KR20150014113A - 청소 로봇 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비원형 형상의 본체; 본체의 저면에 장착되고 상기 본체를 전진, 후진, 회전시키는 이동 어셈블리; 본체의 저면에 장착되고 바닥 면을 청소하는 청소 툴 어셈블리; 본체의 주변의 장애물을 검출하는 검출부; 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 본체의 전방향에 장애물이 위치하는지 판단하고 상기 전방향에 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 본체의 회전을 제어하여 상기 본체가 일정 각도 이상 회전하는지 판단하고, 상기 본체가 일정 각도 미만으로 회전하면 상기 본체를 갇힘 상태로 판단하여 상기 본체를 후진 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 청소로봇의 본체가 움직이지 못하는 상황이 발생할 경우 지속적인 후진을 수행함으로써 갇힌 공간에서 외부로 탈출할 수 있다. 또한 최소한의 센서를 활용하여 갇힘을 판단하고, 갇힌 상태에서 후진 주행을 하면서 장애물을 회피할 수 있어 주행 성능을 향상시키고 제조 원가를 절감할 수 있다.

Description

청소 로봇 및 그 제어 방법 {Cleaning robot and method for controlling the same}
본 발명은 주행 성능을 향상시키기 위한 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
청소 로봇은 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 영역을 스스로 주행하면서 바닥으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소 영역을 자동으로 청소하는 장치이다.
일반적인 청소 로봇은 바닥면의 먼지를 흡입하는 건식 방식으로 바닥면의 청소를 수행한다.
최근에는 먼지를 흡입하는 건식 청소가 가능한 청소 로봇뿐만 아니라 본체 저면에 패드가 장착되어 바닥면을 물로 닦아 내는 습식 청소가 가능한 청소 로봇도 개발되었다.
이러한 청소 로봇은 청소 영역을 주행하면서 청소 툴을 이용하여 청소 작업을 반복적으로 수행하는데, 이때 각종 센서 등을 통해 청소 영역 내에 위치하는 장애물 또는 벽을 감지하고 감지 결과에 기초하여 주행 및 청소 동작을 제어하면서 청소를 수행한다.
청소 로봇의 주행 기술은 청소 대상을 빠르고 꼼꼼하게 청소하는 전면 청소(Complete Coverage) 기술과, 장애물 등에 의해 본체가 움직이지 못하는 갇힘(Stuck) 등의 비정상적인 상황을 빠져나갈 수 있는 탈출 기술로 분류할 수 있다.
이 중 탈출 기술은 미리 설정된 맵이 실제 환경과 달라졌거나, 갑작스럽게 환경이 변화하여 수식적으로 계산된 경로로 이동하지 못할 경우에 사용되는 기술로, 본체에 마련된 센서를 이용하여 장애물을 회피하는 기술이다.
이와 같이 청소 로봇은 장애물을 인지하였을 경우 우회하여 회피하는 기본 동작을 취하나, 좁은 공간에 갇힌 경우에는 본체가 움직이지 못하는 상황이 발생하는 문제가 있다.
일 측면은 본체의 크기와, 본체 회전 시 필요한 회전 공간의 크기가 서로 다른 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
다른 측면은 주행 시 장애물이 검출되면 본체를 일정 각도 회전시켜 갇힘을 판단하고, 본체가 갇힌 상태라고 판단되면 후진을 수행하여 탈출하는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 주행 시 장애물이 검출되면 전면과 측면의 검출부를 이용하여 갇힘을 판단하고, 본체가 갇힌 상태라고 판단되면 후진을 수행하여 탈출하는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 청소 로봇은, 비원형 형상의 본체; 본체의 저면에 장착되고 본체를 주행 방향인 제1방향으로 이동시키는 전진과, 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 상기 본체를 이동시키는 후진과, 본체의 주행 방향이 변경되도록 정해진 범위 내에서 상기 본체를 회전시키는 회전이 수행되도록 하는 이동어셈블리; 본체의 저면에 장착되고 바닥 면을 청소하는 청소 툴 어셈블리; 본체의 주변의 장애물을 검출하는 검출부; 검출부의 검출 신호에 기초하여 본체의 주행 방향의 전방에 장애물이 위치하는지 판단하고 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 본체의 회전을 제어하여 상기 본체가 일정 각도 이상 회전하는지 판단하고, 상기 본체가 일정 각도 미만으로 회전하면 상기 본체를 갇힘 상태로 판단하여 상기 본체를 후진 제어하는 제어부를 포함한다.
일 측면에 따른 청소 로봇은 본체의 전면과 후면에 각각 장착되고 장애물과의 충돌 시 충격을 완화시키는 복수 범퍼를 더 포함하고, 검출부는, 상기 본체의 전면과 후면에 장착되어, 상기 복수 범퍼와 장애물과의 충돌을 검출하고, 제어부는, 상기 본체의 회전 제어 시 상기 검출부에 충돌 검출 신호가 수신되면 상기 본체의 상태를 갇힘 상태로 판단한다.
제어부는, 본체의 후진 제어 시 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 상기 본체를 일정 각도로 주기적으로 회전 제어한다.
제어부는, 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 상기 본체를 일정 각도로 회전 제어 시 상기 검출부로부터 검출 신호가 미수신되면 상기 본체를 탈출 상태로 판단한다.
제어부는, 본체의 후진 제어 시 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 상기 본체를 일정 각도로 회전 제어한다.
검출부는, 상기 본체의 전면, 좌우 측면, 후면 중 적어도 하나의 면에 장착되고, 제어부는, 상기 본체를 일정 각도로 회전 제어 시 상기 본체의 후면에 장착된 검출부에서 장애물이 검출되면 상기 본체를 전진 제어하고, 상기 본체의 전면에 장착된 검출부에서 장애물이 검출되면 상기 본체를 후진 제어한다.
검출부는, 상기 본체의 회전 각도를 검출하는 회전 검출부를 포함하고, 제어부는, 상기 일정 각도와 상기 회전 검출부에서 검출된 회전 각도를 비교하여 상기 갇힘 상태를 판단한다.
본체의 크기는, 회전 시에 필요한 회전 공간의 크기보다 작다.
다른 측면에 따른 청소 로봇은, 비원형 형상의 본체; 본체의 저면에 장착되고 상기 본체를 이동 어셈블리; 본체의 저면에 장착되고 바닥 면을 청소하는 청소 툴 어셈블리; 장애물 사이의 내부 공간에 갇힌 상긴 본체의 갇힘 상태를 검출하는 검출부; 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 본체의 상태가 갇힘 상태라고 판단되면 상기 장애물 사이의 내부 공간으로 진입 시의 반대 방향으로 상기 본체가 주행하도록 상기 이동 어셈블리를 제어하는 제어부를 포함한다.
본체의 크기는, 회전 시에 필요한 회전 공간의 크기보다 작다.
검출부는, 장애물과의 거리를 검출하는 거리 검출부와, 상기 본체의 전면과 후면에서의 장애물과의 충돌을 각각 검출하는 복수의 충돌 검출부를 포함하고, 제어부는, 상기 거리 검출부에서 검출된 검출 신호에 기초하여 전방향에 장애물이 있는지 판단하고, 상기 전방향에 장애물이 있으면 상기 본체를 일정각도 회전시키고 상기 복수의 충돌 검출부에서 검출 신호가 수신되면 갇힘 상태로 판단한다.
