KR20190123365A - 로봇 청소기 - Google Patents

Abstract

실시 예는, 센서모듈 및 상기 센서모듈로부터 설정 시간 동안 입력된 제1 및 제2 거리별 점군 데이터들로 생성한 복합 랜드마크가 저장된 위치별 복합 랜드마크 중 특정 복합 랜드마크와 매칭되면, 청소 맵 상의 현재 위치를 상기 특정 복합 랜드마크에 따른 특정 위치로 보정하는 제어모듈을 포함하는 로봇 청소기를 제공한다.

Description

로봇 청소기{Robot cleaner}

실시 예는 로봇 청소기에 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.

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.

근래에는 이동 로봇, 특히 로봇 청소기를 이용한 응용 기술이 개발되고 있다.

종래발명인 한국등록특허 제10-1697857호(등록일 2017.01.18)에는 이동 로봇 및 그의 위치인식방법이 개시된다.

도 1은 종래 발명에 따른 이동 로봇의 이동 과정 및 위치 보정 과정을 나타낸 도이다.

도 1(a)와 같이 이동 로봇(1)은 벽의 직선과 나란하게 주행할 수 있다.

이후, 도 1(b)와 같이 이동 로봇(1)은 바닥과의 미끄러짐에 의해서 자세가 틀어질 수 있다. 이후, 이동 로봇(1)은 도 1(c)와 같은 형태의 직선을 인식하며, 이동 로봇(1)의 이동 예상 방향이 변환되어 위치 인식 오류가 누적될 수 있다.

종래 발명의 이동 로봇은 추출한 직선과 이전에 추출된 직선의 정합을 수행하여 각도를 보정함으로써, 이동 로봇의 현재 위치를 인식하여, 도 1(d) 같이 보정할 수 있다.

그런데, 종래 발명은, 직선 들 간의 정합으로 위치를 인식하므로, 모서리 또는 가장자리 영역에서의 위치 인식에 대한 정확도가 떨어지는 문제가 있다.

실시 예의 목적은, 센서모듈로부터 입력된 제1 및 제2 거리별 점군 데이터를 기반으로 벽면 및 벽면에 인접한 장애물의 형상에 대응하는 복합 랜드마크를 형성하여 위치를 인식 및 보정하기 용이한 로봇 청소기를 제공함에 있다.

또한, 실시 예의 다른 목적은, 복합 랜드마크를 이용하여 모서리 또는 가장자리 영역에서도 위치를 인식하는 정확도를 높일 수 있는 로봇 청소기를 제공함에 있다.

실시 예의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 실시 예의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 실시 예의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어모듈은, 센서모듈로부터 입력된 제1 및 제2 거리별 점군 데이터를 기반으로 제1 및 제2 랜드마크를 생성하고, 제1 및 제2 랜드마크를 병합한 복합 랜드마크를 생성하고, 위치별 복합 랜드마크 중 복합 랜드마크에 매칭되는 특정 복합 랜드마크의 특정 위치를 청소 맵 상에서 현재 위치로 보정할 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어모듈은, 복합 랜드마크와 매칭되는 특정 복합 랜드마크가 등록되지 않았으면, 이전 복합 랜드마크에 복합 랜드마크를 연결한 신규 청소 맵을 생성할 수 있다.

실시 예에 따른 로봇 청소기는, 센서모듈로부터 입력된 제1 및 제2 거리별 점군 데이터를 기반으로 벽면 및 벽면에 인접한 장애물의 형상에 대응하는 복합 랜드마크를 형성하여 위치를 인식 및 보정하기 용이한 이점이 있다.

또한, 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 복합 랜드마크를 이용하여 모서리 또는 가장자리 영역에서도 위치를 인식하는 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 이동 로봇의 이동 과정 및 위치 보정 과정을 나타낸 도이다.
도 2는 실시 예에 따른 로봇 청소기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.
도 4는 실시 예에 따른 로봇 청소기의 동작을 나타낸 동작도이다.
도 5는 실시 예에 따른 로봇 청소기의 내부 동작을 나타낸 동작도이다.
도 6은 실시 예에 따른 로봇 청소기의 동작방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 실시예에 따른 로봇 청소기를 설명하도록 한다.

도 2는 실시 예에 따른 로봇 청소기를 나타낸 사시도이다.

