KR20150028456A - 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템 - Google Patents

주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템 Download PDF

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Abstract

장애물인식 및 낙하방지 제어시스템이 개시된다. 상기 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템은, 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템으로서, 상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 전방을 향하여 적외선을 방출하는 전방감지 발신부; 상기 전방감지 발신부의 일측으로 위치하고 상기 발신부로부터 방출된 후 장애물에 부딪혀 되돌아 오는 반사된 적외선이 수신되며, 수신된 적외선 감도를 출력하는 제1수신부; 상기 제1수신부의 일측으로 위치하고 상기 발신부로부터 방출된 후 장애물에 부딪혀 되돌아 오는 반사된 적외선이 수신되며, 수신된 적외선 감도를 출력하는 제2수신부; 상기 제1수신부에 연결되고 상기 제1수신부로 입력된 적외선 감도가 가변되어 출력되도록 상기 적외선 감도를 소정의 가변폭으로 가변하는 가변저항부; 상기 제1수신부 및 상기 제2수신부로부터 출력된 각각의 적외선 감도가 일치하는 감도교차지점을 판단하고 상기 감도교차지점에 대응하는 거리값을 설정하여 그 결과를 출력하는 판별부; 상기 판별부로부터 출력된 거리값이 저장되는 데이터부; 및 상기 데이터부와 연결되고 상기 데이터부로 입력된 거리값에 대응하는 위치에 도달하기 전까지 상기 주행로봇의 주행방향을 유지하고, 상기 주행로봇이 상기 거리값에 대응하는 위치에 도달되면 상기 주행로봇의 주행방향을 전환하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템 { Robot used in the control system, obstacle recognition and fall prevention }
본 발명은 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적외선 감지를 통해 장애물을 인식하는 제어방법으로 방출된 적외선의 반사값을 다수의 수신부를 통하여 각각 다른 적외선 감도를 감지한 후 다르게 감지된 각각의 감도에 대한 출력값을 동일하게 가변하는 시점에서 주행로봇의 주행 또는 멈춤, 회전 등의 동작을 수행시키는 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 주행로봇의 위치감지장치는 전방으로 적외선을 방출한 후, 전방의 장애물로부터 적외선이 반사되면 이를 감지하여 장애물과의 거리를 측정하는 장치이다.
주행로봇의 대표적인 예인 로봇 청소기는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역 내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소한다.
로봇 청소기는 내장된 프로그램에 따라 미리 설정된 경로를 주행하면서 청소 동작을 수행하는데, 이와 같이 기 설정된 경로를 자동으로 주행하면서 청소 동작을 수행하기 위해서는 로봇 청소기의 위치와 주행거리 및 장애물 등을 감지하기 위한 많은 수의 센서들이 사용된다.
