KR960001808B1 - The planning method for best-fitted cleaning course of a - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 공지의 자동 주행 청소기의 구성을 평면에서 보인 도면.1 is a plan view showing the configuration of a known automatic traveling cleaner.
제2도는 공지의 자동 주행 청소기의 구성을 단면으로 보인 도면.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a known automatic traveling cleaner.
제3도는 공지의 자동 주행 청소기 제어회로 구성을 나타낸 블록도.3 is a block diagram showing a configuration of a known automatic traveling cleaner control circuit.
제4도는 종래 자동 주행 제어 방법에서 장애물과의 거리 감지 방법을 나타낸 도면.4 is a view illustrating a distance sensing method with obstacles in the conventional automatic driving control method.
제5도는 종래 자동 주행 제어 방법에서 계획된 경로를 추종시키는 방법을 나타낸 도면.5 is a view showing a method of following a planned route in a conventional automatic driving control method.
제6a도, 제6b도, 제6c도는 자동 주행 제어 방법에 의한 청소 과정을 나타낸 도면.6A, 6B, and 6C are views showing a cleaning process by the automatic travel control method.
제7a도는 종래 방법에 의해 결정되는 특정 형태의 청소 영역 경로의 구성도.7A is a block diagram of a specific type of cleaning area path determined by a conventional method.
(b)는 상기 (a)도의 영역을 최적의 경로로 계획한 경우의 경로의 구성도.(b) is a block diagram of the path | route when the area | region of said (a) figure is planned as an optimal path | route.
제8도는 본 발명의 경로 계획 방법을 나타낸 플로우차트.8 is a flowchart showing a route planning method of the present invention.
제9도는 본 발명에서 최적의 경로 방향을 결정하는 방법의 플로우차트.9 is a flowchart of a method for determining an optimal path direction in the present invention.
제10도의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 의한 청소 과정별 영역 구성을 나타낸 도면.(A)-(d) of FIG. 10 is a figure which shows the area structure for each cleaning process by this invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 거리센서 2 : 사이드 브러시1: distance sensor 2: side brush
3 : 캐스터 4 : 흡입구3: caster 4: inlet
5 : 흡입모터 6 : 집진실5: suction motor 6: dust collecting chamber
7, 8 : 바퀴 9, 10 : 바퀴 구동 모터7, 8: wheels 9, 10: wheel drive motor
11, 12 : 감속기어 13, 14 : 엔코더 센서11, 12: reduction gear 13, 14: encoder sensor
15, 16 : 밧데리 17 : 밧데리15, 16: battery 17: battery
18 : 제어회로 19 : 리모콘 송신기18: control circuit 19: remote control transmitter
20 : 키이 조작부 21 : 리모콘 수신기20: key control panel 21: remote control receiver
22 : 마이컴 22A-22D : 인터페이스22: microcomputer 22A-22D: interface
22E : 중앙처리장치 22F : 클록 발생기22E: Central Processing Unit 22F: Clock Generator
22G : 인터럽트 제어기 22H : 기억장치22G: Interrupt Controller 22H: Memory
23 : 접촉센서 24 : 센서회로23: contact sensor 24: sensor circuit
25 : 구동회로 26 : 위치 측정부25: drive circuit 26: position measuring unit
본 발명은 청소할 영역을 스스로 인식하고, 벽이나 가구등의 장애물을 회피하면서 청소할 영역을 자동적으로 주행, 청소하는 자동 주행 청소기의 주행 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 전체 청소 공간을 다수개의 영역으로 분할한 다음 각 영역에 따라서 청소할 경로의 방향을 독립적으로 설정하여 최적의 청소 경로를 계획할 수 있도록 한 자동 주행 청소기의 최적 청소 경로 계획 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a traveling control method of an automatic traveling cleaner that recognizes a region to be cleaned by itself, and automatically runs and cleans the region to be cleaned while avoiding obstacles such as walls or furniture. In particular, the entire cleaning space is divided into a plurality of regions. The present invention relates to a method for planning an optimal cleaning path of an automatic traveling cleaner that enables the optimal cleaning path by planning the directions of the paths to be cleaned independently according to the following areas.
제1도 및 제2도는 공지의 자동 주행 청소기의 개략적인 평면 및 단면 구성을 나타낸 도면으로서, 이를 참조하면 자동 주행 청소기는 다음과 같은 구성요소로 이루어져 있다.1 and 2 is a view showing a schematic plan and cross-sectional configuration of a known automatic running cleaner, referring to this automatic running cleaner consists of the following components.
사방에 충돌시의 완충을 위한 범퍼가 구비된 청소기의 전방과 후방 및 좌우측에는 청소기와 장애물 사이의 거리를 감지하기 위한 거리센서(1)가 다수개 설치되고, 청소기의 전방 양쪽 모서리에는 먼지나 오물을 털어내기 위하여 구동되는 브러시(2)가 설치된다.A plurality of distance sensors (1) are installed on the front, rear, and left and right sides of the cleaner provided with bumpers for cushioning the collision in all directions, and dust and dirt are disposed at both front corners of the cleaner. The brush 2 is driven to shake off.
그리고, 청소기의 주행을 위하여 청소기 전방의 바닥 중앙에 캐스터(3)가 있고, 이 캐스터의 뒷쪽으로 바닥의 먼지와 오물을 흡입하는 흡입구(4)가 형성된다.Then, the caster 3 is located at the center of the floor in front of the cleaner to run the cleaner, and a suction port 4 for sucking dust and dirt from the bottom is formed behind the caster.