도 2를 참조하면, 로봇 청소기(10)는 본체(11), 집진 장치(14) 및 디스플레이부(19)를 포함할 수 있다.

본체(11)는 로봇 청소기(10)의 외관을 형성할 수 있다.

즉, 본체(11)는 지름에 비해 상대적으로 높이가 낮은 원통형, 즉 납작한 원통형상일 수 있다.

또한, 본체(11)의 내부에는 흡입 장치(미도시), 흡입 노즐(미도시) 및 흡입 노즐(미도시)과 연통하는 집진 장치(14)가 구비될 수 있다.

상기 흡입 장치는 공기 흡입력을 발생시킬 수 있으며, 집진 장치(14)가 후방에 배치되는 경우 배터리(미도시)와 집진 장치(14) 사이에 경사지게 설치될 수 있다.

상기 흡입 장치는 상기 배터리에 전기적으로 연결되는 모터(미도시) 및 모터의 회전축에 연결되어 공기의 유동을 강제하는 팬(미도시)을 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

상기 흡입 노즐은 상기 흡입 장치의 구동에 의해, 바닥의 먼지를 흡입할 수 있다.

구체적으로, 상기 흡입 노즐은 본체(11)의 바닥에 형성된 개구부(미도시)를 통해 본체(11)의 하측으로 노출됨으로써, 실내의 바닥에 접하게 되어, 바닥의 이물질을 공기와 함께 흡입할 수 있다

집진 장치(14)는 상기 흡입 노즐에서 흡입한 공기 중의 이물질을 집진하기 위하여 하측에 상기 흡입 노즐을 구비할 수 있다.

또한, 본체(11)의 상부에는 정보를 표시하는 디스플레이부(19)가 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

본체(11)의 외주면에는 실내의 벽이나 장애물과의 거리를 감지하는 센서(미도시), 충돌 시 충격을 완충하는 범퍼(미도시), 로봇 청소기(10)의 이동을 위한 구동 바퀴(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 구동 바퀴는 본체(11)의 하부에 설치될 수 있으며, 양측 하부, 즉 좌측과 우측에 각각 구비될 수 있다

상기 구동 바퀴는 각각, 모터(미도시)에 의해 회전되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 모터는 상기 구동 바퀴에 대응되게, 양측 하부, 즉 좌측과 우측에 각각 구비될 수 있으며, 좌측과 우측에 각각 구비된 상기 모터는 독립적으로 작동할 수 있다.

따라서, 로봇 청소기(10)는 전진 및 후진뿐만 아니라, 좌회전 또는 우회전이 가능함으로써, 상기 모터의 구동에 따라 스스로 방향 전환을 하면서 실내 청소를 수행할 수 있다.

본체(11)의 바닥에는 적어도 하나의 보조 바퀴(미도시)가 구비될 수 있으며, 로봇 청소기(10)와 바닥 사이의 마찰을 최소화하는 동시에, 로봇 청소기(10)의 움직임을 안내할 수 있다.

도 3은 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.

도 3을 참조하면, 로봇 청소기(10)는 센서 모듈(110), 구동 모듈(120), 주행정보 감지 모듈(130) 및 제어모듈(140)을 포함할 수 있다.

센서 모듈(110)는 도 1에서 언급한 본체(11)의 내부에 배치되며, 본체(11)의 외부를 통하여 벽면 또는 장애물을 감지할 수 있다.

이때, 센서 모듈(110)은 제1 및 제2 센서(112, 114)를 포함할 수 있다.

실시 예에서, 제1 및 제2 센서(112, 114)는 적외선 센서나 초음파 센서, PSD 센서(Position sensitive device) 등일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

여기서, 제1, 2 센서(112, 114)는 서로 다른 센싱각을 가지고 벽면 및 장애물에 대한 거리를 측정할 수 있다.

제1 센서(112)는 실시간으로 측정한 제1 거리별 점군 데이터(d1)를 제어모듈(140)로 출력할 수 있다.

또한, 제2 센서(114)는 실시간으로 측정한 제2 거리별 점군 데이터(d2)를 제어모듈(140)로 출력할 수 있다.

제1 및 제2 거리별 점군 데이터(d1, d2)는 제1 및 제2 센서(112, 114) 각각이 벽면 또는 장애물을 감지한 데이터로써, 소정시간 간격으로 발산된 신호에 대한 반사 신호를 한 점으로 표현한 데이터일 수 있다.

