KR20130002218A - 로봇 청소기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

주행 중 방향 전환 시 시간당 커버리지 성능을 감소시키는 정지 동작을 없앨 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어방법을 개시한다. 로봇 청소기는 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하고, 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되면, 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 곡선 주행하여 방향을 전환 이동 방향을 전환하도록 조정되므로, 주행 방향 전환 시 시간 당 커버리지 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

로봇 청소기 및 그 제어방법{ROBOT CLEANER AND CONTROL METHOD THEREOF}
청소 영역을 효율적으로 주행할 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
로봇 청소기는 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소 구역을 스스로 주행하면서 청소하는 기기이다. 로봇 청소기는 먼지 또는 이물질을 흡입하는 진공청소기의 구성 이외에 로봇 청소기를 주행시키는 주행 장치와, 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서와, 전원을 공급하는 배터리 및 장치 전반을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다.
로봇 청소기는 상술한 구성에 따라, 청소 구역 내에 설치된 각종 장애물과의 거리를 판단하고, 판단된 정보를 이용하여 장애물과 충돌되지 않도록 주행하면서 청소 동작을 수행한다. 이러한, 로봇 청소기는 청소 영역을 누락시키지 않고 청소를 수행하기 위해서 스스로 청소 영역을 인식하고, 청소가 된 영역과 청소가 되지 않은 영역을 구별하여 빈틈없이 청소하도록 설계된다.
한편, 로봇 청소기의 청소 방식은 랜덤 청소 방식(Random sweep method)과, 패턴 청소 방식(pattern sweep method)과, 셀 청소 방식(cell sweep method)를 포함할 수 있다. 랜덤 청소 방식은 장애물 센서에 인식된 장애물 정보만을 근거로 회전 및 직진 등의 동작을 랜덤으로 결정하는 방식이며, 패턴 청소 방식은 장애물 센서에 인식된 정보로 장애물의 유무를 판단하고, 자신의 위치를 식별하여 특정한 패턴으로 이동하여 청소를 수행하는 방식이며, 셀 청소 방식은 청소 영역을 미리 설정하고, 미리 설정된 청소 영역을 패턴 청소 방식으로 청소하는 방식이다.
상술한 로봇 청소기는 청소를 수행하는 도중 주행 방향을 전환하기 위해서 정지 동작을 수반하게 되며, 정지 동작 횟수가 많아질수록 시간당 커버리지 성능이 떨어지게 된다.
본 발명의 일측면은 주행 중 방향 전환 시 시간당 커버리지 성능을 감소시키는 정지 동작을 없앨 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일실시예에 의한 로봇청소기의 제어방법은 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 상기 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하고, 상기 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되면, 상기 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 곡선 주행하여 방향을 전환할 수 있다.
상기 청소 경로를 따라 이동 중 장애물을 감지하면, 상기 장애물을 벽면 추종 방식으로 주행하고, 상기 벽면 추종 방식으로 주행 중 예정된 주행 라인에 도달하면 그 주행 라인을 따라 이동할 수 있다.
상기 청소 영역을 주행할 때 청소된 영역을 저장하고, 상기 청소된 영역을 경계로 상기 로봇 청소기가 곡선 주행하는 경우 상기 청소된 영역과 상기 곡선 주행하는 영역이 중첩되도록 주행 구간이 정해질 수 있다.
상기 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하는 것은, 상기 청소 영역 주행 시 주행 초기 위치와 주행 중 이동 방향이 변경되는 위치에 대한 데이터를 저장하고, 상기 초기 위치와 상기 이동 방향이 변경되는 위치에 따라 청소를 수행할 구역을 설정할 수 있다.
상기 청소를 수행할 구역을 일정 크기의 청소 블록으로 구분할 수 있다.
상기 청소 블록은 장애물이 존재한다는 제1표시와, 청소가 완료된 블록이라는 제2표시와, 현재 블록을 포함하는 하나의 라인 및 그 하위 라인 전체에 청소를 완료하였다는 제3표시에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 청소 영역의 주변 환경으로부터 복수의 특징점을 추출하고, 상기 특징점으로 특징맵을 생성할 수 있다.
상기 곡선 주행하여 방향을 전환하는 것은, 상기 지그 재그 주행 경로에 포함되는 직진 경로를 따라 이동 중 이동 속도를 일정 속도까지 감속하고, 감속된 이동 속도를 등속도로 유지하면서 회전 속도를 제어하여 곡선 주행할 수 있다.
