WO2019027140A1 - 청소 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

청소 로봇 및 그 제어방법 Download PDF

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WO2019027140A1
WO2019027140A1 PCT/KR2018/006849 KR2018006849W WO2019027140A1 WO 2019027140 A1 WO2019027140 A1 WO 2019027140A1 KR 2018006849 W KR2018006849 W KR 2018006849W WO 2019027140 A1 WO2019027140 A1 WO 2019027140A1
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WO
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cleaning robot
obstacle
main body
touch
unit
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PCT/KR2018/006849
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김화성
박창현
조수호
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삼성전자주식회사
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    • A47L2201/06—Control of the cleaning action for autonomous devices; Automatic detection of the surface condition before, during or after cleaning

Definitions

  • the present invention relates to a cleaning robot and a control method thereof, and more particularly, to a cleaning robot for detecting an obstacle through a change in permittivity sensed during traveling in a cleaning space and changing the movement path, and a control method thereof.
  • the cleaning robot is a device for automatically cleaning the cleaning space by suctioning foreign substances such as dust accumulated on the floor while driving the cleaning space without user's operation. That is, the cleaning robot runs the cleaning space and cleans the cleaning space.
  • the cleaning robot runs the brush as it passes through the liquid. In this case, the brush will get wet and will not be cleaned properly. In addition, the cleaning robot becomes dirty by the liquid, and various constitutions of the cleaning robot may be damaged due to the development of the liquid.
  • One aspect of the disclosed invention is to prevent a malicious object from being introduced into a dirt receptacle by performing a traveling operation in which an obstacle such as liquid is detected and avoided before running the cleaning robot, And to provide a cleaning robot and a control method thereof.
  • Another aspect of the present invention is to provide a cleaning robot and a control method therefor that can distinguish obstacles according to changes in permittivity and prevent the cleaning robot from malfunctioning according to obstacles by variously changing the operation of the cleaning robot according to the types of obstacles I want to.
  • a cleaning robot comprising: a main body; A traveling part for moving the main body; An electrode plate provided on a bottom surface of the body, and a touch IC for sensing a change in capacitance sensed by the electrode plate; And a control unit for determining an obstacle based on a signal transmitted from the obstacle detection unit and controlling the driving unit.
  • the touch IC may be provided on a PCB (Printed Circuit Board) substrate including the electrode plate.
  • PCB Print Circuit Board
  • the main body may further include a sub body provided toward the front of the main body, and the obstacle detecting unit may be provided in the sub body toward the traveling direction in which the main body travels by the traveling unit.
  • the electrode plate may be arranged in at least one pad shape and may be provided on the bottom surface of the main body at a predetermined interval.
  • the electrode plate may be provided at a predetermined distance between the main body and the bottom surface.
  • the touch IC and the electrode plate may be provided in the sub-body toward the side of the traveling direction in which the main body travels by the travel portion.
  • a storage unit for storing an average value of the capacitances transmitted by the touch IC while the main unit is traveling by the travel unit.
  • the controller may change the traveling direction of the main body by controlling the traveling unit when the difference between the measured value of the capacitance sensed by the touch IC and the average value exceeds a preset reference value while the main body is traveling.
  • the controller may determine the type of the obstacle by comparing the measured value of the capacitance sensed by the touch IC while the main body is running with the stored average value and change the operation of the traveling unit based on the type of the obstacle.
  • the controller may determine the type of the obstacle based on whether a difference between the measured value and the average value is within a preset range.
  • the measured value may include a partial average value of a change value of the capacitance collected by the touch IC for a predetermined time.
  • the storage unit may store a map of the cleaning space based on a space in which the travel unit moves, and the control unit may modify the stored map based on the determined obstacle.
  • a control method for a cleaning robot including an electrode plate provided on a main body and a touch IC for detecting a change in capacitance caused by the electrode plate, Storing an average value of the change in the capacitance detected by the touch IC in the space; Comparing the stored average value with a measured value sensed by the upper touch IC while the main body is traveling; And controlling the traveling direction of the main body based on the comparison result.
  • the measured value may include a partial average value of a change value of a capacitance that the touch IC collects for the predetermined time.
  • the comparison may include determining whether a difference between the partial average value and the average value exceeds a preset reference value.
  • the cleaning robot and the cleaning robot control method detect the obstacle such as liquid before running the cleaning robot and run to avoid the obstacle, It is possible to prevent the inflow of odor and prevent damage of the cleaning robot part by the liquid.
  • control method of the cleaning robot and the cleaning robot according to the other aspect can classify the types of obstacles according to the variation of the permittivity, and various actions of the cleaning robot are changed according to the types of the obstacles, can do.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a cleaning robot system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the appearance of a cleaning robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a control block diagram of a cleaning robot according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a control block diagram for explaining a process in which the cleaning robot 100 according to an embodiment of the present invention senses an obstacle and sends and receives a control signal required to perform the avoidance operation.
  • 5 and 6 are views for explaining an obstacle detecting unit according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example in which the obstacle detecting unit is provided in the cleaning robot.
  • FIG 8 and 9 are views for explaining a method of detecting an obstacle by the obstacle detecting unit according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a control method of a cleaning robot for avoiding an obstacle according to an embodiment.
  • 11A and 11B are graphs for explaining a method for determining an obstacle according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a determination method for avoiding an obstacle such as a liquid.
  • 13A and 13B are graphs for explaining a method of preventing a fall of a cleaning robot according to another embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a judging method for avoiding the risk of falling.
  • 15 is a graph for explaining a criterion for the controller to determine the type of an obstacle according to another embodiment.
  • 16 is a flowchart for explaining a method for the controller to determine the type of an obstacle according to another embodiment.
  • connection when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only the case directly connected but also the case where the connection is indirectly connected, and the indirect connection includes connection through the wireless communication network do.
  • a member when a member is located on another member, it includes not only when a member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.
  • first, second, etc. are used to distinguish one element from another, and the elements are not limited by the above-mentioned terms.
  • the identification code is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of the steps, and each step may be performed differently from the stated order unless clearly specified in the context. have.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a cleaning robot system according to an embodiment of the present invention
  • a cleaning robot system 1 includes a cleaning robot 100 for performing an operation while autonomously moving a predetermined area, a cleaning robot 100 separated from the cleaning robot 100, And a charging station 300 which is separated from the cleaning robot 100 and charges the battery power of the cleaning robot 100.
  • the cleaning robot 100 receives the control command of the device 200 and performs an operation corresponding to the control command.
  • the cleaning robot 100 includes a rechargeable battery and includes an obstacle detector 140 (see FIG. 3) capable of avoiding obstacles during traveling So that an obstacle located in the cleaning space can be detected.
  • the cleaning robot 100 may perform localization and map-building processes for creating a map from information on the cleaning space through the image acquisition unit 150 (FIG. 3), that is, to perform visual SLAM have.
  • the cleaning robot 100 according to the disclosed embodiment can perform the evasive travel by collectively judging the created map and the detected obstacle data.
  • the cleaning robot 100 may include various forms other than those shown in FIG.
  • the cleaning robot 100 including the traveling wheel 163 will be described as an embodiment.
  • the disclosed cleaning robot 100 may be provided in various configurations other than the wheel, and is not limited.
  • the device 200 is a remote control device for wirelessly transmitting a control command for controlling the movement of the cleaning robot 100 or performing the operation of the cleaning robot 100.
  • the device 200 includes a mobile phone (Cellphone, PCS phone), a smart phone a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a netbook, a tablet, and a navigation.
  • a mobile phone Cellphone, PCS phone
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • laptop computer a digital broadcasting terminal
  • netbook a netbook
  • a tablet and a navigation.
  • the device 200 includes all devices capable of implementing various functions using various application programs, such as a digital camera, a camcorder, etc., in which wired / wireless communication functions are incorporated.
  • the device 200 may be a simple remote control.
  • the remote controller generally transmits and receives signals to and from the cleaning robot 100 using an infrared data association (IrDA).
  • IrDA infrared data association
  • the device 200 may be implemented as a radio frequency (RF), a wireless fidelity, a Wi-Fi, a Bluetooth, a Zigbee, a near field communication (NFC), an ultra wide band (UWB) Communication can be transmitted and received between the cleaning robot 100 and the cleaning robot 100 by using various methods such as communication and communication and it is possible to transmit and receive wireless communication signals between the device 200 and the cleaning robot 100, Do.
  • RF radio frequency
  • Wi-Fi Wireless Fidelity
  • Bluetooth Wireless Fidelity
  • Zigbee Zigbee
  • NFC near field communication
  • UWB ultra wide band
  • the device 200 communicates with the communication unit 190 (see FIG. 3) provided in the cleaning robot 100, and can remotely control the cleaning robot 100.
  • the device 200 includes a power button for turning on / off the power of the cleaning robot 100, a charge return button for instructing the cleaning robot 100 to return to the charging station 300 for charging the battery, A mode button for changing the control mode of the cleaning robot 100, a start / stop button for starting / stopping the operation of the cleaning robot 100, or for starting, canceling and confirming the control command, a dial .
  • the device 200 transmits a signal transmitted by the provided button to the communication unit 190 of the cleaning robot 100.
  • the charging station 300 is for charging the battery of the cleaning robot 100 and is provided with a guide member (not shown) for guiding the cleaning robot 100 to be docked.
  • a cleaning robot 100 A connection terminal (not shown) may be provided to charge the power supply unit 130 provided in the power supply unit 130.
  • FIG. 2 is a schematic view of the appearance of a cleaning robot according to an embodiment of the present invention.
  • the cleaning robot 100 includes a main body 101 forming an outer appearance, a cover 102 covering an upper portion of the main body 101, a traveling portion 160 for moving the main body 101, A power supply unit 130 for supplying driving power for driving other components provided in the main body 101 and a cleaning unit 170 for performing the main function of the cleaning robot 100.
  • the cover 102 forms an outer appearance of the cleaning robot 100, and protects various components provided in the main body 101. 2, the cover 102 may include an input button group 121 and a display 123 necessary for operation of the user interface 120 (see FIG. 3) for communicating with the user .
  • the main body 101 supports various components and structures installed therein.
  • the power supply unit 130 includes a battery that is electrically connected to each load for driving the traveling unit 160 and the main body 101 to supply driving power.
  • the battery is provided with a rechargeable secondary battery.
  • the main body 101 completes the operation and is coupled to the charging station 300, the battery is charged with electric power from the charging station 300.
  • the power supply unit 130 receives a charging current from the charging station 300 when the remaining charge is insufficient.
  • the power supply unit 130 may transmit power to the drive motor 161 in order to move the main body 101.
  • the power supply unit 130 may transmit power to various configurations provided in the main body 101.
  • the driving motor 161 provides a driving force for driving the traveling wheels 163 so that the main body 101 can perform forward, backward, and rotational traveling operations in the course of performing operations.
  • the main body 101 may be provided with a traveling wheel 163 whose angle of rotation varies according to the state of the floor on which the cleaning robot 100 moves.
  • the traveling wheels 163 may be provided on both sides of the main body 101 and include a left traveling wheel 163a (see FIG. 7) provided on the left side with respect to the front of the cleaning robot 100, And a right traveling wheel 163b (see Fig. 7).
  • the traveling wheel 163 rotates forward or backward according to a command from a control unit 110 (see FIG. 3) to be described later so that the cleaning robot 100 can move forward, backward, or rotate.
  • the control unit 110 rotates the traveling wheel 163 in the forward or backward direction so that the cleaning robot 100 travels forward or backward.
  • the right traveling wheel 163b is rotated in the forward direction so that the cleaning robot 100 rotates in the leftward direction with respect to the front, and the right traveling wheel 163b
  • the left traveling wheel 163a may be rotated in the forward direction to rotate the cleaning robot 100 in the right direction with respect to the front.
  • the main body 101 includes a brush driving motor 171 for driving the drum brush 173 (see Fig. 7) among the constituent elements of the cleaning part 170, and is configured to store the dust sucked by the drum brush 173 And may include a dust container 179.
  • the cleaning robot 100 may include various configurations not specifically described in FIG. 2, such as an upper camera module 151 that captures the ceiling of the cleaning space.
  • FIG. 3 is a control block diagram of a cleaning robot according to an embodiment.