구동 모듈(120)은 도 1에서 언급한 구동바퀴 및 모터를 구동시켜, 자율 주행하여 본체(11)를 이동시킬 수 있다.

주행 정보 감지 모듈(130)은 가속도 센서(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 가속도 센서는 로봇 청소기(10)의 주행 시 속도변화, 예를 들어, 출발, 정지, 방향 전환, 물체와의 충돌 등에 따른 이동 속도의 변화를 감지하여 제어모듈(140)로 출력할 수 있다.

제어모듈(140)은 랜드마크 생성부(142), 랜드마크 판단부(144) 및 위치 보정부(146)를 포함할 수 있다.

랜드마크 생성부(142)는 제1 센서(112)로부터 설정 시간 간격으로 입력된 제1 거리별 점군 데이터들(a1)을 군집화 알고리즘에 적용하여 제1 군집화 그룹을 생성할 수 있다.

이후, 랜드마크 생성부(142)는 상기 제1 군집화 그룹의 제1 첫점부터 제1 끝점까지 서로 인접한 점들 사이의 제1 기울기 편차와 설정된 임계값을 비교하여 제1 랜드마크를 생성할 수 있다.

랜드마크 생성부(142)는 상기 제1 기울기 편차가 상기 임계값 미만이고 일정하게 유지되면 직선을 나타내는 상기 제1 랜드마크를 생성하거나, 또는 상기 제1 기울기 편차가 상기 임계값 이상이면 곡선을 나타내는 상기 제1 랜드마크를 생성할 수 있다.

또한, 랜드마크 생성부(142)는 제2 센서(114)로부터 설정 시간 간격으로 입력된 제2 거리별 점군 데이터들(a2)을 군집화 알고리즘에 적용하여 제2 군집화 그룹을 생성할 수 있다.

랜드마크 생성부(142)는 상기 제2 군집화 그룹의 제2 첫점부터 제2 끝점까지 서로 인접한 점들 사이의 제2 기울기 편차와 상기 임계값을 비교하여 제2 랜드마크를 생성할 수 있다.

랜드마크 생성부(142)는 상기 제2 기울기 편차가 상기 임계값 미만이고 일정하게 유지되면 직선을 나타내는 상기 제2 랜드마크를 생성하거나, 또는 상기 제2 기울기 편차가 상기 임계값 이상이면 곡선을 나타내는 상기 제2 랜드마크를 생성할 수 있다.

이후, 랜드마크 생성부(142)는 상기 제1 및 제2 랜드마크를 병합하여 복합 랜드마크(fm)를 생성할 수 있다.

실시 예에서, 랜드마크 생성부(142)는 2개의 제1 및 제2 센서(112, 114)로부터 서로 다른 제1 및 제2 거리별 점군 데이터(d1, d2)들을 입력받아 제1 및 제2 랜드마크를 생성한 후 복합 랜드마크를 생성하는 것으로 설명하지만, 1개의 센서로부터 입력된 거리별 점군 데이터들에 따라 하나의 랜드마크를 생성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

여기서, 랜드마크 생성부(142)는 상기 제1 및 제2 랜드마크가 직선을 나타내며 상기 제1 및 제2 랜드마크 사이의 끼임각이 설정된 임계값 범위에 속하면 "ㄱ"자 형상의 복합 랜드마크를 생성할 수 있다.

랜드마크 생성부(142)는 상기 제1 및 제2 랜드마크가 직선을 나타내며 상기 제1 및 제2 랜드마크 사이의 끼임각이 상기 임계값 범위에 속하지 않으면, 상기 제1 및 제2 랜드마크가 서로 연관되지 않은 것으로 복합 랜드마크를 생성하지 않거나, 이전 생성한 제1 이전 랜드마크 및 제2 이전 랜드마크와 병합하여 복합 랜드마크를 생성할 수 있다.

또한, 랜드마크 생성부(142)는 상기 제1 랜드마크가 곡선을 나타내며 상기 제2 랜드마크가 직선을 나타내면 직선 및 곡선을 혼합한 복합 랜드마크를 생성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

랜드마크 판단부(144)는 랜드마크 생성부(142)에서 생성된 상기 복합 랜드마크의 등록 여부를 판단할 수 있다.

