KR20150047899A

KR20150047899A - 청소 로봇

Info

Publication number: KR20150047899A
Application number: KR1020130127956A
Authority: KR
Inventors: 정재영; 김신; 윤상식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-05-06
Also published as: KR102117269B1

Abstract

본체, 상기 본체를 이동시키는 주행부, 청소 공간을 청소하는 청소부, 상기 본체 전방을 향하여 전방 감지 전파를 발신하고 전방 장애물로부터 반사된 전방 반사 전파를 검출하는 전방 장애물 감지부, 상기 전방 반사 전파 사이를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 청소 로봇은 외부의 영향에 강인한 임펄스 전파를 이용하여 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출하므로 외부 환경의 변화에 대하여 장애물의 감지 능력의 변화가 적다.

Description

청소 로봇{CLEANING ROBOT}

개시된 발명은 청소 로봇에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 임펄스 전파를 이용하여 전방 또는 바닥의 장애물을 감지하는 청소 로봇에 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.

청소 로봇이 청소 공간을 주행하며 청소 공간을 청소하는 동안 청소 로봇의 주행 경로 상에 위치하는 가구, 문턱, 전선 등의 장애물은 청소 로봇의 이동을 방해하므로 청소 로봇은 장애물을 감지하고, 장애물을 회피하는 회피 주행을 수행할 필요가 있다.

종래 청소 로봇은 이와 같은 장애물을 감지하고, 장애물을 회피하기 위하여 청소 로봇의 전방을 향하여 적외선 또는 초음파 등을 발신하고, 반사되는 반사광 또는 반사파를 이용하여 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출하였다.

그러나, 이와 같이 적외선 또는 초음파를 이용하는 경우, 청소 공간의 색상, 햇빛 등의 외관광, 외부의 소음, 온도 등의 영향으로 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출하는 정확도가 낮아질 염려가 있었다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 발명의 일 측면은 외부의 영향없이 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출할 수 있는 청소 로봇을 제공하고자 한다.

일 측면에 의한 청소 로봇은 본체, 상기 본체를 이동시키는 주행부, 청소 공간을 청소하는 청소부, 상기 본체 전방을 향하여 전방 감지 전파를 발신하고 전방 장애물로부터 반사된 전방 반사 전파를 검출하는 전방 장애물 감지부, 상기 전방 반사 전파 사이를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 전방 감지 전파와 상기 전방 반사 전파 사이의 시간 차이를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 전방 장애물 감지부는 임펄스(impulse) 전파를 발신하는 적어도 하나의 초광대역 레이더 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 미리 정해진 거리만큼 이격된 제1 위치 및 제2 위치에서 상기 전방 장애물까지의 거리를 검출하고, 상기 전방 장애물까지의 거리와 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 거리를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 전방 장애물 감지부는 임펄스(impulse) 전파를 발신하는 복수의 초광대역 레이더 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 복수의 초광대역 레이더 모듈 사이의 거리 및 상기 복수의 초광대역 레이더 모듈과 상기 전방 장애물 사이의 거리를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 복수의 초광대역 레이더 모듈 사이의 거리 및 상기 복수의 초광대역 레이더 모듈과 상기 전방 장애물 사이의 거리를 삼각측량법에 적용하여 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 청소 로봇은 상기 청소 공간의 바닥을 향하여 바닥 감지 전파를 발신하고 바닥 장애물로부터 반사되는 바닥 반사 전파를 검출하는 바닥 장애물 감지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 바닥 반사 전파를 기초로 상기 바닥 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 바닥 감지 전파와 상기 바닥 반사 전파 사이의 시간 차이를 기초로 상기 바닥 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 바닥 장애물 감지부는 임펄스(impulse) 전파를 발신하는 적어도 하나의 초광대역 레이더 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 바닥 반사 전파의 파형을 기초로 상기 청소 바닥의 재질을 판단할 수 있다.

