 그에 맞는 출력레벨을 조정하여 적용하도록 하는 것을 특징으로 한다.
로봇 청소기에서 주행하는 바닥면의 높이를 감지하여 주행을 제어하는 방법에 있어서, 적외선 발광부에서 바닥면을 향하여 적외선을 방출하는 단계(S10); 상기 방출된 적외선이 바닥면으로부터 반사되는 적외선 신호를 제 1 적외선 수광부 및 제 2 적외선 수광부에서 수신하는 단계(S20); 출력레벨 조정부로부터 제 1 적외선 수광부의 출력레벨을 다운시켜 제 2 적외선 수광부의 출력레벨과의 교차점이 원하는 높이에 오도록 기준점을 조절하는 단계(S30); 비교부에서 상기 2개의 적외선 수광부의 출력량을 비교하는 단계(S40); 2개의 적외선 수광부의 출력량 차이로 바닥면의 높이를 판단하는 단계(S50); 제어부는 (S50)단계의 판단정보를 받아 그에 상응하는 제어를 수행하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (S50)단계는 2개의 적외선 수광부의 차가 (+)이면 안전지대로 판단하여 로봇의 진행을 유지하고, 2개의 적외선 수광부의 차가 (-)이면 추락으로 판단하여 로봇의 진행을 멈추거나 방향을 전환하도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, (S20)단계에서 적외선 수광부를 더 추가하여 다수의 적외선 수광부에서 적외선을 수신하는 단계(S21);
상기 다수의 적외선 수광부의 출력을 종합하여 저장부에 저장되어 있는 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 찾아내고, 그에 맞도록 제어부에서 출력레벨을 조절하여 적용하는 단계(S22)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하나의 적외선 발광부와 다수의 적외선 수광부를 이용하여 추락을 인지하되, 다수의 적외선 수광부 중 두개의 수광부를 선택하여 일정한 지점에서의 그 차이를 이용하여 바닥의 높이를 인지하도록 함으로써 바닥의 재질과 상관없이 일정하게 추락 높이를 인지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 각 수광부의 출력 하나하나는 각각의 재질에 따라 다른 아날로그 출력을 가지고, 이러한 특성은 다수의 수광부가 바닥 재질의 변화에 따라 나타나는 결과의 경향성을 보이게 되어 센서로 인해 로봇이나 사용자가 바다가 재질의 특성에 대해 유추할 수 있도록 하는 결과값도 보일 수 있으며, 이를 제 1 적외선 수광부의 레벨 조절에 적용함으로써 정확한 높이측정이 가능하도록 하는 이점이 있다.
또한, 적외선 발광부 및 적외선 수광부에 외란 차단용 필터를 장착하여 외란에 의한 출력값의 변화를 최소화 하여 외란의 간섭을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 발광부에서 적외선을 방출했을 때 발광부로부터 가장 가까운 수광부에서 나오는 출력값을 조절하여 다음의 수광부에서 나오는 출력값과의 교차점이 생기도록 하는 상대적인 기준값을 사용함으로써 로봇이 인지할 수 있는 추락인식 높이의 조절이 용이하여 다양한 곳에 적용되어 사용되어 질 수 있는 이점이 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1 은 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서의 구성을 나타낸 블록도,
도 2 는 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서의 2개의 적외선 수광부를 가질 때 적외선 방출 및 반사를 나타낸 개략도,
도 3 은 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서의 다수의 수광부를 가질 때 적외선 방출 및 반사를 나타낸 개략도,
도 4 는 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서의 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 출력량을 나타낸 그래프
도 5 는 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서에저 제 1 적외선 수광부의 출력을 1V 낮췄을 때의 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 출력량을 나타낸 그래프
도 6 은 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서에저 제 1 적외선 수광부의 출력을 2V 낮췄을 때의 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 출력량을 나타낸 그래프
도 7 은 바닥의 재질에 따른 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 출력을 나타낸 그래프,
도 8 은 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서의 동작 순서를 나타낸 순서도,
도 9 는 본 발명인 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서의 동작 순서 중 바닥재질을 파악할 수 있는 동작순서를 나타낸 순서도,
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이동하는 로봇에 있어서, 적외선을 방출하는 적외선 발광부(100)와, 발광된 적외선이 바다에 반사되는 출력량을 감지하는 제 1 적외선 수광부(210) 및 제 2 적외선 수광부(220)와, 상기 적외선 발광부(100)와 제1,2 적외선 수광부의 외부를 덮도록 설치되는 외란 차단용 필터(300)와, 상기 제 1 적외선 수광부(210)로 입력되는 적외선의 출력레벨을 조절할 수 있도록 하는 출력레벨 조정부(400)와, 상기 제 1,2 적외선 수광부에 입력된 출력량을 비교하는 비교부(500)와, 상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 로봇 청소기의 제어를 하는 제어부(600)로 구성되어 있다.
