KR20220092952A - 카메라 장치 및 청소 로봇 - Google Patents

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KR20220092952A
KR20220092952A KR1020227018659A KR20227018659A KR20220092952A KR 20220092952 A KR20220092952 A KR 20220092952A KR 1020227018659 A KR1020227018659 A KR 1020227018659A KR 20227018659 A KR20227018659 A KR 20227018659A KR 20220092952 A KR20220092952 A KR 20220092952A
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camera
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cleaning robot
mounting
elastic
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KR1020227018659A
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광 위
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베이징 로보락 테크노로지 씨오. 엘티디.
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Abstract

본 발명은 카메라 장치(200) 및 청소 로봇(100)에 관한 것으로, 카메라 장치(200)는 장착 프레임(20)과 장착 프레임(20)에 장착된 카메라(21)를 포함하고, 장착 프레임(20)에는 카메라(21)에 부합하는 장착 홈(201)이 설치되고, 장착 홈(201)의 측벽에 탄성 연결 부품(202)이 고정 연결되고, 카메라(21)가 장착 홈에 연결된 후, 카메라(21)가 탄성 연결 부품(202)에 의해 장착 홈(201)에 억지 끼워맞춰져, 카메라(21)가 탄성 연결 부품(202)의 압출 변형으로 발생한 탄성력의 작용에 의해 장착 홈(201) 내에 연결된다. 당해 카메라 장치(200)를 청소 로봇(100)에 적용하면, 내진 성능과 안정성이 좋고, 2개의 카메라(21)의 광축 거리가 변화한 경우, 언제든지 카메라의 교체나 조정을 수행할 수 있으므로, 유지나 수리를 용이하게 한다.

Description

카메라 장치 및 청소 로봇
본 발명은 청소 로봇의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 카메라 장치 및 청소 로봇에 관한 것이다.
<관련 출원의 상호 인용>
본 발명은 2019년 11월 18일에 출원된 중국 특허 출원 제201921989960.X호 및 제202021457304.8호의 우선권을 주장하고, 상기의 중국 특허 출원에 개시된 내용은 본 발명의 일부로서 전체가 인용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시각 청소 로봇은 쌍안 카메라(303)를 사용하여 지상 장애물을 식별하고, 청소 로봇의 작업 환경의 장애물 정보를 취득하고, 장애물의 크기, 장애물의 형상, 장애물의 유형, 장애물과 청소 로봇과의 거리 등의 정보를 취득하여, 청소 로봇의 지능을 대폭 향상시켜, 청소 효율을 향상시킨다.
쌍안 청소 로봇에 있어서, 쌍안 카메라(303)의 광축 사이의 거리는 연구 개발 과정에서 구조 설계와 시각 알고리즘의 협력에 의해 결정되는 고정 값이다. 일반적인 장착 방식은 카메라(303)를 갭 피트(Gap fit)의 형태로 장착 프레임(301)의 장착 홈(302)에 놓고, 그 후단을 장착 프레임(301)에 고정하는 것이다.
장착의 편의를 위하여, 쌍안 카메라(303)와 카메라 장착 홈(302)은 갭 피트된 후, 카메라(303)를 예를 들어 접착 등에 의해 장착 프레임(310)에 고정한다.
그러나, 쌍안 카메라(303)의 광축 사이의 거리는 위치결정에 큰 영향을 주기 때문에, 진동이 발생하면 쌍안 카메라(303)의 광축 거리가 변화되어, 위치결정이 정확하지 않게 되고, 조정하는 경우, 격렬한 분해가 필요하여, 유지 및 수리가 매우 불편하다.
또한, 상기 배경 기술 부분에서 개시된 정보는 본 발명의 배경의 이해를 높이기 위한 것일 뿐이므로, 당업자에게 이미 공지된 종래 기술을 형성하지 않는 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 카메라 장치 및 청소 로봇을 제공한다.
일 양태로서, 본 발명의 실시예는 장착 프레임 및 장착 프레임에 장착된 카메라를 포함하는 카메라 장치를 제공하고, 장착 프레임에는 카메라에 부합하는 장착 홈이 제공되고, 장착 홈의 측벽에 탄성 연결 부품이 고정 연결되고, 카메라가 장착 홈 내에 연결된 후, 카메라가 탄성 연결 부품에 의해 장착 홈과 억지 끼워맞춰져(Interference fit), 카메라를 탄성 연결 부품의 압출 변형에 의해 발생된 탄성력의 작용에 의해 장착 홈 내에 연결시킨다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 카메라는 렌즈를 포함하고, 카메라와 장착 홈 사이에 간극을 갖도록, 렌즈 중심축에 수직인 방향에서 카메라의 단면적이 장착 홈의 단면적보다 작다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 탄성 연결 부품이 간극 내에 설치되고, 탄성 연결 부품의 장착 홈을 향하는 측면은 장착 프레임에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 2개의 카메라와 2개의 장착 홈이 있고, 각 장착 홈은 각 카메라에 일대일로 대응한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 각각의 장착 홈 내에 2개의 탄성 연결 부품이 각각 설치되고, 2개의 카메라의 중심점의 연결선 방향에서 2개의 탄성 연결 부품이 대향되게 설치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 2개의 카메라의 중심점의 연결선 방향에서 2개의 탄성 연결 부품의 두께를 조정하여, 2개의 카메라의 광축 사이의 거리를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 탄성 연결 부품은 장착 홈의 측벽을 둘러싸게 설치된 링형 구조다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 복수의 탄성 연결 부품이 있고, 복수의 탄성 연결 부품이 장착 홈의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 설치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 탄성 연결 부품과 장착 프레임은 일체형 구조이고, 탄성 연결 부품의 경도가 장착 프레임의 경도보다 작다.
