KR20220104185A - 이동 로봇 - Google Patents

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KR20220104185A
KR20220104185A KR1020227019256A KR20227019256A KR20220104185A KR 20220104185 A KR20220104185 A KR 20220104185A KR 1020227019256 A KR1020227019256 A KR 1020227019256A KR 20227019256 A KR20227019256 A KR 20227019256A KR 20220104185 A KR20220104185 A KR 20220104185A
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배용환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 바디; 상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 스핀맙; 상기 한 쌍의 스핀맙에 구동력을 제공하는 맙 모터; 일정 시간주기로 빛을 이용하여 하방 영상 정보를 획득하는 옵티컬 플로우 센서; 및 상기 옵티컬 플로우 센서에서 감지된 상기 하방 영상 정보를 바탕으로 바닥의 재질이 위험 재질인지 판단하고,; 바닥 재질이 위험 재질로 판단되는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동 로봇
본 발명은 걸레질을 하는 이동 로봇에 관한 것이다.
로봇 청소기는, 바닥으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하거나 바닥의 이물질을 닦아냄으로써 청소하는 기기이다. 최근에는, 걸레질을 수행할 수 있는 청소기가 개발되고 있다. 또한, 로봇 청소기는 스스로 주행하면서 청소하는 기기이다.
종래 기술(한국 등록특허공보 10-1654014)로서 걸레면에 의해 이동을 할 수 있는 로봇 청소기가 알려져 있다. 상기 종래 기술에서, 로봇 청소기는, 좌우 방향으로 배치된 한 쌍의 걸레면을 고정하는 제 1회전 부재 및 제 2회전 부재를 포함한다. 상기 종래 기술에 따른 로봇 청소기에서, 상기 제 1회전 부재는 및 상기 제 2회전 부재는 각각 로봇 몸체로부터 분리 가능하게 결합된다.
종래 기술은 바닥의 재질을 감지하지 못하고, 바닥 재질에 대응되는 주행을 하지 못하여서, 걸레질을 수행하는 청소기가 카펫 등에 등반하는 경우, 카펫에서 이탈하지 못하는 문제점이 존재한다.
또한, 종래 기술은 카펫 등을 감지하지 못하므로, 카펫이 걸레에 끼어서 걸레의 고장의 원인이 되면, 주행할 수 없는 카펫을 등반하게 되어서 청소 시간이 길어지는 단점이 존재한다.
또한, 다른 선행기술의 경우, 클리프 센서를 통해 바닥의 단차를 감지하여서, 이동 로봇의 주행을 제어하나, 이 경우, 바닥과 단차가 거의 없이 바닥의 재질이 다른 경우를 감지하지 못하게 되는 문제점이 존재한다.
한국 등록특허공보 10-1654014 (등록일자 2016년 8월 30일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 바닥의 재질을 정확하게 감지하여서, 바닥의 재질이 물걸레 청소가 불가능 하거나, 물걸레의 회전력으로 주행하는 청소기가 진입할 시에 다시 빠져 나오지 어려운 영역을 사전에 진입하지 않는 이동 로봇을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이동 로봇의 이동 량을 감지하기 위해 사용하던 옵티컬 플로우 센서에서 회득한 하방 영상 정보를 통해, 이미지 퀄리티 값, 바닥의 반사도 및 프레임 레이트를 추출하고 이를 바탕으로 바닥의 재질을 규명하고, 이동 로봇이 위험지역을 회피하게 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 바닥 영상 정보를 통해 바닥재질을 완벽하게 판단할 수 없는 경우, 스핀 맙의 부하 정보, 가속도 정보, 클리프 센서 정보의 정보를 종합하여 바닥의 재질을 판단하고, 이동 로봇이 위험 지역을 회피하게 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 바닥 영상 정보, 스핀 맙의 부하 정보, 가속도 정보, 클리프 센서 정보의 정보를 종합하여 바닥의 재질을 판단하고, 이동 로봇이 위험 지역을 회피하게 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 클리프 센서 및 옵티컬 플로우 센서를 스핀 맙 보다 전방에 배치하여서, 스핀 맙이 카펫 등의 위험지역을 등반하기 전에 선제적으로 위험지역을 판단하여서, 이동 로봇이 위험 지역을 주행하는 것을 선제적으로 차단하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 바닥의 영상을 바탕으로 바닥의 재질을 감지하고, 바닥 재질에 따라 주행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 바닥 영상에서, 이미지 퀄리티 값, 프레임 레이트, 바닥의 반사도 중 적어도 하나로 바닥의 재질을 감지하고, 바닥 재질에 따라 주행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 바닥 영상, 가속도, 맙 부하 및 클리프 센서에서 입력된 정보를 종합적으로 판단하여서, 바닥의 재질을 감지하고, 바닥 재질에 따라 주행하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명은, 바디; 상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 스핀맙; 상기 한 쌍의 스핀맙에 구동력을 제공하는 맙 모터; 일정 시간주기로 빛을 이용하여 하방 영상 정보를 획득하는 옵티컬 플로우 센서; 및 상기 옵티컬 플로우 센서에서 감지된 상기 하방 영상 정보를 바탕으로 바닥의 재질이 위험 재질인지 판단하고, 바닥 재질이 위험 재질로 판단되는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 제어유닛을 포함한다.
상기 옵티컬 플로우 센서는 상기 한 쌍의 스핀맙 보다 전방에 배치될 수 있다.
상기 옵티컬 플로우 센서는, 상기 하방 영상을 촬영하여 상기 하방 영상 정보를 획득하는 이미지센서 및 상기 빛의 양을 조절하는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 하방 영상 정보에서 하방 영상의 이미지 퀄리티 값을 산정하고, 상기 이미지 퀄리티 값이 기 설정된 기준 이미지 퀄리티 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
상기 이미지 퀄리티 값은, 상기 광원에서 방출된 빛이 바닥에 형성된 상의 형태로 판단할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 하방 영상 정보에서 하방 영상의 프레임 레이트를 산정하고, 상기 프레임 레이트가 기 설정된 기준 프레임 레이트 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값을 산정하고, 바닥의 반사도 값이 기 설정된 기준 반사도 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값, 하방 영상의 이미지 퀄리티 값 및 하방 영상의 프레임 레이트를 산정하고, 하기 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명은 일정 시간주기로 상방 영상 정보를 획득하는 카메라를 더 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 상방 영상 정보를 바탕으로 현재 위치를 검출할 수 있다.
상기 제어유닛은, 바닥 재질이 위험 재질로 판단되는 경우, 현재 위치를 위험 지역으로 설정할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 맙 모터의 부하 값을 감지하는 맙 부하정보 센서를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 맙 모터의 부하 값이 기 설정된 기준 부하 값 보다 큰 경우 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 작은 경우 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어할 수 있다.
상기 클리프 센서는, 상기 한 쌍의 스핀맙 보다 전방에 배치될 수 있다.
상기 클리프 센서는 가상의 중심 수직면과 적어도 일부가 수직적 방향에서 중첩되게 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 가속도 값에서 평균 가속도 값을 산정하고, 상기 평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큰 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 가속도 값의 산포도를 산정하고 상기 산도포가 기준 산포도 큰 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 맙 모터의 부하 값을 감지하는 맙 부하정보 센서; 바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서; 및 상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서를 더 포함하고, 상기 제어유닛은, 하기 조건 4 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 바디; 상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 스핀맙; 상기 한 쌍의 스핀맙에 구동력을 제공하는 맙 모터; 일정 시간주기로 빛을 이용하여 하방 영상 정보를 획득하는 옵티컬 플로우 센서; 상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서; 바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서; 상기 맙 모터의 부하 값을 감지하는 맙 부하정보 센서; 및 상기 옵티컬 플로우 센서, 상기 가속도 센서, 상기 클리프 센서 및 상기 맙 부하정보 센서 중 적어도 하나의 센서에서 입력된 정보를 바탕으로 바닥 재질이 위험 재질 인지 판단하고, 위험 재질 인 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 제어유닛을 포함한다.
상기 옵티컬 플로우 센서는 상기 각 스핀맙의 회전축을 연결한 선 보다 전방에서 상기 각 스핀맙과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 배치되고, 상기 클리프 센서는 한 쌍의 스핀맙의 전단 및 상기 옵티컬 플로우 센서 보다 전방에 위치될 수 있다.
상기 한 쌍의 스핀맙은 가상의 중심 수직면을 기준으로 좌우 대칭되게 구비되고, 상기 옵티컬 플로우 센서 및 상기 클리프 센서는 상기 중심 수직면과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다.
상기 해결 수단을 통해서, 본 발명은 바닥 영상을 바탕으로 위험 영역을 판단하고, 이를 회피하여 주행하여서, 걸레의 회전에 의해 이동 로봇에 주행력을 제공하는 이동 로봇이 카펫 등을 등반하는 경우, 카펫에서 벗어나기가 매우 힘든 문제를 해결할 수 있는 장점이 존재한다.
또한, 본 발명은 여러 개의 센서를 통해 바닥의 반사도와, 바닥이 이미지 퀄리티, 스핀 맙의 부하, 가속도 중 적어도 하나의 인자를 통해 바닥의 재질을 추측하거나, 이들의 인자를 조합하여서 바닥의 재질을 추측하므로, 정확한 바닥 재질을 판단할 수 있고, 위험 지역에 진입하기 전에 회피하거나, 위험 지역에 진입하는 초기에 위험지역에서 이탈할 수 있는 이점이 존재한다.
또한, 본 발명은, 클리프 센서와, 옵티컬 플로우 센서가 기존에 낭떠러지와 이동 로봇의 이동 량을 감지하는 기능을 하면서, 동시에 바닥의 재질을 판단하는 기능도 수행함으로써, 별도의 센서를 장착할 필요가 없고, 제조 비용이 감소되며, 제어 구성이 용이한 장점이 존재한다.
또한, 본 발명은 클리프 센서 및 옵티컬 플로우 센서가 맙 모듈 보다 전방에 배치되기 때문에, 맙 모듈이 카펫 등에 의해 부하가 증가하지 전에 선제적으로 카펫을 회피할 수 있는 이점이 존재한다.
또한, 본 발명은 바닥의 재질을 판단하기 위한 센서를 바디의 좌우방향에서 중앙에 배치하여서, 최소한의 센서로 최대한의 감지 범위를 확보할 수 있는 이점이 존재한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1의 좌측면도이다.
