KR20190049239A - 초음파 센서 및 그를 구비하는 로봇 청소기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 자율주행을 수행하는 로봇 청소기는 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 상기 본체와 장애물 사이의 거리를 감지하는 초음파 센서 및 상기 초음파 센서의 출력 값을 이용하여, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 초음파 센서는 상기 본체의 외면 중 일 지점에 설치되어, 소정의 방향으로 초음파를 방사하는 발신부와, 상기 본체의 외면 중 상기 발신부와 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치되어, 상기 발신부로부터 방사된 후 상기 장애물에 의해 반사된 초음파를 수신하는 복수의 수신부 및 상기 발신부와, 상기 복수의 수신부 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전기신호전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 센서 및 그를 구비하는 로봇 청소기{ULTRASONIC SENSOR AND ROBOT CLEANER COMPRISING THE SAME}
본 발명은 초음파 센서의 종류를 구분하기 위한 분류 장치를 구비하는 초음파 센서와, 이러한 초음파 센서를 구비한 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.
로봇 청소기의 성능을 판단하는 주요한 요인 중 하나는, 로봇 청소기의 본체가 청소영역의 벽에 얼마나 근접할 수 있는지 여부이다.
본체가 벽으로부터 너무 멀리 떨어지면 로봇 청소기의 청소 수행 능력이 저하되는 문제가 있다. 한편, 본체와 벽의 충돌을 방지해야하는 기술적 문제점도 동시에 고려해야 하는바, 본체가 벽으로 최대한 근접한 상태에서 주행하는 것이 로봇 청소기의 과제이다.
일반적으로 로봇 청소기는 초음파 센서 등을 통하여, 장애물 또는 벽과의 본체 사이의 거리를 감지할 수 있다.
즉, 로봇 청소기는 초음파 센서의 출력에 근거하여, 로봇 청소기와 청소영역의 벽 사이의 거리를 검출하며, 검출된 거리에 근거하여, 로봇 청소기의 본체가 벽에 최대한 근접하게 위치하도록 구동부를 제어한다.
따라서, 초음파 센서의 성능은 로봇 청소기가 벽에 최대한 근접하게끔 구현하는 중요한 변수이다.
참고로, 본체가 벽에 소정 미리미터만큼 더 근접할 수 있도록 개발되는 경우, 로봇 청소기의 성능이 유의미하게 향상된 것으로 판단되는 실정이다.
한편, 초음파 센서는 복수의 업체에서 복수의 모델을 양산하고 있다.
이때, 초음파 센서는 소자의 특성에 따라 발신부와 수신부가 서로 다른 파형을 출력하게 된다.
즉, 초음파 센서의 출력을 분석하는 알고리즘은 초음파 센서에 따라 최적화될 필요가 있으며, 초음파 센서의 스펙이 변경됨에 따라, 상기 알고리즘도 변경되어야만 하는 불편함이 있다.
또한, 일반적으로 로봇 청소기는 초음파 센서의 특성에 대응되어, 상기 초음파 센서의 출력을 분석할 수 있는 알고리즘을 탑재할 뿐이고, 상기 로봇 청소기에 설치된 초음파 센서의 특성을 직접 검출할 수 있는 구성요소 또는 알고리즘을 탑재하고 있지 않다.
따라서, 로봇 청소기의 초음파 센서에 고장이 발생된 경우, 새로 교체하는 초음파 센서를 미리 설치된 초음파 센서와 동일한 모델이 아닐 수 있다.
만약, 로봇 청소기에 최초에 설치된 초음파 센서에 고장이 발생된 후, 다른 종류의 초음파 센서로 교체되면, 로봇 청소기의 제어부에 최초에 탑재된 알고리즘은, 교체된 초음파 센서와 부합하지 않을 수 있다.
이 경우, 초음파 센서의 출력을 정확하게 감지할 수 없고, 이에 따라 로봇 청소기의 본체와 벽 사이의 거리를 오감지하게 되는 문제점이 발생한다.
한편, 초음파에 대한 진단 기술과 관련하여, 한국등록특허 10-1318854호(공고일자, 2013년 10월 16일)에서는 복수의 초음파 센서를 이용하여, 복수의 초음파 센서 중 어느 하나가 정상인지 여부를 판단하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 한국등록특허 10-1318854호에서는 서로 다른 종류의 초음파 센서가 혼용될 수 있는 가능성에 대해 언급하고 있지 않으므로, 상기 한국등록특허 10-1318854호에 개시된 기술만으로는 위의 문제점을 해결할 수 없다.
또한, 초음파 신호 최적화 기술과 관련하여, 한국공개특허 10-2017-0071121호 (공개일자 2017년 06월 13일)에서는 초음파 신호의 링잉 타임(Rining Time)을 측정함으로써, 보정 주파수를 연산하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 한국공개특허 10-2017-0071121호에서는 측정된 링잉 타임과 미리 저장된 링잉 타임을 비교해야만 보정 주파수를 연산할 수 있으므로, 초음파 센서의 종류를 알 수 없는 상태에서는 비교 기준인 링잉 타임을 적절히 설정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 초음파 센서의 구분이 가능한 분류 장치를 구비하는 초음파 센서 및 이러한 초음파 센서를 구비하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 로봇 청소기에 설치된 초음파 센서의 제품, 모델 및 제조사 중 적어도 하나와 관련된 정보를 사용자에게 제공할 수 있는 분류 장치를 구비하는 초음파 센서 및 이러한 초음파 센서를 구비하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 로봇 청소기의 제어부를 구성하는 메인 회로기판의 설계를 수정하지 않으면서, 초음파 센서의 수신부 및 발신부의 출력을 정확하게 해석할 수 있도록 분류 장치를 구비하는 초음파 센서 및 이러한 초음파 센서를 구비하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 초음파 센서에 의한 오작동을 방지할 수 있는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기를 제공하는 것이다.
