KR950005402B1 - 자동 주행 청소기의 위치 인식방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동 주행 청소기의 위치 인식방법

제1도는 자동 주행 청소기의 개략적인 평면 구성도.

제2도는 자동 주행 청소기의 제어장치 블록 구성도.

제3도는 자동 주행 청소기의 자동 주행 청소 제어과정의 플로우차트.

제4도는 자동 주행 청소기의 청소 영역과 이 영역에서의 주행 궤적의 구성도.

제5도는 종래의 청소기 위치 인식 방법의 플로우차트.

제6도는 본 발명의 청소기 위치 인식 방법에 적용되는 국부지도의 구성도.

제7도는 본 발명의 청소기 위치 인식 방법에 적용되는 국부지도의 작성 방법을 나타낸 도면.

제8도는 본 발명의 청소기 위치 인식 방법에 적용되는 국부지도를 이용한 위치 인식 방법을 나타낸 도면.

제9도는 본 발명의 청소기 위치 인식 방법의 플로우차트.

제10도는 국부지도의 특이성을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 청소기 본체 2 : 범퍼

3A-3K : 거리센서 4 : 캐스터

5A,5B : 뒷바퀴 6 : 흡입구

7 : 집진필터 8 : 흡입모터

9A,9B : 감속장치 10A,10B : 주행모터

11A,11B : 엔코더 센서 11C :각속도 센서,

12 : 제어장치 13 : 전원공급장치

14A, l4B : 브러시 15 : 마이컴

15A : 입출력부 15B : 중앙처리부

15C : 기억부 16 : 엔코더 센서 회로

17 : 각속도 센서 회로 18 : 주행 모터 회로

19 : 거리 센서 회로

본 발명은 자동 주행 청소기에서 청소기의 현재 위치를 인식하는 방법에 관한 것으로, 특히, 청소기가 주행하면서 거리센서를 통해 감지한 장애물과의 거리를 이용하여 주위 환경의 장애물과의 2차원적인 배치정보(국부지도)를 인식하여 저장하고, 차후에 상기 지점 근방을 주행하게 될때 이때의 배치정보를 인식하여 상기 저장된 배치정보와 인식된 배치정보를 서로 비교 분석하여 청소기의 위치를 인식함으로써 주행 거리에 비례하여 누적되는 위치 측정 오차를 즐일 수 있도록 한 자동 주행 청소의 위치 인식 방법에 관한 것이다.

일반적인 자동 주행 정소기의 구성은 도면 제1도를 참조하면, 청소기 본체(1)의 외곽 사방에서 범퍼(2)가 설치되고, 상기 범퍼(2)에는 초음파를 송수신하여 장애물을 식별하고 장애물과의 거리를 감지하는 거리 센서(3A-3K)가 청소기의 각방향에 대응하여 설치되며, 청소기 본체(1)의 바닥 전방에는 앞바퀴(캐스터)(4)가 설치되고 로 후방 양측으로 좌우측 뒷바퀴(5A,5B)가 설치되며, 또한 본체(l)의 바닥중앙에는 먼지나 오물을 흡입하는 흡입구(6)가 있고 그 상부에 집진괼터(7)가 구비되는 집진실이 구성되떠, 상기 흡입구(6)를 통해 먼지나 오물이 흡입되도록 동력원이 되는 흡입모터(8)가 본체(1)에 설치된다.

한편, 상기 좌우측 뒤바퀴(5A,5B)에늘 감속기어로 구성된 감속장치(9A,9B)가 연결되고 이 감속장치를 통해 바퀴를 구동시키는 바퀴 주행모터(10A,lOB)와, 상기 바퀴 주행모터의 구동에 의한 주행 거리를 검출하는 엔코더 센서(11A,llB)가 구비되며, 청소기의 회전 각속도클 검출하는 각속도 센서(11C)가 구비된다.

그리고, 상기한 센서의 감지신호를 해독하여 각 모터 구동을 통해 자동 주행 청소를 제어하는 제어장치(12)가 설치되고, 상기 흡입모터(8), 주행모터(10A,10B), 제어장치(12)에 전원을 공급하는 전원공급장치(13)가 설치되며, 청소기 본체(1)의 전방양측으로 오물을 털어내기 위한 브러시(14A,14B)가 설치된다.

한편, 상기 제어장치(12)의 구성은 도면 제2도를 참조하면, 각종 정보의 연산 처리와 입출력을 통해 회로 각부를 제어하는 마이컴(15)과, 엔코더센서(11A,11B)로 검출한 좌우측 주행모터의 회전 각도 정보를 디지탈 정보로 변환하떠 마이컴(15)에 공급하는 엔코더 센서회로(16)와, 각속도 센서(11C)로 검출한 청소기 회전 각속도 정보를 적분하여 청소기의 회전 각도정보를 산출하고 이 산출된 정보를 디지탈 정보로 변환하여 마이컴(15)에 공급하는 각속도 센서회로(17)와, 상기 마이컴(15)의 제어를 발아 주행모터(10A, l0B)를 구동 제어하는 주행모터 회로(18)와, 상기 거리센서(3A-3K)로 감지된 거리정보를 디지탈 신호로 변환하여 마이컴(15)에 공급하는 거리 센서회로(19)로 구성되며, 상기 마이컴(15)은 제반 데이타를 입출력 처리하는 입출력(15A)와, 입출력 데이타의 연산 및 구동제어 처리를 수행하는 중앙처리부(15B)와, 상기 각종 데이타 및 제어프로그램이 저장되는 기억부(15C)를 포함한다.

