KR20160144682A - 이동 로봇 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

원격 장치가 가리키는 위치로 이동하는 이동 로봇 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.
일 측면에 따른 이동 로봇은, 본체를 이동시키는 주행부, 광을 수신하는 광 수신부 및 광 수신부에서 수신한 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링(Filtering)해 주행 방향을 결정하고, 본체가 주행 방향으로 주행하도록 주행부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

이동 로봇 및 그 제어 방법{MOVING ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
이동 로봇 및 그 제어 방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 원격 장치가 가리키는 위치로 이동하는 이동 로봇 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.
최근 가정 내에서의 로봇 사용이 점차 확대되고 있는 추세이다. 이러한 가정용 로봇의 대표적인 예는 청소 로봇이다. 청소 로봇은 이동형 로봇으로서 일정 영역을 스스로 주행하며 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다.
종래 청소 로봇은 사용자가 청소 공간 가운데 특정 위치를 먼저 청소하기를 원하는 경우 사용자가 직접 청소 로봇의 위치를 확인하고 원격 장치를 이용하여 청소 로봇을 특정 위치로 이동시켜야 했다.
이에, 사용자가 청소 로봇의 위치를 알지 못하는 경우에는 사용자가 청소 로봇을 찾아야만 했고, 청소 로봇이 소파 또는 침대 등의 밑을 청소하고 있을 경우 사용자가 청소 로봇을 찾는 데 어려움이 있었다.
일 측면은 원격 장치로부터 송신된 광 신호를 검출하여 원격 장치가 가리키는 위치로 이동하는 이동 로봇 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
실시 형태에 따라 원격 장치가 가리키는 위치를 추종하는 중에 장애물과의 충돌을 회피하는 이동 로봇 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에 따른 이동 로봇은 본체를 이동시키는 주행부; 광을 수신하는 광 수신부; 및 광 수신부에서 수신한 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링(Filtering)해 주행 방향을 결정하고, 본체가 주행 방향으로 주행하도록 주행부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 제어부는, 파티클들을 샘플링하고, 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하고, 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하고, 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 이동 로봇의 주행 방향을 결정할 수 있다.
또한, 제어부는, 파티클을 샘플링하는 샘플링부; 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 가중치 계산부; 및 가중치를 기초로 파티클을 재선정하는 리샘플링부;를 포함하고, 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 이동 로봇의 주행 방향을 결정할 수 있다.
또한, 샘플링부는, 각각의 파티클들을 중심으로 가우시안 분포에 따라 파티클을 샘플링할 수 있다.
또한, 가중치 계산부는, 이동 로봇의 정면을 기준으로 광 수신부의 배치 각도와 파티클들의 배치 각도의 차이에 기초해 파티클에 가중치를 부여할 수 있다.
또한, 가중치 계산부는, 이동 로봇의 정면을 기준으로 광을 수신한 광 수신부의 배치 각도와 파티클들의 배치 각도의 차이와 파티클에 부여되는 가중치가 서로 반비례하도록 파티클에 가중치를 부여할 수 있다.
또한, 복수 개의 광 수신부에 광 신호가 수신될 경우, 광 수신부의 배치 각도는, 복수 개의 광 수신부의 배치 각도 정보를 기초로 결정된 가상의 배치 각도를 포함할 수 있다.
또한, 리샘플링부는, 파티클들에 부여된 가중치를 기초로, 확률적으로 미리 설정된 기준 이상의 가중치를 가지는 파티클들을 재선정할 수 있다.
또한, 제어부는, 광 수신부에 별도의 광이 수신되면, 광 수신부에 수신된 복수의 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 이동 로봇의 주행 방향을 결정할 수 있다.
또한, 제어부는, 복수의 파티클들을 동일한 가중치로 재선정하는 파티클 초기화부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 광 수신부에서 수신한 광을 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 주행 방향을 결정할 수 있다.
또한, 베이즈 필터는, 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 장애물을 감지하는 장애물 감지부;를 더 포함하고, 제어부는, 장애물이 감지되면, 장애물의 위치와 결정된 드래깅 방향에 따라 본체가 장애물의 외곽선을 추종하도록 주행부를 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 본체의 우측이 장애물을 향하도록 주행하는 우측 추종 주행과 본체의 좌측이 장애물을 향하도록 주행하는 좌측 추종 주행 가운데 어느 하나를 수행하도록 주행부를 제어할 수 있다.
일 측면에 따른 이동 로봇의 제어 방법은 광 수신부에서 광을 수신하고; 수신한 광을 확률기반 필터링 방식으로 필터링하여 이동 로봇의 주행 방향을 결정하고; 결정된 주행 방향에 따라 주행하는 것을 포함한다.
또한, 주행 방향을 결정하는 것은, 파티클을 샘플링하고, 샘플링된 파티클들에 가중치를 부여하고, 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하고, 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 파티클을 샘플링하는 것은, 각각의 파티클들을 중심으로 가우시안 분포에 따라 파티클을 샘플링 하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 것은, 이동 로봇의 정면을 기준으로 광 수신부의 배치 각도 및 파티클들의 배치 각도의 차이에 기초해 파티클에 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 것은, 이동 로봇의 정면을 기준으로 광 수신부의 배치 각도 및 파티클들의 배치 각도의 차이와, 파티클에 부여되는 가중치가 서로 반비례하도록 파티클에 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 광 수신부에 광 신호가 수신될 경우, 복수 개의 광 수신부의 배치 각도 정보를 기초로 가상의 광 수신부의 배치 각도를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하는 것은, 파티클들에 부여된 가중치를 기초로, 확률적으로 미리 설정된 기준 이상의 가중치를 가지는 파티클들을 재선정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 광 수신부에 별도의 광이 수신되면, 광 수신부에 수신된 복수의 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 주행 방향을 결정하는 것은, 복수의 파티클들을 동일한 가중치로 재선정하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 주행 방향을 결정하는 것은, 수신한 광을 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 주행 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 주행 방향을 결정하는 것은, 수신한 광을 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함하는 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 주행 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 결정된 주행 방향에 따라 주행하는 것은, 주행 중 장애물을 감지하고, 장애물의 위치와 결정된 주행 방향에 따라 이동 로봇의 본체가 장애물의 외곽선을 추종하도록 주행하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 결정된 주행 방향에 따라 주행하는 것은, 본체의 우측이 장애물을 향하도록 주행하는 것과, 본체의 좌측이 장애물을 향하도록 주행하는 것 중 하나로 주행하는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 이동 로봇 및 그 제어 방법에 따르면 이동 로봇의 수동 조작 시 보다 직관적인 조작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 장애물이 있는 환경에서 장애물 회피를 자동으로 수행하도록 함으로써 사용자에게 조작 편의성을 제공할 수 있다.
또한, 원격 장치로부터 송신되는 발신광의 크기가 큰 경우에도 사용자가 지시하는 방향으로 직진 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 청소 로봇과 원격 장치의 동작을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 청소 로봇이 청소 공간을 주행하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 원격 장치의 제어 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 원격 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 원격 장치에 포함된 광 발신부를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 원격 장치가 청소 영역에 광을 조사하여 생성되는 광 스팟을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 원격 장치가 생성하는 광 스팟의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 제어 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 내부를 도시한 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 저면을 도시한 도면이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 원격 장치가 발신한 적외선을 감지할 수 있는 적외선 감지 영역의 일 예를 도시한 도면이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 복수의 적외선 수신기가 원격 장치로부터 출사된 광을 수신하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 17은 메인 프로세서의 연산 동작을 기능적으로 구분한 제어 블록도이다.
도 18 내지 23은 파티클 필터 기법에 의한 청소 로봇의 주행 방향 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 드래그 주행의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 25 내지 도 27은 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 광 스팟을 추종하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 28은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 29는 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 노이즈 환경에서 주행 방향을 추정하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 30은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 충돌 회피 주행의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 31은 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 장애물의 위치를 검출하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 32는 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 장애물의 외곽선을 추종하는 일 예를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 이동 로봇 및 그 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 개시된 발명에 따른 이동 로봇은 그 대표적인 예인 청소 로봇을 가정하여 설명하기로 한다. 다만 이동 로봇의 예가 후술하는 청소 로봇에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 이동 로봇의 한 예인 청소 로봇과 원격 장치의 동작을 간략하게 도시한 도면이고, 도 2 내지 도 4는 청소 로봇이 청소 공간을 주행하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 일 실시 예에 따른 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 동작을 간략하게 설명한다.
청소 로봇(100)은 청소 영역을 주행하며 청소 영역을 청소하며, 원격 장치(200)는 사용자로부터 청소 로봇(100)에 대한 제어 명령을 입력 받고 입력 받은 제어 명령을 청소 로봇(100)에 전달할 수 있다. 구체적으로, 원격 장치(100)는 사용자가 입력한 제어 명령에 따라 광을 변조하고, 변조된 광을 발신할 수 있다. 원격 장치(200)는 청소 로봇(100)에 제어 명령을 전달하기 위해 다양한 형태의 광을 발신할 수 있으며, 이하 원격 장치(200)가 청소 로봇(100)에 발신하는 광의 형태가 적외선 광인 경우를 전제로 설명한다.
사용자는 원격 장치(100)를 통하여 청소 로봇(100)에 제어 명령을 입력할 수 있을 뿐만 아니라 원격 장치(100)를 통하여 청소 로봇(100)이 이동할 위치를 지시할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 드래그 명령을 입력하면, 원격 장치(200)는 드래그 명령에 따라 적외선을 변조한 이후 변조된 적외선을 발신할 수 있다. 청소 로봇(100)은 변조된 적외선을 수신한 후 복조(復調, demodulation) 함으로써 사용자의 드래그 명령을 입력 받을 수 있다. 드래그 명령이 입력되면 청소 로봇(100)은 변조된 적외선이 수신되는 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 사용자가 원격 장치(100)을 이용하여 지시하는 위치를 추종할 수 있다. 이와 같이 원격 장치(200)에 의하여 발신된 적외선은 청소 로봇(100)에 제어 명령을 전달할 뿐만 아니라 사용자가 지시하는 위치를 청소 로봇(100)에 제공할 수 있다. 이하 본 명세서에서, 청소 로봇(100) 사용자가 가리키는 위치를 향하여 이동하며 청소를 수행하는 방식을 포인트 클리닝 방식이라 지칭할 수 있다.
실시 예에 따라 원격 장치(100)는 원격 장치(100)가 가리키는 위치를 사용자에게 표시하기 위하여 가시광선을 발신할 수 있다. 사용자는 원격 장치(100)를 이용하여 청소 로봇(100)을 이동시키고자 하는 위치를 지시할 수 있으며, 원격 장치(100)는 사용자가 지시하는 위치를 향하여 가시광선을 발신할 수 있다.
원격 장치(200)에 의하여 발신된 가시광선 및 적외선은 도 1에 도시된 바와 같이 청소 바닥에 투영되어 광 스팟(LS)을 형성할 수 있으며, 사용자와 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)을 통하여 원격 장치(100)가 가리키는 위치를 인식할 수 있다.
사용자가 원격 장치(200)를 통하여 가리키는 위치를 변경하면, 청소 로봇(100)은 원격 장치(200)가 가리키는 위치를 재검출하고, 재검출된 위치를 향하여 이동할 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 원격 장치(200)에 의하여 가리켜지는 위치, 즉 광 스팟(LS)을 추종하기 위한 드래그 주행을 수행할 수 있다.
청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 추종 중에 주행 경로 상에 장애물(O)이 감지되면, 장애물(O)과의 충돌을 회피하기 위한 외곽선 추종 주행을 수행할 수 있다.
예를 들어, 청소 로봇(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)을 추종하는 드래그 주행을 수행할 수 있다. 구체적으로 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치를 검출하고, 검출된 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 전방에 위치하도록 이동할 수 있다.