위와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 초음파 센서는, 초음파를 방사하는 발신부 상기 발신부와 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치되어, 상기 발신부로부터 방사되는 초음파를 수신하는 복수의 수신부 및 상기 발신부와, 상기 복수의 수신부 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전기신호전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 발신부가 초음파를 방사시킬 때, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 발신부가 방사시킨 초음파가 상기 수신부에 도달하기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 수신부가 상기 발신부에 의해 방사된 초음파에 대응하여 출력을 미리 설정된 값 이상 증가시키기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 발신부가 방사시킨 초음파에 대응하여 상기 수신부가 출력을 변화시키는 도중에, 상기 수신부의 출력의 증가율이 양의 값에서 음의 값으로 변경되기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 전기적 신호에 대응하여 상기 수신부가 출력하는 제1 신호와, 상기 발신부가 방사시킨 초음파에 대응하여 상기 수신부가 출력하는 제2 신호의 중첩 영역이 소정의 시간 간격 이하가 되도록, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신부는, 상기 전기신호전달부로부터 전달받은 전기적 신호에 의해 제1 신호를 출력하고, 상기 발신부가 방사시킨 초음파에 의해 제2 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신부는, 상기 제1 신호를 상기 제2 신호보다 먼저 출력시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 신호가 출력되는 시간 범위와 상기 제2 신호가 출력되는 시간 범위는 소정의 시간 간격 이하로 중첩되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 발신부는 양의 출력단자와 음의 출력단자를 구비하고, 상기 전기신호전달부는, 상기 음의 출력단자와 상기 복수의 수신부 중 어느 하나 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 모스펫(MOSFET)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 모스펫의 게이트(Gate) 단자는 상기 발신부의 음의 출력단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 발신부 및 상기 수신부의 회로적 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 수신부에 전달하는 전기적 신호의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 발신부가 초음파를 발생시키는 주기가 한계 주기 이하로 감소되면, 상기 수신부에 전기적 신호를 전달하지 않도록 오프되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기는, 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 상기 본체와 장애물 사이의 거리를 감지하는 초음파 센서 및 상기 초음파 센서의 출력 값을 이용하여, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 초음파 센서는, 상기 본체의 외면 중 일 지점에 설치되어, 소정의 방향으로 초음파를 방사하는 발신부와, 상기 본체의 외면 중 상기 발신부와 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치되어, 상기 발신부로부터 방사된 후 상기 장애물에 의해 반사된 초음파를 수신하는 복수의 수신부 및 상기 발신부와, 상기 복수의 수신부 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전기신호전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부를 구성하는 회로는, 상기 제어부를 구성하는 회로와 별도로 설치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기신호전달부는, 상기 발신부가 방사시킨 초음파가 상기 수신부에 도달하기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신부는, 상기 전기신호전달부로부터 전달받은 전기적 신호에 의해 제1 신호를 출력하고, 상기 발신부가 방사시킨 초음파에 의해 제2 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신부는, 상기 제1 신호를 상기 제2 신호보다 먼저 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 수신부의 상기 제1 신호의 출력과 제2 신호의 출력을 단일 하네스(Harness)를 통해 전달받는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 감지된 제1 신호의 출력에 근거하여, 상기 초음파 센서의 특성과 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 초음파 센서의 특성과 관련된 정보는, 상기 초음파 센서의 제조사, 종류 및 모델 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 초음파 센서의 출력을 분석하기 위한 복수의 알고리즘과 관련된 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 초음파 센서의 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 복수의 알고리즘 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 알고리즘을 이용하여, 상기 제2 신호의 출력을 분석하고, 분석결과에 근거하여, 상기 장애물과 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 발신부에서 초음파를 발생시킨 시점에 근거하여, 상기 제1 신호의 출력와, 상기 제2 신호의 출력을 구분하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 신호의 출력 중 상기 발신부에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 더 가깝게 발생된 신호를, 제1 신호로 구분하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 청소기의 사용자나 관리자가 로봇 청소기를 분해하지 않고도, 로봇 청소기에 설치된 초음파 센서의 제품명, 종류 및 제조사 중 적어도 하나와 관련된 정보를 제공받을 수 있는 효과가 도출된다.
따라서, 로봇 청소기에 미리 설치된 초음파 센서가 고장난 경우, 청소기의 관리자는 해당 초음파 센서와 동일한 제품의 초음파 센서로 교체함으로써, 청소기의 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 청소기의 사용자는 로봇 청소기의 제어부 설계를 변경하지 않으면서, 로봇 청소기 내에 설치된 초음파 센서의 종류를 구분할 수 있으므로, 사용자의 편의성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, 청소기의 제어부가 초음파 센서의 출력 파형을 이용하여, 초음파 센서의 종류를 구분할 수 있으므로, 초음파 센서의 출력을 정확하게 해석할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기의 일 예를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇 청소기와 충전 스테이션이 청소 영역에 설치되는 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 6은 일반적인 초음파 센서의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 7은 초음파 센서가 초음파를 감지하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 8은 본원발명에 따른 초음파 센서의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본원발명에 따른 초음파 센서의 발신부의 회로도이다.