검출부는, 상기 본체의 전면과 후면에서의 장애물과의 충돌을 각각 검출하는 복수의 충돌 검출부를 포함하고, 제어부는, 상기 본체 전면의 충돌 검출부에서 검출된 검출 신호에 기초하여 전방향에 장애물이 있는지 판단하고, 상기 전방향에 장애물이 있으면 상기 본체를 일정각도 회전시키고 상기 전면과 후면의 충돌 검출부에서 검출 신호가 수신되면 갇힘 상태로 판단한다.
검출부는, 상기 본체의 전면에 장착된 장애물 검출부와, 상기 본체에 마련된 회전 검출부를 포함하고, 제어부는 상기 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 검출 신호가 수신되면 상기 본체를 일정 각도 회전 제어하고, 상기 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태로 판단한다.
검출부는, 상기 본체의 전면에 마련되어 장애물과의 충돌을 검출하는 충돌 검출부와, 상기 본체에 마련된 회전 검출부를 포함하고, 제어부는 상기 충돌 검출부로부터 검출 신호가 수신되면 상기 본체를 일정 각도 회전 제어하고, 상기 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태로 판단한다.
제어부는, 이동 어셈블리 제어 시 일정 거리만큼 후진 제어하고, 후진이 완료되면 상기 본체를 일정 각도 회전 제어하여 상기 본체의 갇힘 상태를 재판단하고, 상기 재판단 제어를 반복 수행하면서 탈출 가능 여부를 판단한다.
제어부는, 본체의 갇힘 상태 재판단 시, 상기 본체가 일정 각도 이상 회전 가능하면 탈출 가능한 상태라고 판단하고, 상기 본체의 회전 및 직진을 제어하여 장애물을 회피한다.
제어부는, 후진 제어 시, 갇힘 상태를 판단하기 위해 회전한 일정 각도와 반대 방향으로 일정 각도 회전한 후 일정 거리만큼 후진 제어한다.
검출부는 상기 본체의 전면과 좌우 측면에 장착된 장애물 검출부를 포함하고, 제어부는 상기 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 상기 좌우 측면에 마련된 장애물 검출부에서 검출된 장애물 검출 신호에 기초하여 장애물 내의 좌우 공간 거리를 산출하고, 산출된 장애물 내부 공간의 거리와 미리 설정된 회전 가능 공간의 지름 길이를 비교하여 장애물 내부 공간의 거리가 회전 가능 공간의 지름 길이보다 짧으면 갇힘 상태로 판단한다.
제어부는 이동 어셈블리 제어 시 상기 본체를 후진 제어하되, 상기 본체의 좌우 측면에 마련된 장애물 검출부에서 검출 신호가 미수신되면 상기 본체의 후진을 정지 제어하고, 상기 본체를 회전 및 직진 제어하여 장애물을 회피한다.
또 다른 측면에 따른 청소 로봇의 제어 방법은, 비원형의 본체를 갖는 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 주행 및 청소를 수행하면서 본체의 주행 방향의 전방에 장애물이 위치하는지 판단하고, 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 본체의 상태가 장애물 사이의 공간에 갇힌 갇힘 상태인지를 판단하고, 본체의 상태가 갇힘 상태라고 판단되면 상기 본체의 주행 방향과 반대 방향으로 후진 주행하여 상기 장애물 사이의 공간에서 탈출을 시도한다.
갇힘 상태를 판단하는 것은, 본체를 일정 각도로 회전시키고, 본체의 전면과 후면에 위치하는 장애물을 검출하고, 본체의 전면과 후면에 장애물이 위치하면 상기 갇힘 상태로 판단하는 것을 포함한다.
장애물을 검출하는 것은, 장애물과의 접촉, 상기 장애물과의 거리 중 적어도 하나를 검출하는 것을 포함한다.
탈출을 시도하는 것은, 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시키고, 본체의 전면과 후면에서 장애물이 검출되면 상기 본체가 갇힘 상태로 탈출 불가능한 상태라고 판단하고, 본체의 전면 및 후면 중 적어도 하나의 면에서 장애물이 미검출되면 상기 본체가 탈출 가능 상태라고 판단하고, 본체가 탈출 가능한 상태이면 회피 주행을 제어하는 것을 포함한다.
갇힘 상태를 판단하는 것은, 본체의 좌우 측면에 마련된 검출부를 이용하여 장애물을 검출하고, 본체의 좌우 방향에 장애물이 위치하는지 판단하고, 본체의 좌우 방향에 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 좌우 방향에 위치한 장애물과의 거리를 획득하고, 획득된 거리에 기초하여 장애물 사이의 내부 공간의 크기를 산출하고, 산출된 장애물 사이의 내부 공간의 크기와 상기 본체의 회전 가능 공간의 크기를 비교하여 상기 갇힘 상태를 판단하는 것을 포함한다.
탈출을 시도하는 것은, 일정 거리만큼 후진으로 주행하고, 본체의 좌우 측면에 마련된 검출부를 이용하여 장애물을 검출하고, 본체의 좌우 방향에 장애물이 위치하는지 판단하여 탈출 가능한 상태인지 판단하고, 탈출 가능한 상태라고 판단되면 상기 본체를 회전 및 직진시켜 회피 주행하는 것을 포함한다.
갇힘 상태를 판단하는 것은, 본체를 일정 각도로 회전시키고, 본체 회전 시 본체의 회전 각도를 검출하고, 일정 각도와 상기 검출된 회전 각도를 비교하고, 일정 각도와 상기 검출된 회전 각도가 상이하면 상기 갇힘 상태로 판단하는 것을 포함한다.
일 측면에 따르면 본체가 움직이지 못하는 상황이 발생할 경우 지속적인 후진을 수행함으로써 갇힌 공간에서 외부로 탈출할 수 있다.
최소한의 센서를 활용하여 갇힘을 판단하고, 갇힌 상태에서 후진 주행을 하면서 장애물을 회피할 수 있어 주행 성능을 향상시키고 제조 원가를 절감할 수 있다.
이에 따라 청소 성능을 향상시킬 수 있고 사용자의 만족도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 청소 로봇의 평면 사시도이다.
도 2는 실시 예에 따른 청소 로봇의 저면 사시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 청소 로봇의 분해 사시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 청소 로봇의 본체 크기 및 회전 가능 공간의 크기를 설명하는 예시도이다.
도 5는 실시 예에 따른 청소 로봇의 갇힘 상태의 예시도이다.
도 6은 실시 예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도이다.
도 7은 실시 예에 따른 청소 로봇의 제어 순서의 일 예이다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 기초한 청소 로봇의 주행 제어 예시도이다.
도 11은 실시 예에 따른 청소 로봇의 제어 순서의 다른 예이다.
도 12는 도 11에 기초한 청소 로봇의 주행 제어 예시도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 청소 로봇의 평면 사시도이고, 도 2는 청소 로봇의 저면 사시도이며, 도 3은 청소 로봇의 분해 사시도이다.
