KR20140133369A - 청소 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

청소 로봇 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본체, 상기 본체에 마련되어 청소 공간에서 상기 본체를 주행시키는 주행 유닛, 상기 본체에 마련되어 상기 청소 공간의 바닥을 청소하는 청소 유닛, 상기 청소 공간의 바닥 영상을 획득하는 바닥 영상 획득 유닛, 상기 바닥 영상을 기초로 상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하고, 상기 본체가 상기 이물질의 위치로 이동하도록 상기 주행 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 청소 로봇은 청소 공간 바닥의 영상을 획득함으로써 청소 로봇의 주행 경로 상에 위치하지 않는 이물질을 감지하고, 이물질이 감지되면 감지된 이물질의 위치로 이동하여 청소를 수행할 수 있다.

Description

청소 로봇 및 그 제어방법{CLEANING ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 청소 로봇 및 그 제어방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 전방 카메라를 이용하여 먼지를 감지하는 청소 로봇 및 그 제어방법에 관한 발명이다.
청소 로봇은 사용자의 조작 없이 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 즉, 청소 로봇은 청소 공간을 주행하며 청소 공간을 청소한다.
종래 청소 로봇이 먼지의 유입 여부 또는 먼지의 양을 감지하기 위한 먼지 감지 수단을 포함하고 있기는 하나, 종래 먼지 감지 수단은 청소 바닥의 먼지를 브러시가 쓸어 올려야 먼지통으로 유입되는 먼지의 유입 여부나 먼지의 양을 감지하는 것이어서, 청소 로봇이 해당 영역으로 이동한 후 먼지를 흡입하여야만 먼지의 유무 및 먼지의 적고 많음을 판단할 수 있었다. 즉, 종래 청소 로봇은 청소 로봇이 주행하는 주행 경로 상에 먼지가 쌓여 있지 않으면 청소 로봇의 주행 경로 바로 옆에 먼지가 쌓여 있어도 이를 인지하지 못 하였다.
상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 발명의 일 측면은 청소 로봇이 주행 경로를 따라 주행하는 중에 청소 로봇 주변에 쌓여 있는 먼지를 감지하고 먼지가 감지된 영역으로 우선 이동하여 감지된 먼지를 먼저 청소하도록 하고자 한다.
일 측면에 따른 청소로봇은 본체, 상기 본체에 마련되어 청소 공간에서 상기 본체를 주행시키는 주행 유닛, 상기 본체에 마련되어 상기 청소 공간의 바닥을 청소하는 청소 유닛, 상기 청소 공간의 바닥 영상을 획득하는 바닥 영상 획득 유닛, 상기 바닥 영상을 기초로 상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하고, 상기 본체가 상기 이물질의 위치로 이동하도록 상기 주행 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 상기 바닥 영상으로부터 바닥 영역을 추출하고, 상기 추출된 바닥 영역으로부터 상기 이물질의 영상을 추출할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 마커(maker)를 이용한 워터쉐드(watershed) 알고리즘을 이용하여 상기 바닥 영상으로부터 상기 바닥 영역을 추출할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 윤곽선 추출 알고리즘을 이용하여 상기 상기 이물질의 영상을 추출할 수 있다.
또한, 청소 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 바닥 영상을 획득하고 상기 청소 공간의 바닥을 청소하도록 상기 바닥 영상 획득 유닛과 상기 청소 유닛을 제어할 수 있다.
또한, 상기 청소 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 본체의 폭을 기초로 상기 본체가 주행하는 주행 경로를 생성할 수 있다.
또한, 정찰 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 바닥 영상을 획득하도록 상기 바닥 영상 획득 유닛을 제어할 수 있다.
또한, 상기 청소 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 바닥 영상 획득 유닛의 시야를 기초로 상기 본체가 주행하는 주행 경로를 생성할 수 있다.
또한, 상기 이물질의 위치에 도착하면, 상기 제어 유닛은 상기 이물질의 위치를 집중 청소를 수행하도록 상기 주행 유닛과 상기 상기 청소 유닛을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 상기 본체로부터 상기 이물질까지의 거리가 미리 정해진 거리 이하이면 상기 본체가 상기 이물질의 위치로 이동하도록 상기 주행 유닛을 제어할 수 있다.
청소 로봇의 제어방법은 청소 공간을 청소하는 청소 로봇의 제어방법에 있어서, 상기 청소 공간을 주행하는 동안 상기 청소 공간 바닥의 영상을 획득하고, 상기 획득한 영상을 기초로 상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하고, 상기 이물질이 있는 것으로 판단되면 상기 이물질의 위치로 이동하고, 상기 이물질의 위치에 도착하면 상기 이물질을 청소하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질의 위치로 이동하는 것은 상기 이물질까지의 거리가 미리 정해진 거리 이하이면 상기 이물질의 위치로 이동하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하는 것은 상기 영상으로부터 바닥 영역을 추출하고, 상기 추출된 바닥 영역으로부터 상기 이물질의 영상을 추출하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 바닥 영역을 추출하는 것은 마커(marker)를 이용한 워터 쉐드(watershed) 알고리즘을 이용하여 상기 바닥 영상으로부터 상기 바닥 영역을 추출하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질의 영상을 추출하는 것은 윤곽선 추출 알고리즘을 이용하여 상기 상기 이물질의 영상을 추출하는 것을 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 따른 청소 로봇은 본체, 상기 본체에 마련되어 상기 본체를 주행시키는 주행 유닛, 상기 본체에 마련되어 상기 청소 공간의 바닥을 청소하는 청소 유닛, 상기 청소 공간의 바닥 영상을 획득하는 영상 획득 유닛을 포함하되, 상기 본체가 상기 청소 공간을 주행하는 동안, 상기 영상 획득 유닛이 획득한 상기 바닥 영상으로부터 이물질이 감지되면, 상기 본체는 상기 이물질을 향하여 이동할 수 있다.
또한, 상기 본체가 상기 이물질의 위치에 도착하면, 상기 청소 유닛은 상기 감지된 이물질을 청소할 수 있다.
또한, 상기 이물질까지의 거리가 미리 설정된 거리 이하이면 상기 본체는 상기 이물질을 향하여 이동할 수 있다.
또한, 청소 모드에서 상기 본체가 주행하는 동안 상기 청소 유닛은 상기 청소 공간의 바닥을 청소할 수 있다.
또한, 상기 청소 모드에서 상기 본체는 상기 본체의 폭을 기초로 생성된 제1 주행 경로를 따라 주행할 수 있다.
또한, 정찰 모드에서 상기 본체가 주행하는 동안 상기 청소 유닛은 상기 청소 공간의 바닥을 청소하지 않을 수 있다.