일 측면에 의한 청소 로봇에 의하면, 외부의 영향에 강인한 임펄스 전파를 이용하여 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출하므로 외부 환경의 변화에 대하여 장애물의 감지 능력의 변화가 적다.

도 1은 일 실시예에 의한 청소 로봇의 동작을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 의한 청소 로봇의 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.
도 3음 일 실시예에 의한 청소 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 의한 청소 로봇의 저면을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 레이더 모듈의 동작을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 레이더 모듈이 발신하는 감지 신호의 스펙트럼 및 파형을 도시한 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 레이더 모듈이 감지 전파를 발신한 이후 수신하는 수신 신호를 도시한 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 전방 장애물 감지부가 발신하는 감지 신호의 발신 범위를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 전방 장애물 감지부가 장애물의 위치를 감지하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 전방 장애물 감지부가 장애물의 위치를 감지하는 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 11는 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 바닥 장애물 감지부가 발신하는 감지 신호의 발신 범위를 도시한 도면이다.
도 12은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 바닥 장애물 감지부가 장애물의 위치를 감지하는 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 실시예에 의한 청소 로봇에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 의한 청소 로봇의 동작을 간략하게 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 일 실시예에 의한 청소 로봇(1)은 청소 공간을 주행하며 청소 공간의 바닥을 청소하는 자율형 로봇이다.

이와 같은 청소 로봇(1)은 전방 또는 청소 바닥을 향하여 감지 전파를 발신하고, 감지 전파가 장애물(O)에 반사되어 되돌아오면, 되돌아오는 반사 전파를 기초로 장애물(O)의 존부 및 장애물(O)의 위치를 검출한다.

우선, 일 실시예에 의한 청소 로봇(1)의 구성에 대하여 설명한다.

도 1은 일 실시예에 의한 청소 로봇의 제어 흐름을 도시한 블럭도이고, 도 2는 일 실시예에 의한 청소 로봇의 외관을 도시한 도면이고, 도 3은 일 실시예에 의한 청소 로봇의 저면을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 청소 로봇(1)은 외관을 형성하는 본체(10)를 포함하며, 본체(10)에는 사용자로부터 청소 로봇(1)에 대한 조작 명령을 입력받는 조작부(110), 사용자에게 청소 로봇(1)의 동작 정보를 표시하는 표시부(120), 본체(10) 전방의 장애물을 감지하는 전방 장애물 감지부(130), 청소 바닥의 장애물을 감지하는 바닥 장애물 감지부(140), 청소 로봇(100)을 이동시키는 주행부(150), 청소 공간을 청소하는 청소부(160), 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장하는 로봇 저장부(170), 충전 스테이션(미도시) 등 외부 기기와 통신하는 통신부(180), 청소 로봇(1)의 동작을 제어하는 제어부(100)가 마련된다.

조작부(110)는 본체(10)의 상면에 마련되어, 사용자로부터 청소 로봇(1)에 대한 조작 명령을 입력받는 복수의 조작 버튼(111)을 포함한다. 복수의 조작 버튼(111)은 청소 로봇(1)의 온/오프를 조작하기 위한 전원 버튼, 청소 로봇(1)의 자동 청소, 수동 청소 등의 청소 모드를 선택하기 위한 청소 모드 선택 버튼, 청소 로봇(1)의 동작 및 정지를 명령하기 위한 동작/정지 버튼, 충전 스테이션(미도시)으로 복귀를 명령하기 위한 복귀 버튼 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 조작 버튼(111)은 사용자의 가압에 의한 조작 명령을 검출하는 마이크로 스위치(micro switch) 또는 멤브레인 스위치(membrane switch), 사용자의 터치에 의한 조작 명령을 검출하는 터치 패드(touch pad) 등을 채용할 수 있다.