도 10은 본원발명에 따른 초음파 센서의 출력 파형과 일반적인 초음파 센서의 출력 파형을 비교하는 그래프이다.
도 11은 본원발명에 따른 초음파 센서의 출력 파형의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본원발명에 따른 초음파 센서의 출력 파형의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본원발명에 따른 초음파 센서를 구비하는 로봇 청소기의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
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.
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, 하부 카메라 센서, 상부 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.
참고로, 초음파 센서에 대해서는 이하의 도 6에서 보다 상세히 설명된다.
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, 하부 카메라 센서는, 이동 로봇의 배면에 구비되어, 이동 중 하방, 즉, 바닥면(또는 피청소면)에 대한 이미지 정보를 획득한다. 하부 카메라 센서는, 다른 말로 옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)라 칭하기도 한다. 하부 카메라 센서는, 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 이미지 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.
하부 카메라 센서를 이용하여, 제어부(1800)는 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어부(1800)은 하부 카메라 센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다. 하부 카메라 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.
한편, 상부 카메라 센서는 이동 로봇의 상방이나 전방을 향하도록 설치되어 이동 로봇 주변을 촬영할 수 있다. 이동 로봇이 복수의 상부 카메라 센서들을 구비하는 경우, 카메라 센서들은 일정 거리 또는 일정 각도로 이동 로봇의 상부나 옆면에 형성될 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.
이하의 도 6에서는 일반적인 로봇 청소기(100)에 구비된 초음파 센서의 구성요소가 설명된다.
도 6을 참조하면, 초음파 센서는 초음파를 방사하는 발신부(Tx, 601)와, 발신부로부터 방사되는 초음파를 수신하는 수신부(Rx, 602a, 602b)를 포함할 수 있다.
발신부(601)은 장애물(600)로 초음파를 방사하며, 방사된 초음파는 장애물(600)의 외면에서 반사된다. 수신부(602a, 602b)는 장애물(600)에 의해 반사된 초음파를 수신한다.
이때, 발신부(601)를 구성하는 회로유닛(미도시)은 초음파가 방사된 시점으로부터 수신부(602a, 602b)에 도달하기까지 소요되는 시간을 측정함으로써, 초음파 센서와 장애물 사이의 거리를 감지할 수 있다.
도 6에서 도시된 것과 같이, 발신부(601)는 초음파를 방사하기 위해 펄스폭 변조 신호(PWM Signal)를 발생시키며, 수신부(602a, 602b)는 수신된 초음파에 대응하여, 소정의 파형을 출력할 수 있다.
위와 같이 장애물과의 거리를 감지하기 위해서, 복수의 수신부가 하나의 발신부에 대응될 수 있다. 즉, 하나의 초음파 센서는 하나의 발신부와 복수의 수신부를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 일 예에서, 초음파 센서는 두 개의 수신부(602a, 602b)를 포함하며, 상기 두 개의 수신부는 각각 발신부(601)의 좌측과 우측으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치될 수 있다.
도 6에 도시된 일 예에서, 발신부(601)는 청소기(100)의 본체(110) 외면 중 일 지점에 설치되고, 수신부(602a, 602b)는 상기 본체(110) 외면 중 발신부와 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치될 수 있다. 구체적으로, 제1 수신부(602a)는 본체(110)의 전진방향을 기준으로 발신부로부터 좌측에 설치되고, 제2 수신부(602b)는 본체(110)의 전진방향을 기준으로 발신부로부터 우측에 설치될 수 있다.
청소기(100)의 제어부(1800)는 발신부(601)와 연결되어, 수신부(602a, 602b)의 출력을 상기 발신부(601)를 통해 전달받고, 수신부(602a, 602b)의 출력을 이용하여, 장애물과 본체(110) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 초음파 센서의 수신부(602a, 602b)의 출력을 분석하기 위해, 메모리(1700)에 미리 저장된 알고리즘을 이용할 수 있다. 이때, 상기 알고리즘은 초음파 센서의 출력을 분석하기 위한 것으로서, 청소기(100)에 설치된 초음파 센서의 특성에 대응되게 설계된 것일 수 있다.
따라서, 초음파 센서의 제조사, 종류 및 모델 중 어느 하나가 변경될 경우, 제어부(1800)가 초음파 센서의 출력을 감지하기 위해 이용하는 알고리즘도 변경되어야 한다.
즉, 초음파 센서의 제조사나, 종류 또는 모델이 다르면, 초음파 센서의 특성이 달라지므로, 특정한 제조사에서 제조된 특정 모델의 초음파 센서의 출력을 정확하게 분석하기 위해서는, 그의 특성에 대응되게 설계된 알고리즘을 필요로 한다.
예를 들어, A 제조사에서 제조한 제1 초음파 센서와, B 제조사에서 제조한 제2 초음파 센서는, 수신부와 발신부 사이의 거리, 수신부의 증폭 이득, 발신부에서 발생되는 초음파 강도 및 수신부에서 발생되는 파형의 형태에 있어서 상이한 특성을 가질 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 초음파 센서 중 어느 하나에 맞게 설계된 알고리즘을 상기 제1 초음파 센서와, 제2 초음파 센서에 모두 적용하는 경우, 제1 및 제2 초음파 센서 중 다른 하나의 출력을 정확하게 분석할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로, 초음파 센서의 출력을 분석하기 위한 알고리즘은 청소기(100)의 제어부(1800) 또는 메모리(1700)에 탑재되고, 초음파 센서의 특성은 발신부와 수신부를 구성하는 회로에 의해 결정된다.