다른 양태에 따르면, 본 발명의 실시예는 전술한 카메라 장치를 포함하는 청소 로봇을 제공한다.
다른 양태에 따르면, 본 발명의 실시예는 기기 본체, 감지 시스템, 제어 시스템 및 구동 시스템을 포함하는 청소 로봇을 제공하고, 상기 감지 시스템은 레이저 거리 측정 장치 및 카메라를 포함하고, 상기 레이저 측정 거리 장치는 상기 청소 로봇의 상면에 위치하고, 상기 카메라는 장착 프레임에 의해 상기 청소 로봇에 장착되고, 상기 카메라의 시야는 상기 청소 로봇의 진행 방향을 포함한다.
본 발명의 실시예의 일 실시예에 따르면, 상기 장착 프레임에는 상기 카메라에 맞추는 장착 홈이 설치되고, 상기 카메라는 상기 장착 홈 내에 장착된다.
본 발명의 실시예의 일 실시예에 따르면, 상기 장착 홈의 측벽에 탄성 연결 부품이 고정 연결되고, 상기 카메라가 상기 장착 홈 내에 장착된 후, 상기 탄성 연결 부품이 상기 장착 홈에 억지 끼워맞춰져, 상기 탄성 연결 부품의 압출 변형에 의해 발생된 탄성력의 작용에 의해 상기 카메라를 상기 장착 홈에 연결시킨다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 카메라는 렌즈를 포함하고, 상기 카메라와 상기 장착 홈 사이에 간극을 갖도록 상기 렌즈의 중심축에 수직인 방향에서, 상기 카메라의 단면적이 상기 장착 홈의 단면적보다 작다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 탄성 연결 부품은 상기 간극 내에 설치되고, 상기 탄성 연결 부품의 상기 장착 홈을 향하는 측은 상기 장착 프레임에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 2개의 상기 카메라와 2개의 상기 장착 홈이 있고, 각 상기 장착 홈은 각 상기 카메라에 일대일로 대응한다.
본 발명의 실시예의 일 실시예에 따르면, 각각의 상기 장착 홈 내에 2개의 탄성 연결 부품이 설치되고, 2개의 상기 카메라의 중심점의 연결선의 방향에서 2개의 상기 탄성 연결 부품이 대향하게 설치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 2개의 상기 카메라의 중심점의 연결선 방향에서 2개의 상기 탄성 연결 부품의 두께를 조정하여 2개의 상기 카메라의 광축 사이의 거리를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 탄성 연결 부품은 상기 장착 홈의 측벽을 둘러싸게 설치된 링형 구조다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 탄성 연결 부품은 복수이고, 복수의 상기 탄성 연결 부품은 상기 장착 홈의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 설치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 탄성 연결 부품과 상기 장착 프레임은 일체형 구조이고, 상기 탄성 연결 부품의 경도는 상기 장착 프레임의 경도보다 작다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 실시예는 기기 본체, 감지 시스템, 제어 시스템 및 구동 시스템을 포함하는 청소 로봇을 제공하고, 상기 감지 시스템은 레이저 거리 측정 장치 및 2개의 카메라를 포함하고, 상기 레이저 거리 측정 장치는 상기 청소 로봇의 상면에 위치하고, 상기 2개의 카메라는 장착 프레임에 의해 상기 청소 로봇에 장착된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 장착 프레임에는 상기 2개의 카메라에 맞추는 장착 홈이 각각 설치되고, 각 카메라는 대응하는 장착 홈 내에 장착된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 각 장착 홈의 측벽에 탄성 연결 부품이 고정 연결되고, 각 카메라가 대응하는 장착 홈 내에 장착된 후, 상기 카메라가 상기 탄성 연결 부품에 의해 상기 장착 홈에 억지 끼워맞춰져, 상기 탄성 연결 부품의 압출 변형에 의해 발생한 탄성력의 작용에 의해 상기 카메라를 상기 장착 홈 내에 연결시킨다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 카메라는 렌즈를 포함하고, 상기 카메라와 상기 장착 홈 사이에 간극을 갖도록 상기 렌즈의 중심축에 수직인 방향에서 상기 카메라의 단면적이 상기 장착 홈의 단면적보다 작다.
본 발명의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 탄성 연결 부품은 상기 간극 내에 설치되고, 상기 탄성 연결 부품의 상기 장착 홈을 향하는 측은 상기 장착 프레임에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 효과는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
도 1은 배경 기술의 종래의 카메라 장치의 축측투상도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치의 평면 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇의 축측투상도이다.
도면에서 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 기호가 부여된다. 도면은 실제 축척으로 그려지지 않는다.