표시부(120)는 본체(10)의 상면에 마련되어 사용자에게 청소 로봇(1)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이 패널(121)를 포함한다. 디스플레이 패널(121)은 현재 시간, 배터리의 상태, 청소 모드 등 청소 로봇(1)의 동작 정보를 표시할 수 있다. 이와 같은 디스플레이 패널(121)은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등을 채용할 수 있다.

전방 장애물 감지부(130)는 본체(10)의 전방을 향하여 음파, 광 또는 전파를 발신하고, 장애물로부터 반사되는 음파, 광 또는 전파를 분석하여 본체(10) 전방의 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출한다. 이와 같은 전방 장애물 감지부(130)는 본체(10)의 전방을 향하여 감지 전파를 발신하고, 장애물로부터 반사되는 반사 전파를 검출하는 적어도 하나의 전방 레이더 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.

전방 레이더 모듈(미도시)에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.

바닥 장애물 감지부(140)는 본체(10) 전방의 청소 바닥을 향하여 음파, 광 또는 전파를 발신하고, 장애물로부터 반사되는 음파, 광 또는 전파를 분석하여 청소 바닥의 장애물의 존부 및 장애물의 위치를 검출한다. 이와 같은 바닥 장애물 감지부(140)는 청소 바닥을 향하여 감지 전파를 발신하고, 장애물로부터 반사되는 반사 전파를 검출하는 적어도 하나의 바닥 레이더 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.

바닥 레이더 모듈(미도시)에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.

주행부(150)는 본체(10)를 이동시키는 하는 한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b), 본체(10)의 이동을 보조하는 룰러(153)를 포함한다.

한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b)는 본체(10)의 저면 좌우 가장자리에 마련되어, 본체(10)가 전진, 후진 또는 회전하도록 한다. 예를 들어, 한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b) 모두가 전방을 향하여 제1 방향으로 회전하면 본체(10)는 전방으로 이동하고, 한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b) 모두가 후방을 향하여 제2 방향으로 회전하면 본체(10)는 후방으로 이동한다. 또한, 한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b)가 같은 방향으로 회전하되 서로 다른 속도로 회전하면 본체(10)는 우측 또는 좌측으로 방향 전환할 수 있다. 또한, 한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b)가 서로 다른 방향으로 회전하면 본체(10)은 제자리에서 좌측 또는 우측으로 회전할 수 있다.

캐스터(153)는 본체(10)의 저면 전방에 설치되어 본체(100)의 이동 방향에 따라 회전한다. 이와 같은 캐스터(153)는 본체(10)가 안정된 자세를 유지하며 이동할 수 있도록 한다.

청소부(160)는 청소 공간의 먼지를 비산시키는 드럼 브러시(161), 청소 공간의 먼지를 드럼 브러시(161)를 향하여 안내하는 한 쌍의 사이드 브러시(163a, 163b), 드럼 브러시(161)가 비산시키는 먼지를 흡입하여 저장하는 먼지통(165)를 포함한다.

드럼 브러시(161)는 본체(10)의 저면에 형성된 먼지 흡입구(13)에 마련되어 본체(10)의 저면과 수평한 회전축을 중심으로 회전하면서 청소 공간의 먼지를 먼지 흡입구(13)를 내부로 비산시킨다.

사이드 브러시(163a, 163b)는 본체(10) 저면의 전방 좌우 가장자리에 설치된다. 즉 사이드 브러시(163a, 163b)는 한 쌍의 주행 바퀴(151a, 151b)의 전방에 설치된다. 이와 같은 사이드 브러시(163a, 163b)는 본체(10)의 저면과 수직한 회전축을 중심으로 회전하면서 드럼 브러시(161)가 청소하지 못하는 청소 영영의 먼지를 드럼 브러시(161)로 안내한다. 또한, 사이드 브러시(163a, 163b)는 본체(10) 외부로 돌출 가능하게 설치됨으로써 청소 로봇(1)이 청소하는 영역을 확장시킬 수 있다.