흡입구(4)의 위쪽으로는 흡입력을 발생하는 흡입모터(5)가 위치하고, 이 흡입모터(5)의 흡입력으로 흡입된 먼지와 오물을 걸러내는 집진실(6)이 위치한다.Above the suction port 4, a suction motor 5 for generating a suction force is located, and a dust collecting chamber 6 for filtering dust and dirt sucked by the suction force of the suction motor 5 is located.
청소기의 후방에는 청소기의 주행 제어를 위한 구성요소들이 위치한다.Behind the cleaner are components for controlling the running of the cleaner.
즉, 청소기의 좌우측 후방에는 청소기를 주행시키는 좌우측 바퀴(7), (8)가 축지되어 있고, 이 바퀴를 구동시키는 바퀴 구동 모터(9), (10)가 설치되며, 바퀴 구동 모터(9), (10)의 구동 속도를 감속시켜 바퀴에 전달해주는 감속 기어(11), (12)가 구비된다.That is, the left and right wheels 7 and 8 for driving the cleaner are supported on the left and right rear sides of the cleaner, and the wheel drive motors 9 and 10 are installed to drive the wheels, and the wheel drive motor 9 is provided. Reduction gears (11), (12) are provided to reduce the driving speed of the transmission (10) to the wheel.
또한 상기 바퀴 구동 모터(9), (10)의 축에 연결되어 모터의 회전수를 감지하는 엔코더 센서(13), (14)가 구비되며, 바퀴 구동 모터(9), (10)에 전원을 공급하는 밧데리(15), (16)와, 상기 흡입모터(5)에 전원을 공급하는 밧데리(17)가 구비된다.In addition, encoder sensors 13 and 14 connected to the shafts of the wheel drive motors 9 and 10 to detect the rotational speed of the motor are provided, and power is supplied to the wheel drive motors 9 and 10. The batteries 15 and 16 to supply and the battery 17 which supplies electric power to the said suction motor 5 are provided.
그리고, 각종 센서로 감지한 정보를 이용해서 청소 영역을 인식하고 인식 결과를 이용해서 각종 모터를 구동시켜 주행 및 청소의 제어를 담당하는 제어회로(18)가 구비된다.Then, the control circuit 18 is provided to recognize the cleaning area by using the information detected by the various sensors, and to drive the various motors by using the recognition result to control driving and cleaning.
이와같이 구성된 청소기는 거리센서(1)로 장애물과 청소기 사이의 거리를 감지하고, 이 감지된 거리 정보를 이용해서 제어회로(18)가 청소할 영역을 인식하며, 인식된 청소 영역을 바퀴 구동 모터(9), (10)를 구동시켜 바퀴(7), (8)를 주행시키면서 주행하고, 주행중에 흡입모터(5)를 동작시켜 흡입구(4)로 흡입된 먼지와 오물을 집진실(6)내에 집진시킨다.The cleaner configured as described above senses the distance between the obstacle and the cleaner using the distance sensor 1, recognizes the area to be cleaned by the control circuit 18 using the detected distance information, and uses the wheel cleaning motor 9 as the recognized cleaning area. Drive the wheels (7) and (8) to drive the wheels (7) and (10), and operate the suction motor (5) while driving to collect dust and dirt sucked into the suction port (4) in the dust collecting chamber (6). Let's do it.
그리고, 바퀴 구동 모터(9), (10)의 구동력은 감속 기어(11), (12)를 거쳐 감속시켜 바퀴(7)(8)에 공급하며, 캐스터(3)는 청소기의 주행을 돕는다.The driving force of the wheel driving motors 9 and 10 is reduced by the speed reduction gears 11 and 12 and supplied to the wheels 7 and 8, and the caster 3 helps the cleaner to run.
또한 이때 제어회로(18)는 브러시(2)를 구동시켜 바닥의 먼지와 오물을 털어내면서 청소를 진행하기도 하고, 청소기가 주행한 거리는 엔코더 센서(13), (14)로 감지된 바퀴 구동 모터의 회전수를 이용해서 산출한다.In addition, the control circuit 18 drives the brush 2 to clean the dust and dirt off the floor, and the cleaner travels the distance of the wheel drive motor detected by the encoder sensors 13 and 14. It calculates using rotation speed.
위와같이 동작할때 바퀴 구동 모터(9), (10)의 전원은 밧데리(15), (16)에서 공급하며, 흡입모터(5)의 전원은 밧데리(17)에서 공급한다.When operating as described above, the power of the wheel drive motor (9), (10) is supplied from the battery (15), (16), the power of the suction motor (5) is supplied from the battery (17).
제3도는 상기한 바와같은 주행 제어를 담당하는 공지의 제어회로(18)의 구성을 나타낸다.3 shows a configuration of a known control circuit 18 that is in charge of traveling control as described above.
