KR20190010301A - 청소기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 자율주행을 수행하는 청소기는 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 기 설정된 주기마다 상기 본체 주변의 영상을 촬영하는 카메라 및 복수의 주행 모드 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 주행 모드를 수행하도록 상기 구동부 및 카메라를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 카메라가 연속적으로 영상을 촬영하는 도중에, 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시키는 것을 특징으로 한다.

Description

청소기 및 그 제어방법{CLEANER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장애물을 인식할 수 있고, 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.
상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다.
최근에는, 로봇 청소기가 청소 영역을 단순히 자율적으로 주행하여 청소를 수행하는 것에서 벗어나 로봇 청소기를 헬스 케어, 스마트홈, 원격제어 등 다양한 분야에 활용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 로봇 청소기는 청소지도를 작성하기 위한 슬램(SLAM, Simultaneous Localization and Mapping) 주행 중에 본체의 상방을 지향하는 천장카메라에 의해 획득된 영상을 이용한다.
또한, 일반적으로 로봇 청소기는 본체 주변의 정보를 사용자에게 전달하기 위한 모니터링 주행 중에 본체의 전방을 지향하는 전방카메라에 의해 획득된 영상을 이용한다.
이때, 로봇 청소기의 제어부는 천장카메라와 전방카메라의 설정 값을 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 슬램에 이용되는 천장카메라가 상대적으로 저조도의 영상을 촬영하도록 상기 천장카메라의 설정 값을 설정할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어부는 모니터링에 이용되는 전방카메라가 상대적으로 고조도의 영상을 촬영하도록 상기 전방카메라의 설정 값을 제어할 수 있다.
즉, 전방카메라가 천장카메라와 동일한 성능을 보유한다고 하더라도 제어부는 목적에 따라 카메라의 설정 값을 다르게 설정할 수 있다.
그러나, 위와 같이 카메라의 설정 값을 고정적으로 사용하게 되면, 로봇 청소기가 수행하는 주행 모드의 개수만큼 카메라를 구비해야만, 복수의 주행 모드를 정상적으로 수행할 수 있다. 즉, 일반적인 로봇 청소기의 경우, 복수의 주행 모드에 각각 대응되는 복수의 카메라를 구비해야하므로, 로봇 청소기의 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다
한편, 최근 단일 카메라만을 이용하여, 다양한 기능을 수행할 수 있는 로봇 청소기의 필요성이 대두되고 있다.
단일 카메라만을 이용하는 경우에는, 카메라의 설정 값이 고정된 상태에서 영상을 획득하면, 복수의 주행 모드에 필요한 다양한 영상을 획득할 수 없는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 한국등록특허 10-0185909호(공개일자 1996년 02월 23일)에서는 윈도우 내의 촬영장면과 윈도우 밖의 촬영장면에 대하여 서로 다르게 설정되는 가중값에 근거하여 노출 제어신호를 발생시키는 구성을 개시하고 있다.
그러나, 상기 한국등록특허 10-0185909호에 따른 비디오 카메라의 노출 조절 장치는, 촬영장면 내에서 피사체의 위치를 중심으로 정확한 밝기를 제공하기 위해 조리개를 제공하는 것에 그칠뿐이고, 로봇 청소기가 수행하는 기능에 따라 필요한 설정 값을 갖는 영상을 획득하기 어려운 문제점이 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 단일카메라만을 이용하여 청소기의 복수의 주행 모드에 요구되는 설정 값을 갖는 영상을 획득할 수 있는 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 하나의 카메라만을 이용하여 청소기가 수행하는 주행 모드에 필요한 설정 값을 갖는 영상을 획득할 수 있는 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 하나의 카메라의 설정 값을 제어부에서 실행 중인 알고리즘에 따라 변경함으로써, 하나의 카메라만을 구비하면서도 복수의 주행 모드를 수행할 수 있는 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 자율주행을 수행하는 청소기는 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 기 설정된 주기마다 상기 본체 주변의 영상을 촬영하는 카메라 및 복수의 주행 모드 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 주행 모드를 수행하도록 상기 구동부 및 카메라를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 선택된 주행 모드에 근거하여, 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 카메라는 초당 기 설정된 개수의 영상을 촬영하고, 상기 제어부는 상기 기 설정된 개수의 영상 중 일부는 제1 조도로 촬영되고, 나머지 일부는 제2 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 카메라는 초당 30 프레임의 영상을 획득하고, 상기 제어부는 상기 30프레임의 영상 중 3프레임의 영상은 제1 조도로 촬영되고, 나머지 27 프레임의 영상은 제2 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하고, 상기 제1 조도는 상기 제2 조도보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 제1 주행 모드와 제2 주행 모드가 선택되면, 상기 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보와, 상기 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 주행 모드가 선택되면, 상기 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수와, 상기 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 개수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도가 상기 제1 조도이고, 상기 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수가 제1 개수이고, 상기 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도가 상기 제2 조도이고, 상기 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수가 제 2 개수이면, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 주행 모드가 선택되면, 상기 카메라가 초당 기 설정된 개수의 영상을 획득할 동안, 획득된 영상에 상기 제1 조도로 촬영된 영상이 제1 개수 이상 포함되고, 상기 제2 조도로 촬영된 영상이 제2 개수 이상 포함되도록, 상기 카메라를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을, 상기 영상의 조도 값에 근거하여 복수의 그룹으로 분류하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 제어부는 분류결과에 근거하여, 상기 영상의 레이블링(Labeling)을 수행하고, 레이블링된 영상을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 영상이 분류된 후, 상기 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여 선택된 주행 모드 중 제1 주행 모드를 실행시키고, 상기 제2 조도로 촬영된 영상을 이용하여 선택된 주행 모드 중 제2 주행 모드를 실행시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 주행 모드는 슬램(SLAM) 주행 모드이고, 상기 제어부는 상기 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 본체의 위치와 관련된 정보를 검출함으로써, 상기 제1 주행 모드를 실행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 본체가 위치하는 청소영역의 지도 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 본체가 위치하는 청소영역의 밝기를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서의 감지결과에 근거하여, 상기 본체 주변의 밝기가 변경되었는지 여부를 판단하고, 판단결과에 근거하여, 상기 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도 값을 보정하기 위해, 상기 카메라의 조도 값을 변경하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 외부와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제2 주행 모드는 모니터링 주행 모드이고, 상기 제어부는 상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 적어도 하나를 서버 또는 사용자 단말기로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 기 설정된 개수의 영상을 선택하고, 선택된 영상을 상기 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제2 조도로 촬영된 영상 각각의 선명도를 판단하고, 판단된 선명도가 기 설정된 선명도 값 이상인 영상을 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 기 설정된 순번에 해당하는 영상을 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 통신부를 통하여, 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나에 인가된 소정의 사용자 입력을 전달받으면, 상기 서버 또는 상기 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송되는 영상의 개수를 증가 또는 감소시키고, 상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 증가 또는 감소된 개수의 영상을 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 카메라의 촬영이 개시되면, 소정의 개수의 영상이 상기 제1 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하는 제1 조도 제어를 수행하고, 상기 제1 조도 제어가 완료되면, 소정의 개수의 영상이 상기 제2 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하는 제2 조도 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 조도 제어와 상기 제2 조도 제어를 순차적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 카메라의 광축은 상기 본체가 위치하는 청소영역의 바닥면과 소정의 각도를 형성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 카메라의 시야각은 소정의 각도 이상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기에 따르면, 카메라의 설정 값을 필요에 따라 변경시킴으로써, 하나의 카메라만을 이용하면서도 복수의 주행 모드를 정상적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
즉, 본 발명에 따른 청소기의 제어방법에 의하면, 본체에 설치되는 카메라의 개수를 감소시킬 수 있으므로, 청소기의 제작 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 카메라를 이용하여 복수의 주행 모드에 요구되는 설정 값을 갖는 영상을 획득할 수 있으므로, 청소기의 데이터 처리량을 감소시킬 수 있는 효과가 도출된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 하나의 카메라로부터 획득되는 정보를 이용하여 복수의 주행 모드를 수행할 수 있으므로, 데이터 처리의 효율성이 증가된다.
도 1은 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기의 일 예를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자율 주행을 수행하는 청소기의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 자율 주행을 수행하는 청소기의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 청소기와 충전 스테이션이 청소 영역에 설치되는 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 6a는 전방카메라와 천장카메라를 별도로 구비하는 일반적인 청소기의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 6b는 하나의 카메라를 이용하는 본 발명에 따른 청소기의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 청소기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8a는 도 6a에 도시된 일반적인 청소기의 전방카메라로부터 획득되는 복수의 프레임을 처리하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 8b는 도 6a에 도시된 일반적인 청소기의 천장카메라로부터 획득되는 복수의 프레임을 처리하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따르는 청소기의 단일 카메라로부터 획득되는 복수의 프레임을 처리하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따르는 청소기의 제어방법을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기(100)의 일 예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로봇 청소기(100)의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 로봇 청소기(100)의 측면도이다.