저장부(170)은 청소 로봇(1)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(1)의 동작을 제어하는 과정에서 생성되는 임시 데이터를 임시적으로 저장하는 D-램, S-램 등의 휘발성 메모리(미도시)를 포함할 수 있다.

통신부(180)은 초광대역(Ultra Wide Band: UWB) 통신방식, 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi) 통신방식, 블루투스(Bluetooth) 통신방식, 지그비(Zigbee) 통신방식, 엔에프씨(near field communication: NFC) 통신방식, 적외선 통신방식 등을 이용하여 충전 스테이션(미도시)과 데이터 통신을 수행할 수 있다.

제어부(100)는 청소 로봇(1)에 포함된 각각의 구성의 동작을 제어한다. 예를 들어, 전방 장애물 감지부(130)와 바닥 장애물 감지부(140)를 제어하여 본체(10) 전방의 장애물 및 청소 바닥의 장애물을 감지하고, 감지된 장애물의 위치 및 사용자의 조작 명령에 따라 주행부(150)와 청소부(160)를 제어하여 청소 바닥을 청소한다.

이하에서는 본체(10) 전방의 장애물 내지 청소 바닥의 장애물을 감지하는 레이더 모듈(R)에 대하여 설명한다.

도 5는 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 레이더 모듈의 동작을 도시한 도면이고, 도 6은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 레이더 모듈이 발신하는 감지 신호의 스펙트럼 및 파형을 도시한 그래프이고, 도 7은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 레이더 모듈이 감지 전파를 발신한 이후 수신하는 수신 신호를 도시한 그래프이다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 레이더 모듈(R)은 송신 안테나(미도시)를 통하여 전방향 또는 일방향으로 감지전파를 발신하며, 레이더 모듈(R)로부터 출력된 감지 전파는 전방향 또는 일방향으로 진행한다. 이와 같은 감지 전파가 장애물(O)을 만나면 감지 전파의 일부는 장애물(O)로부터 반사되고, 나머지 일부는 장애물(O)을 투과한다. 또한, 장애물(O)로부터 반사되는 반사 전파는 레이더 모듈(R)로 되돌아가며, 레이더 모듈(R)가 장애물(O)로부터 반사되는 반사 전파를 수신한다.

특히, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 레이더 모듈(R)이 발신한 감지 신호와 장애물(O)로부터 반사된 반사 신호 사이에는 시간 차이(ΔT)(이하에서는 "반사 신호 감지 시간"이라 한다.)가 발생하며, 이와 같은 반사 신호 감지 시간(ΔT)은 레이더 모듈(R)에서 발산된 감지 신호가 장애물(O)에 반사되어 되돌아 오는 TOF(Time of Fight)를 의미한다. 청소 로봇(1)은 이와 같은 반사 신호 감지 시간(ΔT)를 이용하여 레이더 모듈(R)로부터 장애물(O)까지의 거리를 검출할 수 있다. 구체적으로 감지 신호와 반사 신호의 시간 차이(ΔT)와 전파(300,000Km/s)의 속도의 곱을 2로 나누면 레이더 모듈(R)로부터 장애물(O)까지의 거리를 산출할 수 있다.

이때, 레이더 모듈(R)이 발신하는 감지 신호는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 수 나노초(10억분의 1초)에서 나노초 이하의 펄스 폭을 갖는 임펄스(impulse) 신호를 이용할 수 있다. 이와 같은 임펄스 신호는 디지털 로직 게이트의 지연 특성을 이용하여 생성할 수 있다.

이와 같은 임펄스 신호는 넓은 주파수 대역에 에너지가 분포되는 주파수 스펙트럼을 갖는다. 이때 각각의 주파수에서는 낮은 에너지를 갖게 되므로 다른 무선 통신기기와의 혼선을 피할 수 있다.