로봇 청소기와 같은 주행로봇에 적용되는 위치감지장치를 개시한 종래기술로서, 대한민국 공개특허 10-2008-0093768호 "로봇 청소기"가 있다. 이 특허는 로봇 청소기의 주행을 제어하기 위한 위치감지장치로서 렌즈 및 광 감지 센서를 이용하고 있다. 그러한 이 특허에 개시된 위치감지장치는 고가의 렌즈 및 광 감지 센서를 이용하므로 위치감지장치의 가격뿐만 아니라 로봇 청소기의 가격까지 상승하게 되는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다수개의 적외선 포토트랜지스터를 이용하여 주행로봇 주변의 장애물을 인식하는 것으로 주행로봇의 주행방향을 제어하고, 이에 따라, 로봇 청소기 등과 같은 주행로봇에 장착되어 이용되는 경우 주행로봇의 제작단가를 절감할 수 있는 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은, 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템으로서, 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템으로서, 상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 전방을 향하여 적외선을 방출하는 전방감지 발신부와; 상기 전방감지 발신부의 일측으로 위치하고 상기 전방감지 발신부로부터 방출된 후 장애물에 부딪혀 되돌아 오는 반사된 적외선이 수신되며, 수신된 적외선 감도를 출력하는 전방감지 제1수신부와; 상기 전방감지 제1수신부의 일측으로 위치하고 상기 전방감지 발신부로부터 방출된 후 장애물에 부딪혀 되돌아 오는 반사된 적외선이 수신되며, 수신된 적외선 감도를 출력하는 전방감지 제2수신부와; 상기 전방감지 제1수신부에 연결되고 상기 전방감지 제1수신부로 입력된 적외선 감도가 가변되어 출력되도록 상기 적외선 감도를 소정의 가변폭으로 가변하는 가변저항부와; 상기 전방감지 제1수신부 및 상기 전방감지 제2수신부로부터 출력된 각각의 적외선 감도가 일치하는 감도교차지점을 판단하고 상기 감도교차지점에 대응하는 거리값을 설정하여 그 결과를 출력하는 판별부로 이루어진 제어부가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부에는 상기 판별부로부터 출력된 거리값이 저장되는 데이터부가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부에는 상기 데이터부로 입력된 거리값에 대응하는 위치에 도달하기 전까지 상기 주행로봇의 주행방향을 유지하고, 상기 주행로봇이 상기 거리값에 대응하는 위치에 도달되면 상기 주행로봇의 주행방향을 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 주행로봇의 하부면에는 상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 하부방향을 향하여 적외선을 방출하는 지면감지 발신부와; 상기 지면감지 발신부의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제1수신부와; 상기 지면감지 제1수신부의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제2수신부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템에 의하면, 적외선 포토트랜지스터를 이용하므로 렌즈를 이용한 고가의 적외선감지센서를 이용하지 않고도 주행로봇 주변의 장애물을 인식하여 주행로봇의 주행방향을 제어할 수 있고, 이에 따라, 장애물 인식시스템의 제작 단가를 절감할 수 있고, 로봇 청소기 등과 같은 주행로봇에 장착되어 이용되는 경우 주행로봇의 제작단가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 주행로봇에 설치되는 적외선 발신부 및 수신부의 설치 상태를 나타내 보인 구성도이고,
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템의 구성을 나타낸 블록도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선의 발신부와 수신부의 작용을 나타낸 도면으로서, 도 3a는 근거리에서의 작용을 나타내 보인 작용도이고, 도 3b는 원거리에서의 작용을 나타내 보인 작용도이며,
도 4는 도 2에 도시된 제1수신부 및 제2수신부로 입력된 적외선을 나타내 보인 그래프로서, 도 4a는 가변저항부를 통하지 않은 상태의 그래프이고, 도 4b는 가변저항부를 통한 후 감도교차지점이 형성되는 것을 나타내 보인 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템의 구성을 나타낸 구성도 및 블록도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템은, 주행로봇용 장애물인식 시스템으로서, 전방감지 발신부(110); 전방감지 제1수신부(121); 전방감지 제2수신부(122); 가변저항부(130); 판별부(140); 데이터부(150); 및 제어부(160)로 구성된다.
또한, 주행로봇이 주행하는 지면을 감지하는 지면감지 발신부(111); 지면감지 제1수신부(123)와; 지면감지 제2수신부(124)를 포함한다.
상기 전방감지 발신부(110)는 적외선을 방출한다. 전방감지 발신부(110)가 주행로봇에 설치되는 경우, 전방감지 발신부(110)는 주행로봇의 주행방향의 전방측에 설치되어 적외선을 방출할 수 있다.
상기 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)는 전방감지 발신부(110)로부터 방출된 적외선이 주행로봇의 주행방향의 전방에 장애물이 존재하는 경우, 장애물에 부딪혀서 되돌아오는 반사된 적외선이 수신된다. 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 반사된 적외선은 반사각에 따른 적외선 감도로서 입력될 수 있다. 이러한 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)는 주행로봇에 설치되는 경우, 전방감지 발신부(110)와 평행하게 배치될 수 있다.