참고로, 본 명세서에서는 이동 로봇, 로봇 청소기 및 자율 주행을 수행하는 청소기가 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 로봇 청소기(100)는 일정 영역을 스스로 주행하면서 바닥을 청소하는 기능을 수행한다. 여기서 말하는 바닥의 청소에는, 바닥의 먼지(이물질을 포함한다)를 흡입하거나 바닥을 걸레질하는 것이 포함된다.
로봇 청소기(100)는 청소기 본체(110), 흡입 유닛(120), 센싱 유닛(130) 및 먼지통(140)을 포함한다.
청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)의 제어를 위한 제어부(미도시) 및 로봇 청소기(100)의 주행을 위한 휠 유닛(111)이 구비된다. 휠 유닛(111)에 의해 로봇 청소기(100)는 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다.
휠 유닛(111)은 메인 휠(111a) 및 서브 휠(111b)을 포함한다.
메인 휠(111a)은 청소기 본체(110)의 양측에 각각 구비되어, 제어부의 제어 신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 각각의 메인 휠(111a)은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 메인 휠(111a)은 서로 다른 모터에 의해서 구동될 수 있다.
서브 휠(111b)은 메인 휠(111a)과 함께 청소기 본체(110)를 지지하며, 메인 휠(111a)에 의한 로봇 청소기(100)의 주행을 보조하도록 이루어진다. 이러한 서브 휠(111b)은 후술하는 흡입 유닛(120)에도 구비될 수 있다.
살펴본 바와 같이, 제어부가 휠 유닛(111)의 구동을 제어함으로써, 로봇 청소기(100)는 바닥을 자율 주행하도록 이루어진다.
한편, 청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 장착된다. 배터리는 충전 가능하게 구성되며, 청소기 본체(110)의 저면부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
흡입 유닛(120)은 청소기 본체(110)의 일측으로부터 돌출된 형태로 배치되어, 먼지가 포함된 공기를 흡입하도록 이루어진다. 상기 일측은 상기 청소기 본체(110)가 정방향(F)으로 주행하는 측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽이 될 수 있다.
본 도면에서는, 흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)의 일측에서 전방 및 좌우 양측방으로 모두 돌출된 형태를 가지는 것을 보이고 있다. 구체적으로, 흡입 유닛(120)의 전단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 전방으로 이격된 위치에 배치되고, 흡입 유닛(120)의 좌우 양단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 좌우 양측으로 각각 이격된 위치에 배치된다.
청소기 본체(110)가 원형으로 형성되고, 흡입 유닛(120)의 후단부 양측이 청소기 본체(110)로부터 좌우 양측으로 각각 돌출 형성됨에 따라, 청소기 본체(110)와 흡입 유닛(120) 사이에는 빈 공간, 즉 틈이 형성될 수 있다. 상기 빈 공간은 청소기 본체(110)의 좌우 양단부와 흡입 유닛(120)의 좌우 양단부 사이의 공간으로서, 로봇 청소기(100)의 내측으로 리세스된 형태를 가진다.
상기 빈 공간에 장애물이 끼이는 경우, 로봇 청소기(100)가 장애물에 걸려 움직이지 못하는 문제가 초래될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 커버부재(129)가 상기 빈 공간의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 커버부재(129)는 청소기 본체(110) 또는 흡입 유닛(120)에 구비될 수 있다. 본 실시예에서는, 흡입 유닛(120)의 후단부 양측에 각각 커버부재(129)가 돌출 형성되어, 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치된 것을 보이고 있다.
커버부재(129)는 상기 빈 공간, 즉 청소기 본체(110)와 흡입 유닛(120) 간의 빈 공간의 적어도 일부를 메우도록 배치된다. 따라서, 상기 빈 공간에 장애물이 끼이는 것이 방지되거나, 상기 빈 공간에 장애물이 끼이더라도 장애물로부터 용이하게 이탈 가능한 구조가 구현될 수 있다.
흡입 유닛(120)에서 돌출 형성된 커버부재(129)는 청소기 본체(110)의 외주면에 지지될 수 있다. 만일, 커버부재(129)가 청소기 본체(110)에서 돌출 형성되는 경우라면, 커버부재(129)는 흡입 유닛(120)의 후면부에 지지될 수 있다. 상기 구조에 따르면, 흡입 유닛(120)이 장애물과 부딪혀 충격을 받았을 때, 그 충격의 일부가 청소기 본체(110)로 전달되어 충격이 분산될 수 있다.
흡입 유닛(120)은 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)로 분리되면, 분리된 흡입 유닛(120)을 대체하여 걸레 모듈(미도시)이 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 사용자는 바닥의 먼지를 제거하고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 흡입 유닛(120)을 장착하고, 바닥을 닦고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 걸레 모듈을 장착할 수 있다.
흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)에 장착시, 상술한 커버부재(129)에 의해 상기 장착이 가이드될 수 있다. 즉, 커버부재(129)가 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치됨으로써, 청소기 본체(110)에 대한 흡입 유닛(120)의 상대적 위치가 결정될 수 있다.
청소기 본체(110)에는 센싱 유닛(130)이 배치된다. 도시된 바와 같이, 센싱 유닛(130)은 흡입 유닛(120)이 위치하는 청소기 본체(110)의 일측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽에 배치될 수 있다.
센싱 유닛(130)은 청소기 본체(110)의 상하 방향으로 흡입 유닛(120)과 오버랩되도록 배치될 수 있다. 센싱 유닛(130)은 흡입 유닛(120)의 상부에 배치되어, 로봇 청소기(100)의 가장 앞쪽에 위치하는 흡입 유닛(120)이 장애물과 부딪히지 않도록 전방의 장애물이나 지형지물 등을 감지하도록 이루어진다.
센싱 유닛(130)은 이러한 감지 기능 외의 다른 센싱 기능을 추가로 수행하도록 구성된다. 이에 대하여는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
청소기 본체(110)에는 먼지통 수용부(113)가 구비되며, 먼지통 수용부(113)에는 흡입된 공기 중의 먼지를 분리하여 집진하는 먼지통(140)이 착탈 가능하게 결합된다. 도시된 바와 같이, 먼지통 수용부(113)는 청소기 본체(110)의 타측, 즉 청소기 본체(110)의 뒤쪽에 형성될 수 있다.
먼지통(140)의 일부는 먼지통 수용부(113)에 수용되되, 먼지통(140)의 다른 일부는 청소기 본체(110)의 후방[즉, 정방향(F)에 반대되는 역방향(R)]을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.
먼지통(140)에는 먼지가 포함된 공기가 유입되는 입구(140a)와 먼지가 분리된 공기가 배출되는 출구(140b)가 형성되며, 먼지통 수용부(113)에 먼지통(140)이 장착시 입구(140a)와 출구(140b)는 먼지통 수용부(113)의 내측벽에 형성된 제1개구(110a) 및 제2개구(110b)와 각각 연통되도록 구성된다.
청소기 본체(110) 내부의 흡기유로는 연통부(120b")와 연통되는 유입구(미도시)부터 제1개구(110a)까지의 유로에 해당하며, 배기유로는 제2개구(110b)부터 배기구(112)까지의 유로에 해당한다.
이러한 연결관계에 따라, 흡입 유닛(120)을 통하여 유입된 먼지가 포함된 공기는 청소기 본체(110) 내부의 흡기유로를 거쳐, 먼지통(140)으로 유입되고, 먼지통(140)의 필터 내지는 사이클론을 거치면서 공기와 먼지가 상호 분리된다. 먼지는 먼지통(140)에 집진되며, 공기는 먼지통(140)에서 배출된 후 청소기 본체(110) 내부의 배기유로를 거쳐 최종적으로 배기구(112)를 통하여 외부로 배출된다.
이하의 도 4에서는 로봇 청소기(100)의 구성요소와 관련된 일 실시예가 설명된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기(100) 또는 이동 로봇은, 통신부(1100), 입력부(1200), 구동부(1300), 센싱부(1400), 출력부(1500), 전원부(1600), 메모리(1700) 및 제어부(1800) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이때, 도 4에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 로봇 청소기가 구현될 수 있음은 물론이다. 이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
우선, 전원부(1600)는 외부 상용 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하여 이동 로봇 내로 전원을 공급한다. 전원부(1600)는 이동 로봇에 포함된 각 구성들에 구동 전원을 공급하여, 이동 로봇이 주행하거나 특정 기능을 수행하는데 요구되는 동작 전원을 공급할 수 있다.
이때, 제어부(1800)는 배터리의 전원 잔량을 감지하고, 전원 잔량이 부족하면 외부 상용 전원과 연결된 충전대로 이동하도록 제어하여, 충전대로부터 충전 전류를 공급받아 배터리를 충전할 수 있다. 배터리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어부(1800)에 전달될 수 있다. 출력부(1500)은 제어부에 의해 상기 배터리 잔량을 화면에 표시할 수 있다.