즉, 랜드마크 판단부(144)는 등록된 위치별 복합 랜드마크 중 상기 복합 랜드마크와 매칭되는 특정 복합 랜드마크의 등록 여부를 판단하여, 위치 보정부(146)로 출력할 수 있다.

위치 보정부(146)는 랜드마크 판단부(144)의 판단결과, 상기 특정 복합 랜드마크가 등록된 것으로 판단하면, 청소 맵 상의 현재 위치를 상기 특정 복합 랜드마크에 따른 특정 위치로 보정할 수 있다.

또한, 위치 보정부(146)는 랜드마크 판단부(144)의 판단결과, 상기 특정 복합 랜드마크가 등록되지 않은 것으로 판단하면, 상기 복합 랜드마크를 저장 등록하고, 이전 복합 랜드마크에 상기 복합 랜드마크를 연결한 신규 청소 맵을 생성할 수 있다.

실시 예에 따른 로봇 청소기(10)는 센서모듈(110)에서 감지한 거리별 점군 데이터를 기반으로 생성한 복합 랜드마크가 등록된 특정 복합 랜드마크와 매칭되면, 특정 복합 랜드마크에 따른 특정위치로 현재위치를 보정함으로써, 위치 보정 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 4는 실시 예에 따른 로봇 청소기의 동작을 나타낸 동작도 및 도 5는 실시 예에 따른 로봇 청소기의 내부 동작을 나타낸 동작도이다.

도 4(a)는 로봇 청소기(10)가 실내 공간을 자율 주행하여 청소를 수행하는 것을 나타낸다.

여기서, 로봇 청소기(10)는 벽면을 따라 이동하는 것으로 나타내지만 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 로봇 청소기(10)는 ① 지점에서 ② 지점으로 이동하며 청소를 수행하고, 벽면을 감지하여 현재 위치를 설정된 청소 맵 상에서 보정할 수 있다.

도 4(b) 및 도 4(c)는 도 4(a)의 원 블록을 확대하여 나타낸다.

도 4(b)는 로봇 청소기(10)가 ① 지점에서 ② 지점으로 이동하는 경우, 센서 모듈(110)에서 벽면을 센싱하는 범위를 나타낸다.

또한, 도 4(c)는 로봇 청소기(10)가 ② 지점에서 센서 모듈(110)에서 벽면을 센싱하는 범위를 나타낸다.

여기서, 도 5(a)를 참조하면, 로봇 청소기(10)의 센서모듈(110)은 ① 지점에서 ② 지점까지 이동 시 벽면과의 거리별 점군 데이터들을 설정 시간 간격으로 제어모듈(140)로 출력할 수 있다.

이때, 상기 거리별 점군 데이터들은 센서모듈(110)에 포함된 센서들의 개수에 따라 일부분이 중첩되거나, 서로 다른 거리별 점군 데이터들이 혼합될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

도 5(b)를 참조하면, 제어모듈(140)에 포함된 랜드마크 생성부(142)는 상기 거리별 점군 데이터들을 군집화 알고리즘에 적용하여 제1 내지 제5 군집화 그룹(g1 내지 g5)을 생성할 수 있다.

실시 예에서, 랜드마크 생성부(142)는 5개의 제1 내지 제5 군집화 그룹(g1 내지 g5)을 생성하는 것으로 설명하지만, 1개의 군집화 그룹을 생성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

도 5(c)를 참조하면, 랜드마크 생성부(142)는 제1 내지 제5 군집화 그룹(g1 내지 g5) 각각에 해당되는 제1 내지 제5 랜드마크를 생성하고, 상기 제1 내지 제5 랜드마크를 병합하여 복합 렌드마크(gs)를 생성할 수 있다.

실시 예에서, 복합 랜드마크(gs)의 생성 과정은 도 3에서 자세하게 설명한바 생략하기로 한다.

랜드마크 생성부(142)는 평면(2D) 타입으로 로봇 청소기(10)의 현재 위치를 나타낼 수 있다.

이후, 랜드마크 판단부(144)는 위치별 복합 랜드마크 중 복합 랜드마크(gs)와 매칭되는 특정 복합 랜드마크(L-gs)의 등록 여부를 판단할 수 있다.

도 5(c)에는 복합 랜드마크(gs)와 매칭되는 특정 복합 랜드마크(L-gs)가 등록된 것으로 나타낸다.