본 발명의 다양한 양태의 특징 및 예시적인 실시예가 이하에서 상세히 설명된다. 이하의 상세한 설명에서는, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항들 중 일부가 필요없이 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 하기 실시예의 설명은 본 발명의 예에 의해 본 발명에 대한 더 나은 이해를 제공하기 위한 것이다. 도면 및 이하의 설명에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 적어도 일부의 잘 알려진 구조 및 기술은 도시되지 않았다. 그리고 일부 구조의 치수는 명확히 하기 위해 과장될 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 특징, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
이하의 설명에 나타나는 방향어는 도면에 도시된 모든 방향이며, 본 발명의 카메라 장치(200) 및 청소 로봇(100)의 특정한 구조를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 설명에서, 특별히 명시적으로 지정되고 제한되지 않는 한, "설치" 및 "연결"이라는 용어는 광범위한 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어 고정 연결, 분리 가능하게 연결, 일체로 연결, 직접 연결 또는 간접 연결일 수 있다. 당업자라면, 본 발명에서 언급된 상기 용어의 특정 의미는 특정 상황에 따라 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예는, 보다 우수한 내진 성능 및 보다 우수한 안정성을 갖고, 쌍안 카메라(21)(2개의 카메라(21))의 광축(211) 사이의 거리가 변경되어도, 언제든지 카메라(21)를 교체 및 조정이 가능하여, 유지 및 수리를 용이하게 하는 카메라 장치(200)가 제공된다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(200)를 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(200)의 개략적인 평면도가 도시된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 장착 프레임(20) 및 장착 프레임(20)에 장착된 카메라(21)를 포함하는 카메라 장치(200)를 제공하고, 장착 프레임(20)에는 카메라(21)에 부합하는 장착 홈(201)이 설치되고, 장착 홈(201)의 측벽에 탄성 연결 부품(202)이 고정 연결되고, 카메라(21)가 장착 홈(201) 내에 장착된 후, 카메라(21)가 탄성 연결 부품(202)에 의해 장착 홈(201)에 억지 끼워맞춰져(interference fit), 카메라(21)가 탄성 연결 부품(202)의 압출 변형에 의해 발생된 탄성력에 의해 장착 홈(201) 내에 장착된다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 카메라 장치(200)에서, 카메라(21)가 렌즈를 포함하고, 카메라(21)와 장착 홈(201) 사이에 간극을 갖도록 렌즈 중심축에 수직인 방향에서 카메라(21)의 단면적이 장착 홈 201의 단면적보다 작다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 카메라 장치(200)에서, 탄성 연결 부품(202)이 간극 내에 설치되고, 탄성 연결 부품(202)의 장착 홈(201)을 향하는 측은 장착 프레임(20)에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결된다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 카메라 장치(200)는, 2개의 카메라(21)와 2개의 장착 홈(201)을 가지며, 각 장착 홈(201)은 각 카메라(21)에 일대 일로 대응한다. 각 장착 홈(201)에는 2개의 탄성 연결 부품(202)이 설치되고, 2개의 탄성 연결 부품(202)은 2개의 카메라(21)의 중심점의 연결선 방향에서 대향한다. 2개의 카메라(21)의 중심점의 연결선의 방향에서, 2개의 탄성 연결 부품(202)의 두께를 조정하여, 2개의 카메라(21)의 광축(211) 사이의 거리를 조정할 수 있고, 즉, 미리 설정된 2개의 카메라의 광축의 거리에 따라 탄성 연결 부품(202)의 두께를 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 카메라 장치(200)에서, 탄성 연결 부품(202)은 장착 홈(201)의 측벽을 둘러싸게 설치된 링형 구조인 것은, 탄성 연결 부품(202)은 폐쇄된 링형 구조 또는 개구를 갖는 링형 구조인 것으로 이해될 수 있다. 또는, 복수의 탄성 연결 부품(202)이 있고, 복수의 탄성 연결 부품(202)이 장착 홈(201)의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 설치된다. 선택적으로, 탄성 연결 부품(202)과 장착 프레임(20)이 일체형 구조이고, 탄성 연결 부품(202)의 경도가 장착 프레임(20)의 경도보다 작고, 탄성 연결 부품(202)은 고무 재료의 연결 부품일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공되는 카메라 장치(200)에서, 장착 프레임(20)에는 장착 홈(201)이 설치되고, 장착 홈(201)에는 탄성 연결 부품(202)이 설치되어, 카메라(21)가 장착 홈에 억지끼워져 장착된다. 그것은, 충격 흡수 기능을 구비하고, 카메라(21)와 탄성 연결 부품(202)은 비강성(非剛性) 연결이며, 진동 시에 탈락하기 어렵고, 2개의 카메라(21)의 광축(211) 사이의 거리가 상대적으로 변경되기 어렵다. 또한, 착탈이 편리하고, 2개의 카메라(21)의 광축(211) 사이의 거리가 변화된 경우, 카메라(21)를 격렬하게 분해하지 않고, 직접 조정 또는 교체할 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 전술한 카메라 장치(200)를 포함하는 청소 로봇(100)을 제공한다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇(100)을 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 저면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 측면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 축측투상도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 청소 로봇(100)은 기기 본체(110), 감지 시스템(120), 제어 시스템(130)(미도시), 구동 시스템(140), 청소 시스템, 에너지 시스템 및 인간과 컴퓨터의 인터랙션 시스템(170)을 포함한다.