배터리는 로봇 청소기 중앙의 하부에 위치할 수도 있고, 좌, 우측 중 어느 한쪽에 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 이동 로봇은 배터리의 무게 편중을 해소하기 위해 균형추를 더 구비할 수 있다.
제어부(1800)는, 인공 지능 기술에 기반하여 정보들을 처리하는 역할을 수행하는 것으로, 정보의 학습, 정보의 추론, 정보의 지각, 자연 언어의 처리 중 적어도 하나를 수행하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(1800)는 머신 러닝(machine running) 기술을 이용하여, 청소기 내에 저장된 정보, 이동 단말기 주변의 환경 정보, 통신 가능한 외부 저장소에 저장된 정보 등 방대한 양의 정보(빅데이터, big data)를 학습, 추론, 처리 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 그리고, 제어부(1800)는 상기 머신 러닝 기술을 이용하여 학습된 정보들을 이용하여, 실행 가능한 적어도 하나의 청소기의 동작을 예측(또는 추론)하고, 상기 적어도 하나의 예측된 동작들 중 실현성이 가장 높은 동작이 실행되도록 청소기를 제어할 수 있다.
머신 러닝 기술은 적어도 하나의 알고리즘에 근거하여, 대규모의 정보들을 수집 및 학습하고, 학습된 정보를 바탕으로 정보를 판단 및 예측하는 기술이다. 정보의 학습이란 정보들의 특징, 규칙, 판단 기준 등을 파악하여, 정보와 정보 사이의 관계를 정량화하고, 정량화된 패턴을 이용하여 새로운 데이터들을 예측하는 동작이다.
머신 러닝 기술이 사용하는 알고리즘은 통계학에 기반한 알고리즘이 될 수 있으며, 예를 들어, 트리 구조 형태를 예측 모델로 사용하는 의사 결정 나무(decision tree), 생물의 신경 네트워크 구조와 기능을 모방하는 인공 신경망(neural network), 생물의 진화 알고리즘에 기반한 유전자 프로그래밍(genetic programming), 관측된 예를 군집이라는 부분집합으로 분배하는 군집화(Clustering), 무작위로 추출된 난수를 통해 함수값을 확률로 계산하는 몬테카를로 방법(Monter carlo method) 등이 될 수 있다.
머신 러닝 기술의 한 분야로써, 딥러닝 기술은 인공 신경망(Deap Neuron Network, DNN) 알고리즘을 이용하여, 정보들을 학습, 판단, 처리 중 적어도 하나를 수행하는 기술이다. 인공 신경망(DNN)은 레이어와 레이어 사이를 연결하고, 레이어와 레이어 사이의 데이터를 전달하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 딥러닝 기술은 병렬 연산에 최적화된 GPU(graphic processing unit)를 이용하여 인공 신경망(DNN)을 통하여 방대한 양의 정보를 학습할 수 있다.
제어부(1800)는 외부의 서버 또는 메모리에 저장된 트레이닝 데이터를 이용하며, 소정의 물체를 인식하기 위한 특징을 검출하는 학습 엔진을 탑재할 수 있다. 이때, 물체를 인식하기 위한 특징에는 물체의 크기, 형태 및 음영 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 청소기에 구비된 카메라를 통해 획득된 영상 중 일부를 학습 엔진에 입력하면, 상기 학습 엔진은 입력된 영상에 포함된 적어도 하나의 사물 또는 생명체를 인식할 수 있다.
이와 같이, 학습 엔진을 청소기의 주행에 적용하는 경우, 제어부(1800)는 청소기의 주행에 방해되는 의자 다리, 선풍기, 특정 형태의 발코니 틈과 같은 장애물이 청소기 주변에 존재하는지 여부를 인식할 수 있으므로, 청소기 주행의 효율 및 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 위와 같은 학습 엔진은 제어부(1800)에 탑재될 수도 있고, 외부 서버에 탑재될 수도 있다. 학습 엔진이 외부 서버에 탑재된 경우, 제어부(1800)는 분석의 대상인 적어도 하나의 영상을 상기 외부 서버로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
외부 서버는 청소기로부터 전송받은 영상을 학습 엔진에 입력함으로서, 해당 영상에 포함된 적어도 하나의 사물 또는 생명체를 인식할 수 있다. 아울러, 외부 서버는 인식결과와 관련된 정보를 다시 청소기로 전송할 수 있다. 이때, 인식결과와 관련된 정보는 분석의 대상인 영상에 포함된 객체의 개수, 각 개체의 이름과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
한편, 구동부(1300)는 모터를 구비하여, 상기 모터를 구동함으로써, 좌, 우측 주바퀴를 양 방향으로 회전시켜 본체를 회전 또는 이동시킬 수 있다. 구동부(1300)는 이동 로봇의 본체를 전후좌우로 진행시키거나, 곡선주행시키거나, 제자리 회전시킬 수 있다.
한편, 입력부(1200)는 사용자로부터 로봇 청소기에 대한 각종 제어 명령을 입력받는다. 입력부(1200)는 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있고, 예를 들어, 입력부(1200)는 확인버튼, 설정버튼 등을 포함할 수 있다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 맵 정보를 확인하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이고, 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이다.
또한, 입력부(1200)는 이전 사용자 입력을 취소하고 다시 사용자 입력을 받기 위한 입력재설정버튼, 기 설정된 사용자 입력을 삭제하기 위한 삭제버튼, 작동 모드를 설정하거나 변경하는 버튼, 충전대로 복귀하도록 하는 명령을 입력받는 버튼 등을 포함할 수 있다.
또한, 입력부(1200)는 하드 키나 소프트 키, 터치패드 등으로 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 또, 입력부(1200)는 출력부(1500)와 함께 터치 스크린의 형태를 가질 수 있다.
한편, 출력부(1500)는, 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 물론 설치 위치나 설치 형태는 달라질 수 있다. 예를 들어, 출력부(1500)는 배터리 상태 또는 주행 방식 등을 화면에 표시할 수 있다.
또한, 출력부(1500)는, 센싱부(1400)가 검출한 이동 로봇 내부의 상태 정보, 예를 들어 이동 로봇에 포함된 각 구성들의 현재 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력부(1500)는 센싱부(1400)가 검출한 외부의 상태 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 화면에 디스플레이할 수 있다. 출력부(1500)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.
출력부(1500)는, 제어부(1800)에 의해 수행되는 이동 로봇의 동작 과정 또는 동작 결과를 청각적으로 출력하는 음향 출력 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(1500)는 제어부(1800)에 의해 생성된 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다.
이때, 음향 출력 수단은 비퍼(beeper), 스피커 등의 음향을 출력하는 수단일 수 있고, 출력부(1500)는 메모리(1700)에 저장된 소정의 패턴을 가진 오디오 데이터 또는 메시지 데이터 등을 이용하여 음향 출력 수단을 통해 외부로 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇은, 출력부(1500)를 통해 주행 영역에 대한 환경 정보를 화면에 출력하거나 음향으로 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에 따라, 이동 로봇은 출력부(1500)를 통해 출력할 화면이나 음향을 단말 장치가 출력하도록, 지도 정보 또는 환경 정보를 통신부(1100)릍 통해 단말 장치에 전송할 수 있다.
한편, 통신부(1100)는 단말 장치 및/또는 특정 영역 내 위치한 타 기기(본 명세서에서는 "가전 기기"라는 용어와 혼용하기로 한다)와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 신호와 데이터를 송수신한다.
통신부(1100)는 특정 영역 내에 위치한 타 기기와 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 타 기기는 네트워크에 연결하여 데이터를 송수신할 수 있는 장치이면 어느 것이어도 무방하며, 일 예로, 공기 조화 장치, 난방 장치, 공기 정화 장치, 전등, TV, 자동차 등과 같은 장치일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 문, 창문, 수도 밸브, 가스 밸브 등을 제어하는 장치 등일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 온도, 습도, 기압, 가스 등을 감지하는 센서 등일 수 있다.
한편, 메모리(1700)는 로봇 청소기를 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(1700)는 오디오 정보, 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 저장할 수 있다. 또, 메모리(1700)는 주행 패턴과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
상기 메모리(1700)는 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.
한편, 센싱부(1400)는, 외부 신호 감지 센서, 전방 감지 센서, 낭떠러지 감지 센서, 2차원 카메라 센서 및 3차원 카메라 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
외부 신호 감지 센서는 이동 로봇의 외부 신호를 감지할 수 있다. 외부 신호 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor) 등일 수 있다.
이동 로봇은 외부 신호 감지 센서를 이용하여 충전대가 발생하는 안내 신호를 수신하여 충전대의 위치 및 방향을 확인할 수 있다. 이때, 충전대는 이동 로봇이 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신할 수 있다. 즉, 이동 로봇은 충전대로부터 발신되는 신호를 수신하여 현재의 위치를 판단하고 이동 방향을 설정하여 충전대로 복귀할 수 있다.