적외선 방출부(100)는 로봇 청소기가 이동을 시작하는 경우에 적외선을 바닥을 향하여 방출하도록 하는 것이다.
적외선 수광부(200)는 상기 적외선 방출부가 방출한 적외선이 바닥에 반사되는 적외선의 출력량을 감지하는 것이다. 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)가 적외선 방출부(100)의 옆으로 적외선 방출부로부터 멀어지도록 차례대로 설치되어 있다.
외란 차단용 필터(300)는 상기 적외선 방출부(100) 및 제 1 적외선 수광부(210), 제 2 적외선 수광부(220)의 외부에 설치되어 적외선 방출부(100)로부터 방출되어 반사되는 적외선이 아닌 외부의 다른 광선들을 차단한다.
출력레벨 조정부(400)는 제 1 적외선 수광부(210)로 입력되는 적외선 출력량의 레벨을 조절할 수 있도록 하는 것이다. 도 4 는 제 1 적외선 수광부의 레벨을 조절하지 않은 경우의 출력레벨을 나타낸 그래프이다. 도 5 는 제 1 적외선 수광부(210)의 출력레벨을 1V 낮추어 조정한 것으로, 제 1 적외선 수광부(210)의 출력량과 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량의 차이가 0이 되는 부분, 즉 그래프에서 제 1 적외선 수광부 출력량 그래프와 제 2 적외선 수광부의 출력량 그래프가 만나는 지점을 기준으로 삼는 것이다. 도 6 은 제 1 적외선 수광부의 출력레벨을 2V 낮추어 조정한 것으로, 그래프에서 제 1 적외선 수광부 출력량 그래프와 제 2 적외선 수광부의 출력량 그래프가 만나는 지점이 달라져 추락인식을 하는 높이의 기준이 달라지는 것을 보여준다.
따라서, 그래프에서 제 1 적외선 수광부 그래프와 제 2 적외선 수광부 그래프가 만나는 지점에서의 높이를 알 수 있으며, 높이는 출력레벨 조정부를 조절하여 사용자가 원하는 대로 정할 수 있다.
비교부(500)는 적외선 수광부(200)에 입력된 출력량을 서로 비교하여 그 차이를 연산하는 것으로, 적외선 방출부(100)와 가까이 설치되어 있는 제 1 적외선 수광부(210)의 출력량과, 제 1 적외선 수광부(210)보다 좀 더 멀리 설치되어 있는 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량을 비교하여 그 차이를 연산한다.
도 5 의 그래프에서 보면, 제 1 적외선 수광부의 출력량의 전압을 1V 평행이동시킨 그래프로 1.5cm부근과 9cm 부근에거 제 2 적외선 수광부의 출력량과 동일하게 된다. 이때, 비교부에 의하여 그 차이를 연산하는 경우 1,5cm~9cm까지는 (+)값이 나오게 되고, 1.5cm 미만이나 9cm를 초과하는 경우 (-)값이 나오게 된다.
여기서 기준 높이는 제 1 적외선 수광부의 출력레벨을 조절함으로써 자유롭게 지정할 수 있다.
한편, 도 3 에서 보여주는 바와 같이 적외선 수광부(200)가 2개 이상 다수개가 설치되어 있는 경우도 실시할 수 있으며, 이때 비교부(500)는 출력량이 많은 순서로 두개의 적외선 수광부를 선택하여 이에 따른 차이를 비교하도록 할 수 있다.
제어부(600)는 상기 비교부(500)로부터 출력량의 차이를 입력받아 그 차이에 따라 추락 높이를 판별한다.