또한, 상기 정찰 모드에서 상기 본체는 상기 영상 획득 유닛의 시야를 기초로 생성된 제2 주행 경로를 따라 주행할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 청소 공간 바닥의 영상을 획득함으로써 청소 로봇의 주행 경로 상에 위치하지 않는 이물질을 감지하고, 이물질이 감지되면 감지된 이물질의 위치로 이동하여 청소를 수행할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 구성을 기능별로 도시한 블럭도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 3는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 저면을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 제어 유닛의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 먼지 검출 모듈이 먼지를 검출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 먼지 검출 모듈에 입력되는 바닥 영상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 먼지 검출 모듈에 입력되는 바닥 영상으로부터 바닥 영역을 추출하기 위한 마커의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6c는 도 6c에 도시된 마커를 이용하여 도 6a에 도시된 바닥 영상에서 분리한 바닥 영역을 도시한 도면이다.
도 7a는 도 6a에 도시된 바닥 영상에 대하여 윤곽선 추출을 수행한 도면이다.
도 7b는 도 6c에 도시된 바닥 영역과 도 7a에 도시된 윤곽선을 겹친 도면이다.
도 7c는 도 6c에 도시된 바닥 영역과 도 7c에 도시된 윤곽선을 이용하여 검출된 먼지를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 의한 청소 로봇의 시야의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 의한 청소 로봇의 시야 영역과 청소 로봇이 주행하며 청소하는 청소 영역을 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 의한 청소 로봇이 청소 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 11a 내지 도 11d는 일 실시예에 의한 청소 로봇이 청소 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 일 실시예에 의한 청소 로봇이 청소 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 의한 청소 로봇이 정찰 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 14a 내지 도 14d는 일 실시예에 의한 청소 로봇이 정찰 경로를 따라 이동하면 청소 바닥을 청소하는 일 예를 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있음을 이해하여야 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 구성을 기능별로 도시한 블럭도이고, 도 2은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 도면이고, 도 3는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 저면을 도시한 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 청소 로봇(100)은 사용자로부터 청소 로봇(100)에 대한 동작 명령을 입력받고 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 유저 인터페이스 유닛(120), 청소 공간 천장의 영상을 획득하는 천장 영상 획득 유닛(130), 청소 바닥의 영상을 획득하는 바닥 영상 획득 유닛(140), 청소 공간 내의 장애물을 검출하는 장애물 감지 유닛(150), 청소 로봇 본체(101)을 이동시키는 주행 유닛(160), 청소 바닥을 청소하는 청소 유닛(170), 청소 로봇(100)의 동작과 관련된 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장 유닛(180), 외부 기기와 통신하는 통신 유닛(190), 청소 로봇(100)의 동작을 제어하는 제어 유닛(110)을 포함한다.
유저 인터페이스 유닛(120)은 청소 로봇(100)은 그 외관을 형성하는 청소 로봇 본체(101)의 상면에 마련되며, 청소 로봇(100)의 동작 또는 정지, 주행 모드 등 청소 로봇(100)과 관련된 사용자의 동작 명령을 입력받는 조작 버튼(121)와 청소 로봇(100)의 동작 여부, 주행 모드 등 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이 패널(122)을 포함한다. 이와 같은 조작 버튼(121)은 멤브레인 스위치(membrane switch)를 채용할 수 있으며, 디스플레이 패널(122)은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널 또는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널을 채용할 수 있다.
천장 영상 획득 유닛(130)은 청소 로봇 본체(101)의 상면에 마련되어 청소 공간 천장의 영상을 획득하고, 획득된 영상에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 상방 카메라 모듈(131)을 이용한다.
바닥 영상 획득 유닛(140)은 청소 로봇 본체(101)의 전면에 마련되어 청소 바닥의 2차원 영상을 획득하고, 획득된 영상에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 전방 카메라 모듈(141)을 이용한다. 그러나, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 카메라 모듈(141)에 한정되는 것은 아니며, 초음파 센서 모듈, 스테레오 카메라 모듈, 깊이 센서 모듈 등 청소 로봇의 전방 바닥의 영상을 획득할 수 있는 것이면 어느 것을 이용하더라도 무방하다.
초음파 센서 모듈은 초음파를 방출한 후 바닥으로부터 반사되는 초음파를 검출하고, 검출된 초음파를 분석하여 바닥의 개략적인 3차원 영상을 획득할 수 있다. 청소 로봇(100)은 초음파 센서 모듈이 획득한 3차원 영상에서 바닥의 돌출된 부분을 먼지로 판단할 수 있다.
또한, 스테레오 카메라 모듈은 일정 거리를 사이를 두고 한 쌍의 2차원 카메라를 마련하고, 한 쌍의 2차원 카메라가 획득한 한 쌍의 2차원 영상과 한 쌍의 2차원 영상의 차이를 기초로 3차원 영상을 획득할 수 있다. 청소 로봇(100)은 스테레오 카메라 모듈이 획득한 3차원 영상에서 바닥의 돌출된 부분을 먼지로 판단할 수 있다.
또한, 깊이 센서 모듈은 바닥의 2차원 영상을 획득하는 2차원 카메라와 적외선을 방출한 후 바닥으로부터 반사되는 적외선을 검출하고, 검출된 적외선을 기초로 거리 정보를 추출하는 적외선 센서를 포함하며, 2차원 카메라가 획득한 2차원 영상과 적외선 센서가 획득한 거리 정보를 매칭하여 3차원 영상을 획득할 수 있다. 청소 로봇(100)은 깊이 센서 모듈이 획득한 3차원 영상에서 바닥의 돌출된 부분을 먼지로 판단할 수 있다.
도 2에서 바닥 영상 획득 유닛(140)은 본체(101) 전방 바닥의 영상을 획득하기 위하여 하나의 전방 카메라 모듈(151)을 포함하고 있으나, 이에 현장되는 것은 아니다. 즉, 바닥 영상 획득 유닛(140)은 본체(101) 전방 바닥의 영상을 획득하기 위한 전방 카메라 모듈(151) 뿐만 아니라 본체(101) 좌측 및 우측 바닥의 영상을 획득하기 위하여 좌측 카메라 모듈 및 우측 카메랄 모듈을 더 포함할 수도 있다.
또한, 전방 카메라 모듈(151)이 충분한 시야각을 갖기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 전방 카메라 모듈(151)이 본체(101)의 전면 상부에 위치하는 것이 바람하나, 이에 한정되는 것은 아니며 본체(101)의 전방 바닥 영상을 획득할 수 있는 위치이면 어느 위치라도 설치될 수 있다.
장애물 감지 유닛(150)은 청소 로봇 본체(101)의 전면, 좌우 측면에 마련되어 청소 로봇 본체(101)의 전방 및 좌우 방향을 향하여 적외선을 조사하고 장애물에서 반사되는 적외선을 감지하는 적외선 센서 모듈(151)을 포함한다. 그러나, 장애물 감지 유닛(150)이 적외선 센서 모듈(151)에 한정되는 것은 아니며, 청소 로봇 본체(101)의 전방 및 좌우 방향을 향하여 초음파를 방출하고 장애물에 반사되는 초음파를 감지하는 초음파 센서 모듈을 포함할 수도 있다.