한편, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 전방, 구체적으로 이동 로봇의 측면 외주면을 따라 일정 간격으로 설치될 수 있다. 전방 감지 센서는 이동 로봇의 적어도 일 측면에 위치하여, 전방의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 전방 감지 센서는 이동 로봇의 이동 방향에 존재하는 물체, 특히 장애물을 감지하여 검출 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 즉, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다.
전방 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있고, 이동 로봇은 전방 감지 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다.
일 예로, 초음파 센서는 일반적으로 원거리의 장애물을 감지하는 데에 주로 사용될 수 있다. 초음파 센서는 발신부와 수신부를 구비하여, 제어부(1800)는 발신부를 통해 방사된 초음파가 장애물 등에 의해 반사되어 수신부에 수신되는 지의 여부로 장애물의 존부를 판단하고, 초음파 방사 시간과 초음파 수신 시간을 이용하여 장애물과의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 발신부에서 방사된 초음파와, 수신부에 수신되는 초음파를 비교하여, 장애물의 크기와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)는 수신부에 더 많은 초음파가 수신될수록, 장애물의 크기가 큰 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수(일 예로, 5개)의 초음파 센서가 이동 로봇의 전방 측면에 외주면을 따라 설치될 수 있다. 이때, 바람직하게 초음파 센서는 발신부와 수신부가 교대로 이동 로봇의 전면에 설치될 수 있다.
즉, 발신부는 본체의 전면 중앙으로부터 좌, 우측에 이격되도록 배치될 수 있고, 수신부의 사이에 하나 또는 둘 이상의 발신부가 배치되어 장애물 등으로부터 반사된 초음파 신호의 수신 영역을 형성할 수 있다. 이와 같은 배치로 센서의 수를 줄이면서 수신 영역을 확장할 수 있다. 초음파의 발신 각도는 크로스토크(crosstalk) 현상을 방지하도록 서로 다른 신호에 영향을 미치지 아니하는 범위의 각을 유지할 수 있다. 또한, 수신부들의 수신 감도는 서로 다르게 설정될 수 있다.
또한, 초음파 센서에서 발신되는 초음파가 상향으로 출력되도록 초음파 센서는 일정 각도만큼 상향으로 설치될 수 있고, 이때, 초음파가 하향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 소정의 차단 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 전방 감지 센서는, 전술한 바와 같이, 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있고, 이에 따라, 전방 감지 센서는 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서 등 중 어느 한 가지 종류의 센서를 사용할 수 있다.
일 예로, 전방 감지 센서는 초음파 센서 이외에 다른 종류의 센서로 적외선 센서를 포함할 수 있다.
적외선 센서는 초음파 센서와 함께 이동 로봇의 외주면에 설치될 수 있다. 적외선 센서 역시, 전방이나 측면에 존재하는 장애물을 감지하여 장애물 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 즉, 적외선 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(1800)에 전달한다. 따라서, 이동 로봇은 본체가 장애물과의 충돌없이 특정 영역 내에서 이동할 수 있다.
한편, 낭떠러지 감지 센서(또는 클리프 센서(Cliff Sensor))는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하여, 이동 로봇의 본체를 지지하는 바닥의 장애물을 감지할 수 있다.
즉, 낭떠러지 감지 센서는, 바닥의 이동 로봇의 배면에 설치되되, 이동 로봇의 종류에 따라 다른 위치에 설치될 수 있음은 물론이다. 낭떠러지 감지 센서는 이동 로봇의 배면에 위치하여, 바닥의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 낭떠러지 감지 센서는 상기 장애물 감지 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등일 수 있다.
일 예로, 낭떠러지 감지 센서 중 어느 하나는 이동 로봇의 전방에 설치되고, 다른 두 개의 낭떠러지 감지 센서는 상대적으로 뒤쪽에 설치될 수 있다.
예를 들어, 낭떠러지 감지 센서는 PSD 센서일 수 있으나, 복수의 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수도 있다.
PSD 센서는 반도체 표면저항을 이용해서 1개의 p-n접합으로 입사광의 단장거리 위치를 검출한다. PSD 센서에는 일축 방향만의 광을 검출하는 1차원 PSD 센서와, 평면상의 광위치를 검출할 수 있는 2차원 PSD 센서가 있으며, 모두 pin 포토 다이오드 구조를 가질 수 있다. PSD 센서는 적외선 센서의 일종으로서, 적외선을 이용하여, 적외선을 송신한 후 장애물에서 반사되어 돌아오는 적외선의 각도를 측정하여 거리를 측정한다. 즉, PSD 센서는 삼각측량방식을 이용하여, 장애물과의 거리를 산출한다.
PSD 센서는 장애물에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 구비하되, 일반적으로 모듈 형태로 구성된다. PSD 센서를 이용하여, 장애물을 감지하는 경우, 장애물의 반사율, 색의 차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있다.
제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서가 지면을 향해 발광한 적외선의 발광신호와 장애물에 의해 반사되어 수신되는 반사신호 간의 적외선 각도를 측정하여, 낭떠러지를 감지하고 그 깊이를 분석할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 감지한 낭떠러지의 지면 상태에 따라 통과 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 낭떠러지의 통과 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)은 낭떠러지 감지 센서를 통해 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지 깊이를 판단한 다음, 낭떠러지 감지 센서를 통해 반사 신호를 감지한 경우에만 낭떠러지를 통과하도록 한다.
다른 예로, 제어부(1800)은 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 이동 로봇의 들림 현상을 판단할 수도 있다.
한편, 2차원 카메라 센서는, 이동 로봇의 일면에 구비되어, 이동 중 본체 주변과 관련된 이미지 정보를 획득한다.
옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 메모리(1700)에 저장될 수 있다.
또한, 하나 이상의 광원이 옵티컬 플로우 센서에 인접하여 설치될 수 있다. 하나 이상의 광원은, 이미지 센서에 의해 촬영되는 바닥면의 소정 영역에 빛을 조사한다. 즉, 이동 로봇이 바닥면을 따라 특정 영역을 이동하는 경우에, 바닥면이 평탄하면 이미지 센서와 바닥면 사이에는 일정한 거리가 유지된다. 반면, 이동 로봇이 불균일한 표면의 바닥면을 이동하는 경우에는 바닥면의 요철 및 장애물에 의해 일정 거리 이상 멀어지게 된다. 이때 하나 이상의 광원은 조사되는 빛의 양을 조절하도록 제어부(1800)에 의해 제어될 수 있다. 상기 광원은 광량 조절이 가능한 발광 소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등일 수 있다.
옵티컬 플로우 센서를 이용하여, 제어부(1800)는 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어부(1800)은 옵티컬 플로우 센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다. 옵티컬 플로우 센서를 이용하여 이동 로봇의 하방에 대한 이미지 정보를 이용함으로써, 제어부(1800)는 다른 수단에 의해 산출한 이동 로봇의 위치에 대하여 미끄러짐에 강인한 보정을 할 수 있다.
3차원 카메라 센서는 이동 로봇의 본체 일면 또는 일부분에 부착되어, 상기 본체의 주위와 관련된 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.
즉, 3차원 카메라 센서는 이동 로봇과 피촬영 대상체의 원근거리를 산출하는 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)일 수 있다.
구체적으로, 3차원 카메라 센서는 본체의 주위와 관련된 2차원 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영된 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에서 3차원 카메라 센서는 기존의 2차원 영상을 획득하는 카메라를 2개 이상 구비하여, 상기 2개 이상의 카메라에서 획득되는 2개 이상의 영상을 조합하여, 3차원 좌표 정보를 생성하는 스테레오 비전 방식으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예에 따른 3차원 카메라 센서는 본체의 전방을 향해 하측으로 제1 패턴의 광을 조사하는 제1 패턴 조사부와, 상기 본체의 전방을 향해 상측으로 제2 패턴의 광을 조사하는 제2 패턴 조사부 및 본체의 전방의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 영상 획득부는 상기 제1 패턴의 광과 상기 제2 패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다.
또 다른 실시예에서 3차원 카메라 센서는 단일 카메라와 함께 적외선 패턴을 조사하는 적외선 패턴 방출부를 구비하고, 적외선 패턴 방출부에서 조사된 적외선 패턴이 피촬영 대상체에 투영된 모양을 캡쳐함으로써, 3차원 카메라 센서와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 IR(Infra Red) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.
또 다른 실시예에서 3차원 카메라 센서는 단일 카메라와 함께 빛을 방출하는 발광부를 구비하고, 발광부에서 방출되는 레이저 중 피촬영 대상체로부터 반사되는 일부를 수신하며, 수신된 레이저를 분석함으로써, 3차원 카메라 센서와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 TOF(Time of Flight) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.