도 3는 도 1의 저면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 제어 블록도이다.
도 5은, 본 발명의 이동 로봇의 일부가 카펫을 등반하는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 9는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이동 로봇의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하에서 언급되는 “전(F)/후(R)/좌(Le)/우(Ri)/상(U)/하(D)” 등의 방향을 지칭하는 표현은 도면에 표시된 바에 따라 정의하나, 이는 어디까지나 본 발명이 명확하게 이해될 수 있도록 설명하기 위한 것이며, 기준을 어디에 두느냐에 따라 각 방향들을 다르게 정의할 수도 있음은 물론이다.
예를 들면, 좌측 스핀 맙의 중심축과 우측 스핀 맙의 중심축을 연결한 가상의 선과 나란한 방향이 좌우 방향으로 정의되고, 상기 좌우 방향과 수직적으로 교차되고, 상기 스핀 맙들의 중심축과 나란하거나 사이각이 5도 이내인 방향이 상하 방향으로 정의되고, 좌우 방향 및 상하 방향과 수직적으로 교차되는 방향은 전후 방향으로 정의된다.
이하에서 언급되는 구성요소 앞에 ‘제 1, 제 2, 제 3' 등의 표현이 붙는 용어 사용은, 지칭하는 구성요소의 혼동을 피하기 위한 것일 뿐, 구성요소 들 사이의 순서, 중요도 또는 주종관계 등과는 무관하다. 예를 들면, 제 1 구성요소 없이 제 2구성요소 만을 포함하는 발명도 구현 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서 언급되는 '걸레'는, 직물이나 종이 재질 등 재질면에서 다양하게 적용될 수 있고, 세척을 통한 반복 사용용 또는 일회용일 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3를 참고하여, 본 발명의 실시 예들에 따른 청소기(1)를 전반적으로 설명한다.
본 발명의 실시예 들에 따른 청소기(1)는 걸레질을 수행한다. 청소기(1)는 자율 주행이 가능하게 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(1)는 제어유닛을 구비하는 바디(30)를 포함한다.
바디(30)는, 외관을 형성하는 케이스(31)와, 케이스(31)의 하측에 배치되는 베이스(32)를 포함한다. 바디(30)는 외면이 기준 반지름과 기준 오차 범위 내의 오차를 가지는 반지름을 가지는 원형의 적어도 일부를 형성한다. 여기서, 기준 반지름과 기준 오차 범위 내의 오차를 가지는 반지름을 가진다는 것은, 원형이 완벽한 원형이 아니고, 각 중심각 마다 또는 각 영역 마다 반지름이 오차 범위 내에서 변할 수 있다는 의미이다.
구체적으로, 바디(30)는 수직방향에서 보아, 50% 이상 원 형상이고, 나머지 부분이 다른 부품과 결합을 고려하여 원 형상에 가깝게 형성될 수 있다. 물론, 여기서, 원은 수학적 의미의 완전한 원을 의미하는 것은 아니고 오차를 가지는 공학적 의미의 원을 의미한다.
이동 로봇(1)은 바닥(피청소면)과 접촉하여 걸레질하게 구비되는 맙 모듈(40)을 포함한다.
맙 모듈(40)은 바디(30)의 하측에 배치되고, 바디(30)를 지지할 수 있다. 본 실시예에서 바디(30)는 맙 모듈(40) 의해 지지된다. 바디(30)는 외관을 형성한다.
맙 모듈(40)은 바디(30)의 하측에 배치된다. 맙 모듈(40)은 이동 로봇(1)의 이동을 위한 추진력을 제공한다. 이동 로봇(1)을 이동시키기 위해 맙 모듈(40)은 이동 로봇(1)의 후방 측에 배치되는 것이 바람직하다.
맙 모듈(40)은 회전하면서 바닥을 걸레질하게 구비되는 적어도 하나의 걸레부(미도시)를 포함한다. 맙 모듈(40)은 적어도 하나의 스핀맙(41)을 구비하고, 스핀맙(41)은 상측에서 바라볼 때 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 스핀맙(41)은 바닥에 접촉된다.
본 실시예에서 맙 모듈(40)은 한 쌍의 스핀맙(41a, 41b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 스핀맙(41a, 41b)은 상측에서 바라볼 때 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하고, 회전을 통해 바닥을 걸레질한다. 한 쌍의 스핀맙(41a, 41b) 중 청소기의 진행방향 정면에서 볼 때 좌측에 배치된 스핀맙(41)을 좌측 스핀맙(41a)이라 하고, 우측에 배치된 스핀맙(41)을 우측 스핀맙(41b)이라 정의한다.
좌측 스핀맙(41a) 및 우측 스핀맙(41b)은 각각의 회전축을 중심으로 회전된다. 회전축은 상하 방향으로 배치된다. 좌측 스핀맙(41a) 및 우측 스핀맙(41b)은 각각 독립적으로 회전될 수 있다. 한 쌍의 스핀맙(41)은 가상의 중심 수직면(Po)을 기준으로 좌우 대칭되게 구비될 수 있다.
본 발명은 좌측 스핀맙(41a) 및 우측 스핀맙(41b)에 구동력을 제공하고, 바디(30)에 설치되는 맙 모터(미도시)를 포함한다. 맙 모터(61)는 제1 맙 모터(61a) 제2 맙 모터(61b)를 포함한다. 맙 모터의 회전축은 상하로 연장될 수 있다. 제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)는 중심 수직선(Po)을 기준으로 좌우 대칭되게 구비된다.
중심 수직선(Po)은 전후방향과 나란하고, 바디의 기하학적 중심(Tc)를 지나는 선을 의미한다. 물론, 중심 수직선(Po)는 좌측 스핀 맙의 중심축과 우측 스핀 맙의 중심축을 연결한 가상의 선과 수직으로 교차하면서, 바디의 기하학적 중심(Tc)을 지나가는 선으로 정의할 수 있다.
중심 수직선(Po)을 기준으로 좌우 대칭되게 구비된 한 쌍의 스핀맙(41a, 41b)의 바닥이 수평면과 수평하게 배치되면, 로봇 청소기가 안정적으로 주행하지 못하고, 주행 제어가 어렵게 된다. 따라서, 본 발명은, 각 스핀맙(41)이 외측 전방으로 하향 경사지게 배치한다. 이하, 스핀맙(41)의 경사와 운동에 대해 설명한다.
다시, 도 3을 참조하면, 좌측 스핀맙(41a)의 스핀 회전축(Osa)과 좌측 스핀맙(41a)의 하측면이 교차하는 지점이 도시되고, 우측 스핀맙(41b)의 스핀 회전축(Osb)과 우측 스핀맙(41b)의 하측면이 교차하는 지점이 도시된다. 하측에서 바라볼 때, 좌측 스핀맙(41a)의 회전 방향 중 시계 방향을 제 1정방향(w1f)으로 정의하고 반시계 방향을 제 1역방향(w1r)으로 정의한다. 하측에서 바라볼 때, 우측 스핀맙(41b)의 회전 방향 중 반시계 방향을 제 2정방향(w2f)으로 정의하고 시계 방향을 제 2역방향(w2r)으로 정의한다. 또한, 하측에서 바라볼 때 '좌측 스핀맙(41a)의 하측면의 경사 방향이 좌우 방향 축과 이루는 예각' 및 '우측 스핀맙(41b)의 하측면의 경사 방향이 좌우 방향 축과 이루는 예각'을 경사 방향 각(Ag1a, Ag1b)으로 정의한다. 좌측 스핀맙(41a)의 경사 방향 각(Ag1a) 및 우측 스핀맙(41b)의 경사 방향 각(Ag1b)은 동일할 수 있다. 또한, 도 3을 참고하여, '가상의 수평면(H)에 대해 좌측 스핀맙(41a)의 하측면(I)이 이루는 각도' 및 '가상의 수평면(H)에 대해 좌측 스핀맙(41a)의 하측면(I)이 이루는 각도'를 경사각(Ag2a, Ag2b)로 정의한다.
물론, 좌측 스핀맙(41a)의 우측단과, 우측 스핀맙(41b)의 좌측단은 서로 접촉하거나, 근접할 수 있다. 따라서, 좌측 스핀맙(41a)과 우측 스핀맙(41b)의 사이에서 발생하는 걸레질을 공백을 줄일 수 있다.
좌측 스핀맙(41a)이 회전할 때, 좌측 스핀맙(41a)의 하측면 중 바닥으로부터 가장 큰 마찰력을 받는 지점(Pla)은 좌측 스핀맙(41a)의 회전 중심(Osa)에서 좌측에 배치된다. 좌측 스핀맙(41a)의 하측면 중 지점(Pla)에 다른 지점보다 큰 하중이 지면에 전달되게 하여, 지점(Pla)에 가장 큰 마찰력이 발생되게 할 수 있다. 본 실시예에서 지점(Pla)은 회전 중심(Osa)의 좌측 전방에 배치되나, 다른 실시예에서 지점(Pla)는 회전 중심(Osa)을 기준으로 정확히 좌측에 배치되거나 좌측 후방에 배치될 수도 있다.
우측 스핀맙(41b)이 회전할 때, 우측 스핀맙(41b)의 하측면 중 바닥으로부터 가장 큰 마찰력을 받는 지점(Plb)은 우측 스핀맙(41b)의 회전 중심(Osb)에서 우측에 배치된다. 우측 스핀맙(41b)의 하측면 중 지점(Plb)에 다른 지점보다 큰 하중이 지면에 전달되게 하여, 지점(Plb)에 가장 큰 마찰력이 발생되게 할 수 있다. 본 실시예에서 지점(Plb)은 회전 중심(Osb)의 우측 전방에 배치되나, 다른 실시예에서 지점(Plb)는 회전 중심(Osb)을 기준으로 정확히 우측에 배치되거나 우측 후방에 배치될 수도 있다.
좌측 스핀맙(41a)의 하측면 및 우측 스핀맙(41b)의 하측면은 각각 경사지게 배치된다. 좌측 스핀맙(41a)의 경사각(Ag2a) 및 우측 스핀맙(41b)의 경사각(Ag2a, Ag2b)은 예각을 형성한다. 경사각(Ag2a, Ag2b)은, 가장 마찰력이 커지는 지점이 지점(Pla, Plb)이 되되, 좌측 스핀맙(41a) 및 우측 스핀맙(41b)의 회전 동작에 따라 걸레부(411)의 하측 전면적이 바닥에 닿을 수 있는 정도로 작게 설정될 수 있다.
