KR20200089062A - 이미지 센서를 가지는 로봇 청소기용 바닥 감지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇 청소기의 바닥 감지 센서에 관한 것으로서, 제조 단가를 낮출수 있는 저가형으로 구성되면서도 효율이 우수한 새로운 로봇 청소기용 바닥 감지 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로봇 청소기용 바닥 감지 센서는 로봇 청소기의 하면에 천공된 이미지 홀, 상기 이미지 홀에 삽입되어 바닥면에 반사된 광이 유입되는 이미지 렌즈, 상기 이미지 렌즈의 상부에 위치하며, 상기 이미지 렌즈의 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩, 및 상기 이미지 센서칩에 형성되는 이미지를 분석하여 바닥면의 상태를 판단하는 제어IC를 포함하는 이미지 센서;와 상기 로봇 청소기의 하면에 장착되고, 이미지 센서의 양측에 대향하여 위치하며, 상기 로봇 청소기가 위치한 바닥면에서 상기 이미지 센서의 촬영 영역에 광을 조사하는 두 개의 발광소자;를 포함한다.

Description

이미지 센서를 가지는 로봇 청소기용 바닥 감지 센서{Floor sensor for robot cleaner with image sensor}
본 발명은 로봇 청소기의 바닥 감지 센서에 관한 것으로서, 제조 단가를 낮출수 있는 저가형으로 구성되면서도 효율이 우수한 새로운 로봇 청소기용 바닥 감지 센서에 관한 것이다.
로봇 청소기는 바닥면을 인식하기 위해서 다양한 종류의 센서를 사용한다. 적외선, 초음파, 이미지 센서 등이 사용된다. 이미지 센서를 이용하는 방식은 로봇 청소기의 바닥면을 촬영하고 촬영된 이미지를 분석하여 운전을 제어하는 방식을 사용한다. 로봇 청소기의 바닥면은 로봇 청소기의 몸체에 가려서 어둡기 때문에, 이미지 센서를 이용한 바닥면의 촬영을 위해서는 발광소자가 필요하게 된다. 발광 소자의 광량이 적을 경우 이미지가 어둡게 촬영되어 정확한 바닥 상태를 촬영하기 힘들게 되고, 광량이 많을 경우 필요없이 충전된 에너지가 소비되므로 적절한 광량이 요구된다.
대한민국 특허 공개 10-2009-0098513호에서는 이동로봇의 바닥면을 촬영하여 이동거리 및 이동위치를 인식하며, 바닥면 촬영을 위해 조사되는 빛의 광량을 감지하여, 광원의 발광 정도를 피드백 제어함으로서 촬영된 영상의 인식률을 향상시키는 방법이 개시된다. 광량 제어를 위한 광량의 감지를 위한 광량 감지 센서와 최적화된 이미지를 얻기 위해서 광량을 제어하는 광량 제어부가 필요하다는 점에서 가격 경쟁력이 낮다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이동하는 로봇 청소기의 바닥을 효과적으로 감지할 수 있는 새로운 바닥 감지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 이동하는 로봇 청소기의 바닥을 효과적으로 감지할 수 있는 이미지 센서를 포함하는 바닥 감지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 바닥을 효율적으로 감지할 수 있는 이미지 센서를 포함하는 바닥 감지센서를 가지는 로봇 청소기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
로봇 청소기의 하면에 천공된 이미지 홀,
상기 이미지 홀에 삽입되어 바닥면에 반사된 광이 유입되는 이미지 렌즈,
상기 이미지 렌즈의 상부에 위치하며, 상기 이미지 렌즈의 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩, 및
상기 이미지 센서칩에 형성되는 이미지를 분석하여 바닥면의 상태를 판단하는 제어IC를 포함하는 이미지 센서;와
상기 로봇 청소기의 하면에 장착되고, 이미지 센서의 양측에 대향하여 위치하며, 상기 로봇 청소기가 위치한 바닥면에서 상기 이미지 센서의 촬영 영역에 광을 조사하는 두 개의 발광소자;를 포함하고,
여기서, 상기 이미지 렌즈는 적어도 일부가 비구면인 비구면 렌즈이며,
바닥면에서 광축에서 편향된 활성 영역을 가지며, 그리고 상기 활성 영역의 이미지를 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩에 전달하며, 및
여기서, 상기 두 개의 발광소자는 광 조사영역의 적어도 일부가 서로 겹쳐지며, 상기 겹쳐진 조사영역은 상기 이미지 렌즈의 활성 영역을 전부 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 센서를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 활성 영역은 이미지 렌즈에 상이 형성되는 영역을 의미한다.