구체적으로, 위와 같은 3차원 카메라 센서의 레이저는 적어도 일방향으로 연장된 형태의 레이저를 조사하도록 구성된다. 일 예에서, 상기 3차원 카메라 센서는 제1 및 제2 레이저를 구비할 수 있으며, 상기 제1 레이저는 서로 교차하는 직선 형태의 레이저를 조사하고, 제2 레이저는 단일의 직선 형태의 레이저를 조사할 수 있다. 이에 따르면, 최하단 레이저는 바닥 부분의 장애물을 감지하는 데에 이용되고, 최상단 레이저는 상부의 장애물을 감지하는 데에 이용되며, 최하단 레이저와 최상단 레이저 사이의 중간 레이저는 중간 부분의 장애물을 감지하는 데에 이용된다.
이하의 도 5에서는 청소영역 내에서 청소기(100)와 충전 스테이션(510)의 설치 양태를 나타내는 일 실시예가 설명된다.
도 5에 도시된 것과 같이, 청소기(100)의 배터리를 충전시키기 위한 충전 스테이션(510)은 청소영역(500) 내에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 충전 스테이션(510)은 청소영역(500)의 외곽에 설치될 수 있다.
도 5에 도시되지는 않았으나, 충전 스테이션(510)은 서로 다른 종류의 신호를 방출할 수 있는 통신장치(미도시)를 구비하며, 상기 통신장치는 청소기(100)의 통신부(1100)와 무선 통신을 수행할 수 있다.
제어부(1800)는 충전 스테이션(510)으로부터 상기 통신부(1100)에 수신된 신호에 근거하여, 청소기(100)의 본체가 충전 스테이션(510)에 도킹되도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
제어부(1800)는 배터리의 잔여 용량이 한계 용량 이하로 떨어지는 경우, 본체를 충전 스테이션(510) 방향으로 이동시킬 수 있으며, 본체가 충전 스테이션(510)에 근접한 경우, 도킹 기능을 개시하도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
이하 도 6a에서는 전방카메라와 천장카메라를 별도로 구비하는 일반적인 청소기의 일 실시예가 설명된다.
도 6a를 참조하면, 일반적인 청소기는 전방카메라(601)와 천장카메라(602)를 각각 구비할 수 있다.
일반적으로 전방카메라(601)에 의해 촬영된 영상은 청소기의 모니터링 주행에 이용된다. 즉, 청소기의 제어부는 전방카메라(601)에 의해 촬영된 영상을 사용자 단말기나 서버로 전송함으로써, 사용자가 청소기가 존재하는 영역을 실시간으로 모니터링 할 수 있게 된다.
또한, 천장카메라(602)에 의해 촬영된 영상은 청소기의 슬램(SLAM) 주행에 이용된다. 즉, 청소기의 제어부는 천장카메라(602)에 의해 촬영된 영상을 이용하여, 청소기의 위치를 검출하거나, 청소지도 정보를 생성할 수 있다.
이와 같이, 전방카메라(601)와 천장카메라(602)는 각각 상이한 목적으로 이용되므로, 전방카메라의 설정 값과 천장카메라의 설정 값도 서로 다르게 설정될 수 있다.
예를 들어, 모니터링 주행에 이용되는 전방카메라(601)는 사용자에게 선명한 영상을 전달할 필요가 있으므로, 상대적으로 밝은 조도의 영상을 촬영하게 된다. 반면, 슬램 주행에 이용되는 천장카메라(602)는 빛번짐을 회피함으로써 위치 검출의 정확도를 향상시킬 필요가 있으므로, 상대적으로 어두운 조도의 영상을 촬영하게 된다.
따라서, 일반적이 청소기의 제어부는 전방카메라(601)와 천장카메라(602)가 서로 같은 성능을 보유하고 있다고 하더라도, 전방카메라(601)의 노출시간을 천장카메라(602)의 노출시간보다 길게 설정할 수 있다.
이와 같이, 일반적인 청소기의 경우, 각각의 카메라에 서로 다른 설정 값을 적용하여 사용하고 있기 때문에, 모니터링 주행과 슬램 주행을 모두 정상적으로 수행하기 위해서는 전방카메라와 천장카메라가 모두 필요하며, 둘 중 어느 하나를 제거하기 어렵다. 이 경우, 카메라 모듈을 두개 이상 설치해야하므로, 청소기의 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다.
이하의 도 6b에서는 본 발명에 따른 청소기(100)의 일 실시예가 설명된다.
도 6b에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 청소기(100)는 하나의 카메라(603)를 이용하여, 모니터링 주행 및 슬램 주행을 모두 정상적으로 수행할 수 있다.
도 6a와 도 6b를 비교하면, 본 발명에 따른 청소기(100)의 카메라(603)의 광축은 청소기(100)의 본체가 위치하는 청소영역(500)의 바닥면과 소정의 각도를 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 청소기(100)의 카메라(603)가 지향하는 방향과 바닥면이 형성하는 각도는 30도 내지 60도 범위에 포함될 수 있다.
또한, 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 청소기(100)의 카메라(603)의 시야각은 소정의 각도 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라(603)의 시야각은 90 내지 150 범위에 포함될 수 있다.
도 6a와 도 6b를 비교하면, 본 발명에 따른 카메라(603)의 시야각(θ3)은, 일반적인 청소기에 설치되어 있던 전방카메라의 시야각(θ1)이나, 천장카메라의 시야각(θ2)보다 넓게 형성될 수 있다.
이와 같이, 일반적인 청소기와 비교하여, 카메라의 대수를 한 개로 줄이는 대신, 광각의 카메라를 사용함으로써, 하나의 카메라만으로도 본체의 전방과 관련된 영상과 천장과 관련된 영상을 한꺼번에 획득할 수 있다.
다만, 도 6b와 같이, 하나의 카메라만을 구비하는 청소기(100)에, 종래의 카메라 제어 방법을 적용하는 경우, 복수의 주행 모드를 수행하는데에 적합하지 않은 문제점이 있다. 따라서, 이하에서는 단일카메라만을 이용하여 청소기(100)의 복수의 주행 모드에 요구되는 설정 값을 갖는 영상을 획득할 수 있는 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그의 제어방법이 설명된다.
한편, 도 6b에는 도시되지 않았으나, 상기 카메라(603)는, 카메라가 지향하는 방향이 변경 가능하도록 형성될 수 있다. 카메라(603)와 본체를 연결하는 부분에는 기계식 방향 조절부재(미도시) 또는 전자식 방향 조절부재(미도시)가 구비되어, 상기 카메라(603)가 지향하는 방향이 변경 가능할 수 있다.
이하의 도 7a 및 도 7b에서는 본 발명에 따른 청소기의 제어 방법이 설명된다.
도 7a를 참조하면, 제어부(1800)는 제1 주행 모드인 슬램(SLAM) 주행을 개시할 수 있다(S701).
또한, 제어부(1800)는 제2 주행 모드인 모니터링 주행을 개시할 수 있다(S702).
한편, 제어부(1800)는 슬램 주행과 모니터링 주행 외에도, 카메라에 의해 촬영된 영상을 이용하는 다양한 주행 모드를 실행할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 두 주행 모드를 중점적으로 설명하기로 한다.
제어부(1800)는 기 설정된 주기마다 카메라의 조도 값을 제1 조도 값과 제2 조도 값으로 교차 변경시킬 수 있다(S703).
구체적으로, 제어부(1800)는 카메라의 촬영이 개시되면, 소정 개수의 영상이 촬영될 동안, 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제1 조도 값으로 설정할 수 있다. 이후, 제어부(1800)는 소정 개수의 영상이 촬영될 동안, 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제2 조도 값으로 변경할 수 있다. 제어부(1800)는 이와 같이 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경하는 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
이때, 카메라의 조도와 관련된 설정 값은 카메라의 노출 시간과 관련된 설정 값, 조명 출력과 관련된 설정 값, 밝기 필터와 관련된 설정 값을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 조도 값이 적용된 때, 상기 카메라에 의해 단위시간당 촬영되는 영상의 개수는, 상기 제1 주행 모드에서 단위시간당 요구하는 영상의 개수와 같거나, 더 클 수 있다.
예를 들어, 제2 조도 값이 적용된 때, 상기 카메라에 의해 단위시간당 촬영되는 영상의 개수는, 상기 제2 주행 모드에서 단위시간당 요구하는 영상의 개수와 같거나, 더 클 수 있다.
한편, 제1 조도와 제2 조도는 단지 예를 위한 표현일 뿐이면, 본 발명에 따른 제어부(1800)가 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 두개 중 어느 하나로 선택한다는 의미는 아니다.