상기한 바와같이 구성된 종래의 자동 주행 청소기의 청소 동작을 제1도 내지 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자가 청소기 전원을 인가하면 제어장치(12)에 전원이 인가되어 제어장치(12)가 동작하므로써 청소기의 마이컴(15)은 입출력부(15A)를 통해 흡입모터 구동신호를 출력하여 흡입모터(S)를 구동시키고, 흡입모터(8)가 구동됨에 따라 브러시(14A,l4B)로 바닥의 먼지나 오물을 쓸어내면서 흡입구(6)를 통해 바닥의 먼지나 오물이 홉입되어 집진필터(7)에 집진되는 한편, 기억부(15C)에 기억되어 있는 청소기의 위치데이타(P,좌표데이타 x,y 및 방향 데이타θ)를 초기화하고, 주행모터 제어회로(18)를 통해 주행 모터

(10A,l0B)를 구동시켜 감속장치(9A,9B)로 감속된 속도로 뒷바퀴(5A,5B)를 구동시킨다.

이에따라서 청소기 본체(1)는 전진하기 시작하며, 청소기가 전진하면서 엔코더센서(11A,11B)를 통해 청소기가 주행한 거리신호가 검출되어 엔코더센서회로(16)클 통해 디지탈 거리데이타(△D)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억되고, 또한 각속도센서(11C)를 통해 청소기의 회전각도(방향전환) 신호가 검출되어 각속도 센서회로(17)를 통해 디지탈 회전 각도 데이타(△θ)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억된다.

마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 상기 거리데이타(△D)와 회전각도 데이타(△θ)로 부터 청소기의 위치데이타(P)를 산출하고, 한편 거리센서(3A-3K)로 벽이나 가구등의 장애물과의 거리를 감지한 신호를 거리센서회로(19)를 통해 디지탈 정보로 입력받아 장애물과의 거리 데이타와 상기 청소기의 위치 데이타(P)로부터 벽의 위치 데이타(X)를 산출하여 기억부(15C)에 저장하며, 이와함께 거리센서(3A-3K)를 통해 감지한 청소기의 각 방향별 벽 또는 가구등 장애물과의 거리 데이타를 근거로 하여 처청소기가 벽면과 일정한 거리를 유지하면서 평행하게 주행하도록 주행모터 회로(18)를 통해 주행모터(10A,l0B)를 구동 제어하여 평행 주행 제어를 수행한다.

즉, 제4도의 (가)에 도시된 바와같이 청소기가 최초에 A지점으로부터 주행을 시작하여 벽쪽으로 진행하고, B지점에 도달하면 벽과 평행을 유지하면서 벽을 따라 주행궤적(PATHl)을 그리면서 주행하여 C지점에 도착할때까지 벽의 위치데이타(X)를 저장한다.

이와같이 청소기가 청소할 영역의 외곽 경로(PATHI)를 따라 주행을 완료하면 마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 상기 과정에서 기억된 벽의 위치데이타(X)들을 제4도의(나)와같이 연결하고, 이 연결된 선분들에 의하여 이루어지는 다각형의 내부(AREA1)를 전체적인 청소할 영역으로 인식하며, 전체 청소 영역(AREA1)으로부터 청소기 본체(1)의 폭 만큼 안쪽에 있는 영역 (AREA2)을 남은 청소 영역으로 인식한다.

이어서 마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 제4도의 (다)에서와같이 남은 청소영역(AREA2)을 청소기의 폭만큼의 가상선(LINE)으로 벽면과 평행한 평행선을 긋고, 이평행선(LINE)의 양쪽 끝을 번갈아가며 연결하는(지그재그로 연결하는) 새로운 경로(PATH2)를 제4도의 (라)와같이 구성하여 이 경로(PATH2)를 청소 경로로 계획한다.

청소 경로(PATH2)의 계획이 완료되면 제어장치(12)는 주행모터 제어회로(18)를 통해 주행 모터(10A,l0B)를 구동시켜 감속장치(9A,9B)로 감속된 속도로 뒷바퀴(5A,5B)를 구동시킨다.

이에따라서 청소기 본체(1)는 전진하기 시작하며, 청소기가 전진하면서 엔코더센서(11, 11B)를 통해 청소기가 주행한 거리신호가 검출되어 엔코더센서회로(16)를 통해 디지탈 거리데이타(△D)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억되고, 또한 각속도센서 (11C)를 통해 청소기의 회전각도(방향전환)신호가 검출되어 각속도 센서회로(17)를 통해 디지탈 회전 각도 데이타(△θ)가 마이컴 (15)의 기억부(15C)에 기억된다.

마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 상기 거리데이타(△D)와 회전각도 데이타(△θ)로부터 청소기의 위치데이타(P)를 산출하고, 이 위치 데이타(P)를 근거로하여 상기 계획된 청소경로(PATH2)에서 청소기가 이탈된 거리 및 방향 데이타를 산출하고, 이 산출된 거리 및 방향 데이타를 이용하여 청소기가 계회된 청소경로(PATH2)를 추종하도록 바퀴(5A,5B)를 구동시켜 계획된 청소경로(PATH2)의 최종 경로 추종이 완료되면, 흡입모터(8) 및 주행모터(10A,lOB)를 구동 정지시키므로서 자동주행 청소를 종료한다.

상기한 바와같이 하여 청소기가 벽이나 가구등의 장애물로 둘러싸인 청소영역의 외곽을 주행하여 청소할 영역을 스스로 인식하고, 인식된 청소영역을 자동으로 주행하면서 청소를 수행하는 것이며, 이와같은 자동주행 청소동작에서는 청소기의 현재위치가 계획된 경로에서 이탈하지 않고 정확하게 그 경로를 따라 주행하면서 청소를 수행하는 경우에만 높은 청소 효율과 칭소상태의 청결감을 보장받을 수 있으며, 이를 위하여는 청소기 위치데이타(P)의 정확한 산출과 이를 통한 청소기 위치 인식의 정밀도 확보가 전제되어야 하는데, 상기에서 언급한 종래의 청소기 위치 데이타 산출과 인식방법을 도면 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔코더센서(11A,11B)를 통해 좌우측 바퀴(5A,5B)의 주행모터(10A, 10B)의 회전각도(△ψL, △ψR)를 각각 감지하고, 이 회전 각도를 감속장치(9A,9B)의 감속비(n)로 나누어 좌우측 바퀴(5A,5B)의 회전 각도를 각가 산출하며, 이 회전각도에 바퀴(5A,5B)의 지름(DIA)을 곱하여 좌우측 바퀴(5A,5B)의 주행거리(△LAR)를 산출한다.