좌측 스핀맙(41a)의 하측면은 전체적으로 좌측 방향으로 하향 경사를 형성한다. 우측 스핀맙(41b)의 하측면은 전체적으로 우측 방향으로 하향 경사를 형성한다. 도 6을 참고하여, 좌측 스핀맙(41a)의 하측면은 좌측부에 최저점(Pla)을 형성한다. 좌측 스핀맙(41a)의 하측면은 우측부에 최고점(Pha)을 형성한다. 우측 스핀맙(41b)의 하측면은 우측부에 최저점(Plb)을 형성한다. 우측 스핀맙(41b)의 하측면은 좌측부에 최고점(Phb)을 형성한다.
실시예에 따라, 경사 방향 각(Ag1a, Ag1b)이 0도인 것도 가능하다. 또한, 실시예에 따라, 하측에서 바라볼 때, 좌측 스핀맙(41a)의 하측면의 경사 방향은 좌우 방향 축에 대해 시계 방향으로 경사 방향 각(Ag1a)을 형성하고, 우측 스핀맙(41b)의 하측면의 경사 방향은 좌우 방향 축에 대해 반시계 방향으로 경사 방향 각(Ag1b)을 형성하게 구현하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 하측에서 바라볼 때, 좌측 스핀맙(41a)의 하측면의 경사 방향은 좌우 방향 축에 대해 반시계 방향으로 경사 방향 각(Ag1a)을 형성하고, 우측 스핀맙(41b)의 하측면의 경사 방향은 좌우 방향 축에 대해 시계 방향으로 경사 방향 각(Ag1b)을 형성한다.
이동 로봇(1)의 이동은 맙 모듈(40)이 발생시키는 지면과의 마찰력에 의해 구현된다.
맙 모듈(40)은, 바디(30)를 전방으로 이동시키려는 '전방 이동 마찰력', 또는 바디를 후방으로 이동시키려는 '후방 이동 마찰력'을 발생시킬 수 있다. 맙 모듈(40)은, 바디(30)를 좌회전시키려는 '좌향 모멘트 마찰력', 또는 바디(30)를 우회전시키려는 '우향 모멘트 마찰력'을 발생시킬 수 있다. 맙 모듈(40)은, 전방 이동 마찰력 및 후방 이동 마찰력 중 어느 하나와, 좌향 모멘트 마찰력 및 우향 모멘트 마찰력 중 어느 하나를 조합한 마찰력을 발생시킬 수 있다.
맙 모듈(40)이 전방 이동 마찰력을 발생시키기 위해서, 좌측 스핀맙(41a)을 제 1정방향(w1f)으로 소정 rpm(R1)으로 회전시키고 우측 스핀맙(41b)을 제 2정방향(w2f)으로 rpm(R1)으로 회전시킬 수 있다.
맙 모듈(40)이 후방 이동 마찰력을 발생시키기 위해서, 좌측 스핀맙(41a)을 제 1역방향(w1r)으로 소정 rpm(R2)으로 회전시키고 우측 스핀맙(41b)을 제 2역방향(w2r)으로 rpm(R2)으로 회전시킬 수 있다.
맙 모듈(40)이 우향 모멘트 마찰력을 발생시키기 위해서, 좌측 스핀맙(41a)을 제 1정방향(w1f)으로 소정 rpm(R3)으로 회전시키고, 우측 스핀맙(41b)을 ⅰ제 2역방향(w2r)으로 회전시키거나 ⅱ회전없이 정지시키거나 ⅲ제 2정방향(w2f)으로 rpm(R3)보다 작은 rpm(R4)로 회전시킬 수 있다.
맙 모듈(40)이 좌향 모멘트 마찰력을 발생시키기 위해서, 우측 스핀맙(41b)을 제 2정방향(w2f)으로 소정 rpm(R5)으로 회전시키고, 좌측 스핀맙(41a)을 ⅰ제 1역방향(w1r)으로 회전시키거나 ⅱ회전없이 정지시키거나 ⅲ제 1정방향(w1f)으로 rpm(R5)보다 작은 rpm(R6)로 회전시킬 수 있다.
이하, 좌우측으로 배치된 스핀맙(41)의 마찰력을 향상시키면서, 좌우 방향과 전후 방향으로의 안정성을 향상시키며, 수조(81) 내의 수위에 상관없이 안정적인 주행을 위한 각 구성의 배치를 설명한다.
도 3을 참고하면, 스핀맙(41)의 마찰력을 확대하고, 이동 로봇의 회전 시에 일방으로 편심이 발생하는 것을 제한하기 위해, 상대적으로 무거운, 맙 모터(61)와 배터리를 스핀맙(41)의 상부에 배치할 수 있다.
구체적으로, 제1 맙 모터(61a)는 좌측 스핀맙(41a) 위에 배치되며, 제2 맙 모터(61b)는 우측 스핀맙(41b) 위에 배치될 수 있다. 즉, 제1 맙 모터(61a)의 적어도 일부는 좌측 스핀맙(41a)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 바람직하게는, 제1 맙 모터(61a)의 전체는 좌측 스핀맙(41a)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 제2 맙 모터(61b)의 적어도 일부는 우측 스핀맙(41b)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 바람직하게는, 제2 맙 모터(61b)의 전체는 우측 스핀맙(41b)과 수직적으로 중첩될 수 있다.
더욱 구체적으로, 제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)는 좌측 스핀맙(41a)의 스핀 회전축(Osa)과 우측 스핀맙(41b)의 스핀 회전축(Osb)을 연결한 가상의 중심 수평선(CHL)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 제1 맙 모터(61a)의 무게중심(MCa)와 제2 맙 모터(61b)의 무게중심(MCb)는 좌측 스핀맙(41a)의 스핀 회전축(Osa)과 우측 스핀맙(41b)의 스핀 회전축(Osb)을 연결한 가상의 중심 수평선(CHL)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다. 또는, 제1 맙 모터(61a)의 기하학적 중심과 제2 맙 모터(61b)의 기하학적 중심은 좌측 스핀맙(41a)의 스핀 회전축(Osa)과 우측 스핀맙(41b)의 스핀 회전축(Osb)을 연결한 가상의 중심 수평선(CHL)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다. 물론, 제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)는 중심 수직선(Po)을 기준으로 대칭되게 배치된다.
제1 맙 모터(61a)의 무게중심(MCa)와 제2 맙 모터(61b)의 무게중심(MCb)이 각 스핀맙(41)의 위에서 벗어나지 않고, 서로 좌우 대칭되게 배치되므로, 스핀맙(41)의 마찰력을 향상시키면서, 주행 성능 및 좌우 균형을 유지할 수 있다.
이하, 좌측 스핀맙(41a)의 스핀 회전축(Osa)을 좌측 스핀 회전축(Osa)으로 명명하고, 우측 스핀맙(41b)의 스핀 회전축(Osb)을 우측 스핀 회전축(Osb)로 명명한다.
수조(81)가 중심 수평선(CHL) 보다 후방에 배치되고, 수조(81) 내의 물의 량은 가변적이므로, 수조(81)의 수위에 상관없이 안정적인 전후 균형을 유지하기 위해, 제1 맙 모터(61a)는 좌측 스핀 회전축(Osa)에서 좌측방향으로 치우치게 배치될 수 있다. 제1 맙 모터(61a)는 좌측 스핀 회전축(Osa)에서 좌측 전방 방향으로 치우치게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 제1 맙 모터(61a)의 기하학적 중심 또는 제1 맙 모터(61a)의 무게중심(MCa)은 좌측 스핀 회전축(Osa)에서 좌측방향으로 치우치게 배치되거나, 제1 맙 모터(61a)의 기하학적 중심 또는 제1 맙 모터(61a)의 무게중심(MCa)은 좌측 스핀 회전축(Osa)에서 좌측 전방 방향으로 치우치게 배치될 수 있다.
제2 맙 모터(61b)는 우측 스핀 회전축(Osb)에서 우측방향으로 치우치게 배치될 수 있다. 제2 맙 모터(61b)는 우측 스핀 회전축(Osb)에서 우측 전방 방향으로 치우치게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 제2 맙 모터(61b)의 기하학적 중심 또는 제2 맙 모터(61b)의 무게중심(MCb)은 우측 스핀 회전축(Osb)에서 우측방향으로 치우치게 배치되거나, 제2 맙 모터(61b)의 기하학적 중심 또는 제2 맙 모터(61b)의 무게중심(MCb)은 우측 스핀 회전축(Osb)에서 우측 전방 방향으로 치우치게 배치될 수 있다.
제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)가 각 스핀맙(41)의 중심에서 전방외측으로 치우친 위치에서 압력을 가해주므로, 각 스핀맙(41)의 전방 외측에 압력이 집중되게 되므로, 스핀맙(41)의 회전력에 의해 주행 성능이 향상되게 된다.
좌측 스핀 회전축(Osa)과 우측 스핀 회전축(Osb)은 바디(30)의 중심보다 후방에 배치된다. 중심 수평선(CHL)은 바디(30)의 기하학적 중심(Tc) 및 이동로봇의 무게중심(WC) 보다 후방에 배치된다. 좌측 스핀 회전축(Osa)과 우측 스핀 회전축(Osb)은 중심 수직선(Po)에서 동일한 거리로 이격하여 배치된다.
본 실시예에서 배터리는 단수개가 설치된다. 배터리의 적어도 일부는 좌측 스핀맙(41a) 및 우측 스핀맙(41b) 위에 배치된다. 상대적으로 무거운 배터리가 스핀맙(41) 상에 배치되어서 스핀맙(41)의 마찰력을 향상시키고, 이동 로봇의 회전으로 발생하는 편심을 줄일 수 있다.
구체적으로, 배터리의 좌측 일부는 좌측 스핀맙(41a)과 수직적으로 중첩되고, 배터리의 우측 일부는 우측 스핀맙(41b)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다. 배터리는 중심 수평선(CHL)과 수직적으로 중첩되게 배치되고, 중심 수직선(Po)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 배터리의 무게 중심(BC) 또는 배터리의 기하학적 중심은 중심 수직선(Po) 상에 배치되고, 중심 수평선(CHL) 상에 배치될 수 있다. 물론, 배터리의 무게 중심(BC) 또는 배터리의 기하학적 중심은 중심 수직선(Po) 상에 배치되고, 중심 수평선(CHL) 보다 전방에 배치되고, 바디(30)의 기하학적 중심(Tc) 보다 후방에 배치될 수 있다.