  • the cleaning robot 100 includes a user interface 120 for interacting with a user, a power supply 130 for supplying power to a configuration in which the cleaning robot 100 operates, An image acquisition unit 150 for acquiring a peripheral image of the cleaning robot 100, a traveling unit 160 for moving the cleaning robot 100, a cleaning unit 170 for cleaning the cleaning space, A storage unit 180 for storing programs and data related to the operation of the cleaning robot 100, a communication unit 190 for communicating with the device 200 or an external device, and a controller 110 for controlling the operation of the cleaning robot 100 May be provided.
  • the user interface 120 may be provided on the upper surface of the main body 101 of the cleaning robot 100.
  • the user interface 120 may include a plurality of input buttons 121 and a cleaning robot 100, And a display 123 for displaying operation information of the display device.
  • the plurality of input buttons 121 include a power button 121a for turning on or off the cleaning robot 100, an operation button 121b for operating or stopping the cleaning robot 100, And a return button 121c for returning to the home position (not shown).
  • Each of the buttons included in the plurality of input buttons 121 may include a push switch for sensing pressure of a user and a membrane switch or a touch switch for sensing contact of a user's body part. Etc. may be employed.
  • the display 123 displays the information of the cleaning robot 100 in response to a control command inputted by the user. For example, the display 123 displays the operation state of the cleaning robot 100, the state of the power supply, A cleaning mode, a return to the charging station, and the like.
  • the display 123 may include a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), or a liquid crystal display (Liquid Cystal Display).
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • LCD liquid crystal display
  • the display 123 may employ a touch screen panel (TSP) that receives a control command from a user and displays operation information corresponding to the received control command.
  • TSP touch screen panel
  • the touch screen panel includes a display for displaying operation information and control commands that can be input by a user, a touch panel for detecting coordinates of a part of the user's body contacted, And a touch screen controller for determining the input command.
  • the touch screen controller can recognize the control command inputted by the user by comparing the touch coordinates of the user detected through the touch panel with the coordinates of the control command displayed through the display.
  • the power supply unit 130 supplies power to the cleaning robot 100 so that each configuration of the cleaning robot 100 can operate while the cleaning robot 100 travels in the cleaning space.
  • the power supply unit 130 is provided as a battery in the main body 101 so that the cleaning robot 100 can supply power even after the cleaning robot 100 is separated from the workstation 300.
  • the power supply unit 130 may transmit the remaining power amount to the control unit 110.
  • the obstacle detecting unit 140 detects an obstacle that obstructs the movement of the cleaning robot 100.
  • the obstacle may include the shape of a floor protruding from the floor of the cleaning space to obstruct the movement of the cleaning robot 100 or to be hollowed out from the bottom of the cleaning space to obstruct movement of the cleaning robot 100.
  • the obstacle when the obstacle includes a liquid such as urine of a pet dog flowing on the floor, or when the cleaning robot 100 sucks the cleaning robot 100 through the brush 173 or the like into the dust box 179, ≪ / RTI &
  • the obstacle may include furniture such as a table, a sofa, a wall for partitioning the cleaning space, or a porch lower than the floor of the cleaning space. In the case of a low porch, This may include areas that may fall.
  • the obstacle detecting unit 140 can detect an obstacle by detecting a change in the permittivity, and can also determine the type of the obstacle.
  • the obstacle detecting unit 140 may include an electrode plate 141 and a touch IC (Integrated Circuit) 143.
  • the electrode plate 141 may be a general lead conductor formed of copper (Cu), and may accumulate charges together with an obstacle on the bottom according to the potential applied by the touch IC 143.
  • the touch IC 143 senses a change in capacitance according to an obstacle of the electrode plate 141.
  • the touch IC 143 can detect changes in minute capacitance up to a sensitivity of 90K, and can be mainly used in an IC chip that recognizes a user's touch in a smart phone or the like.
  • the touch IC 143 transmits the sensed capacitance change to the control unit 110.
  • the control unit 110 determines the obstacle based on the detection value transmitted by the touch IC 143. [ The control unit 110 determines whether the obstacle has passed through the touch IC 143
  • the obstacle detecting unit 140 may detect the obstacle by collecting the reflected light after illuminating the front or the side of the cleaning robot 100 in addition to the configuration for detecting the obstacle through the change of the correction capacity according to the example described above Sensor module may be included together.
  • the image acquisition unit 150 may include an upper camera module 151 for acquiring an image of the ceiling of the cleaning robot 100 and a front camera module 153 for acquiring images of the direction of the cleaning robot 100 .
  • the upper camera module 151 may include an image sensor (not shown) provided on the upper surface of the cleaning robot 100 to acquire an image of the upper side of the cleaning robot 100, that is, a ceiling image of the cleaning space.
  • the front camera module 153 may include an image sensor (not shown) provided on the front surface of the cleaning robot 100 and acquiring an image of the cleaning robot 100 in the traveling direction.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • CCD Charge Coupled Device
  • the image acquiring unit 150 may transmit the images acquired by the upper camera module 151 and the front camera module 153 to the controller 110.
  • the control unit 110 can create a map of the cleaning space based on the acquired image. Based on the created map, the cleaning robot 100 can determine its own position. Specifically, the controller 110 extracts feature points from the images acquired by the upper camera module 151 and the forward camera module 153, and calculates the distance of movement of the cleaning robot 100, And the moving speed of the vehicle. In addition, the controller 110 can determine the position of the cleaning robot 100 based on the moving distance, the moving direction, and the moving speed of the cleaning robot 100.
  • the traveling unit 160 moves the cleaning robot 100 and may include a wheel driving motor 161, a traveling wheel 163 and a caster wheel 165 as shown in FIGS.
  • the wheel driving motor 161 generates a rotational force for rotating the traveling wheel 163 and moves the cleaning robot 100 under the control of the control unit 110.
  • the wheel drive motor 161 may include a plurality of motors for independently traveling the left traveling wheel 163a and the right traveling wheel 163b.
  • the wheel driving motor 161 is provided by the left driving motor 161a and the right driving motor 161b
  • the left driving wheel 161a and the right driving motor 161b drive the left driving wheel 163a
  • the right traveling wheel 163b can rotate independently of each other.
  • the cleaning robot 100 can perform various travels such as forward travel, backward travel, rotation travel, and in-situ rotation.
  • the cleaning robot 100 moves forward (advances) forward, and all of the left and right traveling wheels 163a and 163b rotate in the second direction
  • the main body 101 can be linearly moved backward (backward).
  • the cleaning robot 100 rotates to the right or left.
  • the cleaning robot 100 can rotate clockwise or counterclockwise in place.
  • control unit 110 can execute the avoiding operation of the cleaning robot 100 after the obstacle is detected.
  • the caster wheel 165 is installed on the bottom surface of the main body 101 and the rotation axis of the caster wheel 165 can be rotated according to the moving direction of the cleaning robot 100.
  • the caster wheel 165 in which the rotation axis of the wheel rotates in accordance with the moving direction of the cleaning robot 100 does not interfere with the running of the cleaning robot 100 so that the cleaning robot 100 can travel in a stable posture do.
  • the driving unit 160 drives the motor driving circuit (not shown) that supplies the driving current to the wheel driving motor 163 in accordance with the control signal of the controller 110, the rotating force of the wheel driving motor 161 to the driving wheel 163 (Not shown) for detecting the rotational displacement and the rotational speed of the power transmitting module (not shown), the wheel driving motor 161 or the traveling wheel 163, and the like.
  • the cleaning unit 170 includes a drum brush 173 for scattering dust on the bottom of the cleaning area, a brush drive motor 171 for rotating the drum brush 173, a dust suction fan 177 for sucking scattered dust, A dust suction motor 175 for rotating the fan 177, and a dust container 179 for storing the sucked dust.
  • the drum brush 173 is provided on the dust suction port 105 formed on the bottom surface of the sub body 103, and rotates around a rotation axis provided horizontally with the cleaning floor of the sub body 103, The dust on the floor is scattered to the inside of the dust inlet 105.
  • the brush driving motor 171 is provided adjacent to the drum brush 173 and rotates the drum brush 173 according to a cleaning control signal of the controller 110.
  • the cleaning unit 170 includes a motor driving circuit (not shown) for supplying a driving current to the brush driving motor 171 in response to a control signal from the control unit 110, a rotational force of the brush driving motor 171 to the drum brush 173 And a power transmission module (not shown).
  • the dust suction fan 177 is provided in the main body 101 as shown in FIG. 2, and sucks the dust scattered by the drum brush 173 into the dust container 179.
  • the dust suction motor 175 is provided at a position adjacent to the dust suction fan 177 and rotates the dust suction fan 177 according to a control signal of the controller 110.
  • the cleaning unit 170 is connected to a motor driving circuit (not shown) that supplies a driving current to the dust suction motor 175 in accordance with a control signal of the control unit 110, a rotating force of the dust suction motor 175 to the dust suction fan 177 And a power transmission module (not shown) for transmitting the power.
  • a motor driving circuit (not shown) that supplies a driving current to the dust suction motor 175 in accordance with a control signal of the control unit 110, a rotating force of the dust suction motor 175 to the dust suction fan 177
  • a power transmission module (not shown) for transmitting the power.
  • the dust container 179 is provided in the main body 101 as shown in FIG. 2, and stores the dust sucked by the dust suction fan 177.
  • the cleaning unit 170 may include a dust guide pipe for guiding the dust sucked through the dust suction port 105 of the service body 103 to the dust container 179 provided in the main body 101.
  • the storage unit 180 may store control programs and control data for controlling the cleaning robot 100 and various application programs and application data that perform various functions according to user inputs.
  • the storage unit 180 stores an OS (Operating System) program that manages the configuration and resources (software and hardware) included in the cleaning robot 100, and a change in capacitance detected by the obstacle detecting unit 140 A avoidance program for judging and distinguishing the obstacle, a motor control program for controlling the drive unit 161 and the drive motors 161 and 171 included in the drive unit 160 and the drive unit 170, and the like.
  • OS Operating System
  • the storage unit 180 stores an OS (Operating System) program that manages the configuration and resources (software and hardware) included in the cleaning robot 100, and a change in capacitance detected by the obstacle detecting unit 140 A avoidance program for judging and distinguishing the obstacle, a motor control program for controlling the drive unit 161 and the drive motors 161 and 171 included in the drive unit 160 and the drive unit 170, and the like.
  • OS Operating System
  • the storage unit 180 may operate as an auxiliary storage device of the memory 115, which will be described below.
  • the storage unit 180 may include a nonvolatile memory in which a program or data is not lost even if the power is turned off.
  • the storage unit 180 may include a hard disk drive 181 or a solid state drive 183 or the like.
  • the storage unit 180 may store map data indicating a map of the cleaning space generated before the first running of the cleaning robot 100 in the nonvolatile memory.
  • the map of the cleaning space includes a topological map including a connection relationship between a plurality of cleaning areas included in the cleaning space, a metric map indicating the shape of the cleaning space and a position of the obstacles, ) Or a geometry map (hereinafter referred to as a " grid map ").
  • the grid map expresses the cleaning space by spatial decomposition of the cleaning space, and can express arbitrary structures and objects.
  • the phase map expresses connectivity between a plurality of cleaning areas or a plurality of objects, and can abstract the cleaning space into a plurality of cleaning areas and connection lines connecting the cleaning areas.
  • Such a grid map and a topological map can be generated before the cleaning robot 100 runs the cleaning space for the first time and can be stored in the storage unit 180.
  • the cleaning robot 100 may update the phase map and the grid map stored in the storage unit 180 based on the detected obstacle while the robot is moving in the cleaning space.
  • the storage unit 180 may recognize an obstacle along with a map of the cleaning space, and store a change in the capacitance. For example, if the obstacle is an object fixed for a certain period of time such as a table or a carpet, the storage unit 180 substitutes and stores the average value of the capacitance related thereto.
  • the cleaning robot 100 can detect a change in capacitance with respect to a liquid such as a temporary obstacle, for example, urine of a dog while traveling.
  • the storage unit 180 may transmit the stored average value to the controller 110.
  • the controller 110 may compare the result of the detection by the obstacle detector 140 with an average value to determine whether the obstacle is an obstacle. A detailed description related to this will be given later with reference to FIG. 4 and the like.