본 발명은 일 측면에서, 바닥면과 평행하는 로봇 청소기의 하면에,
로봇 청소기의 하면에 천공된 이미지 홀, 상기 이미지 홀에 삽입되어 바닥면에 반사된 광이 유입되는 이미지 렌즈, 상기 이미지 렌즈의 상부에 위치하며, 상기 이미지 렌즈의 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩, 및 상기 이미지 센서칩에 형성되는 이미지를 분석하여 바닥면의 상태를 판단하는 제어IC를 포함하는 이미지 센서;와
상기 로봇 청소기의 하면에 장착되고, 이미지 센서의 양측에 대향하여 위치하며, 상기 로봇 청소기가 위치한 바닥면에서 상기 이미지 센서의 촬영 영역에 광을 조사하는 두 개의 발광소자;를 포함하고,
여기서, 상기 이미지 렌즈는 적어도 일부가 비구면인 비구면 렌즈이며,
바닥면에서 광축에서 편향된 촬영 영역을 가지며, 그리고
상기 촬영 영역의 이미지를 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩에 전달하며, 및
여기서, 상기 두 개의 발광소자는 광 조사영역의 적어도 일부가 서로 겹쳐지며, 상기 겹쳐진 조사영역은 상기 이미지 렌즈의 촬영 영역을 전부 포함하는 바닥 감지 센서가 장착된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 로봇 청소기는 평평한 바닥면과 평행한 하면을 가지는 소정 두께의 판형 로봇 청소기일 수 있으며, 바람직하게는 바닥면에 다수의 바퀴 및 하나 이상의 바닥 감지 센서가 장착되는 원판형 로봇 청소기일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 홀은 렌즈가 장착되는 홀이며, 렌즈의 외경과 동일한 지름을 가지는 원형홀 일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 렌즈는 광축에 편향된 촬영 영역을 가질 수 있으며, 바람직하게는 광축에 편향된 촬영 영역은 이미지 렌즈의 직하 영역을 절반으로 나눈 반원부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 반원부 내의 원형 영역일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 렌즈는 광축에 편향된 촬영 영역을 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩에 전달할 수 있도록 적어도 하나의 렌즈에서 적어도 한면이 비구면인 하나 이상의 렌즈의 조합일 수 있다. 바람직하게는 적어도 일면이 비구면인 단일 비구면 렌즈일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 바닥 측이 비구면이며, 센서칩 측이 비구면인 이미지 렌즈일 수 있으며, 상기 바닥측은 볼록형 구면 렌즈이며, 이미지 센서칩측은 갈매기형 비구면 렌즈일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 센서칩은 광축에 편향되게 위치하며, 바람직하게는 광축을 기준으로 촬영 영역의 반대편으로 유도되는 이미지를 센싱하기 위해서, 광축을 기준으로 촬영 영역의 반대편에 위치할 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 이미지 센서칩에 수신되는 이미지는 촬영 영역의 역상 이미지일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발광소자는 광의 점광원일 수 있으며, 바람직하게는 광의 직진성이 우수한 발광용 LED칩으로 포함하는 LED 발광 소자일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 LED 발광소자는 광의 적어도 일부가 겹쳐지도록 이미지 홀을 중심으로 동일한 거리에 대향하여 설치될 수 있으며, 바람직하게는 이미지 홀의 하부에서 발광 소자의 광의 대부분이 겹쳐지도록 이미지홀 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 두 발광 소자에서 발광되는 광이 겹쳐져서 촬영에 필요한 광을 제공할 수 있도록, 각각의 광의 조사 영역이 촬영 영역의 전체를 커버할 수 있다.