또한, 청소 로봇(100)은 드래그 주행 중에 주행 경로 상의 장애물(O)을 검색할 수 있다. 예를 들어, 청소 로봇(100)은 주행 경로 상에 장애물(O)이 발견되면, 도 3에 도시된 바와 같이 장애물(O)과의 충돌을 회피하기 위하여 장애물(O)의 외곽선을 추종 주행할 수 있다.
또한, 청소 로봇(100)은 외곽선 추종 주행 중에 광 스팟(LS)의 위치가 장애물(O)로부터 멀어지는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치가 장애물(O)로부터 멀어지면, 도 4에 도시된 바와 같이 장애물(O)의 외곽선 추종을 중단하고, 광 스팟(LS)을 추종하는 드래그 동작을 수행할 수 있다.
이상에서는 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 동작을 간략하게 설명하였다.
이하에서는 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
도 5는 일 실시 예에 의한 원격 장치의 제어 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 원격 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 원격 장치(200)는 사용자로부터 제어 명령을 입력 받는 입력부(220), 가시광선과 적외선을 발신하는 광 발신부(290), 및 사용자의 제어 명령에 따라 가시광선 및 적외선이 발신되도록 광 발신부(290)를 제어하는 원격 장치 제어부(210)를 포함한다.
입력부(220)는 원격 장치(200)의 외관을 형성하는 본체(201)의 상면에 마련될 수 있으며, 사용자로부터 제어 명령을 입력 받을 수 있다.
입력부(220)는 청소 로봇(100)을 온/오프시키는 전원 버튼(221), 전원의 충전을 위하여 청소 로봇(100)을 충전 스테이션(미도시)으로 복귀시키는 복귀 버튼(222), 청소 로봇(100)를 동작시키거나 정지시키는 동작/정지 버튼(223), 청소 로봇(100)의 청소 모드를 선택하기 위한 복수의 청소 모드 버튼(224) 등을 포함할 수 있다. 특히, 입력부(220)은 사용자가 지시하는 이동 경로를 따라 청소 로봇(100)을 이동시키기 위한 드래그 명령을 입력하는 드래그 버튼(225)를 포함할 수 있다.
입력부(220)에 포함된 각각의 버튼은 사용자의 가압을 감지하는 푸시 스위치(push switch), 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch)를 채용할 수 있다.
한편, 실시 예에 따라 원격 장치(200)는 사용자가 입력한 제어 명령에 따른 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이 또는 사용자로부터 제어 명령을 입력 받고 입력된 제어 명령에 따른 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 터치 스크린을 더 포함할 수 있다.
광 발신부(290)는 사용자가 입력한 제어 명령에 따라 적외선을 변조하고, 변조된 적외선을 발신한다. 예를 들어, 광 발신부(290)는 제1 적외선 펄스와 제2 적외선 펄스를 제어 명령에 따라 정해진 순서로 발신할 수 있다.
이와 함께, 광 발신부(290)는 원격 장치(100)가 가리키는 위치를 표시하도록 가시광선을 발신할 수 있다. 사용자는 원격 장치(100)를 이용해 청소 로봇(100)을 이동시키고자 하는 위치를 지정할 수 있으며, 원격 장치(100)는 사용자가 지정하는 위치를 표시하도록 가시광선을 발신할 수 있다.
광 발신부(290)는 사용자가 인지할 수 있는 가시광선을 발신하는 가시광선 발신기(291), 청소 로봇(200)이 인지할 수 있는 적외선을 발신하는 적외선 발신기(293) 및 적외선 발신기(293)에 의하여 발신될 적외선을 변조하는 적외선 변조기(295)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라 광 발신부(290)가 발신하는 적외선은 사용자가 입력한 제어 명령에 의하여 변조될 수 있다. 예를 들어, 광 발신부(290)는 사용자가 입력한 제어 명령에 따라 펄스 폭이 변조된 펄스 형태의 적외선을 발신할 수 있다. 광 발신부(290)의 구성 및 동작에 대해 관련 부분에서 더욱 자세하게 설명하도록 한다.
원격 장치 제어부(210)는 원격 장치(200)의 동작을 총괄 제어한다. 구체적으로, 원격 장치 제어부(210)는 사용자가 입력한 제어 명령에 따라 변조된 적외선을 발신하도록 광 발신부(290)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 원격 장치 제어부(210)는 사용자가 드래그 명령을 입력하면 가시광선과 드래그 명령에 따라 변조된 적외선을 발신하도록 광 발신부(290)를 제어할 수 있으며, 사용자가 동작/정지 명령을 입력하면 동작/정지 명령에 따라 변조된 적외선을 발신하도록 광 발신부(290)를 제어할 수 있다.
이와 같은 원격 장치 제어부(210)는 원격 장치(200)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 저장하는 메모리(213)와 메모리(213)에 저장된 제어 프로그램 및 제어 데이터에 따라 연상 동작을 수행하는 마이크로 프로세서(211)를 포함할 수 있다.
메모리(213)는 제어 프로그램 및 제어 데이터를 반영구적으로 저장할 수 있는 플래시 메모리(fresh memory), EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 등의 비휘발성 메모리와 제어 프로그램 및 제어 데이터를 임시로 기억하는 S램(Static Random Access Memory), D램(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
마이크로 프로세서(211)는 메모리(213)에 저장된 제어 프로그램 및 제어 데이터에 따라 연산 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 마이크로 프로세서(211)는 입력부(220)로부터 수신되는 전기적 신호를 처리하고, 처리에 결과에 따라 광 발신부(290)로 제어 신호를 출력할 수 있다. 아래에서 설명할 원격 장치(200)의 동작은 원격 장치 제어부(210)의 제어 동작에 의하여 수행되는 것으로 볼 수 있다.
이하에서는 광 발신부(290)의 구성에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시 예에 따른 원격 장치에 포함된 광 발신부를 도시한 도면이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 원격 장치가 청소 영역에 광을 조사하여 생성되는 광 스팟을 도시한 도면이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 원격 장치가 생성하는 광 스팟의 예를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 9를 참조하면, 광 발신부(290)는 앞서 설명한 가시광선 발신부(291), 적외선 발신기(293) 및 적외선 변조기(295)과 함께, 집광판(299a, 299b), 렌즈 모듈(297)을 더 포함할 수 있다.
가시광선 발신부(291)는 원격 장치 제어부(210)가 출력하는 제어 신호에 따라 가시광선을 발신할 수 있다. 이와 같은 가시광선 발신부(291)는 가시광선을 발신하는 가시광선 발광 다이오드(visible light LED) 또는 가시광선 레이저 다이오드(visible light laser diode)를 채용할 수 있다.
적외선 발신기(293)는 적외선 변조기(295)가 출력하는 변조 신호에 따라 변조된 적외선을 발신한다. 이와 같은 적외선 발신기(293)는 적외선을 발신하는 적외선 발광 다이오드(Infrared ray LED) 또는 적외선 레이저 다이오드(Infrared ray laser diode)를 채용할 수 있다.
적외선 변조기(295)는 사용자가 입력하는 제어 명령에 따라 적외선을 변조하기 위한 변조 신호를 출력한다.
구체적으로, 적외선 변조기(295)는 사용자가 입력하는 제어 명령에 따라 적외선 펄스의 폭을 변조하기 위한 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
적외선 발신기(293)는 데이터 "1"을 전송하기 위하여 제 1 펄스 폭을 갖는 제 1 적외선 펄스를 출력할 수 있으며, 이때 적외선 변조기(295)는 제 1 적외선 펄스가 출력되도록 적외선 발신기(293)에 제1 변조 신호를 전달할 수 있다.
또한, 적외선 발신기(293)는 데이터 "0"을 전송하기 위하여 제2 펄스 폭을 갖는 제2 적외선 펄스를 출력할 수 있으며, 이때 적외선 변조기(295)는 제2 적외선 펄스가 출력되도록 적외선 발신기(293)에 제2 변조 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 제어 명령에 대응하는 신호가 "0100"인 경우, 적외선 변조기(295)는 제2 변조 신호, 제1 변조 신호, 제2 변조 신호, 제2 변조 신호를 순서대로 출력할 수 있다. 적외선의 변조 방식이 펄스 폭 변조에 한정되는 것은 아니며, 적외선의 세기 또는 주파수가 변조될 수 있음은 물론이다.
반사판(299a, 299b)은 가시광선 발신부(291)가 발신한 가시광선이 집중되도록 가시광선을 반사시키는 제1 반사판(299a)과 적외선 발신기(293)가 발신한 적외선이 집중되도록 적외선을 반사시키는 제2 반사판(299b)을 포함할 수 있다.
반사판(299a, 295b)은 가시광선 및 적외선을 집중시키기 위하여 단면이 포물선 형태가 되도록 빗면이 볼록한 원뿔 형태로 형성될 수 있으며, 실시 예에 따라 가시광선 및 적외선의 반사 효율이 좋은 금속 재질로 마련될 수 있다.
렌즈 모듈(297)은 가시광선 발신부(291)가 발신한 가시광선이 집중되도록 가시광선을 굴절시키는 제1 렌즈(297a)와 적외선 발신기(293)가 발신한 적외선이 집중되도록 적외선을 굴절시키는 제2 렌즈(297b)를 포함할 수 있다. 각각의 렌즈 모듈(297)은 입사된 광을 집중시켜 출력하는 볼록 렌즈를 채용할 수 있다.
이와 같은 반사판(299a, 299b) 및 렌즈 모듈(297)에 의하여 가시광선 발신부(291)가 발신한 가시광선은 빔 형태의 가시광선이 되고, 적외선 발신기(293)가 발신한 적외선은 빔 형태의 적외선이 될 수 있다.
광 발신부(290)가 청소 영역의 바닥을 향하여 가시광선과 적외선을 조사하면, 조사된 가시광선과 적외선은 청소 영역의 바닥에 투영될 수 있으며, 그 결과 청소 영역의 바닥에는 도 8에 도시된 바와 같이 가시광선 스팟(VR)과 적외선 스팟(IR)이 형성될 수 있다.
사용자는 가시광선 스팟(VL)을 통하여 원격 장치(200)가 지시하는 위치를 인지할 수 있으며, 청소 로봇(100)은 적외선 스팟(IR)을 통하여 원격 장치(200)가 지시하는 위치를 인지할 수 있다.
또한, 원격 장치(200)의 광 발신부(290)가 발신하는 적외선은 사용자의 제어 명령에 의하여 변조되며, 청소 로봇(100)은 변조된 적외선을 복조하여 사용자의 제어 명령을 인식할 수 있다.
이와 같이 원격 장치(200)가 발신하는 적외선은 사용자의 제어 명령에 관한 정보와 사용자가 가리키는 위치 정보를 포함하고 있어, 원격 장치(200)는 적외선을 이용하여 2가지 정보를 동시에 청소 로봇(100)에 전송할 수 있다. 그 결과, 사용자의 제어 명령을 전송하기 위한 적외선 발신기와 사용자가 가리키는 위치를 나타내기 위한 적외선 발신기를 별로도 마련하지 않을 수 있다.
또한, 사용자가 인지하는 위치와 청소 로봇(100)이 인지하는 위치가 동일하도록 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)을 서로 중첩시킬 수 있으며, 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)이 서로 중첩되어 광 스팟(LS)을 형성할 수 있다.
실시 예에 따라 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)이 최대로 중첩되도록 제1 렌즈(297a)와 제2 렌즈(297b)의 크기(R), 제1 렌즈(297a)와 가시광선 발신기(291) 사이의 거리(d1) 및 제2 렌즈(297b)와 적외선 발신기(293)의 사이의 거리(d2)가 조절될 수 있다.
예를 들어, 제1 렌즈(297a)와 제2 렌즈(297b)의 크기(R)가 커질수록 광이 더욱 집중되어 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)이 밝아지는 반면, 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)의 크기가 작아질 수 있다.