기기 본체(110)는 전방부(111) 및 후방부(112)를 포함하고, 거의 원형(전후가 모두 원형)을 갖고, 다른 형상을 가질 수도 있고, 전방이 각형이고 후방이 원형인 대략 D자형을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
감지 시스템(120)은 기기 본체(110) 상방에 위치된 위치 결정 장치(121), 기기 본체(110)의 전방부(111)에 위치된 완충기(122), 절벽 센서(123) 및 초음파 센서, 적외선 센서, 자기계, 가속도계, 자이로스코프, 주행계 등의 센서를 포함하고, 제어 시스템(130)에 장치의 각종 위치 정보 및 운동 상태 정보를 제공한다. 위치 결정 장치(121)는 카메라(21) 및 레이저 거리 측정 장치(LDS)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이하, 위치를 결정하는 방법을 설명하기 위해, 삼각 거리 측정법의 레이저 거리 측정 장치를 예로 들어 설명한다. 삼각 거리 측정법의 기본 원리는 유사한 삼각형의 비례 관계에 기초하지만, 여기서는 설명을 생략한다.
레이저 거리 측정 장치는 발광 유닛과 수광 유닛을 포함한다. 발광 유닛은 발광하는 광원을 포함할 수 있고, 광원은 적외선 또는 가시광선을 발광하는 발광 다이오드(LED)와 같은 발광 소자를 포함할 수 있다. 바람직하게, 광원은 레이저 빔을 방출하는 발광 소자일 수 있다. 본 실시예에서, 광원의 예로서 레이저 다이오드(LD)가 사용된다. 구체적으로, 레이저 빔의 광원을 사용하면, 레이저 빔의 단색, 지향성 및 시준된 특성에 의해, 다른 빛과 비교하여 보다 정확한 측정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔에 비해 발광 다이오드(LED)에 의해 방출되는 적외선 또는 가시광선은 주변 환경 요인(객체의 색상 및 텍스처 등)의 영향을 받아, 측정 정확도가 낮아질 수 있다. 레이저 다이오드(LD)는 장애물의 2차원 위치 정보를 측정하는 포인트 레이저일 수도 있고, 특정 범위 내의 장애물의 3차원 위치 정보를 측정하는 라인 레이저일 수도 있다.
수광 유닛은 장애물에 의해 반사되거나 산란된 광 스폿이 형성되는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 단일 행 또는 복수 행의 복수의 유닛 픽셀들의 집합일 수 있다. 이러한 수광 소자는 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 이미지 센서는 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 센서 또는 전하 결합 소자(CCD) 센서일 수 있으며, 비용상의 이점을 위해 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 센서가 바람직하고, 수광 유닛은 수광 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 장애물에 의해 반사되거나 산란된 광은 수광 렌즈 어셈블리를 통과하여 진행하여 이미지 센서 상에 이미지를 형성한다. 수광 렌즈 어셈블리는 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
베이스는 발광 유닛 및 수광 유닛을 지지할 수 있고, 발광 유닛 및 수광 유닛은 베이스 상에 배치되고 일정한 거리를 두고 이격된다. 로봇 주위의 360도 방향의 장애물을 측정하기 위해, 베이스를 본체(110) 상에 회전 가능하게 배치하거나, 베이스 자체를 회전시키지 않고 회전 요소를 설치하여 방출광과 수신광을 회전시킬 수 있다. 회전 소자의 회전 각속도는 광 커플러 소자와 코드 디스크를 설치함으로써 얻어질 수 있고, 광 커플러 소자는 코드 디스크상의 치아의 갭을 감지하고, 순간 각속도는 치아의 갭의 슬립 시간을 치아의 갭의 거리 값으로 나눔으로써 얻어진다. 코드 디스크상의 치아 갭의 밀도가 높을수록, 측정의 정확도와 정밀도는 높아지지만, 구조가 보다 정밀하여, 계산량이 많아진다. 반대로, 치아의 갭의 밀도가 작을수록, 측정의 정확도와 정밀도는 낮아지지만, 구조가 비교적 간단하여 계산량이 적어질 수 있기 때문에, 비용을 절감할 수 있다.
수광 유닛에 연결된 DSP 등의 데이터 처리 장치는, 로봇의 0도 각도 방향에 대하여 모든 각도로 장애물 거리 값을 기록하고, 제어 시스템(130) 내의 데이터 처리 유닛에 송신하고, 예를 들어, CPU를 포함하는 애플리케이션 프로세서(AP)이고, CPU는 입자 필터에 기반한 위치 결정 알고리즘을 실행하여 로봇의 현재 위치를 취득하고, 내비게이션을 위해 이 위치에 기초하여 맵을 묘화한다. 위치 결정 알고리즘은 바람직하게 동시 현지화 및 매핑(SLAM)을 사용한다.
삼각 측량법에 기반한 레이저 거리 측정 장치는 원칙적으로 일정 거리를 초과한 무한 장거리에서의 거리값을 측정할 수 있지만, 실제로는 장거리 측정(예를 들면 6미터 이상)을 실현하는 것은 매우 곤란하고, 이는 수광 유닛의 센서상의 픽셀 유닛의 크기에 의해 제한되며, 센서의 광전 변환 속도, 센서와 연결된 DSP 사이의 데이터 전송 속도 및 DSP의 계산 속도의 영향을 받기 때문이다. 온도의 영향으로 레이저 거리 측정 장치에 의해 얻어진 측정값도 시스템에 의해 허용되지 않는 변화가 발생되고, 이는 주로 발광 유닛과 수광 유닛 사이의 구조의 열팽창 변형에 의해 입사광과 출력광의 각도가 변화되고, 발광 유닛 및 수광 유닛 자체도 온도 드리프트 문제가 존재하기 때문이다. 레이저 거리 측정 장치를 장기간 사용한 후, 온도 변화, 진동 등 다양한 요인의 축적에 의한 변형도 측정 결과에 심각한 영향을 미친다. 측정 결과의 정확도는 묘화되는 맵의 정확도를 직접 결정하는데, 이는 로봇이 전략을 추가로 수행하기 위한 기초이기 때문에 매우 중요하다.