즉, 비교부(500)의 연산값이 (+)인 경우의 높이는 안전하다고 판단될 수 있으며 (-)값이 나오는 경우에는 추락의 위험이 있다는 것으로 판단하며, 상기 제어부(600)는 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량 차이가 (+)인 경우 평지인 것으로 판단하여 진행방향을 유지하도록 제어하고, 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)의 차이가 (-)인 경우 추락을 인식하여 진행방향을 바꾸도록 제어한다.
또한, 상기 제어부(600)는 바닥재질 정보를 저장하고, 다수의 적외선 수광부(200)의 출력레벨의 차이와 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 선택하여 그에 맞는 출력레벨을 조정하여 적용할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 동작과정을 도면의 순서도를 통하여 설명한다.
도 8 에서 보는 바와 같이 본 발명은 로봇 청소기에서 주행하는 바닥면의 높이를 감지하여 주행을 제어하는 방법에 있어서, 적외선 발광부(100)에서 바닥면을 향하여 적외선을 방출하는 단계(S10); 상기 방출된 적외선이 바닥면으로부터 반사되는 적외선 신호를 제 1 적외선 수광부(210) 및 제 2 적외선 수광부(220)에서 수신하는 단계(S20); 출력레벨 조정부(400)로부터 제 1 적외선 수광부(210)의 출력레벨을 다운시키켜 제 2 적외선 수광부(220)의 출력레벨과의 교차점이 원하는 높이에 오도록 기준점을 조절하는 단계(S30); 비교부(500)에서 상기 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량을 비교하는 단계(S40); 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량 차이로 바닥면의 높이를 판단하는 단계(S50); 제어부(600)에서 (S50)단계의 판단정보를 받아 그에 상응하는 제어를 수행하는 단계(S60)를 포함하여 이루어져 있다.
(S10)단계는 는 로봇청소기의 바닥부에 부착되어 있는 적외선 발광부(100)에서 바다면을 향하여 적외선을 방출하는 단계이다.
(S20)단계는 방출된 적외선이 바닥면으로부터 반사된 적외선을 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)에서 수신하도록 하는 단계이다.
(S30)단계는 출력레벨 조정부(400)로부터 제 1 적외선 수광부(210)의 출력레벨을 다운시키켜 제 2 적외선 수광부(220)의 출력레벨과의 교차점이 원하는 높이에 오도록 기준점을 조절하는 것으로, 제 1 적외선 수광부로 입력되는 적외선 출력량의 레벨을 조절할 수 있도록 하는 것이다.
이는 제 1 적외선 수광부(210)의 출력량과 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량의 차이가 0이 되는 부분, 즉 그래프에서 제 1 적외선 수광부(210) 출력량 그래프와 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량 그래프가 만나는 지점을 기준으로 삼는 것이다.
따라서, 그래프에서 제 1 적외선 수광부 그래프와 제 2 적외선 수광부 그래프가 만나는 지점에서의 높이를 알 수 있으며, 높이는 출력레벨 조정부를 조절하여 사용자가 원하는 대로 정할 수 있다.
(S40)단계는 비교부(500)에서 상기 2개의 적외선 수광부의 출력량을 비교하는 단계로, 제 1 적외선 수광부의 출력량에서 제 2 적외선 수광부의 출력량을 뺀 만큼의 차이를 연산하는 것이다.
(S50)단계는 2개의 적외선 수광부의 출력량 차이로 바닥면의 높이를 판단하는 것으로, 제 1 적외선 수광부의 출력레벨을 조절하였을 경우 제 2 적외선 수광부와의 출력레벨이 같은 지점에서의 높이를 측정하여 기준으로 삼을 수 있도록 한다. 높이는 제 1 적외선 수광부의 출력레벨을 얼마만큼 조절하느냐에 따라 사용자가 임의대로 조절할 수 있다.
(S60)단계는 제어부(600)가 (S50)단계에서 비교부의 연정보를 받아 그에 상응하는 제어를 수행하도록 하는 단계로, 비교부의 연산값이 (+)인 경우의 높이는 안전하다고 판단될 수 있으며 (-)값이 나오는 경우에는 추락의 위험이 있다는 것으로 판단하며, 상기 제어부는 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이가 (+)인 경우 평지인 것으로 판단하여 진행방향을 유지하도록 제어하고(S61), 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이가 (-)인 경우 추락을 인식하여 진행방향을 바꾸도록 제어한다(S62).