특히, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 신호의 대역폭이 중심 주파수의 25% 이상인 임펄스 신호를 이용하는 통신 방식을 초광대역(Ultra Wide Band: UWB) 통신 방식이라 하며, 이와 같은 임펄스 신호를 이용하는 레이더 모듈을 초광대역 레이더 모듈이라 한다.

일 실시예에 의한 청소 로봇(1)에 포함된 레이더 모듈(R)은 이와 같은 초광대역 레이더 모듈을 채용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 통상의 전파를 이용하는 레이더 모듈을 채용할 수도 있다.

레이더 모듈(R)이 감지 전파로써 임펄스 신호를 발신하는 경우, 장애물(O)에 반사되어 되돌아오는 반사 신호는 도 7에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 도 7의 (a)에 도시된 도면은 장애물(O)이 없는 경우 레이더 모듈(R)이 수신하는 신호를 도시한 도면이고, 도 7의 (b)에 도시된 도면은 장애물(O)이 있는 경우 레이더 모듈(R)이 수신하는 신호를 도시한 도면이다.

장애물(O)이 없는 경우, 레이더 모듈(R)은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 레이더 모듈(R)의 주위에서 발생하는 간섭 신호들에 의한 신호를 수신한다. 이와 같은 경우에는 비교적 작은 크기의 신호가 일정하게 수신된다.

장애물(O)이 있는 경우, 감지 신호를 전송한 이후 일정한 시간(ΔT)이 경과하면 레이더 모듈(R)은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 진폭이 큰 펄스 신호를 수신한다. 수신되는 신호의 진폭 변화는 장애물(O)에 의하여 반사되는 반사 신호가 레이더 모둘(R)에 수신되는 것을 의미한다.

수신되는 신호의 진폭 변화가 감지되면, 레이더 모듈(R)은 감지 신호가 발신된 이후 수신되는 신호의 진폭 변화가 감지되기까지의 시간 즉, 반사 신호 감지 시간(ΔT)를 검출한다. 예를 들어, 레이더 모듈(R)이 수신하는 수신 신호의 크기가 기준값 이상이면 수신 신호의 최대값을 검출하고, 최대값이 검출되는 시간을 반사 신호 감지 시간(ΔT)으로 할 수 있다.

이와 같이 장애물(O)이 있는 경우, 레이더 모듈(R)이 수신하는 신호는 진폭의 변환 뿐만 아니라 위상의 변화, 주파수의 변화 등이 발생할 수 있다. 다시 말해, 레이더 모듈(R)은 감지 신호가 출력된 후 장애물(O)이 없는 경우와 다른 위상의 신호를 수신하거나 다른 주파수의 신호를 수신할 수도 있다. 이러한 경우에도 레이더 모듈(R)은 수신되는 신호의 위상 변화 또는 주파수 변화를 감지하여 위상 변화 또는 주파수 변화가 발생하는 시간 즉 반사 신호 감지 시간(ΔT)을 검출할 수 있다.

레이더 모둘(R)이 반사 신호 감지 시간(ΔT)을 검출하면, 청소 로봇(1)의 제어부(100, 도 1 참조)는 검출된 반사 신호 감지 시간(ΔT)을 이용하여 레이더 모듈(R)과 장애물(O) 사이의 거리를 산출할 수 있다. 구체적으로, 반사 신호 감지 시간(ΔT)와 전파(300,000Km/s)의 속도의 곱을 2로 나누면 레이더 모듈(R)로부터 장애물(O)까지의 거리를 산출할 수 있다.

일 실시예에 의한 청소 로봇(1)에 포함된 레이더 모듈(R)은 TOF 즉 감지 신호와 반사 신호 사이의 시간 차이를 이용하여 레이더 모둘(R)과 장애물(O) 사이의 거리를 검출하나 이에 한정되는 것은 아니다. 레이더 모듈(R)은 반사 신호의 에너지 양을 이용하여 레이더 모듈(R)과 장애물(O) 사이의 거리를 검출할 수도 있다. 즉, 진행 거리에 따라 수신되는 반사 신호의 에너지 양이 감소하는 것을 이용하여 반사 신호의 에너지 양을 검출하고 검출된 에너지 양에 대응되는 거리를 산출할 수도 있다.