기기 본체(110)의 전방부(111)에는 완충기(122)가 장착될 수 있다. 청소 과정에서 구동 휠 모듈(141)이 지상을 주행하도록 로봇을 추진할 때, 완충기(122)는 적외선 센서와 같은 센서 시스템을 통해 청소 로봇(100)의 주행 경로에서 하나 이상의 이벤트를 검출하고, 로봇은 장애물, 벽과 같은 완충기(122)에 의해 검출된 이벤트에 의해 구동 휠 모듈(141)을 제어할 수 있고, 예를 들어, 장애물로부터 멀어지는 등과 같이 이벤트에 대해 응답한다.
제어 시스템(130)은 기기 본체(110)의 회로 기판 상에 설치되고, 하드 디스크, 플래시 메모리, 랜덤 액세스 메모리 등의 비일시적 메모리와 통신하는 중앙 처리 장치, 애플리케이션 프로세서 등의 컴퓨팅 프로세서를 포함하고, 애플리케이션 프로세서는 레이저 거리 측정 장치로부터 피드백된 장애물 정보에 기초하여, SLAM과 같은 위치 결정 알고리즘을 사용하여, 로봇이 위치된 환경의 실시간 맵을 묘화한다. 또한, 완충기(122), 절벽 센서(123), 초음파 센서, 적외선 센서, 자력계, 가속도계, 자이로스코프, 주행계 등의 센싱 장치로부터 피드백된 거리 정보 및 속도 정보에 기초하여, 로봇의 현재의 동작 상태를 종합적으로 판단하고, 예를 들면, 문턱을 넘는 것, 카펫을 타는 것, 절벽 위에 있는 것, 위 또는 아래가 걸린 것, 먼지 박스가 가득찬 것, 픽업된 것 등이며, 다양한 상황에 대응하는 특정적인 다음 단계의 액션 전략을 제공하여, 로봇 동작이 소유자의 요구와 잘 일치하도록 하고, 사용자 경험이 향상된다. 또한, 제어 시스템(130)은 SLAM에 의해 묘사된 적시 맵 정보에 기초하여 가장 효율적이고 합리적인 청소 경로 및 청소 방법을 계획할 수 있어, 로봇의 청소 효율이 크게 향상된다.
구동 시스템(140)은 거리 및 각도 정보(예를 들어, x, y 및 θ 구성요소)를 갖는 구동 명령에 기초하여 지면을 가로질러 주행하도록 청소 로봇(100)을 조작할 수 있다. 구동 시스템(140)은 좌측 및 우측 휠을 동시에 제어할 수 있는 구동 휠 모듈(141)을 포함하고, 로봇의 움직임을 보다 정확하게 제어하기 위해, 구동 휠 모듈(141)은 바람직하게는 좌측 구동 휠 모듈 및 우측 구동 휠 모듈을 포함한다. 좌측 및 우측 구동 휠 모듈은 본체(110)에 의해 정의된 횡축을 따라 마주한다. 로봇이 지상에서 보다 안정적으로 이동하거나 더 강한 이동 능력을 갖기 위해, 로봇은 하나 또는 복수의 종동 휠(142)을 포함할 수 있고, 종동 휠은 범용 휠을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 구동 휠 모듈은 주행 휠, 구동 모터 및 구동 모터를 제어하기 위한 제어 회로를 포함하고, 구동 휠 모듈은 구동 전류를 측정하기 위한 회로 및 주행계에 연결될 수도 있다. 구동 휠 모듈(141)은 착탈 및 유지보수를 용이하게 하기 위해, 본체(110)에 착탈 가능하게 연결될 수 있다. 구동 휠은 바이어스 드롭 서스펜션 시스템을 가지며, 로봇 본체(110)에 이동 가능하게 고정되고, 예를 들어 로봇 본체(110)에 회전 가능하게 장착되고, 아래로 로봇 본체(110)로부터 멀어지게 바이어스된 스프링 바이어스를 받는다. 스프링 바이어스에 의해, 구동 휠은 특정 착륙력으로 지면과의 접촉 및 견인력을 유지할 수 있는 한편, 청소 로봇(100)의 청소 요소는 또한 특정 압력으로 지면(10)과 접촉한다.