배터리의 무게 중심(BC) 또는 배터리의 기하학적 중심은 수조(81) 또는 수조(81)의 무게중심(PC) 보다 전방에 배치될 수 있다.
하나의 배터리가 좌측 스핀맙(41a)과 우측 스핀맙(41b) 사이의 중간에 배치되고, 중심 수평선 및 중심 수직선(Po) 상에 배치되므로, 무거운 배터리가 스핀맙(41)들의 회전 시에 중심을 잡아주고, 스핀맙(41)에 무게를 실어줘서 스핀맙(41)에 마찰력을 향상시키게 된다.
배터리는 제1 맙 모터(61a) 및 제2 맙 모터(61b)와 동일 높이(하단의 높이) 또는 동일 평면상에 배치될 수 있다. 배터리는 제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)의 사이에 배치될 수 있다. 배터리는 제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)의 사이의 빈 공간에 배치된다.
수조(81)의 적어도 일부는 좌측 스핀맙(41a) 및 우측 스핀맙(41b) 위에 배치된다. 수조(81)는 중심 수평선 보다 후방에 배치되고, 중심 수직선(Po)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 수조(81)의 무게 중심(PC) 또는 수조(81)의 기하학적 중심은 중심 수직선(Po) 상에 배치되고, 중심 수평선 보다 전방에 위치될 수 있다. 물론, 수조(81)의 무게 중심(PC) 또는 수조(81)의 기하학적 중심은 중심 수직선(Po) 상에 배치되고, 중심 수평선 보다 후방에 배치될 수 있다. 여기서, 수조(81)의 무게 중심(PC) 또는 수조(81)의 기하학적 중심이 중심 수평선 보다 후방에 배치된다는 것은 수조(81)의 무게 중심(PC) 또는 수조(81)의 기하학적 중심이 중심 수평선 보다 후방에 치우친 일 영역과 수직적으로 중첩되게 위치되는 것을 의미한다. 물론, 수조(81)의 무게 중심(PC) 또는 수조(81)의 기하학적 중심은 바디(30)를 벗어나지 않고, 바디(30)와 수직적으로 중첩되게 위치된다.
수조(81)의 무게 중심(PC) 또는 수조(81)의 기하학적 중심은 배터리의 무게 중심(BC) 보다 후방에 배치될 수 있다.
수조(81)는 제1 맙 모터(61a) 및 제2 맙 모터(61b)와 동일 높이(하단의 높이) 또는 동일 평면상에 배치될 수 있다. 수조(81)는 제1 맙 모터(61a)와 제2 맙 모터(61b)의 사이공간에서 후방으로 치우치게 배치될 수 있다.
각 스핀맙(41)의 일부는 바디(30) 와 수직적으로 중첩되고, 각 스핀맙(41)의 다른 일부는 바디(30)의 외부로 노출된다. 각 스핀맙(41)이 바디(30) 와 수직적으로 중첩되는 영역의 비율은 각 스핀맙(41)의 85% 내지 95%인 것이 바람직하다.
구체적으로, 바디의 우측단과, 우측 스핀맙(41b)의 우측 단을 연결한 선과 바디의 우측단에서 중심 수직선(Po)과 평행하게 연결한 수직선 사이의 사이각은 0 도 내지 5 도 일 수 있다.
각 스핀맙(41)의 바디의 외측으로 노출된 영역의 길이는 각 스핀맙(41)의 반지름의 1/2 내지 1/7 인 것이 바람직하다. 각 스핀맙(41)의 바디의 외측으로 노출된 영역의 길이는 각 스핀맙(41)서 바디의 외측으로 노출된 일단에서 각 스핀맙(41)의 회전축까지의 거리를 의미할 수 있다.
각 스핀맙(41)의 바디의 외측으로 노출된 영역의 단에서 기하학적 중심(TC) 사이의 거리는 바디의 평균 반지름 보다 클 수 있다.
각 스핀맙(41)이 노출되는 위치는 바디(30)의 측방과 후방 사이이다. 즉, 바디를 아래서 보아 시계방향으로 순차적으로 각 분면이 위치될 때, 각 스핀맙(41)이 노출되는 위치는 바디(30)의 2/4 분면 또는 3/4 분면 일 수 있다.
도 4를 참고하면, 이동 로봇(1)의 동작이나 상태 또는 외부의 상황과 관련된 각종 정보를 감지하는 센싱부(20)를 포함한다.
센싱부(20)는 이동 로봇(1)로부터 이격된 외부의 장애물을 감지하는 장애물 감지센서(21)를 포함할 수 있다. 복수의 장애물 감지센서(가 구비될 수 있다. 장애물 감지센서(21)는 전방의 장애물을 감지하는 장애물 감지센서를 포함한다. 장애물 감지센서(21)는 좌우 방향의 장애물을 감지하는 장애물 감지센서를 포함한다. 장애물 감지센서(21)는 바디(30)에 배치될 수 있다. 장애물 감지센서(21)는, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서, PSD(Position Sensitive Device) 센서 등을 포함할 수 있다.
센싱부(20)는 외부로부터의 식별 신호를 수신하여 위치를 판별하는 위치 신호 센서(22)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 위치 신호 센서(22)는, 초광대역통신(Ultra Wide Band: UWB) 신호를 이용하는 UWB 센서일 수 있다. 제어유닛(10)은 위치 신호 센서(22)에서 수신된 신호에 따라 이동 로봇(1)의 위치를 파악할 수 있다.
외부로부터의 식별 신호는 외부에 배치된 비컨(beacon) 등 신호 발생기가 송신하는 신호로, 신호 발생기는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 서로 떨어진 장소에 각각이 구비될 수 있다. 위치 신호 센서(22)는 서로 다른 장소에 배치된 신호 발생기에서 송신된 식별 신호를 수신하는 것이 가능하다.
센싱부(20)는 바닥에 낭떠러지의 존재 여부를 감지하거나 바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서(23a)를 포함할 수 있다. 클리프 센서(23a)는 이동 로봇(1)의 전방 및/또는 후방의 낭떠러지 유무를 감지할 수 있다. 클리프 센서(23a)는 바닥과의 거리를 감지하고, 제어유닛(10)은 바닥과의 거리가 기 설정된 거리 보다 큰 경우 낭떠러지라고 판단하고 이에 대응되는 동작을 수행하게 제어할 수 있다.
일 예로, 클리프 센서(23a)는 광 센서를 포함할 수 있고, 광센서는 레이저 센서 또는 적외선 센서를 포함할 수 있다. 클리프 센서(23a)는 바닥을 향해 광을 방출하는 출광부(미도시)와 바닥에서 반사된 빛을 수광하는 수광부(미도시)를 포함할 수 있다. 클리프 센서(23a)는 수광부에 되돌아 오는 시간차에 의해 거리를 측정할 수 있다.
또한, 클리프 센서(23a)는 바닥에서 반사되는 광의 반사량을 감지할 수 있다. 구체적으로, 수광부는 되돌아 오는 광의 광량, 조도 등을 측정하여서, 출광부에서 조사된 광 대비 반사율을 구할 수 있다. 클리프 센서(23a)는 바닥에서 반사되는 광의 반사량을 감지하여서, 제어유닛(10)에 바닥의 재질을 검출할 수 있는 수단을 제공한다.
클리프 센서(23a)는 한 쌍의 스핀 맙(41) 보다 전방에 배치될 수 있다. 클리프 센서(23a)가 한 쌍의 스핀 맙(41) 보다 전방에 배치되면, 한 쌍의 스핀 맙(41)이 카펫 등에 의해 부하가 증가하지 전에 선제적으로 카펫을 회피할 수 있는 이점이 존재한다. 또한, 클리프 센서(23a)는 한 쌍의 스핀 맙(41)의 전단 또는/및 옵티컬 플로우 센서(23b) 보다 전방에 배치될 수 있다.
센싱부(20)는 바닥의 이미지를 바탕으로 이동 로봇의 이동 량을 검출하는 옵티컬 플로우 센서(23b)(Optical Flow Sensor)를 포함할 수 있다. 옵티컬 플로우 센서(23b)는 바닥에서 반사되는 광의 반사량을 감지할 수 있다. 또는 옵티컬 플로우 센서(23b)는 일정 시간주기로 빛을 이용하여 하방 영상 정보를 획득하고, 하방 영상 정보를 바닥 재질 판단 유닛(12) 또는 제어유닛(10)에 제공할 수 있다.
옵티컬 플로우 센서(23b)는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 제어유닛(10)에 전달될 수 있다.
또한, 옵티컬 플로우 센서(23b)(OFS)는, 하방 영상을 촬영하여 하방 영상 정보를 획득하는 이미지센서(미도시)와, 바닥을 향해 평면광을 방출하는 하나 이상의 광원(미도시)을 포함하여 구성된다.
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 불 균일한 표면의 바닥면을 이동하는 경우에는 바닥면의 요철 및 장애물(CA)에 의해 일정 거리 이상 멀어지게 된다. 이때 하나 이상의 광원은 조사되는 빛의 양을 조절하도록 제어유닛(10)에 의해 제어될 수 있다. 광원은 광량 조절이 가능한 발광 소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등일 수 있다.
옵티컬 플로우 센서(23b)를 이용하여, 제어유닛(10)은 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어유닛(10)은 옵티컬 플로우 센서(23b)에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다. 옵티컬 플로우 센서(23b)를 이용하여 이동 로봇의 하방에 대한 이미지 정보를 이용함으로써, 제어유닛(10)은 다른 수단에 의해 산출한 이동 로봇의 위치에 대하여 미끄러짐에 강인한 보정을 할 수 있다.
옵티컬 플로우 센서(23b)는 바닥에서 반사되는 광의 반사량을 감지하거나, 바닥의 이미지를 분석하여서, 제어유닛(10)에 바닥의 재질을 검출할 수 있는 수단을 제공한다.
옵티컬 플로우 센서(23b)는 중심 수직면과 적어도 일부가 수직적 방향에서 중첩되게 배치될 수 있다. 구체적으로, 옵티컬 플로우 센서(23b)는 중심 수직면 상에서, 한 쌍의 스핀맙(41)들의 중심축을 연결한 선 보다 전방에 위치된다. 다른 예로, 옵티컬 플로우 센서(23b)는 한 쌍의 스핀 맙(41) 보다 전방에 위치될 수 있다.