제3도를 참조하면 자동 주행 청소기 제어회로는, 청소기를 원격 제어하기 위한 리모콘 송신기(19)와, 청소기를 수동 키이 조작으로 제어하기 위한 키이 조작부(20)와, 리모콘 송신 신호를 수신하는 리모콘 수신기(21)와, 상기 키이 조작 또는 리모콘 신호에 의하여 청소기 제어 명령을 입력받고, 각종 센서로 감지된 정보를 이용해서 청소기를 주행 제어하는 마이컴(22)과, 청소기의 충돌을 감지하는 접촉 센서(23)와, 상기 거리센서(1) 및 접촉 센서(23)로 감지된 신호를 마이컴(22)에 입력해주는 센서회로(24)와, 마이컴(22)의 모터 구동신호를 출력하여 바퀴 구동 모터(9), (10)를 구동시키는 구동회로(25)와, 상기 엔코더 센서(13), (14) 및 자이로 센서등으로 구성되어 청소기의 위치를 측정한 신호를 마이컴(22)에 공급하는 위치 측정회로(26)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the automatic traveling cleaner control circuit includes a remote controller transmitter 19 for remotely controlling the cleaner, a key manipulation unit 20 for controlling the cleaner by manual key operation, and a remote controller receiver for receiving a remote controller transmission signal. 21, a microcomputer 22 that receives a cleaner control command based on the key operation or a remote controller signal, controls the driving of the cleaner using information detected by various sensors, and a contact sensor 23 that detects a collision of the cleaner. ), A sensor circuit 24 for inputting a signal sensed by the distance sensor 1 and the contact sensor 23 to the microcomputer 22 and a wheel driving motor 9 by outputting a motor driving signal of the microcomputer 22. ), A driving circuit 25 for driving (10), and the position measuring circuit for supplying a signal measuring the position of the cleaner to the microcomputer (22) composed of the encoder sensors (13), (14), and gyro sensors. It consists of 26.
그리고, 상기 마이컴(22)은 각종 데이타와 제어 신호들이 입출력되는 입출력 인터페이스(22A-22D)와, 청소기의 청소 영역 인식과 주행 제어를 담당하는 중앙처리장치(22E)와, 상기 중앙처리장치(22E)에 동작 클록을 공급하는 클록 발생부(22F)와, 상기 위치 측정부(26)에서 입력된 신호를 입력으로 하여 중앙처리장치(22E)의 인터럽트를 제어하는 인터럽트 제어기(22G)와, 상기 중앙처리장치(22E)의 데이타 및 프로그램이 저장되는 기억장치(22H)로 구성된다.The microcomputer 22 includes input / output interfaces 22A-22D through which various data and control signals are inputted and outputted, a central processing unit 22E responsible for cleaning area recognition and running control of a cleaner, and the central processing unit 22E. A clock generator 22F for supplying an operation clock to the control panel, an interrupt controller 22G for controlling interrupts of the central processing unit 22E by inputting a signal input from the position measuring unit 26, and the center. It consists of the memory | storage device 22H which stores the data and program of the processing apparatus 22E.
이와같이 구성된 제어회로(18)에 의한 청소기 제어 동작은 다음과 같다.The cleaner control operation by the control circuit 18 configured as described above is as follows.
먼저, 사용자가 벽으로 둘러쌓인 청소 공간의 임의의 위치에 청소기를 위치시키고 전원을 온시키면 중앙처리장치(22E)에서 입출력 인터페이스(22C)를 통해 모터 구동회로(25)에 구동 제어신호를 출력하고, 이 구동 제어신호에 의하여 모터 구동회로(25)는 사이드 브러시(2)를 구동시킴과 함께 흡입모터(5)를 구동시키며, 또한 좌우측 바퀴 구동 모터(9), (10)를 구동시켜 바퀴(7)(8)를 주행 구동시킨다.First, when the user places the vacuum cleaner at any position of the cleaning space surrounded by the wall and turns on the power, the central processing unit 22E outputs the driving control signal to the motor driving circuit 25 through the input / output interface 22C. In response to the drive control signal, the motor driving circuit 25 drives the side brush 2, drives the suction motor 5, and also drives the left and right wheel driving motors 9 and 10 to drive the wheels ( 7) It drives driving (8).
청소기에 사용자의 명령을 입력하는 방법은 리모콘 송신기(19)를 이용하거나 키이 조작부(20)를 이용하며, 리모콘 송신기(19)를 이용하는 경우는 리모콘 수신기(21)에서 리모콘 신호를 수신하여 입출력 인터페이스(22B)를 통해 중앙처리장치(22E)에 명령을 전달하고, 키이 조작부(20)를 이용하는 경우는 입출력 인터페이스(22B)를 통해 직접 전달한다.In order to input a user's command to the cleaner, the remote controller transmitter 19 or the key manipulation unit 20 is used, and when the remote controller transmitter 19 is used, the remote controller receiver 21 receives a remote controller signal and receives an input / output interface ( The command is transmitted to the central processing unit 22E via 22B, and when the key operation unit 20 is used, the command is directly transmitted through the input / output interface 22B.
상기한 바와같이 바퀴 주행에 따라 청소기는 전진하게 되며, 이때 마이컴(22)의 중앙처리장치(22E)는 거리센서(1)를 이용해서 청소기의 각 방향에서의 벽 및 장애물과의 거리를 측정하여 이로부터 알맞은 좌우측 바퀴(7), (8) 구동 속도를 설정하여 제어하고, 접촉 센서(23)를 이용해서 장애물과의 충돌을 감지하며, 위치 측정부(26)에서는 엔코더 센서(13), (14)와 자이로 센서등을 이용해서 청소기가 주행한 각도 및 거리를 알아내고 이로부터 청소기의 현재 위치를 측정하여 인터럽트 제어기(22G)를 통해 중앙처리장치(22E)에 청소기의 위치 정보를 제공한다.As described above, the cleaner moves forward as the wheel moves, and the central processing unit 22E of the microcomputer 22 measures the distance between the wall and the obstacle in each direction of the cleaner by using the distance sensor 1. From this, the right and left wheels 7 and 8 drive speeds are set and controlled, the contact sensor 23 detects a collision with an obstacle, and the position measuring unit 26 uses the encoder sensors 13 and ( 14) and the gyro sensor and the like to find out the angle and distance traveled by the cleaner, and measure the current position of the cleaner from this to provide the location information of the cleaner to the central processing unit 22E through the interrupt controller 22G.