일반적으로 청소기(100)의 제조사와 초음파 센서의 제조사가 서로 다른 실정을 고려하면, 초음파 센서의 발신부 및 수신부에 의해 도출되는 특성과 청소기의 제어부에 탑재된 알고리즘이 서로 부합하지 않는 문제는 필연적이다.
현재, 로봇 청소기의 제조 시, 초음파 센서의 제조사, 종류 및 모델을 확인하고 확인된 사항에 대응되는 알고리즘을 선별적으로 제어부(1800)에 탑재시키고 있으며, 이러한 작업은 제조 시간의 증가와, 제조사의 불편함을 야기시킬 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 청소기의 제어부(1800)를 구성하는 회로의 설계를 변경하지 않아도, 초음파 센서의 특성을 검출할 수 있도록, 제어부(1800) 측으로 초음파 센서의 특성과 관련된 정보를 전달하는 초음파 센서와, 이를 구비하는 로봇 청소기가 설명된다.
이하의 도 7에서는 일반적인 로봇 청소기(100)에 구비된 초음파 센서에서 초음파를 감지하는 과정이 설명된다.
발신부(Tx)는 펄스를 발신시키고(701), 발신된 펄스는 장애물에 반사되어(702), 수신부(Rx)로 진입한다.
수신부(Rx)는 장애물에 반사된 펄스를 수신하여, 증폭기(702), 클램핑 회로(Clamping Circuit, 703) 및 포락선 검파기(Evenlope Detector, 704)를 차례로 통과시킴으로써, 소정의 파형을 출력한다.
증폭기(702), 클램핑 회로(703) 및 포락선 검파기(704)는 본원발명의 기술분야에서 공지된 사항이므로, 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 8에서는 본 발명에 따른 초음파 센서의 구성요소가 설명된다.
참고로, 본원발명에서는 하나의 발신부와, 두 개의 수신부를 포함하는 초음파 센서가 설명되나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 즉, 본원발명의 사상은 하나의 수신부를 포함하거나, 세개 이상의 수신부를 포함하는 초음파 센서에도 적용 가능하다.
도 8에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 초음파 센서(800)는 발신부(801)와 제1 수신부(802a) 및 제2 수신부(802b)를 포함할 수 있다.
특히, 발신부(801)에는, 발신부와 제1 및 제2 수신부(802a, 802b) 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전기신호전달부(803)가 설치될 수 있다.
즉, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)에서 발생되는 초음파와 별도로, 제1 및 제2 수신부(802a, 802b) 중 적어도 하나로 전기적 신호를 전달할 수 있다. 전기신호전달부(803)로부터 전기적 신호를 전달받은 수신부(802a, 802b)는 소정의 전압 파형을 출력할 수 있다.
구체적으로, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)가 초음파를 방사시킬 때, 제1 및 제2 수신부(802a, 802b) 중 적어도 하나로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
발신부(801)가 초음파를 방사시키기 위한 PWM 신호를 발생시키면, 발생된 PWM 신호에 의해 전기신호전달부(803)에서는 전기적 신호가 발생될 수 있다. 즉, 초음파를 방사시키기 위한 PWM 신호와 전기신호전달부(803)의 전기적 신호는 실질적으로 동일한 시점에 발생될 수 있다.
전기신호전달부(803)는 발신부(801)와 수신부(802a, 802b) 사이에 연결되어, 발생된 전기적 신호를 수신부(802a, 802b)로 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 발신부(801) 내에 구비될 수 있다. 즉, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)에 대응되는 회로구성의 일부일 수 있다. 따라서, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)를 형성하는 회로의 어느 한 지점과 다른 지점에 각각 연결되고, 수신부(802a, 802b) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 청소기(100)의 제어부(1800)와 별도로 설치될 수 있다. 즉, 전기신호전달부(803)는 제어부(1800)의 외부에 설치되어, 제어부(1800)의 설계 변화를 요구하지 않는다.
수신부(802a, 802b)는 발신부(801)로부터 초음파를 수신하기 전에, 전기신호전달부(803)로부터 전기적 신호를 전달받을 수 있다.
수신부(802a, 802b)는 전기신호전달부(803)로부터 전달받은 전기적 신호에 대응하여 제1 신호를 출력할 수 있고, 발신부(801)에서 방사된 초음파에 대응하여 제2 신호를 출력할 수 있다.
이때, 상기 제1 신호의 출력 파형과 제2 신호의 출력 파형은 서로 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 전기적 신호에 의해 출력되는 펄스인 제1 신호의 피크 값은, 초음파에 의해 출력되는 펄스인 제2 신호의 피크 값과 상이하게 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 신호의 주기는 제2 신호의 주기와 상이할 수 있다.
이와 같이, 제1 신호와 제2 신호가 서로 다른 출력 파형을 형성하므로, 상기 제1 신호와 제2 신호가 일부 중첩되는 구간이 존재하더라도, 초음파 센서의 출력을 감지하는 제어부(1800)는 제1 및 제2 신호를 구분할 수 있다.