옵티컬 플로우 센서(23b)가 맙 모듈 보다 전방에 배치되면, 맙 모듈이 카펫 등에 의해 부하가 증가하기 전에 선제적으로 카펫을 회피할 수 있는 이점이 존재한다.
따라서, 옵티컬 플로우 센서(23b)가 복수개가 사용되지 않고, 하나만 사용되더라도, 바디의 중앙에서 전방으로 치우친 위치에 배치되므로, 한 쌍의 스핀 맙의 전방 바닥의 재질을 검출할 수 있다.
또한, 클리프 센서(23a)와, 옵티컬 플로우 센서(23b)가 기존에 낭떠러지와 이동 로봇의 이동 량을 감지하는 기능을 하면서, 동시에 바닥의 재질을 판단하는 기능도 수행할 수 있는 장점이 존재한다.
센싱부(20)는, 외부의 영상을 감지하는 카메라(24)를 포함할 수 있다. 카메라(24)는 바디(30)에 배치될 수 있다. 카메라(24)는 일정 시간 주기로 상방 영상 정보를 획득할 수 있다.
센싱부(20)는 외부 환경의 3차원 위치 정보를 감지하는 3D 센서(25)를 포함할 수 있다. 3D 센서(25)는 일정 시간주기로 상방 영상 정보를 획득한다.
일 예로, 3D 센서(25)는, 적외선을 조사하는 광 조사부(미도시)와, 외부의 물체에 반사된 적외선을 감지하는 3D 카메라(3D Depth Camera)(미도시)를 포함할 수 있다. 광 조사부는, 소정의 패턴을 가진 적외선을 조사할 수도 있다. 3D 카메라는, IR 카메라 또는 RGB-Depth 카메라 등일 수 있다. 이러한 3D 센서(25)는 TOF(Time of Flight) 방식으로 구현될 수 있다.
다른 예로, 3D 센서(25)는 2개 이상의 카메라를 구비하여, 2개 이상의 카메라에서 획득되는 2개 이상의 영상을 조합함으로써, 3차원 좌표 정보를 생성하는 스테레오 비전 방식으로 구현될 수 있다.
센싱부(20)는 바디(30)의 바닥(H)에 대한 기울기 정보를 획득하는 기울기 정보 획득부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기울기 정보 획득부는 자이로 센서(26)를 포함할 수 있다. 기울기 정보 획득부는 자이로 센서(26)의 감지 신호를 기울기 정보로 변환하는 처리 모듈(미도시)를 포함할 수 있다. 처리 모듈은 제어유닛(10)의 일부로서, 알고리즘이나 프로그램으로 구현될 수 있다. 다른 예로, 기울기 정보 획득부는 자기장 센서(27)를 포함하여, 지구의 자기장에 대한 감지 정보를 근거로 하여 기울기 정보를 획득할 수도 잇다.
여기서, 바닥(H)은 수평면을 의미하는 것으로서, 중력 방향에 수직한 평면을 의미한다. 자이로 센서(26)는 바디(30)의 수평면에 대한 회전 각속도에 대한 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로 자이로 센서(26)는 수평면에 평행하고 서로 직교하는 X축 및 Y축을 중심으로 한 회전 각속도를 감지할 수 있다. 처리 모듈을 통해 X축에 대한 회전 각속도(롤)와 Y축에 대한 회전 각속도(피치)를 합성하여, 수평면에 대한 회전 각속도를 산출할 수 있다. 처리 모듈을 통해 회전 각속도를 적분하여, 기울기 값을 산출할 수 있다.
자이로 센서(26)는 정해진 기준 방향을 감지할 수 있다. 기울기 정보 획득부는 기준 방향을 근거로 하여 기울기 정보를 획득할 수 있다.
자이로 센서(26)는 서로 직교하는 공간 좌표계의 3개의 축에 대한 자이로(Gyro) 센싱 기능을 구비할 수 있다. 자이로 센서(26)에서 수집된 정보는 롤(Roll), 피치(Pitch) 및 요(Yaw) 정보일 수 있다. 처리 모듈은, 롤링(roll), 피칭(pitch), 요(yaw) 각속도를 적분하여 이동 로봇(1)의 방향각의 산출이 가능하다.
자이로 센서(26)는 바디(30)에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 자이로 센서(26)는, 바디(30)를 속하는 후술할 나머지 파트(Q)에 배치된다. 또한, 기울기 정보 획득부는 나머지 파트(Q)에 배치된다.
자이로 센서(26)는, 별도의 센서로 구현될 수도 있고, 후술할 IMU 센서의 일부 기능으로서 구현될 수도 있다.
센싱부(20)는 자기장을 감지하는 자기장 센서(27)를 포함할 있다. 자기장 센서(27)는 서로 직교하는 공간 좌표계의 3개의 축에 대한 자기장 센싱 기능을 구비할 수 있다. 자기장 센서(27)는 방향각(방위각)을 측정할 수 있다. 자기장 센서(27)는, 별도의 센서로 구현될 수도 있고, 후술할 IMU 센서의 일부 기능으로서 구현될 수도 있다.
센싱부(20)는 바디(30)에 설치되어 이동 로봇(1)의 가속도를 감지하는 가속도 센서(28)를 포함할 수 있다. 가속도 센서(28)는 서로 직교하는 공간 좌표계의 3개의 축에 대한 가속도 센싱 기능을 구비할 수 있다. 가속도 센서(28)는, 별도의 센서로 구현될 수도 있고, 후술할 IMU 센서의 일부 기능으로서 구현될 수도 있다.
이동 로봇(1)는 관성 센서 유닛(IMU)(미도시)을 포함할 수 있다. 관성 센서 유닛의 정보를 기반으로, 이동 로봇(1)는 주행 모션을 안정화시킬 수 있다. 관성 센서 유닛(IMU)은, 자이로 센서(26)의 기능, 자기장 센서(27)의 기능 및 가속도 센서(28)의 기능을 가질 수 있다.
센싱부(20)는 맙 모터(61)의 부하 정보를 획득하는 맙 부하정보 센서(29)를 포함할 수 있다.
일 예로, 맙 부하정보 센서(29)는 맙 모터(61)의 모터 부하 전류 값이나 모터 부하 전압 값 등을 감지하여, 맙 모터(61)의 부하를 감지할 수 있다. 구체적으로, 맙 부하정보 센서(29)는, 맙 모터(61) 제어유닛(10)에 구비되는 전류 검출부에 의해 구현될 수도 있다.
다른 예로, 맙 부하정보 센서(29)는 스핀 맙의 회전 속도나 회전수를 감지하는 엔코더(encoder)를 이용하여, 구비될 수 있다. 구체적으로, 걸레(411)에 걸리는 부하가 클수록 맙 모터(61)에 가해지는 회전 신호(전류 값이나 전압 값 등) 대비, 회전 속도가 느려질 수 있는데, 회전 속도에 대한 정보를 엔코더가 감지함으로써 부하 정보를 획득할 수 있다.
센싱부(20)는, 외부의 장애물과 접촉을 감지하는 충격 감지 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 외부의 물체에 의해 눌려지는 범퍼(미도시)에 의해, 충격 감지 센서가 구현될 수 있다.
센싱부(20)은, 이동 로봇(1)의 실제 움직인 경로를 인식하는 엔코더(미도시)를 포함할 수 있다. 엔코더의 기능은 보조 바퀴(58)가 수행할 수도 있다.
이동 로봇(1)는 사용자의 각종 지시를 입력할 수 있는 입력부(16)를 포함한다. 입력부(16)는 버튼, 다이얼, 터치형 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 입력부(16)는 음성 인식을 위한 마이크(미도시)를 포함할 수 있다. 입력부(16)는 전원 공급의 ON/OFF를 입력하기 위한 전원 스위치(16a)를 포함할 수 있다.
이동 로봇(1)는 사용자에게 각종 정보를 출력해주는 출력부(17)를 포함한다. 출력부(17)는 시각적 정보를 출력하는 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있다. 출력부(17)는 청각적 정보를 출력하는 스피커(미도시)를 포함할 수 있다.
이동 로봇(1)은 각종 정보를 저장하는 저장부(18)를 포함한다. 저장부(18)는 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다. 저장부(18)에는 이동 로봇(1)의 각종 오류 대응 동작을 제어하기 위한 알고리즘이 저장될 수 있다.
저장부(18)에는 주행구역에 대한 맵이 저장될 수 있다. 맵은 통신부(19)를 통해 정보를 교환할 수 있는 외부 단말기에 의해 입력된 것일 수도 있고, 이동 로봇(1)이 스스로 학습을 하여 생성한 것일 수도 있다. 전자의 경우, 외부 단말기로는 맵 설정을 위한 어플리케이션(application)이 탑재된 리모콘, PDA, 랩탑(laptop), 스마트 폰, 태블릿 등을 예로 들 수 있다.
이동 로봇(1)는 소정의 네트워크와 접속 가능한 통신부(19)을 포함할 수 있다. 통신 규약에 따라, 통신부(19)은 IEEE 802.11 WLAN, IEEE 802.15 WPAN, UWB, Wi-Fi, Zigbee, Z-wave, Blue-Tooth 등과 같은 무선 통신 기술을 이용하여 구현될 수 있다.
이동 로봇(1)는 자율 주행을 제어하는 제어유닛(10)을 포함한다. 제어유닛(10)은 바디(30)의 내부에 배치된 메인 PCB(Co)에 의해 구현될 수 있다.
제어유닛(10)은 입력부(16)의 신호 또는 통신부(19)을 통해 입력되는 신호를 처리할 수 있다.
제어유닛(10)은 센싱부(20)의 감지 신호를 입력 받아 청소기의 주행을 제어할 수 있다. 제어유닛(10)은 센싱부(20)의 감지 신호를 입력 받아 맙 모터(61)를 제어할 수 있다.
제어유닛(10)은 급수 모듈(미도시)을 제어할 수 있다. 제어유닛(10)은 공급되는 물의 양을 조절하도록 펌프(미도시)를 제어할 수 있다. 펌프(미도시)의 제어를 통해, 시간당 맙 모듈(40)에 공급되는 물의 양이 변경될 수 있다. 다른 예로, 제어유닛(10)은 물의 공급 여부가 변경되도록 후술할 밸브를 제어할 수 있다.
제어유닛(10)은 카메라(24) 또는 3D센서가 감지한 영상(상방 영상 정보)을 통해 주행 구역을 학습하고 현재 위치를 인식 가능(검출)하게 제어할 수 있다. 제어유닛(10)은, 영상을 통해 주행 구역을 맵핑하게 구비될 수 있다. 제어유닛(10)은, 영상을 통해 현재 위치를 맵핑된 맵 상에서 인식 가능하게 구비될 수 있다. 카메라(24)에 의해 촬영된 영상은 주행 구역의 맵을 생성하고, 주행 영역 내의 현 위치를 감지하는 데에 이용될 수 있다.
예를 들어, 제어유닛(10)은 카메라(24)에 의해 촬영된 상측 방향의 영상 중 천장과 측면과의 경계를 이용하여 주행 구역의 지도를 생성할 수 있다. 또한, 제어유닛(10)은, 영상의 특징점들을 기준으로 주행 구역 내의 현 위치를 감지할 수 있다.
제어유닛(10)은, 이동 로봇(1)이 주행 후 충전대로 복귀 가능하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 이동 로봇(1)는 충전대에서 송출된 적외선(IR: InfraRed)신호 등을 감지하여, 충전대로 복귀 가능하게 구비될 수 있다. 제어유닛(10)은 충전대에서 송출되어 감지된 신호를 근거로 하여 이동 로봇(1)이 충전대로 복귀되게 제어할 수 있다. 충전대는 소정의 복귀 신호를 송출하는 신호 송출부(미도시)를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 제어유닛(10)은 현재 위치를 맵 상에서 인식하여 이동 로봇(1)이 충전대로 복귀하게 제어할 수 있다. 맵 상에서 충전대에 대응되는 위치와 현재 위치를 인식할 수 있고, 이를 통해 이동 로봇(1)는 충전대로 복귀할 수 있다.
제어유닛(10)은, 사용자의 단말기(예를 들어, 스마트폰이나 컴퓨터 등)를 통해 입력된 정보를 근거로 하여, 이동 로봇(1)를 제어할 수 있다. 이동 로봇(1)는 입력된 정보를 통신부(19)를 통해 수신할 수 있다. 제어유닛(10)은 입력된 정보를 근거로 하여, 이동 로봇(1)의 주행 패턴(예를 들어, 지그재그 방식으로 이동하는 주행 또는 일정 영역을 집중적으로 청소하는 주행)을 제어할 수 있다. 제어유닛(10)은 입력된 정보를 근거로 하여, 이동 로봇(1)의 특정 기능(예를 들어, 분실 물건 찾기 기능 또는 벌레 퇴치 기능 등)의 활성 여부를 제어할 수 있다. 제어유닛(10)은 입력된 정보를 근거로 하여, 이동 로봇(1)의 청소 주행 시작 시점을 특정 시점으로 설정할 수 있다. (예약 청소 기능)
제어유닛(10)은 맙 모터(61)의 구동을 제어하는 맙 모터(61) 제어유닛(10)을 포함한다. 제어유닛(10)은 제1 맙 모터(61a)의 구동을 제어하는 제 1맙 모터(61) 제어유닛(10)을 포함할 수 있다. 제어유닛(10)은 제 2맙 모터(61b)의 구동을 제어하는 제 2맙 모터(61) 제어유닛(10)을 포함할 수 있다.
스핀 맙과 바닥의 마찰력으로 주행하는 이동 로봇의 경우, 카펫 등의 재질의 경우 스핀 맙이 카펫 등에 등반되는 경우 카펫에 구속되게 된다. 이를 해결하기 위해 본 발명은 다양한 센서를 이용하여 선제적으로 바닥의 재질이 위험 재질인지 판단한다.
제어유닛(10)은 옵티컬 플로우 센서(23b), 가속도 센서(28), 클리프 센서(23a) 및 맙 부하정보 센서(29) 중 적어도 하나의 센서에서 입력된 정보를 바탕으로 바닥 재질이 위험 재질 인지 판단하고, 위험 재질 인 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
제어유닛(10)은 옵티컬 플로우 센서(23b), 가속도 센서(28), 클리프 센서(23a) 및 맙 부하정보 센서(29)에서 입력된 정보들을 독립적으로 또는 종합적으로 고려하여 바닥 재질이 위험 재질 인지 판단할 수 있다.
제어유닛(10)은 바닥의 재질을 판단하는 바닥 재질 판단 유닛(12)을 더 포함할 수 있다.
제어유닛(10)은 옵티컬 플로우 센서(23b)를 통해 획득된 하방 영상 정보를 근거로 바닥의 재질을 판단하고 바닥의 재질이 위험 재질인 경우 이동 로봇(1)이 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터(61)를 제어할 수 있다. 또한, 제어유닛(10)은 바닥 재질이 위험 재질로 판단되는 경우, 현재 위치(또는 현재 위치와 그 주변 지역)를 위험 지역으로 설정할 수 있다.
이하, 바닥의 재질이 위험 재질인 경우를 진입 제한 조건을 만족한다고 만족한다고 정의할 수 있다.
예를 들면, 진입 제한 대응 동작은 진입 제한 조건을 만족하는 영역을 회피 주행하도록 맙 모터(61)를 제어한다. 여기서, 진입 제한 조건을 만족하는 영역을 회피한다는 것은 제어유닛(10)이 맙 모터(61)를 제어하여서, 이동 로봇이 진입 제한 조건을 만족하는 영역(카메라를 통해 파악한 현재 위치에서 일정 반경의 영역)을 제외한 청소 영역을 주행 또는 청소하는 것을 의미한다.
다른 예로, 진입 제한 대응 동작은 진입 제한 조건을 만족하는 영역을 회피 주행을 시도하고 회피 주행이 되지 않는 경우, 회피 오류 동작을 실행하는 것을 포함할 수 있다. 회피 오류 동작은, 메시지나 그림/기호 등 시각적 정보를 출력하는 동작을 포함할 수 있다. 오류 대응 동작은, 소정의 소리를 출력하는 동작을 포함할 수 있다. 회피 오류 동작은, 오류가 해소될 때까지 주행을 중지하는 동작을 포함할 수 있다. 이러한 적어도 하나의 동작들의 조합으로 하나의 회피 오류 동작이 구성될 수 있다.
또 다른 예로, 진입 제한 대응 동작은 진입 제한 조건을 만족하는 경우, 우선적으로 이동로봇은 서행으로 운행하면서, 회피 주행을 시도할 수 있다.
제어유닛(10)은 진입 제한 조건이 불 만족되는 경우(바닥의 재질이 비 위험 재질인 경우), 정상 주행을 실행할 수 있다. 정상 주행은, 진입 제한 대응 동작이 아닌 일반적으로 기 설정된 동작을 수행하는 것을 의미한다.
구체적으로, 바닥 재질 판단 유닛(12)은 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값, 하방 영상의 이미지 퀄리티 값 및 하방 영상의 프레임 레이트 중 적어도 하나를 산정하고, 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
<조건 1>
이미지 퀄리티 값이 기 설정된 기준 이미지 퀄리티 값 보다 작음
<조건 2>
프레임 레이트가 기 설정된 기준 프레임 레이트 보다 작음
<조건 3>
바닥의 반사도 값이 기 설정된 기준 반사도 값 보다 작음
다른 예를 들면, 바닥 재질 판단 유닛(12)은, 하방 영상 정보에서 하방 영상의 이미지 퀄리티 값을 산정하고, 이미지 퀄리티 값이 기 설정된 기준 이미지 퀄리티 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
다른 예로, 바닥 재질 판단 유닛(12)은, 하방 영상 정보에서 하방 영상의 프레임 레이트를 산정하고, 프레임 레이트가 기 설정된 기준 프레임 레이트 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
또 다른 예로, 바닥 재질 판단 유닛(12)은 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값을 산정하고, 바닥의 반사도 값이 기 설정된 기준 반사도 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다.
여기서 이미지 퀄리티 값이란 옵티컬 플로우 센서(23b)를 통해 촬영한 하방 이미지의 상태를 수치화 한 값으로 정의한다.
이미지 퀄리티 값은, 광원에서 방출된 빛이 바닥에 형성된 상의 형태로 판단할 수 있다. 즉, 광원에서 일정한 모양의 평면광을 바닥에 방출하고, 이를 촬영한 하방 영상에서, 광원에서 방출한 평면광의 모양과 유사한 정도를 이미지 퀄리티 값으로 정의할 수 있다.
다른 예로, 이미지 퀄리티 측정 과정은 히스토그램을 통한 평활화 처리 과정 후, 명암 비율이 적합한지를 측정하는 과정일 수 있다. 이미지 퀄리티 측정 과정은 히스토그램을 통한 평활화 처리 과정 후, 명암 비율이 적합한지를 측정하는 과정일 수 있다. 이미지 퀄리티 측정 과정은 이진화 과정 및 명암 비율 적합성 확인 과정을 포함할 수 있다.
평활화 처리 과정은 히스토그램(histogram) 분석을 이용하여 하방 이미지의 인식률을 향상시키기 위한 과정일 수 있다. 획득된 하방 이미지는 복수의 픽셀들로 구성될 수 있다. 히스토그램은 하방 이미지에 포함된 복수의 픽셀들에 대한 명암 값의 분포를 나타낸 것이다. 즉, 히스토그램은 하방 이미지에서 분포된 밝은 부분과 어두운 부분에 대한 분포를 나타낸 것이다. 구체적으로, 256 Gray Level의 영상에서 명암 값의 범위는 0 내지 255를 가 진다. 히스토그램은 각 픽셀에 대한 명암 값의 빈도 수를 막대 그래프로 나타낸 것이다. 평활화 처리 과정은 히스토그램 상에 분포된 명암 값의 분포가 한쪽으로 치우치거나 균일하지 못한 경우, 명암 값의 분포를 균일화하는 과정이다. 즉, 평활화 처리 과정은 한 곳에 집중되어 있는 명암 값을 펼쳐서 균일환 분포를 갖도록 하는 과정이다. 평활화 처리 과정으로 인해 하방 이미지의 어두운 부분은 밝아지고, 밝은 영상은 어두워져 각 픽셀은 적당한 명암 값을 가질 수 있다.