또한, 제1 렌즈(297a)와 가시광선 발신기(291) 사이의 거리(d1) 및 제2 렌즈(297b)와 적외선 발신기(293)의 사이의 거리(d2)가 멀어질수록 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)이 더욱 밝아지는 반면, 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)의 크기가 작아질 수 있다.
이에, 적절한 밝기와 크기를 가지는 광 스팟이 형성되도록 렌즈 모듈(297)의 직경 및, 렌즈 모듈(297)과 가시광선 발신기(291) 또는 적외선 발신기(293)와의 거리를 조절함이 바람직하다. 실시 예에 따라 제1 렌즈(297a) 및 제2 렌즈(297b)의 직경(R)은 15mm 이하로 조절할 수 있으며, 제1 렌즈(297a)와 가시광선 발신기(291) 사이의 거리(d1)는 30mm 이하로 조절할 수 있으며, 제2 렌즈(297b)와 적외선 발신기(293) 사이의 거리(d2)는 40mm 이하로 조절할 수 있다. 가시광선의 파장과 적외선의 파장이 서로 상이한 바, 제1 렌즈(297a)와 가시광선 발신기(291) 사이의 거리(d1)와 제2 렌즈(297b)와 적외선 발신기(293) 사이의 거리(d2)는 서로 다르게 형성될 수 있다.
한편, 가시광선 스팟(VL)과 적외선 스팟(IR)이 서로 중첩되는 비율을 높이기 위해, 제1 렌즈(297a)의 중심과 제2 렌즈(297b)의 중심 사이의 거리(D)를 조절할 수도 있다. 실시 예에 따라 제1 렌즈(297a)와 제2 렌즈(297b)의 크기(R), 제1 렌즈(297a)와 가시광선 발신기(291) 사이의 거리(d1) 및 제2 렌즈(297b)와 적외선 발신기(293)의 사이의 거리(d2)를 전술한 바와 같이 설정한 경우, 제1 렌즈(297a)의 중심과 제2 렌즈(297b)의 중심 사이의 거리(D)는 20mm 이하로 조절할 수 있다.
한편, 실시 예에 따라 원격 장치(200)가 가리키는 위치를 사용자가 명확하게 인지할 수 있도록 하기 위해 광 스팟(LS)은 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 사용자는 가시광선 스팟(VL)을 통하여 원격 장치(200)가 가리키는 위치를 인지하는 바, 가시광선 스팟(VL)이 다양한 형태를 갖도록 할 수 있다. 이를 위해, 도 9에 도시된 광 스팟(LS)의 모양에 대응되는 패턴을 제1 렌즈(297a)에 형성하거나, 도 9에 도시된 광 스팟(LS)의 모양에 대응되는 불투명 패턴이 형성된 광학 부재(미도시)를 제1 렌즈(297a)와 가시광선 발신기(291) 사이에 마련할 수 있다.
이상에서는 원격 장치(200)의 구성 및 동작에 대해 설명하였다.
다음으로, 청소 로봇(100)의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
도 10은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 제어 구성을 도시한 도면이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 도면이고, 도 12 및 도 13은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 내부를 도시한 도면이고, 도 14는 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 저면을 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 14를 참조하면, 청소 로봇(100)은 메인 바디(101)와 서브 바디(103)로 구성될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 메인 바디(101)는 대략 반원기둥의 형태를 가질 수 있고, 서브 바디(103)는 직육면체의 형태를 가질 수 있다.
이러한 메인 바디(101) 및 서브 바디(103)의 내부 및 외부에는 청소 로봇(100)의 기능을 실현하기 위한 구성 부품이 마련될 수 있다.
구체적으로, 청소 로봇(100)은 사용자와 상호 작용하는 유저 인터페이스(120), 청소 로봇(100) 주변의 영상을 획득하는 영상 획득부(130), 장애물(O)을 감지하는 장애물 감지부(140), 청소 로봇(100)을 이동시키는 주행부(160), 청소 공간을 청소하는 청소부(170), 프로그램과 각종 데이터를 저장하는 저장부(180), 원격 장치(200)가 발신한 적외선을 수신하는 광 수신부(190) 및 청소 로봇(100)의 동작을 총괄 제어하는 로봇 제어부(110)를 포함할 수 있다.
유저 인터페이스(120)는 도 11에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 메인 바디(101) 상면에 마련될 수 있으며, 사용자로부터 제어 명령을 입력받는 입력부(121)와 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이(123)를 포함할 수 있다.
입력부(121)는 청소 로봇(100)을 온/오프 시키는 전원 버튼(121a)과, 청소 로봇(100)을 동작시키거나 정지시키는 동작/정지 버튼(121b), 청소 로봇(100)을 충전 스테이션(미도시)으로 복귀시키는 복귀 버튼(121c) 등을 포함할 수 있다.
입력부(121)에 포함된 각각의 버튼은 사용자의 가압을 감지하는 푸시 스위치(push switch), 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch)를 채용할 수 있다.
디스플레이(123)는 사용자가 입력한 제어 명령에 대응하여 청소 로봇(100)의 정보를 표시한다, 예를 들어, 디스플레이(123)는 청소 로봇(100)의 동작 상태, 전원의 상태, 사용자가 선택한 청소 모드, 충전 스테이션으로의 복귀 여부 등을 표시할 수 있다.
디스플레이(123)는 자체 발광이 가능한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)와 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 또는 별도의 발원을 구비하는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display) 등을 채용할 수 있다.
실시 형태에 따라 유저 인터페이스(120)는 사용자로부터 제어 명령을 입력받고, 입력받은 제어 명령에 대응하는 동작 정보를 표시하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel:TSP)을 채용할 수 있다. 이러한 터치 스크린 패널은 동작 정보 및 사용자가 입력할 수 있는 제어 명령을 표시하는 디스플레이, 사용자의 신체 일부가 접촉한 좌표를 검출하는 터치 패널(touch panel), 터치 패널이 검출한 접촉 좌표를 기초로 사용자가 입력한 제여 명령을 판단하는 터치 스크린 컨트롤러를 포함할 수 있다.
영상 획득부(130)는 청소 로봇(100) 주변의 영상을 획득하는 카메라 모듈(131)을 포함할 수 있다.
카메라 모듈(131)은 청소 로봇(100)에 포함된 서브 바디(103)의 상면에 마련될 수 있으며, 청소 로봇(100)의 상방으로부터 발산된 광을 집중시키는 렌즈, 광을 전기적 신호로 변환하는 영상 센서(image sensor)를 포함할 수 있다. 이러한 영상 센서는 CMOS(ComplementRRy Metal Oxide Semiconductor) 센서 또는 CCD(ChRRge coupled device) 센서를 채용할 수 있다.
카메라 모듈(131)은 청소 로봇(100) 주변의 영상을 로봇 제어부(110)가 처리할 수 있는 전기적 신호로 변환하고, 상방 영상에 대응하는 전기적 신호를 로봇 제어부(110)에 전달할 수 있다. 영상 획득부(130)가 제공한 영상은 로봇 제어부(110)가 청소 로봇(100)의 위치를 검출하는데 이용할 수 있다.
장애물 감지부(140)는 청소 로봇(100)의 이동을 방해하는 장애물(O)을 감지할 수 있다. 여기서, 장애물(O)이란 청소 공간의 바닥으로부터 돌출되어 청소 로봇(100)의 이동을 방해하는 모든 것을 의미하며, 테이블, 쇼파 등의 가구뿐만 아니라 청소 공간을 구획하는 벽면을 포함하는 개념일 수 있다.
장애물 감지부(140)는 청소 로봇(100)의 전방을 향하여 광을 발신하는 광 발신 모듈(141), 장애물(O) 등으로부터 반사된 광을 수신하는 광 수신 모듈(143), 청소 로봇(100)의 측면을 향하여 광을 발신하고 장애물(O)로부터 반사되는 광을 수신하는 광 센서 모듈(145)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의한 청소 로봇(100)은 장애물(O)을 감지하기 위하여 적외선 등의 광을 이용할 수 있으나, 장애물(O)을 감지하는 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 초음파 또는 전파 등을 이용할 수 있음은 물론이다.
광 발신 모듈(141)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 광을 발신하는 광원(141a)과 발신된 광을 청소 바닥과 평행한 방향으로 확산시키는 광각 렌즈(141b)를 포함할 수 있다.
광원(141a)은 광 광을 여러 방향으로 발산하는 엘이디(Light Emitting Diode: LED) 또는 레이저(Light Amplification by Simulated Emission of Radiation: LASER) 다이오드를 채용할 수 있다.
광각 렌즈(141b)는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 마련될 수 있으며, 굴절 또는 전반사를 이용하여 광원(141a)으로부터 발산된 광을 청소 바닥과 평행한 방향으로 확산시킨다. 광각 렌즈(141b)로 인하여 광 발신 모듈(141)로부터 발신된 광은 청소 로봇(100)의 전방을 향하여 부채꼴 형태로 확산될 수 있다.(이하, 청소 바닥과 평행한 방향으로 확산되어 부채꼴 형태를 갖는 광을 평면광이라 한다.)
장애물 감지부(140)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 복수 개의 광 발신 모듈(141)을 포함할 수 있다. 이는 광 발신 모듈(141)에 의하여 발신된 평면광이 도달하지 않는 부분을 최소로 하기 위함이다.
광 수신 모듈(143)은 장애물(O)로부터 반사된 광을 집중시키는 반사 미러(143a), 반사 미러(143a)에 의하여 반사된 광을 수신하는 영상 센서(143b)를 포함할 수 있다.
반사 미러(143a)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 영상 센서(143b) 위에 마련될 수 있으며, 꼭지점이 영상 센서(143b)를 향하는 원뿔 형태를 가질 수 있다. 반사 미러(143a)는 장애물(O)로부터 반사된 반사광을 영상 센서(143b)를 향해 반사시킬 수 있다.
영상 센서(143b)는 반사 미러(143a)의 아래에 마련될 수 있으며, 반사 미러(143a)에 의하여 반사된 광을 수신할 수 있다. 구체적으로, 영상 센서(143a)는 장애물(O)에 반사된 반사광에 의하여 반사 미러(143a)에 맺히는 2차원 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 영상 센서(143b)는 광 센서가 2차원으로 배열된 2차원 영상 센서로 구성될 수 있다.
영상 센서(143b)는 CMOS(ComplementRRy Metal Oxide Semiconductor) 센서 또는 CCD(ChRRge coupled device) 센서를 채용할 수 있으나, 영상 센서(143b)의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
광 센서 모듈(145)은 청소 로봇(100)의 좌측을 향하여 비스듬하게 광을 발신하고 장애물(O)로부터 반사되는 광을 수신하는 좌측 광 센서 모듈(145a) 및 청소 로봇(100)의 우측을 향하여 비스듬하게 광을 발신하고 장애물(O)로부터 반사되는 광을 수신하는 우측 광 센서 모듈(145b)를 포함할 수 있다.
광 센서 모듈(145)은 주로 청소 로봇(100)의 전방에 위치하는 장애물(O)을 감지하기 위한 광 발신 모듈(141)과 광 수신 모듈(143)을 보조하는 구성이며, 실시 예에 따라 장애물 감지부(140)는 광 센서 모듈(145)을 포함하지 않을 수 있다.
광 센서 모듈(145)은 장애물(O)의 검출뿐만 아니라, 청소 로봇(100)의 주행에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 청소 로봇(100)이 장애물(O)과 일정한 거리를 유지하며 주행하는 장애물 외곽선 추종 주행의 경우, 광 센서 모듈(145)은 청소 로봇(100)의 측면과 장애물(O) 사이의 거리를 검출하고, 로봇 제어부(110)는 광 센서 모듈(145)의 검출 결과를 기초로 청소 로봇(100)이 장애물(O)과 일정한 거리를 유지하도록 주행부(160)를 제어할 수 있다.