청소 시스템은 건식 청소 시스템(150) 및/또는 습식 청소 시스템일 수 있다. 건식 청소 시스템(150)으로서, 주요한 청소 기능은 롤러 브러시, 먼지 박스, 팬, 배출구 및 이들 4개 사이의 연결 구성 요소로 구성된 청소 시스템(151)에 의해 이루어진다. 지면과 일정한 간섭이 있는 롤러 브러시는 지면 상의 쓰레기를 쓸어내서 롤러 브러시와 먼지 박스 사이의 흡입구의 전방에 감아내고, 팬에 의해 생성된 먼지 박스를 통과한 흡입력이 있는 기체에 의해 먼지 박스로 흡입된다. 청소 로봇의 먼지 제거 능력은 쓰레기의 청소 효율 DPU(Dust pick up efficiency)에 의해 나타낼 수 있으며, DPU는 롤러 브러시의 구조 및 재료에 의한 영향을 받고, 흡입구, 먼지 박스, 팬, 배출구 및 이들 4개 사이의 연결 부품으로 형성된 공기 덕트의 풍력 사용률에 의한 영향을 받고, 팬의 유형과 전력의 영향을 받으며, 시스템 설계의 과제이다. 일반적인 플러그인 청소기와 비교하여, 에너지가 제한된 청소 로봇의 경우 먼지 제거 능력을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 먼지 제거 능력의 향상에 의해, 직접적이고 효과적으로 에너지 필요량이 삭감되기 때문에, 종래의 1회의 충전으로 80평방미터의 지면을 청소할 수 있는 기기를 진화시켜, 1회의 충전으로 100평방미터 이상을 청소할 수 있다. 또한, 충전 횟수를 줄이는 배터리의 수명도 크게 증가하기 때문에, 사용자가 배터리를 교체하는 빈도도 낮아진다. 보다 직관적이고 중요한 것은 먼지 제거 능력의 향상이 가장 분명하고 중요한 사용자 경험이며, 사용자는 청소가 깨끗한지 여부의 결론을 직접 얻어낸다. 건식 청소 시스템(150)은 또한 파편을 청소 시스템의 롤러 브러시 영역으로 이동시키기 위해, 지면에 대해 일정한 각도를 이루는 회전축을 갖는 사이드 브러시(152)를 포함할 수 있다.
에너지 시스템은 NiMH 및 리튬 배터리와 같은 충전 배터리를 포함한다. 충전 배터리는 충전 제어 회로, 배터리 팩 충전 온도 검출 회로, 배터리 부족 전압 감시 회로, 충전 제어 회로, 배터리 팩 충전 온도 검출 회로 및 배터리 부족 전압 감시 회로, 마이크로컨트롤러 제어 회로와 연결될 수 있다. 호스트는 몸통의 측면 또는 하부에 설치된 충전 전극을 통해 충전기에 연결되어 충전된다. 노출된 충전 전극에 먼지가 부착되면, 충전 과정에서 전하의 축적 효과에 의해 전극 주변의 플라스틱 본체가 녹아 변형되고, 심지어 전극 자체도 변형되어, 통상의 충전을 계속할 수 없게 된다.
인간과 컴퓨터의 인터랙션 시스템(170)은 호스트 패널 상의 버튼을 포함하고, 버튼은 사용자의 기능 선택을 위해 사용되며, 또한 디스플레이 및/또는 지시등 및/또는 혼을 포함하고, 디스플레이, 지시등 및 혼은 기계의 현재 상태 또는 기능의 선택을 사용자에게 나타낼 수 있고, 모바일 클라이언트 프로그램도 포함될 수 있다. 루트 내비게이션 유형의 청소 기기인 경우, 모바일 클라이언트는 기기가 위치되어 있는 환경의 맵 및 머신의 위치를 사용자에게 나타낼 수 있어, 보다 풍부하고 사용자 친화적인 기능 아이템을 사용자에게 제공할 수 있다.
로봇의 동작을 보다 명확하게 설명하기 위해, 다음 방향이 정의된다. 청소 로봇(100)은 본체(110)에 대해 정의된 3개의 상호 수직축에 대해 다양한 조합으로 지상에서 이동할 수 있고, 전후축 X, 횡축 Y 및 중심 수직축 Z이다. 전후축(X)을 따른 전방 구동방향을 "전방"으로 하고, 전후축(X)에 따른 후방 구동방향을 "후방"으로 나타낸다. 횡축(Y)은 구동 휠 모듈(141)의 중심점에 의해 정의된 축을 따라 로봇의 우측 휠과 좌측 휠 사이에서 실질적으로 연장된다.
청소 로봇(100)은 Y축을 중심으로 회전할 수 있다. 청소 로봇(100)의 전방부가 위로 경사지고, 후방부가 아래로 경사지는 경우는 "바로 누움"이고, 청소 로봇(100)의 전방부가 아래로 경사지고, 후방부가 위로 경사지는 경우는 "엎드림"이다. 또한, 청소 로봇(100)은 Z축을 중심으로 회전할 수 있다. 청소 로봇(100)의 전방 방향에서, 청소 로봇(100)이 X축의 우측으로 기울어질 경우는 "우회전"이고, 청소 로봇(100)이 X축의 좌측으로 기울어지는 경우는 "좌회전"이다.
본 실시예의 청소 로봇(100)은 지상 장애물을 인식하기 위한 시각 유닛, 원격 제어 장치 또는 다른 디바이스와 통신하기 위한 통신 유닛, 본체를 구동하기 위한 이동 유닛, 청소 유닛 및 정보를 저장하기 위한 메모리 유닛을 포함한다. 입력 유닛(청소 로봇의 키 등), 물체 검출 센서, 충전 유닛, 마이크 어레이 유닛, 방향 검출 유닛, 위치 검출 유닛, 통신 유닛, 구동 유닛, 및 메모리 유닛은 제어 유닛에 연결되어 있어, 소정의 정보를 제어 유닛으로 송신하거나 또는 제어 유닛으로부터 소정의 정보를 수신할 수 있다.