본 발명에서는 로봇 청소기의 바닥을 효과적으로 감지할 수 있는 새로운 바닥 감지 센서를 제공한다.
본 발명에 따른 바닥 감지 센서는 센서 칩의 위치를 광축에 편향되게 위치한 저렴한 다양한 바닥 센서 구조를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원판형 로봇 청소기의 측면을 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 바닥 감지 센서의 단면을 보여주는 도면이며, 도 2b는 도 2a에서 투영 영여과 제1 반원 영역 및 활성 영역을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 바닥 감지 센서와 바닥면과의 거리에 따른 광분포를 보여주는 도면이다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 한정하기 위한 것이 아님을 유의하여야 한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 청소기(10)는 소정 두께를 가지는 원판형태이며, 로봇 청소기(10)에 부착된 바퀴(12)를 통해서 이동하는 수평 바닥면(200)과 평행한 하면(11)을 가진다.
로봇 청소기의 하면(11)에는 바닥 감지 센서(100)가 수용되는 소정 깊이의 수용홈(13)이 있으며, 상기 수용홈(13)에 바닥 감지 센서(100)가 삽착된다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 바닥 감지 센서(100)는 로봇 청소기의 하면의 수용홈에 삽착되는 외장 케이스(110)와 상기 외장 케이스(110)의 하면에 형성된 이미지 홀(120)과 이미지 홀(120)에 장착되는 비구면 이미지 렌즈(130)와 이미지 홀(120)을 중심으로 양측면에 경사지게 배치되는 제1 LED 발광 소자(140)와 제2 LED 발광 소자(150)와, 상기 이미지 렌즈부(130)를 통해서 촬영되는 이미지의 상이 맺히는 이미지 센서칩(160)를 포함한다.
이미지 홀(120)은 소정 깊이를 가지는 원통형 홀이며, 내부에는 하나의 이미지 렌즈(130)가 장착된다. 이미지 렌즈(130)의 광축(133)은 이미지 홀(120)의 중심축을 이룬다.
이미지 렌즈(130)는 이미지 홀(120)에 장착되며, 바닥면(200)을 대향하는 하부면(131)과, 이미지 센서칩(160)을 대향하는 상부면(132)로 이루어진다. 이미지 렌즈(130)의 하부면(131)은 바닥면 방향으로 돌출된 볼록형 구면 렌즈이며, 이미지 렌즈(130)의 상부면(132)은 광축 부분은 이미지 센서칩 방향으로 돌출되고, 광축 주변은 센서칩 방향으로 오목하며, 상부면(132)의 가장자리는 센서칩 방향으로 볼록한 형상, 즉, 갈매기 날개 형상의 비구면을 이룬다.
이미지 렌즈(130)는 바닥면(200)에 이미지 렌즈(130)를 수직으로 투영한 투영면적(210)에서 광축(135)를 기준으로 편향된 제1 반원 영역(211)에 포함된 활성 영역(212)의 이미지의 상을 광축(135)을 기준으로 반대편으로 편향되게 위치하는 이미지 센서칩(160)에 형성한다.
이미지 센서칩(160)은 광축(135)에 편향되게 설치되며, 광축(135)를 중심으로 제1 반원 영역(211)에 대향하는 영역에 설치된다. 이미지 센서칩(160)은 이미지 렌즈(130)의 촛점 보다 더 멀리 이격되어 설치되며, 이미지 센서칩(160)에는 활성 영역(212)의 역상이 형성된다.
두 개의 LED 발광 소자들(140, 150)은 이미지 홀(120)에서 동일한 거리에서 떨어져 위치하며, 바닥면(200)에 경사지게 위치하여, 이미지 홀(120)의 직하 위치하는 활성 영역(212)을 조광한다.