  • the communication unit 190 exchanges data with an external device such as an access point (AP) that relays wireless communication, a user terminal capable of mobile communication, and other home appliances.
  • AP access point
  • the communication unit 190 may include various communication modules 191 and 193 and an antenna (not shown) according to a communication protocol.
  • the communication unit 190 may form a Bluetooth communication module 191 or a local area network (WLAN), which is widely used for exchanging data between a plurality of end nodes, or may be connected to a wide area network A Wi-Fi communication module 193 used for connection, and the like.
  • WLAN local area network
  • the cleaning robot 100 can receive map data from an external device through the communication unit 190 or can transmit map data to an external device.
  • the control unit 110 controls each configuration included in the cleaning robot 100.
  • the control unit 110 includes an input / output interface 117 for mediating data input / output between various components included in the cleaning robot 100 and the control unit 110, a memory 115 for storing programs and data, And a main processor 111 for performing arithmetic operations according to programs and data stored in the graphics processor 113 and the memory 113.
  • the control unit 110 may be provided with a data bus 119 for transmitting / receiving data between the input / output interface 117, the memory 115, the graphic processor 113, and the main processor 111.
  • the input / output interface 117 receives user commands received by the user interface 120, motion information of the cleaning robot 100 sensed by the motion sensing unit 130, obstacles detected by the obstacle detection unit 140, To the main processor 111, the graphics processor 113, the memory 115, and the like through the data bus 119.
  • the input / output interface 117 may transmit various control signals output from the main processor 111 to the user interface 120, the driving unit 160, or the cleaning unit 170.
  • the memory 115 stores control programs and control data for controlling the operation of the cleaning robot 100, user commands received by the user interface 120, motion information detected by the motion detection unit 130, The detected obstacle position information, and various control signals output by the main processor 111, for example.
  • the memory 115 may be a volatile memory such as an S-RAM or a D-RAM, as well as a flash memory, a read only memory, an erasable programmable read only memory (EPROM) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM).
  • the non-volatile memory may semi-permanently store a control program and control data for controlling the operation of the cleaning robot 100, and the volatile memory may store and retrieve control programs and control data from the non-volatile memory, Motion information detected by the motion detection unit 130, obstacle position information detected by the obstacle detection unit 140, and various control signals output by the main processor 111 can be stored.
  • the graphic processor 113 processes the image data acquired by the image acquisition unit 150. [ Thereafter, the graphics processor 113 can convert the image into a format that can be processed by the main processor 111, such as by converting it into an image having a resolution that the main processor 111 can process.
  • the main processor 111 processes the data stored in the memory 115 in accordance with the control program stored in the memory 115.
  • the main processor 111 processes the output signals of the obstacle detecting unit 140 and the image obtaining unit 150, and controls the driving unit 160 and the cleaning unit 170 by controlling the power supply unit 130 And generates a control signal.
  • the main processor 111 determines whether an obstacle is present based on the detection result transmitted from the touch IC 143.
  • the main processor 111 compares the average value of changes in the capacitance collected in advance in the cleaning space with the measured values (partial average values) of changes in the capacitance detected during the current running.
  • the main processor 111 may determine an obstacle based on whether the comparison result exceeds a preset reference.
  • the main processor 111 can also determine the type of the obstacle based on the magnitude of the compared difference value.
  • the main processor 111 may transmit a signal to each configuration to perform various control operations such as avoidance travel or brush reverse rotation.
  • the main processor 111 may insert an obstacle into the map of the cleaning space based on the type of the obstacle.
  • the names of the respective components included in the cleaning robot 100 may include a user interface 120, a power supply unit 130, an obstacle detection unit 140, an image acquisition unit 150, a traveling unit 160, a cleaning unit 170,
  • the storage unit 180, the communication unit 190, and the control unit 110, and each configuration included in the cleaning robot 100 may be referred to as another name performing the same function.
  • the cleaning robot 100 includes a user interface 120, a power source 130, an obstacle detector 140, an image acquisition unit 150, a traveling unit 160, a cleaning unit 170, a storage unit 180, the communication unit 190, and the control unit 110, and some configurations may be omitted or some configurations may be added as necessary.
  • the cleaning robot 100 may include various sensors for measuring acceleration, moving speed, moving displacement, and moving direction, etc., in order to sense the movement of the cleaning robot 100 while traveling in the cleaning space.
  • FIG. 4 is a control block diagram for explaining a process in which the cleaning robot 100 according to an embodiment of the present invention senses an obstacle and sends and receives a control signal required to perform the avoidance operation.
  • the obstacle detecting unit 140, the control unit 110, and the traveling unit 160 included in the cleaning robot 100 transmit signals for avoiding operations.
  • the electrode plate 141 causes a change in electrostatic capacitance based on the permittivity of the obstacle.
  • the electrostatic capacity is generated when the electrode plate 141 accumulates electric charges when a potential is given thereto.
  • the potential is given when the power supply unit 130 applies a voltage in accordance with the control signal of the control unit 110.
  • the controller 110 applies a voltage of 5V to the electrode plate 140, and the electrode plate 141 accumulates the charges through the electrode plate 140.
  • the touch IC 143 senses the electrostatic change caused by the electrode plate 141.
  • the touch IC 143 transmits a change in the sensed capacitance to the control unit 110.
  • the controller 110 may transmit a control signal to the touch IC 143 to detect a change in capacitance, if necessary.
  • the controller 110 and the touch IC 143 can send and receive signals through an SPI (Serial Peripheral Interface) bus.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the controller 110 can determine the presence of the obstacle and the type of the obstacle. Based on the determination result, the control unit 110 may transmit a control signal to the driving unit 160 to perform the avoiding operation.
  • the driving unit 160 reverses or temporarily stops the wheel driving motor 161 based on the control signal.
  • the cleaning robot 100 temporarily stops the traveling operation.
  • the traveling unit 160 may change the traveling path of the cleaning robot 100 by changing the rotating speed of the traveling wheels 163, thereby avoiding obstacles.
  • 24V denotes a driving voltage transmitted from the power supply unit 130 for driving the driving unit 160 by the control unit 110.
  • the present invention is not limited to this, and may vary depending on the size and specifications of the cleaning robot 100.
  • the obstacle detecting unit 140 may be variously provided that a plurality of electrode plates 141 are not necessarily provided in a pad shape.
  • the touch IC 143 is not necessarily provided in a single number, and can be variously modified. A detailed description thereof will be given later with reference to FIG. 5 and FIG.
  • FIG. 5 and 6 are views for explaining an obstacle detecting unit according to the embodiment. In order to avoid redundant explanations, the following description will be made.
  • a touch IC 143 for detecting a change in capacitance caused by an electrode plate 141 and an electrode plate and an obstacle in the obstacle detecting unit 140a is provided on a PCB (Printed Circuit Board) .
  • the touch IC 143 senses a change in capacitance that varies between the electrode plate 141 and the spaced apart obstacles and transmits a signal to the PCB substrate 145 to transmit the detection result to the controller 110.
  • the PCB board 145 has a predetermined size and may be formed of a module including an electrode plate 141 and a touch IC 143.
  • the PCB substrate 145 is provided with FR-4, and can be manufactured to have a certain width. If the obstacle detecting unit 140 is modularized as shown in FIG. 5, a plurality of modules can be attached to the cleaning robot 100.
  • the electrode plate 141 may be provided in a plurality of pads.
  • each of the electrode plates 141 is provided in a rectangular shape of 10 mm x 20 mm and can be attached to the PCB substrate 145 with a space therebetween.
  • the above-described numerical values are only examples and can be variously changed.
  • the touch IC 143 senses the respective electrostatic capacities changing in the plurality of electrode plates 141.
  • the touch IC 143 may be set to detect a change in capacitance with a sensitivity of 90K when the electrode plate 141 is spaced 5 mm from the bottom.
  • the present invention is not limited thereto, and various changes may be made.
  • the touch IC 143 can detect a change in capacitance according to the order of the electrode pads 141, and thus the position of the obstacle can be specifically determined.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example in which the obstacle detecting unit is provided in the cleaning robot.
  • the obstacle detecting unit 140 may be provided on the outer side of the sub body 103 provided forward from the main body 101 of the cleaning robot 100.
  • the obstacle detecting unit 140 can detect an obstacle before the drum brush 173, the driving wheels 163a and 163b, and the caster wheel 165 pass the obstacle.
  • the sub-body 103 of the cleaning robot 100 includes an electrode plate 141 provided on a PCB 145 in a plurality of pad types, a touch IC 143 for sensing a change in capacitance, And an obstacle detecting unit 140 including the obstacle detecting unit 140.
  • a plurality of obstacle detectors 140 may be provided on the side of the sub-body 103 in addition to the front. That is, the obstacle detection unit 140 may be provided on the PCB boards 145 and 145b provided on both sides of the PCB brush 145 and the PCB board 145 formed long in front of the cleaning robot 100.
  • the obstacle detecting unit 140 shown in FIG. 7 is merely an example of the cleaning robot 100, and various modifications may be made.
  • FIG 8 and 9 are views for explaining a method of detecting an obstacle by the obstacle detecting unit according to an embodiment. To avoid redundant explanations, the following will be described together.
  • the cleaning robot 100 may travel on the floor 11, which is an example of a cleaning space.
  • the liquid L may be present as an obstacle ahead of the cleaning robot 100.
  • the touch IC 143 senses the capacitance C1 between the bottom 11 and the electrode plate 141.
  • the controller 110 determines that there is no obstacle present on the floor due to the capacitance C1 depending on the dielectric constant between the floor 110 and the electrode plate 141.
  • the electrostatic capacity can be changed from C1 to C2 by the electrode plate 141 and the liquid L when the cleaning robot 100 moves forward.
  • the touch IC 143 senses the capacitance C2.
  • the controller 110 detects the presence or absence of the liquid L on the floor 11 through the difference between C1 and C2.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a control method of a cleaning robot for avoiding an obstacle according to an embodiment.
  • the obstacle detecting unit 140 of the cleaning robot 100 collects a change in capacitance (400).
  • the configuration for sensing the change in capacitance in the obstacle detecting unit 140 is the touch IC 143.
  • the touch IC 143 senses a change in the minute electrostatic capacitance which varies between the electrode plate 141 provided at the outer portion of the bottom surface of the sub-body 103 and the obstacle.
  • the touch IC 143 transmits the collected data to the controller 110.
  • the controller 110 stores the total average value of the collected data in the storage unit 180 (420).
  • the total average value means a numerical value of a change in the capacitance that is sensed when it is assumed that there is no obstacle in the cleaning space where the cleaning robot 100 travels. That is, the total average value is created while the cleaning robot 100 travels in the cleaning space, or is associated with previously stored map information.
  • the overall average value can be expressed as a measure of the change in capacitance that can be distinguished from the floor without carpet.
  • the cleaning robot 100 After the cleaning robot 100 has already secured the above average value, the cleaning robot 100 travels in the cleaning space (420).
  • the cleaning robot 100 operates the cleaning unit 170 to clean the cleaning space.
  • the obstacle detecting unit 140 can detect an obstacle that does not coincide with the overall average value, such as a liquid. That is, during traveling, the cleaning robot 100 collects the change in the capacitance collected in the traveling direction based on the result detected by the obstacle detecting unit 140.
  • the control unit 110 obtains an average value of a predetermined portion of the cleaning space in which the obstacle is located based on the sensed result (430).
  • the reason for obtaining the partial average value is to prevent an unnecessary avoidance operation caused by a momentary false detection. That is, the partial average value is a measurement value that senses a change in capacitance caused by an obstacle for a preset time.
  • the controller 110 compares the obtained partial average value with the total average value stored in advance (450).
  • the controller 110 determines that there is an unexpected obstacle in the running cleaning space. Also, the controller 110 may determine the type of the obstacle based on the degree of the compared difference value. A detailed description related to this will be given later with reference to the drawings.
  • control unit 110 controls the driving unit 160 to change the traveling route to travel, and determines to avoid the obstacle (450).
  • the control unit 110 may control the operation of the cleaning unit 170 while controlling the driving unit 160 so that an obstacle such as liquid does not touch the drum brush 173 or the like Can be controlled.
  • 11A and 11B are graphs for explaining a method for determining an obstacle according to an embodiment. To avoid redundant explanations, the following will be described together.
  • the X axis represents time (sec)
  • the Y axis represents the capacitance nF.