청소 로봇(100)은 사용자의 청소 명령이 입력되거나 청소 예약 시간이 되면 홈 내의 청소 영역을 스스로 주행하면서 바닥 면의 먼지와 같은 이물질을 닦음으로써 청소를 수행한다.
이러한 청소 로봇(100)은 사용자로부터 청소 종료 명령이 입력되거나, 청소가 완료되었다고 판단되거나 또는 배터리의 양이 기준 양보다 낮아지게 되면 충전대(미도시)와의 도킹을 수행하고, 도킹이 완료되면 충전대(미도시)로부터 전력을 공급받아 충전을 수행한다.
여기서 충전대(미도시)는 외부의 상용 교류 전원과 연결되어 외부의 상용 교류 전원을 공급받고 외부에서 공급된 상용 교류 전력을 변환하는 트랜스포머와, 변환된 전력을 반파 정류 또는 전파 정류하는 정류부와, 정류된 전력을 평활하는 평활부와, 평활된 전력을 일정 전압을 가진 직류 전력으로 출력하는 전압조절부를 포함하고, 전압 조절부에서 출력된 직류 전력을 전원 단자를 통해 청소 로봇(100)에 공급한다.
또한 충전대(미도시)는 청소 로봇(100)과의 도킹을 위한 도킹 신호를 청소 로봇(100)과 송수신하는 도킹 통신부(미도시)를 더 포함한다.
본 실시예는 건식 또는 습식 청소 로봇 중 습식 청소 로봇을 예를 들어 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)은 외관을 형성하되 타원 또는 다각형의 형상인 비원형 형상의 본체(110)와, 본체(110)의 상부에 장착되어 운전 정보 및 예약 정보 등을 입력받고 동작 정보를 표시하는 사용자 인터페이스(120)와, 청소 영역 내의 장애물 정보를 검출하는 장애물 검출부(130)를 포함한다.
좀 더 구체적으로, 사용자 인터페이스(120)는 청소 예약 정보 및 운전 정보 등을 입력받는 입력부(121)와, 청소 예약 정보, 충전 상태, 물 탱크의 수위 정보, 운전 모드 등을 표시하는 표시부(122)를 포함한다. 여기서 운전 모드는 청소 모드, 대기 모드, 도킹 모드 등을 포함한다.
검출부(130)는 장애물과의 충돌 여부, 장애물의 유무 뿐만 아니라, 장애물과의 거리를 검출하는 장애물 검출부를 포함한다. 이러한 검출부(130)는 본체(110)의 전면 및 좌우 측면에 적어도 하나 이상 장착되어 본체의 전방 및 좌우 측방에 위치한 장애물을 검출한다.
아울러, 검출부(130)는 본체(110)의 후면에 적어도 하나 이상 장착되는 것도 가능하다.
이러한 검출부(130)는 레이저, 초음파, 적외선(IR), RF 등의 거리 검출 기반의 거리 검출부나, 또는 마이크로 스위치와 같은 충돌 감지 기반의 충돌 검출부를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)의 본체(110)는 원형이 아닌 타원 또는 다각형의 형상으로 이루어지고, 전면에 장착되어 장애물과의 충돌 시 충격을 완화시키는 제1범퍼(111a)와, 본체(110)의 후면에 장착되어 장애물과의 충돌 시 충격을 완화시키는 제2범퍼(111b)를 포함하고, 전원부, 이동 어셈블리, 청소 툴 어셈블리 및 구동 모듈 등이 장착되는 프레임(112)을 포함한다.
여기서 본체의 전면은 청소를 위해 주행하는 방향을 전진 주행 방향이라고 하였을 때 전진 주행 시 선두에 위치하는 면이며, 후면은 전진 주행 시 후미에 위치하는 면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 각 구성부에 구동을 위한 전력을 공급하는 전원부(140)와, 본체(110)의 후방 저면에 설치되어 본체(110)를 이동시키는 이동 어셈블리(150)와, 본체(110)의 전방 저면에 마련되고 바닥 면의 먼지 등의 이물질을 습식으로 청소하는 청소 툴 어셈블리(160)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 청소 툴 어셈블리에 물을 공급하는 급수부(170)와, 청소 툴 어셈블리의 패드의 수분량을 검출하는 수분 검출부(180)와, 전원부(140)에서 공급된 전력을 이용하여 이동 어셈블리(150), 청소 툴 어셈블리(160), 급수부(170) 및 수분 검출부(180)를 구동시키는 구동 모듈(190)을 포함한다.
전원부(140)는 본체(110)에 장착된 각종 구성부(120, 130, 140, 150, 160, 170)와 전기적으로 연결되어 각종 구성부에 구동을 위한 전력을 공급하는 배터리를 포함한다.
여기서 배터리는 재충전이 가능한 2차 배터리로, 두 개의 충전단자(미도시)를 통해 충전대(미도시)와 전기적으로 연결되어 충전대로부터 전력을 공급받아 충전을 수행한다.
이동 어셈블리(150)는 본체(110)의 후방 영역의 좌우 가장자리에 회전 가능하게 설치되어 본체(110)을 전진, 후진 및 회전시키는 한 쌍의 휠(151, 152)과, 각 휠(151, 152)에 구동력을 인가하는 휠 모터(153, 154)를 포함한다. 여기서 한 쌍의 휠(151, 152)은 서로 대칭적으로 배치된다.
여기서 전진은 두 휠 모터를 주행 방향인 제1방향으로 동일 속도로 회전시킴으로써 본체가 앞으로 이동하도록 하는 것이고, 후진은 두 휠 모터를 제1방향과 반대방향인 제2방향(역주행 방향)으로 동일 속도로 회전시킴으로써 본체가 뒤로 이동하도록 하는 것이며, 회전은 두 휠 모터를 서로 다른 속도로 회전시킴으로써 본체 미리 정해진 범위 내에서 일정 각도 회전하도록 하는 것이다. 즉, 본체는 회전 시 제1방향 및 제2방향과 다른 방향의 주행 방향을 갖는다.
또한 청소 로봇은 전진과 후진 시 본체를 비회전시키는 상태에서 직진 이동하기 때문에 방위의 변화없이 이동 거리 값만이 변화되고, 회전 시 본체를 회전시키는 상태에서 회전 이동하기 때문에 이동 거리의 변화없이 방위만이 변화된다.
청소 툴 어셈블리(160)는 본체(110)의 전방 저면에 마련되고 본체(110)의 하부의 바닥 면의 먼지를 습식으로 청소한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 청소 툴 어셈블리(160)는 본체(110)의 프레임(112)의 전방 좌우 측면에 장착된 지그 부재(161, 162)와, 두 지그 부재(161, 162) 사이에 분리 가능하게 결합된 적어도 하나 이상의 드럼형 패드 부재(163)를 포함한다. 여기서 드럼형 패드 부재(163)는 하나 또는 복수 개로 구현 가능하다.
청소 툴 어셈블리(160)는 복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)를 회전시키기 위한 기어 부재(164)를 더 포함한다.
복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)는 드럼(163a)과, 드럼(163a)의 외부 표면에 탈, 부착 가능하게 장착되고 바닥 면과 접촉되어 바닥 면을 닦는 패드(163b)와, 드럼(163a)의 양 단부에 형성되고 양 단부에서 외부로 돌출 형성되고 지그부재(161)와 지그부재(162) 사이에 삽입 결합되는 돌출부(163c)를 각각 포함한다.