시각 유닛은 주로 지면 물체 인식을 수행하고 지면 물체를 회피하도록 청소 로봇(100)에 물체 유형을 통지하며, 물체 유형은 다음을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
A. 걸리는 장애물: 애완동물의 배설물, 굵은 케이블과 얇은 케이블, 체중계, 바 의자, 커튼 등의 로봇이 걸리거나, 청소하기 어려운 장애물.
B: 청소 로봇(100)에 의해 밀릴 수 있는 물체: 어린이 장난감, 소켓, 슬리퍼 등.
C. 기능 유형: 다양한 유형의 카펫(메인 브러시 전류로 사용 가능)을 식별하고 맵에 기록하여, 카펫으로의 물 탱크의 이송(카펫이 젖음, 2차 오염)을 방지하고, 식별 후에 기록된 영역을 이력 지도로 표시한다.
D. 기타 잡물 유형: 길이가 8cm를 초과하고, 높이 또는 두께가 1cm를 초과하는 물체를 잡물로 설정하고, 식별 후 회피 전략을 수행한다. 배경, 조명, 각도가 동일함.
방향 검출 유닛은 복수의 수신 유닛에 입력된 음성 입력의 시간차 또는 레벨을 사용함으로써 음성의 방향을 검출할 수 있다. 방향 검출 유닛은 검출된 음성의 방향을 제어 유닛에 송신한다. 제어 유닛은 방향 검출 유닛에 의해 검출된 음성 방향을 사용하여 이동 경로를 결정할 수 있다.
위치 검출 유닛은 소정의 맵 정보 내의 본체의 좌표를 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 카메라(21)에 의해 검출된 정보와 메모리 유닛에 저장된 맵 정보를 서로 비교하여 본체의 현재 위치를 검출할 수 있다. 카메라(21) 외에, 위치 검출 유닛은 또한 글로벌 측위 시스템(GPS)을 사용할 수 있다.
넓은 의미에서, 위치 검출 유닛은 본체가 특정 위치에 배치되는지 여부를 검출할 수 있다. 예를 들어, 위치 검출 유닛은 본체가 충전기 상에 배치되어 있는지 여부를 검출하기 위한 유닛을 포함할 수 있다.
예를 들어, 충전기 상에 본체가 배치되어 있는지 여부를 검출하는 방법은 충전 유닛에 전력이 입력되는지 여부에 따라 충전 위치에 본체가 배치되어 있는지 여부를 검출할 수 있다. 또한, 예를 들면, 본체가 충전 위치에 배치되어 있는지의 여부는, 본체 또는 충전기에 배치된 충전 위치 검출 유닛에 의해 검출할 수 있다.
통신 유닛은 원격 제어 장치 또는 다른 장치와 소정의 정보를 송수신할 수 있다. 통신 유닛은 청소 로봇의 맵 정보를 업데이트할 수 있다.
구동 유닛은 이동 유닛 및 청소 유닛을 조작할 수 있다. 구동 유닛은 제어 유닛에 의해 결정된 이동 경로를 따라 이동 유닛을 이동시킬 수 있다.
청소 로봇의 동작에 관한 소정의 정보는 메모리 유닛에 저장된다. 예를 들어, 청소 로봇이 배치된 영역의 맵 정보, 마이크 어레이 유닛에 의해 인식된 음성에 대응하는 제어 명령 정보, 방향 검출 유닛에 의해 검출된 방향 각 정보, 위치 검출 유닛에 의해 검출된 위치 정보 및 물체 검출 센서에 의해 검출된 장애물 정보는 메모리 유닛에 저장될 수 있다.
제어 유닛은 수광 유닛, 카메라(21) 및 물체 검출 센서에 의해 검출된 정보를 수신할 수 있다. 제어 유닛은 송신된 정보에 기초하여 사용자의 음성을 인식하고, 음성이 발생하는 방향을 검출하고, 청소 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 또한, 제어 유닛은 이동 유닛 및 청소 유닛을 조작할 수도 있다.
본 발명은 선택 가능한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 전제에서, 다양한 개선을 수행할 수 있고, 그것을 특징으로 하는 구성요소를 동등한 것으로 대체할 수 있다. 특히, 각 실시예에서 언급된 다양한 기술적 특징은 구조적 모순이 없는 한, 임의의 방식으로도 조합될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 특허 청구범위에 포함된 모든 기술적 해결책을 포함한다.
100-청소 로봇,
110-기기 본체, 111-전방부, 112-후방부,
120-감지 시스템, 121-위치 결정 장치, 122-완충기, 123-절벽 센서,
130-제어 시스템,
140-구동 시스템, 141-구동 휠 모듈, 142-종동 휠,
150-드라이 클리닝 시스템, 151-청소 시스템, 152-사이드 브러시, 170-인간과 컴퓨터의 인터랙션 시스템,
200-카메라 장치,
20-설치 프레임, 201-장착 홈, 202-탄성 연결 부품,
21-카메라, 211-광축,
301-장착 프레임, 302-장착 홈, 303-카메라.