도 8은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 전방 장애물 감지부가 발신하는 감지 신호의 발신 범위를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 8의 (a)는 청소 바닥과 수평한 방향으로의 감지 범위(A)를 도시한 도면이고, 도 8의 (b)는 청소 바닥과 수직한 방향으로의 감지 범위(B)를 도시한 도면이다.

전방 장애물 감지부(130)는 장애물(O)의 위치 검출을 위하여 도 8에 도시된 바와 같이 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)을 포함할 수 있으며, 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)은 본체(10)의 전방에 미리 정해진 간격(D)으로 배치된다.

도 8의 (a)를 참조하면 각각의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)은 청소 바닥과 수평한 방향으로 감지 전파를 발신하는 각도(θ1, 이하에서는 수평 발신각이라 한다.)는 대략 180도에서 220도이다.

또한, 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)이 감지 신호를 발신하는 영역이 서로 중복되어 감지 영역(A)을 형성하며, 감지 영역(A)은 전방 장애물 감지부(130)가 전방 장애물의 위치 정보를 검출할 수 있는 영역이 된다.

도 8의 (b)를 참조하면 각각의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)이 청소 바닥과 수직한 방향으로 감지 신호가 발신되는 각도(θ2, 이하에서는 수직 발신각이라 한다.)은 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)에 마련된 가림막(131a, 132a, 133a)에 의한 제한된다. 즉, 감지 신호가 지나치게 넓은 범위로 발신되지 않도록 한다. 이는 청소 로봇(1)이 진입할 수 있는 침대의 밑, 쇼파의 밑 등이 장애물로 감지되지 않도록 하기 위함이다.

도 9는 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 전방 장애물 감지부가 장애물의 위치를 감지하는 일 예를 도시한 도면이다. 구체적으로 도 9는 전방 장애물 감지부(130, 도 1 참조)가 3개의 레이더 모듈(131, 132, 133)을 포함하는 경우 장애물(O)의 위치 정보를 검출하는 것을 도시한 도면이다.

전방 장애물 감지부(130)가 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)을 포함하는 경우, 청소 로봇(1)은 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133) 각각과 장애물(O) 사이의 거리(d1, d2, d3)를 검출한다.

예를 들어, 청소 로봇(1)은 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)가 일정한 시간차를 두고 감지 신호를 발신하고 반사 신호를 검출하여 각각의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)과 장애물(O) 사이의 거리를 검출할 수 있다. 즉, 제1 전방 레이더 모듈(131)이 감지 신호를 발신하고 반사 신호를 검출하여 제1 거리(d1)를 검출하고, 이후 제2 전방 레이더 모듈(132)이 감지 신호를 발신하고 반사 신호를 검출하여 제2 거리(d2)를 검출하고, 이후 제3 전방 레이더 모듈(133)이 감지 신호를 발신하고, 반사 신호를 검출하여 제3 거리(d3)를 검출할 수 있다.

전방 레이더 모듈(131, 132, 133)과 장애물(O) 사이의 거리(d1, d2, d3)가 검출되면 청소 로봇(1)은 전방 레이더 모듈(131, 132, 133) 사이의 거리(D)와 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)과 장애물(O) 사이의 거리를 삼각측량법에 적용하여 장애물(O)의 위치 정보를 검출할 수 있다.

삼각측량법은 통상의 기술자에게 널리 알려진 기술로 자세한 설명을 생략한다.

일 실시예에 의한 청소 로봇(1)에 포함된 전방 장애물 감지부(130)는 장애물(O)의 위치 정보를 검출하기 위하여 3개의 전방 레이더 모듈(131, 132, 133)을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전방 장애물 감지부(130)는 1 또는 2개의 전방 레이더 모듈을 포함하거나, 4개 이상의 전방 레이더 모듈을 포함할 수도 있다.