복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)는 본체의 주행 방향에 대해 후방으로 연속적으로 배치되어 있고, 이에 따라 제1드럼형 패드 부재(163-1)가 이동한 위치를 제2드럼형 패드 부재(163-2)와 제3드럼형 패드 부재(163-3)가 순차적으로 중복 이동한다.
즉 청소 로봇(100)은 복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)를 이용하여 한 위치를 중복 청소하는 것이 가능하다.
여기서 패드(163b)는 드럼(163a)으로부터 분리 가능하고, 이에 따라 교체 가능하다.
패드(163b)는 바닥 면과의 충분한 마찰력 확보를 위해 본체(110)에서 외부로 돌출 형성되는데, 이때 두 개의 휠(151, 152)보다 하부로 더 돌출 형성된다.
아울러 복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 가능하다.
또한 복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)는 서로 다른 기어 부재에 각각 연결되어 있고, 이를 통해 서로 상이한 회전 방향 및 회전 속도로 회전 가능하다.
급수부(170)는 프레임(112)의 상부에 배치되고 제1 드럼형 패드 부재(163-1), 제2 드럼형 패드 부재(163-2), 제3 드럼형 패드 부재(163-3) 중 적어도 하나의 드럼형 패드 부재에 물을 공급한다.
이러한 급수부(170)는 물 탱크, 펌프, 유로부재를 포함하고, 물 탱크 내부의 물의 양을 검출하는 수위 검출부를 더 포함하는 것도 가능하다.
수분 검출부(180)는 청소 툴 어셈블리(160)의 복수의 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3) 중 적어도 하나의 드럼형 패드 부재에 남아 있는 수분의 양을 검출하는 것으로, 적어도 하나 이상으로 구현 가능하다.
청소 로봇(100)은 청소 툴 어셈블리의 패드 장착 여부를 검출하기 위한 패드 검출부(미도시)를 더 포함하는 것도 가능하다. 이때 패드 검출부는 청소 툴 어셈블리와 인접하여 설치된 광센서 또는 마이크로 스위치를 이용하여 구현 가능하다.
아울러, 건식 청소 로봇의 경우, 청소 툴 어셈블리는 패드 대신 바닥면의 이물질을 모으는 브러시와, 브러시를 회전시키는 모터와, 이물질을 집진하는 집진부를 포함한다.
이러한 청소 로봇은 회전 시 본체가 차지하는 회전 공간의 크기가 본체의 크기보다 큰 로봇으로, 장애물 사이의 공간에 진입이 가능할지라도 장애물 사이의 공간의 크기가 본체의 회전 가능 공간의 크기보다 작으면 본체의 회전 이동으로 탈출이 불가능한 로봇이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 청소 로봇의 본체가 변의 길이가 a, b인 사각형의 형상이고 중심(o)을 기준으로 회전할 경우, 회전 시 본체가 차지하는 회전 공간의 크기는 지름(l)을 갖는 원형의 공간의 크기를 갖는다. 즉, 청소 로봇의 본체 크기보다 회전 공간의 크기가 더 크다는 것을 알 수 있다.
이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 본체의 가로 길이(a)가 장애물 내부 공간의 가로 길이(d)보다 작을 경우, 장애물(w) 사이의 내부 공간에 진입 가능하다.
하지만, 장애물 사이의 내부 공간은 청소 로봇의 진입 방향에 대응하는 면이 막힌 공간으로, 청소 로봇은 더 이상 전진 주행을 할 수 없고, 또한 장애물 사이의 내부 공간의 길이(d)가 본체의 회전 가능 공간의 지름 길이(l)보다 짧아 본체의 회전이 불가능하다. 이때 청소 로봇은 후진 주행을 이용하여 장애물 사이의 내부 공간에서의 탈출을 시도한다. 이를 위한 청소 로봇의 제어 구성을 설명한다.
도 6은 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 구성도로, 사용자 인터페이스(120), 검출부(130) 및 구동 모듈(190)을 포함한다.
사용자 인터페이스(120)는 청소 예약 정보, 청소 시작/종료 명령 및 운전 모드 등을 입력받는 입력부(121)와, 청소 예약 정보, 충전 상태 정보, 운전 모드, 동작 상태 정보 등을 표시하는 표시부(122)를 포함한다.
검출부(130)는 본체의 전면, 측면, 후면 중 적어도 하나의 면에 장착되고 청소 영역 내의 장애물을 검출하는 장애물 검출부(131)를 포함하고, 장애물 검출부는 검출된 장애물 검출 신호를 제어부(191)에 전송한다.
검출부(130)는 거리 검출 기반의 거리 검출부(131a) 및 충돌 검출 기반의 충돌 검출부(131b) 중 적어도 하나의 검출부를 포함한다.
여기서 거리 검출 기반의 거리 검출부(131a)는 레이저, 초음파, 적외선(IR), RF 중 적어도 하나를 포함하고, 충돌 감지 기반의 충돌 검출부(131b)는 마이크로 스위치 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
이러한 거리 검출부(131a)는 전면 및 좌우 측면에 복수 개씩 장착 가능하고, 충동 검출부(131b)는 제1범퍼(111a)와 제2범퍼(111b)에 각각 적어도 하나 이상씩 장착 가능하다.
검출부(130)는 본체(110)의 실제 회전 각도를 검출하는 회전 검출부(132)를 더 포함하는 것도 가능하다. 여기서 회전 검출부(132)는 관성 측정 유닛(IMU: Inertial Measurement Unit), 자이로 센서, 인코더 중 적어도 하나의 검출부를 포함한다.
구동모듈(190)은 사용자 인터페이스(120), 검출부(130)에서 전송된 신호에 기초하여 이동 어셈블리(150) 및 청소 툴 어셈블리(160)를 구동시킨다.
이러한 구동 모듈(190)은 제어부(191), 저장부(192) 및 복수의 구동부(193, 194)를 포함한다.
제어부(191)는 청소 명령이 입력되면 랜덤 또는 미리 설정된 맵 정보에 기초하여 이동 어셈블리(150) 및 청소 툴 어셈블리(160)를 제어함으로써 주행 및 청소가 수행되도록 한다.
제어부(191)는 주행 제어 시 검출부(130)에서 검출된 검출 신호에 기초하여 이동 어셈블리(150)를 제어하여 장애물을 회피할 수 있도록 한다. 이때 제어부(191)는 본체의 전진, 후진 및 회전 중 적어도 하나의 이동을 제어한다.
제어부(191)는 전방에서 장애물이 검출되었다고 판단되면 본체가 갇힘 상태인지를 판단하고 이때 갇힘 상태라고 판단되면 이동 어셈블리(150)를 제어함으로써 본체가 장애물 사이의 내부 공간에서 탈출할 수 있도록 한다.
여기서 갇힘 상태를 판단하는 것은, 크게 두 가지로 구분할 수 있는데, 첫 번째는 본체가 미리 설정된 일정 각도 이상 회전이 가능한지 여부를 판단하는 것(1 내지 4)을 포함하고, 두 번째는 전후좌우의 장애물의 유무 여부를 판단하는 것(5)을 포함한다.