그리고 마이컴(22)은 다음과 같이하여 청소기를 벽과 평행하게 주행시킨다.The microcomputer 22 then runs the vacuum cleaner in parallel with the wall as follows.
청소기에 부착된 거리센서(1)를 이용해서 제4도에 나타낸 바와같이 청소기의 좌측 및 전방에서의 벽 및 장애물 까지의 거리(S0-S6)를 구한 다음, 이 거리 정보(S0-S6)를 퍼지 입력으로 하고, 청소기의 주행 속도 및 방향을 퍼지 출력으로 하는 퍼지 룰(FUZZY RULE) 및 퍼지값을 청소기가 벽을 잘 따라가도록 정의함으로써 벽을 따라 평행하게 주행하도록 한다.Using the distance sensor 1 attached to the cleaner, as shown in FIG. 4, the distance S0-S6 to the walls and obstacles on the left and front sides of the cleaner is obtained, and this distance information S0-S6 is obtained. A fuzzy rule and a purge value, which are used as a purge input and a traveling speed and direction of the cleaner as a purge output, are defined to follow the wall well so that the cleaner runs along the wall in parallel.
벽을 따라 주행하는 동안 청소기 좌측에 위치하는 벽의 위치 좌표를 계산한 후 이 위치 좌표를 기억장치(22H)에 기억시켜 그 위치 좌표를 차례로 잇는 선분들에 의해 생긴 다각형의 내부를 청소 공간으로 인식하고, 이 청소 공간을 내부로 일정한 거리만큼 축소시킨 영역을 남은 청소 공간으로 인식한다.While traveling along the wall, the position coordinates of the wall located on the left side of the cleaner are calculated, and the position coordinates are stored in the storage unit 22H to recognize the inside of the polygon created by the segments connecting the position coordinates as the cleaning space. The area in which the cleaning space is reduced by a predetermined distance is recognized as the remaining cleaning space.
즉, 제6도와 같은 형태의 공간을 청소하는 경우에 (a)도와 같이 R위치에서 출발하여 S위치에서 벽과 평행하게 되면 이 지점을 위치 초기화 및 정지 지점으로 삼고, 청소기를 벽을 따라 일주시켜, 각 위치의 좌표(*)를 기억시킨 다음, (b)도와 같이 다각형 ABCD를 남은 청소 공간을 인식하는 것이다.That is, in the case of cleaning the space of the shape as shown in FIG. 6, when starting from the R position and being parallel to the wall at the S position as shown in (a), this point is used as the position initialization and stop point, After storing the coordinates (*) of each position, the cleaning space remaining in the polygon ABCD is recognized as shown in (b).
이와같이 인식된 청소 공간(ABCD) 내부를 이루는 선분들을 (c)도와 같이 구하고 이 선분들과 평행하게 일정한 간격으로 가상의 평행선을 그어 그 평행선의 갯수가 최소가 되는 선분(AB)을 청소할 경로 방향으로 결정한다.Find the line segments that make up the recognized cleaning space (ABCD) as shown in (c) and draw a virtual parallel line at regular intervals parallel to these line segments to clean the line segment (AB) where the number of parallel lines is the minimum. Decide on
경로 방향이 결정되었으면 이 경로 방향과 일정한 폭을 갖는 평행선을 그은 다음, 그 평행선을 좌우로 번갈아가며 잇는 경로를 청소 경로로 계획한다.Once the path direction is determined, draw a parallel line with a constant width with this path direction, and then plan a path that alternates the parallel line from side to side as the cleaning path.
청소 경로가 계획되었으면 바퀴 구동 모터(9), (10)를 구동시켜 이 경로를 추종하면서 청소를 진행하는데, 계획된 경로의 추종 방법은 5도에 나타낸 바와같이, 위치 측정부(26)에서 청소기의 현재 위치를 측정하고, 계획된 경로로부터 이탈된 거리(Δd)와 계획된 경로 방향과 청소기의 방향과의 차이(Δθ)를 퍼지 제어의 입력으로 하고 청소기의 속도와 방향을 퍼지 제어의 출력으로 하여 퍼지 룰 및 퍼지값을 계획된 경로를 추종하도록 정의함으로써 청소기가 계획된 청소 경로에서 이탈하지 않고 잘 추종하도록 한다.If the cleaning path is planned, cleaning is performed while following the path by driving the wheel drive motors 9 and 10. The tracking method of the planned path is shown in FIG. The current position is measured, and the fuzzy rule is inputted as the input of the purge control using the distance Δd separated from the planned path and the difference between the planned path direction and the direction of the cleaner as the input of the purge control. And define a purge value to follow the planned path so that the cleaner follows well without departing from the planned cleaning path.