도 10은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 전방 장애물 감지부가 장애물의 위치를 감지하는 다른 일 예를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 10은 전방 장애물 감지부(130, 도 1 참조)가 2개의 전방 레이더 모듈(135, 136)을 포함하는 경우 장애물(O)의 위치 정보를 검출하는 것을 도시한다.

도 10에 도시된 바와 같이 전방 장애물 감지부(130, 도 1 참조)가 2개의 전방 레이더 모듈(135, 136)을 포함하는 경우, 각각의 전방 레이더 모듈(135, 136)은 번갈아 감지 전파를 발신하고 반사 전파를 검출한다.

또한, 발신된 감지 전파와 수신된 반사 전파 사이의 시간 차이를 이용하여 청소 로봇(1)은 전방 레이더 모듈(135, 136)과 장애물(O) 사이의 거리(d5, d6)를 검출할 수 있다.

전방 레이더 모듈(135, 136)과 장애물(O) 사이의 거리(d5, d6)가 검출되면 청소 로봇(1)은 전방 레이더 모듈(135, 136) 사이의 거리(D)와 전방 레이더 모듈(135, 136)과 장애물(O) 사이의 거리(d5, d6)를 삼각측량법에 적용하여 장애물(O)의 위치 정보를 검출할 수 있다.

이상에서는 청소 로봇(1)이 전방 장애물 감지부(130, 도 1 참조)를 이용하여 전방의 장애물의 존부를 판단하고, 전방의 장애물의 위치 정보를 검출하는 방법에 대하여 설명하였다.

이하에서는 청소 로봇(1)이 바닥 장애물 감지부(140, 도 1 참조)를 이용하여 바닥의 문턱, 전선 등의 장애물의 존부를 판단하고, 바닥의 장애물의 위치 정보를 검출하는 방법에 대하여 설명한다.

상술한 바와 같이 전방 장애물 감지부(130, 도 1 참조)는 본체(10)의 전방을 향하여 제한된 수직 발신각을 갖는 감지 전파를 발신하고 반사 전파를 수신하며, 청소 로봇(1)은 전방 장애물 감지부(130, 도 1 참조)를 이용하여 청소 로봇(1)의 이동을 방해할 수 있는 장애물(O)을 검출한다.

이에 반하여, 바닥 장애물 감지부(140, 도 1 참조)은 청소 바닥을 향하여 감지 전파를 발신하고 반사 전파를 수신하며, 청소 로봇(1)은 바닥 장애물 감지부(140, 도 1 참조)을 이용하여 청소 바닥에 위치하는 전선, 문턱 등의 장애물(O)을 감지하고, 장애물(O)까지의 거리(d)를 검출할 수 있다. 뿐만 아니라, 청소 로봇(1)은 바닥 장애물 감지부(140, 도 1 참조)가 수신한 반사 신호의 파형을 기초로 청소 바닥의 재질을 판단할 수도 있다.

도 11는 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 바닥 장애물 감지부가 발신하는 감지 신호의 발신 범위를 도시한 도면이고, 도 12은 일 실시예에 의한 청소 로봇에 포함된 바닥 장애물 감지부가 장애물의 위치를 검출하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 바닥 장애물 감지부(140)는 청소 로봇 본체(10)의 전방에 마련된 바닥 레이더 모듈(141)을 포함할 수 있으며, 바닥 레이더 모듈(141)은 청소 바닥의 장애물을 검출하기 위하여 바닥을 향하여 감지 신호를 발신할 수 있다. 다만, 일 실시예에 의한 청소 로봇(1)의 바닥 레이더 모듈(141)은 본체(10)의 전방 하부에 마련되나 이에 한정되는 것은 아니며, 본체(10)의 전방 바닥을 향하여 감지 신호를 발신할 수 있는 위치이면 충분한다.