이들은 검출부의 구성에 따라 구분되는 것으로, 좀 더 구체적으로 설명한다.
(1) 본체의 전면에 장착된 장애물 검출부와, 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌을 검출하는 충돌 검출부를 포함한 경우
제어부(191)는 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌 검출부로부터 충돌 검출 신호가 수신되면 갇힘 상태라고 판단한다.
아울러 제어부는 본체를 일정 각도 이상 회전 제어하였으나, 본체는 장애물과의 충돌로 인해 일정 각도 이상 회전하지 못하는 상황이 된다.
(2) 본체의 전면에 장착된 장애물 검출부와, 본체에 마련된 회전 검출부를 포함한 경우
제어부(191)는 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태라고 판단한다.
(3) 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌을 각각 검출하는 충돌 검출부를 포함한 경우
제어부(191)는 충돌 검출부로부터 제1범퍼의 충돌 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌 검출부로부터 충돌 검출 신호가 모두 수신되면 갇힘 상태라고 판단한다.
(4) 제1범퍼의 충돌을 검출하는 충돌 검출부와, 본체에 마련된 회전 검출부를 포함한 경우
제어부(191)는 충돌 검출부로부터 제1범퍼의 충돌 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태라고 판단한다.
(5) 본체의 전면과 측면에 장착된 장애물 검출부를 포함한 경우
제어부(191)는 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 양 측면에 마련된 장애물 검출부에서 검출된 장애물 검출 신호에 기초하여 장애물 내의 좌우 공간 거리를 산출하고, 산출된 장애물 내부 공간의 거리와 미리 설정된 회전 가능 공간의 지름 길이를 비교하여 장애물 내부 공간의 거리가 회전 가능 공간의 지름 길이보다 짧으면 갇힘 상태라고 판단한다.
탈출을 수행하는 제어 구성을 구체적으로 설명한다.
(1) 제어부(191)는 이동 어셈블리(150)를 제어하여 일정 거리만큼 후진하고, 후진이 완료되면 일정 각도 회전함으로써 갇힘 상태를 재판단하고, 재판단 결과 갇힘 상태라고 판단되면 후진 및 회전을 수행하는 과정을 반복하고, 재판단을 반복하는 과정에서 갇힘 상태라고 아니라고 판단되면 탈출 가능한 상태라고 판단하고, 회전 및 직진 주행하여 장애물을 회피한다.
아울러 제어부(191)는 갇힘 상태를 판단하기 위해 제1방향으로 일정 각도 회전한 상태라면, 제1방향과 반대인 제2방향으로 일정 각도 회전한 후 일정 거리만큼 후진한다.
(2) 제어부(191)는 이동 어셈블리(150)를 제어하여 후진하면서 탈출을 제어하되, 좌우 측면에 마련된 장애물 검출부를 이용하여 좌우 측면의 장애물 유무를 확인하고 이때 좌우 측면에 장애물이 검출되지 않을 때까지 후진하고, 좌우 측면에 장애물이 검출되지 않으면 탈출 가능한 상태라고 판단하고, 회전 및 직진하여 장애물을 회피한다.
이때 제어부(191)는 본체의 좌우 측면 중 어느 하나의 방향에서만 장애물이 검출되지 않았다면 장애물이 검출되지 않은 방향으로 회전하여 회피하는 것도 가능하다.
아울러, 제어부(191)는 후진 제어 시 일정 거리만큼 후진 주행하면서 좌우 측면의 장애물의 유무를 판단하는 것도 가능하다.
저장부(192)는 갇힘 상태일 때 탈출을 위한 일정 각도 및 일정 거리를 저장한다. 여기서 일정 각도는 본체의 회전 각도이고, 일정 거리는 본체의 후진 거리이다.
저장부(192)는 본체의 회전 가능 공간의 지름 길이를 저장한다.
제1구동부(193)는 제어부(191)의 명령에 기초하여 한 쌍의 휠 모터(153, 154)를 구동시킴으로써 본체(110)가 직진, 후진 및 회전하도록 한다.
제2구동부(194)는 제어부(191)의 명령에 기초하여 기어부재(164)를 구동시킴으로써 드럼형 패드 부재(163-1, 163-2, 163-3)이 회전하도록 한다.
도 7은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도로, 본체의 회전 가능 여부로 갇힘 상태를 판단하고, 본체를 회전 및 후진시켜 탈출을 시도하는 청소 로봇의 제어 순서도이다. 이를 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
청소 로봇은 입력부(121)에 청소 명령이 입력(201)되거나 청소 예약 시간이 되면 이동 어셈블리 및 청소 툴 어셈블리를 동작시켜 주행 및 청소를 수행(202)한다.
아울러 청소 로봇은 주행 시 랜덤 또는 미리 설정된 맵에 기초하여 미리 정해진 주행 패턴으로 주행 가능하다.
청소 로봇은 주행 및 청소를 수행하면서 검출부(130)를 이용하여 장애물을 검출(203)한다. 이때 청소 로봇은 청소 시의 기본 주행 방향인 전방향 주행, 즉 전진을 수행하면서 전방향에 위치한 장애물을 검출한다.
여기서 전방향에 위치한 장애물을 검출하는 것은, 본체의 전면에 장착된 제1범퍼와의 충돌을 검출하거나, 장애물의 유무 또는 장애물과의 거리를 검출하는 것을 포함한다.
청소 로봇은 전방향에 장애물이 있다고 판단되면 갇힘 상태인지를 판단하기 위해 본체(110)를 제1방향으로 일정 각도만큼 회전(204)시키고, 본체의 회전이 완료되면 본체가 장애물에 의해 갇힌 갇힘 상태인지 판단(205)한다.
여기서 전방향에 위치한 장애물 검출 결과에 따라 갇힘 상태를 판단하는 것은, 본체에 마련된 검출부의 구성에 따라 달라질 수 있다. 이를 좀 더 구체적으로 설명한다.
(1) 본체의 전면에 장착된 장애물 검출부와, 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌을 검출하는 충돌 검출부를 포함한 경우
청소 로봇은 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 도 8에 도시된 바와 같이 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌 검출부로부터 충돌 검출 신호가 수신되면 갇힘 상태라고 판단한다.
(2) 본체의 전면에 장착된 장애물 검출부와, 본체에 마련된 회전 검출부를 포함한 경우
청소 로봇은 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태라고 판단한다.
(3) 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌을 각각 검출하는 충돌 검출부를 포함한 경우
청소 로봇은 충돌 검출부로부터 제1범퍼의 충돌 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 제1범퍼와 제2범퍼의 충돌 검출부로부터 충돌 검출 신호가 모두 수신되면 갇힘 상태라고 판단한다.
(4) 제1범퍼의 충돌을 검출하는 충돌 검출부와, 본체에 마련된 회전 검출부를 포함한 경우
청소 로봇은 충돌 검출부로부터 제1범퍼의 충돌 검출 신호가 수신되면 일정 각도 회전하고, 이때 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태라고 판단한다.
청소 로봇은 위와 같은 방법 중 어느 하나의 방법을 통해 갇힘 상태를 판단한다.
다음 청소 로봇은 갇힘 상태라고 판단되면 본체를 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 회전(206)하고, 제2방향으로 회전이 완료되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리만큼 후진(207)한다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능한지 판단(208)한다.