제1 LED 발광소자(140)은 원통형 몸체의 전단에 반구형의 제1 렌즈(141)가 장착되어 촬영 영역(135)를 포함하는 제1 조사 영역(145)를 가진다. 또한, 제2 LED 발광소자(150)은 원통형 몸체의 전단에 반구형의 제2 렌즈(151)가 장착되어 촬영 영역(135)를 포함하는 제2 조사 영역(155)를 가진다.
제1 LED 발광 소자(140)의 제1 조사 영역(145)과 제2 LED 발광 소자(150)의 제2 조사 영역(155)는, 도 3에서와 같이, 로봇 청소기의 하면(11)과 로봇 청소기가 위치하는 곳의 바닥면(200) 사이의 거리에 따라서 달라질 수 있다. 로봇 청소기의 하면(11)과 로봇 청소기가 위치하는 곳의 바닥면(200) 사이의 거리가 최저일 경우나, 거리가 최고일 경우에, 제1 조사 영역(145)와 제2 조사 영역(155) 각각은 활성 영역(212)를 조광한다.
10: 로봇 청소기
11: 로봇 청소기 하면
100: 바닥 감지 센서
110: 외장 케이스
120: 이미지 홀
130: 이미지 렌즈
200: 바닥면

Claims (5)

  1. 로봇 청소기의 하면에 천공된 이미지 홀,
    상기 이미지 홀에 삽입되어 바닥면에 반사된 광이 유입되는 이미지 렌즈,
    상기 이미지 렌즈의 상부에 위치하며, 상기 이미지 렌즈의 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩, 및
    상기 이미지 센서칩에 형성되는 이미지를 분석하여 바닥면의 상태를 판단하는 제어IC를 포함하는 이미지 센서;와
    상기 로봇 청소기의 하면에 장착되고, 이미지 센서의 양측에 대향하여 위치하며, 상기 로봇 청소기가 위치한 바닥면에서 상기 이미지 센서의 촬영 영역에 광을 조사하는 두 개의 발광소자;를 포함하고,
    여기서, 상기 이미지 렌즈는 적어도 일부가 비구면인 비구면 렌즈이며,
    바닥면에서 광축에서 편향된 활성 영역을 가지며, 그리고 상기 활성 영역의 이미지를 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩에 전달하며, 및
    여기서, 상기 두 개의 발광소자는 광 조사영역의 적어도 일부가 서로 겹쳐지며, 상기 겹쳐진 조사영역은 상기 이미지 렌즈의 활성 영역을 전부 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 렌즈의 활성 영역은 이미지 렌즈의 직하 영역을 절반으로 나눈 반원부 내의 원형 영역인 것을 특징으로 하는 바닥 감지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비구면 렌즈는 바닥면 측이 구면이며, 센서칩 측이 비구면인 단일 렌즈인 것을 특징으로 하는 바닥 감지 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비구면은 갈매기형 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 바닥 감지 센서.
  5. 로봇 청소기의 하면에 천공된 이미지 홀,
    상기 이미지 홀에 삽입되어 바닥면에 반사된 광이 유입되는 이미지 렌즈,
    상기 이미지 렌즈의 상부에 위치하며, 상기 이미지 렌즈의 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩, 및
    상기 이미지 센서칩에 형성되는 이미지를 분석하여 바닥면의 상태를 판단하는 제어IC를 포함하는 이미지 센서;와
    상기 로봇 청소기의 하면에 장착되고, 이미지 센서의 양측에 대향하여 위치하며, 상기 로봇 청소기가 위치한 바닥면에서 상기 이미지 센서의 촬영 영역에 광을 조사하는 두 개의 발광소자;를 포함하고,
    여기서, 상기 이미지 렌즈는 적어도 일부가 비구면인 비구면 렌즈이며,
    바닥면에서 광축에서 편향된 활성 영역을 가지며, 그리고 상기 활성 영역의 이미지를 광축에 편향되게 위치하는 이미지 센서칩에 전달하며, 및
    여기서, 상기 두 개의 발광소자는 광 조사영역의 적어도 일부가 서로 겹쳐지며, 상기 겹쳐진 조사영역은 상기 이미지 렌즈의 활성 영역을 전부 포함하는 바닥 감지 센서를 가지는 로봇 청소기.
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