즉, 제어부(1800)는 기 설정된 개수의 영상이 서로 다른 복수의 조도로 촬영되도록 카메라를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 복수의 조도 중 어느 하나로 촬영된 영상의 개수가, 복수의 조도 중 다른 하나로 촬영된 영상의 개수와 상이하도록, 카메라를 제어할 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 복수의 조도 중 어느 하나로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 청소기가 수행하는 복수의 주행 모드 중 어느 하나를 수행하고, 복수의 조도 중 다른 하나로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 청소기가 수행하는 복수의 주행 모드 중 다른 하나를 수행할 수 있다. 이때, 복수의 주행모드는 장애물 인식 모드, 모니터링 주행 모드 및 위치 인식 모드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(1800)는 위치 인식 모드가 수행될 때 이용되는 영상의 조도가, 장애물 인식 모드 및 모니터링 모드 중 적어도 하나가 수행될 때 이용되는 영상의 조도보다 낮도록 카메라를 제어할 수 있다.
제어부(1800)는 제1 조도 값으로 촬영된 영상을 이용하여, 제1 주행 모드인 슬램 주행을 실행할 수 있다(S704).
구체적으로, 제어부(1800)는 제1 조도 값으로 촬영된 영상을 이용하여, 청소기(100)의 위치를 검출하거나, 청소영역(500)과 관련된 청소지도를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1800)는 제1 조도 값으로 촬영된 영상 중 천장 부분에 대응되는 일부를 추출하고, 추출된 일부로부터 특징점을 추출하며, 추출된 특징점을 이용하여 제1 주행 모드를 수행할 수 있다.
제어부(1800)는 제2 조도 값으로 촬영된 영상을 이용하여, 제2 주행 모드인 모니터링 주행을 실행할 수 있다(S705).
구체적으로, 제어부(1800)는 제2 조도 값으로 촬영된 영상 중 일부를 선택할 수 있고, 선택된 영상이 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송되도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
한편, 상기 제1 조도 값으로 촬영된 영상은 상기 제2 조도 값으로 촬영된 영상보다 어둡게 촬영된 영상일 수 있다. 즉, 제1 조도 값은 제2 조도 값보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 제2 조도 값으로 촬영된 영상의 개수는 상기 제1 조도 값으로 촬영된 영상의 개수보다 더 클 수 있다.
도 7b를 참조하면, 제어부(1800)는 복수의 주행 모드를 설정할 수 있다(S711).
예를 들어, 설정된 복수의 주행 모드는 슬램 주행과, 모니터링 주행을 포함할 수 있다.
제어부(1800)는 설정된 복수의 주행 모드에 근거하여, 복수의 카메라 조도 값을 설정할 수 있다(S712).
구체적으로, 제어부(1800)는 설정된 복수의 주행 모드 각각에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 아울러, 제어부(1800)는 검출된 조도와 관련된 정보를 이용하여, 상기 복수의 주행 모드에서 적용 가능한 영상이 촬영되도록, 복수의 카메라 조도 값을 각각 설정할 수 있다.
예를 들어, 복수의 주행 모드가 제1 주행 모드와 제2 주행 모드를 포함하는 경우, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보와, 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 각각 검출할 수 있다.
이로써, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 이용하여, 제1 주행 모드에 적용 가능한 영상이 촬영되도록, 카메라의 제1 조도 값을 설정할 수 있다.
마찬가지로, 제어부(1800)는 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 이용하여, 제2 주행 모드에 적용 가능한 영상이 촬영되도록, 카메라의 제2 조도 값을 설정할 수 있다.
제어부(1800)는 설정된 복수의 카메라 조도 값에 근거하여, 카메라의 조도 값을 변경시키면서 영상을 촬영하도록 카메라를 제어할 수 있다(S713).
일 실시예에서, 제어부(1800)는 카메라가 제1 조도 값이 설정된 상태에서 영상을 촬영한 후, 제2 조도 값이 설정된 상태에서 영상을 촬영하도록 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 교차 변경시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제어부(1800)는 카메라 제1 조도 값이 설정된 상태에서 제1 개수의 영상을 촬영한 후, 제2 조도 값이 설정된 상태에서 제2 개수의 영상을 촬영하도록 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시킬 수 있다.
제어부(1800)는 촬영된 영상을 조도 값에 근거하여 복수의 그룹으로 분류할 수 있다(S714).
구체적으로, 제어부(1800)는 제1 조도 값이 설정된 상태에서 촬영된 영상을 제1 주행 모드에 이용되는 제1 영상 그룹에 포함되도록 분류하고, 제2 조도 값이 설정된 상태에서 촬영된 영상을 제2 주행 모드에 이용되는 제2 영상 그룹에 포함되도록 분류할 수 있다.
제어부(1800)는 분류된 그룹에 포함되는 영상의 조도 값에 근거하여, 대응되는 주행 모드를 실행할 수 있다(S715).
구체적으로, 제어부(1800)는 제1 영상 그룹에 포함되는 영상을 이용하여, 제1 주행 모드를 실행할 수 있고, 제2 영상 그룹에 포함되는 영상을 이용하여, 제2 주행 모드를 실행할 수 있다.
이하의 도 8a에서는 도 6a에 도시된 일반적인 청소기의 전방카메라로(601)부터 획득되는 복수의 프레임을 처리하는 방법이 설명된다.
전방카메라(601)는 초당 소정의 개수의 프레임을 촬영할 수 있으며, 일반적인 청소기의 제어부는 전방카메라(601)에 의해 촬영된 프레임들 중 일부를 선택하여, 선택된 프레임들이 서버나 사용자 단말기로 전송되도록 통신부를 제어할 수 있다. 이때, 일반적인 청소기의 제어부는 영상의 밝기를 결정하는 전방카메라의 조도 게인(Gain)을 변경시키지 않고, 전방카메라는 고정된 조도 게인(Gain) 값에 근거하여 영상을 촬영한다.
이하의 도 8b에서는 도 6a에 도시된 일반적인 청소기의 천장카메라(602)로부터 획득되는 복수의 프레임을 처리하는 방법이 설명된다.
천장카메라(602)는 초당 소정의 개수의 프레임을 촬영할 수 있으며, 일반적인 청소기의 제어부는 천장카메라(602)에 의해 촬영된 프레임들 중 일부를 선택하하고, 선택된 프레임들을 이용하여 슬램 주행을 수행할 수 있다.
도 8a에 도시된 실시예와 마찬가지로, 일반적인 청소기의 제어부는 영상의 밝기를 결정하는 천장카메라의 조도 게인(Gain)을 변경시키지 않고, 천장카메라는 고정된 조도 게인(Gain) 값에 근거하여 영상을 촬영한다.
이하의 도 9a 내지 도 9c에서는 본 발명에 따르는 청소기의 단일 카메라로부터 획득되는 복수의 프레임을 처리하는 방법이 설명된다.
도 9a를 참조하면, 제어부(1800)는 카메라가 연속적으로 촬영을 수행하는 도중에, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시킬 수 있다.
구체적으로, 도 9a를 참조하면, 본 발명에 따른 청소기(100)에 구비된 단일 카메라는 초당 기 설정된 개수의 영상을 촬영할 수 있다.
이때, 제어부(1800)는 기 설정된 개수의 영상 중 일부는 제1 조도(L)로 촬영되고, 나머지 일부는 제2 조도(H)로 촬영되도록 카메라를 제어할 수 있다.
예를 들어, 청소기(100)에 구비된 카메라는 초당 30개의 프레임을 촬영할 수 있다. 이때, 제어부(1800)는 30개의 프레임의 영상 중 3개의 프레임의 영상은 제1 조도(L)로 촬영되고, 나머지 27개의 프레임의 영상은 제2 조도(H)로 촬영되도록 카메라를 제어할 수 있다.
또 다른 예에서, 제1 조도(L)는 제2 조도(H)보다 낮게 설정될 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 제1 주행 모드와 제2 주행 모드가 선택되면, 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보와, 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 검출할 수 있다.
즉, 제어부(1800)는 청소기(100)가 실행할 수 있는 복수의 주행 모드 중 선택된 주행 모드에서 각각 요구되는 영상의 밝기와 관련된 정보를 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1800)는 제1 주행 모드 또는 제2 주행 모드에서 이용되는 영상을 촬영하기 위한 카메라의 조도 값을 검출할 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(1800)는 제1 주행 모드 또는 제2 주행 모드에서 이용되는 영상을 촬영하기 위한 카메라의 노출 시간 변수를 검출할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 제1 및 제2 주행 모드가 선택되면, 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수와, 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 개수를 검출할 수 있다.
즉, 제어부(1800)는 청소기(100)가 실행할 수 있는 복수의 주행 모드 중 선택된 주행 모드에서 각각 요구되는 영상의 개수를 검출할 수 있다. 보다 상세하게, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수를 제1 개수로 검출할 수 있고, 제2 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수를 제2 개수로 검출할 수 있다.
이와 같이 검출된 조도 값과, 영상의 개수에 근거하여, 제어부(1800)는 제1 주행 모드와 제2 주행 모드에 각각 요구되는 조도 값으로 촬영된 소정 개수의 영상이 하나의 카메라에서 획득되는 복수의 프레임에 포함되도록 상기 카메라의 조도 값을 변경시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 하나의 카메라에 의해 단위 시간당 생성되는 프레임에, 제1 조도(L)로 촬영된 영상이 제1 개수 이상 포함되고, 제2 조도(H)로 촬영된 영상이 제2 개수 이상 포함되도록 카메라를 제어할 수 있다.