여기서 탈출 가능 여부를 판단하는 것은, 본체가 여전히 갇힘 상태인지를 판단하는 것으로, 본체의 회전 가능 여부를 판단하는 과정을 이용한다.
즉, 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 갇힘 상태를 판단하는 과정을 반복한다.
이를 도 9를 참조하여 설명한다.
청소 로봇은 ①과 같이 전방향에 장애물이 있다고 판단되면 ②와 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도만큼 회전시키고, 이때 본체의 두 범퍼(111a, 111b)가 장애물에 접촉됨으로 인해 충돌 검출 신호가 발생되면 갇힘 상태라고 판단한다.
다음 청소 로봇은 ③과 같이 본체를 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 회전시키고 제2방향으로 회전이 완료되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리(c)만큼 후진시킨다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능 여부를 판단하기 위해, ④와 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시키고 이때 두 범퍼(111a, 111b)가 장애물에 접촉됨으로 인해 충돌 검출 신호가 발생되면 갇힘 상태라고 판단한다.
다음 청소 로봇은 ⑤와 같이 본체를 제2방향으로 회전시키고 제2방향으로 회전이 완료되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리(c)만큼 후진시킨다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능 여부를 판단하기 위해, ⑥과 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시키고 이때 두 범퍼(111a, 111b)가 장애물에 접촉됨으로 인해 충돌 검출 신호가 발생되면 갇힘 상태라고 판단한다.
이와 같이 청소 로봇은 본체의 회전을 주기적으로 시도하면서 본체 회전을 통해 장애물 사이 공간이 탈출할 수 있는 공간인지를 주기적으로 확인하는 것이다.
다음 청소 로봇은 ⑦과 같이 본체를 제2방향으로 회전시키고 제2방향으로 회전이 완료되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리(c)만큼 후진시킨다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능 여부를 판단하기 위해, ⑧과 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시킨다. 이때 청소 로봇의 본체는 장애물에 접촉되지 않은 상태로, 검출부를 통해 범퍼의 충돌 검출 신호가 발생되지 않을 것이다. 이에 따라 청소 로봇은 장애물 사이의 공간에서 탈출 가능하다고 판단한다.
다음 청소 로봇은 본체를 회전시키면서 전방향에 장애물이 존재하는지 판단하고, ⑨와 같이 전방향에 장애물이 존재하지 않는 상태가 되면 회전을 정지하고 직진을 수행함으로써 장애물을 회피한다.
아울러 청소 로봇은 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 본체를 일정 각도 회전시켰을 때, 제1범퍼 또는 제2범퍼에 장착된 검출부에서 충돌 감지 신호가 검출되면 충돌이 감지되지 않은 범퍼가 위치한 방향으로 주행한다. 이를 도 10을 참조하여 설명한다.
청소 로봇은 ①과 같이 전방향에 장애물(w)이 있다고 판단되면 ②와 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도만큼 회전시키고, 이때 본체의 두 범퍼(111a, 111b)가 장애물에 접촉됨으로 인해 충돌 검출 신호가 발생되면 갇힘 상태라고 판단한다.
다음 청소 로봇은 ③과 같이 본체를 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 회전시키고 제2방향으로 회전이 완료되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리(c)만큼 후진시킨다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능 여부를 판단하기 위해, ④와 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시키고 이때 두 범퍼(111a, 111b)가 장애물에 접촉됨으로 인해 충돌 검출 신호가 발생되면 갇힘 상태라고 판단한다.
다음 청소 로봇은 ⑤와 같이 본체를 제2방향으로 회전시키고 제2방향으로 회전이 완료되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리(c)만큼 후진시킨다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능 여부를 판단하기 위해, ⑥과 같이 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시키고 이때 제2범퍼(11b)가 장애물에 접촉됨으로 인해 제2범퍼에 마련된 검출부에서 충돌 검출 신호가 발생되고, 제1범퍼(111a)에 마련된 검출부에서는 충돌 검출 신호가 발생되지 않으면 탈출 가능한 상태로 판단하되, 제2범퍼가 접촉된 장애물이 위치한 우측 방향은 탈출 불가능 영역으로 판단한다.
이에 따라 청소 로봇은 ⑦과 같이 본체를 제1방향으로 회전시켜 본체의 전면이 좌측을 향하도록 하고, 이때 본체의 전방향에 장애물이 없는 것으로 판단되면 회전을 정지하고 직진을 수행함으로써 장애물을 회피한다.
이와 같은 과정을 통해 장애물 사이의 공간에 갇힌 갇힘 상태에서 장애물 상이의 공간에서 탈출하는 것이 가능하다.
죽 청소 로봇은 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시킨 상태에서 이동 어셈블리를 동작시켜 전방향에 장애물이 검출되지 않을 때까지 본체를 회전시키고, 전방향에 장애물이 존재하지 않으면 직진함으로써 장애물을 회피하는 회피 주행을 수행(209)한다.
아울러 청소 로봇은 제1방향으로 일정 각도 회전한 상태에서 전방향에 장애물이 검출되지 않았다면 추가적인 회전은 생략하고 직진한다.
만약, 청소 로봇은 전방향의 장애물은 검출되었으나 갇힘 상태가 아니라고 판단되면 본체를 회전시켜 회피 주행을 수행한다. 이때 청소로봇은 장애물이 검출되지 않는 방향으로 회전한다.
청소 로봇은 갇힘 상태 및 탈출 가능 판단 시, 청소 툴 어셈블리는 동작 또는 정지시킬 수 있다.
청소 로봇은 주행 및 청소 중 청소 완료를 판단(210)하고 청소 완료라고 판단되면 충전대와의 도킹을 제어한다.
아울러 청소 로봇(100)은 청소가 완료되었거나 배터리의 양이 기준 양보다 낮아지게 되면 충전대(미도시)와 도킹을 수행하고, 도킹이 완료되면 충전대로부터 전력을 공급받아 충전을 수행하는 것도 가능하다.
도 11은 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 순서도로, 전방 및 좌우 측방의 장애물과의 거리에 기초하여 갇힘 상태를 판단하고, 좌우 측방의 장애물과의 거리에 기초하여 탈출을 시도하는 청소 로봇의 제어 순서도이다. 이를 도 12를 참조하여 설명한다.
청소 로봇은 입력부(121)에 청소 명령이 입력(211)되거나 청소 예약 시간이 되면 이동 어셈블리 및 청소 툴 어셈블리를 동작시켜 주행 및 청소를 수행(212)한다.
아울러 청소 로봇은 주행 시 랜덤 또는 미리 설정된 맵에 기초하여 미리 정해진 주행 패턴으로 주행 가능하다.
청소 로봇은 주행 및 청소를 수행하면서 본체의 전면에 장착된 검출부(130)를 이용하여 전방향에 위치한 장애물을 검출(213)한다.
여기서 전방향에 위치한 장애물을 검출하는 것은, 본체의 전면에 장착된 제1범퍼와의 충돌을 검출하거나, 장애물의 유무 또는 장애물과의 거리를 검출하는 것을 포함한다.