상기 곡선 주행하여 방향을 전환하는 것은, 상기 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 이동 속도를 제어함과 동시에 회전속도를 제어하여 정지 동작 없이 곡선 주행하여 방향을 전환할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기는 경로맵을 이용한 청소 모드를 선택할 수 있도록 마련되는 입력부;와 상기 경로맵을 이용한 청소 모드가 선택되면 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 상기 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하는 경로맵생성부;와 및 상기 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되면, 상기 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 곡선 주행하여 방향을 전환하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 청소 영역에 위치하는 장애물을 감지하며 초음파 센서 또는 광센서로 구현되는 장애물 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 장애물 감지부는 상기 청소 경로를 따라 이동 중 상기 장애물을 감지하면 그 정보를 상기 제어부에 송신하고, 상기 제어부는 상기 장애물을 감지하였다는 정보를 수신하면 상기 장애물을 벽면 추종 방식으로 주행하고, 상기 벽면 추종 방식으로 주행 중 예정된 주행 라인에 도달하면 그 주행 라인을 따라 이동하도록 제어할 수 있다.
상기 경로맵생성부는 상기 청소 경로 주행이 시작되는 주행 초기 위치와, 상기 청소 영역을 주행하면서 이동 방향이 변경되는 위치에 대한 데이터를 저장하고, 상기 주행 초기 위치와 상기 이동 방향이 변경되는 위치에 따라 청소를 수행할 구역을 설정할 수 있다.
상기 청소 영역의 주변 환경으로부터 복수의 특징점을 추출하고, 상기 특징점으로 특징맵을 생성하는 특징맵생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 로봇 청소기의 구동 바퀴에 연결되어 회전속도를 감지하는 엔코더, 회전 관성을 이용하여 상기 로봇청소기의 방향각을 측정하는 자이로 센서 또는 상기 로봇 청소기의 운동 가속도를 측정하는 가속도 센서 중 적어도 하나로 이루어지는 위치 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 경로맵을 저장하고, 상기 경로맵을 따라 이동 중 감지한 장애물에 대한 정보와 상기 각각의 청소 블록의 청소 완료 여부에 대한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기는 주행 방향 변경 시 정지 동작을 수반하지 않으므로 시간당 커버리지 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 외관 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 저면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 제어블록도
도 4는 천정 영상을 이용한 특징점 추출의 개념을 보여주는 도면
도 5는 실제 작성된 특징맵의 예를 보여주는 단면도
도 6은 경로맵 작성 과정을 설명하기 위한 도면
도 7은 경로맵 상의 셀에 포함되는 정보를 설명하기 위한 도면
도 8a는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 맵이 없는 주행 모드의 일예를 설명하기 위한 도면
도 8b는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 맵이 있는 주행 모드의 일예를 설명하기 위한 도면
도 9a는 종래의 로봇 청소기의 방향 전환 패턴을 설명하기 위한 도면
도 9b는 도 9a의 방향 전환 패턴에 따라 방향 전환 시 나타나는 시간/선속도 그래프 및 시간/각속도 그래프를 나타낸 도면
도 10a는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 방향 전환 패턴을 설명하기 위한 도면
도 10b는 도 10a의 방향 전환 패턴에 따라 방향 전환 시 나타나는 시간/선속도 그래프 및 시간/각속도 그래프를 나타낸 도면
도 11 및 12는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 방향 변경 시 장애물 회피 방식을 설명하기 위한 도면
도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 방향 변경 시 기청소된 영역과 중첩되도록 방향 전환하는 것을 설명하기 위한 도면
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 모드가 맵이 필요한 모드인 경우에 적용될 수 있는 제어흐름도
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 모드가 맵이 필요하지 않은 모드인 경우에 적용될 수 있는 제어흐름도
도 16은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 모드에 지그 재그 주행 경로가 포함되는 경우에 적용될 수 있는 제어흐름도
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 저면도이다.
로봇 청소기(1)는 외관을 형성하는 본체(10)와, 본체(10)의 하부에 설치되어 로봇 청소기(1)를 이동시키는 구동 장치(20)와, 로봇 청소기(1)가 주행하는 바닥의 먼지를 쓸거나 비산시켜 청소하는 브러시 장치(30,40)를 포함할 수 있다.
본체(10)는 구동 장치(20) 및 브러시 장치(30,40)와 더불어 장애물을 감지할 수 있는 접촉 센서 또는 근접 센서가 설치될 수 있다. 예를 들면, 본체(10)의 전방에 설치되는 범퍼(11) 내부에는 광센서가 설치되어 전방의 장애물을 감지할 수 있고, 본체(10)의 바닥에 설치되는 적외선 센서(또는 초음파 센서)는 계단 등의 장애물을 감지할 수 있다. 그리고, 본체(10)의 상부에는 주변 환경을 촬영할 수 있는 비젼 센서(13)가 설치될 수 있다.
본체(10)는 사용자에게 로봇 청소기(1)의 상태 또는 동작에 관한 정보를 알려주는 디스플레이(12)가 마련될 수 있다.