계획된 경로를 추종하는 중에 청소기 전방에 제6도의 (c)와 같이 장애물이 나타나는 경우 청소기는 상기한 바와같이 청소 공간을 계획된 경로를 추종하면서 장애물을 피하고, 청소를 진행하여 최종 경로를 추종완료하면 마이컴(22)은 사이드 브러시(2)와 흡입모터(5), 바퀴 구동 모터(9), (10)를 오프시키고 청소를 마친다.When an obstacle appears in front of the cleaner as shown in FIG. 6C while following the planned path, the cleaner avoids the obstacle while following the planned path in the cleaning space as described above, and proceeds with cleaning to follow the final path. (22) turns off the side brush (2), suction motor (5), wheel drive motors (9), (10) and finishes cleaning.
이와같이 자동 주행 청소기의 주행을 제어함에 있어, 특히 종래의 청소 경로의 계획 방법에 의하면 다음과 같은 문제점이 초래된다.As described above, in controlling the running of the automatic traveling cleaner, the following problem is caused in particular according to the conventional cleaning route planning method.
즉, 종래의 청소기 청소 경로 계획 방법은 전체 작업 공간에 대해서 경로 방향이 1개의 방향으로만 고정되면 도면 제7도의 (a)에 나타낸 바와같은 청소 영역(다각형 A-L)을 갖는 경우, 특히 다각형 HIJK 영역에 대해서는 짧은 변과 평행하게 경로를 구축하기 때문에 경로의 갯수(Pathn, n=11)가 대폭 증가하게 되는 문제점이 있다.That is, the conventional cleaner cleaning path planning method has a cleaning area (polygonal AL) as shown in FIG. 7A when the path direction is fixed in only one direction with respect to the entire work space, especially a polygonal HIJK area. Since the path is constructed parallel to the short side, the number of paths (Pathn, n = 11) is greatly increased.
제7도의 (a)와 같이 다각형 HIJK와 같은 형태의 청소 영역에서는 (b)도와 같이 긴 변과 평행하게 경로를 구축하면 경로의 갯수(Pathn, n=3)가 감소되어 최적의 청소 경로가 구해질 수 있음에도 불구하고, 상기한 종래의 방법에 의해 청소 경로를 계획하면 불필요한 청소기의 방향 반전이 여러번 반복되고, 짧은 거리에서 왕복하면서 청소를 실행해야 되기 때문에 청소 불량이 발생될 우려가 높아지는 등의 문제점이 있다.In the cleaning area of polygonal HIJK shape as shown in (a) of FIG. 7, if the path is constructed parallel to the long side as shown in (b), the number of paths (Pathn, n = 3) is reduced to obtain an optimal cleaning path. Although it can be done, if the cleaning path is planned by the above-described conventional method, it is necessary to repeat the direction of the unnecessary cleaner many times, and the cleaning needs to be carried out while reciprocating at a short distance. There is this.
따라서, 본 발명은 청소 경로 방향을 각각의 분할된 청소 영역에 따라서 독립적으로 설정함으로써, 전체 청소 공간에 대해서 최적의 청소 경로를 계획할 수 있게 하고, 불필요한 청소기 방향 반전을 배제시키며, 높은 청소 효율을 확보할 수 있도록 한 자동 주행 청소기의 최적 청소 경로 계획 방법을 제공함을 목적으로 한다.Therefore, the present invention sets the cleaning path direction independently according to each divided cleaning area, thereby making it possible to plan an optimal cleaning path for the entire cleaning space, eliminating unnecessary cleaner direction reversal, and high cleaning efficiency. An object of the present invention is to provide an optimal cleaning route planning method of an automatic traveling cleaner that can be secured.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 주행 청소기의 최적 청소 경로 계획 방법은 도면 제8도를 참조하면, 청소할 공간을 일주하여 청소할 공간을 인식하고 인식된 공간의 영역을 분할하는 기준 방향을 결정하는 영역 분할의 기준 방향 결정 단계와, 상기 단계에서 결정된 영역 분할의 기준 방향을 근거로 전체 청소 영역을 다수개의 영역으로 분할하는 영역 분할 단계와, 상기 영역 분할 단계에서 분할된 청소 영역 내부의 최적 경로 방향을 결정하는 경로 방향 결정 단계와, 상기 경로 방향 결정 단계에서 결정된 최적 경로 방향을 연결하여 영역 내부의 청소 경로를 계획하는 단계와, 상기 청소 경로 계획 단계에서 결정된 최적 청소 경로를 추종하면서 청소를 진행하는 청소 단계로 이루어진 자동 주행 청소기의 최적 청소 경로 계획 방법이다.In order to achieve the above object, the optimum cleaning route planning method of the automatic traveling cleaner according to the present invention refers to FIG. A reference direction determination step of region division, an area division step of dividing the entire cleaning area into a plurality of areas based on the reference direction of the area division determined in the step, and an optimum path in the cleaning area divided in the area division step The cleaning process is performed while connecting the path direction determining step of determining the direction, the optimal path direction determined in the path direction determining step, and planning the cleaning path inside the area, and following the optimum cleaning path determined in the cleaning path planning step. It is a cleaning path planning method of the automatic traveling cleaner consisting of a cleaning step.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자동 주행 청소기의 최적 청소 경로 계획 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the optimal cleaning path planning method of the automatic running cleaner of the present invention.
먼저, 벽으로 둘러싸인 청소 공간(도면 제10도 참조)의 임의의 위치에 청소기를 위치시키고, 전원을 켜면 상기한 도면 제1도 내지 제5도에서 설명한 바와같이, 흡입모터가 온되면서 청소기가 전진 주행하게 된다.First, the vacuum cleaner is positioned at an arbitrary position in the cleaning space surrounded by the wall (see FIG. 10), and when the power is turned on, the vacuum cleaner is advanced while the suction motor is turned on as described in FIGS. You will drive.