이진화 과정은 평활화 처리 후 하방 이미지를 구성하는 각 픽셀을 흑 또는 백으로 구분하는 과정일 수 있다. 평활화 처리 후의 하방 이미지는 복잡한 음영을 가질 수 있으므로, 이진화 과정을 통해 각 픽셀은 흑 또는 백으로 이진화 처리될 수 있다. 이진화 과정을 위해 흑과 백으로 구분하기 위한 임계 값이 요구된다. 임계 값은 픽셀을 흑과 백으로 구분하기 위해 설정된 값일 수 있다. 픽셀의 명암 값이 임계 값보다 크면, 0(흑)으로, 픽셀의 명암 값이 임계 값보다 작으면, 1(백)으로 구분될 수 있다.
명암 비율 적합성 확인 과정은 이진화된 복수의 픽셀들의 명암 비율이 기 설정된 비율을 만족하는지 확인하는 과정일 수 있다.
명암 중 흑 비율이 상대적으로 높은 경우, 이미지 퀄리티 값이 작게 되고, 이미지 퀄리티 값이 작은 경우, 바닥의 거칠기가 높거나, 카펫일 수 있다. 따라서, 본 발명은 이미지 퀄리티 값이 기준 이미지 퀄리티 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단한다.
또한, 바닥의 반사도는 백색 픽셀을 흑색 픽셀로 나눈 값일 수 있다. 다른 예로, 바닥의 반사도는 광원에서 발출된 광이 바닥에 반사되어 수광부(미도시)에 입사된 광량 값으로 정의할 수 있다.
바닥의 마루, 대리석 및 장판과 같이 반사도가 좋고 플랫한 재질인 경우, 하방 영상의 이미지 퀄리티 값이 높게 되고, 바닥의 반사도가 높게 되며, 프레임 레이트가 높게 된다. 그러나, 바닥이 반사도가 낮은 재질이거나, 바닥의 거칠기가 높은 경우, 하방 영상의 이미지 퀄리티 값이 낮게 되고, 바닥의 반사도가 낮게 되며, 프레임 레이트가 낮게 된다.
따라서, 본 발명은 이러한 바닥의 재질에 따른 옵티컬 플로우 센서(23b)의 하방 영상의 복수의 파라미터의 차이를 기준으로 바닥 재질을 판단하므로, 이동 로봇이 위험지역에 진입 전에 회피가 가능하게 된다. 특히, 하나의 센서로 다수의 파라미터를 교차 및 독립적으로 검증하므로, 정확한 바닥재질의 판단이 가능하다.
따라서, 이동 로봇은 바닥의 반사도가 낮은 영역의 경우 카펫 영역으로 판단하고, 이를 회피하여 주행할 수 있다. 따라서, 걸레의 회전에 의해 이동 로봇에 주행력을 제공하는 이동 로봇이 카펫을 등반하는 경우, 카펫에서 벗어나기가 매우 힘든 문제를 해결할 수 있다.
다른 예로, 제어유닛(10)은 클리프 센서(23a)에서 획득한 바닥과의 거리 및 옵티컬 플로우 센서(23b)를 통해 획득된 하방 영상 정보를 근거로, 바닥의 재질을 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어유닛(10)은 클리프 센서(23a)에서 획득한 바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 작은 경우 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다. 이 때, 제어유닛(10)은 옵티컬 플로우 센서(23b)를 통해 획득된 하방 영상 정보를 근거로 바닥 재질을 판단할 수도 있다.
제어유닛(10)은 클리프 센서(23a)에서 획득한 바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 크고 최대 값 보다 작은 경우 이동 로봇이 정상 주행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
클리프 센서(23a)는 바디의 전방 단에 배치되어서, 스핀 맙이 접촉한 바닥(기준 바닥)과 바디의 전당 단 하방의 바닥 사이의 단차를 검출한다. 클리프 센서(23a)가 검출한 값을 통해 낭떠러지를 감지할 수 있고, 기준 바닥 보다 높은 바닥을 검출할 수 있다. 기준 바닥 보다 높은 경우, 바닥에 카펫 등이 깔려 있다고 판단하고, 이동 로봇은 이를 회피하게 된다.
클리프 센서(23a)와 옵티컬 플로우 센서(23b)의 복수의 측정 수단을 사용하여서, 바닥 재질에 대한 판단의 오류를 줄일 수 있게 된다.
또 다른 예로, 이동 로봇은 스핀 맙의 일부가 위험 지역에 진입한 상태에서 현재 위치가 위험 지역인 것을 판단할 수도 있다.
제어유닛(10)은 맙 부하정보 센서(29)에서 감지된 맙 부하 값을 근거로 이동 로봇(1)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어유닛(10)은 맙 부하정보 센서(29)에서 감지된 맙 부하 값을 기 설정된 기준 부하 값 보다 큰 경우 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터(61)를 제어할 수 있다.
또한, 제어유닛(10)은 맙 부하정보 센서(29)에서 감지된 맙 부하 값을 기 설정된 기준 부하 값 보다 작은 경우 정상 주행 동작을 수행하도록 맙 모터(61)를 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제어유닛(10)은, 가속도 값에서 평균 가속도 값을 산정하고, 평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큰 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다. 또한, 제어유닛(10)은, 가속도 값의 산포도를 산정하고 산도포가 기준 산포도 큰 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
물론 제어유닛(10)은 평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큰 경우, 정상 주행 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다. 또한, 제어유닛(10)은, 산도포가 기준 산포도 작은 경우, 정사 주행 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명은 클리프 센서(23a) 및 옵티컬 플로우 센서(23b)에 의해 선제적으로 위험 지역을 판별하지 못한 경우라 하더라도, 스핀 맙의 부하, 가속도 센서(28)의 정보 등 복수 또는 단수의 인자를 통해 위험 지역 진입 초기에 위험 지역 여부를 판단할 수 있다.
또한, 이동 로봇의 회전 동작, 전진 동작 등 다양한 동작에서 이동 로봇의 어느 일부분에 카펫 등이 걸리는 경우를 신속하게 판단할 수 있고, 이를 신속하게 회피할 수 있게 된다.
또 다른 예로, 제어유닛(10)은 하기 조건 4 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
<조건>
맙 모터의 부하 값이 기 설정된 기준 부하 값 보다 큼
<조건 5>
바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 작음
<조건 6>
평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큼
<조건 7>
가속도 산포도가 기준 산포도 보다 큼
또 다른 예로, 제어유닛(10)은 조건 1 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 인자를 바탕으로 종합적이고 정확하게 바닥이 위험 재질인지 판단할 수 있다.
도 5을 참조하면, 이동 로봇의 일부(클리프 센서(23a) 또는/및 옵티컬 플로우 센서(23b))가 카펫(M)을 등반한 경우를 도시하고 있다. 본 발명은 이동 로봇의 일부가 카펫을 등반한 경우, 또는 카펫과 매운 근접한 경우, 카펫을 회피할 수 있게 한다. 이때는 스핀 맙이 아직 바닥(H)에 접촉되어 있으므로, 카펫을 회피할 수 있다.
이하, 제 1 내지 4 실시예에 따른 이동 로봇(1)의 제어방법을 설명한다. 각 순서도들에서 서로 중복되는 내용은 동일한 도면 부호로 표기하고, 중복되는 설명은 생략한다.
제어방법은 제어유닛(10)에 의해 수행될 수 있다. 본 발명은, 이동 로봇(1)의 제어방법이 될 수 있고, 제어방법을 수행하는 제어유닛(10)을 포함하는 이동 로봇(1)이 될 수도 있다. 본 발명은, 제어방법의 각 단계를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 될 수도 있고, 제어방법을 컴퓨터로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체가 될 수도 있다. '기록매체'는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 의미한다. 본 발명은, 하드웨어와 소프트웨어를 모두 포함하는 청소기 제어 시스템이 될 수도 있다.
제어방법의 순서도 도면들의 각 단계와 순서도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션(instruction)들에 의해 수행될 수 있다. 인스트럭션들은 범용 컴퓨터 또는 특수용 컴퓨터 등에 탑재될 수 있고, 인스트럭션들이 순서도 단계(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
또한, 몇 가지 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능하다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 6를 참고하면, 제1 실시예에 따른 제어방법은 거시적인 이동 로봇의 제어방법이다. 본 발명의 제어방법은 이동 로봇(1)이 다양한 수단을 통해 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)와, 다양한 수단을 통해 수집한 바닥 정보를 바탕으로 바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)와, 바닥의 재질을 기준으로 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9에서 제1 실시예의 구체적은 제어방법에 대해 서술하도록 한다.
도 7를 참고하면, 제2 실시예에 따른 제어방법은, 이동 로봇(1)이 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)와, 다양한 수단을 통해 수집한 바닥 정보를 바탕으로 바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)와, 바닥의 재질을 기준으로 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
여기서, 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)는 이동 로봇이 하방 영상을 촬영하는 단계(S110)와, 이동 로봇이 하방 영상에서 하방 영상 정보를 획득하는 단계(S112)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)는 옵티컬 플로우 센서(23b)에 의해 이루어 진다.
바닥 정보를 바탕으로 바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)는 하방 영상 정보를 기준으로 바닥의 재질이 위험 재질이라고 판단하는 단계(S210)를 포함한다. 단계(S210)에서, 이동 로봇 또는/및 제어유닛(10)은 옵티컬 플로우 센서(23b)를 통해 획득된 하방 영상 정보를 근거로 바닥의 재질을 판단한다. 구체적으로, 제어유닛(10)은 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값, 하방 영상의 이미지 퀄리티 값 및 하방 영상의 프레임 레이트 중 적어도 하나를 산정하고, 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단할 수 있다. 판단하는 자세한 방법은 상술한 바와 같다.
이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)는 위험 재질 인 경우, 이동 로봇이 진입 제한 동작을 수행하도록 제어하는 단계(S310)를 포함한다. 단계(S310)에서, 제어유닛(10)은 이동 로봇의 방향을 좌우 어느 한쪽으로 전환하거나, 뒤로 후진 한뒤 방향 전환을 한후, 다시 단계(S100)을 실행할 수 있다.