구동 장치(20)는 본체(10)의 중앙부 양측에 설치되어 로봇 청소기(1)의 이동을 조절하는 한 쌍의 구동 바퀴(21,22)와, 본체(10)의 전방에 회전 가능하게 설치되어 로봇 청소기(1)가 이동하는 바닥 상태에 따라 회전하는 각도가 변화하는 캐스터 바퀴(23)로 구성될 수 있다. 캐스터 바퀴(23)는 로봇 청소기(1)의 자세 안정 및 추락 방지 등에 활용되며, 롤러나 캐스터 형상의 바퀴로 구성될 수 있다.
구동 바퀴(21,22)는 전방 또는 후방으로 구동되어 로봇 청소기(1)를 이동시킨다. 구동 바퀴(21,22)는 전방 또는 후방으로 구동되어 로봇 청소기(1)를 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다. 한편, 좌측 구동 바퀴(21,22)를 후방으로 이동시키는 동안 우측 구동 바퀴(21,22)를 전방으로 구동시켜 로봇 청소기(1)가 전방을 기준으로 좌측 방향으로 회전하도록 하고, 이와 반대로 구동시켜 로봇 청소기(1)가 전방을 기준으로 우측 방향으로 회전하도록 할 수 있다.
브러시 장치(30,40)는 먼지의 흡입 효율을 향상시키기 위해 본체(10)의 저면에 형성된 흡입구(14)와 인접하게 마련되어 바닥의 먼지를 쓸거나 비산시키는 메인브러시장치(30)와, 본체(10)의 전방 양측면 하부에 설치되어 로봇 청소기(1)가 주행하는 바닥의 먼지를 흡입구(14) 측으로 쓸어 주는 사이드 브러시장치(40)를 포함할 수 있다.
메인브러시장치(30)는 흡입구(14)에 대응하는 길이로 흡입구(14)에 인접하게 수평 방향으로 배치되어 바닥에 부착된 먼지를 쓸거나 비산시키도록 바닥에 대해 롤러식으로 회전하는 드럼 형상의 회전 브러시(,이하 "메인 브러시"라 함)와, 메인 브러시(31)를 회전시키기 위한 메인 브러시모터(33)를 포함할 수 있다.
또한, 로봇 청소기(1)는 먼지 등의 이물질을 빨아들여 저장하는 집진장치를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 제어블록도이다.
로봇 청소기(1)는 입력부(100), 촬영부(110), 위치 측정부(120), 특징맵 생성부(130), 장애물 감지부(140), 경로맵 생성부(150), 제어부(160), 메모리(170) 및 청소부(180)을 포함할 수 있다.
입력부(100)는 사용자로부터 주행 모드 명령을 입력받을 수 있다. 주행 모드는 경로맵을 이용하는 모드와, 경로맵을 이용하지 않는 모드가 있다. 경로맵을 이용하는 모드는 청소 경로를 설정하고, 설정된 청소 경로를 따라 이동하여 청소를 수행하는 방식이며, 경로맵을 이용하지 않는 모드는 랜덤 주행 방식과 같이 임의로 이동하여 청소를 수행하는 모드이다. 여기서, 랜덤 주행 방식은 장애물의 유무만을 판단하여 회전 또는 직진 주행을 랜덤으로 결정하는 방식이다.
촬영부(110)는 특징점을 추출하기에 적합한 주변 영상을 촬영할 수 있다. 주변 영상은 천정, 벽면, 바닥을 포함할 수 있으며, 영상 변화의 가능성이 적은 천정이 주변 영상으로는 가장 적합하다. 이하, 주변 영상으로 천정을 사용하는 것을 예로 들어 설명한다.
촬영부(110)는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 기타 영상 획득 수단으로 구현될 수 있다. 촬영부(110)는 획득한 영상의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)로 구현될 수 있다.
위치 측정부(120)는 엔코더, 자이로 센서, 가속도 센서와 같은 상대 위치 인식 모듈로 구현되어, 로봇 청소기(1)의 위치를 측정할 수 있다. 엔코더는 구동 바퀴(21,22)와 연결되어 회전속도를 감지한다. 엔코더에서 감지된 회전속도를 적분하면, 로봇 청소기(1)의 위치(내지 움직임 거리) 및 방향각을 알 수 있다. 자이로 센서는 회전 관성을 이용하여 로봇 청소기(1)의 방향각을 측정할 수 있다. 가속도 센서는 로봇 청소기(1)의 운동 가속도를 2중 적분하여 로봇 청소기(1)의 위치를 측정할 수 있다.