주행 유닛(160)은 청소 로봇 본체(101) 저면의 좌우 가장자리에 설치되어 청소 로봇(100)를 전진, 후진 및 회전시키는 한 쌍의 주행 바퀴(161, 162), 한 쌍의 주행 바퀴(161, 162)를 각각 회전시키는 한 쌍의 구동 모터(163, 164), 청소 로봇 본체(101) 저면의 전방에 설치되어 청소 로봇(100)의 이동 방향에 따라 회전하며 청소 로봇(100)의 이동을 보조하는 룰러(165)를 포함한다.
청소 유닛(170)은 청소 로봇 본체(101)의 저면에 형성된 먼지 흡입구(103)에 설치되어 회전하면서 청소 바닥의 먼지를 쓸고 비산시키는 메인 브러시(172), 메인 브러시(172)와 인접하게 설치되어 메인 브러시(172)를 회전시키는 브러시 모터(173), 청소 로봇 본체(101)의 저면 전방에 좌우 가장가리에 설치되어 청소 바닥의 먼지를 메인 브러시(172)로 안내하는 한 쌍의 서브 브러시(174a, 174b), 메인 브러시(172)가 비산시킨 먼지를 흡입하여 저장하는 먼지통(175)을 포함한다.
메인 브러시(172)는 청소 바닥과 평행한 회전축을 중심으로 회전함으로써 청소 바닥의 먼지를 먼지통(175)을 향하여 비산시키고, 한 쌍의 서브 브러시(174a, 174b)는 청소 바닥과 수직한 회전축을 중심으로 회전함으로써 메인 브러시(172)가 청소하지 못하는 영역의 먼지를 메인 브러시(174)를 향하여 이동시킨다. 또한, 한 쌍의 서브 브러시(174a, 174b)는 제자리에서 회전할 수 있을 뿐만 아니라, 청소 로봇 본체(101) 외부로 돌출 가능하게 설치됨으로써 청소 로봇(100)이 청소하는 영역을 확장시킬 수도 있다.
저장 유닛(180)은 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 영구적으로 저장하는 자기 디스크(magnetic disc), 반도체 디스크(solid state disk) 등의 비휘발성 메모리(미도시) 뿐만 아니라 청소 로봇(100)의 동작을 제어하는 과정에서 생성되는 임시 데이터를 임시적으로 저장하는 D-램, S-램 등의 휘발성 메모리(미도시)를 포함할 수 있다.
통신 유닛(190)은 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 와이브로(Wireless Broadband Internet: Wibro) 등의 무선 통신방식을 이용하여 외부기기(미도시) 또는 충전 스테이션(미도시)와 무선 통신을 수행하는 무선 통신모듈(미도시)를 포함할 수 있다.
제어 유닛(110)은 유저 인터페이스 유닛(120)을 통하여 사용자의 동작 명령, 천장 영상 획득 유닛(130)과 바닥 영상 획득 유닛(140)과 장애물 감지 유닛(150)의 출력을 기초로 주행 유닛(160)과 청소 유닛(170)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 유저 인터페이스 유닛(120)를 통하여 청소 명령이 입력되면 제어 유닛(110)은 청소 로봇(100)이 미리 정해진 주행 경로를 따라서 주행하도록 주행 유닛(160)을 제어하고, 청소 로봇(100)이 주행하는 주행 경로 상의 먼지를 제거하도록 청소 유닛(170)을 제어한다.
이와 같은, 제어 유닛(110)은 저장 유닛(180)에 저장된 제어 프로그램과 제어 프로그램에 따라 입력되는 데이터를 연산하여 연산 결과를 출력하는 제어 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 제어 유닛(110)은 모든 동작을 수행하는 어플리케이션 프로세서(Application Processor: AP)를 포함하거나, 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit: GPU), 통신용 프로세서(Communication Processor: CP), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU) 등과 같이 특화된 기능을 수행하는 복수의 프로세서를 포함할 수도 있다.
제어 유닛(110)의 구체적인 구성에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.
도면에는 도시하지는 않았으나, 청소 로봇(100)은 청소 바닥을 비추는 조명 유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 청소 로봇(100)이 어두운 곳을 청소하는 경우, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 적절한 바닥 영상을 획득하지 못할 염려가 있다. 이와 같은 경우, 제어 유닛(110)의 제어 신호에 따라 조명 유닛(미도시)은 청소 바닥을 밝게 비춘다.
도 4는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 제어 유닛의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 제어 유닛(110)은 천장 영상 획득 유닛(130)이 획득한 천장 영상을 기초로 청소 로봇(100)의 위치를 검출하는 위치 검출 모듈(113), 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득한 바닥 영상을 기초로 청소 바닥에 위치하는 먼지의 위치를 검출하는 먼지 검출 모듈(114), 청소 로봇(100)의 위치와 먼지의 위치를 기초로 주행 유닛(160) 및 청소 유닛(170)를 제어하는 제어 신호를 생성하는 메인 제어 모듈(111)을 포함한다.
위치 검출 모듈(113)은 상방 카메라 모듈(131)이 획득한 청소 공간 천장의 영상을 이용하여 청소 공간 내에서의 청소 로봇(100)의 상대적인 위치를 검출한다.
먼지 검출 모듈(114)은 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득한 청소 바닥의 영상을 분석하여 청소 바닥의 먼지가 있는지 여부 및 먼지의 청소 로봇(100)으로부터 상대적인 위치를 검출한다.
먼지 검출 모듈(114)의 동작에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.
메인 제어 모듈(111)은 위치 검출 모듈(113)과 먼지 검출 모듈(114)에서 출력되는 청소 로봇(100)의 위치와 먼지의 위치를 기초로 청소 로봇(100)이 청소 공간을 주행하도록 주행 유닛(160)을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 청소 로봇(100)의 동작 모드에 따라 청소 유닛(170)을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
이하에서는 먼지 검출 모듈(114)이 먼지를 검출하는 것에 대하여 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 먼지 검출 모듈이 먼지를 검출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 먼지 검출 모듈(114)에 바닥 영상이 입력된다(210). 구체적으로, 바닥 영상 획득 유닛(140)은 청소 바닥 영상을 획득하고, 획득한 영상을 제어 유닛(110)에 포함된 먼지 검출 모듈(114)에 입력한다.
바닥 영상이 입력되면, 먼지 검출 모듈(114)은 입력된 바닥 영상을 바닥 영역과 바닥이 아닌 영역으로 분할함으로써 바닥 영상에서 바닥 영역을 분리한다(220). 먼지 검출 모듈(114)이 바닥 영역을 분리하는 것은 마커(marker)를 이용한 워터쉐드(watershed) 알고리즘을 이용할 수 있다. 먼지 검출 모듈(114)이 바닥 영역과 바닥이 아닌 영역을 분할하는 것은 아래에서 자세하게 설명한다.
바닥 영상이 바닥 영역과 바닥 이외의 영역으로 분할되면, 먼지 검출 모듈(114)은 바닥 영상의 바닥 영역에서 먼지를 검출한다(230). 먼지 검출 모듈(114)이 바닥 영상의 바닥 영역에서 먼지를 검출하는 것은 윤곽선 추출 알고리즘을 이용할 수 있다. 먼지 검출 모듈(114)이 바닥 영상의 바닥 영역에서 먼지를 검출하는 것은 아래에서 자세하게 설명한다.