주행부(160)는 청소 로봇(100)을 이동시키는 구성으로, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이 바퀴 구동 모터(161), 주행 바퀴(163) 및 캐스터 바퀴(165)를 포함할 수 있다.
주행 바퀴(163)는 메인 바디(101) 저면의 양단에 마련될 수 있으며, 청소 로봇(100)의 전방을 기준으로 청소 로봇(100)의 좌측에 마련되는 좌측 주행 바퀴(163a)와 청소 로봇(100)의 우측에 마련되는 우측 주행 바퀴(163b)를 포함할 수 있다.
주행 바퀴(163)는 바퀴 구동 모터(161)로부터 회전력을 제공받아 청소 로봇(100)을 이동시킬 수 있다. 바퀴 구동 모터(161)는 주행 바퀴(163)를 회전시키는 회전력을 생성하며, 좌측 주행 바퀴(163a)를 회전시키는 좌측 구동 모터(161a)와 우측 주행 바퀴(163b)를 회전시키는 우측 구동 모터(161b)를 포함할 수 있다.
좌측 구동 모터(161a)와 우측 구동 모터(161b)는 각각 로봇 제어부(110)로부터 구동 제어 신호를 수신하여 독립적으로 동작할 수 있다.
좌측 구동 모터(161a)와 우측 구동 모터(161b)가 독립적으로 동작 가능한 바 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)는 서로 독립적으로 회전할 수 있으며, 따라서 청소 로봇(100)은 전진 주행, 후진 주행, 회전 주행 및 제자리 회전 등 다양한 주행이 가능할 수 있다.
예를 들어, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제1 방향으로 회전하면 청소 로봇(100)은 전방으로 직선 주행(전진)할 수 있으며, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제2 방향으로 회전하면 본체(101)는 후방으로 직선 주행(후진)할 수 있다.
또한, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 같은 방향으로 회전하되, 서로 다른 속도로 회전하면 청소 로봇(100)은 우측 또는 좌측으로 회전 주행하며. 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 서로 다른 방향으로 회전하면 청소 로봇(100)은 제자리에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
캐스터 바퀴(165)는 메인 바디(101)의 저면에 설치되어 청소 로봇(100) 이 안정된 자세를 유지한 채 주행할 수 있도록 한다.
주행부(160)는 전술한 구성 외에도 로봇 제어부(110)의 제어 신호에 따라 바퀴 구동 모터(161)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시)와, 바퀴 구동 모터(161)의 회전력을 주행 바퀴(163)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)과, 바퀴 구동 모터(161) 또는 주행 바퀴(163)의 회전 변위 및 회전 속도를 검출하는 회전 감지 센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
청소부(170)는 청소 영역의 바닥의 먼지를 비산시키는 드럼 브러시(173), 드럼 브러시(173)를 회전시키는 브러시 구동 모터(171), 비산된 먼지를 흡입하는 먼지 흡입 팬(177), 먼지 흡입 팬(177)을 회전시키는 먼지 흡입 모터(175) 및 흡입된 먼지를 저장하는 먼지함(179)을 포함할 수 있다.
드럼 브러시(173)는 도 14에 도시된 바와 같이 서브 바디(103)의 저면에 형성된 먼지 흡입구(105)에 마련되며, 서브 바디(103)의 청소 바닥과 수평하게 마련된 회전축을 중심으로 회전하면서 청소 바닥의 먼지를 먼지 흡입구(105)를 내부로 비산시킨다.
브러시 구동 모터(171)는 드럼 브러시(173)에 인접하게 마련되어 로봇 제어부(110)의 청소 제어 신호에 따라 드럼 브러시(173)를 회전시킨다.
도면에는 도시되지 않았으나, 청소부(170)는 로봇 제어부(110)의 제어 신호에 따라 브러시 구동 모터(171)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 브러시 구동 모터(171)의 회전력을 드럼 브러시(173)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지 흡입 팬(177)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 메인 바디(101)에 마련되어, 드럼 브러시(173)에 의하여 비산된 먼지를 먼지함(179)으로 흡입한다.
먼지 흡입 모터(175)는 먼지 흡입 팬(177)과 인접한 위치에 마련되며, 로봇제어부(110)의 제어 신호에 의하여 먼지 흡입 팬(177)을 회전시킨다.
도면에는 도시되지 않았으나, 청소부(170)는 로봇 제어부(110)의 제어 신호에 따라 먼지 흡입 모터(175)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 먼지 흡입 모터(175)의 회전력을 먼지 흡입 팬(177)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지함(179)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 메인 바디(101)에 마련되며, 먼지 흡입 팬(177)에 의하여 흡입된 먼지를 저장할 수 있다.
저장부(180)는 청소 로봇(100)을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터, 청소 로봇(100)이 주행 중에 획득한 청소 공간의 맵 정보 등을 저장할 수 있다.
저장부(180)는 아래에서 설명할 로봇 제어부(110)에 포함된 메모리(115)를 보조하는 보조 기억 장치로서 동작할 수 있으며, 청소 로봇(100)이 전원이 차단되더라도 저장된 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있다. 이와 같은 저장부(180)는 반도체 소자에 데이터를 저장하는 반도체 소자 드라이브(181), 자기 디스크에 데이터를 저장하는 자기 디스크 드라이브(183) 등을 포함할 수 있다.
광 수신부(190)는 원격 장치(200)가 발신한 적외선을 수신하는 복수의 적외선 수신기(191: 191a, 191b, 191c, 191d, 191e, 191f)와 복수의 적외선 수신기(191a~191f)가 수신한 적외선을 복조 하여 사용자의 제어 명령을 획득하는 적외선 복조기(193)를 포함한다.
복수의 적외선 수신기(191a~191f)는 좌측 후방에 마련된 좌측 후방 적외선 수신기(191a), 좌측에 마련되는 좌측 적외선 수신기(191b), 좌측 전방에 마련되는 좌측 전방 적외선 수신기(191c), 우측 전방에 마련되는 우측 전방 적외선 수신기(191d), 우측에 마련되는 우측 적외선 수신기(191e) 및 우측 후방에 마련되는 우측 후방 적외선 수신기(191f)를 포함할 수 있다. 복수의 적외선 수신기의 개수 및 설치 예가 도 12 및 도 13에 도시한 바에 의해 한정되는 것은 아니다.
복수의 적외선 수신기(191a~191f)는 청소 로봇(100) 본체(101)의 외곽을 따라 마련되어 사방으로부터 전파되는 적외선을 수신할 수 있으며, 청소 로봇(100)은 복수의 적외선 수신기(191a~191f) 가운데 원격 장치(200)가 발신한 적외선을 수신하는 적외선 수신기의 위치에 따라 원격 장치(200)가 가리키는 위치(광 스팟의 위치)를 판단할 수 있다.
도 15는 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 원격 장치가 발신한 적외선을 감지할 수 있는 적외선 감지 영역의 일 예를 도시한 도면이고, 도 16은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 복수의 적외선 수신기가 원격 장치로부터 출사된 광을 수신하는 일 예를 도시한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 사용자가 원격 장치(200)를 이용하여 청소 로봇(100)을 이동시키는 경우, 원격 장치(200)는 청소 로봇(100)이 이동할 위치를 향하여 적외선을 발신하고, 청소 로봇(100)은 원격 장치(200)가 가리키는 청소 바닥에서 반사되는 적외선을 수신한다.
반사되는 적외선은 원격 장치(200)로부터 직접 발신된 적외선에 비하여 전파 거리가 짧기 때문에 청소 로봇(100)은 도 15에 도시된 바와 같은 적외선 수신 영역(RR) 안에서 반사되는 적외선을 수신할 수 있으며, 적외선 수신 영역(RR) 밖에서 반사되는 적외선은 수신할 수 없다.
구체적으로, 광 스팟(LS)이 적외선 수신 영역(RR) 내에 위치하는 경우, 청소 로봇(100)은 사용자의 제어 명령을 수신할 수 있고 광 스팟(LS)의 위치를 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)은 적외선 수신 영역(RR) 내에 위치하는 제 1 광 스팟(LS1)은 검출할 수 있으나, 적외선 수신 영역(RR) 밖에 위치하는 제 2 광 스팟(LS2)은 검출할 수 없다.
한편 실시 예에 따라 청소 로봇(100)의 적외선 수신 영역(RR)을 넓게 설계하여 청소 로봇(100)과 원격 장치(200) 간의 인식 거리를 증가시킬 수 있으며, 청소 로봇(100)과 원격 장치(200) 간의 인식 거리가 증가함에 따라 원격 장치(200)로부터 발신된 적외선에 의한 빛 번짐 현상에 의해 청소 로봇(100)의 이동 방향 추정 시 노이즈가 발생할 수 있다. 이하, 사용자의 의도와 무관하게 청소 로봇(100)에 입사되는 적외선은 노이즈라 지칭될 수 있다.
도 16에 도시된 바를 참조하면, 원격 장치(200)로부터 출력된 적외선은 청소 로봇(100)의 적외선 수신 영역(RR) 안으로 입사되어 적외선 수신 영역(RR) 내에 광 스팟(LS)을 형성할 수 있으며, 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)에서 반사되는 적외선을 수신할 수 있다. 한편, 원격 장치(200)로부터 출력된 적외선 중 일부의 적외선은 청소 로봇(100)에 설치된 복수의 적외선 수신기(191a~191f) 중 적어도 하나의 적외선 수신기로 입사되어 노이즈를 발생시킬 수 있다.
개시된 발명에 따른 청소 로봇(100)은 확률기반 필터링 방식을 채용하여 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 인식 거리 증가에 따라 발생하는 노이즈를 최소화 하고자 하며, 확률기반 필터링 방식에 대해 관련 부분에서 후술한다.
적외선 복조기(193)는 적외선 수신기(191)가 수신한 적외선을 복조 한다. 원격 장치(200)의 적외선 변조기(295)는 사용자의 제어 명령에 따라 적외선을 변조할 수 있으며, 청소 로봇(100)의 적외선 복조기(193)는 원격 장치(200)가 변조한 적외선을 복조하고 사용자의 제어 명령을 획득할 수 있다. 또한, 적외선 복조기(193)는 획득한 제어 명령을 로봇 제어부(110)에 제공할 수 있다.
로봇 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 동작을 총괄 제어한다.
구체적으로, 로봇 제어부(110)는 청소 로봇(100)에 포함된 각종 구성 장치와 로봇 제어부(110) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 인터페이스(117)와, 프로그램 및 데이터를 기억하는 메모리(115)와, 영상 처리를 수행하는 그래픽 프로세서(113)와, 메모리(113)에 기억된 프로그램 및 데이터에 따라 연산 동작을 수행하는 메인 프로세서(111)와, 입출력 인터페이스(117), 메모리(115), 그래픽 프로세서(113) 및 메인 프로세서(111) 사이의 데이터 송수신의 통로가 되는 시스템 버스(119)를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(117)는 영상 획득부(130)로부터 수신된 영상, 장애물 감지부(140)가 감지한 장애물 감지 결과 등을 수신하고, 이를 시스템 버스(119)를 통하여 메인 프로세서(111), 그래픽 프로세서(113), 메모리(115) 등으로 전송한다. 또한, 입출력 인터페이스(117)는 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호를 주행부(160) 또는 청소부(170)에 전달할 수 있다.
메모리(115)는 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 저장부(180)로부터 불러와 기억하거나, 영상 획득부(130)가 획득한 영상 또는 장애물 감지부(140)가 감지한 장애물 감지 결과 등을 임시로 기억할 수 있다.
메모리(115)는 S램, D램 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 다만, 메모리(115)의 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM)　등의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다.
그래픽 프로세서(113)는 영상 획득부(130)가 획득한 영상을 메모리(115) 또는 저장부(180)에 저장할 수 있는 포맷으로 변환하거나, 영상 획득부(130)가 획득한 영상의 해상도 또는 크기를 변경할 수 있다.