한편, 수신부(802a, 802b)가 제1 신호를 먼저 출력하고, 상기 제1 신호에 의한 출력 파형이 사라진 후에, 제2 신호를 출력하도록, 전기신호전달부(803)에서 발생되는 전기적 신호가 수신부(802a, 802b)에 전달되는 시점을 조정하는 것이 바람직하다.
제1 신호의 출력과 제2 신호의 출력이 서로 중첩되는 경우에는, 제1 신호의 피크 값과 제2 신호의 피크 값을 각각 검출할 수 있도록, 전기신호전달부(803)에서 발생되는 전기적 신호가 수신부(802a, 802b)에 전달되는 시점을 조정하는 것이 바람직하다.
도 8에 도시된 블록도를 참조하면, 전기신호전달부(803)가 발신부(801) 내에 설치되는 실시예가 설명되었으나, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)와 독립적으로 설치될 수도 있다.
즉, 전기신호전달부(803)는 독립적인 구성요소로 정의될 수도 있다. 따라서 전기신호전달부(803)는 발신부와 수신부만을 포함하는 종래의 초음파 센서에 추가적으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 전기신호전달부(803)는 발신부와 수신부 사이에 설치될 수도 있고, 발신부 내에 설치될 수도 있다.
한편, 전기신호전달부(803)는 수신부로 전달하는 전기적 신호의 크기를 가변적으로 조정할 수 있다. 바람직하게는, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)의 회로적 특징 및 수신부(803)의 회로적 특징과 관련된 정보에 근거하여, 수신부로 전달하는 전기적 신호의 크기를 설정할 수 있다. 전기적 신호의 크기가 변경되면 제1 신호의 파형도 변경될 수 있다. 즉, 전기신호전달부(803)는 서로 다른 종류의 초음파 센서에 구비될 때, 각각 서로 다른 크기의 전기적 신호를 수신부에 전달시킬 수 있다.
이하에서는, 전기신호전달부(803)가 전기적 신호를 전달하는 양태와 관련된 다양한 실시예를 설명한다.
일 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)가 방사시킨 초음파가 상기 수신부에 도달하기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 수신부(802a, 802b)가 발신부(801)에 의해 방사된 초음파에 대응하여 출력을 미리 설정된 전압 값 이상 증가시키기 전에, 상기 수신부(802a, 802b)로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다. 이때, 미리 설정된 전압 값은 제1 신호의 피크 값에 대응될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 수신부(802a, 802b)가 제2 신호의 출력을 미리 설정된 제1 전압 값 이상 증가시키기 전에, 제1 신호의 출력이 미리 설정된 제2 전압 값 이하로 떨어지도록, 수신부(802a, 802b)로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)가 방사시킨 초음파에 대응하여 수신부(802a, 802b)가 출력을 변화시키는 도중에, 수신부(802a, 802b)의 출력의 증가율이 양의 값에서 음의 값으로 변경되기 전에, 수신부(802a, 802b)로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 수신부(802a, 802b)가 제2 신호에 의한 출력의 증가율이 0 이하로 떨어지기 전에 제1 신호에 의한 출력 파형이 사라지도록, 수신부(802a, 802b)로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는, 전기적 신호에 대응하여 상기 수신부가 출력하는 제1 신호와, 상기 발신부가 방사시킨 초음파에 대응하여 상기 수신부가 출력하는 제2 신호의 중첩 영역이 소정의 시간 간격 이하가 되도록, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기신호전달부(803)는 발신부(801)가 초음파를 방사시키기 위한 PWM 신호를 발생시킨 시점으로부터 소정의 시간 간격 내에 수신부(802a, 802b)로 소정의 전기적 신호를 전달시킬 수 있다.
이하의 도 9에서는 전기신호전달부(803)의 회로도가 설명된다.
도 9를 참조하면, 발신부(801)를 구성하는 회로(900)가 도시된다. 초음파 센서의 발신부를 구성하는 회로는 공지의 구성이므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 9에 도시된 것과 같이, 발신부(801)는 양의 출력단자(902a)와, 음의 출력단자(902b)를 구비할 수 있다.
전기신호전달부(803)는 발신부(801)의 음의 출력단자(902b)와 수신부(802a, 802b) 중 어느 하나 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 전기신호전달부(803)는 모스펫(901, MOSFET)을 구비할 수 있다. 바람직하게, 전기신호전달부(803)는 P-MOS를 구비할 수 있다. 이때, 전기신호전달부(803)에 구비된 모스펫(901)의 게이트(Gate) 단자는 발신부(801)의 음의 출력단자(902b)와 연결될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 전기신호전달부(803)가 추가됨에 따라 발생 가능한 초음파 센서의 원신호 감쇄 현상을 최소화시킬 수 있다.
이하의 도 10에서는 전기신호전달부(803)를 구비하는 초음파 센서와, 구비하지 않는 초음파 센서의 수신부 출력을 비교한다.
도 10을 참조하면, 종래의 초음파 센서에 따르면, 발신부(801)에서 초음파가 발생한 이후 소정의 시간 간격이 경과하면, 수신부(802a, 802b)의 출력이 감지할 수 있는 수치로 증가한다.
반면, 본원발명에 따른 전기신호전달부(803)를 구비한 초음파 센서에 따르면, 발신부(801)에서 초음파가 발생한 후, 수신부(802a, 802b)에서 초음파에 대응한 출력을 증가시키기 전에, 전기신호전달부(803)에서 발생된 전기적 신호에 대응하여, 수신부(802a, 802b)의 출력이 변동된다.