Claims (26)

  1. 장착 프레임과 상기 장착 프레임에 장착된 카메라를 포함하고,
    상기 장착 프레임에는 상기 카메라에 부합하는 장착 홈이 설치되고, 상기 장착 홈의 측벽에 탄성 연결 부품이 고정 연결되어 있고, 상기 카메라가 상기 탄성 연결 부품에 의해 상기 장착 홈에 억지 끼워맞춰져, 상기 탄성 연결 부품의 압출 변형에 의해 발생한 탄성력의 작용에 의해 상기 카메라를 상기 장착 홈 내에 연결시키는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 렌즈를 포함하고, 상기 카메라와 상기 장착 홈 사이에 간극을 갖도록 상기 렌즈의 중심축에 수직인 방향에서 상기 카메라의 단면적이 상기 장착 홈의 단면적보다 작은
    것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품이 상기 간극 내에 설치되고, 상기 탄성 연결 부품의 상기 장착 홈을 향하는 측은 상기 장착 프레임에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    2개의 상기 카메라와 2개의 상기 장착 홈이 있으며, 각 상기 장착 홈은 각 상기 카메라에 일대일로 대응되게 설치되는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 상기 장착 홈 내에 2개의 탄성 연결 부품이 설치되고, 2개의 상기 카메라의 중심점의 연결선 방향에서 2개의 상기 탄성 연결 부품이 대향되게 설치되는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    2개의 상기 카메라의 중심점의 연결선의 방향에서, 2개의 상기 탄성 연결 부품의 두께를 조정하여, 2개의 상기 카메라의 광축 사이의 거리를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품은 상기 장착 홈의 측벽을 둘러싸게 설치된 링형 구조인 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품은 복수이고, 복수의 상기 탄성 연결 부품은 상기 장착 홈의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품과 상기 장착 프레임은 일체형 구조이고, 상기 탄성 연결 부품의 경도가 상기 장착 프레임의 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 카메라 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  11. 기기 본체, 감지 시스템, 제어 시스템 및 구동 시스템을 포함하는 청소 로봇에 있어서,
    상기 감지 시스템은 레이저 거리 측정 장치 및 카메라를 포함하고, 상기 레이저 거리 측정 장치는 상기 청소 로봇의 상면에 위치하고, 상기 카메라는 장착 프레임에 의해 상기 청소 로봇에 장착되고, 상기 카메라의 시야는 상기 청소 로봇의 진행 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 장착 프레임에는 상기 카메라에 부합하는 장착 홈이 설치되고, 상기 카메라는 상기 장착 홈 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장착 홈의 측벽에 탄성 연결 부품이 고정 연결되고, 상기 카메라가 상기 장착 홈 내에 장착된 후, 상기 탄성 연결 부품에 의해 상기 장착 홈에 억지 끼워맞춰져, 상기 탄성 연결 부품의 압출 변형에 의해 발생한 탄성력의 작용에 의해 상기 카메라를 상기 장착 홈 내에 연결시키는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 카메라는 렌즈를 포함하고, 상기 카메라와 상기 장착 홈 사이에 간극을 갖도록 상기 렌즈의 중심축에 수직인 방향에서 상기 카메라의 단면적이 상기 장착 홈의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품이 상기 간극 내에 설치되고, 상기 탄성 연결 부품의 상기 장착 홈을 향하는 측은 상기 장착 프레임에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    2개의 상기 카메라와 2개의 상기 장착 홈이 있으며, 각 상기 장착 홈은 각 상기 카메라에 일대일로 대응되게 설치되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  17. 제 16 항에 있어서,
    각각의 상기 장착 홈 내에 2개의 탄성 연결 부품이 설치되고, 2개의 상기 카메라의 중심점의 연결선 방향에서 2개의 상기 탄성 연결 부품이 대향되게 설치되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  18. 제 16 항에 있어서,
    2개의 상기 카메라의 중심점의 연결선의 방향에서, 2개의 상기 탄성 연결 부품의 두께를 조정하여, 2개의 상기 카메라의 광축 사이의 거리를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품은 상기 장착 홈의 측벽을 둘러싸게 설치된 링형 구조인 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품은 복수이고, 복수의 상기 탄성 연결 부품은 상기 장착 홈의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품과 상기 장착 프레임은 일체형 구조이고, 상기 탄성 연결 부품의 경도가 상기 장착 프레임의 경도보다 작은 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  22. 기기 본체, 감지 시스템, 제어 시스템 및 구동 시스템을 포함하는 청소 로봇에 있어서,
    상기 감지 시스템은 레이저 거리 측정 장치와 2개의 카메라를 포함하고, 상기 레이저 거리 측정 장치는 상기 청소 로봇의 상면에 위치하고, 2개의 상기 카메라는 장착 프레임에 의해 상기 청소 로봇에 장착되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 장착 프레임에는 상기 2개의 카메라에 맞추는 장착 홈이 각각 설치되고, 각 카메라가 대응하는 장착 홈 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  24. 제 23 항에 있어서,
    각 장착 홈의 측벽에 탄성 연결 부품이 고정 연결되고, 각 카메라가 대응하는 장착 홈 내에 장착된 후, 상기 카메라가 상기 탄성 연결 부품에 의해 상기 장착 홈에 억지 끼워맞춰져, 상기 탄성 연결 부품의 압출 변형에 의해 발생한 탄성력의 작용에 의해 상기 카메라를 상기 장착 홈 내에 연결시키는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 카메라는 렌즈를 포함하고, 상기 카메라와 상기 장착 홈 사이에 간극을 갖도록 상기 렌즈의 중심축에 수직인 방향에서 상기 카메라의 단면적이 상기 장착 홈의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 탄성 연결 부품이 상기 간극 내에 설치되고, 상기 탄성 연결 부품의 상기 장착 홈을 향하는 측은 상기 장착 프레임에 고정 연결 또는 착탈 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 청소 로봇.
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