즉, 사용자가 벽으로 둘러쌓인 청소 공간의 임의의 위치에 청소기를 위치시키고 전원을 온시키면 중앙처리장치(22E)에서 입출력 인터페이스(22C)를 통해 모터 구동회로(25)에 구동 제어신호를 출력하고, 이 구동 제어신호에 의하여 모터 구동회로(25)는 사이드 브러시(2)를 구동시킴과 함께 흡입모터(5)를 구동시키며, 또한 좌우측 바퀴 구동 모터(9), (10)를 구동시켜 바퀴(7), (8)를 주행 구동시킨다.That is, when the user places the cleaner at an arbitrary position in the cleaning space surrounded by the wall and turns on the power, the central processing unit 22E outputs a driving control signal to the motor driving circuit 25 through the input / output interface 22C. In response to the drive control signal, the motor driving circuit 25 drives the side brush 2, drives the suction motor 5, and also drives the left and right wheel driving motors 9 and 10 to drive the wheels ( 7) and (8) are driven to drive.
청소기에 사용자의 명령을 입력하는 방법은 리모콘 송신기(19)를 이용하거나 키이 조작부(20)를 이용하며, 리모콘 송신기(19)를 이용하는 경우는 리모콘 수신기(21)에서 리모콘 신호를 수신하여 입출력 인터페이스(22B)를 통해 중앙처리장치(22E)에 명령을 전달하고, 키이 조작부(20)를 이용하는 경우는 입출력 인터페이스(22B)를 통해 직접 전달한다.In order to input a user's command to the cleaner, the remote controller transmitter 19 or the key manipulation unit 20 is used, and when the remote controller transmitter 19 is used, the remote controller receiver 21 receives a remote controller signal and receives an input / output interface ( The command is transmitted to the central processing unit 22E via 22B, and when the key operation unit 20 is used, the command is directly transmitted through the input / output interface 22B.
상기한 바와같이 바퀴 주행에 따라 청소기는 전진하게 되며, 이때 마이컴(22)의 중앙처리장치(22E)는 거리센서(1)를 이용해서 청소기의 각 방향에서의 벽 및 장애물과의 거리를 측정하여 이로부터 알맞은 좌우측 바퀴(7), (8) 구동속도를 설정하여 제어하고, 접촉 센서(23)를 이용해서 장애물과의 충돌을 감지하며, 위치 측정부(26)에서는 엔코더 센서(13), (14)와 자이로 센서등을 이용해서 청소기가 주행한 각도 및 거리를 알아내고 이로부터 청소기의 현재 위치를 측정하여 인터럽트 제어기(22G)를 통해 중앙처리장치(22E)에 청소기의 위치 정보를 제공한다.As described above, the cleaner moves forward as the wheel moves, and the central processing unit 22E of the microcomputer 22 measures the distance between the wall and the obstacle in each direction of the cleaner by using the distance sensor 1. From this, the right and left wheels 7 and 8 drive speeds are set and controlled, the contact sensor 23 detects a collision with an obstacle, and the position measuring unit 26 includes an encoder sensor 13, ( 14) and the gyro sensor and the like to find out the angle and distance traveled by the cleaner, and measure the current position of the cleaner from this to provide the location information of the cleaner to the central processing unit 22E through the interrupt controller 22G.
그리고 마이컴(22)은 다음과 같이하여 청소기를 벽과 평행하게 주행시킨다.The microcomputer 22 then runs the vacuum cleaner in parallel with the wall as follows.
청소기에 부착된 거리센서(1)를 이용해서 제4도에 나타낸 바와같이 청소기의 좌측 및 전방에서의 벽 및 장애물까지의 거리(S0-S6)를 구한 다음, 이 거리 정보(S0-S6)를 퍼지 입력으로 하고, 청소기의 주행 속도 및 방향을 퍼지 출력으로 하는 퍼지 룰(FUZZY RULE) 및 퍼지값을 청소기가 벽을 잘 따라가도록 정의함으로써 벽을 따라 평행하게 주행하도록 한다.Using the distance sensor 1 attached to the cleaner, as shown in FIG. 4, the distances S0-S6 to the walls and obstacles on the left and front sides of the cleaner are obtained, and then the distance information S0-S6 is obtained. A fuzzy rule and a purge value, which are used as a purge input and a traveling speed and direction of the cleaner as a purge output, are defined to follow the wall well so that the cleaner runs along the wall in parallel.
벽을 따라 주행하는 동안 제10도의 (a)에 나타낸 바와같이 청소기 좌측에 위치하는 벽의 위치 좌표(P0-PN)를 계산한 후 이 위치 좌표(P0-PN)를 기억장치(22H)에 기억시켜 그 위치 좌표(P0-PN)를 차례로 잇는 선분들에 의해 생긴 다각형의 내부를 청소 공간으로 인식하고, 이 청소 공간을 내부로 일정한 거리만큼 축소시킨 영역을 남은 청소 공간으로 인식한다.While traveling along the wall, as shown in Fig. 10A, after calculating the position coordinates P0-PN of the wall located on the left side of the cleaner, the position coordinates P0-PN are stored in the storage device 22H. The inside of the polygon created by the line segments connecting the position coordinates P0-PN in turn is recognized as the cleaning space, and the area in which the cleaning space is reduced by a predetermined distance is recognized as the remaining cleaning space.