바닥 레이더 모듈(141)은 청소 바닥을 향하여 감지 전파를 발신하고, 청소 바닥 또는 장애물(O)로부터 반사되는 반사 신호를 검출한다. 또한, 반사 신호가 검출되면 바닥 레이더 모듈(141)은 감지 전파가 발신된 시간과 반사 신호가 수신된 시간 사이의 시간 차이(이하에서는 반사 신호 감지 시간이라 한다.)을 검출한다.

바닥 레이더 모듈(141)이 반사 신호 감지 시간을 출력하면 청소 로봇(1)은 반사 신호 감지 시간을 기초로 바닥 레이더 모듈(141)로부터 장애물(O)까지의 거리(d)를 산출한다. 이로서 청소 로봇(1)은 청소 바닥의 장애물(O)까지의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, 청소 로봇(1)은 바닥 레이더 모듈(141)이 수신한 반사 전파의 파형을 기초로 장애물(O)의 형상 뿐만 아니라 청소 바닥이 마루 바닥과 같이 딱딱한 재질의 바닥인지 또는 카펫 등이 깔린 부드러운 재질의 바닥인지를 판단할 수도 있다.

이와 같이 청소 로봇(1)는 바닥 장애물 감지부(140)에 포함된 바닥 레이더 모듈(141)을 이용하여 청소 공간 상에 위치하는 전선, 문턱 등의 장애물(O)의 존부 및 장애물(O)의 위치 정보를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 청소 바닥의 재질도 판단할 수 있다.

이상에서는 개시된 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니될 것이다.

1: 청소 로봇 10: 본체
100: 제어부 110: 조작부
111: 조작 버튼 120: 표시부
121: 디스플레이 패널 130: 전방 장애물 감지부
131, 132, 133, 135, 136: 전방 레이더 모듈
140: 바닥 장애물 감지부 141: 바닥 레이더 모듈
150: 주행부 151a, 151b: 주행 바퀴
153: 캐스터 160: 청소부
161: 드럼 브러시 163a, 163b: 사이드 브러시
165: 먼지통 170: 저장부
180: 통신부 R: 레이더 모듈

Claims

본체;
상기 본체를 이동시키는 주행부;
청소 공간을 청소하는 청소부;
상기 본체 전방을 향하여 전방 감지 전파를 발신하고 전방 장애물로부터 반사된 전방 반사 전파를 검출하는 전방 장애물 감지부;
상기 전방 반사 전파 사이를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 청소 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 전방 감지 전파와 상기 전방 반사 전파 사이의 시간 차이를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출하는 청소 로봇.
제2항에 있어서,
상기 전방 장애물 감지부는 임펄스(impulse) 전파를 발신하는 복수의 초광대역 레이더 모듈을 포함하는 청소 로봇.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 초광대역 레이더 모듈 사이의 거리 및 상기 복수의 초광대역 레이더 모듈과 상기 전방 장애물 사이의 거리를 기초로 상기 전방 장애물의 위치 정보를 검출하는 청소 로봇.
제1항에 있어서,
상기 청소 공간의 바닥을 향하여 바닥 감지 전파를 발신하고 바닥 장애물로부터 반사되는 바닥 반사 전파를 검출하는 바닥 장애물 감지부를 더 포함하는 청소 로봇.
제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 바닥 반사 전파를 기초로 상기 바닥 장애물의 위치 정보를 검출하는 청소 로봇.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 바닥 감지 전파와 상기 바닥 반사 전파 사이의 시간 차이를 기초로 상기 바닥 장애물의 위치 정보를 검출하는 청소 로봇.
제7항에 있어서,
상기 바닥 장애물 감지부는 임펄스(impulse) 전파를 발신하는 적어도 하나의 초광대역 레이더 모듈을 포함하는 청소 로봇.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 바닥 반사 전파의 파형을 기초로 상기 청소 바닥의 재질을 판단하는 청소 로봇.