청소 로봇은 전방향에 장애물이 있다고 판단되면 갇힘 상태인지를 판단하기 위해 본체의 좌우 측면에 장착된 검출부를 이용하여 좌우 방향에 위치한 장애물을 검출(214)한다.
이때 청소 로봇은 좌우 측면의 검출부에서 검출된 장애물 검출 신호를 이용하여 좌우 측면의 장애물과의 거리를 획득하고, 획득된 좌우 방향의 장애물과의 거리에 기초하여 장애물 사이의 내부 공간의 거리를 산출하고, 산출된 장애물 내부 공간의 거리와 미리 설정된 본체의 회전 가능 공간의 지름 길이를 비교하여 갇힘 상태를 판단(215)한다. 즉 청소 로봇은 장애물 내부 공간의 거리가 회전 가능 공간의 지름 길이보다 짧으면 갇힘 상태라고 판단한다.
다음 청소 로봇은 갇힘 상태라고 판단되면 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리만큼 이동시켜 후진(216)한다.
다음 청소 로봇은 탈출 가능한지 판단(217)한다.
여기서 탈출 가능 여부를 판단하는 것은, 본체가 여전히 갇힘 상태인지를 판단하는 것으로, 장애물과의 거리를 획득하는 과정을 이용한다.
즉, 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 갇힘 상태를 판단하는 과정을 반복한다.
이를 도 12를 참조하여 설명한다.
청소 로봇은 ①과 같이 전방향에 장애물이 있다고 판단되면 ②와 같이 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리만큼 후진시키고, 후진이 완료되면 본체의 좌우 측면에 장착된 검출부를 이용하여 본체의 좌우 방향에 위치한 장애물을 검출한다.
이때 청소 로봇은 검출된 장애물 검출 신호를 이용하여 좌우 측면의 장애물과의 거리(e)를 획득하고 획득된 좌우 방향의 장애물과의 거리에 기초하여 장애물 사이의 내부 공간의 거리를 산출하고, 산출된 장애물 내부 공간의 거리와 미리 설정된 본체의 회전 가능 공간의 지름 길이를 비교하여 갇힘 상태를 판단한다.
즉 청소 로봇은 장애물 내부 공간의 거리가 회전 가능 공간의 지름 길이보다 짧으면 갇힘 상태라고 판단한다.
다음 청소 로봇은 갇힘 상태라고 판단되면 ③과 같이 이동 어셈블리를 동작시켜 본체를 일정 거리만큼 후진시키고, 후진이 완료되면 본체의 좌우 측면에 장착된 검출부를 이용하여 좌우 방향에 위치한 장애물을 검출한 후 검출된 장애물 검출 신호를 이용하여 좌우 측면의 장애물과의 거리를 획득한다.
③의 청소 로봇은 장애물 사이의 내부 공간에서 벗어난 상태로, 좌우 측면에 마련된 검출부를 통해 장애물이 검출되지 않는다. 즉, 좌우 방향에 위한 장애물과의 거리가 획득되지 않는다.
따라서 청소 로봇은 장애물 사이의 내부 공간에서 탈출 가능하다고 판단하고 본체를 회전시키면서 전방향에 장애물이 존재하는지 판단하고, 전방향에 장애물이 존재하지 않는 상태가 되면 회전을 정지시키고 직진을 수행함으로써 장애물을 회피하는 회피 주행(218)을 수행한다.
만약, 청소 로봇은 전방향의 장애물은 검출되었으나 갇힘 상태가 아니라고 판단되면 본체를 회전시켜 회피 주행을 수행한다. 이때 청소로봇은 장애물이 검출되지 않는 방향으로 회전한다.
청소 로봇은 갇힘 상태 및 탈출 가능 판단 시, 청소 툴 어셈블리는 동작 또는 정지시킬 수 있다.
청소 로봇은 주행 및 청소 중 청소 완료를 판단(219)하고 청소 완료라고 판단되면 충전대와의 도킹을 제어한다.
아울러 청소 로봇(100)은 청소가 완료되었거나 배터리의 양이 기준 양보다 낮아지게 되면 충전대(미도시)와 도킹을 수행하고, 도킹이 완료되면 충전대로부터 전력을 공급받아 충전을 수행하는 것도 가능하다.
이와 같이 청소로봇의 본체가 움직이지 못하는 상황이 발생할 경우 지속적인 후진을 수행함으로써 갇힌 공간에서 외부로 탈출할 수 있다. 또한 최소한의 센서를 활용하여 갇힘을 판단하고, 갇힌 상태에서 후진 주행을 하면서 장애물을 회피할 수 있어 주행 성능을 향상시키고 제조 원가를 절감할 수 있다.
100: 청소 로봇 110: 본체
120: 사용자 인터페이스 130: 검출부
140: 전원부 150: 이동 어셈블리
160: 청소 툴 어셈블리 170: 급수부
180: 수분 검출부 190: 구동 모듈

Claims (26)

  1. 비원형 형상의 본체;
    상기 본체의 저면에 장착되고 상기 본체를 주행 방향인 제1방향으로 이동시키는 전진과, 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 상기 본체를 이동시키는 후진과, 상기 본체의 주행 방향이 변경되도록 정해진 범위 내에서 상기 본체를 회전시키는 회전이 수행되도록 하는 이동어셈블리;
    상기 본체의 저면에 장착되고 바닥 면을 청소하는 청소 툴 어셈블리;
    상기 본체의 주변의 장애물을 검출하는 검출부;
    상기 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 본체의 주행 방향의 전방에 장애물이 위치하는지 판단하고 상기 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 본체의 회전을 제어하여 상기 본체가 일정 각도 이상 회전하는지 판단하고, 상기 본체가 일정 각도 미만으로 회전하면 상기 본체를 갇힘 상태로 판단하여 상기 본체를 후진 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 전면과 후면에 각각 장착되고 장애물과의 충돌 시 충격을 완화시키는 복수 범퍼를 더 포함하고,
    상기 검출부는, 상기 본체의 전면과 후면에 장착되어, 상기 복수 범퍼와 장애물과의 충돌을 검출하고,
    상기 제어부는, 상기 본체의 회전 제어 시 상기 검출부에 충돌 검출 신호가 수신되면 상기 본체의 상태를 갇힘 상태로 판단하는 청소 로봇.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 본체의 후진 제어 시 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 상기 본체를 일정 각도로 주기적으로 회전 제어하는 청소 로봇.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 상기 본체를 일정 각도로 회전 제어 시 상기 검출부로부터 검출 신호가 미수신되면 상기 본체를 탈출 상태로 판단하는 청소 로봇.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 본체의 후진 제어 시 탈출 가능 여부를 판단하기 위해 상기 본체를 일정 각도로 회전 제어하는 청소 로봇.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 본체의 전면, 좌우 측면, 후면 중 적어도 하나의 면에 장착되고,
    상기 제어부는, 상기 본체를 일정 각도로 회전 제어 시 상기 본체의 후면에 장착된 검출부에서 장애물이 검출되면 상기 본체를 전진 제어하고, 상기 본체의 전면에 장착된 검출부에서 장애물이 검출되면 상기 본체를 후진 제어하는 청소 로봇.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 본체의 회전 각도를 검출하는 회전 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 일정 각도와 상기 회전 검출부에서 검출된 회전 각도를 비교하여 상기 갇힘 상태를 판단하는 청소 로봇.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 크기는, 회전 시에 필요한 회전 공간의 크기보다 작은 청소 로봇.