일 예로, 전방감지 제1수신부(121)는 전방감지 발신부(110)의 옆으로 위치하고, 전방감지 제2수신부(122)는 전방감지 제1수신부(121)의 옆으로 위치할 수 있다. 이러한 경우, 전방감지 발신부(110)의 옆으로 위치하는 전방감지 제1수신부(121)는 좁은 각으로 반사된 적외선이 입력되고, 전방감지 제1수신부(121)의 옆에 위치하여 전방감지 제1수신부(121)보다 전방감지 발신부(110)와 멀리 위치하게 되는 전방감지 제2수신부(122)는 전방감지 제1수신부(121)로 입력되는 반사된 적외선의 입사각보다 큰 각으로 반사된 적외선이 입력된다. 따라서, 전방감지 제1수신부(121)로 입력되는 반사된 적외선의 감도는 높고, 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 반사된 적외선의 감도는 낮게 된다. 또한 전방감지 제1수신부(121)로부터 출력되는 적외선 감도 역시 높은 값으로 출력되고, 전방감지 제2수신부(122)로부터 출력되는 적외선 감도는 전방감지 제1수신부(121)로부터 출력되는 적외선 감도보다 낮은 값으로 출력되게 된다. 이러한 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)는 포토 트랜지스터로 구성된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템의 발신부, 제1수신부 및 제2수신부와 장애물 간의 거리에 따른 적외선의 반사 각도를 예시한다.
이와 같이 본 발명에서 장애물과 전방감지 발신부(110), 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)의 거리측정은 장애물과 부딪힌 후 되돌아오는 적외선의 반사각에 의해 이루어지는 것으로, 예를 들면, 장애물과의 거리가 가까우면(d1) 적외선의 반사각은 커지고(도 3a 참조), 장애물과의 거리가 멀면(d2) 적외선의 반사각은 작아진다.(도 3b 참조)
따라서, 장애물과의 거리가 가까운 경우 반사각이 크므로 전방감지 제1수신부(121)로 입력되는 반사된 적외선의 감도는 높고 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 반사된 적외선의 감도는 낮아진다. 반대로 장애물과의 거리가 먼 경우 반사각이 작으므로 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 반사된 적외선의 감도는 비슷해지게 된다.
본 발명은 이와 같이 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 각각의 적외선 감도가 일치하는 감도교차지점을 거리값으로 설정하여 주행로봇의 주행을 제어하도록 설정될 수 있다. 상기 주행로봇의 위치로부터 상기 거리값에 대응하는 위치까지의 거리는 주행로봇의 주행방향을 유지할 수 있는 유효거리이다.
상기 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 각각의 적외선 감도가 일치하는 감도교차지점을 거리값으로 설정하는 것은, 가변저항부(130) 및 판별부(140)를 통해 이루어질 수 있다.
상기 가변저항부(130)는 전방감지 제1수신부(121)에 연결되고, 전방감지 제1수신부(121)로 입력된 적외선 감도가 가변되어 출력되도록 적외선 감도를 소정의 가변폭으로 가변한다. 즉, 전방감지 제1수신부(121)에 입력되는 적외선 감도는 전방감지 제2수신부(122)로 입력되는 적외선 감도보다 크므로 가변저항부(130)는 전방감지 제1수신부(121)로 최초 입력된 적외선 감도보다 낮은 값으로 전방감지 제1수신부(121)로부터의 출력값을 낮춘다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 가변저항부(130)를 통해 전방감지 제1수신부(121)로부터 출력되는 적외선의 감도의 값은 점차 낮아지면서 전방감지 제2수신부(122)로 입력된 적외선 감도의 값과 동일한 값이 될 때까지 전방감지 제1수신부(121)로부터 출력되는 적외선 감도의 값은 낮아진다. 이러한 과정을 통해 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)의 적외선 감도가 일치되는 지점은 감도교차지점일 수 있다.