또한, 그래픽 프로세서(113)는 장애물 감지부(150)가 획득한 반사광 영상을 메인 프로세서(111)가 처리할 수 있는 포맷으로 변환할 수도 있다.
메인 프로세서(111)는 메모리(115)에 저장된 프로그램 및 데이터에 따라 원격 장치(200)가 가리키는 방향을 추정하기 위한 연산 동작을 수행할 수 있다.
청소 로봇(100)에 제어 명령을 전달하기 위해 원격 장치(200)로부터 출력된 적외선 중 일부 적외선이 청소 로봇(100)에 설치된 복수의 적외선 수신기(191a~191f) 중 적어도 하나의 적외선 수신기로 입사되어 노이즈를 발생시킬 수 있음은 전술한 바와 같다.
본 실시 예에 따른 청소 로봇(100)은 확률기반 필터링 방식을 채용하여 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 인식 거리 증가에 따라 청소 로봇(100)에 수신되는 노이즈를 제거할 수 있다.
이하, 확률기반 필터링 방식은 베이즈 정리(Bayes Theorem)에 기초하여 청소 로봇(100)의 주행 방향을 추정하는 방식을 의미할 수 있다. 베이즈 정리는 사후 확률을 우도(Likelihood)와 사전 확률을 이용하여 계산하는 방식으로, 본 실시 예에 따른 청소 로봇(100)은 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 광을 필터링하여 청소 로봇(100)의 주행 방향을 추정할 수 있다.
베이즈 필터는 가우시안 필터(Gaussian Filter)와 논파라메트릭 필터(Nonparametric Filter)를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 가우시안 필터는 확률 분포를 가우시안의 평균과 분산 파라미터로 표현하는 방식으로, 일 예에 따른 가우시안 필터는 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter) 등을 포함하는 개념일 수 있다. 또한, 논파라메트릭 필터는 확률 분포를 유한한 샘플로 표현하는 방식으로 히스토그람 필터(Histogram Filter)와, 파티클 필터(Particle Filter)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 설명의 편의상 파티클 필터를 예로 들어 설명할 것이나, 개시된 발명에 따른 청소 로봇(100)의 주행 방향 추정 방식의 예가 파티클 필터에 한정되는 것은 아니다.
파티클 필터 기법은 시행 착오(trial and error)에 기반한 시뮬레이션 방식의 하나로 연속적인 몬테카를로 방법(SMC, Sequential Monte Carlo method) 이라고도 한다. 여기서, 몬테카를로 방법(Monte Carlo Method)은 충분히 많은 수의 랜덤 입력 결과를 수집해 함수의 값을 확률적으로 계산하는 방식의 하나이다. 몬테 카를로 방법은 함수의 값을 확률적으로 계산 해 시스템의 특성을 알아낼 수 있다.
메인 프로세서(111)는 파티클 필터 기법에 따라 청소 로봇(100)의 위치 및 방향각에 대한 예측 치를 가진 복수개의 샘플을 추출하고 각 샘플이 실제 청소 로봇(100)의 위치 및 방향각일 확률을 이용해 청소 로봇(100)의 최적의 자세(pose)를 연산할 수 있다. 여기서 자세(pose)는 청소 로봇(100)의 평면 상의 2차원 좌표계의 위치(position) 정보 및 청소 로봇(100)의 정면 방향에 대한 파티클의 방향각 정보를 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 원격 장치(200)가 가리키는 방향을 추정하기 위한 메인 프로세서(111)의 연산 동작에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 17은 메인 프로세서의 연산 동작을 설명하기 위한 제어 블록도 이고, 도 18 내지 23은 파티클 필터 기법에 의한 청소 로봇의 이동 방향을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17에 도시된 바를 참조하면, 메인 프로세서(111)는 파티클을 샘플링하는 샘플링부(111-1), 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 가중치 계산부(111-3) 및 가중치를 기초로 파티클을 재선정하는 리샘플링부(111-5)를 포함할 수 있다.
메인 프로세서(111)는 샘플링부(111-1)를 통해 파티클들을 샘플링하고, 가중치 계산부(111-3)를 통해 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하고, 리샘플링부(111-5)에서 가중치를 기초로 파티클들을 재선정한 후, 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 청소 로봇(100)의 주행 방향을 결정할 수 있다.
구체적으로, 샘플링부(111-1)는 미리 선정된 기준에 따라 청소 로봇(100)이 위치하는 청소 영역의 평면과 평행하는 가상의 평면 상에 청소 로봇(100)의 후보 위치(이하, '파티클(particle)'으로 지칭될 수 있다)를 선정할 수 있다.
파티클의 선정 방식은 아래의 [식 1]과 같이 표시될 수 있다.
[식 1]
x_t^[m] ~ p(x_t l u_t, x_t-1^[m])
여기서 m은 파티클 인덱스를 의미하고, x_t는 청소 로봇(100)의 정면을 기준으로 파티클(P)의 배치 각도를 의미하고, p는 확률 분포를 의미하고, u_t는 제어 입력을 의미하고, x_t-1은 시간이 t-1인 경우 청소 로봇(100)의 정면을 기준으로 파티클(P)의 배치 각도를 의미한다.
[식 1]을 참조하면, 확률 분포 p에 따라 선정되는 파티클들이 다르게 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따른 샘플링부(111-1)는 각각의 파티클(P)들을 중심으로 정해진 분산을 갖는 가우시안 분포(Gaussian distribution)에 따라 파티클들을 샘플링할 수 있다. 가우시안 분포에 따라 파티클을 샘플링할 경우 파티클(P)들이 평균 값 주위로 선정될 확률이 높으며, 여기서 평균 값은 파티클(P)이 현재 추정하는 각도를 의미한다. 한편, [식 1]에서 p는 가우시안 분포를 의미하며, 특별한 제어 입력이 없는 경우 u_t는 0으로 결정될 수 있다.
도 18 및 도 19에 도시된 바를 참조해 샘플링부의 동작에 대해 보다 상세하게 설명한다.
샘플링 과정 초반에 파티클(P)은 도 18에 도시된 바와 같이 분포되어 있을 수 있다. 본 실시 예에 따른 파티클 필터 방식은 샘플링 과정과, 가중치 계산 과정 및 리샘플링 과정이 일정 주기로 반복될 수 있으며, 따라서 도 18에 도시된 바와 같은 파티클(P) 분포는 리샘플링 과정을 거친 후 결정된 파티클(P) 분포일 수 있다. 샘플링부(111-1)는 각각의 파티클(P)들에 대해 가우시안 분포에 따라 파티클(P)들의 위치를 선정할 수 있다.
가중치 계산부(111-3)는 샘플링부(111-1)에서 선정된 각각의 파티클(P)에 대한 가중치를 계산하고, 각각의 파티클(P)에 가중치를 부여할 수 있다. 보다 상세하게, 가중치 계산부(111-3)는 청소 로봇(100)의 정면을 기준으로 적외선 수신기(191)의 배치 각도와, 청소 로봇(100)의 정면을 기준으로 파티클(P)들의 배치 각도 정보를 기초로 파티클(P)들에 대한 가중치를 계산할 수 있다. 가중치 계산부(111-3)는 적외선 수신기(191)의 배치 각도와 파티클(P)들의 배치 각도의 차이를 기초로 각각의 파티클(P)들에 대한 가중치를 계산할 수 있다. 도 20에 도시된 바를 참조하면, 청소 로봇(100)의 정면 방향을 기준으로 적외선 수신기(191)의 배치 각도는 z_t로 정의할 수 있으며, 청소 로봇(100)의 정면 방향을 기준으로 파티클(P)들의 배치 각도는 x_t로 정의될 수 있다.
적외선 수신기(191)의 배치 각도 z_t는 적외선을 수신하는 적외선 수신기(191)의 배치 각도로서, 적외선을 수신하는 적외선 수신기(191)는 단일한 적외선 수신기일 수 있으나 실시 예에 따라 복수 개의 적외선 수신기(191)가 적외선을 수신할 수도 있다. 이하, 복수의 적외선 수신기(191a~191f) 중 적외선 신호를 수신한 적외선 수신기는 도 19에 도시된 바와 같이 내부가 채워진 도트 형태로 표시할 수 있다.
단일한 적외선 수신기 191b에 적외선 신호가 수신될 경우, 각각의 파티클(P)들에 대한 가중치 계산 시 해당 적외선 수신기 191b의 배치 각도 정보가 제공될 수 있다.
복수 개의 적외선 수신기(191a~191f)들에 적외선 신호가 수신될 경우, 가중치 계산부(111-3)에는 복수 개의 적외선 수신기(191a~191f)들의 배치 각도 정보가 제공될 수 있으며, 가중치 계산부(111-3)는 복수 개의 적외선 수신기(191a~191f)들의 배치 각도 정보를 기초로 가상의 적외선 수신기의 배치 각도 정보를 계산할 수 있다.
예를 들어, 적외선 수신기 191a와 적외선 수신기 191b에 동시에 적외선이 수신되는 경우, 적외선 수신기 191a에는 적외선 신호가 연속적으로 수신될 수 있으며, 적외선 수신기 191b에는 적외선 신호가 불연속적으로 수신될 수 있다. 이 경우, 적외선 수신기 191b에는 일정 시간 간격으로 적외선 신호가 수신될 수 있으며, 적외선 신호의 수신 여부는 광 신호 형태로 표시될 수 있다.
적외선 수신기 191b에 제 1 시간 간격으로 적외선 신호가 수신될 경우, 가중치 계산부(111-3)는 청소 로봇(100)의 정면을 기준으로 제 1 각도 거리에 적외선 수신기가 배치된 것으로 결정할 수 있다. 적외선 수신기 191b에 제 2 시간 간격으로 적외선 신호가 수신될 경우, 가중치 계산부(111-3)는 청소 로봇(100)의 정면을 기준으로 제 2 각도 거리에 적외선 수신기가 배치된 것으로 결정할 수 있다. 여기서 제 2 시간은 제 1 시간보다 더 긴 시간을 수 있으며, 이 경우 제 1 각도는 제 2 각도보다 더 작은 각도일 수 있다.
가중치 계산부(111-3)는 전술한 방식으로 결정된 적외선 수신기의 배치 각도 z_t와 파티클(P)들의 배치 각도 x_t 를 기초로 각각의 파티클(P)들에 대한 가중치를 계산할 수 있다. 보다 상세하게, 가중치 계산부(111-3)는 적외선 수신기의 배치 각도 z_t와 파티클(P)들의 배치 각도 x_t의 차이(?A)를 계산할 수 있으며, ?A와 각각의 파티클(P)들에 부여되는 가중치가 서로 반비례하도록 파티클(P)들에 부여되는 가중치를 결정할 수 있다.
예를 들어, 가중치 계산부(111-3)는 적외선 수신기의 배치 각도 z_t와 파티클(P)들의 배치 각도 x_t의 차이가 크면 해당 파티클(P)에 상대적으로 작은 가중치를 부여할 수 있으며, 적외선 수신기의 배치 각도 z_t와 파티클(P)들의 배치 각도 x_t의 차이가 작으면 해당 파티클(P)에 상대적으로 큰 가중치를 부여할 수 있다.
가중치 계산 방식은 아래의 [식 2]와 같이 표시될 수 있다.
[식 2]
w_t^[m] = p(z_t ㅣ x_t^[m])
여기서 m은 파티클 인덱스를 의미하고, x_t는 청소 로봇(100)의 정면 방향 기준으로 파티클(P)의 배치 각도를 의미하고, p는 확률 분포를 의미하고, w_t는 평가된 파티클(P)의 가중치를 의미하고, z_t는 청소 로봇(100)의 정면 방향 기준으로 적외선 신호를 입력 받은 적외선 수신기의 배치 각도를 의미하며, 본 실시 예에서 p는 가우시안 분포를 의미할 수 있다.