이를 수식으로 나타내면 다음의 식(1)과 같이 된다.

식(1) △L=△ψL/n×DIA, △R=△ψR/n×DIA

상기 식(1)의 연산을 통해 산출한 바퀴(5A,5B)의 주행거리를 다음의 식(2)로 주어지는 평균연산을 수행하여 청소기가 주행한 총 거리(△D)를 산출한다.

식(2) △D=(△L+△R)/2

한편, 마이컴(15)은 각속도센서(11C)를 통해 청소기의 회전 각도(△θ)를 감지하고, 이 회전각도(△θ)와 주행거리(△D)를 이용하여 다음의 식 (3)으로 주어지는 연산처리를 통해 청소기의 이동위치(△P) (좌표 x,y)를 산출한다.

식(3) △x=△D×cos(ψ+△θ/2), △y=△D×sin(θ+△θ/2)

이와같이 산출한 청소기의 이동위치(△P)를 청소기의 위치(P)에 다음의 식(4)로 주어지는 연산(합산)처리를 수행하여 새로운 청소기의 위치(P)를 산출한다.

식(4) X=X+△x,y=y+△y, θ=θ+△θ

마이컴(15)은 일정한 주기를 갖는 매번의 주기마다 해당 주기동안 청소기의 주행거리(△D)와 회전각도(△θ)를 산출하여 이를 근거로 청소기의 이동위치(△P)를 산출하고. 이 산출된 청소기의 이동위치(△P)를 기존의 청소기의 위치(P)에 더하여 새로운 청소기의 위치(P)를 인식하는 것이다.

그러나 상기한 종래의 청소기 위치 인식방법에 의하면 다음과 같은 문제점을 갖게된다.

즉, 바퀴(5A5B)의 지름의 편차와 미끄러짐(SLIP)현상 및 바닥면이 고르지 않은데 따른 굴곡 등으로 인하여 청소기의 주행거리(△D)를 산출한 결과는 적지않은 오차를 포함하게되고, 또한 각속도센서(11C)의 감도 편차, 외부의 충격등으로 인하여 청소기의 회전각도(△θ) 감지결과에도 적지않은 오차를 포함하게 된다.

이와같은 오차는 청소기의 주행거리와 회전각도를 근거로하여 산출한 청소기의 이동위치에 그대로 반영되므로 결과적으로 청소기의 이동위치를 합산하여 산출한 새로운 위치 또한 그 오차가 누적된 형태로 나타나게 되어 청소기가 주행하면 할수록 실제 이동한 위치와 인식하고 있는 위치 사이에는 큰 폭의 차이가 발생하게 되며, 이는 곧 청소기가 인식한 청소 영역 (AREA1,AREA2)이 부정확하게 되고, 계획된 경로(PATH2)에서 이탈된 거리 및 방향(오차가 누적된 정보)를 청소기 위치판단의 근거로 활용하게 되므로서 위치인식이 부정확하게되어 계획된 청소경로(PATH2)를 추종하는 주행제어가 불가능하게 되고, 따라서 청소기는 계획된 경로에서 상당히 이탈하여 주행하게 되므로 청소한 결과에 청결과 신뢰를 보장받을 수 없게 되는 것이다.

본 발명은 청소기 주위공간에서의 장애물의 2차원적 배치정보를 표현한 국부지도(LOCAL MAP)를 작성하고, 청소기가 현재 국부지도를 저장했던 위치근방에 존재하고 있으면 저장된 국부지도와 현재의 국부지도의 비교 분석을 통해 국부지도를 저장했던 위치로부터 이탈퇸 상황을 검색하여 이탈여부에 따라 현재의 국부지도를 갱신저장하는 일련의 과정을 퉁해 청소기의 현재 위치를 인식함으로써 누적된 청소기 위치 인식오차를 줄이고 청소기의 위치 인식에 정밀을 기할 수 있도록 한 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법은, 엔코더 센서를 이용하여 청소기 좌우측 주행 모터의 회전각도로부터 주행 바퀴의 주행 거리를 산출하고 이로부터 청소기가 주행할 거리를 산출하는 단계와, 각속도 센서를 이용하여 청소기의 회전각도를 감지하는 단계와, 상기 산출된 청소기 주행 거리와 청소기 회전 각도로부터 청소기의 이동 위치를 산출하는 단계와, 상기 산출된 청소기의 이동위치를 기존의 청소기 위치에 가산하여 새로운 청소기의 위치를 산출하는 단계와, 거리센서를 통해 감지된 장애물과의 거리정보를 근거로 국부지도를 개선하는 단계와, 상기 국부지도에서의 장애물의 배치정보로부터 국부지도의 특이성을 측정하는 단계와, 현재의 국부지도에서 장애물이 존재할 확률이 가장 높은 셀의 갯수를 측정하는 단계와, 현재의 청소기 위치로부터 가장 가까운 저장된 국부지도와의 거리를 측정하는 단계와, 상기 측정한 특이성, 셀의 갯수 거리에 일정한 가중치를 주어 산출 평균한 값을 기준값과 비교하여 산출 평균값이 기준값 이상이면 현재의 국부지도를 저장하고, 이하이면 상기 측정한 거리와 기준 거리를 비교하는 단계와, 상기 비교 결과 측정한 거리가 기준 거리 이하이면 상기 저장된 국부지도와 현재의 국부지도를 비교분석하여 청소기의 위치를 산출하고, 측정한 거리가 기준 거리 이상이면 위치 인식 루틴을 종료하는 단계로 이루어진다.