상기 판별부(140)는 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)로부터 출력된 각각의 적외선 감도가 일치하는 감도교차지점을 판단하고, 감도교차지점에 대응하는 거리값을 설정할 수 있다. 이를 위해, 판별부(140)에는 감도교차지점에 대응하는 거리값이 미리 입력되어 있을 수 있고, 이 데이터를 기준으로 감도교차지점에 대응하는 거리값을 설정할 수 있다.
상기 데이터부(150)는 판별부(140)로부터 출력된 거리값이 저장된다.
상기 제어부(160)에는 데이터부(150)와 연결되고, 데이터부(150)에 저장된 거리값을 도출하여 그 거리값을 기준으로 주행로봇의 주행을 제어할 수 있다. 즉, 거리값에 대응하는 위치에 도달하기 전까지 상기 주행로봇의 주행방향을 유지하고, 상기 주행로봇이 상기 거리값에 대응하는 위치에 도달되면 상기 주행로봇의 주행방향을 전환하도록 제어한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 주행로봇의 하부면에는 상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 하부방향을 향하여 적외선을 방출하는 지면감지 발신부(111)와; 상기 지면감지 발신부(111)의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부(111)로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제1수신부(123)와; 상기 지면감지 제1수신부(123)의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부(111)로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제2수신부(124)가 형성되어 주행로봇의 주행하려는 지면이 감지되어 낙하되는 것을 미연에 방지하게 된다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템에 따른 주행로봇의 작동과정을 설명하기로 한다. 여기서, 상기 주행로봇은 로봇 청소기일 수 있다.
상기 로봇 청소기의 전방에 전방감지 발신부(110), 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)를 장착하여 로봇 청소기를 작동시키면, 전방감지 발신부(110)는 전방을 향해 적외선을 방출한다.
상기 전방감지 발신부(110)로부터 방출된 적외선은 전방에 장애물이 있는 경우 장애물에 부딪혀서 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)를 향해 반사된다.
상기 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)를 향해 반사된 적외선은 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)에 서로 다른 감도로 입력된다. 예를 들면, 전방감지 제1수신부(121)로 입력된 반사된 적외선의 감도는 "감도100"이고, 전방감지 제2수신부(122)로 입력된 반사된 적외선은 "감도50"일 수 있다.
이와 같이 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122)로 반사된 적외선이 입력되면, 가변저항부(130)에 의해 전방감지 제1수신부(121)로 입력된 반사된 적외선의 감도는 "감도100" 이하의 값들로 순차적으로 출력된다. 이 과정에서 가변저항부(130)를 통해 가변되어 출력되는 적외선 감도의 값이 "감도50"으로 출력될 때 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122) 각각의 적외선 감도가 일치하게 된다. 도 4b는 이러한 과정을 나타낸 그래프이다.
그리고 판별부(140)는 전방감지 제1수신부(121) 및 전방감지 제2수신부(122) 각각의 적외선 감도가 "감도50"에서 일치될 때 그 지점을 감도교차지점으로 판단하고, 미리 입력되어 있는 "감도50"에 대응하는 거리값을 설정하여 그 결과를 출력한다.
상기 판별부(140)로부터 출력된 거리값에 대응하는 위치는 로봇 청소기의 주행유지 가능한 유효거리이고, 제어부(160)는 상기 유효거리 내에서 로봇 청소기의 주행을 유지하고, 로봇 청소기가 주행을 유지하여 상기 거리값에 대응하는 위치까지 도달하면 로봇 청소기의 주행방향을 전환시킨다.