우선, 먼지 검출 모듈(114)이 바닥 영상에서 바닥 영역을 추출하는 것에 대하여 설명한다.
도 6a는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 먼지 검출 모듈에 입력되는 바닥 영상의 일 예를 도시한 도면이고, 도 6b는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 포함된 먼지 검출 모듈에 입력되는 바닥 영상으로부터 바닥 영역을 추출하기 위한 마커의 일 예를 도시한 도면이고, 도 6c는 도 6c에 도시된 마커를 이용하여 도 6a에 도시된 바닥 영상에서 분리한 바닥 영역을 도시한 도면이다.
도 6a에 도시된 바닥 영상의 일 예는 청소 로봇(100)의 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득하여 먼지 검출 모듈(114)에 제공한 영상으로, 바닥 영역(F), 바닥 위의 먼지(Du), 청소 공간의 벽 영역(W), 청소 공간에 위치하는 책상 영역(D) 및 의자 영역(C)을 포함한다.
먼지 검출 모듈(114)이 바닥에 위치하는 먼지(Du)를 정밀하게 검출하기 위해서는 바닥 영상을 바닥 영역(F)과 바닥이 아닌 영역으로 분할한다. 이와 같이 영상을 복수의 영역으로 분할하는 알고리즘 중에서 가장 대표적인 알고리즘은 워터쉐드 알고리즘이 있다.
워터쉐드 알고리즘은 영상을 픽셀 값을 높이로 하는 2차원 지형으로 간주하고, 이 지형에 물을 채웠을 때 하나의 윤곽선으로 둘러 쌓인 웅덩이를 분할된 영역으로 판단하여 영상을 분할하는 알고리즘이다. 구현하는 방식에 따라 크게 침수(flooding) 방식과 강수(rainfalling) 방식으로 구분할 수 있다.
침수 방식은 2차원 지형의 국소 최소점에 구멍이 있다고 가정하고, 물을 가장 낮은 곳부터 점차적으로 채우는 것이다. 물을 점차 채우면 일정 높이가 되면 봉우리를 가운데 두고 서로 반대편에 채워지던 물이 합쳐지게 되는데, 이때 댐을 쌓아서 물이 합쳐지는 것을 방지한다. 이와 같이 방식을 물을 최종 높이까지 물을 채우고, 그 결과 생기는 댐들의 연결선이 워터쉐드가 되며, 워터쉐드가 영상을 분할하는 경계선이 된다.
이에 비하여 강수 방식은 낮은 곳에서부터 물을 채워 나가는 것이 아니라 위에서 물을 분사한 후 영상의 픽셀을 스캔하면서 최소점을 찾고 동일한 최소점을 가지는 픽셀들을 병합하여 영역을 형성하고, 형성된 영역에 따라 영상 분할한다.
이와 같은 워터쉐드 알고리즘을 도 6a에 도시된 바닥 영상의 일 예에 적용할 경우, 영상이 과분할될 수 있다. 즉, 바닥 영상이 불필요하게 여러 영역으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 바닥 영상의 일 예에서 바닥 영상의 책상과 벽이 만나는 부분에서 책상 영역(D)과 벽 영역(W)이 별도의 영역으로 분할될 수 있다. 또한, 책상과 의자가 겹치는 부분 역시 책상 영역(D)과 의자 영역(C)이 별도의 영역으로 분할될 수 있다.
이와 같이 원하지 영역의 분할을 방지하지 위하여 먼지 검출 모듈(114)은 도 6b에 도시된 것과 같은 마커를 이용할 수 있다. 동일한 마커를 공유하는 영역은 분할되지 않고 하나의 영역이 된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득한 바닥 영상은 바닥 영상의 중앙 부분에 바닥이 위치하고, 바닥 영상의 윗 부분에는 벽, 책상, 의장 등 바닥 이외의 물체가 위치하는 것이 일반적이다. 이는 바닥 영상 획득 유닛(140)에 포함된 전방 2차원 카메라 모듈(141)이 바닥의 영상을 획득하기 위하여 전방으로부터 약간 아래 방향을 향하고 있기 때문이다. 이로 인하여 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득한 바닥 영상의 중앙에는 바닥이 위치하고, 영상의 윗 부분 또는 가장자리에는 청소 공간에 위치하는 각종 가구 또는 벽이 위치하게 된다. 뿐만 아니라, 전방 2차원 카메라 모듈(141)이 전방으로부터 약간 아래 방향을 향하고 있기 때문에 바닥 영상의 아래 부분 중앙에 청소 로봇(100)의 맨 앞 부분이 영상이 포함될 수도 있다.
따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이 바닥 영상의 윗 부분과 바닥 영상의 아래 부분 중앙에 마커를 위치시킴으로써 바닥 이외의 부분이 하나의 영역으로 통합되도록 할 수 있다.
도 6a에 도시된 바닥 영상의 일 예를 도 6c에 도시된 마커을 이용한 워터쉐드 알고리즘을 통하여 분할하면, 도 6c에 도시된 바와 같이 바닥 영상을 바닥 영역(F)과 바닥 이외의 영역으로 분할할 수 있다.
먼지 검출 모듈(114)은 바닥 영상으로부터 바닥 영역과 바닥 이외의 영역을 분리하기 위하여 마커를 이용한 워터쉐드 알고리즘을 이용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 바닥 영상의 아래 부분과 윗 부분을 제거하고 바닥 영상의 중앙 부분만을 이용함으로써 바닥 영역을 추출할 수도 있다.
이와 같이 바닥 영상에서 바닥 영역이 분할되면, 먼지 검출 모듈(114)은 바닥 영상의 바닥 영역에서 먼지를 검출한다.
먼지 검출 모듈(114)은 바닥 영상의 바닥 영역에서 먼지를 검출하기 위하여 윤곽선 검출 알고리즘을 이용할 수 있다.
먼지 검출 모듈(114)은 윤곽선 검출에 앞서 영상에 대한 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 바닥 영상이 컬러 영상인 경우, 윤곽선 검출을 위하여 먼지 검출 모듈(114)은 우선 컬러 영상을 흑백 영상으로 변환한다. 컬러 영상을 흑백 영상으로 변환하는 것은 [수학식 1]에 나타난 바와 같이 컬러 영상 각각의 픽셀(pixel)의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 요소에 일정한 가중치를 주어 합한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(단, Igray는 흑백 영상에 포함된 각 픽셀의 명암, wR은 적색에 대한 가중치, IR은 컬러 영상에 포함된 각 픽셀의 적색의 세기, wG은 녹색에 대한 가중치, IG는 컬러 영상에 포함된 각 픽셀의 녹색의 세기, wB는 청색에 대한 가중치, IB는 컬러 영상에 포함된 각 픽셀의 청색의 세기이다.)
이때, 적색, 녹색, 청색에서 대한 가중치는 각각 50%, 20%, 30%로 할 수 있다.