리샘플링부(111-5)는 가중치 계산부(111-3)에서 계산된 가중치를 기초로 파티클(P)을 재선정할 수 있다. 구체적으로, 리샘플링부(111-5)는 파티클(P)의 가중치가 편중될 경우(유효 샘플 사이즈(effective sample size)가 작아질 경우를 의미) 파티클(P)을 재 선정할 수 있다. 다시 말해 도 21에 도시된 바와 같이, 확률적으로 가중치가 작은 파티클(P)들은 사라지게 되며, 확률적으로 가중치가 큰 파티클(P)들로 복사되게 된다.
메인 프로세서(111)는 리샘플링부(111-5)에서 최종적으로 살아 남은 파티클(P)들의 배치 각도 x_t 정보의 가중치 평균 값을 계산해 청소 로봇(100)의 주행 방향을 결정할 수 있다. 본 실시 예에서는 도 22에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 주행 방향이 결정될 수 있으며, 결정된 청소 로봇(100)의 주행 방향은 파티클 필터 기법을 기초로 확률적으로 추정된 값일 수 있다.
개시된 발명에 따른 청소 로봇(100)은 전술한 방식에 따라 주행 방향을 추정함으로써 청소 로봇(100) 주위의 전방향(全方向)이 잠정적으로 드래깅 방향으로 결정될 수 있다. 이에, 보다 정밀하게 청소 로봇(100)의 주행 방향을 추정할 수 있으며, 다시 말해 청소 로봇(100)의 분해능이 향상될 수 있다.
또한, 확률 기반 필터링 방식을 적용해 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 인식 거리가 멀어짐에 따라 발생할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다. 따라서, 노이즈 환경에도 청소 로봇(100)의 주행 방향을 정밀하게 추정할 수 있다.
한편, 메인 프로세서(111)는 파티클 초기화부를 더 포함할 수 있다. 다만, 실시 예에 따라 파티클 초기화부는 생략될 수도 있다.
파티클 초기화부는 필요에 따라 파티클(P)을 초기화할 수 있다. 구체적으로, 파티클 초기화부는 도 23에 도시된 바와 같이 각 파티클(P)의 배치 각도가 0 내지 360도 범위 내의 임의의 값을 가지도록 파티클(P)을 재선정 할 수 있다. 이 때 선정된 파티클(P)들은 각각 동일한 가중치를 가지도록 선정될 수 있다.
파티클 초기화부는 청소 로봇(100)의 주행 방향 추정이 시작되는 경우 파티클(P)들을 재선정할 수 있다. 실시 예에 따라 파티클(P)들에 부여된 가중치 분포가 지나치게 편중되어 있는 경우(Effective Sample size, neff가 매우 작을 경우) 등에 파티클(P)들을 재선정할 수 있다. 다만 파티클(P)을 초기화 하는 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
메인 프로세서(111)는 영상 획득부(130) 또는 장애물 감지부(140)의 감지 결과를 처리하거나, 주행부(160) 및 청소부(170)를 제어하기 위한 연산 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 메인 프로세서(111)는 영상 획득부(130)가 획득한 영상을 기초로 청소 로봇(100)의 위치를 산출하거나, 장애물 감지부(150)가 획득한 영상을 기초로 장애물의 방향, 거리 및 크기를 산출할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 장애물(O)의 방향, 거리 및 크기 등에 따라 장애물(O)을 회피할지 또는 장애물(O)과 접촉할지를 판단하기 위한 연산을 수행할 수 있다. 장애물(O)을 회피할 것으로 판단되면 메인 프로세서(111)는 장애물(O)을 회피하기 위한 주행 경로를 산출하고, 장애물(O)과 접촉할 것으로 판단되면 메인 프로세서(111)는 장애물(O)과 청소 로봇(100)을 정렬시키기 위한 주행 경로를 산출할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 산출된 주행 경로를 따라 청소 로봇(100)이 이동하도록 주행부(160)에 제공할 주행 제어 데이터를 생성할 수 있다.
이상에서는 청소 로봇(100)의 구성에 대하여 설명하였다.
이하에서는 청소 로봇(100)의 동작에 대하여 설명한다.
도 24는 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 드래그 주행의 동작 순서를 도시한 도면이고, 도 25 내지 도 27은 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 광 스팟을 추종하는 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 도 24 내지 도 27을 참조하여, 청소 로봇(100)의 드래그 주행에 대하여 설명한다. 여기서 드래그 주행은 청소 로봇(100)이 사용자가 원격 장치(200)를 이용하여 가리키는 위치를 향하여 이동하는 주행, 다시 말해 포인트 클리닝(point cleaning) 방식의 주행을 의미한다.
먼저, 청소 로봇(100)은 원격 장치(200)로부터 드래그 명령이 수신되는지를 판단한다(1010).
사용자는 원격 장치(200)의 입력부(220)를 이용하여 청소 로봇(100)에 드래그 명령을 입력할 수 있다.
사용자가 청소 로봇(100)이 이동할 위치(청소 영역의 바닥)를 가리키면서 원격 장치(200)에 드래그 명령을 입력하면, 원격 장치(200)는 드래그 명령에 따라 적외선을 변조하고, 변조된 적외선을 가시광선과 함께 청소 로봇(100)이 이동할 위치에 조사할 수 있다.
이와 같이 원격 장치(200)가 발신한 가시광선과 적외선은 청소 로봇(100)이 이동할 위치에 광 스팟(LS)을 형성하며, 청소 영역의 바닥으로부터 반사된다.
청소 로봇(100)은 청소 영역의 바닥에서 반사된 적외선을 광 수신부(190)를 통하여 수신하고, 수신한 적외선을 복조하여 드래그 명령을 획득할 수 있다.
드래그 명령이 수신되지 않으면(1010의 아니오), 청소 로봇(100)은 이전에 수행중인 동작을 계속할 수 있다.
드래그 명령이 수신되면(1010의 예), 청소 로봇(100)은 광 수신부(190)를 통하여 수신한 적외선 데이터를 기초로 광 스팟(LS)의 위치를 검출한다(1020).
앞서 설명한 바와 같이 원격 장치(200)가 청소 영역의 바닥을 향하여 적외선을 조사하면 청소 로봇(100)은 청소 영역의 바닥에서 반사된 적외선을 광 수신부(190)를 통하여 수신할 수 있다. 보다 상세하게, 청소 로봇(100)은 복수의 적외선 수신기(191a~191f) 중 적어도 하나의 적외선 수신기를 통해 청소 영역의 바닥에서 반사된 적외선 광을 수신할 수 있다.
적외선 수신기(191)를 통해 적외선이 수신되면, 청소 로봇 제어부(110)의 메인 프로세서(111)는 파티클 샘플링을 수행할 수 있다. 이어서, 청소 로봇 제어부(110)의 메인 프로세서(111)는 샘플링된 파티클(P)에 가중치를 부여해 광 스팟(LS)의 위치를 추정, 다시 말해 청소 로봇(100)의 드래깅 방향을 추정할 수 있다.
광 스팟(LS)의 상대적 위치가 검출되면, 청소 로봇(100)은 검출된 광 스팟(LS)을 향하여 이동한다(1030).
청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 전방에 위치하도록 제자리에서 회전한 이후 광 스팟(LS)을 향하여 직선 이동할 수 있다.
예를 들어, 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 좌측 전방에 위치하면, 청소 로봇(100)은 도 25의 (a)에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)을 향하여 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 이후, 청소 로봇(100)은 도 25의 (b)에 도시된 바와 같이 광 스팟을 향하여 직진할 수 있다.
실시 예에 따라 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치에 따라 청소 로봇(100)의 선속도와 각속도를 달리하여 광 스팟(LS)의 위치를 향하여 곡선 이동할 수도 있다.
예를 들어, 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 좌측 전방에 위치하면, 청소 로봇(100)은 도 26의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 곡선을 그리며 광 스팟(LS)을 향하여 곡선 주행할 수 있다.
구체적으로, 도 27의 (a)에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)이 전방에 위치하면, 청소 로봇(100)은 제 1 선속도(v1)와, 제1 각속도(ω1)로 이동할 수 있으며, 이때 제1 각속도(ω1)는 "0"일 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 제1 선속도(v1)로 광 스팟(LS)을 향하여 직진할 수 있다.
또한, 도 27의 (b)에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 좌측 전방에 위치하면, 청소 로봇(100)은 제2 선속도(v2)와 제2 각속도(ω2)로 이동할 수 있다. 이때, 제2 선속도(v2)는 앞서 설명한 제1 선속도(v1)보다 작을 수 있으며, 제2 각속도(ω2)는 "0"이 아닌 값으로 결정될 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)는 제2 선속도(v2)와 제2 각속도(ω2)에 대응하는 제2 회전 반경(r2)을 갖는 회전 주행을 수행할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 광 스팟(LS)이 우측 전방에 위치하는 경우, 청소 로봇(100)은 방향만 상이할 뿐 도 26의 (b)에 도시된 바와 같은 방식으로 이동할 수 있다.
또한, 도 27의 (c)에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 좌측에 위치하면, 청소 로봇(100)은 제3 선속도(v3)와 제3 각속도(ω3)로 이동할 수 있다.
이때, 제3 선속도(v3)는 앞서 설명한 제2 선속도(v2)보다 작고, 제3 각속도(ω3)는 제2 각속도(ω2)보다 클 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 제3 선속도(v3)와 제3 각속도(ω3)에 대응하는 제3 회전 반경(r3)을 갖는 회전 주행을 수행하며, 제3 회전 반경(r3)은 제2 회전 반경(r2) 보다 작을 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 우측에 위치하는 경우, 청소 로봇(100)은 방향만 상이할 뿐 도 26의 (c)에 도시된 바와 같은 방식으로 이동할 수 있다.
또한, 도 27의 (d)에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 좌측 후방에 위치하면, 청소 로봇(100)은 제4 선속도(v4)와 제4 각속도(ω4)로 이동할 수 있다.
이때, 제4 선속도(v4)는 앞서 설명한 제3 선속도(v3)보다 작고, 제4 각속도(ω4)는 제3 각속도(ω3)보다 클 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 제4 선속도(v4)와 제4 각속도(ω4)에 대응하는 제4 회전 반경(r4)을 갖는 회전 주행을 수행하며, 제4 회전 반경(r4)은 제3 회전 반경(r3) 보다 작을 수 있다.
이와 같이 제4 회전 반경(r4)을 제3 회전 반경(r3) 보다 작게 설정함으로써, 광 스팟(LS)이 후방에 위치할수록 청소 로봇(100)은 더욱 빠르게 진행 방향을 변경할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 우측 후방에 위치하는 경우, 청소 로봇(100)은 방향만 상이할 뿐 도 26의 (d)에 도시된 바와 같은 방식으로 이동할 수 있다.
또한, 도 27의 (e)에 도시된 바와 같이 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 후방에 위치하면, 청소 로봇(100)은 제5 선속도(v5)와 제5 각속도(ω5)로 이동할 수 있다. 이때, 제5 선속도(v5) 및 제5 각속도(ω5)는 앞서 설명한 제4 선속도(v4) 및 제4 각속도(ω4)와 동일할 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)은 제5 선속도(v5)와 제5 각속도(ω5)에 대응하는 제5 회전 반경(r5)을 갖는 회전 주행을 수행할 수 있으며, 제5 회전 반경(r5)은 제4 회전 반경(r4)과 같을 수 있다.
다만, 제5 선속도(v5) 및 제5 각속도(ω5)와 제4 선속도(v4) 및 제4 각속도(ω4)가 동일한 것에 한정되는 것은 아니며, 제5 선속도(v5)는 앞서 설명한 제4 선속도(v4)보다 작고, 제5 각속도(ω5)는 제4 각속도(ω4)보다 클 수도 있다.
앞서 설명한 바에 의하면 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 후방에 위치할수록 청소 로봇(100)의 선속도는 작게 설정하고 각속도는 크게 설정할 수 있다. 이와 같이 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 후방에 위치할수록 선속도는 작게 설정하고 각속도는 크게 설정함으로써 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)이 후방에 위치할수록 더욱 빠르게 진행 방향을 변경할 수 있다.