특징맵 생성부(130)는 촬영부(110)로부터 획득된 천정 영상으로부터 복수의 특징점을 추출하여 특징맵을 생성한다. 특징맵은 주변 환경 중 일정하게 측정되는 특징점들로 이루어져 있다. 특징점은 특정 위치 고유의 특징이 나타날 수 있는 점들을 의미한다. 도 4를 참조하면, 천정 영상(200)에는 샹들리에(210), 형광등(220), 모서리 부분(230) 등 다른 위치와는 구별되게 하는 세부 영상이 포함되어 있을 수 있다. 이러한 세부 영상에 특징점들을 표시한 후, 로봇 청소기(1)가 이동하면서 촬영한 영상에서 표시된 특징점들과 동일한 특징점을 발견하면 로봇 청소기(1)의 포즈(위치 및 방향각)를 파악할 수 있게 된다.
도 5는 실제 작성된 특징맵의 예를 보여주는 단면이다. 특징맵(300)에는 다양한 형태의 특징점들이 포함되고, 지역적으로 인접한 특징점들은 서로 연결된다. 만약, 로봇 청소기(1)가 촬영한 영상(350) 내에 미리 정의된 특징점들의 조합을 발견하게 되면 로봇 청소기(1)의 위치 및 방향각을 알 수 있게 된다. 한편, 상술한 특징점을 추출하는 알고리즘으로는 SIFT(Scale Invariant Feature Transform), Descriptor, Harris Corner Detector 등이 알려져 있다. 물론, 특징맵 작성을 위하여 영상 촬영뿐만 아니라, RFID(Radio Frequency Identification), 구조광(structure light)을 이용한 Range Finder 등 다른 SLAM 기법이 사용될 수도 있다. 여기서, SLAM은 로봇 청소기(1)의 위치 인식과 맵 생성을 동시에 수행하는 알고리즘이다.
특징맵 생성부(130)는 천정 영상으로부터 얻은 특징점과 위치 측정부(120)에 의해 측정되는 위치를 대응시켜 특징맵을 완성한다. 특징맵을 완성한 후에는, 촬영된 영상으로부터 얻은 특징점과 특징맵 간의 비교를 통해 로봇 청소기(1)의 위치 및 방향각을 용이하게 파악할 수 있다.
메모리(170)는 특징맵 생성부(130)에서 생성한 맵을 저장한다. 메모리(170)는 롬(ROM), 램(RAM), 피롬(PROM), 이피롬(EPROM), 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 램(RAM)과 같은 휘발성 메모리 소자, 하드 디스크, 광 디스크와 같은 저장 매체 또는 당업계에 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수 있다.
장애물 감지부(140)는 로봇 청소기(1)의 이동 중에 근접하는 장애물을 감지한다. 장애물 감지부(140)는 초음파 센서 또는 광센서를 통해 구현될 수 있다. 초음파 센서로 구현된 장애물 감지부(140)의 경우, 주행하는 경로에 초음파를 발신하고, 반사되는 초음파를 수신하여 장애물을 감지할 수 있다. 광센서로 구현된 장애물 감지부(140)의 경우, 적외선 발광소자가 적외선을 출사하고, 적외선 수광소자가 반사된 적외선을 수신하여 장애물을 감지할 수 있다.
경로맵 생성부(150)는 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 설정하여 청소 경로 맵을 생성한다. 도 6을 참조하면, 경로맵 생성부(150)는 로봇 청소기(1)가 벽을 따라 이동하게 함으로써 청소구역의 최외각부에 대한 위치 데이터를 저장하여 청소를 수행할 구역을 설정할 수 있다. 구체적으로, 경로맵 생성부(150)는 초기 위치 "P0"를 저장하고, 벽을 따라 이동하면서 이동 방향이 변경되는 외각 위치(P1 내지 P4)에 대한 데이터를 저장하고, P0-P4를 최외각 청소 경로로 설정할 수 있다. 경로맵 생성부(150)는 초기 위치(P0)와 외각 위치(P1 내지 P4)를 기초로 청소 블록을 나누고, 청소 블록을 특정한 패턴으로 주행하여 청소할 수 있도록 청소 경로를 생성할 수 있다. 여기서, 특정한 패턴은 지그재그 주행 경로, 벽면 추종 경로 또는 나선 주행 경로와 같이 규칙이 정해진 패턴을 의미하며, 특정한 패턴을 복수 개 조합하여 청소 경로를 설정하는 것도 가능하다.
청소 블록은 로봇 청소기(1)의 본체(10)의 크기를 고려하여 청소가 완벽히 될 수 있도록 폭이 조정된다. 한편, 도 7을 참조하면, 청소 구역은 소정의 크기 셀들로 구성된다. 셀들은 각각 장애물 유무 및 경로 정보를 포함한다. 구체적으로, 셀은 장애물이 존재한다는 제1표시(Blocked, 음영 처리)와, 청소가 완료된 셀이라는 제2표시(Cleaned, "C"라고 표시함)와, 현재 셀을 포함한 하나의 라인 및 그 하위 라인 전체에 청소를 완료하였다는 제3표시(Filled, "F"라고 표시함)을 포함할 수 있다.