전처리를 수행한 이후, 먼지 검출 모듈(114)은 바닥 영상에 대하여 윤곽선 검출을 수행한다. 윤곽선 검출은 소벨(Sobel) 에지 검출 알고리즘, 프리윗(Prewitt) 에지 검출 알고리즘, 로버트(Robert) 에지 검출 알고리즘, 라플라시안(Laplacian) 에지 검출 알고리즘, 캐니(Canny) 에지 검출 알고리즘 등 다양한 알고리즘이 있으며, 이 가운데 어느 것을 이용하더라도 무방하다.
도 7a는 도 6a에 도시된 바닥 영상에 대하여 윤곽선 추출을 수행한 도면이고, 도 7b는 도 6c에 도시된 바닥 영역과 도 7a에 도시된 윤곽선을 겹쳐 도시한 도면이고, 도 7c는 도 6c에 도시된 바닥 영역과 도 7c에 도시된 윤곽선을 이용하여 검출된 먼지를 도시한 도면이다.
먼지 검출 모듈(114)이 도 6a에 도시된 바닥 영상에 대하여 윤곽선 추출을 수행하면 도 7a에 도시된 바와 같이 바닥 영상의 윤곽선을 추출할 수 있다. 바닥 영상의 윤곽선은 도 7a에 도시된 바와 같이 바닥 영역(F) 내의 먼지(Du)의 윤곽선 뿐만 아니라 바닥 이외의 영역의 윤곽선도 추출된다.
바닥 영상의 윤곽선에서 바닥 영역(F) 내의 윤곽선만을 추출하기 위하여 먼지 검출 모듈(114)은 도 7b에 도시된 바와 같이 도 7a에 도시된 윤곽선과 도 6c에 도시된 바닥 영역(F)에 대하여 논리곱을 수행한다. 즉, 도 7a에 도시된 윤곽선 가운데 바닥 영역(F)에 위치하는 윤곽선만을 추출한다.
먼지 검출 모듈(114)이 도 7a에 도시된 윤곽선과 도 6c에 도시된 바닥 영역(F)에 대하여 논리곱을 수행하면, 도 7c에 도시된 바와 같은 바닥 위에 있는 먼지(Du)의 윤곽선이 추출된다.
먼지 검출 모듈(114)은 추출된 바닥 영역(F)의 윤곽선을 통하여 청소 바닥에 먼지가 있는지 여부 및 먼지가 있으면 먼지의 위치를 산출하여, 메인 제어 모듈(111)에 제공한다.
후술하겠지만, 먼지 검출 모듈(114)이 청소 바닥에 있는 먼지의 위치를 제공하면 메인 제어 모듈(111)은 청소 로봇(100)이 먼지의 위치로 이동하도록 주행 유닛(160)을 제어한다.
도 8은 일 실시예에 의한 청소 로봇의 시야의 일 예를 도시한 도면이다. 구체적으로 도 8의 (a)는 바닥 영상 획득 유닛(140)이 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 전면에 마련된 전방 카메라 모듈만을 포함하는 경우의 청소 로봇(100)의 시야를 도시한 도면이고, 도 8의 (b)는 바닥 영상 획득 유닛(140)이 전방 카메라 모듈과 함께 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 좌우 측면에 마련된 좌측 카메라 모듈과 우측 카메라 모듈을 포함하는 경우의 청소 로봇(100)의 시야를 도시한 도면이다.
바닥 영상 획득 유닛(140)이 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 전면에 마련된 전방 카메라 모듈만을 포함하는 경우에는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 전방을 향하여 펼쳐진 부채꼴 형상의 시야를 갖는다. 이와 같은 청소 로봇(100)의 시야는 전방 카메라 유닛의 위치에 따라 달라질 수 있다.
또한, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 전방 카메라 모듈과 함께 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 좌우 측면에 마련된 좌측 카메라 모듈과 우측 카메라 모듈을 포함하는 경우에는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 전방을 향하여 펼쳐진 부채꼴 형상, 우측을 향하여 펼쳐진 부채꼴 형상 및 좌측을 향하여 펼쳐진 부채꼴 형상이 겹쳐진 시야를 갖는다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 바닥 영상 획득 유닛(140)은 전방 카메라 모듈만을 포함하는 것으로 가정하여 설명하나, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 좌측 카메라 모듈 및 우측 카메라 모듈을 더 포함할 수 있음을 밝혀 둔다.
도 9는 일 실시예에 의한 청소 로봇의 시야 영역과 청소 로봇이 주행하며 청소하는 청소 영역을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 청소 로봇(100)이 주행하면서 청소 로봇(100)이 청소하는 청소 영역(CR)의 폭은 청소 로봇(100)의 폭과 유사하다. 청소 로봇(100)의 메인 브러시(도 2의 172)의 폭은 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 폭보다 작지만 한 쌍의 보조 브러시(도 2의 174a, 174b)가 먼지를 메인 브러시(172)를 향하여 안내하므로 청소 로봇(100)은 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 폭과 유사한 영역을 청소할 수 있다. 이에 비하여 청소 로봇(100)이 바닥 영상 획득 유닛(140)을 이용하여 먼지를 검출할 수 있는 청소 로봇(100)의 시야(V)의 폭은 청소 로봇(100)의 폭보다 넓다. 바닥 영상 획득 유닛(140)에 이용되는 전방 카메라 모듈(도 2의 141)에 따라 차이가 있으나, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 먼지를 탐색한 먼지 탐색 영역(VR)은 청소 로봇(100)이 청소를 수행한 청소 영역(CR)보다 넓다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 청소하는 청소 영역(CR)보다 넓은 먼지 탐색 영역(VR)에서 먼지를 감지할 수 있다.
이상에서는 일 실시예에 의한 청소 로봇(100)의 각 구성 및 각 구성의 동작에 대하여 설명하였다.
이하에서는 청소 로봇(100)의 동작에 대하여 설명한다.
청소 로봇(100)은 일반 청소 모드와 정찰 모드로 동작할 수 있다.
일반 청소 모드에서 청소 로봇(100)은 청소 경로(이하에서 청소 경로는 일반 청소 모드에서 청소 로봇(100)이 이동하는 경로를 의미한다.)를 따라 이동하고, 청소 경로 상의 먼지를 제거한다. 청소 로봇(100)의 시야가 청소 로봇(100)의 청소 영역보다 넓기 때문에 청소 로봇(100)은 청소 경로에 위치하지 않는 먼지도 감지할 수 있으므로 청소 로봇(100)은 청소 경로를 따라 이동하면서 청소 바닥의 먼지를 탐색한다. 먼지가 감지되면 청소 로봇(100)은 먼지가 감지된 위치로 이동하여 먼지가 있는 위치를 먼저 청소할 수 있다. 뿐만 아니라, 먼지가 감지되더라도, 감지된 먼지가청소 로봇(100)으로부터 멀리 떨어져 있으면 청소 로봇(100)은 청소 경로를 따라 이동하다가 먼지와 청소 로봇(100)의 사이의 거리가 일정 거리 이하가 되면 비로소 청소 로봇(100)은 먼지가 감지된 위치로 이동하여 먼지가 있는 위치를 먼저 청소할 수도 있다.