  • C1 represents the total average value of the change in the capacitance previously collected in the cleaning space.
  • the partial average value C2 of the capacitance sensed at the bottom of the cleaning space where the liquid exists may be different from the overall average value C1.
  • the control unit 110 can calculate the difference between the collected partial average value C2 and the total average value C1 as shown in FIG. 11B.
  • 11B is a graph showing the difference (C2-C1) between the partial average value and the total average value.
  • the controller 110 may determine that there is an obstacle such as a liquid in the sensed area.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a determination method for avoiding an obstacle such as a liquid.
  • the controller 110 calculates the difference between the partial average value and the total average value (500).
  • the difference between the partial average value and the overall average value can be a positive number and can be a negative number.
  • the type of the obstacle can be determined according to the size of the difference value and the degree of the difference.
  • the difference between the partial mean value and the total mean value may be positive.
  • the controller 110 compares the difference between the partial average value and the total average value with a preset reference value (510).
  • control unit 110 determines that the obstacle is not an obstacle to perform the avoidance driving and emits the traveling direction in step 511.
  • the controller 110 determines that there is an obstacle and switches the traveling direction (512).
  • FIGS. 13A and 13B are graphs for explaining a method of preventing a fall of a cleaning robot according to another embodiment. To avoid redundant explanations, the following will be described together.
  • the X axis represents time (sec)
  • the Y axis represents the capacitance nF.
  • the cleaning robot 100 can travel in a cleaning space where there is a risk of falling, such as a stairway, while driving.
  • the partial average value for the period of risk of falling may be obtained as shown in FIG. 13A.
  • the control unit 110 compares the average value of the capacitance with the partial average value measured in the space where there is a risk of falling.
  • the comparison result can be obtained as shown in FIG. 13B.
  • the difference between the partial average value and the overall average value may have a negative result.
  • the controller 110 can determine that there is a risk of a fall in the driving route.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a judging method for avoiding the risk of falling.
  • the controller 110 calculates the difference between the partial average value and the total average value (500).
  • the difference between the partial mean value and the total mean value may be negative.
  • the difference between the partial average value and the total average value is calculated as a negative value, as described in FIG.
  • the controller 110 compares the difference value between the partial average value and the total average value with a preset reference value (520).
  • control unit 110 determines that the obstacle is not an obstacle enough to execute the avoidance driving, and resumes the traveling direction (521).
  • the controller 110 determines that there is an obstacle and switches the traveling direction (522).
  • 15 is a graph for explaining a criterion for the controller to determine the type of an obstacle according to another embodiment.
  • the X axis represents the type of the obstacle
  • the Y axis represents the difference value calculated by the control unit 110.
  • the control unit 110 can classify the types of obstacles into fall detection (P0), general floor (P1), carpet (P2), liquid (P3), and metal (P4). If each obstacle has a different permittivity depending on the property, the touch IC 143 pairs the obstacle with the electrode plate 141 to detect a change in the capacitance.
  • the touch IC 143 transmits the difference (hereinafter, referred to as a difference value) between the partial average value and the total average value calculated according to the electrode plate 141 and the kind of the obstacle and the control unit 110 transmits the difference
  • the type of the obstacle that is currently detected can be determined. For example, if the calculated difference value has a value of 40 to 80 or less, the controller 110 may determine that the liquid P3 exists on the current traveling route. As another example, if the calculated difference value is -50, the control unit 110 can determine that there is a risk of falling in the current traveling route.
  • the reference value shown in FIG. 15 is merely an example and can be variously modified according to the sensitivity of the touch IC, the size of the electrode plate, and the capacitance.
  • 16 is a flowchart for explaining a method for the controller to determine the type of an obstacle according to another embodiment.
  • the controller 110 calculates a difference (hereinafter referred to as a difference) between the partial average value and the total average value.
  • the control unit 110 determines whether the difference value is less than P0 in FIG. 15 (600).
  • the controller 110 determines that the cleaning robot 100 on the current path is in danger of falling (601). Therefore, the control unit 110 cancels the current traveling route, and changes the route where there is a risk of falling, thereby performing the avoidance traveling (602).
  • the controller 110 determines whether the difference value exceeds P1 (610).
  • the controller 110 determines that the vehicle is running on the floor rather than changing the traveling. That is, the controller 110 determines that there is no obstacle, and maintains the current path (611).
  • the controller 110 determines whether the difference value exceeds P2 (620).
  • control unit 110 may determine that the cleaning robot 100 will drive the carpet. Accordingly, the control unit 110 controls the cleaning unit 170 (621).
  • the controller 110 determines that the cleaning robot is going to run the carpet
  • the controller 110 controls the dust suction motor 175 to increase the dust suction force of the dust suction fan 177 (622).
  • the controller 110 determines whether the difference value exceeds P3 (630).
  • control unit 110 may determine that the cleaning robot 100 will soon run the liquid.
  • the control unit 110 controls the driving unit 160 (631) because the cleaning operation of the cleaning robot 100 may be affected.
  • control unit 110 may perform an operation of avoiding an obstacle by a program stored in the storage unit 180, and the cleaning robot 100 performs avoidance driving (632).
  • the control unit 110 can determine that the cleaning robot 100 moves the cable made of metal. When the cable is moved, the cable can be sucked into the inlet of the dust container 179 by the rotation of the drum brush 173. These obstacles can subsequently reduce cleaning efficiency or cause failure.
  • control unit 110 controls the driving unit 160 and the cleaning unit 170 (640).
  • control unit 110 may change the travel route to the travel unit 160 to avoid a metal obstacle such as a cable.
  • controller 110 controls the brush driving motor 171 to rotate the drum brush 173 in reverse to prevent the cable from being sucked into the dust box, or to discharge the sucked cable (641).
  • the control method described with reference to FIG. 16 is merely an example, and the disclosed cleaning robot 100 can perform various control methods based on the detected obstacle.

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Abstract

개시된 발명은 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것으로써, 청소 공간을 주행 중에 감지되는 유전율의 변화를 통해 장애물을 감지하여 이동 경로를 변경하는 청소 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다. 개시된 청소 로봇은 본체; 상기 본체를 이동시키는 주행부; 상기 본체의 저면에 마련된 상기 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 장애물 검출부; 및 상기 장애물 검출부가 전달하는 신호에 기초하여 장애물을 판단하고, 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

청소 로봇 및 그 제어방법
개시된 발명은 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것으로써, 청소 공간을 주행 중에 감지되는 유전율의 변화를 통해 장애물을 감지하여 이동 경로를 변경하는 청소 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
청소 로봇은 사용자의 조작 없이 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 즉, 청소 로봇은 청소 공간을 주행하며 청소 공간을 청소한다.
종래의 청소 로봇은 장애물 검출을 위해서 광 센서를 사용하였다. 그러나 이러한 광 센서는 이동하는 경로의 바닥에 액체가 있는지 여부를 감지하지 못하는 문제점이 있었다.
이동하는 경로에 위치하는 바닥의 액체를 감지하지 못 하면, 청소 로봇은 액체를 지나가면서 브러시를 동작시킨다. 이 경우 브러시가 젖게 되어 이 후 청소가 제대로 이뤄지지 못 한다. 또한, 액체에 의해서 청소 로봇이 지저분해지고, 액체의 튐 현상에 의해서 청소 로봇의 각종 구성에 손상이 발생할 수도 있다.
대안으로 종래 청소 로봇은 수분을 감지하기 위해 전극 도선을 주행 바퀴에 마련하였다. 그러나 이러한 방법은 바퀴가 액체에 접촉하여야 액체의 존재여부를 감지할 수 있으므로, 액체가 있는 영역을 정확하게 회피할 수 없고, 바퀴에 액체가 묻어 있는 경우 지속적으로 오 감지를 유발할 수 있었다.
개시된 발명의 일 측면은 청소 로봇의 주행 전, 액체 등의 장애물을 감지하고 이를 회피하는 주행을 실시함으로써, 액체 물질을 먼지통에 유입되는 것을 방지하여 악취 유발을 방지하고, 액체의 의한 청소 로봇 부품의 손상을 방지하는 청소 로봇 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 개시된 다른 측면은 유전율의 변화에 따른 장애물의 종류를 구분할 수 있어, 장애물의 종류별로 청소 로봇의 동작을 다양하게 변경하여 장애물에 따른 청소 로봇의 고장을 방지하는 청소 로봇 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇은 본체; 상기 본체를 이동시키는 주행부; 상기 본체의 저면에 마련된 상기 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 장애물 검출부; 및 상기 장애물 검출부가 전달하는 신호에 기초하여 장애물을 판단하고, 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 터치 IC는, 상기 전극판을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 마련될 수 있다.
상기 본체는, 상기 본체의 전방을 향해 마련된 서브 바디;를 더 포함하고, 상기 장애물 검출부는, 상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 진행 방향을 향해 서브 바디에 마련될 수 있다.
상기 전극판은, 적어도 하나 이상의 패드 형상으로 배치되고, 미리 설정된 간격을 가지고 상기 본체의 저면에 마련될 수 있다.
상기 전극판은, 상기 본체와 바닥면 사이에 미리 설정된 거리로 이격되어 마련될 수 있다.
상기 터치 IC 및 상기 전극판은, 상기 서브 바디에서 상기 주행부에 의해 상기 본체가 주행하는 진행 방향의 측면을 향해 마련될 수 있다.
상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 터치 IC가 전달하는 상기 정전 용량의 평균값을 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 주행부를 제어하여 상기 본체의 진행 방향을 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 저장된 평균값을 비교하여 장애물의 종류를 판단하고, 상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 주행부의 동작을 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 범위 내에 포함되는지 여부에 기초하여 상기 장애물의 종류를 판단할 수 있다.
상기 측정값은, 미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함할 수 있다.
상기 저장부는, 상기 주행부가 이동하는 공간에 기초하여 청소 공간의 지도를 저장하고, 상기 제어부는, 상기 판단된 장애물에 기초하여 상기 저장된 지도를 수정할 수 있다.
개시된 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어방법은 본체에 마련된 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 청소 로봇의 제어방법에 있어서, 상기 청소 로봇이 주행하는 청소 공간에서 상치 터치 IC가 감지하는 상기 정전 용량의 변화의 평균값을 저장하고; 상기 저장된 평균값과 상기 본체가 주행하면서 상치 터치 IC가 감지하는 측정값을 비교하고; 상기 비교한 결과에 기초하여, 상기 본체의 진행 방향을 제어하는 것;을 포함한다.
상기 측정값은, 상기 미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함할 수 있다.
상기 비교하는 것은, 상기 부분 평균값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 것;을 포함할 수 있다.
전술한 과제 해결 수단에 의하면, 개시된 발명의 일 측면에 따른 청소 로봇 및 청소 로봇의 제어방법은 청소 로봇의 주행 전, 액체 등의 장애물을 감지하고 이를 회피하는 주행을 실시함으로써, 액체 물질을 먼지통에 유입되는 것을 방지하여 악취 유발을 방지하고, 액체의 의한 청소 로봇 부품의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 다른 측면에 따른 청소 로봇 및 청소 로봇의 제어방법은 유전율의 변화에 따른 장애물의 종류를 구분할 수 있어, 장애물의 종류별로 청소 로봇의 동작을 다양하게 변경하여 장애물에 따른 청소 로봇의 고장을 방지할 수 있다.
도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 의한 청소 로봇 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 개시된 일 실시예에 의한 청소 로봇의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)이 장애물을 감지하고 회피 동작을 실시하는데 필요한 제어 신호를 주고 받는 과정을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 장애물 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 장애물 검출부가 청소 로봇에 마련된 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따라 장애물 검출부가 액체를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따라 장애물을 회피하기 위한 청소 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따른 장애물을 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 액체와 같은 장애물을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예에 따라 청소 로봇의 추락을 방지하기 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 추락 위험을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 기준을 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 의한 청소 로봇 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 1에서, 개시된 발명의 일 실시예에 의한 청소 로봇 시스템(1)은 일정 영역을 자율적으로 이동하면서 작업을 수행하는 청소 로봇(100)과, 청소 로봇(100)과 분리되어 청소 로봇(100)을 원격으로 제어하는 디바이스(200)와, 청소 로봇(100)과 분리되어 청소 로봇(100)의 배터리 전원을 충전하는 충전 스테이션(300)을 포함한다.