즉, 제어부(1800)는 제1 및 제2 주행 모드가 선택되면, 카메라가 단위시간당 기 설정된 개수의 영상을 획득할 동안, 획득된 영상에 제1 조도(L)로 촬영된 영상이 제1 개수 이상 포함되고, 제2 조도(H)로 촬영된 영상이 제2 개수 이상 포함되도록, 카메라를 제어할 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 카메라에 의해 촬영된 영상을, 상기 영상의 조도 값에 근거하여, 복수의 그룹으로 분류할 수 있다.
제어부(1800)는 분류결과에 근거하여, 영상마다 레이블링(Labeling)을 수행하고, 레이블링된 영상을 메모리(1700)에 저장시킬 수 있다.
제어부(1800)는 위와 같이 영상이 분류된 후, 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여 선택된 주행 모드 중 제1 주행 모드를 실행시킬 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 영상이 분류된 후, 제2 조도로 촬영된 영상을 이용하여 선택된 주행 모드 중 제2 주행 모드를 실행시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제1 주행 모드는 슬램 주행 모드일 수 있다.
이 경우, 제어부(1800)는 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여, 본체의 위치와 관련된 정보를 검출함으로써, 슬램 주행을 실행할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여, 본체가 위치하는 청소영역의 지도 정보를 생성할 수 있다.
슬램 주행이 요구하는 제1 조도로 촬영된 영상은 상대적으로 어두운 조도 값이 적용된 영상일 수 있다. 제어부(1800)는 슬램 주행이 수행될 때, 카메라에 상대적으로 어두운 조도 값을 적용함으로써, 영상 내의 빛 번짐을 방지할 수 있으며, 슬램 주행의 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에 이용되는 영상을 촬영하기 위하여 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제1 조도 범위 내에서 변경시킬 수 있다.
즉, 제1 주행 모드에 이용되는 영상의 조도는 어느 하나의 조도 값으로 고정된 것이 아니고, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에 이용되는 복수의 영상들이 각각 복수의 조도 값으로 촬영되도록 카메라를 제어할 수 있다. 동일한 주행 모드에 이용되는 복수의 영상들이 각각 복수의 조도 값으로 촬영되는 실시예는 도 9c에서 보다 상세히 설명된다.
또 다른 실시예에서, 제2 주행 모드는 모니터링 주행 모드일 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 제2 조도로 촬영된 영상 중 적어도 하나를 서버 또는 사용자 단말기로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 제2 조도로 촬영된 영상 중 기 설정된 개수의 영상을 선택하고, 선택된 영상을 상기 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
제어부(1800)는 제2 조도로 촬영된 영상 각각의 선명도를 판단하고, 판단된 선명도가 기 설정된 선명도 값 이상인 영상을 선택할 수 있으며, 선택된 영상을 상기 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
제어부(1800)는 제2 조도로 촬영된 영상 중 기 설정된 순번에 해당하는 영상을 선택할 수 있으며, 선택된 영상을 상기 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1800)는 제2 조도로 촬영된 영상 중 1번, 4번, 7번, 10번, 13번, 15번, 18번, 21번, 24번, 27번에 해당하는 영상을 선택할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 통신부(1100)를 통하여, 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나에 인가된 소정의 사용자 입력을 전달받으면, 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송되는 영상의 개수를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
이 경우, 제어부(1800)는 제2 조도로 촬영된 영상 중 증가 또는 감소된 개수의 영상을 선택할 수 있으며, 선택된 영상을 상기 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송하도록 통신부(1100)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(1800)는 하나의 카메라에서 촬영되는 복수의 프레임들에 서로 다른 조도로 촬영된 영상이 포함되도록, 상기 카메라가 연속적으로 영상을 촬영하는 도중에, 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시킬 수 있다.
도 9a에 도시된 실시예에서는, 청소기(100)에 구비된 단일 카메라가 초당 30개의 프레임을 생성시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 30개의 프레임 중 제1 프레임과, 제15 프레임 및 제30 프레임이 제1 조도(L)로 촬영되고, 나머지 27개의 프레임이 제2 조도(H)로 촬영되도록 카메라를 제어할 수 있다.
이와 같은 카메라 제어에 의하면, 본 발명에 따른 청소기(100)는 하나의 카메라를 이용하여 복수의 조도로 촬영된 영상들을 획득할 수 있다.
또한, 도 9a를 참조하면, 제어부(1800)는 제2 조도(H)로 촬영된 프레임들 중 일부를 선택하고, 선택된 일부의 프레임을 이용하여 제2 주행 모드를 실행할 수 있다.
예를 들어, 선택된 일부의 프레임 사이의 시간 간격은 일정할 수 있다. 즉, 제어부(1800)는 제2 주행 모드에 이용되는 영상을 선택함에 있어서, 상기 영상 사이의 촬영시점이 균일하도록, 상기 영상을 선택할 수 있다.
도 9a에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 카메라의 촬영이 개시되면, 소정의 개수의 영상이 제1 조도(L)로 촬영되도록 카메라를 제어하는 제1 조도 제어를 수행할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 상기 제1 조도 제어가 완료되면, 소정 개수의 영상이 제2 조도로 촬영되도록 카메라를 제어하는 제2 조도 제어를 수행할 수 있다.
도 9a에서는 30 프레임만 도시되었으나, 제어부(1800)는 상기 제1 조도 제어와, 제2 조도 제어를 순차적으로 반복 수행할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 제어부(1800)는 카메라가 프레임을 생성할 때마다, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제1 조도(L)와 제2 조도(H)로 교차 변경시킬 수 있다. 즉, 제어부(1800)는 제1 조도로 촬영된 영상과, 제2 조도로 촬영된 영상이 순차적으로 반복 생성되도록, 상기 카메라를 제어할 수 있다.
도 9a와 도 9b에서는 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경하는 구체적 방법에 대해 개시하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 9c를 참조하면, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에 이용되는 영상을 촬영하기 위하여 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제1 조도 범위 내에서 변경시킬 수 있다. 또한, 제어부(1800)는 제2 주행 모드에 이용되는 영상을 촬영하기 위하여 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제2 조도 범위 내에서 변경시킬 수 있다.
즉, 어느 한 주행 모드에 이용되는 영상의 조도는 어느 하나의 조도 값으로 고정된 것이 아니고, 제어부(1800)는 상기 어느 한 주행 모드에 이용되는 복수의 영상들이 각각 복수의 조도 값으로 촬영되도록 카메라를 제어할 수 있다.
도 9c에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 제1 주행 모드에 이용되는 복수의 영상이 촬영되는 복수의 시점에, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제1 설정 값(L1), 제2 설정 값(L2), 제3 설정 값(L3)으로 각각 설정할 수 있다.
이때, 상기 제1 내지 제3 설정 값(L1, L2, L3)은 제1 조도 범위에 포함될 수 있다.
또한, 도 9c에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 제2 주행 모드에 이용되는 복수의 영상이 촬영되는 복수의 시점에, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제4 설정 값(H1), 제5 설정 값(H2), 제6 설정 값(H3)으로 각각 설정할 수 있다.
이때, 상기 제4 내지 제6 설정 값(H1, H2, H3)은 제2 조도 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(1800)는 제1 주행 모드가 개시되면, 상기 제1 주행 모드에 이용되는 영상이 촬영되는 시점에, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제1 설정 값(L1)으로 설정할 수 있다. 이때, 상기 제1 설정 값(L1)은 디폴트 값일 수 있다.
제어부(1800)는 본체가 제1 주행 모드 수행 중에 상기 제1 주행 모드가 개시된 영역보다 더 밝은 영역에 진입하면, 상기 제1 주행 모드에 이용되는 영상이 촬영되는 시점에, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제2 설정 값(L2)으로 변경할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 본체가 제1 주행 모드 수행 중에 상기 제1 주행 모드가 개시된 영역보다 더 어두운 영역에 진입하면, 상기 제1 주행 모드에 이용되는 영상이 촬영되는 시점에, 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 제3 설정 값(L3)으로 변경할 수 있다.
제어부(1800)는 본체 외부에 구비된 조도센서(미도시)의 센싱 값을 이용하여, 본체가 이전 영역보다 더 어두운 영역으로 진입하는지, 또는 이전 영역보다 더 밝은 영역으로 진입하는지 여부를 판단할 수 있다.
이와 같이, 제어부(1800)는 하나의 카메라에 의해 촬영된 영상들이 복수의 주행 모드에서 각각 이용될 수 있도록, 프레임 별로 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(1800)는 하나의 카메라가 단위시간당 생성하는 프레임을 선택된 주행 모드 별로 할당할 수 있다.