상술한 것과 같이, 전기신호전달부(803)에서 전달받은 전기적 신호에 대응되는 출력을 제1 신호(S1)로 정의하고, 초음파에 대응되는 출력을 제2 신호(S2)로 정의한다.
초음파 센서와 연결된 제어부(1800)는 상기 제1 신호를 이용하여, 초음파 센서의 특성과 관련된 정보를 검출할 수 있다.
이때, 초음파 센서의 특성과 관련된 정보는 초음파 센서의 제조사, 종류 및 모델 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 상기 제1 신호의 유무에 근거하여, 초음파 센서의 종류를 구분할 수도 있다.
즉, 제어부(1800)는 수신부의 출력에 제1 신호가 포함되면, 청소기(100)의 본체(110)에 설치된 초음파 센서의 종류를, 전기신호전달부(803)가 구비된 초음파 센서로 구분할 수 있다.
반대로, 제어부(1800)는 수신부의 출력에 제1 신호가 포함되지 않으면, 청소기(100)의 본체(110)에 설치된 초음파 센서의 종류를, 전기신호전달부(803)가 구비되지 않은 초음파 센서로 구분할 수 있다.
이러한 구분방법을 이용하여, 다음과 같은 청소기(100) 제작 방법이 구현 가능하다.
예를 들어, 청소기(100)의 제작자는 복수의 센서 공급업자로부터 서로 다른 특성을 갖는 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서를 공급받을 경우, 제1 초음파 센서의 발신부에만 전기신호전달부(803)를 설치한다.
아울러, 제어부(1800)는 본체(110)에 구비된 초음파 센서의 수신부 출력에 제1 신호가 포함되면 상기 본체(110)에 구비된 초음파 센서가 제1 초음파 센서인 것으로 구분하고, 상기 수신부 출력에 상기 제1 신호가 포함되지 않으면 상기 초음파 센서가 제2 초음파 센서인 것으로 구분하도록 설계될 수 있다.
이하의 도 11에서는 본 발명에 따르는 전기신호전달부(803)를 구비하는 초음파 센서의 출력과 관련된 또 다른 예시가 설명된다.
도 11에 도시된 것과 같이, 제1 신호(S1)의 출력 구간과, 제2 신호(S2)의 출력 구간은 서로 소정의 시간 간격(t1) 동안 중첩될 수 있다.
이때, 제어부(1800)가 제1 신호(S1)의 출력 파형을 검출하기 위해서, 전기신호전달부(803)는 제1 신호(S1)의 출력 파형의 변곡점이 형성되도록, 수신부(802a, 802b)에 전기적 신호를 전달할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 신호(S1)에 의해 수신부의 출력 파형에 변곡점이 형성되면, 제어부(1800)는 상기 형성된 변곡점을 이용하여, 제1 신호(S1)를 검출할 수 있다. 이때, 제1 신호(S1)에 의해 형성된 변곡점의 형성 시점은, 제2 신호(S2)에 의해 형성된 변곡점의 형성 시점과 상이할 수 있다. 또한, 제1 신호(S1)에 의해 형성된 변곡점에 대응되는 출력 크기는, 제2 신호(S2)에 의해 형성된 변곡점에 대응되는 출력 크기와 상이할 수 있다.
제어부(1800)가 보다 정확하게 제1 신호를 검출하기 위해서는, 전기신호전달무(803)가 수신부(802a, 802b)에 전기적 신호를 전달하는 시점이 초음파가 발생되기 시작한 시점으로부터 소정의 시간 간격(t0) 내인 것이 바람직하다.
특히, 제1 신호(S1)에 의해 형성되는 변곡점의 형성 시점이 초음파가 발생되기 시작한 시점으로부터 소정의 시간 간격(t0) 내인 것이 바람직하다.
이하의 도 12에서는 본 발명에 따르는 전기신호전달부(803)를 각각 구비하는 서로 다른 특성을 갖는 초음파 센서의 출력이 비교된다.
도 12에 도시된 것과 같이, 제1 출력 파형(1201)은 제1 초음파 센서의 수신부 출력을 나타낸 것이고, 제2 출력 파형(1202)은 제2 초음파 센서의 수신부 출력을 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 동일한 회로로 구성된 전기신호전달부(803)를 구비하더라도, 초음파 센서의 특성에 따라, 수신부의 출력이 상이함을 확인할 수 있다.
즉, 제1 초음파 센서의 수신부가 출력하는 제1 신호의 피크 값(V1)과, 제2 초음파 센서의 수신부가 출력하는 제1 신호의 피크 값(V2)은 서로 상이할 수 있다.
또한, 제1 초음파 센서의 수신부가 출력하는 제1 신호의 피크 시점(ta)과, 제2 초음파 센서의 수신부가 출력하는 제1 신호의 피크 시점(tb)은 서로 상이할 수 있다.
초음파 센서와 연결되어, 초음파 센서의 수신부 출력을 인가받는 제어부(1800)는 제1 신호의 피크 값 및 피크 시점 중 적어도 하나를 이용하여, 본체(110)에 구비된 초음파 센서의 종류를 구분할 수 있다.
이하의 도 13에서는 본 발명에 따른 초음파 센서를 구비하는 자율 주행을 수행하는 청소기(100)의 제어방법이 설명된다.