청소 로봇(100)은 디바이스(200)의 제어 명령을 전달받아 제어 명령에 대응하는 동작을 수행하는 장치로, 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 검출부(140, 도 3 참조)를 구비하여 청소 공간에 위치한 장애물을 감지할 수 있다.
청소 로봇(100)은 영상 획득부(150, 도 3)를 통해 청소 공간에 대한 정보로부터 지도를 작성하는 위치 인식(Localization)과 지도 작성(Map-building)의 과정, 즉 visual SLAM을 수행할 수도 있다. 개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)은 작성된 지도 및 검출한 장애물 데이터를 종합하여 판단함으로써, 회피 주행을 실시할 수 있다.
장애물 검출에 대한 구체적인 설명은 이하의 도면을 통해서 후술한다.
청소 로봇(100)은 도 1에 도시된 형태 이외에도 다양한 형태를 포함할 수 있다. 이하에서는 주행 바퀴(163, 도 2참조)를 포함한 청소 로봇(100)을 실시예로 설명한다. 그러나 개시된 청소 로봇(100)은 바퀴 이외에도 다양한 구성으로 마련될 수 있으며, 제한은 없다.
디바이스(200)는 청소 로봇(100)의 이동을 제어하거나 청소 로봇(100)의 작업을 수행하기 위한 제어 명령을 무선으로 송신하는 원격 제어 장치로, 휴대폰(Cellphone, PCS phone), 스마트 폰(smart phone), 휴대 단말기(Personal Digital Assistants: PDA), 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player: PMP), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, 넷북, 태블릿, 네비게이션(Navigation) 등을 포함할 수 있다.
이외에도, 디바이스(200)는 유무선 통신 기능이 내장된 디지털 카메라, 캠코더 등과 같이 여러 응용 프로그램을 이용한 다양한 기능의 구현이 가능한 모든 장치를 포함한다.
디바이스(200)는 간단한 형태의 일반적인 리모컨일 수 있다. 리모컨은 일반적으로 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association)을 이용하여 청소 로봇(100)과 신호를 송수신한다.
디바이스(200)는 RF(Radio Frequency), 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 초광대역(Ultra Wide Band: UWB) 통신 등 다양한 방식을 이용하여 청소 로봇(100)과 무선 통신 신호를 송수신할 수 있으며, 디바이스(200)와 청소 로봇(100)이 무선 통신 신호를 주고 받을 수 있는 것이면, 어느 방식을 사용하여도 무방하다.
디바이스(200)는 청소 로봇(100)에 마련된 통신부(190, 도 3 참조)와 통신을 수행하고, 원격으로 청소 로봇(100)을 제어할 수 있다.
구체적으로 디바이스(200)는 청소 로봇(100)의 전원을 온/오프 제어하기 위한 전원 버튼과, 청소 로봇(100)의 배터리 충전을 위해 충전 스테이션(300)으로 복귀하도록 지시하기 위한 충전 복귀 버튼과, 청소 로봇(100)의 제어 모드를 변경하기 위한 모드 버튼과, 청소 로봇(100)의 동작을 시작/정지하거나 제어 명령의 개시, 취소 및 확인을 위한 시작/정지 버튼과, 다이얼 등을 포함할 수 있다.
디바이스(200)는 마련된 버튼이 전달하는 신호를 청소 로봇(100)의 통신부(190)로 전달한다.
충전 스테이션(300)은 청소 로봇(100)의 배터리 충전을 위한 것으로, 청소 로봇(100)이 도킹되는 것을 안내하는 가이드 부재(미 도시)가 마련되어 있고, 가이드 부재(미 도시)에는 청소 로봇(100)에 구비된 전원부(130)를 충전시키기 위해 접속 단자(미 도시)가 마련되어 있을 수 있다.
도 2는 개시된 일 실시예에 의한 청소 로봇의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에서, 청소 로봇(100)은 외관을 형성하는 본체(101)와, 본체(101)의 상부를 덮는 커버(102)와, 본체(101)를 이동시키는 주행부(160), 주행부(160) 및 본체(101)에 마련된 다른 구성을 구동시키기 위한 구동 전원을 공급하는 전원부(130) 및 청소 로봇(100)의 본원적 기능을 수행하는 청소부(170) 등 여러 구성을 포함한다.
커버(102)는 청소 로봇(100)의 외관을 형성하는 한편, 본체(101)에 마련된 각종 구성을 보호한다. 또한, 도 2에서는 구체적으로 도시하지 않았지만, 커버(102)는 사용자와 소통하기 위한 유저 인터페이스(120, 도 3참조)의 동작에 필요한 입력 버튼 그룹(121) 및 디스플레이(123)를 포함할 수 있다.
본체(101)는 그 내부에 설치되는 각종 부품 및 구성들을 지지한다.
구체적으로 전원부(130)는 주행부(160) 및 그 외 본체(101)를 구동시키기 위한 각 부하와 전기적으로 연결되어 구동 전원을 공급하는 배터리를 포함한다. 배터리는 재충전이 가능한 2차 배터리로 마련되며, 본체(101)가 작업을 완료하고 충전 스테이션(300)에 결합된 경우 충전 스테이션(300)으로부터 전력을 공급받아 충전된다. 전원부(130)는 충전 잔량이 부족하면 충전 스테이션(300)으로부터 충전 전류를 공급받아 충전된다.
전원부(130)는 본체(101)를 이동시키기 위해서 구동 모터(161)에 전원을 전달할 수 있다. 이외에도, 전원부(130)는 본체(101)에 마련된 각종 구성에 전원을 전달할 수도 있다.
구동 모터(161)는 본체(101)가 작업을 수행하는 과정에서 전진, 후진 및 회전주행 등의 이동 동작이 가능하도록 주행 바퀴(163)를 구동하기 위한 구동력을 제공한다.
본체(101)에는 청소 로봇(100)이 이동하는 바닥 면의 상태에 따라 회전하는 각도가 변화하는 주행 바퀴(163)가 설치될 수 있다.
구체적으로 주행 바퀴(163)는 본체(101)의 양 측면에 마련될 수 있으며, 청소 로봇(100)의 전방을 기준으로 좌측에 마련되는 좌측 주행 바퀴(163a, 도7 참조)와 우측에 마련되는 우측 주행 바퀴(163b, 도7 참조)를 포함할 수 있다.
주행 바퀴(163)는 후술하는 제어부(110, 도 3 참조)의 명령에 따라 전진 또는 후진 방향으로 각각 회전하여 청소 로봇(100)이 전진 또는 후진하거나 회전할 수 있도록 한다.
예를 들면 제어부(110)는 주행 바퀴(163)를 전진 또는 후진 방향으로 회전시켜 청소 로봇(100)이 전진 또는 후진 주행하도록 한다. 구체적으로 좌측 주행 바퀴(163a)를 후진 방향으로 회전시키는 동안 우측 주행 바퀴(163b)를 전진 방향으로 회전시켜 청소 로봇(100)이 전방을 기준으로 좌측 방향으로 회전하도록 하고, 우측 주행 바퀴(163b )를 후진 방향으로 회전시키는 동안 좌측 주행 바퀴(163a)를 전진 방향으로 회전시켜 청소 로봇(100)이 전방을 기준으로 우측 방향으로 회전하도록 할 수 있다.
이외에도 본체(101)는 청소부(170)의 구성 중, 드럼 브러쉬(173, 도 7 참조)를 구동시키기 위한 브러쉬 구동 모터(171)를 포함하며, 드럼 브러쉬(173)에 의해서 흡입된 먼지를 저장하는 먼지통(179)을 포함할 수 있다.
전술한 구성 이외에도 청소 로봇(100)은 청소 공간의 천장을 촬영하는 상방 카메라 모듈(151) 등 도 2에서 구체적으로 설명하지 않은 다양한 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 청소 로봇(100)의 내, 외부에는 사용자와 상호 작용하는 유저 인터페이스(120), 청소 로봇(100)이 동작하는 구성에 전원을 공급하는 전원부(130), 청소 공간의 장애물을 감지하는 장애물 검출부(140), 청소 로봇(100)의 주변 영상을 획득하는 영상 획득부(150), 청소 로봇(100)을 이동시키는 주행부(160), 청소 공간을 청소하는 청소부(170), 청소 로봇(100)의 동작과 관련된 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장부(180), 디바이스(200) 또는 외부 장치와 통신하는 통신부(190) 및 청소 로봇(100)의 동작을 제어하는 제어부(110)가 마련될 수 있다.
유저 인터페이스(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 본체(101) 상면에 마련될 수 있으며, 사용자로부터 제어 명령을 입력받는 복수의 입력 버튼(121)과 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이(123)를 포함할 수 있다.
복수의 입력 버튼(121)은 청소 로봇(100)을 온 또는 오프시키는 전원 버튼(121a), 청소 로봇(100)을 동작시키거나 정지시키는 동작 버튼(121b), 청소 로봇(100)을 충전 스테이션(미도시)으로 복귀시키는 복귀 버튼(121c) 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 복수의 입력 버튼(121)에 포함된 각각의 버튼은 사용자의 가압을 감지하는 푸시 스위치(push switch)와 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch) 등을 채용할 수 있다.
디스플레이(123)는 사용자가 입력한 제어 명령에 대응하여 청소 로봇(100)의 정보를 표시한다, 예를 들어, 디스플레이(123)는 청소 로봇(100)의 동작 상태, 전원의 상태, 사용자가 선택한 청소 모드, 충전 스테이션으로의 복귀 여부 등을 표시할 수 있다.
이와 같은 디스플레이(123)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)와 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 또는 액정 디스플레이(Liquid Cystal Display) 등을 채용할 수 있다.
또한, 디스플레이(123)는 사용자로부터 제어 명령을 입력받고, 입력받은 제어 명령에 대응하는 동작 정보를 표시하는 터치 스크린 패널(Touch SCeen Panel: TSP)을 채용할 수도 있다.
터치 스크린 패널은 동작 정보 및 사용자가 입력할 수 있는 제어 명령을 표시하는 디스플레이, 사용자의 신체 일부가 접촉한 좌표를 검출하는 터치 패널(touch panel), 터치 패널이 검출한 접촉 좌표를 기초로 사용자가 입력한 제여 명령을 판단하는 터치 스크린 컨트롤러를 포함할 수 있다.
터치 스크린 컨트롤러는 터치 패널을 통하여 검출하는 사용자의 터치 좌표와 디스플레이를 통하여 표시하는 제어 명령의 좌표를 비교하여 사용자가 입력한 제어 명령을 인식할 수 있다.
전원부(130)는 청소 로봇(100)이 청소 공간을 주행하는 동안 청소 로봇(100)의 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급한다.
전술한 바와 같이, 전원부(130)는 본체(101)에 배터리로 마련되어 청소 로봇(100)이 워크 스테이션(300)과 분리된 후에도 전원을 공급할 수 있도록 한다. 또한, 전원부(130)는 잔여 전력량을 제어부(110)로 전달할 수도 있다.
장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 이동을 방해하는 장애물을 검출한다.
여기서, 장애물이란 청소 공간의 바닥으로부터 돌출되어 청소 로봇(100)의 이동을 방해하거나 청소 공간의 바닥으로부터 움푹 패여 청소 로봇(100)의 이동을 방해하는 바닥의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 장애물은 바닥에 흐른 애완견의 소변과 같은 액체를 포함하거나, 이어폰이나 스마트 폰 충전 케이블과 같이 청소 로봇(100)이 브러쉬(173)등을 통해 먼지통(179)으로 흡입할 경우 구동상에 문제를 야기할 수 있는 모든 물체를 포함할 수도 있다. 또한, 장애물은 테이블, 쇼파 등의 가구, 청소 공간을 구획하는 벽면 또는 청소 공간의 바닥보다 낮은 현관 등을 포함할 수도 있으며, 낮은 현관과 같은 경우, 회피 주행을 실시하지 않으면, 청소 로봇(100)이 추락할 수도 있는 영역을 포함할 수 있으다.
개시된 일 예에 따른 장애물 검출부(140)는 유전율의 변화를 감지하여 장애물을 감지할 수 있으며, 나아가 장애물의 종류도 판단할 수 있다.