이와같이하여 인식된 전체 청소 공간을 청소하기 위한 경로를 다음과 같이 계획한다.In this way, a path for cleaning the entire recognized cleaning space is planned as follows.
[제1단계[STEP 1]; 영역 분할의 기준 방향 결정][First step [STEP 1]; Determining Reference Direction of Region Segmentation
도면 제10도의 (b)를 참조하면, 전체 청소 공간을 다수개의 영역으로 분할하기 위한 기준 방향의 설정은 연속하는 위치좌표(P0-PN)들을 연결한 후, 인접한 직선의 기울기를 비교해서 비슷한 기울기를 갖는 좌표값들을 동일한 좌표군에 기억시킨 다음 그 좌표값들을 가장 잘 대표하는 유효 직선들을 구한다.Referring to (b) of FIG. 10, setting of the reference direction for dividing the entire cleaning space into a plurality of regions is performed by connecting successive position coordinates P0-PN and comparing similar inclinations of adjacent straight lines. The coordinate values having are stored in the same coordinate group, and then the effective straight lines representing the coordinate values are found best.
이와같이 구한 유효 직선과 평행하게 일정한 폭 간격으로 가상의 평행선을 그어 그 평행선의 갯수가 최소가 되는 유효 직선을 영역 분할의 기준 방향으로 결정한다.An imaginary parallel line is drawn at regular width intervals parallel to the effective straight line thus obtained, and an effective straight line in which the number of the parallel lines is minimum is determined in the reference direction of the area division.
이러한 영역 분할의 기준 방향의 결정 과정을 도면 제9도에 나타내었다.A process of determining the reference direction of such region division is shown in FIG. 9.
도면 제9도에서 단계(STEP A)부터 단계(STEP F)까지는 상기 유효 직선을 구하는 과정이고, 단계(STEP G)부터 단계(STEP H)까지는 상기 기준 방향을 결정하는 단계이다.In FIG. 9, the step ST A to the step ST F is a process of obtaining the valid straight line, and the step ST G to the step H is a step of determining the reference direction.
즉, 단계(STEP A)에서는 위치 좌표(P(N))=P(0), P(N+1)=P(1), i=0으로 초기 조건을 설정하고, 단계(STEP B)에서는 이 위치 좌표들을 갖고 연속되는 3점(P(i), P(i+1), P(i+2))을 선택하여, 인접하는 2개의 점을 연결하는 직선의 기울기를 구한 후, i값을 +1 증가시켜 준다.That is, in step STEP A, the initial condition is set by position coordinates P (N) = P (0), P (N + 1) = P (1), i = 0, and in step STEP B) Select three consecutive points (P (i), P (i + 1), P (i + 2)) with these position coordinates, and find the slope of a straight line connecting two adjacent points. Increases +1.
그 다음 단계(STEP C)에서는 두 직선의 기울기의 유사 정도를 일정한 기준값을 근거로 판정하여 기울기가 비슷하지 않으면 새로운 좌표군의 메모리를 기억장치내에 할당해 주고, 비슷한 기울기이면 그 3개의 점을 동일한 좌표군에 기억시켜 준다(단계(STEP D)).In the next step (STEP C), the degree of similarity of the slopes of the two straight lines is determined based on a constant reference value. If the slopes are not similar, the memory of the new coordinate group is allocated to the memory, and if the slopes are similar, the three points are the same. It is stored in the coordinate group (STEP D).
단계(STEP E)에서는 상기 과정(STEP B-STEP D)을 i+N이 될때까지, 즉 모든 좌표 정보에 대해서 실행하였는가를 검증하여, 실행하였으면 동일 좌표군 내에 있는 점들을 대표하는 유효 직선을 구한다(STEP F).In step STEP E, verify whether the above steps (STEP B-STEP D) are executed until i + N, i.e., all coordinate information, and if executed, obtain a valid straight line representing points in the same coordinate group. (STEP F).
이어서 단계(STEP G)에서는, 상기 단계(STEP F)에서 구한 유효 직선과 같은 방향으로 일정한 폭 간격으로 가상의 평행선을 그어 그 평행선의 갯수를 구한다.Subsequently, in step STEP G, virtual parallel lines are drawn at regular width intervals in the same direction as the effective straight line obtained in step STEP F, and the number of the parallel lines is obtained.
그리고, 상기 단계(STEP G)에서 구한 평행선의 갯수가 최소가 되는 유효 직선을 검색하여 그 유효 직선을 최적의 경로 방향으로 선택하고, 이를 저장한다.Then, the effective straight line is searched for the minimum number of parallel lines obtained in the step (STEP G), the effective straight line is selected as the optimal path direction and stored.
이와같이하여 영역 분할의 기준 방향이 결정되면, 다음 단계(STEP 2)를 실행한다.In this way, when the reference direction of the area division is determined, the next step (STEP 2) is executed.
[제2단계[STEP 2]][Step 2 [STEP 2]]
상기 제1단계에서 결정된 기준방향과 평행하게 일정한 폭 간격으로 가상의 평행선을 도면 제10도의 (b)와 같이 그어준다.An imaginary parallel line is drawn as shown in (b) of FIG. 10 at a constant width interval parallel to the reference direction determined in the first step.