먼저, 제어부(1800)는 청소기(100)의 동작모드에 근거하여, 장애물 감지 동작을 개시할 수 있다(S1301).
예를 들어, 장애물 감지 동작을 수반하는 동작모드는, 청소모드, 주행모드, 원격모드 및 충전모드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(1800)는 장애물 감지 동작이 개시되면, 초음파 센서의 발신부(801)에서 초음파가 발생되도록 초음파 센서를 활성화시킬 수 있다(S1302).
제어부(1800)는 초음파 센서를 활성화시킴으로써, 발신부(801)가 초음파를 소정의 방향으로 방사시키기 위한 PWM 신호를 발생시키도록 제어할 수 있다.
제어부(1800)는 발신부(801)가 초음파를 방사시킨 후, 수신부(802a, 802b)로부터 제1 신호를 수신할 수 있다(S1303).
즉, 제어부(1800)는 초음파 센서와 제어부(1800)를 연결시키는 단일의 하네스(Harness)를 통하여, 수신부로부터 제1 신호의 출력을 전달받을 수 있다.
참고로, 제어부(1800)는 제1 신호를 전달받은 후, 초음파 센서와 제어부(1800)를 연결시키는 단일의 하네스를 통하여, 수신부로부터 제2 신호의 출력도 전달받을 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 수신된 제1 신호를 이용하여, 초음파 센서의 특성과 관련된 정보를 검출할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 발신부(801)에서 초음파를 발생시킨 시점에 근거하여, 수신부(802a, 802b)로부터 전달되는 제1 신호의 출력와, 제2 신호의 출력을 구분할 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 제1 및 제2 신호의 출력 중 발신부(801)에서 초음파를 발생시킨 시점으로부터 더 가깝게 발생된 신호를, 제1 신호로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는 수신된 제1 신호의 출력 크기를 기준값과 비교할 수 있다(S1304).
제어부(1800)는 제1 신호의 출력이 기준 값보다 크면, 메모리(1700)에 미리 저장된 복수의 알고리즘 중 제1 알고리즘을 선택할 수 있다(S1305a).
구체적으로, 제어부(1800)는 제1 신호의 출력이 기준 값보다 크면, 상기 제1 신호를 전송한 초음파 센서의 종류, 모델 및 제조사 중 적어도 하나와 관련된 정보를 검출할 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 상기 제1 신호를 전송한 초음파 센서의 검출된 종류, 모델 및 제조사 중 적어도 하나에 근거하여, 메모리(1700)에 저장된 복수의 알고리즘 중 제1 알고리즘을 선택할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 선택된 제1 알고리즘에 근거하여, 제1 신호 이후에 수신부로부터 수신된 제2 신호를 분석할 수 있다(S1306a).
제어부(1800)는 제1 신호의 출력이 기준 값보다 작으면, 메모리(1700)에 미리 저장된 복수의 알고리즘 중 제2 알고리즘을 선택할 수 있다(S1305b).
제어부(1800)는 초음파 센서가 제1 신호를 출력하지 않는 것으로 판단되는 경우에도, 복수의 알고리즘 중 제2 알고리즘을 선택할 수 있다.
마찬가지로, 제어부(1800)는 선택된 제2 알고리즘에 근거하여, 제1 신호 이후에 수신부로부터 수신된 제2 신호를 분석할 수 있다(S1306b).
이와 같이, 제어부(1800)는 제1 신호의 파형적 특성에 근거하여, 초음파 센서의 특성과 관련된 정보를 검출할 수 있다.
한편, 메모리(1700)는, 미리 저장된 복수의 알고리즘의 식별자와 복수의 서로 다른 초음파 센서가 출력하는 제1 신호의 파형과 관련된 변수에 의해 형성되는 데이터베이스를 저장할 수 있다.
제어부(1800)는 제1 신호의 파형과 관련된 변수를 검출한 후, 상기 데이터베이스를 이용하여, 메모리(1700)에 저장된 복수의 알고리즘 중 검출된 변수에 대응되는 적어도 하나의 알고리즘을 검색할 수 있다.
즉, 도 13에서는 초음파 센서의 종류, 모델 및 제조사 중 적어도 하나를 분류하기 위한 기준으로서, 제1 신호의 출력 크기를 예시로 설명하였다. 다만, 본원발명에서 초음파 센서를 분류하기 위한 기준은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 제어부(1800)는 제1 신호의 출력이 변곡점을 형성하는 시점이나, 제1 신호와 제2 신호의 중첩 구간의 길이를 기준으로, 초음파 센서의 종류와 관련된 정보를 검출할 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(1800)는 수신부가 제1 신호를 출력하는지 여부를 근거로, 초음파 센서의 종류와 관련된 정보를 검출할 수 있다.
이와 같이, 제어부(1800)는 선택된 알고리즘에 근거하여, 제2 신호를 분석하고, 분석결과에 근거항, 장애물과 본체(110) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 제어부(1800)는 제1 신호를 이용하여, 초음파 센서의 종류, 모델 및 제조사와 관련된 정보를 검출한 후, 검출된 정보를 메모리(1700)에 저장할 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 본체(110)에 설치된 초음파 센서가 고장난 것으로 판단되면, 초음파 센서의 고장과 관련된 정보가 출력되도록 출력부(1500)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 초음파 센서의 고장과 관련된 정보는, 초음파 센서의 종류, 모델 및 제조사와 관련된 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 초음파 센서의 고장과 관련된 정보는, 초음파 센서의 고장 시점, 고장 원인 및 최초 설치 시점과 관련된 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 청소기의 사용자나 관리자가 로봇 청소기를 분해하지 않고도, 로봇 청소기에 설치된 초음파 센서의 제품명, 종류 및 제조사 중 적어도 하나와 관련된 정보를 제공받을 수 있는 효과가 도출된다.