즉, 도 9c를 참조하면, 제어부(1800)는 제1 프레임과, 제15 프레임 및 제30 프레임을 제1 주행 모드에 할당할 수 있고, 나머지 27 프레임을 제2 주행 모드에 할당할 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 제1 주행 모드를 수행하는 도중에, 상기 제1 주행 모드에 이용되는 영상의 밝기가 변경되면, 상기 제1 주행 모드에 할당된 프레임에 대응되는 시점에서 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시킬 수 있다.
도 10에서는 본 발명에 따르는 청소기(100)의 제어방법이 설명된다.
도 10에 도시된 것과 같이, 본원발명의 단일카메라(1001)는 초당 최고 30 프레임의 영상을 촬영할 수 있다.
제어부(1800)에 포함되는 조도 제어유닛(1801)은, 단일카메라(1001)가 연속적으로 촬영을 하는 도중에, 단일카메라(1001)의 조도와 관련된 설정 값을 변경시킬 수 있다.
또한, 제어부(1800)에 포함되는 조도 제어유닛(1801)은 동일한 조도로 촬영된 영상들을 그룹화하여, 그룹별로 메모리(1100)에 저장시킬 수 있다.
한편, 제어부(1800)에 포함되는 조도 제어유닛(1801)은 초당 촬영되는 30 프레임을 복수의 주행 모드에 분배하여 할당시킬 수 있다. 조도 제어유닛(1801)은 동일한 주행 모드에 할당된 프레임을 그룹화하여, 그룹별로 메모리(1100)에 저장시킬 수 있다.
예를 들어, 복수의 주행 모드는 모니터링 주행 모드(1002), 슬램 주행 모드(1004), 딥러닝 인식 모드(1003)를 포함할 수 있다.
이때, 조도 제어유닛(1801)은 모니터링 주행 모드에 할당된 26개의 프레임을 그룹화시킬 수 있다. 아울러, 제어부(1800)에 포함되는 모니터링 유닛(1802)은 모니터링 주행 모드에 할당된 26개의 프레임이 단말기 화면(1002)에 출력되도록, 사용자 단말기로 전송할 수 있다.
또한, 조도 제어유닛(1801)은 슬램 주행 모드에 할당된 3개의 프레임을 그룹화시킬 수 있다. 제어부(1800)는 슬램 주행 모드에 할당된 3개의 프레임을 이용하여 슬램 주행을 실행할 수 있다.
또한, 조도 제어유닛(1801)은 딥러닝 주행 모드에 1개의 프레임을 할당시킬 수 있으며, 제어부(1800)는 딥러닝 주행 모드에 할당된 1개의 프레임과 메모리에 미리 저장된 트레이닝 데이터를 비교함으로써, 딥러닝 주행 모드에 할당된 1개의 프레임의 피사체와 관련된 정보를 검출할 수 있다.
예를 들어, 피사체와 관련된 정보는, 피사체가 사물인지 생명체인지 여부와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 피사체와 관련된 정보는 피사체가 생명체인 경우, 상기 피사체와 대응되는 종(Species)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 피사체와 관련된 정보는 피사체가 사물인 경우, 상기 피사체의 이름과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 피사체와 관련된 정보는 피사체의 크기, 형태와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또 따른 예에서, 피사체와 관련된 정보는, 상기 딥러닝 주행 모드에 할당된 프레임에 포함된 객체의 개수와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기에 따르면, 카메라의 설정 값을 필요에 따라 변경시킴으로써, 하나의 카메라만을 이용하면서도 복수의 주행 모드를 정상적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
즉, 본 발명에 따른 청소기의 제어방법에 의하면, 본체에 설치되는 카메라의 개수를 감소시킬 수 있으므로, 청소기의 제작 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 카메라를 이용하여 복수의 주행 모드에 요구되는 설정 값을 갖는 영상을 획득할 수 있으므로, 청소기의 데이터 처리량을 감소시킬 수 있는 효과가 도출된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 하나의 카메라로부터 획득되는 정보를 이용하여 복수의 주행 모드를 수행할 수 있으므로, 데이터 처리의 효율성이 증가된다.

Claims (26)

  1. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 구동부;
    기 설정된 주기마다 상기 본체 주변의 영상을 촬영하는 카메라; 및
    복수의 주행 모드 중 적어도 하나를 선택하고,
    선택된 주행 모드를 수행하도록 상기 구동부 및 카메라를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 카메라가 연속적으로 영상을 촬영하는 도중에, 상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값을 변경시키는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는 단위시간당 기 설정된 개수의 영상을 촬영하고,
    상기 제어부는,
    상기 기 설정된 개수의 영상이 서로 다른 복수의 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 조도 중 어느 하나로 촬영된 영상의 개수가, 복수의 조도 중 다른 하나로 촬영된 영상의 개수와 상이하도록, 상기 카메라를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 조도 중 어느 하나로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 청소기가 수행하는 복수의 주행 모드 중 어느 하나를 수행하고,
    복수의 조도 중 다른 하나로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 청소기가 수행하는 복수의 주행 모드 중 다른 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 주행모드는 장애물 인식 모드, 모니터링 모드 및 위치 인식 모드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 위치 인식 모드가 수행될 때 이용되는 영상의 조도가, 상기 장애물 인식 모드 및 상기 모니터링 모드 중 적어도 하나가 수행될 때 이용되는 영상의 조도보다 낮도록 상기 카메라를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 카메라는 초당 30개의 프레임의 영상을 획득하고,
    상기 제어부는,
    상기 30개의 프레임의 영상 중 3개의 프레임의 영상은 제1 조도로 촬영되고, 나머지 27개의 프레임의 영상은 제2 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하고,
    상기 제1 조도는 상기 제2 조도보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 주행 모드와 제2 주행 모드가 선택되면, 상기 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보와, 상기 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도와 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 주행 모드가 선택되면, 상기 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수와, 상기 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 개수를 검출하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도가 상기 제1 조도이고,
    상기 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수가 제1 개수이고,
    상기 제2 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도가 상기 제2 조도이고,
    상기 제1 주행 모드에서 단위 시간당 이용되는 영상의 개수가 제 2 개수이면,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 주행 모드가 선택되면, 상기 카메라가 초당 기 설정된 개수의 영상을 획득할 동안, 획득된 영상에 상기 제1 조도로 촬영된 영상이 제1 개수 이상 포함되고, 상기 제2 조도로 촬영된 영상이 제2 개수 이상 포함되도록, 상기 카메라를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라에 의해 촬영된 영상을, 상기 영상의 조도 값에 근거하여 복수의 그룹으로 분류하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    분류결과에 근거하여, 상기 영상의 레이블링(Labeling)을 수행하고,
    레이블링된 영상을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 영상이 분류된 후, 상기 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여 선택된 주행 모드 중 제1 주행 모드를 실행시키고, 상기 제2 조도로 촬영된 영상을 이용하여 선택된 주행 모드 중 제2 주행 모드를 실행시키는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 주행 모드는 슬램(SLAM) 주행 모드이고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 본체의 위치와 관련된 정보를 검출함으로써, 상기 제1 주행 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 조도로 촬영된 영상을 이용하여, 상기 본체가 위치하는 청소영역의 지도 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 본체가 위치하는 청소영역의 밝기를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서의 감지결과에 근거하여, 상기 본체 주변의 밝기가 변경되었는지 여부를 판단하고,
    판단결과에 근거하여, 상기 제1 주행 모드에서 이용되는 영상의 조도 값을 보정하기 위해, 상기 카메라의 조도 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  17. 제13항에 있어서,
    외부와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제2 주행 모드는 모니터링 주행 모드이고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 적어도 하나를 서버 또는 사용자 단말기로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 기 설정된 개수의 영상을 선택하고,
    선택된 영상을 상기 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 조도로 촬영된 영상 각각의 선명도를 판단하고,
    판단된 선명도가 기 설정된 선명도 값 이상인 영상을 선택하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 기 설정된 순번에 해당하는 영상을 선택하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통하여, 서버 및 사용자 단말기 중 적어도 하나에 인가된 소정의 사용자 입력을 전달받으면, 상기 서버 또는 상기 사용자 단말기 중 적어도 하나로 전송되는 영상의 개수를 증가 또는 감소시키고,
    상기 제2 조도로 촬영된 영상 중 증가 또는 감소된 개수의 영상을 선택하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  22. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라의 촬영이 개시되면, 소정의 개수의 영상이 상기 제1 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하는 제1 조도 제어를 수행하고,
    상기 제1 조도 제어가 완료되면, 소정의 개수의 영상이 상기 제2 조도로 촬영되도록 상기 카메라를 제어하는 제2 조도 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 조도 제어와 상기 제2 조도 제어를 순차적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 광축은 상기 본체가 위치하는 청소영역의 바닥면과 소정의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 시야각은 소정의 각도 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 조도와 관련된 설정 값은 카메라의 노출 시간과 관련된 설정 값, 조명 출력과 관련된 설정 값 및 필터와 관련된 설정 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
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