또한, 상기 주행로봇의 하부면에는 상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 하부방향을 향하여 적외선을 방출하는 지면감지 발신부(111)와; 상기 지면감지 발신부(111)의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부(111)로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제1수신부(123)와; 상기 지면감지 제1수신부(123)의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부(111)로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제2수신부(124)가 형성되어 상기 지면감지 발신부(111)에서 방출된 적외선의 반사값이 감지되지 않을 경우에는 상기 제어부(160)를 통하여 주행로봇을 멈추거나 방향을 전환시키며, 반사값이 감지될 경우에는 주행로봇의 주행을 유지하여 지면이 없고 있음을 감지하는 것으로 안전하게 주행시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물인식 시스템은, 로봇 청소기 등의 주행로봇에 적용될 수 있고, 반사된 적외선을 수신하는 구성으로서 적외선 포토트랜지스터를 이용하므로 렌즈를 이용한 고가의 적외선감지센서를 이용하지 않고도 주행로봇 주변의 장애물을 인식하여 주행로봇의 주행방향을 제어할 수 있다. 따라서, 장애물 인식시스템의 제작 단가를 절감할 수 있고, 로봇 청소기 등과 같은 주행로봇에 장착되어 이용되는 경우 주행로봇의 제작단가를 절감할 수 있다.
110 : 전방감지 발신부 111 : 지면감지 발신부
121 : 전방감지 제1수신부 122 : 전방감지 제2수신부
123 : 지면감지 제1수신부 124 : 지면감지 제2수신부
130 : 가변저항부 140 : 판별부
150 : 데이터부 160 : 제어부

Claims (3)

  1. 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템에 있어서,
    상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 전방을 향하여 적외선을 방출하는 전방감지 발신부(110)와;
    상기 전방감지 발신부(110)의 일측으로 위치하고 상기 전방감지 발신부(110)로부터 방출된 후 장애물에 부딪혀 되돌아 오는 반사된 적외선이 수신되며, 수신된 적외선 감도를 출력하는 전방감지 제1수신부(121)와;
    상기 전방감지 제1수신부(121)의 일측으로 위치하고 상기 전방감지 발신부(110)로부터 방출된 후 장애물에 부딪혀 되돌아 오는 반사된 적외선이 수신되며, 수신된 적외선 감도를 출력하는 전방감지 제2수신부(122)와;
    상기 전방감지 제1수신부(121)에 연결되고 상기 전방감지 제1수신부(121)로 입력된 적외선 감도가 가변되어 출력되도록 상기 적외선 감도를 소정의 가변폭으로 가변하는 가변저항부(130)와;
    상기 전방감지 제1수신부(121) 및 상기 전방감지 제2수신부(122)로부터 출력된 각각의 적외선 감도가 일치하는 감도교차지점을 판단하고 상기 감도교차지점에 대응하는 거리값을 설정하여 그 결과를 출력하는 판별부(140)로 이루어진 제어부(160)가 포함되며;
    상기 제어부(160)에는 상기 판별부(140)로부터 출력된 거리값이 저장되는 데이터부(150)가 포함된 것을 특징으로 하는 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(160)는 상기 판별부(140)로부터 입력된 거리값에 대응하는 위치에 도달하기 전까지 상기 주행로봇의 주행방향을 유지하고, 상기 주행로봇이 상기 거리값에 대응하는 위치에 도달되면 상기 주행로봇의 주행방향을 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주행로봇의 하부면에는 상기 주행로봇이 위치한 지점으로부터 하부방향을 향하여 적외선을 방출하는 지면감지 발신부(111)와; 상기 지면감지 발신부(111)의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부(111)로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제1수신부(123)와; 상기 지면감지 제1수신부(123)의 일측으로 위치하고 상기 지면감지 발신부(111)로부터 방출된 후 반사된 적외선이 수신되는 지면감지 제2수신부(124)가 형성된 것을 특징으로 하는 주행로봇용 장애물인식 및 낙하방지 제어시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108000561A (zh) * 2017-12-08 2018-05-08 子歌教育机器人（深圳）有限公司 智能机器人及其的防撞防跌装置

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