이때, 일반 청소 모드에서 청소 로봇(100)는 지그재그(zigzag) 경로와 같이 미리 정해진 경로를 따라 주행할 수 있을 뿐만 아니라 청소 로봇(100)이 임의로 생성한 임의의(random) 경로를 따라 주행할 수도 있다.
정찰 모드에서 청소 로봇(100)은 정찰 경로(이하에서 정찰 경로는 정찰 모드에서 청소 로봇(100)이 이동하는 경로를 의미한다.)를 따라 이동하면서 청소 바닥의 먼지를 탐색한다. 먼지가 감지되면 청소 로봇(100)은 감지된 먼지의 위치로 이동하여 먼지가 있는 위치를 먼저 청소할 수 있다. 청소 로봇(100)이 정찰 경로를 따라 이동하는 동안은 청소 바닥에 대한 청소를 수행할 수도 있고 청소를 수행하지 않을 수도 있다.
우선, 일반 청소 모드에서의 청소 로봇(100)의 동작에 대하여 설명한다.
도 10은 일 실시예에 의한 청소 로봇이 청소 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 방법을 도시한 순서도이고, 도 11a 내지 도 11d는 일 실시예에 의한 청소 로봇이 청소 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 일 예를 도시한 도면이다. 구체적으로 도 11a 내지 도 11d는 청소 로봇(100)이 지그재그 청소 경로(CT)를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 것을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 청소 로봇(100)은 미리 정해진 청소 경로를 따라 주행하며 청소를 수행한다(310). 예를 들어, 청소 공간으로 진입한 청소 로봇(100)은 도 11a에 도시된 바와 같이 지그재그(zigzag) 청소 경로(CT)를 따라 이동하며 청소를 수행한다. 지그재그 경로라 함은 청소 공간의 벽(W) 중 어느 하나의 벽(W)을 향하여 이동하고, 청소 공간의 벽(W)에 가까워지면 일정 간격(D1) 만큼 벽(W)을 따라 이동한 후 벽(W)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 경로를 의미한다. 이때 지그재그 청소 경로(CT)에서 경로 사이의 일정 간격(D1)은 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 폭과 같거나 그보다 작을 수 있다. 이는 도 9에서 설명한 바와 같이 청소 로봇(100)이 청소를 수행하는 청소 영역(도 9의 CR)이 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 폭과 유사하기 때문이다. 다시 말해, 일반 청소 모드에서 청소 로봇이 지그재그 청소 경로를 따라 주행하는 경우, 청소 로봇(100)은 청소 로봇 본체(도 2의 101)의 폭을 기초로 청소 경로를 생성한다.
청소 로봇(100)은 청소 경로(CT)를 따라 주행하며 청소 바닥의 먼지(Du)를 탐색하고(315), 청소 바닥에서 먼지(Du)가 감지되었는지 여부를 판단한다(320). 구체적으로, 청소 로봇(100)은 바닥 영상 획득 유닛(140)을 이용하여 청소 바닥 영상 획득하고, 획득한 청소 바닥 영상을 분석하여 청소 바닥에 먼지(Du)가 감지되는지 여부를 판단하고, 먼지(Du)가 감지되면 먼지(Du)가 감지된 위치를 산출한다.
청소 바닥에서 먼지(Du)가 감지되지 않으면(320의 아니오), 청소 로봇(100)은 해당 청소 공간에 대한 청소가 종료되었는지 여부를 판단한다(325). 해당 청소 공간에 대한 청소가 종료되었으면(325의 예), 청소 로봇(100)은 다른 청소 공간으로 이동하나, 청소를 종료한다. 해당 청소 공간에 대한 청소가 종료되지 않았으면(325의 아니오), 청소 로봇(100)은 청소 경로(CT)를 따라 청소를 계속하며 먼지(Du)를 탐색한다.
청소 바닥에서 먼지(Du)가 감지되면(320의 예), 청소 로봇(100)은 먼지를 향하여 이동한다(330). 구체적으로, 청소 로봇(100)은 청소 로봇(100)이 청소를 수행하는 영역보다 청소 로봇(100)의 시야(V)가 넓으므로 도 11b에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 청소 경로(CT)를 벗어난 위치의 먼지(Du)를 감지할 수 있다. 먼지(Du)가 감지되면 도 11c에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 먼지(Du)가 감지된 위치로 이동한다.
이때, 감지된 먼지(Du)가 청소 로봇(100)으로부터 멀리 떨어져 있는 경우 청소 로봇(100)은 먼지(Du)의 위치로 이동하지 않고 주행 중인 청소 경로를 따라 계속 주행할 수 있다. 이후 청소 로봇(100)이 저장된 먼지(Du)의 위치에 가까워지면 주행 중인 청소 경로를 벗어나 먼지(Du)의 위치로 이동할 수 있다. 구체적으로, 청소 로봇(100)은 감지된 먼지(Du)와 청소 로봇(100) 사이의 거리를 추정하고 추정된 거리가 일정 거리 이하이면 먼지(Du)의 위치로 이동할 수 있다. 뿐만 아니라, 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득한 바닥 영상에서 먼지(Du)가 영상의 중앙 아래 부분에 위치하면 먼지(Du)의 위치로 이동할 수도 있다. 이는 바닥 영상 획득 유닛(140)이 획득한 바닥 영상에서 먼지(Du)가 영상의 중앙 아래 부분에 위치하면 청소 로봇(100)으로부터 먼지(Du)까지의 거리가 가까운 것으로 판단할 수 있기 때문이다.
이후, 청소 로봇(100)은 먼지가 감지된 위치에 도착하였는지 여부를 판단하여(335), 청소 로봇(100)이 먼지가 감지된 위치에 도착하면(335의 예) 청소 로봇(100)은 집중 청소를 수행한다(340). 예를 들어, 먼지가 감지된 위치에 도착한 청소 로봇(100)은 스파이럴(spiral) 주행 경로를 따라 이동하며 먼지가 감지된 위치에 대하여 청소를 수행할 수 있다.
이때 청소 로봇(100)은 감지된 먼지의 양에 따라 다른 패턴의 청소를 수행할 수 있다. 예를 들어, 감지된 먼지의 양이 많으면 스파이럴 주행 경로를 따라 이동하거나 원형의 주행 경로를 따라 이동하면서 청소를 수행할 수 있으며, 감지된 먼지의 양이 적으면 단순히 먼지가 감지된 위치를 통과하며 감지된 먼지를 청소할 수도 있다. 뿐만 아니라, 집중 청소 중에 청소 로봇(100)은 청소 유닛(170)의 메인 브러시(도 3의 172)를 구동하는 브러시 모터(도 3의 173)에 큰 구동 전류를 공급하여 메인 브러시(도 3의 172)의 토크를 크게 하거나 메인 브러시(도 3의 172)의 회전 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 청소 로봇(100)은 먼지를 흡입하는 먼지 흡입 펌프(미도시)의 흡입력을 증가시킬 수도 있다.