구체적으로 장애물 검출부(140)는 전극판(141)과 터치 IC (Integrated Circuit, 143)를 포함할 수 있다. 전극판(141)은 구리(Cu)로 이뤄진 일반적인 전연 도체이면 충분하며, 터치 IC(143)가 인가하는 전위에 따라 바닥에 있는 장애물과 함께 전하를 축적할 수 있다.
터치 IC(143)는 전극판(141)이 장애물에 따라 정전 용량의 변화를 감지한다. 터치 IC(143)는 감도 90K에 이르는 미세한 정전 용량의 변화도 감지할 수 있으며, 스마트 폰 등에서 사용자의 터치를 인식하는 IC 칩에서 주로 사용될 수도 있다.
터치 IC(143)는 감지된 정전 용량의 변화를 제어부(110)로 전달하며, 제어부(110)는 터치 IC(143)가 전달하는 검출값에 기초하여 장애물을 판단한다. 제어부(110)가 터치 IC(143)를 통해 전달받은 장애물의 판단과
한편, 장애물 검출부(140)는 개시된 일 예에 따라 정정 용량의 변화를 통해 장애물을 검출하는 구성 이외에 청소 로봇(100)의 전방 또는 측면을 항해 광을 조사한 후 반사되는 광을 수집하여 장애물을 검출하는 센서 모듈을 함께 포함할 수도 있다.
영상 획득부(150)는 청소 로봇(100) 상방 즉 천장의 영상을 획득하는 상방 카메라 모듈(151)와 청소 로봇(100) 주행 방향의 영상을 획득하는 전방 카메라 모듈(153)를 포함할 수 있다.
상방 카메라 모듈(151)는 청소 로봇(100)의 상면에 마련되어 청소 로봇(100)의 상방 영상 즉 청소 공간의 천장의 영상을 획득하는 영상 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
전방 카메라 모듈(153)는 청소 로봇(100)의 전면에 마련되어 청소 로봇(100)의 주행 방향의 영상을 획득하는 영상 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 상방 카메라 모듈(151) 및 전방 카메라 모듈(153) 각각에 포함된 영산 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 또는 CCD(Charge coupled device) 센서를 채용할 수 있다.
영상 획득부(150)는 상방 카메라 모듈(151) 및 전방 카메라 모듈(153)이 획득한 영상을 제어부(110)로 전달할 수 있다.
제어부(110)는 획득한 영상을 기초로 청소 공간의 지도를 작성할 수 있다. 작성된 지도에 기초하여 청소 로봇(100)은 자신의 위치를 판단할 수 있다. 구체적으로 제어부(110)는 상방 카메라 모듈(151) 및 전방 카메라 모듈(153)이 획득한 영상으로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점의 위치 변화를 기초로 청소 로봇(100)의 이동 거리, 이동 방향 및 이동 속도 등을 판단할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 이동 거리, 이동 방향 및 이동 속도 등을 기초로 청소 로봇(100)의 위치를 판단할 수 있다.
주행부(160)는 청소 로봇(100)을 이동시키며, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 바퀴 구동 모터(161), 주행 바퀴(163) 및 캐스터 바퀴(165)를 포함할 수 있다.
바퀴 구동 모터(161)는 주행 바퀴(163)를 회전시키는 회전력을 생성하며, 제어부(110)의 제어에 따라 청소 로봇(100)을 이동시킨다. 또한, 일 예에 따른 바퀴 구동 모터(161)는 좌측 주행 바퀴(163a) 및 우측 주행 바퀴(163b)를 독립적으로 주행시키기 위해서 복수 개의 모터를 포함할 수도 있다.
일 예로, 바퀴 구동 모터(161)가 좌측 구동 모터(161a) 및 우측 구동 모터(161b)로 마련되는 경우, 좌측 구동 모터(161a)와 우측 구동 모터(161b)에 의하여 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)는 서로 독립적으로 회전할 수 있다.
또한, 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)가 독립적으로 회전할 수 있으므로 청소 로봇(100)는 전진 주행, 후진 주행, 회전 주행 및 제자리 회전 등 다양한 주행이 가능하다.
예를 들어, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제1 방향으로 회전하면 청소 로봇(100)은 전방으로 직선 주행(전진)하고, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제2 방향으로 회전하면 본체(101)는 후방으로 직선 주행(후진)할 수 있다.
또한, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 같은 방향으로 회전하되, 서로 다른 속도로 회전하면 청소 로봇(100)은 우측 또는 좌측으로 회전 주행하며. 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 서로 다른 방향으로 회전하면 청소 로봇(100)은 제자리에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
설명한 동작을 통해서, 제어부(110)는 장애물이 검출된 후 청소 로봇(100)의 회피 동작을 실행할 수 있다.
캐스터 바퀴(165)는 본체(101)의 저면에 설치되어 청소 로봇(100)의 이동 방향에 따라 캐스터 바퀴(165)의 회전축이 회전할 수 있다. 청소 로봇(100)의 이동 방향에 따라 바퀴의 회전축이 회전하는 캐스터 바퀴(165)는 청소 로봇(100)의 주행을 방해하지 않으며, 청소 로봇(100)이 안정된 자세를 유지한 채 주행할 수 있도록 한다.
주행부(160)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 바퀴 구동 모터(163)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 바퀴 구동 모터(161)의 회전력을 주행 바퀴(163)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시), 바퀴 구동 모터(161) 또는 주행 바퀴(163)의 회전 변위 및 회전 속도를 검출하는 회전 감지 센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
청소부(170)는 청소 영역의 바닥의 먼지를 비산시키는 드럼 브러시(173), 드럼 브러시(173)를 회전시키는 브러시 구동 모터(171), 비산된 먼지를 흡입하는 먼지 흡입 팬(177), 먼지 흡입 팬(177)을 회전시키는 먼지 흡입 모터(175) 및 흡입된 먼지를 저장하는 먼지통(179)을 포함한다.
드럼 브러시(173)는 도 4에 도시된 바와 같이 서브 바디(103)의 저면에 형성된 먼지 흡입구(105)에 마련되며, 서브 바디(103)의 청소 바닥과 수평하게 마련된 회전축을 중심으로 회전하면서 청소 바닥의 먼지를 먼지 흡입구(105)를 내부로 비산시킨다.
브러시 구동 모터(171)는 드럼 브러시(173)에 인접하게 마련되어 제어부(110)의 청소 제어 신호에 따라 드럼 브러시(173)를 회전시킨다.
청소부(170)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 브러시 구동 모터(171)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 브러시 구동 모터(171)의 회전력을 드럼 브러시(173)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지 흡입 팬(177)은 도 2에 도시된 바와 같이 본체(101)에 마련되어, 드럼 브러시(173)에 의하여 비산된 먼지를 먼지통(179)으로 흡입한다.
먼지 흡입 모터(175)는 먼지 흡입 팬(177)과 인접한 위치에 마련되며, 제어부(110)의 제어 신호에 의하여 먼지 흡입 팬(177)을 회전시킨다.
청소부(170)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 먼지 흡입 모터(175)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 먼지 흡입 모터(175)의 회전력을 먼지 흡입 팬(177)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지통(179)은 도 2에 도시된 바와 같이 본체(101)에 마련되며, 먼지 흡입 팬(177)에 의하여 흡입된 먼지를 저장한다.
또한, 청소부(170)는 서비 바디(103)의 먼지 흡입구(105)를 통하여 흡입된 먼지를 본체(101)에 마련된 먼지통(179)까지 안내하는 먼지 안내관을 포함할 수 있다.
저장부(180)는 청소 로봇(100)을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터 및 사용자 입력에 따라 다양한 기능을 수행하는 다양한 어플리케이션 프로그램 및 어플리케이션 데이터를 저장할 수 있다.
예를 들어, 저장부(180)는 청소 로봇(100)에 포함된 구성 및 자원(소프트웨어 및 하드웨어)를 관리하는 OS (operating system) 프로그램, 장애물 검출부(140)가 감지한 정전 용량 변화를 이용하여 장애물을 판단하고, 구분하는 회피 프로그램, 주행부(160) 및 주행부(170)에 포함된 구동 모터(161, 171)를 제어하는 모터 제어 프로그램 등을 저장할 수 있다.
또한, 저장부(180)는 아래에서 설명되는 메모리(115)의 보조 기억 장치로서 동작할 수 있다.
구체적으로 저장부(180)는 전원이 차단되더라도 프로그램 또는 데이터가 손실되지 않는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장부(180)는 자기 디스크 드라이브(Hard disk drive) (181) 또는 반도체 소자 드라이브(solid state drive) (183) 등을 포함할 수 있다.
일 예로 저장부(180)는 전술한 비휘발성 메모리에 청소 로봇(100)의 최초 주행 전에 생성된 청소 공간의 지도를 나타내는 맵 데이터를 저장할 수 있다. 청소 공간의 지도는 청소 공간에 포함된 복수의 청소 영역 사이의 연결 관계를 포함하는 위상 지도(topological map), 청소 공간의 형상과 장애물들의 위치를 나타내는 측량 지도(metric map), 격자 지도(gird map) 또는 기하 지도(geometry map) (이하에서는 "격자 지도"라 한다)를 포함할 수 있다.
격자 지도는 청소 공간을 일정하게 분해(spatial decomposition)하여 청소 공간을 표현하며, 임의의 구조와 객체를 표현할 수 있다.
또한, 위상 지도는 복수의 청소 영역 또는 복수의 객체 사이의 연결성(connectivity)를 표현하며, 청소 공간을 복수의 청소 영역과 이를 연결하는 연결선으로 추상화할 수 있다.
이러한, 격자 지도와 위상 지도는 청소 로봇(100)이 청소 공간을 최초로 주행하기 전에 생성되어, 저장부(180)에 저장될 수 있다. 또한, 청소 공간을 주행하는 중에 청소 로봇(100)은 감지된 장애물을 기초로 저장부(180)에 저장된 위상 지도와 격자 지도를 갱신할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 저장부(180)는 청소 공간의 지도와 함께 장애물을 인식하고 그에 따른 정전 용량 변화를 저장할 수 있다. 예를 들어, 장애물이 탁자 또는 카펫과 같이 일정 시간동안 고정된 객체인 경우, 저장부(180)는 이와 관련된 정전 용량의 평균값을 지도와 대입하여 저장한다.
이후, 청소 로봇(100)은 주행하면서, 일시적인 장애물, 예를 들어 애완견의 소변과 같은 액체에 대한 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다. 저장부(180)는 미리 저장된 평균값을 제어부(110)로 전달하고, 제어부(110)는 장애물 검출부(140)가 감지한 결과값을 평균값과 비교하여 장애물인지 여부를 판단할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 도 4등을 통해서 후술한다.
통신부(190)는 무선 통신을 중계하는 접속 중계기(Access Point, AP), 이동 통신이 가능한 사용자 단말기, 다른 가전 기기 등의 외부 장치와 데이터를 주고 받는다.
통신부(190)는 통신 규약에 따라 다양한 통신 모듈(191, 193)과 안테나(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(190)는 복수의 엔드 청소 노드(end node) 사이에서 데이터를 주고받기 위하여 널리 이용되는 블루투스(bluetooth쪠) 통신모듈(191) 또는 근거리 통신망을 형성하거나 인터넷 등의 광역 통신망에 접속하기 위하여 이용되는 와이파이(Wi-Fi쪠) 통신모듈(193) 등을 포함할 수 있다.
청소 로봇(100)는 통신부(190)를 통하여 외부 장치로부터 맵 데이터를 수신하거나, 외부 장치에 맵 데이터를 전송할 수 있다.
제어부(110)는 청소 로봇(100)에 포함된 각 구성을 제어한다.
제어부(110)는 청소 로봇(100)에 포함된 각종 구성 장치와 제어부(110) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 인터페이스(117), 프로그램 및 데이터를 기억하는 메모리(115), 영상 처리를 수행하는 그래픽 프로세서(113) 및 메모리(113)에 기억된 프로그램 및 데이터에 따라 연산 동작을 수행하는 메인 프로세서(111)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(110)에는 입출력 인터페이스(117), 메모리(115), 그래픽 프로세서(113) 및 메인 프로세서(111) 사이의 데이터 송수신을 매개하는 데이터 버스(119)가 마련될 수 있다.
입출력 인터페이스(117)는 유저 인터페이스(120)가 수신한 사용자 명령, 움직임 감지부(130)가 감지한 청소 로봇(100)의 움직임 정보, 장애물 검출부(140)가 검출한 장애물 등을 수신하고, 이를 데이터 버스(119)를 통하여 메인 프로세서(111), 그래픽 프로세서(113), 메모리(115) 등으로 전송할 수 있다.
뿐만 아니라, 입출력 인터페이스(117)는 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호를 유저 인터페이스(120), 주행부(160) 또는 청소부(170)에 전달할 수 있다.
메모리(115)는 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터, 유저 인터페이스(120)가 수신한 사용자 명령, 움직임 검출부(130)가 검출한 움직임 정보, 장애물 검출부(140)가 감지한 장애물 위치 정보 및 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호 등을 임시로 기억할 수 있다.
메모리(115)는 S램(S-RAM), D랩(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
구체적으로, 비휘발성 메모리는 청소 로봇(100)의 동작 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 반영구적으로 저장할 수 있으며, 휘발성 메모리는 비휘발성 메모리로부터 제어 프로그램 및 제어 데이터를 불러와 기억하거나, 유저 인터페이스(120)가 수신한 사용자 명령, 움직임 검출부(130)가 검출한 움직임 정보, 장애물 검출부(140)가 감지한 장애물 위치 정보 및 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호를 기억할 수 있다.
그래픽 프로세서(113)는 영상 획득부(150)가 획득한 영상 데이터를 처리한다. 이 후, 그래픽 프로세서(113)는 메인 프로세서(111)가 처리할 수 있는 해상도의 영상으로 변환하는 등 메인 프로세서(111)가 처리할 수 있는 포맷으로 변환할 수 있다.
메인 프로세서(111)는 메모리(115)에 기억된 제어 프로그램에 따라 메모리(115)에 기억된 데이터를 처리한다.
예를 들어, 메인 프로세서(111)는 장애물 검출부(140) 및 영상 획득부(150)의 출력 신호를 처리하고, 전원부(130)를 제어하여 주행부(160) 및 청소부(170)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
일 실시예에 따른 메인 프로세서(111)는 터치 IC(143)가 전달하는 감지 결과에 기초하여 장애물 여부를 판단한다.
구체적으로 메인 프로세서(111)는 청소 공간에서 미리 수집한 정전 용량의 변화에 대한 평균값과 현재 주행 중에 감지한 정전 용량의 변화에 대한 측정값(부분 평균값)을 비교한다. 메인 프로세서(111)는 비교 결과가 미리 설정된 기준을 초과하는지 여부에 기초하여 장애물을 판단할 수 있다. 또한, 메인 프로세서(111)는 비교한 차이값의 크기에 기초하여 장애물의 종류 또한, 판단할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 청소 로봇(100)의 주행 경로 상 장애물이 있다고 판단하면, 회피 주행 또는 브러쉬 역회전 등 다양한 제어 동작을 실시하도록 각 구성에 신호를 전달할 수 있다. 또한, 메인 프로세서(111)는 장애물의 종류에 기초하여 청소 공간의 지도에 장애물을 삽입할 수도 있다.
한편, 청소 로봇(100)에 포함된 각각의 구성의 명칭이 유저 인터페이스(120), 전원부(130), 장애물 검출부(140), 영상 획득부(150), 주행부(160), 청소부(170), 저장부(180), 통신부(190) 및 제어부(110)에 한정되는 것은 아니며, 청소 로봇(100)에 포함된 각각의 구성은 동일한 기능을 수행하는 다른 명칭으로 호칭될 수 있다.
또한, 청소 로봇(100)에 포함되는 구성이 유저 인터페이스(120), 전원부(130), 장애물 검출부(140), 영상 획득부(150), 주행부(160), 청소부(170), 저장부(180), 통신부(190) 및 제어부(110)에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성이 배제되거나 일부 구성이 추가될 수 있다. 예를 들어 청소 로봇(100)은 청소 공간을 주행하는 동안 청소 로봇(100)의 움직임을 감지하기 위해 가속도, 이동 속도, 이동 변위 및 이동 방향 등을 측정하는 다양한 센서를 포함할 수도 있다.
이하에서는 전술한 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 동작을 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)이 장애물을 감지하고 회피 동작을 실시하는데 필요한 제어 신호를 주고 받는 과정을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 4를 참조하면, 회피 동작을 위해서 청소 로봇(100)에 포함된 장애물 검출부(140), 제어부(110) 및 주행부(160)는 신호를 전달한다.
구체적으로 장애물 검출부(140) 중, 전극판(141)이 장애물이 가지는 유전율에 기초하여 정전 변화를 일으킨다.
정전 용량은 전위를 주었을 때, 전극판(141)이 전하를 축적하면서 발생한다. 전위는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 전원부(130)가 전압을 인가하면서 주어진다. 도 4에서 도시된 일 예에 따르면, 제어부(110)는 전극판(140)에 5V의 전압을 인가하고, 전극판(141)은 이를 통해 전하를 축적한다.
전극판(141)이 일으킨 정전 변화를 터치 IC(143)가 감지한다. 터치 IC(143)는 감지된 정전 용량의 변화를 제어부(110)로 전달한다. 또한, 제어부(110)도 필요에 따라 터치 IC(143)로 정전 용량의 변화를 감지하라는 제어 신호를 전달할 수 있다.
일 실시예에서 제어부(110)와 터치 IC(143)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 버스로 신호를 주고 받을 수 있다.
터치 IC(140)가 감지한 결과에 기초하여 제어부(110)는 장애물의 존재 여부 및 장애물의 종류를 판단할 수 있다. 판단 결과에 기초하여 제어부(110)는 주행부(160)에 제어 신호를 전달하여 회피 동작을 실시할 수 있다.
일 실시예에 따른 주행부(160)는 제어 신호에 기초하여 바퀴 구동 모터(161)를 역회전 또는 일시 정지 시킨다. 이에 따라 청소 로봇(100)는 주행 동작을 일시 정지하게 된다. 이 후, 주행부(160)는 양 주행 바퀴(163)의 회전속도를 달리하여 청소 로봇(100)의 주행 경로를 변경시켜 장애물을 회피할 수 있다.
도 4에서 도시된 24V는 제어부(110)가 주행부(160)의 구동을 위해 전원부(130)에서 전달하는 구동 전압을 의미한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 청소 로봇(100)의 크기와 사양에 따라 다양할 수 있다.
한편, 장애물 검출부(140)가 반드시 전극판(141)을 패드(Pad) 형상으로 복수 개 마련될 필요는 없으면, 다양할 수 있다. 또한, 터치 IC(143)도 반드시 단수 개로 마련될 필요는 없으며, 다양하게 변형될 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 도 5 및 도 6을 통해서 후술한다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 장애물 검출부를 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 방지하기 위해서 이하 함께 설명한다.
일 실시예에 따른 장애물 검출부(140a)에서 전극판(141) 및 전극판과 장애물에 의해서 변화하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC(143)가 PCB(Printed Circuit Board) 기판(145)에 마련될 수 있다.
터치 IC(143)는 전극판(141)과 이격된 장애물 사이에서 변화하는 정전 용량의 변화를 감지하고, PCB 기판(145)에 신호를 전달함으로써, 감지 결과를 제어부(110)로 전달할 수 있다.
일 예에 따른 PCB 기판(145)은 미리 설정된 크기를 가지며, 전극판(141) 및 터치 IC(143)를 포함하는 모듈로 형성될 수 있다. 구체적으로 PCB 기판(145)는 FR-4로 마련되어, 일정 규격을 가지는 너비로 제조될 수 있다. 만약 장애물 검출부(140)가 도 5와 같이 모듈화되면, 청소 로봇(100)에 모듈이 복수 개로 부착될 수 있다.
도 6를 참조하면, 다른 실시예에 따른 전극판(141)은 복수 개의 패드(Pad) 형상으로 마련될 수 있다.
패드 형상에서 각 전극판(141)은 10mmx20mm의 직사각형으로 마련되고, 서로 이격되어 PCB 기판(145)에 부착될 수 있다. 다만, 전술한 수치는 일 예에 불과하고 다양하게 변경될 수 있다.
터치 IC(143)는 복수 개로 마련된 전극판(141)에서 변화하는 각각의 정전 용량을 감지한다. 일 예로 터치 IC(143)는 전극판(141)이 바닥으로부터 5mm로 이격된 경우, 90K의 감도로 정전 용량의 변화를 감지하도록 설정될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양하게 변경될 수 있다.
터치 IC(143)는 도 6에서 도시된 바와 같이, 각각의 전극 패드(141)의 순번에 따라 정전 용량의 변화를 감지할 수 있어, 장애물의 위치를 구체적으로 판단할 수 있다.
도 7은 장애물 검출부가 청소 로봇에 마련된 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 저면을 도시한 것이다. 일 실시예에 따른 장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 본체(101)에서 전방을 향해 마련된 서브 바디(103)의 외곽에 마련될 수 있다.
따라서 장애물 검출부(140)는 드럼 브러시(173), 구동 바퀴(163a, 163b) 및 캐스터 바퀴(165)가 장애물을 통과하지 전에 장애물을 감지할 수 있다.
일 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 서브 바디(103)에는 도 6과 같이 PCB(145)에 복수 개의 패드 형식으로 마련된 전극판(141)과 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC(143)를 포함하는 장애물 검출부(140)를 포함할 수 있다.
한편, 도 7에서 도시된 바와 같이, 장애물 검출부(140)는 서브 바디(103)의 전방 이외에도 측면에 복수 개 마련될 수 있다. 즉, 장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 전방에 길게 형성된 PCB기판(145) 및 드럼 브러시(173)의 양 측면에 마련된 PCB 기판(145a, 145b)에 마련될 수도 있다.
도 7에서 도시된 장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 일 예에 불과하며, 다양한 변형례가 있을 수 있다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따라 장애물 검출부가 액체를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 8을 참조하면, 청소 로봇(100)은 청소 공간의 일 예인 바닥(11)을 주행할 수 있다. 일 예에 따라 청소 로봇(100)이 주행하는 전방에는 장애물로 액체(L)가 존재할 수 있다.
도 9를 참조하면, 청소 로봇(100)이 전방을 향해 이동하면, 터치 IC(143)은 바닥(11)과 전극판(141) 사이의 정전 용량(C1)을 감지한다. 바닥(110)과 전극판(141) 사이의 유전율에 따른 정전 용량(C1)에 의해서 제어부(110)는 현재 바닥에 장애물이 없다고 판단한다.
도 8 및 도 9의 실시예와 같이, 청소 로봇(100)이 전방을 향해 나아가면, 전극판(141)과 액체(L)에 의해서 정전 용량은 C1에서 C2로 변경될 수 있다. 터치 IC(143)는 정전 용량(C2)를 감지한다. 제어부(110)는 C1과 C2의 차이값을 통해 바닥(11)의 액체(L) 유무를 감지한다.
도 10은 일 실시예에 따라 장애물을 회피하기 위한 청소 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 청소 로봇(100)의 장애물 검출부(140)는 정전 용량의 변화를 수집한다(400).
구체적으로, 장애물 검출부(140)에서 정전 용량의 변화를 감지하는 구성은 터치 IC(143)이다. 터치 IC(143)는 서브 바디(103)의 저면 중 외곽 부분에 마련된 전극판(141)과 장애물 사이에서 변화하는 미세한 정전 용량의 변화를 감지한다.
터치 IC(143)는 수집한 데이터를 제어부(110)로 전달한다. 제어부(110)는 수집된 데이터의 전체 평균값을 저장부(180)에 저장한다(420).
여기서 전체 평균값은 청소 로봇(100)이 주행하는 청소 공간에서 장애물이 없다고 가정할 때, 감지되는 정전 용량의 변화의 수치값을 의미한다. 즉, 이러한 전체 평균값은 청소 로봇(100)이 청소 공간을 주행하면서 작성하거나, 미리 저장된 지도 정보와 대응된다.
예를 들어, 청소 공간이 거실이고, 거실의 일 부분에 카펫이 마련되어 있다면, 전체 평균값은 카펫과 카펫이 없는 바닥이 구분될 수 있는 정전 용량의 변화의 수치로 표현될 수 있다.
청소 로봇(100)은 전술한 전체 평균값을 이미 확보한 후, 청소 공간을 주행한다(420).
청소 로봇(100)은 주행 동안, 청소부(170)를 동작시키면서 청소 공간에 청소를 진행한다.
청소 로봇(100)이 주행하면서, 장애물 검출부(140)는 액체와 같이 전체 평균값과 일치하지 않는 장애물을 감지할 수 있다. 즉, 주행하는 동안, 청소 로봇(100)은 장애물 검출부(140)가 감지하는 결과에 기초하여 진행 방향에서 수집되는 정전 용량의 변화를 수집한다.
제어부(110)는 감지된 결과에 기초하여 장애물이 위치하는 청소 공간 중 일정 부분의 평균값을 획득한다(430).
이러한 부분 평균값을 획득하는 이유는 순간적인 오 감지로 유발되는 불필요한 회피 동작을 방지하기 위함이다. 즉, 부분 평균값은 미리 설정된 시간 동안 장애물에 의해 발생하는 정전 용량의 변화를 감지한 측정값이다.
제어부(110)는 획득된 부분 평균값과 미리 저장된 전체 평균값을 비교한다(450).
만약 비교결과가 미리 설정된 범위를 벗어난 경우, 제어부(110)는 주행 중인 청소 공간에 예측되지 않는 장애물이 있다고 판단한다. 또한, 제어부(110)는 비교된 차이값의 정도에 기초하여 장애물의 종류를 판단할 수도 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 이하의 도면을 통해서 후술한다.
한편, 장애물이 있다고 판단되면, 제어부(110)는 주행부(160)를 제어하여 주행할 이동 경로를 변경하고, 장애물을 회피할 것을 결정한다(450).
이동 경로를 변경하는 방법은 다양할 수 있으며, 제어부(110)는 주행부(160)를 제어하면서, 청소부(170)의 동작도 함께 제어하여, 액체와 같은 장애물이 드럼 브러시(173) 등에 닿지 않도록 제어할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따른 장애물을 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 11a 및 도 11b에서 X축은 시간(sec)을 나타내고, Y축은 정전 용량(nF)을 나타낸다.
도 11a에서 C1은 청소 공간에서 미리 수집된 정전 용량의 변화의 전체 평균값을 의미한다. 청소 로봇(100)이 주행 중 바닥에 액체를 감지하면, 액체가 존재하는 청소 공간의 바닥에서 감지되는 정전 용량의 부분 평균값(C2)는 전체 평균값(C1)과는 상이할 수 있다.
제어부(110)는 수집된 부분 평균값(C2)와 전체 평균값(C1)의 차이를 도 11b와 같이 산출할 수 있다. 즉, 도 11b는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이(C2-C1)를 도시한 그래프이다.
도 11b와 같이, 3초와 5초 아이의 시간에 산출된 차이는 기준값을 초과할 수 있다. 이 경우, 제어부(110)는 감지된 영역에 액체와 같은 장애물이 있다고 판단할 수 있다.
도 12는 액체와 같은 장애물을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이를 산출한다(500).
일 예로, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이는 양수일 수 있으며, 음수일 수 있다. 개시된 일 예에 따르면, 차이값의 크기 및 그 정도에 따라서 장애물의 종류를 판단할 수 있다. 액체와 같은 장애물의 경우, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값은 양수일 수 있다.
제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값을 미리 설정된 기준값과 비교한다(510).
만약 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 기준값을 초과하지 않으면, 제어부(110)는 회피 주행을 실시할 정도의 장애물이 아니라고 판단하고, 진행 방향을 유진한다(511).
도 11b와 같이, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 제어부(110)는 장애물이 있다고 판단하고 주행 방향을 전환한다(512).
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예에 따라 청소 로봇의 추락을 방지하기 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 13a 및 도 13b에서 X축은 시간(sec)을 나타내고, Y축은 정전 용량(nF)을 나타낸다.
다른 실시예와 같이, 청소 로봇(100)은 주행 중, 계단과 같은 추락 위험이 있는 청소 공간을 주행할 수 있다. 추락 위험이 있는 구간에 대한 부분 평균값은 도 13a와 같이 획득될 수 있다.
제어부(110)는 정전 용량의 평균값과 추락 위험이 있는 공간에서 측정된 부분 평균값을 비교한다. 비교 결과는 도 13b와 같이 획득될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이는 음의 결과를 가질 수 있다. 즉, 액체와 달리 유전율의 변화에 따른 장애물과 추락 위험이 있는 청소 공간에서 발생하는 정전 용량의 변화값은 차이가 있다.
도 13b와 같이 비교결과가 음의 값을 가지고, 차이의 크기가 미리 설정된 기준값을 넘으면, 제어부(110)는 주행 경로상 추락의 위험이 있다고 판단할 수 있다.
도 14는 추락 위험을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이를 산출한다(500).
다른 실시예에 따르면, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이는 음수일 수 있다. 추락 위험이 있는 장애물의 경우, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값은 도 12에서 설명한 바와 달리 음수로 산출된다.
제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값을 미리 설정된 기준값과 비교한다(520).
만약 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 음의 기준값을 초과하지 않으면, 제어부(110)는 회피 주행을 실시할 정도의 장애물이 아니라고 판단하고, 진행 방향을 유진한다(521).
도 13b와 같이, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 음의 기준값을 초과하면, 제어부(110)는 장애물이 있다고 판단하고 주행 방향을 전환한다(522).
도 15는 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 기준을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15에서 X축은 장애물의 종류를 나타내고, Y축은 제어부(110)가 산출한 차이값을 의미한다.
일 실시예에 따른 제어부(110)는 장애물의 종류를 추락감지(P0), 일반 바닥(P1), 카펫(P2), 액체(P3), 및 금속(P4)로 구분할 수 있다. 각 장애물은 성질에 따라 다른 유전율을 가지면, 터치 IC(143)는 장애물이 전극판(141)과 쌍을 이뤄 서로 다른 정전 용량을 변화를 감지한다.
터치 IC(143)는 전극판(141)과 장애물의 종류에 따라 산출되는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이(이하 차이값)를 전달하고, 제어부(110)는 저장부(180) 등에 미리 저장된 도 15를 기초로 현재 감지되는 장애물의 종류를 판단할 수 있다. 예를 들어, 산출되는 차이값이 40에서 80 이하의 수치를 가지면, 제어부(110)는 현재 주행 경로 상 액체(P3)이 있다고 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(110)는 산출된 차이값이 -50이라면, 현재 주행 경로상 추락 위험이 있다고 판단할 수 있다.
한편, 도 15에서 도시된 기준값은 개시된 일 예에 불과하고, 터치 IC의 감도 및 전극판의 크기 및 정전 용량에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16을 참조하면, 제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이(이하 차이값)을 산출한다. 제어부(110)는 차이값이 도 15의 P0 미만인지 여부를 판단한다(600).
만약 차이값이 도 15의 P0 미만이면, 제어부(110)는 현재 경로상 청소 로봇(100)이 추락 위험이 있다고 판단한다(601). 따라서 제어부(110)는 현재 주행 경로를 취소하고, 추락 위험이 있는 경로를 변경하여 회피 주행을 실시한다(602).
만약 차이값이 도 15의 P0 을 초과하면, 제어부(110)는 차이값이 P1을 초과하는지 여부를 판단한다(610).
만약 산출된 차이값이 P1 미만이라면, 제어부(110)는 주행을 변경할 정도가 아닌 바닥을 주행하고 있다고 판단한다. 즉, 제어부(110)는 장애물이 없다고 판단하고, 현재 경로를 유지한다(611).
만약 차이값이 도 15의 P1 을 초과하면, 제어부(110)는 차이값이 P2를 초과하는지 여부를 판단한다(620).
만약 산출된 차이값이 P1을 초과하지만 P2를 초과하지 않으면, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 카펫을 주행할 것이라고 판단할 수 있다. 따라서 제어부(110)는 청소부(170)를 제어한다(621).
일 예로, 제어부(110)는 청소 로봇이 카펫을 주행할 것이라고 판단하면, 먼지 흡입 모터(175)를 제어하여, 먼지 흡입 팬(177)의 먼지 흡입력을 증가시킬 수 있다(622).
만약 차이값이 도 15의 P2 를 초과하면, 제어부(110)는 차이값이 P3을 초과하는지 여부를 판단한다(630).
만약 산출된 차이값이 P2를 초과하지만 P3을 초과하지 않으면, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 곧 액체를 주행할 것이라고 판단할 수 있다. 액체를 주행하게 되면, 청소 로봇(100)의 이후 청소 작업에 영향을 미칠 수 있으므로, 제어부(110)는 주행부(160)를 제어한다(631).
일 예로, 제어부(110)는 저장부(180)에 미리 저장된 프로그램에 의해서 장애물을 회피하는 동작을 실시할 수 있으며, 이에 따라 청소 로봇(100)은 회피 주행을 실시한다(632).
만약 산출된 차이값이 P3을 초과하면, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 금속으로 이뤄진 케이블을 이동할 것이라고 판단할 수 있다. 케이블을 이동하게 되면, 드럼 브러시(173) 회전에 의해서 케이블이 먼지통(179)의 입구로 흡입될 수 있다. 이러한 장애물은 이후 청소의 효율을 감소시키거나 고장에 원인이 될 수 있다.
따라서 제어부(110)는 주행부(160) 및 청소부(170)를 제어한다(640).
구체적으로 제어부(110)는 주행부(160)에 주행 경로를 변경하여 케이블 등의 금속 장애물을 회피할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 브러쉬 구동 모터(171)를 제어하여 드럼 브러쉬(173)를 역회전 시켜, 케이블이 먼지통으로 흡입되는 것을 방지하거나 흡입된 케이블을 토출시킬 수도 있다(641).
한편, 도 16에서 설명한 제어방법은 일 예에 불과하고, 개시된 청소 로봇(100)은 감지된 장애물에 기초하여 다양한 제어 방법을 수행할 수 있다.

Claims (15)

  1. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 주행부;
    상기 본체의 저면에 마련된 상기 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 장애물 검출부; 및
    상기 장애물 검출부가 전달하는 신호에 기초하여 장애물을 판단하고, 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함하는 청소 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 IC는,
    상기 전극판을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 마련되는 청소 로봇.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 본체의 전방을 향해 마련된 서브 바디;를 더 포함하고,
    상기 장애물 검출부는,
    상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 진행 방향을 향해 서브 바디에 마련되는 청소 로봇.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극판은,
    적어도 하나 이상의 패드 형상으로 배치되고, 미리 설정된 간격을 가지고 상기 본체의 저면에 마련되는 청소 로봇.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전극판은,
    상기 본체와 바닥면 사이에 미리 설정된 거리로 이격되어 마련되는 청소 로봇.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 터치 IC 및 상기 전극판은,
    상기 서브 바디에서 상기 주행부에 의해 상기 본체가 주행하는 진행 방향의 측면을 향해 마련되는 청소 로봇.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 터치 IC가 전달하는 상기 정전 용량의 평균값을 저장하는 저장부;를 더 포함하는 청소 로봇.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 주행부를 제어하여 상기 본체의 진행 방향을 변경하는 청소 로봇.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 저장된 평균값을 비교하여 장애물의 종류를 판단하고, 상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 주행부의 동작을 변경하는 청소 로봇.
  10. 상기 제어부는,
    상기 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 범위 내에 포함되는지 여부에 기초하여 상기 장애물의 종류를 판단하는 청소 로봇.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 측정값은,
    미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함하는 청소 로봇.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 저장부는,
    상기 주행부가 이동하는 공간에 기초하여 청소 공간의 지도를 저장하고,
    상기 제어부는,
    상기 판단된 장애물에 기초하여 상기 저장된 지도를 수정하는 청소 로봇.
  13. 본체에 마련된 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 청소 로봇의 제어방법에 있어서,
    상기 청소 로봇이 주행하는 청소 공간에서 상치 터치 IC가 감지하는 상기 정전 용량의 변화의 평균값을 저장하고;
    상기 저장된 평균값과 상기 본체가 주행하면서 상치 터치 IC가 감지하는 측정값을 비교하고;
    상기 비교한 결과에 기초하여, 상기 본체의 진행 방향을 제어하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 측정값은,
    상기 미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 비교하는 것은,
    상기 부분 평균값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
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