제어부(160)는 사용자에 의해 주행 모드 명령이 입력되면 주행 모드에 따라 로봇 청소기(1)를 주행시켜 청소를 수행한다. 주행 모드는 맵을 이용한 주행 모드와 맵을 이용하지 않은 주행 모드가 있다. 도 8a는 맵을 이용하지 않은 주행 모드에 따른 로봇 청소기(1)의 동작을 나타낸다. 로봇 청소기(1)의 주행 모드는 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 로봇 청소기(1)는 지그재그 형태로 주행하는 지그재그 주행 모드(400)와, 미리 정해진 패턴없이 랜덤으로 주행하는 랜덤 주행 모드(410)와, 나선 형태로 주행하는 나선 주행 모드(420)와, 물체와 일정 거리를 유지하면서 주행하는 벽면 추종 주행 모드(430) 등 다양한 방식으로 주행될 수 있다. 도 8b는 맵을 이용한 주행 모드에 따른 로봇 청소기(1)의 동작을 나타낸다. 로봇 청소기(1)는 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하여 청소 경로맵을 미리 설정할 수 있다. 도 8b에서는 지그 재그 주행 경로가 청소 경로에 포함된 것을 예로 들어 설명하고 있다. 지그재그 주행 경로는 공지된 주행 경로로서, 청소 영역을 지그 재그 패턴으로 주행하는 방식의 경로이다. 한편, 본 실시예에서 사용되는 "청소 영역"이란 용어는 청소가 수행될 수 없는 장애물을 포함한 공간 전체를 의미하며, 청소 구역은 청소 영역 중 장애물 등으로 인해 청소될 수 없는 영역을 제외한 구역을 의미한다. 청소 구역은 청소 영역 내에서 하나 또는 복수 개 설정될 수 있다.
한편, 맵을 이용한 주행 모드에서도 맵 내에서 나선 방식, 벽면 추종 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 복수 개의 주행 모드를 병합한 방식이 적용될 수도 있다.
제어부(160)는 사용자가 맵을 이용한 주행 모드 선택 시, 특징맵 생성부(130)에 의해 생성된 특징 맵과, 경로맵 생성부(150)에 의해 생성된 경로 맵을 이용하여 로봇 청소기(1)를 주행시킬 수 있다. 제어부(160)는 특징 맵없이 경로맵만을 이용하여 로봇 청소기(1)를 주행시킬 수도 있다.
제어부(160)는 경로 맵을 이용하여 로봇 청소기(1)가 주행하는 도중 방향을 전환해야 하는 경우, 곡선 주행하여 방향을 전환한다. 곡선 주행하여 로봇 청소기(1)의 방향을 전환하게 되면 시간당 커버리지 성능을 높일 수 있다. 여기서, 곡선 주행이란 로봇 청소기(1)의 선속도를 줄이면서 각속도를 제어하여 주행 방향을 전환하는 주행 방식을 의미한다. 선속도는 로봇 청소기(1)의 이동속도를 의미하며, 각속도는 로봇 청소기(1)의 회전속도를 의미한다. 이 때, 로봇 청소기(1)가 방향을 전환하기 위해 곡선 주행을 시작하는 시점, 각속도 제어, 감속도 제어 등은 설계자가 실험에 의해 최적의 값을 정할 수 있다.
이하, 로봇 청소기(1)가 지그재그 방식의 주행 패턴으로 주행 중 방향 전환하는 것을 일예로 곡선 주행에 따른 커버리지 성능 개선에 대해 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 지그재그 방식의 주행 패턴 뿐만 아니라 공지된 모든 주행 패턴에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 9a를 참조하면, 제어부(160)는 직진(①)-->정지(②)-->회전(⑥)-->직진(③)-->정지(④)-->회전(⑦)-->직진(⑤)을 수행하여 지그 재그 방식의 주행 패턴을 수행하게 된다. 여기서, 로봇 청소기(1)의 방향 전환은 정지 동작을 수반하게 된다.
도 9b는 도 9a의 로봇 청소기(1)가 일방향의 직진(①) 시부터 방향 전환하여 다른 방향의 직진(⑤) 시까지의 각속도/시간, 선속도/시간 그래프를 나타내는 것이다. 후술하는 것처럼, 최종 동작인 직진이 완료되는 시점까지의 시간이 도 10b와 비교 시 상대적으로 길다는 것을 알 수 있다.