집중청소가 완료되면 청소 로봇(100)은 본래의 청소 경로로 복귀한다(345). 구체적으로 도 11d에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 먼지(Du)가 감지된 위치로 이동한 경로와 반대의 경로를 따라 이동하여 본래의 지그재그 청소 경로(CT)로 복귀하고, 본래의 지그재그 청소 경로(CT)를 따라 주행하며 청소를 수행한다.
도 12a 및 도 12b는 일 실시예에 의한 청소 로봇이 청소 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 10, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 청소 로봇(100)은 임의의 청소 경로(RT)를 따라 주행하며 청소를 수행할 수 있다. 예를 들어, 청소 공간으로 진입한 청소 로봇(100)은 도 12a에 도시된 바와 같이 장애물 또는 벽(W)에 가까워질 때까지 직선 주행하고, 청소 로봇(100)으로부터 장애물 또는 벽(W)까지의 거리가 일정 거리 이하가 되면 임의의 방향으로 회전한 후 다시 장애물 또는 벽(W)에 가까워질 때까지 직선 주행할 수 있다.
임의의 청소 경로(RT)를 따라 주행하는 동안 청소 로봇(100)은 청소 바닥에 대한 청소를 수행하고, 청소 바닥의 바닥 영상을 획득하고 획득된 바닥 영상을 분석함으로써 먼지를 탐색한다. 또한, 임의의 청소 경로(RT)를 따라 주행하는 중에 먼지가 감지되면 청소 로봇(100)은 방향을 바꾸어 먼지를 향하여 이동하여 집중 청소를 수행한다. 집중 청소가 완료되면 청소 로봇(100)은 다시 임의의 방향으로 주행함으로써 임의의 청소 경로(RT)를 따라 주행한다..
일반 청소 모드에서 청소 로봇(100)이 지그재그 청소 경로(CT)와 임의의 청소 경로(RT)를 따라 주행함을 예시하였으나, 이에 예시에 불과한 것으로 청소 로봇(100)은 다양한 청소 경로를 따라 주행하며 청소를 수행할 수도 있다.
다음으로, 정찰 모드에서의 청소 로봇(100)의 동작에 대하여 설명한다. 청소 로봇(100)이 일반 청소 모드로 청소 공간을 청소한 이후 다시 청소를 수행하는 경우에는 일반 청소 모드와 같이 꼼꼼하게 청소하지 않아도 무방하며, 군데 군데 떨어진 먼지를 청소하는 것만으로 충분하다. 청소 로봇(100)은 일반 청소 모드로 청소를 하고 같은 청소 공간을 다시 청소하는 경우 청소 로봇(100)은 에너지 효율을 향상시키기 위하여 먼지를 먼저 탐색하고 먼지가 감지되면 먼지가 감지된 위치로 이동하여 먼지를 제거할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 의한 청소 로봇이 정찰 경로를 따라 이동하며 청소 바닥을 청소하는 방법을 도시한 순서도이고, 도 14a 내지 도 14d는 일 실시예에 의한 청소 로봇이 정찰 경로를 따라 이동하면 청소 바닥을 청소하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14a 내지 도 14d를 참조하면, 청소 로봇(100)은 미리 정해진 정찰 경로를 따라 주행한다(410). 일반 청소 모드에서와 달리 정찰 모드에서 청소 로봇(100)은 청소가 필요하지 않다면 청소를 수행하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 청소 공간으로 진입한 청소 로봇(100)은 도 14a에 도시된 바와 같이 지그재그 정찰 경로(ST)를 따라 이동한다. 이때 지그재그 정찰 경로(ST)에서 경로 사이의 간격(D2)은 청소 로봇(100)의 시야(V)의 폭과 같거나 그보다 작을 수 있다. 정찰 모드에서 청소 로봇(100)은 먼지(Du)를 감지하면 충분하므로 청소 로봇(100)이 일반 청소 모드에서와 같이 좁은 간격(도 11a의 D1)으로 이동하지 않아도 된다. 다시 말해, 정찰 모드에서 청소 로봇(100)은 바닥 영상 획득 유닛(140)의 시야를 기초로 정찰 경로를 생성할 수 있다.
또한, 청소 로봇(100)이 지그재그 정찰 경로(ST)를 따라 주행함을 예시하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 청소 로봇(100)은 다양한 정찰 경로를 따라 주행하며 먼지를 탐색할 수 있다. 예를 들어, 정찰 모드에서 청소 로봇(100)은 벽(W)과 일정한 제1 거리(예를 들어, 청소 로봇(100) 시야(V)의 절반)를 유지하면서 주행하고, 최초 위치로 되돌아오면 벽(W)과 제1 거리보다 더 큰 제2 거리를 유지하면서 주행하는 스파이럴 정찰 경로를 따라 주행할 수 있으며, 청소 로봇(100)은 임의의 방향으로 직선 주행하다가 벽(W)에 가까워지면 임의의 방향으로 회전한 후 다시 직선 주행하는 것을 반복하는 임의의 정찰 경로를 따라 주행할 수도 있다.
청소 로봇(100)은 정찰 경로(ST)를 따라 주행하며 청소 바닥의 먼지(Du)를 탐색하고(415), 청소 바닥에서 먼지(Du)가 감지되었는지 여부를 판단한다(420). 구체적으로, 청소 로봇(100)은 바닥 영상 획득 유닛(140)을 이용하여 청소 바닥 영상을 획득하고, 획득한 청소 바닥 영상을 분석하여 청소 바닥에 먼지(Du)가 감지되는지 여부를 판단하고, 먼지(Du)가 감지되면 먼지(Du)가 감지된 위치를 산출한다.
청소 바닥에서 먼지(Du)가 감지되지 않으면(420의 아니오), 청소 로봇(100)은 해당 청소 공간에 대한 정찰이 종료되었는지 여부를 판단한다(425). 해당 청소 공간에 대한 정찰이 종료되었으면(425의 예), 청소 로봇(100)은 다른 청소 공간으로 이동하나, 정찰을 종료한다. 해당 청소 공간에 대한 정찰이 종료되지 않았으면(425의 아니오), 청소 로봇(100)은 정찰 경로(ST)를 따라 주행을 계속하며 먼지(Du)를 탐색한다.
청소 바닥에 먼지(Du)가 감지되면(420의 예), 청소 로봇(100)은 먼지를 향하여 이동한다(430). 예를 들어, 도 14b에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 시야(V) 안에 먼지(Du)가 위치하면 청소 로봇(100)은 먼지(Du)를 감지할 수 있다. 또한, 먼지(Du)가 감지되면 도 14c에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 먼지(Du)가 감지된 위치로 이동한다.
이때, 감지된 먼지(Du)가 청소 로봇(100)으로부터 멀리 떨어져 있는 경우 청소 로봇(100)은 먼지(Du)의 위치로 이동하지 않고 주행 중인 청소 경로를 따라 계속 주행할 수 있다. 이후 청소 로봇(100)이 저장된 먼지(Du)의 위치에 가까워지면 주행 중인 청소 경로를 벗어나 먼지(Du)의 위치로 이동할 수 있다.