또한, 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)는 위험 재질이 아닌 경우, 이동 로봇이 정상 주행하도록 제어하는 단계(S312)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어유닛(10)은 바닥 재질이 위험 재질 인지 판단하고, 위험 재질 인 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
도 8을 참고하면, 제3 실시예에 따른 제어방법은, 이동 로봇(1)이 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)와, 다양한 수단을 통해 수집한 바닥 정보를 바탕으로 바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)와, 바닥의 재질을 기준으로 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
여기서, 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)는 이동 로봇이 하방 영상에서 옵티컬 플로우 센서(23b)가 하방 영상 정보를 획득하는 단계(S112), 가속도 센서(28)가 이동 로봇의 가속도 값을 획득하는 단계(S113), 맙 부하정보 센서(29)가 맙 모터 부하 값을 획득하는 단계(S116)과, 클리프 센서(23a)가 바닥과 이동 로봇과의 거리 값을 획득하는 단계(S117)를 포함할 수 있다.
바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)는 제어유닛(10)이 조건 1 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 위험 재질로 판단하는 단계(S220)를 포함한다. 물론, 제어유닛(10)은 위험 재질 판단 전에, 가속도 값에서 평균 가속도 값을 산정하고, 가속도 값의 산포도를 산정할 수 있다. 판단하는 자세한 방법은 상술한 바와 같다.
이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)는 위험 재질 인 경우, 이동 로봇이 진입 제한 동작을 수행하도록 제어하는 단계(S310)를 포함한다. 또한, 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)는 위험 재질이 아닌 경우, 이동 로봇이 정상 주행하도록 제어하는 단계(S312)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어유닛(10)은 바닥 재질이 위험 재질 인지 판단하고, 위험 재질 인 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다.
또한, 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)는 위험 재질이라고 판단된 경우, 이동 로봇이 현재 위치 또는/및 현재 위치 주변 영역을 위험 지역으로 맵 상에 등록할 수 있다(S320).
도 9를 참고하면, 제4 실시예에 따른 제어방법은, 이동 로봇(1)이 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)와, 다양한 수단을 통해 수집한 바닥 정보를 바탕으로 바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)와, 바닥의 재질을 기준으로 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
여기서, 바닥 정보를 획득하는 단계(S100)는 이동 로봇이 하방 영상에서 옵티컬 플로우 센서(23b)가 하방 영상 정보를 획득하는 단계(S112), 가속도 센서(28)가 이동 로봇의 가속도 값을 획득하는 단계(S113), 맙 부하정보 센서(29)가 맙 모터 부하 값을 획득하는 단계(S116)과, 클리프 센서(23a)가 바닥과 이동 로봇과의 거리 값을 획득하는 단계(S117)를 포함할 수 있다. 하방 영상 정보를 획득하는 단계(S112), 가속도 값을 획득하는 단계(S113), 맙 모터 부하 값을 획득하는 단계(S116)과, 바닥과 이동 로봇과의 거리 값을 획득하는 단계(S117)는 개별적, 독립적, 동시, 이시, 병렬 또는 순차적에 실행될 수도 있다.
바닥의 재질을 판단하는 단계(S200)는 먼저, 제어유닛(10)이 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 위험 재질로 판단하는 단계(S221)를 포함한다. 물론, 제어유닛(10)은 위험 재질 판단 전에, 가속도 값에서 평균 가속도 값을 산정하고, 가속도 값의 산포도를 산정할 수 있다. 판단하는 자세한 방법은 상술한 바와 같다. 위험 재질로 판단하는 단계(S221)에서, 제어유닛(10)은 바닥 재질이 위험 재질로 판단된 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어하고(S310), 바닥 재질이 위험 재질이 아니라고 판단되는 경우, 바닥과의 거리를 기준으로 바닥 재질이 위험재질인지 판단한다(S222).
단계(S222)에서, 제어유닛(10)은 클리프 센서(23a)에서 획득한 바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 작은 경우 위험 재질로 판단한다. 제어유닛(10)은 바닥 재질을 워험 재질로 판단한 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다(S310). 단계(S222)에서, 제어유닛(10)이 바닥 재질이 위험 재질이 아니라고 판단하는 경우, 맙 모터 부하 값을 기준으로 바닥 재질이 위험재질인지 판단한다(S223).
단계(S223)에서, 제어유닛(10)은 맙 부하정보 센서(29)에서 감지된 맙 부하 값을 기 설정된 기준 부하 값 보다 큰 경우 위험 재질로 판단한다. 제어유닛(10)은 바닥 재질을 워험 재질로 판단한 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다(S310). 단계(S223)에서, 제어유닛(10)이 바닥 재질이 위험 재질이 아니라고 판단하는 경우, 가속도 산포도를 기준으로 바닥 재질이 위험재질인지 판단한다(S224).
단계(S224)에서, 제어유닛(10)은 평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큰 경우, 위험 재질로 판단한다. 제어유닛(10)은 바닥 재질을 워험 재질로 판단한 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 맙 모터를 제어할 수 있다(S310). 단계(S224)에서, 제어유닛(10)이 바닥 재질이 위험 재질이 아니라고 판단하는 경우, 이동 로봇이 정상주행 하도록 제어한다(S312).
또한, 이동 로봇의 주행을 제어하는 단계(S300)는 위험 재질이라고 판단된 경우, 이동 로봇이 현재 위치 또는/및 현재 위치 주변 영역을 위험 지역으로 맵 상에 등록할 수 있다(S320).

Claims (20)

  1. 바디;
    상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 스핀맙;
    상기 한 쌍의 스핀맙에 구동력을 제공하는 맙 모터;
    일정 시간주기로 빛을 이용하여 하방 영상 정보를 획득하는 옵티컬 플로우 센서; 및
    상기 옵티컬 플로우 센서에서 감지된 상기 하방 영상 정보를 바탕으로 바닥의 재질이 위험 재질인지 판단하고, 바닥 재질이 위험 재질로 판단되는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 제어유닛을 포함하는 이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 옵티컬 플로우 센서는 상기 한 쌍의 스핀맙 보다 전방에 배치되는 이동 로봇.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 옵티컬 플로우 센서는,
    상기 하방 영상을 촬영하여 상기 하방 영상 정보를 획득하는 이미지센서; 및
    상기 빛의 양을 조절하는 하나 이상의 광원을 포함하는 이동 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 하방 영상 정보에서 하방 영상의 이미지 퀄리티 값을 산정하고,
    상기 이미지 퀄리티 값이 기 설정된 기준 이미지 퀄리티 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단하는 이동 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이미지 퀄리티 값은, 상기 광원에서 방출된 빛이 바닥에 형성된 상의 형태로 판단하는 이동 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 하방 영상 정보에서 하방 영상의 프레임 레이트를 산정하고,
    상기 프레임 레이트가 기 설정된 기준 프레임 레이트 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단하는 이동 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값을 산정하고,
    바닥의 반사도 값이 기 설정된 기준 반사도 값 보다 작은 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단하는 이동 로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 하방 영상 정보에서 바닥의 반사도 값, 하방 영상의 이미지 퀄리티 값 및 하방 영상의 프레임 레이트를 산정하고,
    하기 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 바닥 재질을 위험 재질로 판단하는 이동 로봇.
    <조건 1>
    상기 이미지 퀄리티 값이 기 설정된 기준 이미지 퀄리티 값 보다 작음
    <조건 2>
    상기 프레임 레이트가 기 설정된 기준 프레임 레이트 보다 작음
    <조건 3>
    바닥의 반사도 값이 기 설정된 기준 반사도 값 보다 작음
  9. 제1항에 있어서,
    일정 시간주기로 상방 영상 정보를 획득하는 카메라 또는 3D 센서를 더 포함하고,
    상기 제어유닛은 상기 상방 영상 정보를 바탕으로 현재 위치를 검출하는 이동 로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    바닥 재질이 위험 재질로 판단되는 경우, 현재 위치를 위험 지역으로 설정하는 이동 로봇.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 맙 모터의 부하 값을 감지하는 맙 부하정보 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 맙 모터의 부하 값이 기 설정된 기준 부하 값 보다 큰 경우 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 이동 로봇.
  12. 제1항 또는 제11항에 있어서,
    바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 작은 경우 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 이동 로봇.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 클리프 센서는,
    상기 한 쌍의 스핀맙 보다 전방에 배치되는 이동 로봇.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 클리프 센서는 가상의 중심 수직면과 적어도 일부가 수직적 방향에서 중첩되게 배치되는 이동 로봇.
  15. 제1항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 가속도 값에서 평균 가속도 값을 산정하고, 상기 평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큰 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 이동 로봇.
  16. 제1항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 가속도 값의 산포도를 산정하고 상기 산도포가 기준 산포도 큰 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 이동 로봇.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 맙 모터의 부하 값을 감지하는 맙 부하정보 센서;
    바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서; 및
    상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어유닛은,
    하기 조건 4 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 이동 로봇.
    <조건 4>
    상기 맙 모터의 부하 값이 기 설정된 기준 부하 값 보다 큼
    <조건 5>
    상기 바닥 과의 거리 값이 기준 거리 값 보다 작음
    <조건 6>
    평균 가속도 값이 기준 평균 가속도 값 보다 큼
    <조건 7>
    가속도 산포도가 기준 산포도 보다 큼
  18. 바디;
    상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 스핀맙;
    상기 한 쌍의 스핀맙에 구동력을 제공하는 맙 모터;
    일정 시간주기로 빛을 이용하여 하방 영상 정보를 획득하는 옵티컬 플로우 센서;
    상기 바디에 설치되어 가속도 값을 감지하는 가속도 센서;
    바닥과의 거리를 감지하는 클리프 센서;
    상기 맙 모터의 부하 값을 감지하는 맙 부하정보 센서; 및
    상기 옵티컬 플로우 센서, 상기 가속도 센서, 상기 클리프 센서 및 상기 맙 부하정보 센서 중 적어도 하나의 센서에서 입력된 정보를 바탕으로 바닥 재질이 위험 재질 인지 판단하고, 위험 재질 인 경우, 진입 제한 동작을 수행하도록 상기 맙 모터를 제어하는 제어유닛을 포함하는 이동 로봇.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 옵티컬 플로우 센서는 상기 각 스핀맙의 회전축을 연결한 선 보다 전방에서 상기 각 스핀맙과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 배치되고,
    상기 클리프 센서는 한 쌍의 스핀맙의 전단 및 상기 옵티컬 플로우 센서 보다 전방에 위치되는 이동 로봇.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 스핀맙은 가상의 중심 수직면을 기준으로 좌우 대칭되게 구비되고,
    상기 옵티컬 플로우 센서 및 상기 클리프 센서는 상기 중심 수직면과 수직적으로 중첩되게 배치되는 이동 로봇.
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