한편, 도 9 에 나타난 바와 같이 (S20)단계에서 적외선 수광부를 더 추가하여 다수의 적외선 수광부에서 적외선을 수신하는 단계(S21)와, 상기 다수의 적외선 수광부의 출력을 종합하여 저장부에 저장되어 있는 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 찾아내고, 그에 맞도록 제어부에서 출력레벨을 조절하여 적용하는 단계(S22)를 더 포함할 수 있다.
이로 인하여 다수의 적외선 수광부를 추가하여 다수의 출력량 정보를 감지했을 경우 기존에 다수의 적외선 수광부를 통하여 실험을 통하여 얻은 바닥재질정보와 비교하여 바닥재질을 판단할 수 있으며, 판단된 바닥재질에 맞는 이상적인 추락인식 높이값을 기준점으로 잡음으로써 로봇이 좀더 정확하고 안정적으로 추락인식을 하고 이동할 수 있도록 한다.
따라서, 본원발명은 광량을 이용한 인식방법을 사용했음에도 불구하고 두개의 센서의 차이를 이용하기 때문에 주변환경(바닥의 재질, 외란)의 영향을 받지 않는 이점이 있다.
즉, 적외선 수광부에 입사하는 광량의 양을 이용한 절대적인 기준이 아닌 두 수광부 센서 사이의 차이를 이용하여 센서가 놓인 위치에 맞게 기준이 정해지는 상대적인 기준으로 거리를 판별하기 때문에 바닥재질의 영향을 받지 않을 수 있는 것이다.
여기서 제안하는 상대적인 기준의 결정은 발광부에서 적외선을 방출했을 때 발광부로부터 가장 가까운 수광부에서 나오는 출력값의 출력레벨을 조절한 후 다음의 수광부에서 나오는 출력값과의 교차점으로 정해진다.
이러한 기준의 설정 방법은 기존에 기준이 정해져 있는 PD 타입의 디지털 출력의 경우에 비해 사용자가 프로그램의 여하에 따라 얼마든지 기준을 설정할 수 있는 장점을 지니고 있다.
또한, 각 수광부의 출력 하나하나는 각각의 재질에 따라 다른 아날로그 출력을 가지고, 이러한 특성은 다수의 수광부가 바닥 재질의 변화에 따라 나타나는 결과의 경향성을 보아게 되어 센서로 인해 로봇이나 사용자가 바닥 재질의 특성에 대해 유추할 수 있도록 하는 결과값도 보일 수 있다.
그리고, 광량에 의해 거리를 판별하는 PD 타입의 단점 중 하나인 외란에 의한 출력값의 변화 효과를 방지하기 위해 외부에 필터를 장착하여 외란의 간섭을 줄이는 효과를 가져올 수 있다.
도 1 에서 보여지는 센서 구조물에 대한 개략도와 같이 하나의 적외선 발광 다이오드로부터 일정 거리 떨어진 지점에 수광부로 포토 트랜지스터를 두어서 센서를 구성하였다.
이 때, 적외선 발광부(100)에서 출력한 적외선 신호가 바로 수강부에 영향을 주지 않고 바닥에서 반사되어 오는 적외선 신호만을 감지하기 위해 발광부와 수광부를 구조물로 감싸고 독립적으로 구성하여 도 3 에서 보는 바와 같이 하나의 적외선 발광부와 여러개의 적외선 수광부를 일정 간격으로 배치한다.
이때 발광부와 수광부 사이는 가까울수록 들어오는 적외선의 세기가 강해지므로 적외선 수광부처럼 발광부와 가가운 쪽의 출력은 임의로 낮춰주고 먼 쪽의 수광부의 출력은 그대로 두어 교차지점이 나타나게 한다.
이때 정해준 교차지점이 추락을 인식하는 기준으로 작용한다.
그리고 각각의 수광부는 바닥을 반사하여 오는 적외선만 인지할 수 있도록 포토트랜지서터의 측면에 간섭을 막는 구조체를 씌워주고, 바닥에 반사하여 오는 적외선이 외란에 영향을 받지 않도록 센서의 외부에 외란 차단용 필터를 두어 외란에 의한 간섭을 최소화로 해준다.
상기와 같이 본 발명의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.
적외선 발광부에서 적외선을 방출하게 되면 바닥을 반사하여 나온 적외선을 여러 개의 적외선 수광부에서 인식한다.