이후, 청소 로봇(100)은 드래그 명령의 수신이 중단되는지를 판단한다(1040). 다시 말해, 청소 로봇(100)은 광 수신부(190)에 의하여 드래그 명령을 포함하는 적외선이 수신이 중단되는지를 판단한다.
드래그 명령의 수신은 다양한 이유로 인하여 중단될 수 있다.
예를 들어, 사용자가 드래그 명령을 중지하는 경우, 청소 로봇(100)은 드래그 명령을 포함하는 적외선을 수신하지 못할 수 있다.
청소 로봇(100)이 광 스팟(LS)의 위치에 도달하면 사용자는 드래그 명령을 중지할 수 있다. 즉, 사용자는 원격 장치(200)의 드래그 버튼(225)를 가압하는 것을 중지할 수 있다.
이와 같이 청소 로봇(100)이 지정된 위치에 도달한 경우, 드래그 명령의 수신이 중단될 수 있다.
다른 예로, 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)이 적외선을 수신할 수 있는 범위를 벗어나는 경우, 청소 로봇(100)은 드래그 명령을 포함하는 적외선을 수신하지 못할 수 있다.
사용자가 원격 장치(200)가 가리키는 위치를 빠르게 이동시키는 경우, 광 스팟(LS)은 청소 로봇(100)의 적외선 수신 범위(RR)를 벗어나게 된다.
이와 같이 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 적외선 수신 범위(RR)를 벗어나면 청소 로봇(100)은 드래그 명령을 포함하는 적외선을 수신하지 못하게 되어, 드래그 명령의 수신이 중단될 수 있다.
청소 로봇(100)이 지정된 위치에 도달하거나, 사용자가 청소 로봇(100)의 적외선 수신 범위(RR) 밖을 지시하게 되면 청소 로봇(100)은 드래그 명령을 포함하는 적외선을 수신하지 못할 수 있다.
드래그 명령의 수신이 계속되면(1040의 아니오), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치 검출과 광 스팟(LS)으로의 이동을 반복한다.
드래그 명령의 수신이 중단되면(1040의 예), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 추종을 중단한다.
도 24 내지 도 27에서는 노이즈 프리 환경에서 단일 적외선 수신기(191b)에 적외선 신호가 입력되는 경우를 예로 들어 설명하였으나 청소 로봇(100)은 보다 다양한 환경에 직면할 수 있다.
일 예에 따르면 청소 로봇(100)은 복수의 방향에서 적외선 신호를 수신할 수 있으며, 이 경우 복수 개의 적외선 수신기(191)에 적외선 신호가 입사될 수 있다. 복수 개의 적외선 수신기(191)에 적외선 신호가 입사되는 경우 역시 도 24 내지 도 27과 동일한 방식으로 광 스팟(LS)의 위치 추정 과정이 수행될 수 있으며, 이하 전술한 바와 중복되는 설명은 생략한다.
다른 예에 따르면 청소 로봇(100)의 드래그 주행 중 청소 로봇(100)의 적외선 수신기(191)에 노이즈가 입력될 수 있다. 청소 로봇(100)은 확률 기반 필터링 방식으로 광 스팟(LS)의 위치를 검출하는 바, 복수의 적외선 수신기(191a~191b)에 노이즈가 입사한 경우라도 노이즈에 즉각적으로 반응하지 않을 수 있다. 이하에서는 드래그 주행 중인 청소 로봇(100)에 노이즈가 입력될 경우 청소 로봇(100)의 드래그 주행에 대하여 설명한다.
도 28은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 동작 방법을 도시한 도면이고, 도 29는 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 노이즈 환경에서 드래깅 방향을 추정하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 28 및 도 29를 참조하여, 노이즈 환경에서 청소 로봇(100)의 드래그 주행에 대하여 설명한다.
먼저, 청소 로봇(100)은 원격 장치(200)로부터 드래그 명령이 수신되는지를 판단한다(1050).
사용자가 청소 로봇(100)이 이동할 위치(청소 영역의 바닥)를 가리키면서 원격 장치(200)에 드래그 명령을 입력하면, 원격 장치(200)는 드래그 명령에 따라 적외선을 변조하고, 변조된 적외선을 가시광선과 함께 청소 로봇(100)이 이동할 위치에 조사할 수 있다.
청소 로봇(100)은 청소 영역의 바닥으로부터 반사되는 적외선을 광 수신부(190)를 통하여 수신하고, 수신한 적외선을 복조하여 드래그 명령을 획득할 수 있다.
드래그 명령이 수신되지 않으면(1050의 아니오), 청소 로봇(100)은 이전에 수행 중인 동작을 계속할 수 있다.
드래그 명령이 수신되면(1050의 예), 청소 로봇(100)은 광 수신부(190)의 적외선 수신기(191)를 통하여 입사된 적외선 신호를 기초로 광 스팟(LS)의 위치를 검출하고(1160), 검출된 광 스팟(LS)을 향하여 이동한다(1170). 광 스팟(LS)의 위치 검출과 광 스팟(LS)으로의 이동은 앞서 설명한 바와 같으며 이하 중복되는 설명은 생략한다.
청소 로봇(100)이 광 스팟(LS)을 향하여 이동 중 청소 로봇(100)은 별도의 적외선 신호가 수신되는지 여부를 판단한다(1080). 여기서 별도의 적외선 신호는 사용자가 원격 장치(200)를 통해 새롭게 생성한 드래그 명령일 수 있으며, 사용자의 의도와 무관하게 적외선 수신기(191)에 입사된 드래그 명령일 수 있다.
별도의 적외선 신호가 수신되면(1080의 예), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치 검출 및 광 스팟(LS)으로의 이동을 반복한다.
이 때, 별도의 적외선 신호는 실시 예에 따라 원격 장치(200)로부터 발신된 적외선 신호가 입사되는 방향과 반대 방향에서 입사된 적외선 신호일 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)의 주행 중에 사용자의 의도와 무관하게 청소 로봇(100)의 적외선 수신기(191)에 입사된 노이즈일 수 있다.
본 실시 예에 따른 청소 로봇(100)은 과거 파티클 필터의 추정값을 바탕으로 현재 수신된 적외선 신호에 대한 추정 값을 계산하는 바, 도 29에 도시된 바와 같이 초기 적외선 신호가 수신된 방향(D1)과 반대 방향(D2)에서 적외선 신호가 수신되어도 파티클의 분포가 미치지 않게 된다. 결과적으로, 반대 방향(D2)에서 일시적으로 수신된 적외선 신호는 청소 로봇(100)의 드래그 방향 결정 시 무시될 수 있다.
실시 예에 따라 별도의 적외선 신호가 지속적으로 수신되면(1080의 예), 수 차례의 필터링 과정 후 파티클들이 해당 적외선 신호의 방향을 추종하게 된다. 이 경우는 별도의 적외선 신호가 노이즈가 아닌 경우로 해석될 수 있다.
청소 로봇(100)은 전술한 방식으로 노이즈를 필터링 함으로써 청소 로봇(100)과 원격 장치(200)의 인식 거리 증가에 따라 발생하는 노이즈를 최소화할 수 있다.
별도의 적외선 신호가 수신되지 않으면(1080의 아니오), 청소 로봇(100)은 드래그 명령 수신이 중지되는지 판단한다(1190).
드래그 명령의 수신이 계속되면(1090의 아니오), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치 검출, 광 스팟(LS)으로의 이동, 별도의 적외선 신호의 수신 여부 판단을 반복한다.
드래그 명령의 수신이 중단되면(1090의 예), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 추종을 중단한다. 청소 로봇(100)이 지정된 위치에 도달하거나, 사용자가 청소 로봇(100)의 적외선 수신 범위 밖을 지시하게 되면 드래그 명령의 수신이 중단될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이상으로, 노이즈 환경에서 청소 로봇(100)의 드래그 주행에 대해 설명하였다.
실시 예에 따라 청소 로봇(100)의 드래그 주행 중 청소 로봇(100)의 이동 경로 상에 장애물(O)이 감지되면, 청소 로봇(100)은 장애물(O)과의 충돌을 회피하는 충돌 회피 주행을 수행할 수 있다. 이하에서는 드래그 주행 중인 청소 로봇(100)이 장애물(O)과의 충돌을 회피하는 충돌 회피 주행에 대하여 설명한다.
도 30은 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 충돌 회피 주행의 동작 방법을 도시한 도면이고, 도 31은 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 장애물의 위치를 검출하는 일 예를 도시한 도면이고, 도 32는 일 실시 예에 따른 청소 로봇이 장애물의 외곽선을 추종하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 30 내지 도 32를 참조하여, 청소 로봇(100)의 충돌 회피 주행에 대하여 설명한다. 다만, 도 24 내지 도 27에서 설명한 동작과 동일한 동작은 그 설명을 간략히 한다.
먼저, 청소 로봇(100)은 원격 장치(200)로부터 드래그 명령이 수신되는지를 판단한다(1110).
사용자가 청소 로봇(100)이 이동할 위치(청소 영역의 바닥)를 가리키면서 원격 장치(200)에 드래그 명령을 입력하면, 원격 장치(200)는 드래그 명령에 따라 적외선을 변조하고, 변조된 적외선을 가시광선과 함께 청소 로봇(100)이 이동할 위치에 조사할 수 있다.
청소 로봇(100)은 청소 영역의 바닥으로부터 반사되는 적외선을 광 수신부(190)를 통하여 수신하고, 수신한 적외선을 복조하여 드래그 명령을 획득할 수 있다.
드래그 명령이 수신되지 않으면(1110의 아니오), 청소 로봇(100)은 이전에 수행 중인 동작을 계속할 수 있다.
드래그 명령이 수신되면(1110의 예), 청소 로봇(100)은 장애물(O)이 감지되는지 판단한다(1115).
청소 로봇(100)은 앞서 설명한 장애물 감지부(140)를 이용하여 청소 로봇(100)의 주행을 방해하는 장애물(O)을 감지할 수 있다.
청소 로봇(100)은 광 발신 모듈(141)과 광 수신 모듈(143)을 이용하여 청소 로봇(100) 전방에 위치하는 장애물(O)을 감지할 수 있다.
광 발신 모듈(141)은 청소 로봇(100)의 전방을 향하여 평면광을 발신하고, 광 수신 모듈(143)은 장애물(O)으로부터 반사된 반사광을 수신한다. 이와 같이 반사광은 장애물(O)의 여러 부분으로부터 반사되므로 광 수신 모듈(143)은 2차원의 반사광 영상을 수신할 수 있다. 또한, 청소 로봇(100)은 광 수신 모듈(143)이 수신한 반사광 영상을 기초로 장애물(O)의 위치, 크기 등을 산출할 수 있다.
또한, 청소 로봇(100)은 광 센서 모듈(145)을 이용하여 청소 로봇(100)의 측면에 위치하는 장애물(O)을 감지할 수 있다.
광 센서 모듈(145)은 청소 로봇(100)의 측면을 향하여 광을 발신하고 장애물(O)로부터 반사된 광을 수신할 수 있다. 또한, 청소 로봇(100)은 수신된 광을 분석하여 청소 로봇(100)과 장애물(O) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
장애물(O)이 감지되지 않으면(1115의 아니오), 청소 로봇(100)은 광 수신부(190)의 적외선 수신기(191)를 통하여 입사된 적외선 신호를 기초로 광 스팟(LS)의 위치를 검출하고(1120), 검출된 광 스팟(LS)을 향하여 이동한다(1130). 광 스팟(LS)의 위치 검출과 광 스팟(LS)으로의 이동은 앞서 설명한 바와 같으며 이하 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 청소 로봇(100)은 드래그 명령 수신이 중지되는지 판단한다(1140).