이와같은 본 발명의 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법을 수행하는 자동 주행 청소기는 종래 도면 제1도 및 제2도와 동일한 구성으로 이루어지며, 따라서 청소기의 주행과 이에 따른 거리, 각도 등의 산출, 청소영역의 인식과 추종등에 관련된 구체적인 설명은 상기 도면 제1도 내지 제5도에서와 동일 하므로 중복되는 설명은 가급적 회피하고, 본 발명의 위치 인식에 관련된 내용에 대하여 도면 제6도 내지 도면 제10도를 참조하여 설명한다.

먼저, 도면 제6도는 본 발명에서의 국부지도의 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 청소기의 현재 위치를 중심으로 일정한 크기의 정방형의 주위 공간을 바둑판과 같이 그리드(GRID)분할하여 이 분할된 공간을 셀(CELL)구조로 나누고, 각 셀마다 벽이나 가구등의 장애물이 존재할 확률을 표시하여 이를 청소기 주위공간에서의 장애물의 2차원적인 배치정보로 표현한 것을 국부지도(LOCAL MAP)로 정의한다.

즉, 조건확률이론에서 어떤 셀의 점령확률과 지금 까지의 정보, 새로 입수된 정보를 이용하여 장애물에 의한 점령 영역과 비점령 영역의 확률을 구하여 표시하고, 매 거리센서 마다 점령 영역에 속하는 셀들의 확률을 갱신(UPDATE)하여 이를 청소기 주위 공간에서의 장애물의 2차원적인 배치정보로 표현하게 되는 것이다.

국부지도는 그 예로써 도면 제6도 또는 제7도에서와 같이 그 크기를 48×48개의 셀로 구성하고, 각 셀의 물리적인 크기는 0.05×0.50㎡로 하며, 자동 주행 청소기의 중심이 상기 국부지도의 중심과 일치하고 자동 주행 청소기가 이동함에 따라 그 중심 또한 이동하며, 이 국부 지도는 기준 좌표계에 대해서 회전은 하지 않고 다만 병진잔 하게되는 것으로 정의한다.

자동 주행 청소기는 매 주행 사이클마다 먼저 이전의 위치에서의 국부지도를 현재의 위치로 옮긴후 거리센서로부터 거리 정보를 입수하여 국부지도를 갱신(내용의 개선)을 수행하며, 이와같은 과정은 전체 청소할 영역에 대하여 연속적으로 수행함으로써 정밀한 작업을 영역을 확보한다.

이러한 국보지도의 작성은 청소기가 자동 주행을 수행하면서 도면 제7도에서 설명되는 방법을 통해 작성한다.

즉, 장애물과의 거리가 각 거리센서(3A-3K)를 통해 감지되며, 감지된 거리센서의 전방에 부채꼴 모양의 영역을 할당하고 이 부채꼴 모양의 영역안에 들어오는 셀중에서 감지거리에 있는 셀(도면에서 0표기)들의 확률값은 상향조정하고, 감지 거리에 안에 있는 셀(도면에서 X표기)들외 확률값은 하향조정하여 국부지도의 내용을 개선해 나가고, 이와같은 작업은 청소기가 자동주행 청소를 수행하면서 임의의 거리센서(3A-3K)를 통해 장애물과의 거리가 감지될때마다 반복함으로써 국부지도를 작성(갱신)하여 이를 기억부(15C)에 저장하는 것이다.

상기와같이 작성되는 국부지도는 다음에 설명하는 과정을 통해 청소기의 위치 인식 정보로 활용한다.

즉, 도면 제8도에서와같이 청소기가 자동주행 청소를 수행하는 도중에 A지점에 도달하여, 이 A지점에서의 장애물의 2차원적인 배치정보(국부지도)를 작성, 저장하고 청소기의 위치를 저장한후, 임의의 궤적을 따라 주행하여 현재 A지점 근방인 B지점에 도달하였다고 가정하면, 종래에는 이미 설명한 바와같이 B지점에서의 청소기 위치산출 오차가 A지점에서의 위치산출 오차에 비하여 누적, 상당한 폭으로 중가될 것이고, 청소기의 B지점 위치 인식은 그 신뢰도가 저하될 것이다.

그러므로 본 발명에서는 A지점에서 국부지도(기준 지도(BASE MAP))를 작성하고 B지점에서 국부지도(현재 지도(CURRENT MAP))를 작성하여 현재 지도를 기준 지도에 중첩시킨후 현재 지도를 위치이동(TRANSLATI0N) 및 회전 이동(ROTATI0N)시키면서 두개의 지도의 일치 정도를 검중하여 그 일치도가 가장 크게 나타났을 때의 위치 이동량 및 회전 이동량을 기준 지도를 저장했을 때의 청소기 위치에 가산하여 청소기의 위치를 인식함으로써 B지점에서의 청소기 위치 산출 오차를 A지점에서의 위치 산출 오차만큼 작은 값으로 줄일 수 있는 것이다.

여기서 선택되는 기준지도는 초기 주행중에 형성되는 국부지도 중에서 특징이 있는 부분을 선택하여 사용하므로서 자동 주행 청소기의 자율성을 극대화시키며, 이 기준지도는 자동 주행 청소기의 위치와 빙향에 대한 최대한의 정보를 줄 수 있는 것이어야 하므로 다음과 같은 선택기준을 설정하여 이 기준에 부합되는 국부지도를 기준 지도로 선택한다.

그 조건은, 벽 모서리 부근의 지도와 같이 특징이 있는 부분의 국부지도를 선택하고, 가능한 한 장애물의 점령 셀의 갯수가 많은 지도를 선택하며, 인접한 지도 사이에는 가능한 한 유사성이 작은 지도를 선택하고, 기준 지도 사이에는 일정한 거리를 유지시키므로서 자동 주행 청소기의 위치와 방향을 가장 잘 나타내는 정보를 포함하는 국부지도를 기준지도로 사용할 수 있게 한다.