이 센서에서 사용한 적외선은 적외선 발광부의 각도에 따른 밝기 특성과 같이 좁은 각도록 퍼지면서 진행하는 직진성을 지니는 특성을 가진다.
이러한 특성은 반사한 적외선이 각도의 변화에 대해 광량의 차이가 급격하게 변하기 때문에 같은 적외선 소스에 대해서 적외선 수광부(1)와 적외선 수광부(2)에서 인식하는 정도는 도 4 와 같은 차이를 보인다.
도 4 는 발광부로부터 두 적외선 수광부(제1적외선 수광부, 제2적외선 수광부)가 일정한 거리만큼 떨어졌을 때 가장 높은 출력을 내는 지점이 서로 다르고, 출력의 차이가 나는 결과를 보여준다.
이러한 특성을 이용하여 제 1 적외선 수광부에서 적외선을 받아들여서 발생하는 출력을 목표하는 거리에 맞게 레벨을 조절한다면 다음 수광부에서 인식하여 발생하는 출력 값과 제 1 적외선 수광부에서 발생하는 출력값의 교차지점을 확인할 수 있고, 이에 근거하여 도 5 및 도 6 과 같이 제1 적외선 수광부의 출력값을 조정함에 따라 다음 수광부와의 교차점이 발생하고 변경되는 것을 볼 수 있다.
결국 하나의 발광부로부터 나온 적외선 신호를 두 수광부에서 받아들인 뒤 제 1 적외선 수광부의 출력을 원하는 기준높이에 따라 변경하여 제 n 적외선 수광부와의 출력을 비교하는 것이며, 그 순서도는 도 8 과 같이 도시하였다.
도 8 의 순서도에 대한 설명은 다음과 같다.
젠서 회로에 전원을 인가하면 적외선 발광부에서 적외선을 방출한다. 방출한 적외선은 바닥에 반사하여 제 1 적외선 수광부 및 제 2 적외선 수광부로 입사하게 되고, 각 수광부는 받아들인 적외선만큼의 출력을 발생한다.
수광부에서 나온 출력값은 미리 저장해둔 기준과의 비교를 통해 해당 지점의 바닥재질에 대해 출력한다. 그리고, 각 수광부에서 나온 출력을 미리 설정해둔 값에 의거하여 발광부와 가까운 쪽에서는 출력 값을 낮춰주고 먼 쪽에서 의 낮은 출력값과의 교차지점을 비교한다.
그리하여 발광부와 가까운 쪽 수광부에서의 출력이 더 클 경우는 추락이 아니라고 인지하고 먼 쪽 수광부에서의 출력이 더 클 경우는 추락이라고 인지하여 신호를 내보내게 된다. 이대 증폭기를 거쳐 구동에 적당한 전류를 흘려주도록 유도한다.
한편, 수신부 간의 차이를 이용한 추락 기준 설정에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 7 은 각종 바닥부 재질에 대한 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부로 입사되는 적외선 양에 따른 출력양을 나타내고 있다.
도면에서 보면 각각의 재질에 따라 비슷한 기울기의 그래프를 가지지만 출력이 재질마다 변화폭이 심한 것을 확인할 수 있다. 여기서 수평으로 이동하는 기준을 동일하게 적용시켜 버리면 A/D 변환 값의 정도가 적은 곳(주로 어두워서 신호가 약한 부분)의 정도와 A/D 변환 값의 정도가 큰 곳(주로 밝아서 신호가 강한 부분)의 기준을 잡기가 어렵다.
이 기준을 정하기 위해 일반적인 방법으로 수신부만을 이용하여 거리 값을 측정하기보다는 같은 지점에 두 개 이상의 수신부에서 들어온 값의 차이를 이용하여 각 바닥에 따라 다른 기준을 적용하는 것을 목표로 하여 도 7 과 같은 결과를 얻었다.
상기와 같은 결과에 따라 표로 나타내면 다음과 같다.
[표 1]
Figure pat00001
이렇게 나눠진 기준을 가지고 두 수신부 간의 400 이상일 때에는 160을 제 1 적외선 수광부에서 빼주고, 두 수신부 간의 차이가 70~50 사이일 경우에는 22를 제 1 적외선 수광부에서 빼주는 등의 결과값에 적용하게 되면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
[표 2]
Figure pat00002
이러한 다섯 가지 재질에 따른 결과는 색상과 재질이 달라짐에도 불구하고 최대값과 최소값의 차이가 0.9cm로 중간값을 기준으로 했을 때 0.45cm의 오차로 결과가 나타난다.