도 10a를 참조하면, 제어부(160)는 직진(⑧)-->곡선 주행(⑨,⑪)-->직진(⑩)을 수행하여 지그 재그 방식의 주행 패턴에 따라 주행하게 된다. 이 경우 로봇 청소기(1)의 방향 전환은 정지 동작 없이 수행되므로 시간당 커버리지 성능이 높아진다.여기서, 곡선 주행(⑨,⑪)은 이동속도를 직진 주행(⑧) 시의 속도보다 감소시킨 후,이동 속도를 등속도로 유지하면서 회전속도를 제어하는 방식으로 주행하는 것을 예로 들어 설명한다. 그러나, 곡선 주행(⑨,⑪) 단계에서 감속-->등속-->가속 등으로 이동속도를 조정하면서 회전속도를 제어하는 것도 본 발명의 실시예에 포함됨은 물론이다. 본 발명의 실시예는 지그 재그 방식의 주행 패턴에 따라 주행 중 방향 전환 시 정지 동작 없이 곡선 주행하는 실시예는 모두 포함할 수 있음은 물론이다. 한편, 곡선 주행하는 경우 정지 동작을 수반하지 않고 이동 방향을 전환할 수 있으므로 시간당 커버리지 성능이 향상된다.
제어부(160)는 특징맵 생성부(130)에 의해 생성된 특징맵과, 위치 측정부(120)로부터 전송되는 위치 정보를 사용하여 곡선 주행할 수 있다. 제어부(160)는 촬영부(110)로부터 전송되는 영상 정보를 특징맵과 비교하여 위치 정보를 획득하고, 획득한 위치 정보와 위치 측정부(120)로부터 전송되는 위치 정보를 조합하여 더욱 정확한 위치를 파악한다. 제어부(160)는 로봇 청소기(1)의 위치 정보를 획득하면서 미리 정해진 청소 경로를 이동하며, 청소 경로 이동 중 방향 전환이 필요한 경우 경로맵 생성부(150)에 의해 생성된 청소 블록을 이용하여 곡선 주행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 청소 블록의 폭 및 개수 등과 같은 정보를 경로맵 생성부(150)로부터 전송받고, 방향 전환이 필요한 위치로부터 3블록전에서 이동 속도를 줄이고, 2블록전에서 회전속도를 제어하여 곡선 주행하도록 제어할 수 있다. 여기서, 곡선 주행을 위한 이동 속도 및 회전 속도 제어는 청소 블록을 이용하여 설계자에 의해 미리 정해질 수 있음을 알 수 있다.
도 10b는 도 10a의 로봇 청소기(1)가 일방향의 직진(⑧) 시부터 방향 전환하여 다른 방향의 직진(⑩) 시까지의 각속도/시간, 선속도/시간 그래프를 나타내는 것이다. 도 9b와 비교 시, 최종 직진이 완료되는 시간이 상대적으로 짧은 것을 알 수 있다.
제어부(160)는 경로 맵을 이용하지 않고 로봇 청소기(1)가 주행하는 도중 방향 전환이 필요한 경우 곡선 주행하여 방향을 전환할 수 있다.
제어부(160)는 곡선 주행하여 방향 전환 중, 곡선 주행 코스에 장애물이 존재하면 장애물을 벽면 추종 방식으로 추종하여 주행하고, 장애물을 추종하여 주행 중 예정되어 있는 주행 라인에 도착하면 그 주행 라인을 따라 주행한다. 도 11을 참조하면, 로봇 청소기(1)는 방향을 180도 전환하기 위해 곡선 주행으로 방향을 전환하는 도중 장애물(obstacle)을 감지하면, 장애물(obstacle)을 벽면추종 기법으로 추종하여 주행하고, 미리 정해진 주행 라인(③)에 도달하면 그 주행 라인(③)을 따라 이동하게 된다. 여기서, 예정된 주행 라인은 ①-->②-->③이며, 변경된 주행 라인은 ①-->④-->③이다.
도 12를 참조하면, 로봇 청소기(1)는 방향을 90도 전환하기 위해 곡선 주행으로 방향을 전환하는 도중 장애물(obstacle)을 감지하면, 장애물(obstacle)을 벽면추종 기법으로 추종하여 주행하고, 미리 정해진 주행 라인(⑦)에 도달하면 그 주행 라인(⑦)을 따라 이동하게 된다. 여기서, 예정된 주행 라인은 ⑤-->⑥-->⑦이며, 변경된 주행 라인은 ⑤-->⑧-->⑦이다.
제어부(160)는 곡선 주행하여 방향을 전환하는 경우, 이미 청소된 영역(기청소 영역)을 중첩하여 청소할 수 있도록 곡선 주행 구간을 정할 수 있다. 도 13을 참조하면, 제어부(160)는 이미 청소된 영역인 500에 로봇 청소기(1)의 곡선 주행으로 인한 청소 영역이 중첩되도록 방향 전환할 수 있다. 여기서, 중첩 영역은 참조번호 510이다.
메모리(170)는 특징맵 생성부(130)에 의해 생성된 특징맵과, 경로맵 생성부(150)에 의해 생성되는 경로맵과, 주행 중 발견되는 장애물 등에 관한 정보를 저장한다.
청소부(180)은 제어부(160)의 구동 명령에 따라 로봇 청소기(1)가 주행하는 청소 영역의 바닥으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하여 청소 작업을 수행하도록 메인 및 사이드 브러시모터(33)를 포함한다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 모드가 맵이 필요한 모드인 경우에 적용될 수 있는 제어흐름도이다.
입력부(100)는 사용자에 의해 맵을 이용한 주행 모드가 선택되면 그 정보를 제어부(160)에 전송한다. 맵을 이용한 주행 모드는 특징맵과 경로맵을 이용한 주행 모드이거나, 경로맵만을 이용한 주행 모드일 수 있다.(600)
특징맵 생성부(130)는 촬영부(110)로부터 획득된 천정 영상으로부터 복수의 특징점을 추출하여 특징맵을 생성한다. 특징맵은 주변 환경 중 일정하게 측정되는 특징점들로 이루어져 있다. 경로맵 생성부(150)는 로봇 청소기(1)가 벽을 따라 이동하게 함으로써 청소구역의 최외각부에 대한 데이터를 저장하여 청소 경로 맵을 생성할 수 있다. 구체적으로, 경로맵 생성부(150)는 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 청소를 수행할 구역을 일정 크기의 청소 블록으로 구분하며, 청소 블록을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하여 청소 경로 맵을 생성할 수 있다.(610)
제어부(160)는 로봇 청소기(1)가 경로 맵을 이용하여 정해진 청소 경로를 이동하도록 제어한다. 제어부(160)는 정해진 청소 경로를 따라 이동 중 로봇 청소기(1)의 주행 방향의 전환이 필요한 경우, 곡선 주행하여 주행 방향을 전환한다. 본 발명의 일실시예로, 정해진 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되고, 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 방향 전환이 필요하면 곡선 주행한다. 곡선 주행은 방향 전환 시 정지 동작을 수반하지 않는다.(620,630,640)
제어부(160)는 맵 내에서 정해진 경로를 따라 주행하며 청소를 수행하고, 청소 동작이 완료되면 로봇 청소기(1)의 주행을 종료한다.(650)
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 모드가 맵이 필요하지 않은 모드인 경우에 적용될 수 있는 제어흐름도이다.
입력부(100)는 사용자에 의해 맵을 이용하지 않는 주행 모드가 선택되면 그 정보를 제어부(160)에 전송한다. 로봇 청소기(1)의 주행 모드는 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 주행 모드는 랜덤 방식, 나선 방식, 벽면 추종 방식의 모드일 수 있다.(700)
제어부(160)는 사용자에 의해 선택된 랜덤 주행 모드 등과 같은 주행 모드로 로봇 청소기(1)를 주행시킬 수 있다.(710)
제어부(160)는 선택된 주행 모드로 주행 중 로봇 청소기(1)의 이동 방향의 전환이 필요한 경우, 곡선 주행하여 이동 방향을 전환하며, 청소가 완료되면 주행을 정지한다.(720,730,740)
한편, 설계자는 로봇 청소기(1)가 곡선 주행을 하기 위해 필요한 선속도(또는 이동 속도)의 제어값, 각속도(또는 회전속도)의 제어값을 실험에 의한 최적의 값으로 정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 주행 모드에 지그 재그 주행 경로가 포함되는 경우에 적용될 수 있는 제어흐름도이다.