이와같은 자동 주행 청소기의 국부지도 작성과 기준지도 및 현재지도의 비교, 이를 통한 위치인식 과정을 포함하는 자동 주행 청소 동작 과정을 설명하면, 먼저, 사용자가 청소기 전원을 인가하면 제어장치(12)에 전원이 인가되어 제어장치(12)가 동작하므로써 청소기의 마이컴(15)은 입출력부(15A)를 통해 흡입모터 구동신호를 출력하여 흡입모터(8)를 구동시키고, 흡입모터(8)가 구동됨에 따라 브러시(14A,14B)로 바닥의 먼지나 오물을 쓸어내면서 흡입구(6)를 통해 바닥의 먼지나 오물이 홉입되어 집진필터(7)에 집진되는 한편, 기억부(15C)에 기억되어 있는 청소기의 위치 데이타(P; 좌표데이타 x,y 및 방향 데이타 θ)를 초기화하고, 주행모터 제어회로(18)를 통해 주행 모터(10A,10B)를 구동시켜 감속장치(9A,9B)로 감속된 속도로 뒷바퀴(5A,5B)를 구동시킨다.

이에따라서 청소기 본체(1)는 전진하기 시작하며, 청소기가 전진하면서 엔코더센서(11A,l1B)를 통해 청소기가 주행한 거리신호자 검출되어 엔코더센서회로(16)를 통해 디지탈 거리데이타(△D)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억되고, 또한 각속도센서(11C)를 통해 청소기의 회전각도(방향전환)신호가 검출되어 각속도 센서회로(17)를 통해 디지탈 회전 각도 데이타(△f)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억된다.

마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 청소기의 주행중에 상기한 도면 제7도에서와같이 청소기의 거리센서 (3A-3K)를 통해 장애물과의 주변 배치 정보를 확률로 나타내는 국부지도를 작성하고, 이 국부지도와 상기 거리데이타(△D) 및 회전각도 데이타(△θ)로부터 청소기의 위치 데이타(P)를 산출하고, 한편 거리센서 (3A-3K)로 벽이나 가구등의 장애물과의 거리를 감지한 신호를 거리센서회로(19)를 통해 디지탈 정보로 입력받아 장애물과의 거리 데이타와 상기 청소기의 위치 데이타(P)로부터 벽의 위치 데이타(X)를 산출하여 기억부(15C)에 저장하며, 이와함께 거리센서(3A-3K)를 통해 감지한 청소기의 각 방향별 벽 또는 가구등의 장애물과의 거리 데이타를 근거로 하여 청소기가 벽면과 일정한 거리를 유지하면서 평행하게 주행하도록 주행모터 회로(18)를 통해 주행모터(10A,l0B)를 구동제어하여 평행 주행 제어를 수행한다.

즉, 제4도의 (가)에 도시된 바와같이 청소기가 최초에 A지점으로부터 주행을 시작하여 벽쪽으로 진행하고, B지점에 도달하면 벽과 평행을 유지하면서 벽을 따라 주행궤적(PATHI)을 그리면서 주행하여 C지점에 도달할때까지의 벽의 위치데이타(X)를 저장한다.

이와같이 청소기가 청소할 영역의 외곽 경로(PATHI)를 따라 주행을 완료하면 마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 상기 과정에서 기억된 벽의 위치데이타(X)들을 제4도의(나)와같이 연결하고, 이 연결된 선분들에 의하여 이루어지는 다각형의 내부(AREAI)를 전체적인 청소할 영역으로 인식하며, 전체 청소 영역(AREAl)으로부터 청소기 본체(1)의 폭 만큼 안쪽에 있는 영역(AREA2)을 남은 청소 영역으로 인식한다.

이어서 마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 제4도의(다)에서와 같이 남은 청소영역(AREA2)을 청소기의 폭만큼의 가상선(LINE)으로 벽면과 평행한 평행선을 긋고, 이 평행선(LINE)의 양속 끝을 번갈아가며 연결하는(지그재그로 연결하는) 새로운 경로(PATH2)를 제4도의 (라)와같이 구성하여 이 경로(PATH2)를 청소 경로로 계획한다.

청소 경로(PATH2)의 계획이 완료되면 제어장치(12)는 주행모터 제어회로(18)를 통해 주행 모터(10A,l0B)를 구동시켜 감속장치(9A,9B)로 감속된 속도로 뒷바퀴(5A,5B)를 구동시킨다.

이에따라서 청소기 본체(1)는 전진하기 시작하며, 청소기가 전진하면서 엔코더센서(l1A,llB)를 통해 청소기가 주행한 거리신호가 검출되어 엔로더센서회로(16)를 통해 디지탈 거리데이타(△D)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억되고, 또한 각속도센서(l1C)를 통해 청소기의 회전각도(방향전환) 신호가 검출되어 각속도 센서회로(17)를 통해 디지탈 회전 각도 데이타(△f)가 마이컴(15)의 기억부(15C)에 기억된다.

마이컴(15)의 중앙처리부(15B)는 상기한 바와같이 거리데이타(△D)와 회전각도 데이타(△θ), 작성된 국부지도로부터 청소기의 위치 데이타(P)를 산출하고, 이 위치 데이타(P)를 근거로하여 상기 계획된 청소경로(PATH2)에서 청소기가 이탈된 거리 및 방향 데이타를 산출하고, 이 산출된 거리 및 방향 데이타를 이용하여 청소기가 계획된 청소경로(PATH2)를 추종하도록 바퀴(5A,5B)를 구동시켜 계획된 청소경로(PATH2)의 최종경로 추종이 완료되면, 흡입모터(8) 및 주행모터(10A,l0B)를 구동 정지시키므로서 자동주행 청소를 종료한다.