따라서, 높이를 측정함에 있어서 0.45cm의 오차는 허용 범위 안에 들어오는 것이기 때문에 바닥재질에 상관없이 오차 범위 내에서 일정한 높이를 감지할 수 있는 것이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
100: 적외선 발광부 200: 적외선 수광부
210: 제 1 적외선 수광부 220: 제 2 적외선 수광부
300: 외란차단필터 400: 출력레벨 조절부
500: 비교부 600: 제어부
700: 바닥면

Claims (8)

  1. 바닥 감지 센서를 채용한 로봇 청소기에 있어서, 적외선 신호를 출력하는 적외선 발광부; 상기 적외선 발광부 옆에 설치되는 제 1 적외선 수광부; 상기 제 1 적외선 수광부에 설치되는 제 2 적외선 수광부; 상기 제 1 적외선 수광부 및 제 2 적외선 수광부를 덮도록 고정되는 외란 차단용 필터; 상기 제 1 적외선 수광부로 입력되는 적외선의 출력레벨을 조절할 수 있도록 하는 출력레벨 조정부; 상기 제 1 적외선 수광부에 입력된 출력량과 제 2 적외선 수광부에 입력된 출력량을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교 결과에 의하여 로봇 청소기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 제어부는 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이가 (+)인 경우 평지인 것으로 판단하여 진행방향을 유지하도록 제어하고, 상기 제어부는 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이가 (-)인 경우 추락을 인식하여 진행방향을 바꾸도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    또한, 상기 제어부는 바닥재질의 시험정보를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 제 1 적외선 수광부와 제 2 적외선 수광부의 차이와 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 선택하여 그에 맞는 출력레벨을 조정하여 적용하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 적외선 수광부는 적어도 2개 이상의 다수의 적외선 수광부를 설치하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서.
  5. 청구항 4 에 있어서,
    상기 제어부는 바닥재질 정보를 저장하고, 다수의 적외선 수광부의 출력레벨의 차이와 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 선택하여 그에 맞는 출력레벨을 조정하여 적용하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 적외선 센서.
  6. 로봇 청소기에서 주행하는 바닥면의 높이를 감지하여 주행을 제어하는 방법에 있어서,
    적외선 발광부(100)에서 바닥면을 향하여 적외선을 방출하는 단계(S10);
    상기 방출된 적외선이 바닥면으로부터 반사되는 적외선 신호를 제 1 적외선 수광부(210) 및 제 2 적외선 수광부(220)에서 수신하는 단계(S20);
    출력레벨 조정부(400)로부터 제 1 적외선 수광부(210)의 출력레벨을 다운시키켜 제 2 적외선 수광부(220)의 출력레벨과의 교차점이 원하는 높이에 오도록 기준점을 조절하는 단계(S30);
    비교부(500)에서 상기 제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량을 비교하는 단계(S40);
    제 1 적외선 수광부(210)와 제 2 적외선 수광부(220)의 출력량 차이로 바닥면의 높이를 판단하는 단계(S50);
    제어부(600)에서 (S50)단계의 판단정보를 받아 그에 상응하는 제어를 수행하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 방법.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 (S50)단계는 2개의 적외선 수광부의 차가 (+)이면 안전지대로 판단하여 로봇의 진행을 유지하고(S51), 2개의 적외선 수광부의 차가 (-)이면 추락으로 판단하여 로봇의 진행을 멈추거나 방향을 전환하도록 하는 것(S52)을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 방법.
  8. 청구항 6 내지 7 항에 있어서,
    S20 단계에서 다수의 적외선 수광부를 더 추가하여 다수의 적외선 수광부에서 적외선을 수신하는 단계(S21); 상기 다수의 적외선 수광부의 출력을 종합하여 저장부에 저장되어 있는 바닥재질의 시험정보를 비교하여 일치하는 바닥재질을 찾아내고, 그에 맞도록 제어부에서 출력레벨을 조절하여 적용하는 단계(S22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 수신부를 이용한 거리 감지 방법.










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