드래그 명령의 수신이 계속되면(1040의 아니오), 청소 로봇(100)은 장애물의 감지, 광 스팟(LS)의 위치 검출 및 광 스팟(LS)으로의 이동을 반복한다.
드래그 명령의 수신이 중단되면(1040의 예), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 추종을 중단한다. 청소 로봇(100)이 지정된 위치에 도달하거나, 사용자가 청소 로봇(100)의 적외선 수신 범위 밖을 지시하게 되면 드래그 명령의 수신이 중단될 수 있음은 전술한 바와 같다.
실시 예에 따라 장애물(O)이 감지되면(1115의 예), 청소 로봇(100)은 광스팟(LS)의 위치를 검출한다(1150). 청소 로봇(100)의 광 스팟(LS)의 위치 검출 방식은 전술한 바와 동일하며 이하 중복되는 설명은 생략한다.
다음, 청소 로봇(100)은 장애물(O)의 위치를 검출한다(1160).
청소 로봇(100)은 장애물 감지부(140)를 이용하여 장애물(O)의 위치를 검출할 수 있다. 예를 들어, 청소 로봇(100)은 도 31에 도시된 바와 같이 장애물 감지부(140)가 장애물(O)을 검출할 수 있는 장애물 검출 영역(DR)을 복수의 영역으로 구획하고, 장애물(O)이 어느 영역에 위치하는지를 판단할 수 있다.
장애물 검출 영역(DR)은 청소 로봇(100)의 좌측에 위치하는 좌측 검출 영역(LSDR), 청소 로봇(100)의 좌측 전방에 위치하는 좌측 전방 검출 영역(LFDR), 청소 로봇(100)의 우측 전방에 위치하는 우측 전방 검출 영역(RFDR) 및 청소 로봇(100)의 우측에 위치하는 우측 검출 영역(RSDR)으로 구획될 수 있다.
청소 로봇(100)은 장애물 감지부(140)에 포함된 좌측 광 센서 모듈(145a)에 의하여 장애물(O)이 감지되면 장애물(O)이 좌측 검출 영역(LSDR)에 위치하는 것으로 판단할 수 있고, 우측 광 센서 모듈(145b)에 의하여 장애물(O)이 감지되면 장애물(O)이 우측 검출 영역(RSDR)에 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 청소 로봇(100)은 광 수신 모듈(143)이 수신하는 반사광 영상을 기초로 장애물(O)이 좌측 전방 검출 영역(LFDR)에 위치하는지 또는 우측 전방 검출 영역(RFDR)에 위치하는지를 판단할 수 있다.
이상에서 장애물 검출 영역(DR)은 4개의 검출 영역으로 구획되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 장애물 검출 영역(DR)은 3개 이하 또는 5개 이상의 검출 영역으로 구획될 수도 있다.
광 스팟(O)의 위치와 장애물(O)의 위치를 검출한 이후 청소 로봇(100)은 장애물과 충돌을 회피하기 위한 외곽선 추종 주행의 방향을 선택한다(1170).
장애물(O)이 감지되는 경우, 청소 로봇(100)은 장애물(O)과의 충돌을 회피하고 광 스팟(O)을 향하여 이동하기 위하여 장애물(O)의 외곽선과 나란히 이동하는 외곽선 추종 주행을 수행한다.
외곽선 추종 주행은 도 32의 (a)에 도시된 바와 같이 청소
로봇(100)의 우측면이 장애물(O)과 일정한 거리를 유지하면서 주행하는 우측 추종 주행(RWF)과, 도 32의 (b)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 좌측면이 장애물(O)과 일정한 거리를 유지하면서 주행하는 좌측 추종 주행(LWF)을 포함할 수 있다.
드래그 주행 중에 장애물(O)이 감지되면 청소 로봇(100)은 최단 경로로 광 스팟(O)의 위치까지 주행하기 위하여 광 스팟(O)의 위치와 장애물(O)의 위치를 기초로 우측 추종 주행(RWF)과 좌측 추종 주행(LWF) 가운데 어느 하나를 선택할 수 있다.
장애물(O)의 외곽선을 추종하는 방향이 선택되면, 청소 로봇(100)은 선택된 방향으로 따라 장애물(O)의 외곽선과 나란하게 주행한다(1180).
청소 로봇(100)의 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 좌측면 또는 우측면이 장애물(O)의 외곽선과 일정한 거리를 유지하면서 주행하도록 주행부(160)를 제어할 수 있다.
이후, 청소 로봇(100)은 장애물(O)의 외곽선 추종 종료 조건이 만족되는지 판단한다(1190).
광 스팟(LS)의 위치가 장애물(O)과 반대편에 위치하거나, 광 스팟(LS)이 청소 로봇(100)의 주행 방향과 반대 방향에 위치하면 청소 로봇(100)은 외곽선 추종 주행을 중단하고, 광 스팟(LS)을 추종하는 드래그 주행을 수행할 수 있다.
외곽선 추종 종료 조건이 만족되지 않으면(1190의 아니오), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)의 위치 검출, 장애물의 위치 검출(O) 및 장애물(O)의 외곽선 추종을 반복한다.
외곽선 추종 종료 조건이 만족되면(1190의 예), 청소 로봇(100)은 드래그 명령 수신이 중지되는지 판단한다(1140).
드래그 명령의 수신이 계속되면(1040의 아니오), 청소 로봇(100)은 장애물의 감지, 광 스팟(LS)의 위치 검출 및 광 스팟(LS)으로의 이동을 반복하고, 드래그 명령의 수신이 중단되면(1040의 예), 청소 로봇(100)은 광 스팟(LS)으 추종 및 장애물(O)의 외곽선 추종을 중단한다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능할 수 있다.
100: 청소 로봇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　110: 로봇 제어부
120: 유저 인터페이스　　　　　　　　　　　　　130: 영상 획득부
140: 장애물 감지부　　　　　　　　　　　　　　　160: 주행부
170: 청소부　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　180: 저장부
190: 광 수신부 200: 원격 장치　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
210: 원격 장치 제어부 290: 광 발신부

Claims (27)

  1. 본체를 이동시키는 주행부;
    광을 수신하는 광 수신부; 및
    상기 광 수신부에서 수신한 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링(Filtering)해 주행 방향을 결정하고, 상기 본체가 상기 주행 방향으로 주행하도록 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함하는 이동 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    파티클들을 샘플링하고,
    상기 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하고,
    상기 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하고,
    상기 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 상기 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 이동 로봇.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    파티클을 샘플링하는 샘플링부;
    상기 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 가중치 계산부; 및
    상기 가중치를 기초로 파티클을 재선정하는 리샘플링부;를 포함하고,
    상기 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 상기 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 이동 로봇.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 샘플링부는,
    각각의 파티클들을 중심으로 가우시안 분포에 따라 상기 파티클을 샘플링하는 이동 로봇.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 가중치 계산부는,
    상기 이동 로봇의 정면을 기준으로 상기 광 수신부의 배치 각도와 상기 파티클들의 배치 각도의 차이에 기초해 상기 파티클에 가중치를 부여하는 이동 로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가중치 계산부는,
    상기 이동 로봇의 정면을 기준으로 상기 광을 수신한 광 수신부의 배치 각도와 상기 파티클들의 배치 각도의 차이와 상기 파티클에 부여되는 가중치가 서로 반비례하도록 상기 파티클에 가중치를 부여하는 이동 로봇.
  7. 제 5항에 있어서,
    복수 개의 광 수신부에 광 신호가 수신될 경우,
    상기 광 수신부의 배치 각도는,
    상기 복수 개의 광 수신부의 배치 각도 정보를 기초로 결정된 가상의 배치 각도를 포함하는 이동 로봇.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 리샘플링부는,
    상기 파티클들에 부여된 가중치를 기초로,
    확률적으로 미리 설정된 기준 이상의 가중치를 가지는 파티클들을 재선정하는 이동 로봇.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광 수신부에 별도의 광이 수신되면,
    상기 광 수신부에 수신된 복수의 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 상기 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 이동 로봇.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 파티클들을 동일한 가중치로 재선정하는 파티클 초기화부;를 더 포함하는 이동 로봇.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광 수신부에서 수신한 광을 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 주행 방향을 결정하는 이동 로봇.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 베이즈 필터는,
    칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함하는 이동 로봇.
  13. 제 1항에 있어서,
    장애물을 감지하는 장애물 감지부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 장애물이 감지되면, 상기 장애물의 위치와 상기 결정된 드래깅 방향에 따라 상기 본체가 상기 장애물의 외곽선을 추종하도록 상기 주행부를 제어하는 이동 로봇.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체의 우측이 상기 장애물을 향하도록 주행하는 우측 추종 주행과 상기 본체의 좌측이 상기 장애물을 향하도록 주행하는 좌측 추종 주행 가운데 어느 하나를 수행하도록 상기 주행부를 제어하는 이동 로봇.
  15. 광 수신부에서 광을 수신하고;
    상기 수신한 광을 확률기반 필터링 방식으로 필터링하여 이동 로봇의 주행 방향을 결정하고;
    상기 결정된 주행 방향에 따라 주행하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 주행 방향을 결정하는 것은,
    파티클을 샘플링하고,
    상기 샘플링된 파티클들에 가중치를 부여하고,
    상기 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하고,
    상기 재선정된 파티클들의 배치 각도 정보의 가중치 평균 값을 기초로 상기 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 파티클을 샘플링하는 것은,
    각각의 파티클들을 중심으로 가우시안 분포에 따라 파티클을 샘플링 하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 것은,
    상기 이동 로봇의 정면을 기준으로 상기 광 수신부의 배치 각도 및 상기 파티클들의 배치 각도의 차이에 기초해 상기 파티클에 가중치를 부여하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 샘플링된 파티클에 가중치를 부여하는 것은,
    상기 이동 로봇의 정면을 기준으로 상기 광 수신부의 배치 각도 및 상기 파티클들의 배치 각도의 차이와, 상기 파티클에 부여되는 가중치가 서로 반비례하도록 상기 파티클에 가중치를 부여하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    복수 개의 광 수신부에 광 신호가 수신될 경우,
    상기 복수 개의 광 수신부의 배치 각도 정보를 기초로 가상의 광 수신부의 배치 각도를 결정하는 것을 더 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 가중치를 기초로 파티클들을 재선정하는 것은,
    상기 파티클들에 부여된 가중치를 기초로,
    확률적으로 미리 설정된 기준 이상의 가중치를 가지는 파티클들을 재선정하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  22. 제 15항에 있어서,
    상기 광 수신부에 별도의 광이 수신되면,
    상기 광 수신부에 수신된 복수의 광을 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링해 상기 이동 로봇의 주행 방향을 결정하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  23. 제 15항에 있어서,
    상기 주행 방향을 결정하는 것은,
    복수의 파티클들을 동일한 가중치로 재선정하는 것을 더 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  24. 제 15항에 있어서,
    상기 주행 방향을 결정하는 것은,
    상기 수신한 광을 베이즈 필터를 사용한 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 주행 방향을 결정하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  25. 제 15항에 있어서,
    상기 주행 방향을 결정하는 것은,
    상기 수신한 광을 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter) 및 파티클 필터(Particle Filter) 중 적어도 하나를 포함하는 확률 기반 필터링 방식에 따라 필터링하여 주행 방향을 결정하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  26. 제 15항에 있어서,
    상기 결정된 주행 방향에 따라 주행하는 것은,
    주행 중 장애물을 감지하고,
    상기 장애물의 위치와 상기 결정된 주행 방향에 따라 상기 이동 로봇의 본체가 상기 장애물의 외곽선을 추종하도록 주행하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 결정된 주행 방향에 따라 주행하는 것은,
    상기 본체의 우측이 상기 장애물을 향하도록 주행하는 것과,
    상기 본체의 좌측이 상기 장애물을 향하도록 주행하는 것 중 하나로 주행하는 것을 포함하는 이동 로봇의 제어 방법.
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