따라서, 로봇 청소기에 미리 설치된 초음파 센서가 고장난 경우, 청소기의 관리자는 해당 초음파 센서와 동일한 제품의 초음파 센서로 교체함으로써, 청소기의 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 청소기의 사용자는 로봇 청소기의 제어부 설계를 변경하지 않으면서, 로봇 청소기 내에 설치된 초음파 센서의 종류를 구분할 수 있으므로, 사용자의 편의성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, 청소기의 제어부가 초음파 센서의 출력 파형을 이용하여, 초음파 센서의 종류를 구분할 수 있으므로, 초음파 센서의 출력을 정확하게 해석할 수 있다.

Claims (25)

  1. 초음파 센서에 있어서,
    초음파를 방사하는 발신부;
    상기 발신부와 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치되어, 상기 발신부로부터 방사되는 초음파를 수신하는 복수의 수신부; 및
    상기 발신부와, 상기 복수의 수신부 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전기신호전달부를 포함하고,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부에서 방사되는 초음파와 별도로, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부가 초음파를 방사시킬 때, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부가 방사시킨 초음파가 상기 수신부에 도달하기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 수신부가 상기 발신부에 의해 방사된 초음파에 대응하여 출력을 미리 설정된 값 이상 증가시키기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부가 방사시킨 초음파에 대응하여 상기 수신부가 출력을 변화시키는 도중에, 상기 수신부의 출력의 증가율이 양의 값에서 음의 값으로 변경되기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 전기적 신호에 대응하여 상기 수신부가 출력하는 제1 신호와, 상기 발신부가 방사시킨 초음파에 대응하여 상기 수신부가 출력하는 제2 신호의 중첩 영역이 소정의 시간 간격 이하가 되도록, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 전기신호전달부로부터 전달받은 전기적 신호에 의해 제1 신호를 출력하고,
    상기 발신부가 방사시킨 초음파에 의해 제2 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 제1 신호를 상기 제2 신호보다 먼저 출력시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 신호가 출력되는 시간 범위와 상기 제2 신호가 출력되는 시간 범위는 소정의 시간 간격 이하로 중첩되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발신부는 양의 출력단자와 음의 출력단자를 구비하고,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 음의 출력단자와 상기 복수의 수신부 중 어느 하나 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    모스펫(MOSFET)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모스펫의 게이트(Gate) 단자는 상기 발신부의 음의 출력단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전기신호전달부가 상기 수신부에 전달하는 전기적 신호의 크기는 가변적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부가 초음파를 발생시키는 주기가 한계 주기 이하로 감소되면, 상기 수신부에 전기적 신호를 전달하지 않도록 오프되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  15. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 구동부;
    상기 본체와 장애물 사이의 거리를 감지하는 초음파 센서; 및
    상기 초음파 센서의 출력 값을 이용하여, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    상기 본체의 외면 중 일 지점에 설치되어, 소정의 방향으로 초음파를 방사하는 발신부와,
    상기 본체의 외면 중 상기 발신부와 소정의 거리만큼 이격된 위치에 설치되어, 상기 발신부로부터 방사된 후 상기 장애물에 의해 반사된 초음파를 수신하는 복수의 수신부; 및
    상기 발신부와, 상기 복수의 수신부 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 전기신호전달부를 포함하고,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부에서 방사되는 초음파와 별도로, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전기신호전달부를 구성하는 회로는, 상기 제어부를 구성하는 회로와 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전기신호전달부는,
    상기 발신부가 방사시킨 초음파가 상기 수신부에 도달하기 전에, 상기 수신부로 소정의 전기적 신호를 전달시키는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 전기신호전달부로부터 전달받은 전기적 신호에 의해 제1 신호를 출력하고,
    상기 발신부가 방사시킨 초음파에 의해 제2 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 제1 신호를 상기 제2 신호보다 먼저 출력하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부의 상기 제1 신호의 출력과 제2 신호의 출력을 단일 하네스(Harness)를 통해 전달받는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는,
    감지된 제1 신호의 출력에 근거하여, 상기 초음파 센서의 특성과 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 초음파 센서의 특성과 관련된 정보는,
    상기 초음파 센서의 제조사, 종류 및 모델 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 초음파 센서의 출력을 분석하기 위한 복수의 알고리즘과 관련된 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 초음파 센서의 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 복수의 알고리즘 중 어느 하나를 선택하고,
    선택된 알고리즘을 이용하여, 상기 제2 신호의 출력을 분석하고,
    분석결과에 근거하여, 상기 장애물과 상기 본체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발신부에서 초음파를 발생시킨 시점에 근거하여, 상기 제1 신호의 출력와, 상기 제2 신호의 출력을 구분하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 신호의 출력 중 상기 발신부에서 초음파가 발생된 이후 첫번째로 발생된 신호를 제1 신호로 구분하고, 두 번째로 발생된 신호를 제2 신호로 구분하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 로봇 청소기.
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