상기한 바와같이 하여 청소기가 벽이나 가구등의 장애물로 둘러싸인 청소영역의 외곽을 주행하여 청소할 영역을 스스로 인식하고, 인식된 청소영역의 자동으로 주행하면서 청소를 수행하는 것이며, 이와같은 자동주행 청소동작에서는 청소기의 현재위치가 계획된 경로에서 이탈하지 않고 정확하게 그 경로를 따라 주행하면서 청소를 수행하는 경우에만 높은 청소 효율가 청소상태의 청결하을 보장받을 수 있으며, 이를 위하여는 청소기 위치데이타(P)의 정확한 산출과 이를 통한 청소기 위치 인식의 정밀도 확보가 전제되어야 하는데, 상기에서 언급한 본 발명의 청소기 위치 데이타산출과 인식방법을 도면 제9도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔코더센서(11A,11B)를 통해 좌우측 바퀴(5A,5B)의 주행모터(10A,l0B)의 회전 각도(△θL, △θR)를 각각 감지하고, 이 회전 각도를 감속장치(9A,9B)의 감속비(n)로 나누어 좌우측 바퀴(5A,5B)의 회전 각도를 각각 산출하며, 이 회전각도에 바퀴(5A, 5B)의 지름(DIA)을 곱하여 좌우측 바퀴(5A.5B)의 주행거리(△L, △R) 각각 산출한다.

이를 수식으로 나타내면 다음의 식 (1)과 같이 된다.

식(1) △L=△ψL/n×DIA, △R=△ψR/n×DIA

상기 식(1)의 연산을 통해 산출한 바퀴(5A,5B)의 주행거리를 다음의 식(2)로 주어지는 평균연산을 수행하여 청소기가 주행한 총 거리(AD)를 산출한다.

식(2) △D=(△L+△R)/2

한편, 마이컴(15)은 각속도센서(11C)를 통해 청소기의 회전 각도(△f)를 감지하고, 이 회전각도(△θ)와 주행거리(△D)를 이용하여 다음의 식(3)으로 주어지는 연산처리를 통해 청소기의 이동위치(△P)(좌표 x,y)를 산출한다.

식(3) △x=△D×cos(ψ+△θ/2), △y=△D×sin(θ+△θ/2)

이와같이 산출한 청소기의 이동위치(△P)를 청소기의 위치(P)에 다음의 식(4)로 주어지는 연산(합산)처리를 수행하여 새로운 청소기의 위치(P)를 산출한다.

식 (4) x=x×△x,y=y+△y. θ=θ+△θ

이어서 마이컴(15)은 거리센서(3A-3K)를 통해 감지된 벽이나 가구등의 장애물과의 거리를 근거로하여 상기 도면 제6도 및 제7도와 같이 작성된 국부 지도의 내용을 개선하고, 현재 국부지도의 특이성을 측정한다.

국부지도의 특이성은 도면 제10도의 (가)또는(나)와같이 벽이나 장애물의 배치모양에 따라 그 값을 측정하는 것으로, (가)도와같이 장애물의 배치가 직선에 가까운 모양일수록 그 특이성은 작고, (나)도와같이 코너 모양일수록 그 특이성은 큰 경우이며, 이와같은 국부 지도의 특이성 측정은 청소기가 벽을 따라 주행하여 초기작업영역을 확보할때 벽의 형상을 근사적으로 구하고, 이 벽의 형상이 벽 모서리 부근과 같이 직선벽에 비하여 물리적인 특징이 있는지의 여부를 검색하여 국부지도의 특이성을 측정한다.

이 경우에 상기 국부지도의 특이성에서 벽의 형상을 구함에 있어, 청소기의 자동 주행 상태를 판단하여 직선 주행상태에서 회전을 시작하는 각도와 회전이 끝나는 순간의 각도로부터 벽의 각도를 직선벽, 예각벽, 직각벽, 둔각벽으로 나누어 그 특징을 측정하는 것이다.

국부지도의 특이성을 측정한 다음 마이컴(15)은 현재의 국부지도에서 장애물이 존재할 확률이 높은 셀의 갯수를 측정하고, 현재의 청소기 위치로부터 가장 가까운 저장된 국부지도의 위치(국부지도를 저장하였을 때 의 청소기의 위치)와의 거리를 측정하는데, 이 측정된 거리가 클수록 청소기의 위치(P)가 국부지도를 저장했던 위치들로부터 멀리 떨어져 있음을 의미하고 있다.

이 과정은 지도 사이의 대응성(MATCHING) 판단을 통한 위치 평가 단계로서, 이를 위하여는 지도 중에서 현재의 국부지도에 대응되는 지도를 찾아내야하므로 위치오차가 매우 작은 경우에는 두 지도 사이의 거리만으로 충분하게 대웅성을 판단할 수 있으나 본 발명에서는 두 지도의 형상(특이성) 사이의 유사관계를 가늠하는 형상에 대한 대응성과, 두 지도 사이의 거리관계(기준 지도는 소정 거리를 두고 저장되어 있으므로 가장 가까운 것이 현재의 지도와 대웅되는 가능성이 가장 높아짐)를 가늠하는 거리지수로서 대응 가능거리 이내의 기준 지도 존재 여부를 알아낼 수 있게 하고, 두 지도 사이의 셀 갯수의 대응성(장애물의 재질이나 형상(각도)에 따라 점령 셀의 갯수가 달라질 수 있으므로 셀 갯수 자체가 대응성의 단서가 됨) 등이 두 지도 사이의 대응성 판단을 가늠할 수 있는 요소가 되는 것이다.

상기와 같이 측정된 특이성, 셀의 갯수, 거리에 일정한 가중치를 주어 특이성, 셀의 갯수, 거리를 산출하고 이 산출된 값을 평균하여 평균값을 현재의 국부지도가 저장될 필요성 판 단의 기준간과 비교한다.