도 5(d)를 참조하면, 제어모듈(140)에 포함된 위치 보정부(146)는 복합 랜드마크(gs)와 매칭되는 특정 복합 랜드마크(L-gs)가 등록되어 있으며, 특정 복합 랜드마크(L-gs)에 특정 위치로 현재 위치를 보정할 수 있다.

도 6은 실시 예에 따른 로봇 청소기의 동작방법을 나타낸 순서도이다.

도 6을 참조하면, 로봇 청소기(10)의 제어모듈(140)은 센서모듈(110)로부터 입력된 거리별 점군 데이터들을 군집화 알고리즘을 적용하여 군집화 그룹들을 생성할 수 있다(S110).

제어모듈(140)은 군집화 그룹들 각각에 대한 랜드마크들을 생성할 수 있다(S120).

제어모듈(140)은 랜드마크들을 서로 병합한 복합 랜드마크를 생성할 수 있다(S130).

제어모듈(140)은 위치별 복합 랜드마크 중 복합 랜드마크와 매칭되는 특정 복합 랜드마크의 등록 여부를 판단할 수 있다(S140).

제어모듈(140)은 특정 복합 랜드마크가 등록된 것으로 판단하면, 특정 복합 랜드마크에 따른 특정 위치로 청소 맵 상의 현재 위치를 보정할 수 있다(S150).

또한, 제어모듈(140)은 특정 복합 랜드마크가 등록되지 않은 것으로 판단하면, 복합 랜드마크를 등록하고 이전 복합 랜드마크에 복합 랜드마크를 연결한 신규 청소 맵을 생성할 수 있다(S160).

전술한 실시 예는, 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (6)

1. 센서모듈; 및
   상기 센서모듈로부터 설정 시간 동안 입력된 제1 및 제2 거리별 점군 데이터들로 생성한 복합 랜드마크가 저장된 위치별 복합 랜드마크 중 특정 복합 랜드마크와 매칭되면, 청소 맵 상의 현재 위치를 상기 특정 복합 랜드마크에 따른 특정 위치로 보정하는 제어모듈을 포함하는,
   로봇 청소기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서모듈은,
   상기 제1 거리별 점군 데이터들을 출력하는 제1 센서; 및
   상기 제1 센서와 센싱각이 다르며, 상기 제2 거리별 점군 데이터들을 출력하는 제2 센서를 포함하는,
   로봇 청소기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어모듈은,
   상기 제1 및 제2 거리별 점군 데이터들을 군집화 알고리즘에 적용하여 생성한 제1 및 제2 군집화 그룹을 기반으로 상기 복합 랜드마크를 생성하는 랜드마크 생성부;
   상기 위치별 복합 랜드마크 중 상기 복합 랜드마크와 매칭되는 상기 특정 복합 랜드마크의 등록 여부를 판단하는 랜드마크 판단부; 및
   상기 특정 복합 랜드마크가 등록된 것으로 판단하면, 상기 현재 위치를 상기 특정 위치로 보정하는 위치 보정부를 포함하는,
   로봇 청소기.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 랜드마크 생성부는,
   상기 제1 군집화 그룹의 제1 첫점부터 제1 끝점까지 서로 인접한 점들 각각의 제1 기울기 편차와 설정된 임계값을 비교하여 제1 랜드마크를 생성하고, 상기 제2 군집화 그룹의 제2 첫점부터 제2 끝점까지 서로 인접한 점들 각각의 제2 기울기 편차와 상기 임계값을 비교하여 제2 랜드마크를 생성하며, 상기 제1, 2 랜드마크를 서로 병합하여 상기 복합 랜드마크를 생성하는,
   로봇 청소기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 랜드마크 생성부는,
   상기 제1 및 제2 기울기 편차 각각이 상기 임계값 미만으로 일정하면 직선을 나타내는 상기 제1 및 제2 랜드마크를 생성하거나, 또는 상기 제1 및 제2 기울기 편차가 상기 임계값 이상이면 곡선을 나타내는 상기 제1 및 제2 랜드마크를 생성하는,
   로봇 청소기.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 위치보정부는,
   상기 특정 복합 랜드마크가 등록되지 않으면 상기 복합 랜드마크를 저장 등록하고, 이전 복합 랜드마크에 상기 복합 랜드마크를 연결한 신규 청소 맵을 생성하는,
   로봇 청소기.

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