[제3단계[STEP 3]; 영역 분할][STEP 3]; Zone Division]
제10도의 (c)에 나타낸 바와같이 연속하는 가상의 두 평행선의 시작점들 사이의 위치차(Δs)와 끝점들 사이의 위치차(Δe)를 구한 다음, 상기 두 위치차(Δs,Δe)를 일정한 값과 비교하여 일정한 값보다 작으면 동일한 영역으로, 크면 서로 다른 영역으로 구분하여 위치 좌표(P0-PN)들을 기억시켜 청소 공간을 N개의 영역으로 분할한다.As shown in (c) of FIG. 10, the position difference [Delta] s between the start points of two consecutive virtual parallel lines and the position difference [Delta] e between the end points are obtained, and then the two position differences [Delta] s, [Delta] e are calculated. Compared to a certain value, the cleaning space is divided into N areas by storing the location coordinates P0-PN by dividing the same area into smaller areas and different areas, respectively.
[제4단계[STEP 4]; 각 영역 내부의 최적의 경로 방향 결정][Step 4] [STEP 4]; Determination of Optimal Path Direction Inside Each Area]
상기 제3단계에서 분할된 N개의 각각의 영역에 대하여 상기 제9도와 동일한 방법으로 평행선의 갯수가 최소가 되는 유효 직선의 방향을 구하여 제10도의 (c)와 같이 각 영역에 대한 최적의 경로 방향으로 결정해준다.With respect to each of the N areas divided in the third step, the effective straight line direction in which the number of parallel lines is minimized is obtained in the same manner as in FIG. 9, and the optimal path direction for each area is as shown in (c) of FIG. You decide.
[제5단계[STEP 5]; 영역 내부의 경로 생성과 결정][Step 5] [STEP 5]; Generation and Determination of Paths in an Area]
상기 제4단계에서 구한 최적의 경로 방향과 평행하게 일정한 폭 간격으로 평행선을 그어 청소 공간의 외곽과 만나는 점들을 구한다.The parallel lines are drawn at regular width intervals in parallel with the optimal path direction obtained in the fourth step to find the points that meet the outside of the cleaning space.
구해진 점들중에서 제10도의 (d)와 같이 시작점은 시작점 끼리, 끝점은 끝점 끼리 번갈아 가면서 지그재그로 연결하는 경로를 각각의 분할된 영역에 대한 최적의 청소 경로로 결정한다.Among the points obtained, as shown in (d) of FIG. 10, the starting point alternates between the starting point and the ending point, and the end point is determined as the optimal cleaning path for each divided region.
[제6단계[STEP 6]][Step 6 [STEP 6]]
상기 제4단계와 제5단계의 과정을 상기 제3단계에서 분할된 모든 영역에 대하여 실행하여, 계획되지 않은 청소 영역이 없도록 반복한다.The steps 4 and 5 are performed for all areas divided in the third step, so that there are no unplanned cleaning areas.
이와같이하여 전체 청소할 공간을 분할된 청소 영역으로 나눈 후, 이 나뉘어진 청소 영역에서 그 영역의 형태에 가장 적합한 최적의 청소 경로를 계획하게 되는 것이다.In this way, after dividing the entire area to be cleaned into divided cleaning areas, the optimal cleaning path is best planned for the shape of the divided areas.
이후에는 상기한 바와같이 청소기의 위치를 측정하고, 청소기가 계획된 경로로부터 이탈된 거리(Δd)와, 계획된 경로 방향과 청소기의 방향과의 차이(Δt)를 퍼지 입력으로 하고, 청소기의 주행 속도(v)와 방향(w)을 퍼지 출력으로 하는 퍼지 제어로 청소기가 계획된 경로를 잘 추종하도록 제어하여, 설정된 마지막 경로를 추종하고 나서 청소기는 정지한다.Thereafter, as described above, the position of the cleaner is measured, and the distance Δd deviated from the planned path of the cleaner, and the difference Δt between the planned path direction and the direction of the cleaner as a purge input, and the traveling speed of the cleaner ( v) and direction (w) are controlled so that the cleaner follows the planned route by purge control with the purge output, and the cleaner stops after following the last set route.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 자동 주행 청소기의 최적 청소 경로 계획 방법에 의하면, 청소 경로의 방향을 각 영역에 따라서 독립적으로 설정하므로, 전체 청소 공간에 대해서 최적의 경로를 계획할 수 있다.As described above, according to the optimum cleaning path planning method of the automatic traveling cleaner of the present invention, since the direction of the cleaning path is set independently according to each area, the optimal path can be planned for the entire cleaning space.
또한, 본 발명에 의하면 최적의 청소 경로를 계획하기 때문에 청소기가 불필요한 방향 반전을 반복하는 현상을 배재시킬 수 있고, 좁고 긴 공간을 효율적으로 청소할 수 있으며, 청소 영역의 형태에 따라 적절한 방법으로 청소기가 주행하면서 청소를 실행할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, because the optimum cleaning path is planned, it is possible to eliminate the phenomenon in which the cleaner repeats unnecessary direction reversal, to efficiently clean a narrow and long space, and to clean the cleaner in a suitable manner according to the type of cleaning area. There is an effect that cleaning can be performed while driving.
또한, 본 발명에 의하면 최적의 청소 경로를 계획하여 이를 추종하기 때문에 청소 시간을 단축할 수 있고, 청소 불량의 발생을 예방하여 기기에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the optimum cleaning path is planned and followed, the cleaning time can be shortened, and the occurrence of cleaning failure can be prevented, thereby improving the reliability of the device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |