KR20130097623A - 센서 어셈블리 및 이를 구비한 로봇청소기 - Google Patents

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KR20130097623A
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윤상식
소제윤
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삼성전자주식회사
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Abstract

장애물 센서와 비전 센서 기능을 모두 수행할 수 있는 센서 어셈블리를 구비한 로봇청소기를 개시한다. 로봇청소기는 본체와, 상기 본체에 장착되는 적어도 하나의 센서 어셈블리를 포함하고, 상기 센서 어셈블리는 하우징과, 상기 하우징에 장착되며, 라인광을 발생시킬 수 있도록 구성되는 발광모듈과, 상기 하우징에 장착되며 상기 발광모듈에서 반신된 라인광이 장애물에서 반사되어 형성되는 반사광을 수신할 수 있도록 구성되는 수신모듈을 포함하고, 상기 수신모듈은 상기 반사광을 집광할 수 있도록 구성되며 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터와, 빛을 감지할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하고, 상기 카메라 유닛은 상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

센서 어셈블리 및 이를 구비한 로봇청소기{SENSOR ASSEMBLY AND ROBOT CLEANER HAVING THE SAME}
본 명세서는 장애물을 감지하고, 특이점을 감지하여 자율 주행을 가능하게 하는 센서 어셈블리와 이를 구비한 로봇청소기에 관한 것이다.
자율 주행 로봇은 사용자의 조작없이 임의의 영역을 주행하면서 소정 임무를 수행하는 장치이다. 로봇은 상당 부분 자율 주행이 가능하고, 이러한 자율 주행은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 로봇은 맵을 이용하여 정해진 경로를 따라서 주행할 수 있고, 주변 환경을 감지하는 센서를 이용하여 정해진 경로 없이 주행할 수 있다.
로봇청소기는 사용자의 조작없이 청소 영역을 주행하면서 바닥을 청소하는 장치이다. 구체적으로, 가정에서 먼지를 제거하거나 바닥을 닦는데 사용될 수 있다. 여기서, 먼지는 진공 청소기나 자동 또는 반자동 청소장치에 의해서 포집 가능한 (흙)먼지, 티끌, 가루, 파편 그리고 기타 먼지입자 등을 의미할 수 있다.
이러한 로봇청소기는 자율 주행하면서 장애물을 피하기 위한 장애물 센서와, 주행하는 로봇청소기가 미끄러지는 경우 주행 방향 보정을 가능하게 하는 비전 센서 등 각종 센서를 구비할 수 있다.
최근에는 점광원, 라인광 등의 구조광을 사용하여 센서와 장애물 사이의 거리를 측정하는 방법 등이 적용되고 있으나 점광원을 사용할 경우에는 점광원이 방사되는 광속 방향에 있는 장애물만이 검출되는 문제가 있고 이를 극복하기 위해 점광원 센서를 회전시키는 경우에는 별도의 서보 메커니즘이 필요하고 어느 정도의 스캐닝 시간이 필요하게 되어 효율성이 떨어진다는 문제가 있다.
라인광을 사용하는 경우 한 점이 아니라 다수의 영역에 걸쳐 있는 장애물을 동시에 검출할 수 있으나 기존의 원통형 렌즈를 사용하여 라인광을 형성하는 경우 검출범위에 제약이 있으며 균일한 라인광을 형성하기 어려운 문제를 가지고 있다.
본 발명의 일 측면은 장애물 센서와 비전 센서 기능을 모두 수행할 수 있는 센서 어셈블리와 이를 구비한 로봇청소기를 개시한다.
본 발명의 다른 측면은 원뿔형 리플렉터를 사용하여 균일한 라인광을 형성함으로써 전(全)방향에 대한 장애물 감지가 가능한 센서 어셈블리와 이를 구비하는 로봇청소기를 개시한다.
본 발명의 사상에 따른 로봇청소기는 본체;와, 상기 본체에 장착되는 적어도 하나의 센서 어셈블리를 포함하고, 상기 센서 어셈블리는 하우징;과, 상기 하우징에 장착되며, 라인광을 발생시킬 수 있도록 구성되는 발광모듈;과, 상기 하우징에 장착되며, 상기 발광모듈에서 반신된 라인광이 장애물에서 반사되어 형성되는 반사광을 수신할 수 있도록 구성되는 수신모듈;을 포함하고, 상기 수신모듈은 상기 반사광을 집광할 수 있도록 구성되며, 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터;와, 빛을 감지할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하고, 상기 카메라 유닛은 상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발광모듈은 빛을 발생시키도록 구성되는 발광 유닛;과, 상기 발광 유닛에서 발생된 빛을 360도 전방향으로 반사하도록 원뿔형으로 형성되는 발신 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발신 리플렉터와 상기 발광 유닛은 각각의 중심부가 수직하게 일렬로 배치되도록 상기 하우징에 장착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수신 리플렉터는 그 단면이 원형으로 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수신 리플렉터는 상기 하우징에 장착될 수 있도록 일부가 편평하게 잘린 원뿔형으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수신모듈은 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 상기 수신 리플렉터의 상부에 장착되는 광각 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 본체는 상기 센서 어셈블리의 상기 카메라 유닛이 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 투명하게 형성되는 비전홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 비전홀은 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 광각 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 어셈블리는 상기 본체의 전방과 후방 중 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 어셈블리는 상기 본체의 전방에 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 어셈블리는 상기 본체의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 본체는 상기 센서 어셈블리가 배치될 수 있도록 그 중심부가 상방으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 본체는 상기 센서 어셈블리가 배치될 수 있도록 중심부가 상방으로 완만하게 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 로봇청소기는 본체;와, 상기 본체에 장착되는 적어도 하나의 센서 어셈블리를 포함하고, 상기 센서 어셈블리는 하우징;과, 상기 하우징에 장착되며, 장애물에서 반사된 반사광을 집광할 수 있도록 구성되고, 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터;와, 상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 어셈블리는 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 마련되는 광각 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 어셈블리는 상기 하우징에 장착되며 빛을 발생시키도록 구성되는 발광 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서 어셈블리는 상기 하우징에 장착되며 상기 발광 유닛에서 발생된 빛을 360도 전방향으로 반사하도록 원뿔형으로 형성되는 발신 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 센서 어셈블리는 하우징;과, 상기 하우징에 장착되며, 라인광을 발생시킬 수 있도록 구성되는 발광모듈;과, 상기 하우징에 장착되며, 상기 발광모듈에서 반신된 라인광이 장애물에서 반사되어 형성되는 반사광을 수신할 수 있도록 구성되는 수신모듈;을 포함하고, 상기 수신모듈은 상기 반사광을 집광할 수 있도록 구성되며, 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터;와, 빛을 감지할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하고, 상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛;을 포함하고, 상기 발광모듈과 상기 수신모듈은 상기 하우징에 장착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수신모듈은 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 상기 수신 리플렉터의 상부에 장착되는 광각 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발광모듈은 빛을 발생시키도록 구성되는 발광 유닛과, 원뿔형으로 형성되는 발신 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
장애물 센서와 비전 센서를 하나의 어셈블리로 마련하여 로봇청소기의 구조를 간단하게 할 수 있다.
센서 어셈블리를 마련하여 센서가 사용하는 로봇청소기의 공간을 줄이고 로봇청소기 전체의 크기를 줄일 수 있다.
라인광을 이용하여 전방향에 존재하는 장애물을 감지할 수 있으므로 복수개의 센서를 장착하거나 별도의 서보 메커니즘을 장착할 필요가 없어 경제적, 구조적 효율성도 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 센서 어셈블리를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 센서 어셈블리의 발광 모듈에서 발생되는 라인광을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 센서 어셈블리의 수신 리플렉터를 위에서 본 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 로봇청소기의 센서 어셈블리의 구성 및 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 센서 어셈블리의 카메라 유닛에서 인식하는 화상을 도시한 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 로봇청소기의 측면도이다.
도 11은 도 9의 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 12는 다른 실시예를 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이다.
도 15는 도 14의 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 16 내지 도 19는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 어셈블리를 도시한 도면이다.
이하, 각 실시예에 따른 센서 어셈블리 및 로봇청소기에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기를 나타낸 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 보면 전진 방향은 F로 도시되어 있고, 후진 방향은 R로 도시되어 있다. 이 방향을 기준으로 전진 방향은 전방으로 정의하고, 후진 방향은 후방으로 정의한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(1)는 외관을 형성하는 본체(10)와, 본체(10)의 상부를 덮는 커버(20)와, 청소 공간에 존재하는 먼지를 쓸거나 비산시키는 메인 브러시(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
본체(10)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 예로 본체(10)는 원형으로 형성될 수 있다. 원형의 본체(10)는 회전하는 경우에는 회전 반경이 일정하여 주변 장애물과의 접촉을 피할 수 있고, 방향 전환을 쉽게 할 수 있다. 그리고 주행 중 장애물에 걸려서 본체(10)가 움직이지 못하게 되는 것을 방지할 수도 있다.
본체(10)의 하부의 중앙 영역의 좌우 가장자리에는 서로 대칭적으로 두 개의 구동바퀴(90)가 배치될 수 있다. 청소를 수행하는 과정에서 전진, 후진 및 회전주행 등의 이동 동작이 가능하도록 한다. 예를 들면 구동바퀴(90)를 동일하게 제어하여 로봇청소기(1)가 전방 또는 후방으로 주행하도록 할 수 있다. 또는 좌우 구동바퀴(90)를 따로 제어하여 로봇청소기(1)가 방향을 전화하도록 할 수도 있다.
본체(10) 하부의 전방 가장자리에 캐스터(미도시)가 설치될 수 있다. 캐스터(미도시)는 로봇청소기(1)가 안정된 자세를 유지할 수 있도록 한다. 구동바퀴(90)와 캐스터(미도시)는 하나의 어셈블리로 구성되어 본체(10)의 하부에 착탈 가능하게 장착될 수도 있다.
본체(10)의 내부에는 본체(10) 및 본체(10)에 장착된 각종 부품을 구동시키기 위한 전원부(80)가 배치될 수 있다. 전원부(80)는 각 구동장치와 전기적으로 연결되어 구동 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 재충전이 가능한 2차 배터리로 마련되며, 본체(10)가 청소 과정을 완료하고 도킹스테이션(미도시)에 결합되는 경우 도킹스테이션(미도시)으로부터 전력을 공급받아 충전된다.
메인 브러시(30)는 본체(10)의 하측 중앙 영역에서 후방으로 치우친 부분에 장착될 수 있다. 메인 브러시(30)는 본체(10)가 놓여 있는 바닥에 쌓인 먼지를 청소한다. 메인 브러시(30)는 바닥에 쌓인 먼지를 휘저어 먼지 유입구(미도시)로 유도한다. 먼지 유입구(미도시)의 내부에는 송풍장치(미도시)가 마련되어 먼지 유입구(미도시)로 유입된 먼지를 집진장치(70)로 이동하게 한다.
본체(10)의 측면 부분 또는 구석 부분을 청소하기 위한 사이드 브러시(40)가 장착될 수 있다. 사이드 브러시(40)는 본체(10)의 저면의 테두리 일측에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 사이드 브러시(40)는 본체(10)의 중앙 영역을 벗어나서 본체(10)의 전방 사선 방향으로 치우쳐서 장착될 수 있다.
사이드 브러시(40)는 본체(10)의 주변에 쌓인 먼지를 메인 브러시(30)르 이동시킬 수 있다. 사이드 브러시(40)는 로봇청소기(1)의 청소 범위를 본체(10)의 바닥을 포함하여 그 주변으로 확장시킬 수 있다.
커버(20)의 중앙 영역에는 로봇청소기(1)의 동작 상태, 먼지의 양, 배터리 충전 양, 시간 등 각종 정보를 디스플레이 할 수 있는 디스플레이부(25)가 형성될 수 있다.
본체(10)의 전방에는 센서 어셈블리(100)가 장착될 수 있다. 본체(10)의 전면은 센서 어셈블리(100)에서 발생되는 라인광이 투과되고, 장애물 내지 벽면에서 반사된 반사광이 투입될 수 있도록 센서창(50)이 형성될 수 있다.
센서창(50)에는 센서 어셈블리(100)에서 발생되는 빛이 통과할 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 센서창(50)에는 센서 어셈블리(100)가 감지할 수 있는 특정한 영역의 빛만이 투과될 수 있도록 하는 필름이 부착될 수 있다. 예를 들어 센서 어셈블리(100)가 적외선을 발산하고, 이 적외선이 장애물 또는 벽면에서 반사되는 반사광을 감지하는 경우에는 적외선만이 통과할 수 있도록 적외선 필터가 부착될 수 있다.
본체(10)에 있어서, 센서 어셈블리(100)의 상부에는 센서 어셈블리(100)가 주행 방향에 수직한 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 비전창(60)이 형성될 수 있다. 센서 어셈블리(100)가 상방의 이미지를 그대로 촬상할 수 있도록 비전창(60)은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 이미지는 가시광선이 투과할 수 있어야 하므로 비전창(60)은 가시광선이 투과할 수 있도록 완전하게 투명하게 형성될 수 있다.
비전창(60)의 중심부에는 렌즈가 장착될 수 있는데 이에 대해서는 후술하도록 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 센서 어셈블리를 나타낸 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 센서 어셈블리(100)는 발광모듈(200)과 수신모듈(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
센서 어셈블리(100)는 하우징(110)이 외형을 형성할 수 있다. 하우징(110)에는 발광모듈(200)과 수신모듈(300)이 장착될 수 있다. 하우징(110)에 발광모듈(200)과 수신모듈(300)이 장착되어 하나의 센서 어셈블리(100)가 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 센서 어셈블리(100)가 하나의 어셈블리로 형성되어 있으나, 발광모듈(200)가 수신모듈(300)이 분리되어 장착되어 있는 것도 본 발명의 사상에 포함될 수 있다.
하우징(110)의 바닥 부분의 전면에는 지지부(120)가 마련되어 있고, 지지부(120)에 발광모듈(200)이 장착된다.
발광모듈(200)의 후방에는 수신모듈(300)의 카메라 유닛(310)이 배치될 수 있다.
하우징(110)의 바닥 부분에서 상방으로 절곡되어 형성되는 기둥부에는 수신 리플렉터(320)가 장착될 수 있다. 수신 리플렉터(320)는 카메라 유닛(310)의 수직 상방에 배치되도록 하우징(110)에 장착된다.
발광모듈(200)은 발광 유닛(210)과 발신 리플렉터(220)를 포함할 수 있다. 발광 유닛(210)과 발신 리플렉터(220)는 발광 모듈 케이스(230)에 장착되어 하나의 발광모듈(200)을 형성할 수 있다.
발광 유닛(210)은 빛을 발생시켜 조사하는 광원에 해당하는 것으로서 레이저 다이오드(LD), LED 등을 사용할 수 있다. 발광 유닛(210)의 종류에 제한은 없으나 이하 설명할 실시예에서는 레이저 다이오드를 사용하는 것을 기준으로 설명한다.
발광 유닛(210)에서 발생시키는 레이저는 적외선 영역 또는 가시광선 영역이 될 수 있다. 이하에서는 발광 유닛(210)에서 조사되는 레이저는 적외선인 것을 예로 들어 설명한다.
발신 리플렉터(220)는 원뿔형으로 형성될 수 있다. 발신 리플렉터(220)는 그 첨점(꼭지점)이 발광 유닛(210)을 향하도록 발광 모듈 케이스(230)에 장착된다. 발신 리플렉터(220)의 첨점이 발광 유닛(210)의 중심부의 수직 상방에 위치하도록 발신 리플렉터(220)가 배치될 수 있다.
수신모듈(300)은 수신 리플렉터(320)와 카메라 유닛(310)을 포함할 수 있다. 발신모듈(200)에서 발생된 라인광은 장애물 또는 벽면에서 반사되어 반사광을 형성하고, 이 반사광은 수신 리플렉터(320)에 집광된다. 수신 리플렉터(320)는 반사광을 카메라 유닛(310)을 향해 반사한다. 카메라 유닛(310)은 수신 리플렉터(320)에서 반사된 반사광을 감지한다.
수신 리플렉터(320)는 전체적으로 원뿔형으로 형성되나, 첨점 부분이 오픈되어 비전홀(330)이 형성된다. 비전홀(330)은 카메라 유닛(310)이 비전창(60)을 통해 로봇청소기(1)의 수직 상방의 이미지를 촬상할 수 있게 한다.
수신 리플렉터(320)는 하우징(110)에 장착을 위하여 하우징(110)에 장착되는 부분은 평편하게 형성될 수 있다. 수신 리플렉터(320)가 별도의 장착 수단을 이용하여 하우징(110)에 장착될 수 있으면 수신 리플렉터(320)는 완전한 원뿔형으로 형성될 수도 있다.
도 4는 도 3의 센서 어셈블리의 발광 모듈에서 발생되는 라인광을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 발광 유닛(210)은 발신 리플렉터(220)를 향해 적외선을 조사한다. 발신 리플렉터(220)에 조사된 적외선은 발신 리플렉터(220)에서 반사되어 360도 전방향 라인광을 형성한다.
도면에서는 발신 리플렉터(220)의 좌우로만 적외선이 반사되는 것으로 도시되어 있으나, 원뿔형의 발신 리플렉터(220)의 전체 둘레를 따라 적외선이 360도 전방향으로 반사된다.
도 5는 일 실시예에 따른 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 5및 도 3에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(1)에서 발산되는 라인광의 영역(A11)은 완전한 원형이 아니고, 부채꼴로 형성된다.
발신 리플렉터(220)에서 360도 전방향으로 적외선을 발산하나, 발광 모듈 케이스(230)와 본체(10) 내부의 각종 구성부품 때문에 라인광의 영역(A11)은 원형이 아닌 부채꼴로 형성된다.
적외선은 로봇청소기(1)의 센서창(50, 도 1 참조)를 통해 발산된다.
도 6은 도 3의 센서 어셈블리의 수신 리플렉터를 위에서 본 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 수신 리플렉터(320)의 중심부는 오픈되어 비전홀(330)이 형성될 수 있다.
비전홀(330)의 수직 상방에는 비전창(60, 도 1 참조)이 배치된다. 카메라 유닛(310)은 비전홀(330)과 비전창(60)을 통해 로봇청소기(1)의 수직 상방의 이미지를 촬상한다.
비전홀(330)의 크기에 따라서는 로봇청소기(1)의 상방의 이미지를 촬영하기에 비전홀(330)의 크기가 구조적으로 충분히 크지 않게 형성될 수 있다. 이렇게 비전홀(330)의 크기가 충분히 크지 않을 경우 수신 리플렉터(320)의 상부에 광각 렌즈(미도시)가 장착될 수 있다.
광각 렌즈(미도시)는 초점 거리가 짧은 렌즈로서 표준 렌즈에 비해 넓은 화각을 제공한다. 따라서, 비전홀(330)의 크기가 충분히 크지 않더라도 넓은 영역의 상방을 카메라 유닛(310)이 촬상할 수 있도록 한다.
광각 렌즈(미도시)는 수신 리플렉터(320)의 상부에 배치되도록 하우징(110)에 장착될 수 있다. 즉, 광각 렌즈(미도시)를 포함하여 센서 어셈블리(100)가 형성될 수 있다.
또는, 비전창(60, 도 1 참조)의 중심부에 광각 렌즈가 장착될 수도 있다. 비전창(60)은 수신 리플렉터(320)의 수직 상방에 배치되므로 이에 광각 렌즈가 장착되어도 카메라 유닛(310)이 충분히 넓은 영역의 상부 이미지를 촬상할 수 있다.
카메라 유닛(310)은 상방의 이미지를 촬영하여 천장 부분에 마련되어 있는 특이점을 감지한다. 특이점은 천장에 배치된 형광등, 기둥, 모서리 등과 같이 천장에 고정되어 있는 것들을 총칭하는 것으로 정의한다.
카메라 유닛(310)은 특이점을 감지하여 로봇청소기(1)가 올바른 방향으로 주향하고 있는지를 판단할 수 있다. 예를 들면, 천장의 형광등과 나란하게 로봇청소기(1)가 주행하고 있는 경우에 바닥면이 경사가 져있거나 외력에 의해 로봇청소기(1)가 미끄러지거나 움직여 주행 방향이 틀어질 수 있다. 이러한 경우에 계속 주행한다면 원래 인식하던 형광등의 방향과 비틀어져 로봇청소기(1)가 주행하게 되고, 상대적으로 카메라 유닛(310)에서 감지하는 형광등의 상대적인 움직임도 바뀌게 된다. 이렇게 특이점인 형광등의 상대적인 움직임이 변경되면 로봇청소기(1)가 원하는 방향과 다르게 주행한다는 것으로 판단하여 로봇청소기(1)의 주행 방향으로 조정할 수 있다.
이렇게 상방의 특이점을 감지하여 로봇청소기(1)의 주행 방향을 정확하게 유지할 수 있게 한다.
또, 다른 예로는 로봇청소기(1)가 정해진 경로를 따라서 주행하는 경우 즉, 맵을 필요로 하는 청소 시스템에서는 로봇청소기(1)의 위치 정보를 입력받고 맵을 생성하기 위해 카메라 모듈이 사용 될 수 있다.
이 외에도 카메라 유닛(310)이 상방의 이미지를 촬상하여 다양한 방식으로 사용될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 로봇청소기의 센서 어셈블리의 구성 및 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(1)의 전면에 장착된 센서 어셈블리(100)의 구성 중 발광 유닛(210)과, 발신 리플렉터(220)와, 수신 리플렉터(320)와, 카메라 유닛(310)을 도시하였다.
로봇청소기(1)의 동작을 도시하기 위하여 전방에는 두 개의 장애물(L1, L2)이 배치된 것을 예로 들어 설명한다. 제1장애물(L1)과 제2장애물(L2)은 동일 선상에 배치된 것이 아니고, 단순하게 로봇청소기(1)에서 다른 선상에 배치된 것으로 가정한다.
발광 유닛(210)에서 발신 리플렉터(220)를 향해 적외선을 조사한다. 발신 리플렉터(220)에 조사된 적외선은 발신 리플렉터(220)에서 반사되어 360도 전방향으로 반사되면서 라인광을 형성한다.
라인광은 제1장애물(L1)과 제2장애물(L2)에서 반사되어 수신 리플렉터(320)로 집광된다.
이렇게 수신 리플렉터(320)로 집광된 반사광을 카메라 유닛(310)이 촬상하게 된다.
도 8은 일 실시예에 따른 센서 어셈블리의 카메라 유닛에서 인식하는 화상을 도시한 도면이다.
도 8및 도 7에 도시된 바와 같이, 카메라 유닛(310)에서 인식하는 화상은 장애물에서 반사된 적외선이 수신 리플렉터(320)에 집광된 것을 나타내는 장애물 감지 부분(SA)과, 비전홀(330)을 통해 촬상된 이미지를 나타내는 비전 영상 부분(VA)으로 구분된다.
비전홀(330)이 수신 리플렉터(320)의 중심부에 형성되므로, 비전 영상 부분(VA)은 화상의 중심부에 형성된다.
비전 영상 부분(VA)은 센서 어셈블리(100)에서 로봇청소기(1)의 전면까지의 거리 L0에 해당하는 부분이므로 적외선이 반사되어 집광되더라도 장애물을 나타내는 부분이 아니다. 따라서, 이 부분에는 카메라 유닛(310)에서 촬상된 이미지를 나타내더라고 장애물 내지 벽면을 감지하는 것에 영향이 없다.
비전 영상 부분(VA)에는 로봇청소기(1)의 상방의 이미지를 직접 디스플레이 된다.
라인광 중에서 장애물(L1, L2)에서 반사된 적외선을 나타내는 것이므로 카메라 유닛(310)에서 인식하는 화상은 선으로 도시될 수 있다.
화상에는 장애물(L1, L2)에서 반사된 적외선을 나타내는 두 개의 선이 형성되어 있다. 제1장애물(L1)과 제2장애물(L2)은 동일한 선상에 배치된 것이 아니므로, 두 개의 선은 서로 다른 방향에 형성된다.
두 개의 선 중에서 좌측에 형성된 것이 제1장애물(L1)에서 반사된 적외선을 나타낸 것이고, 우측에 형성된 것이 제2장애물(L2)에서 반사된 적외선을 나타낸 것이다.
제1장애물(L1)의 거리 L11이 제2장애물(L2)의 거리보다 짧게 형성되므로, 죄측의 선이 우측의 선보다 중심부에서 더 가깝게 형성된다.
이렇게 장애물 감지 부분(SA)에 형성된 적외선은 x, y 좌표 등을 이용하여 특정할 수 있고, 이는 장애물의 정확한 절대 위치에 대응될 수 있다.
거리를 기준으로 설명하면, 로봇청소기(1)에서 제1장애물(L1)까지의 실제 거리 L11과, 화상에서 중심부에서 좌측 적외선 라인까지 거리 L12는 서로 대응되는 값을 가지게 된다. 제어부(미도시)에서 거리 L12를 분석하면 상대적으로 제1장애물(L1)까지의 실제 거리 L11을 계산할 수 있다.
이러한 방식으로 장애물(L1, L2)이 위치하는 방향도 계산할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(2)는 본체(10)와, 본체(10)의 상부를 덮는 커버(21)를 포함하여 구성될 수 있다.
본체(10)의 하부의 중앙 영역의 좌우 가장자리에는 서로 대칭적으로 두 개의 구동바퀴(90)가 배치될 수 있다.
본체(10)의 중심부에는 센서 어셈블리(100)가 장착될 수 있다. 센서 어셈블리(100)가 본체(10)의 중심부에 장착되는 경우에는 본체(10) 내부에 배치되는 각종 부품에 의해 적외선을 전방향으로 발산할 수 없게 된다. 따라서, 다른 부품보다 높은 위치에 센서 어셈블리(100)가 장착될 수 있다.
도 10은 도 9의 로봇청소기의 측면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 센서 어셈블리(100)가 본체(10)의 측면의 높이보다 더 높은 위치에 위치하므로, 본체(10)의 상부에 설치되는 커버(21)는 센서 어셈블리(100)를 수용할 수 있도록 중심부가 완만하게 돌출되도록 경사면이 형성될 수 있다.
센서 어셈블리(100)의 크기에 따라 커버(21)의 중심부가 센서 어셈블리(100)의 크기만큼 돌출되는 돌출부가 형성될 수도 있다.
커버(21)의 중심부에는 센서 어셈블리(100)의 카메라 유닛(310, 도 3 참고)이 로봇청소기(2)의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 비전창(61)이 형성될 수 있다.
도 11은 도 9의 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 센서 어셈블리(100)가 본체(10)보다 높은 위치에 위치하기 때문에 센서 어셈블리(100)에서 조사되는 적외선은 다른 부품에 의해 가려지지 않는다.
따라서, 로봇청소기(2)에서 나오는 라인광의 영역(A21)은 완전한 원형으로 형성될 수 있다.
도 12는 다른 실시예를 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이고, 도 13은 도 12의 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(3)는 본체(10)의 전방에서 사선 방향으로 치우쳐서 한 쌍의 비전창(62a, 62b)을 포함하여 구성될 수 있다.
비전창(62a, 62b)의 하부에는 각각 하나씩 총 두 개의 센서 어셈블리(100, 도 3 참조)가 설치될 수 있다.
한 쌍의 비전창(62a, 62b) 및 센서 어셈블리(100)가 설치되는 경우 로봇청소기(3)에서 발생되는 라인광의 영역은 더욱 넓게 형성될 수도 있다.
실제 로봇청소기(3)의 주행 시에 로봇청소기(3)의 전면보다는 전방에서 사선방향으로 치우친 부분이 장애물 내지 벽면과 충돌하기 쉽다. 따라서, 비전창(62a, 62b) 및 센서 어셈블리(100)를 도면과 같이 배치하여 충돌이 쉬운 부분으로 장애물 내지 벽면이 접근하는지 빠짐없이 감지할 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 로봇청소기의 구성을 도시한 도면이고, 도 15는 도 14의 로봇청소기에서 발산되는 라인광의 영역을 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(4)는 본체(10)의 전방과 후방 형성된 두 개의 비전창(63a, 63b)을 포함하여 구성될 수 있다.
비전창(63a, 63b)의 하부에는 각각 하나씩 두 개의 센서 어셈블리(100, 도 3 참조)가 설치된다.
전방 및 후방 두 개의 비전창(63a, 63b) 및 센서 어셈블리(100)가 마련되는 경우 로봇청소기(4)는 전방 영역(A41)만이 아닌 후방 영역까지 라인광의 영역(A42)을 확대시킬 수 있다.
이렇게 후방에까지 라인광 영역(A41, A42, A43, A44)이 확대되면, 로봇청소기(4)가 주행 시에 후진을 하더라도 후방에 배치된 장애물 내지 벽면과 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
센서 어셈블리(100)의 장착예에 대해 여러 가지 실시예를 검토하였으나, 도면에 도시된 장착예 외에도 센서 어셈블리(100)는 로봇청소기의 다양한 부분에 장착될 수 있다. 예를 들어 전방, 후방, 측방에 모두 설치될 수도 있다.
나아가, 센서 어셈블리(100)가 한 개 내지 두 개가 형성된 것만이 도시되어 있으나, 그보다 많은 수의 센서 어셈블리(100)가 설치될 수도 있다.
도 16a와 도 16b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 어셈블리에서 일부 구성을 도시한 도면이다.
도 16a와 16b에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(112)와 원뿔형 발신 리플렉터(111) 사이에는 일정 형상의 홈이 패인 슬릿(114)이 배치될 수 있다. 슬릿(114)은 레이저 다이오드(112)에서 조사되는 레이저 빔을 홈의 형상에 따라 다양한 형태로 바꾸어 발신 리플렉터(111)에 입사시킬 수 있다.
도 16a와 같이, 슬릿(114)에 십자(+) 형상의 홈이 형성되어 있는 경우, 슬릿(114)은 레이저 다이오드(112)에서 조사되는 레이저 빔을 십자(+) 형태로 바꾸어 준다. 십자(+) 형태로 바뀐 레이저 빔은 발신 리플렉터(111)에 입사되어 전방향 라인광을 생성하되, 특정 방향으로 향하는 광의 세기가 다른 방향에 비해 강해진다. 구체적으로, 십자(+) 형태의 레이저 빔이 발신 리플렉터(111)에 표면에 반사되면, a, b, c, d 방향으로 향하는 광의 세기가 다른 방향으로 향하는 광의 세기보다 상대적으로 강해진다. 여기서, a, b, c, d 방향은 서로 직각을 이루는 임의의 방향들이다.
장애물을 감지함에 있어서 균일한 라인광을 생성하는 것이 유리한 경우도 있으나, 방향에 따라 광의 세기를 다르게 하는 것이 필요한 경우도 있는바, 이러한 경우에는 십자(+) 형상의 홈이 형성된 슬릿(114)을 이용할 수 있고, 획의 개수를 필요에 따라 조절하여 사용할 수도 있다.
도 16b에 도시된 바와 같이, 십자(+) 형상에서 획을 하나 제거하여 일자(-) 형상의 홈이 형성된 슬릿(114)을 이용하는 경우에는 전방향 라인광을 생성되고, d, b 방향으로 향하는 광의 세기가 다른 방향으로 향하는 광의 세기보다 상대적으로 강해진다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 어셈블리에서 일부 구성을 나타낸 도면이다.
일반적으로, 광원에서 조사된 광이 리플렉터로 곧장 입사되는 경우에는 생성되는 라인광이 소정 두께를 갖게 된다. 센서 어셈블리의 용도에 따라 샤프(sharp)한 인광이 생성되어야 하는 경우가 있다.
도 17과 같이, 상부에 작은 홀(hole)이 형성되어 있는 캡(cap) 형상의 구조물(115)을 발광부(112)에 씌우면 발광부(112)에서 조사된 광이 구조물(115)에 형성된 홀을 통과하면서 그 확산각이 감소되고, 확산각이 감소된 광은 발산 리플렉터(111)에 입사되어 얇은 두께의 라인광을 생성한다.
도 18a와 도 18b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 어셈블리에서 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 18a를 참조하면, 발신 리플렉터(111)는 적어도 두 개의 서로 다른 직경을 갖는 원뿔형 미러의 조각을 포함한다. 구체적으로, 도 18a의 실시예에서는 직경 D1을 갖는 원뿔형 미러를 수직 방향으로 이등분한 조각(111a) 및 직경 D2를 갖는 원뿔형 미러를 수직 방향으로 이등분한 조각(111b)의 단면이 서로 마주보도록 하여 발신 리플렉터(111)를 구성한다. 상기 발신 리플렉터(111)를 위에서 내려다 본 형상은 도 18a의 우측에 도시된 바와 같다.
도 18a과 18b에 도시된 발신 리플렉터(111)는 그 자체만으로 센서 어셈블리에 적용될 수 있고, 발신 리플렉터(111)에 회전장치(미도시)를 연결하여 상기 발신 리플렉터(111)를 회전시키는 것도 가능하다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 어셈블리의 구성을 도시한 도면이다.
도 19를 참조하면, 센서 어셈블리는 서로 다른 높이에 광을 조사하는 복수의 라인광 발신부를 포함할 수 있다. 당해 실시예에서는 3개의 라인광 발신부(110a 내지 110c)를 포함하는 것으로 한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 라인광 발신부 1 내지 3(110a 내지 110c)을 서로 다른 높이에 위치시키면, 라인광 발신부 2(110b)를 기준으로 라인광 발신부 1(110a)은 장애물의 상부를 감지하고, 라인광 발신부 3(110c)은 장애물의 하부를 감지하게 된다.
도 19에는 장애물이 라인광 발신부 1(110a)보다 높은 경우가 도시되어 있으나, 장애물이 라인광 발신부 1(110a)보다 낮고 라인광 발신부 2(110b)보다 높은 경우에는 라인광 발신부 2(110b) 및 3(110c)에서 발신된 광이 반사광 수신부(120)로 수신되고, 장애물이 라인광 발신부 2(110b)보다 낮고 라인광 발신부 3(110c)보다 높은 경우에는 라인광 발신부 3(110c)에서 발신된 광 만이 반사광 수신부(120)로 수신된다.
반사광 수신부(120)로 수신되는 광이 어느 라인광 발신부로부터 발신된 것인지 판단하기 위하여, 각 라인광 발신부의 광 조사 시점을 다르게 할 수 있고, 동시에 광을 조사하는 경우에는 각 라인광 발신부에서 조사되는 광의 색을 다르게 할 수 있다.
도 19의 실시예에서는 라인광 발신부가 수직선 상에 일렬로 정렬된 경우가 도시되어 있으나, 라인광 발신부는 서로 독립적으로 분리될 수 있다.
1, 2, 3, 4 : 로봇청소기 10 : 본체
100 : 센서 어셈블리
200 : 발광모듈
210 : 발광 유닛 220 : 발신 리플렉터
300 : 수신모듈
310 : 카메라 유닛 320 : 수신 리플렉터

Claims (20)

  1. 본체;
    상기 본체에 장착되는 적어도 하나의 센서 어셈블리를 포함하고,
    상기 센서 어셈블리는
    하우징;
    상기 하우징에 장착되며, 라인광을 발생시킬 수 있도록 구성되는 발광모듈;
    상기 하우징에 장착되며, 상기 발광모듈에서 반신된 라인광이 장애물에서 반사되어 형성되는 반사광을 수신할 수 있도록 구성되는 수신모듈;을 포함하고,
    상기 수신모듈은
    상기 반사광을 집광할 수 있도록 구성되며, 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터;
    빛을 감지할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하고,
    상기 카메라 유닛은 상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광모듈은
    빛을 발생시키도록 구성되는 발광 유닛;
    상기 발광 유닛에서 발생된 빛을 360도 전방향으로 반사하도록 원뿔형으로 형성되는 발신 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발신 리플렉터와 상기 발광 유닛은 각각의 중심부가 수직하게 일렬로 배치되도록 상기 하우징에 장착되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신 리플렉터는 그 단면이 원형으로 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신 리플렉터는 상기 하우징에 장착될 수 있도록 일부가 편평하게 잘린 원뿔형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신모듈은 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 상기 수신 리플렉터의 상부에 장착되는 광각 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 상기 센서 어셈블리의 상기 카메라 유닛이 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 투명하게 형성되는 비전홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 비전홀은 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 광각 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리는 상기 본체의 전방과 후방 중 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리는 상기 본체의 전방에 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리는 상기 본체의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 본체는 상기 센서 어셈블리가 배치될 수 있도록 그 중심부가 상방으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 본체는 상기 센서 어셈블리가 배치될 수 있도록 중심부가 상방으로 완만하게 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  14. 본체;
    상기 본체에 장착되는 적어도 하나의 센서 어셈블리를 포함하고,
    상기 센서 어셈블리는
    하우징;
    상기 하우징에 장착되며, 장애물에서 반사된 반사광을 집광할 수 있도록 구성되고, 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터;
    상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리는 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 마련되는 광각 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리는 상기 하우징에 장착되며 빛을 발생시키도록 구성되는 발광 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 센서 어셈블리는 상기 하우징에 장착되며 상기 발광 유닛에서 발생된 빛을 360도 전방향으로 반사하도록 원뿔형으로 형성되는 발신 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  18. 하우징;
    상기 하우징에 장착되며, 라인광을 발생시킬 수 있도록 구성되는 발광모듈;
    상기 하우징에 장착되며, 상기 발광모듈에서 반신된 라인광이 장애물에서 반사되어 형성되는 반사광을 수신할 수 있도록 구성되는 수신모듈;을 포함하고,
    상기 수신모듈은
    상기 반사광을 집광할 수 있도록 구성되며, 그 중심부가 오픈되어 비전홀이 형성된 수신 리플렉터;
    빛을 감지할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛을 포함하고,
    상기 수신 리플렉터에 의해 집광된 반사광을 감지하는 동시에 상기 비전홀을 관통하여 상기 본체의 상방의 이미지를 촬상할 수 있도록 구성되는 카메라 유닛;을 포함하고,
    상기 발광모듈과 상기 수신모듈은 상기 하우징에 장착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수신모듈은 상기 카메라 유닛의 화각 확보를 위해 상기 수신 리플렉터의 상부에 장착되는 광각 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 어셈블리.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 발광모듈은 빛을 발생시키도록 구성되는 발광 유닛과, 원뿔형으로 형성되는 발신 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 어셈블리.
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