  9. 비원형 형상의 본체;
    상기 본체의 저면에 장착되고 상기 본체를 이동 어셈블리;
    상기 본체의 저면에 장착되고 바닥 면을 청소하는 청소 툴 어셈블리;
    장애물 사이의 내부 공간에 갇힌 상긴 본체의 갇힘 상태를 검출하는 검출부;
    상기 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 본체의 상태가 갇힘 상태라고 판단되면 상기 장애물 사이의 내부 공간으로 진입 시의 반대 방향으로 상기 본체가 주행하도록 상기 이동 어셈블리를 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 본체의 크기는, 회전 시에 필요한 회전 공간의 크기보다 작은 청소 로봇.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부는, 장애물과의 거리를 검출하는 거리 검출부와, 상기 본체의 전면과 후면에서의 장애물과의 충돌을 각각 검출하는 복수의 충돌 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 거리 검출부에서 검출된 검출 신호에 기초하여 전방향에 장애물이 있는지 판단하고, 상기 전방향에 장애물이 있으면 상기 본체를 일정각도 회전시키고 상기 복수의 충돌 검출부에서 검출 신호가 수신되면 갇힘 상태로 판단하는 청소 로봇.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 본체의 전면과 후면에서의 장애물과의 충돌을 각각 검출하는 복수의 충돌 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 본체 전면의 충돌 검출부에서 검출된 검출 신호에 기초하여 전방향에 장애물이 있는지 판단하고, 상기 전방향에 장애물이 있으면 상기 본체를 일정각도 회전시키고 상기 전면과 후면의 충돌 검출부에서 검출 신호가 수신되면 갇힘 상태로 판단하는 청소 로봇.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 본체의 전면에 장착된 장애물 검출부와, 상기 본체에 마련된 회전 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 검출 신호가 수신되면 상기 본체를 일정 각도 회전 제어하고, 상기 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태로 판단하는 청소 로봇.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 본체의 전면에 마련되어 장애물과의 충돌을 검출하는 충돌 검출부와, 상기 본체에 마련된 회전 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 충돌 검출부로부터 검출 신호가 수신되면 상기 본체를 일정 각도 회전 제어하고, 상기 회전 검출부에서 검출된 회전 각도와 일정 각도를 비교하여 검출된 회전 각도와 일정각도가 상이하면 갇힘 상태로 판단하는 청소 로봇.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 이동 어셈블리 제어 시 일정 거리만큼 후진 제어하고, 후진이 완료되면 상기 본체를 일정 각도 회전 제어하여 상기 본체의 갇힘 상태를 재판단하고, 상기 재판단 제어를 반복 수행하면서 탈출 가능 여부를 판단하는 청소 로봇.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 본체의 갇힘 상태 재판단 시, 상기 본체가 일정 각도 이상 회전 가능하면 탈출 가능한 상태라고 판단하고, 상기 본체의 회전 및 직진을 제어하여 장애물을 회피하는 청소 로봇.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 후진 제어 시, 갇힘 상태를 판단하기 위해 회전한 일정 각도와 반대 방향으로 일정 각도 회전한 후 일정 거리만큼 후진 제어하는 청소 로봇.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 본체의 전면과 좌우 측면에 장착된 장애물 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 본체의 전면에 마련된 장애물 검출부로부터 장애물 검출 신호가 수신되면 상기 좌우 측면에 마련된 장애물 검출부에서 검출된 장애물 검출 신호에 기초하여 장애물 내의 좌우 공간 거리를 산출하고, 산출된 장애물 내부 공간의 거리와 미리 설정된 회전 가능 공간의 지름 길이를 비교하여 장애물 내부 공간의 거리가 회전 가능 공간의 지름 길이보다 짧으면 갇힘 상태로 판단하는 청소 로봇.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 이동 어셈블리 제어 시 상기 본체를 후진 제어하되, 상기 본체의 좌우 측면에 마련된 장애물 검출부에서 검출 신호가 미수신되면 상기 본체의 후진을 정지 제어하고, 상기 본체를 회전 및 직진 제어하여 장애물을 회피하는 청소 로봇.
  20. 비원형의 본체를 갖는 청소 로봇의 제어 방법에 있어서,
    주행 및 청소를 수행하면서 기 본체의 주행 방향의 전방에 장애물이 위치하는지 판단하고,
    상기 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 본체의 상태가 장애물 사이의 공간에 갇힌 갇힘 상태인지를 판단하고,
    상기 본체의 상태가 갇힘 상태라고 판단되면 상기 본체의 주행 방향과 반대 방향으로 후진 주행하여 상기 장애물 사이의 공간에서 탈출을 시도하는 청소 로봇의 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 갇힘 상태를 판단하는 것은,
    상기 본체를 일정 각도로 회전시키고,
    상기 본체의 전면과 후면에 위치하는 장애물을 검출하고,
    상기 본체의 전면과 후면에 장애물이 위치하면 상기 갇힘 상태로 판단하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 장애물을 검출하는 것은,
    상기 장애물과의 접촉, 상기 장애물과의 거리 중 적어도 하나를 검출하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 탈출을 시도하는 것은,
    상기 본체를 제1방향으로 일정 각도 회전시키고,
    상기 본체의 전면과 후면에서 장애물이 검출되면 상기 본체가 갇힘 상태로 탈출 불가능한 상태라고 판단하고,
    상기 본체의 전면 및 후면 중 적어도 하나의 면에서 장애물이 미검출되면 상기 본체가 탈출 가능 상태라고 판단하고,
    상기 본체가 탈출 가능한 상태이면 회피 주행을 제어하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 갇힘 상태를 판단하는 것은,
    상기 본체의 좌우 측면에 마련된 검출부를 이용하여 장애물을 검출하고,
    상기 본체의 좌우 방향에 장애물이 위치하는지 판단하고,
    상기 본체의 좌우 방향에 장애물이 위치한다고 판단되면 상기 좌우 방향에 위치한 장애물과의 거리를 획득하고,
    상기 획득된 거리에 기초하여 장애물 사이의 내부 공간의 크기를 산출하고,
    상기 산출된 장애물 사이의 내부 공간의 크기와 상기 본체의 회전 가능 공간의 크기를 비교하여 상기 갇힘 상태를 판단하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 탈출을 시도하는 것은,
    일정 거리만큼 후진으로 주행하고,
    상기 본체의 좌우 측면에 마련된 검출부를 이용하여 장애물을 검출하고,
    상기 본체의 좌우 방향에 장애물이 위치하는지 판단하여 탈출 가능한 상태인지 판단하고,
    상기 탈출 가능한 상태라고 판단되면 상기 본체를 회전 및 직진시켜 회피 주행하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 갇힘 상태를 판단하는 것은,
    상기 본체를 일정 각도로 회전시키고,
    상기 본체 회전 시 본체의 회전 각도를 검출하고,
    상기 일정 각도와 상기 검출된 회전 각도를 비교하고,
    상기 일정 각도와 상기 검출된 회전 각도가 상이하면 상기 갇힘 상태로 판단하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
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