상기 비교결과 산출 평균값이 기준값 이상이면 현재의 국부지도를 마이컴(15)의 기억부(15C)에 저장한다. 즉, 국부지도를 구성하는 셀 중에서 장애물이 점령하는 점령셀의 갯수가 가능한 한 많은 지도를 선택하여 저장하고, 또한 청소기가 국부지도를 저장했던 위치로부터 떨어진 거리가 현재 국부지도와 가장 가까운 것을 저장하여 위치 판단의 오차를 최소화 할 수 있게 한다.

그러나, 상기 특이성이나 점령셀의 갯수 및 거리 추정값을 산출 평균값이 기준값 이하이면 상기 측정된 거리를 기준거리값(L)(현재 청소기가 국부지도를 저장했던 위치 근방에 존재하고 있는가의 여부 판단 기준값)과 비교하여 측정한 거리가 기준거리값 이상이면 위치 인식루틴을 종료하고, 측정한 거리가 기준 거리값 이하이면 현재 청소기가 국부지도를 저장했던 위치 근방에 있음을 의미하므로 저장된 국부지도와 현재의 국부지도를 이용하여 상기한 바와같이 청소기의 위치(P)를 산출한다.

즉, 상기와같은 자동 주행 청소기의 위치 평가는 상기한 바와같이 대응 관계로부터 조사된 기준지도와 현재 지도를 대응시켜 봄으로써 평가하게 된다.

즉, 이전에 저장된 국부 지도와 현재의 국부 지도를 중첩시키고 현재 지도를 위치 이동 및 회전 이동시키면서 두 지도 사이의 일치도를 점검하여 그 일치도가 가장 높은 경우의 위치 이동량 및 회전 이동량(△x,△y 및 △θ)을 이전의 국부지도를 저장했을 때의 청소기 위치에 가산하여 현재 청소기 위치로 인식하는 것이다.

상기한 바와같이 청소기 위치 평가를 위한 대응은 현재의 국부지도의 각 점령 셀들을 좌표변환 하였을 경우에 거기에 대응되는 기준 지도의 셀을 조사하여 그 대응 정도가 최대가 되는 때의 좌표(위치 이동량 △x, △y 및 각도 이동량△θ)를 찾아내면 상기한 바와같이 국부지도의 중심과 자동 주행 청소기의 중심이 일치된 것이므로 이로부터 청소기의 위치를 정확히 평가할 수 있는 것이다.

이와같은 작업은 nn개의 셀(n=한변의 크기) 전체에 대하여 수행할 수도 있으나 이 경우에는 다수의 연산 과정이 요구되므로 그 수행 시간이 느려지게 된다.

그러므로 본 발명에서는 실시예로서, 원래의 지도(한 변의 크기=n)에서 4개의 셀을 하나로 통합한 n/2크기의 지도를 형성하고, 같은 방법으로 n/4크기의 지도를 형성하며, 이와같이하여 해상도를 줄인 국부지도중에서 가장 낮은 해상도를 갖는 지도에서부터 대응관계 조사를 시작하여 대응 정도가 최대가 되는 때의 좌표(위치 이동량 ; △x, △y 및 각도 이동량 △θ)를 구하고, 다음 단계의 지도에서는 앞 단계에서 구해진 지도의 좌표(△x, △y 및 △θ)근처의 값에 대하여 대응관계 조사를 수행한다.

상기 과정을 원래의 국부지도까지 수행하고 최종 정밀도의 좌표(△x, △y 및 △θ)를 구하므로써 연산의 수를 줄이고 위치 평가에 소요되는 시간을 단축하는 것이다.

그러나 국부지도의 경우 셀의 수가 적고 그 분포는 지도내의 4분 평면내에 국한되므로 n/2보다 작은 크기의 지도에 대한 대응 결과는 악화되며, n/2크기의 지도에서 대응을 시작하면 그 시간이 실제 적용에 어려울 정도로 악화되기 때문에 두 지도 사이의 최대 도심 편차가 지도 크기의 1/4이하라는 점에 착안하여 본발명에서는 n/2크기의 두 지도(기준 지도와 현재 지도)에서 도심을 서로 일치시킨 상태에서 최초의 대응관계 조사를 시작하므로써 평가되는 위치(△x, △y 및 △θ)의 시도 범위를 지도 크기의 1/16로 줄일 수 있으며 이 방법을 적용하였을 때 대응에 요구되는 시간은 수 초 정도로 줄어든다.

마이컴(15)은 일정한 주기를 갖고 매번의 주기마다 해당 주기동안의 청소기의 주행거리(△D)와 회전각도(△θ)를 산출하여 이를 근거로 상기한 바와같이 청소기의 이동위치(△P)를 산출하고, 이 산출된 청소기의 이동위치(△P)를 기존의 청소기의 위치(P)에 더하여 새로운 청소기의 위치(P)를 인식하고, 또한 이와동시에 국부지도를 개선해가면서 현재의 국부지도가 저장될 괼요성이 높은 경우에는 현재의 국부지도를 저장시키고, 청소기가 국부지도를 저장했던 위치 근방을 주행하고 있으면 저장된 국부지도와 현재의 국부지도를 비교, 분석하는 방법으로 청소기의 위치(P)를 산출하므로써 위치 산출 오차가 누적되는 것을 방지하는 것이다.