입력부(100)는 사용자에 의해 맵을 이용한 주행 모드가 선택되면 그 정보를 제어부(160)에 전송한다.(800)
경로맵 생성부(150)는 로봇 청소기(1)가 벽을 따라 이동하게 함으로써 청소구역의 최외각부에 대한 데이터를 저장하여 청소 경로 맵을 생성할 수 있다. 구체적으로, 경로맵 생성부(150)는 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 청소를 수행할 구역을 일정 크기의 청소 블록으로 구분하며, 청소 블록을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하여 청소 경로 맵을 생성할 수 있다.(810)
제어부(160)는 청소 경로를 주행하며 청소를 수행하도록 제어한다. 제어부(160)는 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되어 있는지 확인하고, 지그 재그 주행 경로가 포함되어 있으면 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 이동 방향의 전환이 필요한지 확인한다.(820,830,840)
제어부(160)는 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 이동 방향의 전환이 필요하면 곡선 주행하여 방향을 전환한다.(850)
제어부(160)는 맵 내에서 정해진 경로를 따라 주행하며 청소를 수행하고, 청소 동작이 완료되면 로봇 청소기(1)의 주행을 종료한다.(860)

Claims (16)

  1. 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고,
    상기 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하고,
    상기 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되면, 상기 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 곡선 주행하여 방향을 전환하는 로봇 청소기의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 청소 경로를 따라 이동 중 장애물을 감지하면,
    상기 장애물을 벽면 추종 방식으로 주행하고, 상기 벽면 추종 방식으로 주행 중 예정된 주행 라인에 도달하면 그 주행 라인을 따라 이동하는 로봇 청소기의 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 청소 영역을 주행할 때 청소된 영역을 저장하고,
    상기 청소된 영역을 경계로 상기 로봇 청소기가 곡선 주행하는 경우 상기 청소된 영역과 상기 곡선 주행하는 영역이 중첩되도록 주행 구간이 정해지는 로봇 청소기의 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하는 것은,
    상기 청소 영역 주행 시 주행 초기 위치와 주행 중 이동 방향이 변경되는 위치에 대한 데이터를 저장하고, 상기 초기 위치와 상기 이동 방향이 변경되는 위치에 따라 청소를 수행할 구역을 설정하는 것인 로봇 청소기의 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 청소를 수행할 구역을 일정 크기의 청소 블록으로 구분하는 로봇 청소기의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 청소 블록은 장애물이 존재한다는 제1표시와, 청소가 완료된 블록이라는 제2표시와, 현재 블록을 포함하는 하나의 라인 및 그 하위 라인 전체에 청소를 완료하였다는 제3표시에 대한 정보를 포함할 수 있는 로봇 청소기의 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 청소 영역의 주변 환경으로부터 복수의 특징점을 추출하고, 상기 특징점으로 특징맵을 생성하는 로봇 청소기의 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선 주행하여 방향을 전환하는 것은,
    상기 지그 재그 주행 경로에 포함되는 직진 경로를 따라 이동 중 이동 속도를 일정 속도까지 감속하고, 감속된 이동 속도를 등속도로 유지하면서 회전 속도를 제어하여 곡선 주행하는 것인 로봇 청소기의 제어방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선 주행하여 방향을 전환하는 것은,
    상기 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 이동 속도를 제어함과 동시에 회전속도를 제어하여 정지 동작 없이 곡선 주행하여 방향을 전환하는 것인 로봇 청소기의 제어방법.
  10. 경로맵을 이용한 청소 모드를 선택할 수 있도록 마련되는 입력부;
    상기 경로맵을 이용한 청소 모드가 선택되면 청소 영역을 주행하면서 확보한 위치 데이터를 기초로 청소를 수행할 구역을 설정하고, 상기 청소를 수행할 구역을 청소할 수 있도록 청소 경로를 미리 설정하는 경로맵생성부; 및
    상기 청소 경로에 지그 재그 주행 경로가 포함되면, 상기 지그 재그 주행 경로를 따라 이동 중 곡선 주행하여 방향을 전환하도록 제어하는 제어부를 포함하는 로봇 청소기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 청소 영역에 위치하는 장애물을 감지하며 초음파 센서 또는 광센서로 구현되는 장애물 감지부를 더 포함하는 로봇 청소기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 장애물 감지부는 상기 청소 경로를 따라 이동 중 상기 장애물을 감지하면 그 정보를 상기 제어부에 송신하고,
    상기 제어부는 상기 장애물을 감지하였다는 정보를 수신하면 상기 장애물을 벽면 추종 방식으로 주행하고, 상기 벽면 추종 방식으로 주행 중 예정된 주행 라인에 도달하면 그 주행 라인을 따라 이동하도록 제어하는 로봇 청소기.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 경로맵생성부는 상기 청소 경로 주행이 시작되는 주행 초기 위치와, 상기 청소 영역을 주행하면서 이동 방향이 변경되는 위치에 대한 데이터를 저장하고, 상기 주행 초기 위치와 상기 이동 방향이 변경되는 위치에 따라 청소를 수행할 구역을 설정하는 것인 로봇 청소기.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 청소 영역의 주변 환경으로부터 복수의 특징점을 추출하고, 상기 특징점으로 특징맵을 생성하는 특징맵생성부를 더 포함하는 로봇 청소기.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 로봇 청소기의 구동 바퀴에 연결되어 회전속도를 감지하는 엔코더, 회전 관성을 이용하여 상기 로봇청소기의 방향각을 측정하는 자이로 센서 또는 상기 로봇 청소기의 운동 가속도를 측정하는 가속도 센서 중 적어도 하나로 이루어지는 위치 측정부를 더 포함하는 로봇 청소기.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 경로맵을 저장하고, 상기 경로맵을 따라 이동 중 감지한 장애물에 대한 정보와 상기 각각의 청소 블록의 청소 완료 여부에 대한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 로봇 청소기.
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