이후, 청소 로봇(100)은 먼지가 감지된 위치에 도착하였는지 여부를 판단하여(435), 청소 로봇(100)이 먼지가 감지된 위치에 도착하면(435의 예) 청소 로봇(100)은 집중 청소를 수행한다(440). 예를 들어, 먼지가 감지된 위치에 도착한 청소 로봇(100)은 스파이럴 주행 경로를 따라 이동하며 먼지가 감지된 위치에 대하여 청소를 수행할 수 있다. 이때 청소 로봇(100)은 감지된 먼지의 양에 따라 다른 패턴의 청소를 수행할 수 있다. 집중 청소를 수행하는 동안 청소 로봇(100)은 스파이럴 주행 경로를 따라 주행하거나, 메인 브러시(도 3의 172)의 토크를 크게하거나 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
집중청소가 완료되면 청소 로봇(100)은 본래의 정찰 경로로 복귀한다(445). 구체적으로 도 14d에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 먼지(Du)가 감지된 위치로 이동한 경로와 반대의 경로를 따라 이동하여 본래의 지그재그 정찰 경로(ST)로 복귀하고, 본래의 지그재그 청소 경로(ST)를 따라 주행한다.
다만, 청소 로봇(100)이 임의의 정찰 경로를 따라 주행하는 경우에는 청소 로봇(100)은 집중청소를 완료하고 임의의 방향으로 주행할 수 있다.
이상에서는 개시된 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 개시된 발명의 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명의 기술적 사상으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니될 것이다.
100: 청소 로봇 110: 제어유닛
111: 메인 제어 모듈 113: 위치 검출 모듈
114: 먼지 검출 모듈 120: 유저 인터페이스 유닛
130: 천장 영상 획득 유닛 140: 바닥 영상 획득 유닛
150: 장애물 감지 유닛 160: 주행 유닛
170: 청소 유닛 180: 저장 유닛
190: 통신 유닛 Du: 먼지
F: 바닥 영역 CR: 청소 영역
V: 청소 로봇의 시야 VR: 먼지 탐색 영역

Claims (22)

  1. 본체;
    상기 본체에 마련되어 청소 공간에서 상기 본체를 주행시키는 주행 유닛;
    상기 본체에 마련되어 상기 청소 공간의 바닥을 청소하는 청소 유닛;
    상기 청소 공간의 바닥 영상을 획득하는 바닥 영상 획득 유닛;
    상기 바닥 영상을 기초로 상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하고, 상기 본체가 상기 이물질의 위치로 이동하도록 상기 주행 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 청소 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 바닥 영상으로부터 바닥 영역을 추출하고, 상기 추출된 바닥 영역으로부터 상기 이물질의 영상을 추출하는 것인 청소 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 마커(maker)를 이용한 워터쉐드(watershed) 알고리즘을 이용하여 상기 바닥 영상으로부터 상기 바닥 영역을 추출하는 것인 청소 로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 윤곽선 추출 알고리즘을 이용하여 상기 상기 이물질의 영상을 추출하는 것인 청소 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    청소 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 바닥 영상을 획득하고 상기 청소 공간의 바닥을 청소하도록 상기 바닥 영상 획득 유닛과 상기 청소 유닛을 제어하는 것인 청소 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 청소 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 본체의 폭을 기초로 상기 본체가 주행하는 주행 경로를 생성하는 것인 청소 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    정찰 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 바닥 영상을 획득하도록 상기 바닥 영상 획득 유닛을 제어하는 것인 청소 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 청소 모드에서 상기 제어 유닛은 상기 바닥 영상 획득 유닛의 시야를 기초로 상기 본체가 주행하는 주행 경로를 생성하는 것인 청소 로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이물질의 위치에 도착하면, 상기 제어 유닛은 상기 이물질의 위치를 집중 청소를 수행하도록 상기 주행 유닛과 상기 상기 청소 유닛을 제어하는 것인 청소 로봇.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 본체로부터 상기 이물질까지의 거리가 미리 정해진 거리 이하이면 상기 본체가 상기 이물질의 위치로 이동하도록 상기 주행 유닛을 제어하는 것인 청소 로봇.
  11. 청소 공간을 청소하는 청소 로봇의 제어방법에 있어서,
    상기 청소 공간을 주행하는 동안 상기 청소 공간 바닥의 영상을 획득하고;
    상기 획득한 영상을 기초로 상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하고;
    상기 이물질이 있는 것으로 판단되면, 상기 이물질의 위치로 이동하고;
    상기 이물질의 위치에 도착하면 상기 이물질을 청소하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이물질의 위치로 이동하는 것은 상기 이물질까지의 거리가 미리 정해진 거리 이하이면 상기 이물질의 위치로 이동하는 것을 포함하는 것인 청소 로봇의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 청소 공간의 바닥에 이물질이 있는지 여부를 판단하는 것은,
    상기 영상으로부터 바닥 영역을 추출하고;
    상기 추출된 바닥 영역으로부터 상기 이물질의 영상을 추출하는 것을 포함하는 것인 청소 로봇의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 바닥 영역을 추출하는 것은 마커(marker)를 이용한 워터 쉐드(watershed) 알고리즘을 이용하여 상기 바닥 영상으로부터 상기 바닥 영역을 추출하는 것을 포함하는 것인 청소 로봇의 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 이물질의 영상을 추출하는 것은 윤곽선 추출 알고리즘을 이용하여 상기 상기 이물질의 영상을 추출하는 것을 포함하는 것인 청소 로봇의 제어방법.
  16. 본체;
    상기 본체에 마련되어 상기 본체를 주행시키는 주행 유닛;
    상기 본체에 마련되어 상기 청소 공간의 바닥을 청소하는 청소 유닛;
    상기 청소 공간의 바닥 영상을 획득하는 영상 획득 유닛을 포함하되,
    상기 본체가 상기 청소 공간을 주행하는 동안, 상기 영상 획득 유닛이 획득한 상기 바닥 영상으로부터 이물질이 감지되면, 상기 본체는 상기 이물질을 향하여 이동하는 것인 청소 로봇.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 본체가 상기 이물질의 위치에 도착하면, 상기 청소 유닛은 상기 감지된 이물질을 청소하는 것인 청소 로봇.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 이물질까지의 거리가 미리 설정된 거리 이하이면 상기 본체는 상기 이물질을 향하여 이동하는 것인 청소 로봇.
  19. 제16항에 있어서,
    청소 모드에서 상기 본체가 주행하는 동안 상기 청소 유닛은 상기 청소 공간의 바닥을 청소하는 것인 청소 로봇.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 청소 모드에서 상기 본체는 상기 본체의 폭을 기초로 생성된 제1 주행 경로를 따라 주행하는 것인 청소 로봇.
  21. 제16항에 있어서,
    정찰 모드에서 상기 본체가 주행하는 동안 상기 청소 유닛은 상기 청소 공간의 바닥을 청소하지 않는 것인 청소 로봇.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 정찰 모드에서 상기 본체는 상기 영상 획득 유닛의 시야를 기초로 생성된 제2 주행 경로를 따라 주행하는 것인 청소 로봇.
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