결론적으로 본 발명에서는 자동 주행 청소기의 실시간 국부지도의 작성과 작업 공간의 제한을 줄이기 위한 국부지도의 작성, 자율적인 기준지도의 선택 및 선택된 기준 지도를 이용한 위치 평가 방법을 제공하며, 본 발명에 의하면 청소기의 위치 인식에 있어 그 위치 판단의 오차 누적분을 최소화할 수 있고, 따라서 청소기의 정밀한 위치인식을 통한 자동 주행 청소 동작의 신뢰성 보장과, 정소 불량의 발생 방지를 기할수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

1. 청소기의 주행 거리와 회전 각도를 감지하여 주행 거리 및 회전 각도로부터 청소기의 이동위치를 판단하는 단계와, 청소기의 주행간에 거리센서로 감지된 장애물과의 거리를 근거로 국부지도를 작성하는 단계와 ; 현재 청소기가 상기 작성된 국부지도 근방을 주행하는가의 여부를 판단하는 단계와 ; 상기 판단 결과 청소기가 저장된 국부지도 근방을 주행하는 경우 현재의 국부지도와 저장된 국부지도의 대응성(MATCHING)을 비교 검색하는 단계와 상기 비교 검색 결과 저장된 국부지도차 현재 국부지도의 일치정도에 따라 현재의 청소기 위치를 평가하여 새롭게 평가된 청소기 위치로 인식하는 단계로 이루이진 자동주행 청소기의 위치 인식 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 국부지도는 청소기의 위치를 중심으로하여 청소기 주변의 공간(평면)을 바둑판과 같인 일정한 크기의 셀 구조로 분할하고, 각 셀마다 장애물이 존재할 확률을 표시하여 주위 공간에서의 장애물의 2차원적인 배치 정보를 표현한 것을 특징으로 하는 자동 주핼 정소기의 위치 인식 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 국부지도는 지도의 중심이 청소기의 중심과 일치하고 청소기의 이동에 따라 지도의 중심도 이동되며 기준 좌표계에 대하여 회전하지 않고 병진만 하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
4. 제2항에 있어서, 청소기의 주행중에 거리센서로 감지된 장애물과의 거리를 근거로 상기 국부지도의 작성을 수행함에 있어, 해당 거리센서 전방의 부재꼴 감지영역 내부에 들어오는 셀 중에서 감지 거리에 있는 셀의 확률값은 상향 조정하고, 감지 거리 이내에 있는 셀의 확률값은 하향 조정하여 작성된 국부지도를개선하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식방법.
5. 제2항에 있어서, 청소기의 주행중에 거리센서로 감지된 장애물과의 거리를 근거로 상기 국부지도의 작성을 수행함에 있어, 국부지도의 특이성과, 현재의 국부지도에서 장애물이 존재할 확률이 높은 셀의 갯수와, 청소기의 현재 위치가 국부지도를 저장했던 위치로부터 떨어진 거리를 측정하고 이 측정된 값들을 근거로 현재의 국부지도 저장 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 국부지도의 특이성 측정은, 청소기가 벽을 따라 주행하여 초기 작업영역을 확보할때, 벽의 형상을 근사적으로 구하고, 이 벽의 형상이 벽 모서리 부근과 같이 직선벽에 비하여 물리적인 특징이 있는지의 여부를 검색하여 국부지도의 특이성을 측정하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 국부지도의 특이성에서 벽의 형상을 구함에 있어, 청소기의 자동 주행 상태를 판단하여 직선 주행상태에서 회전을 시작하는 각도와 회전이 끝나는 순간의 각도로부터 벽의 각도를 직선벽, 예각벽, 직각벽, 둔각벽으로 나누어 그 특징으로 측정하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 국부지도의 저장여부를 판단함에 있어, 국부지도틀 구성하는 셀 중에서 장애물이 점령하는 점령셀의 갯수가 가능한 한 많은 지도를 선택하여 저장하는 것을 특징으로 하는 자동주행 청소기의 위치 인식 방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 국부지도의 저장 여부를 판단함에 있어, 청소기가 국부지도를 저장했던 위치로부터 떨어진 거리가 현재 국부지도와 가장 가까운 것을 저장하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
10. 제2항에 있어서, 상기 국부지도의 대응성 판단을 수행함에 있어 상기 저장된 여러 지도 중에서 현재 국부지도에 대웅되는 지도를 두 지도 사이의 형상에 대한 일치 정도, 현재 지도와 저장된 국부 지도 사이의 거리, 두 지도에 있어서 장애물이 점령하는 점령 셀의 갯수를 비교하여 저장된 지도와 현재의 국부지도 사이의 일치 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
11. 제2항에 있어서, 상기 청소기의 현재 위치 평가를 수행함에 있어, 이전에 저장된 국부지도와 현재의 국부지도를 중첩시키고 현재 지도를 위치 이동 및 회전 이동시키면서 두 지도 사이의 일치도를 점검하여 그일치도가 가장 높은 경우의 위치 이동량 및 회전 이동량(△x, △y 및 △θ)을 이전의 국부지도를 저장했을 때의 청소기 위치에 가산하여 현재 청소기 위치로 인식함을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식방법.
12. 제11항에 있어서. 상기 위치 평가를 수행함에 있어, 원래의 지도(한 변의 크기 =n)에서 4개의 셀을 하나로 통합한 n/2크기의 지도를 형성하고, 같은 방법으로 n/4크기의 지도를 형성하며, 이와같이하여 해상도를 줄인 국부지도중에서 가장 낫은 해상도를 갖는 지도에서부터 대응관계 조사를 시작하여 대응 정도가 최대가 되는 때의 위치 이동량 및 회전 이동량(△x, △y 및 △θ)을 구하고, 다음 단계의 지도에서는 앞 단계에서 구해진 지도의 좌표(△x, △y 및 △θ)근처의 값이 대하여 대응관계를 조사를 수행하여 위치를 평가함을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 위치 평가를 수행함에 있어, n/2크기의 두 지도에서 도심을 서로 일치시킨 상태에서 최초의 대응 관계 조사를 시작하므로써 평가되는 위치(△x, △y, 및 △θ)의 시도 범위를 지도 크기의1/16로 줄일 수 있게 함을 특징으로 하는 자동 주행 청소기의 위치 인식 방법.