WO2019212172A1 - 청소기 및 그 제어방법 - Google Patents

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WO2019212172A1
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전우찬
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a cleaner and a control method thereof, and more particularly, to a cleaner capable of recognizing an obstacle and performing autonomous driving and a control method thereof.
  • robots have been developed for industrial use and have been a part of factory automation. Recently, the application of robots has been further expanded, medical robots, aerospace robots, and the like have been developed, and home robots that can be used in general homes have also been made.
  • a representative example of the home robot is a robot cleaner, which is a kind of home appliance that cleans by suctioning dust or foreign matter while driving around a certain area by itself.
  • a robot cleaner generally includes a rechargeable battery, and includes an obstacle sensor that can avoid obstacles while driving, so that the robot cleaner can run and clean itself.
  • Korean Patent Publication No. 10-2011-0053760 discloses a robot cleaner that performs zigzag driving.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a cleaner and a control method for performing autonomous driving that can improve the cleaning success rate of the corner area of the cleaning area.
  • the vacuum cleaner for performing autonomous driving includes a main body, a driving unit for moving the main body, a suction unit installed on the front of the main body, the front of the main body, and It is provided on both sides, and includes a plurality of sensors for detecting the obstacles present in each direction and a control unit for controlling the drive unit to move the main body based on a predetermined driving pattern.
  • control unit during the driving along the preset driving pattern, using the sensor provided on the front of the main body and the sensor provided on the first side of the both sides of the main body of the cleaning area, It may be detected whether to enter the corner area.
  • the controller may control the driving unit such that the first side of the main body contacts at least one or more times with the first wall forming the corner region.
  • control unit may include a first corner running to separate the first side from the first wall when the first side contacts the first wall, and the first side to the first wall.
  • the driving unit is characterized in that the second corner driving to contact again to be performed sequentially.
  • the senor installed on the first side is configured with a shock sensor for sensing a physical force applied from the outside, the control unit based on the output of the sensor installed on the first side, the first corner driving and It is characterized by determining whether to perform the second corner driving.
  • the driving unit may include driving the first corner driving when the output of the sensor installed at the first side increases from the preset first reference value or less to the preset second reference value. It is characterized by controlling.
  • the control unit may control the driving unit to perform the second corner driving when the output of the sensor installed at the first side is reduced from the second reference value or more to the first reference value or less. Characterized in that.
  • control unit repeatedly performs the first and second corner driving until the suction unit installed on the front of the body is in contact with the second wall forming the corner area together with the first wall. It characterized in that for controlling the drive unit.
  • the senor provided on the front of the main body is composed of a shock sensor for sensing a physical force applied from the outside, the control unit using the output of the sensor provided on the front of the main body, the suction unit is the second wall It is characterized by determining whether or not to contact.
  • control unit is characterized in that for selecting the wall facing the front of the body when entering the corner area of the two walls forming the corner area as the first wall.
  • control unit changes the posture of the main body such that when the main body front comes in contact with the first wall, the main body front faces a second wall that forms the corner area together with the first wall. It is characterized in that to perform a posture change driving.
  • the control unit may control the driving unit to repeatedly perform the first and second corner driving when the posture change driving is completed.
  • the posture change driving is a first posture change process of reversing the body along a first curved path such that when the front surface of the main body contacts the first wall, the main body front facing the second wall; And a second posture change process of straightening the main body such that the front surface of the main body contacts the second wall, and a third posture of driving the main body along a second curved path so that the main body side contacts the first wall. It is characterized by including a change.
  • the driving unit may include two main wheels respectively corresponding to both side surfaces of the main body, and the control unit may be further disposed on the first wall of the two main wheels to perform the first corner driving.
  • the driving unit is controlled to rotate one of the adjacent ones faster than the other one.
  • control unit controls the driving unit to rotate one of the two main wheels closer to the first wall, the slower than the other one to perform the second corner driving. It features.
  • the senor installed on the side of the main body is configured to detect the distance to the obstacle, and the control unit, if the front surface of the main body in contact with the first wall, the distance from the main body side to the second wall And calculating whether the main body enters the corner region based on the calculated distance.
  • the performance of the cleaner can be improved by performing detailed driving in the corner area so that the robot cleaner can clean the cleaning area without gap.
  • the user's satisfaction with the cleaner can be improved by minimizing an uncleaned area that cannot be cleaned by zigzag driving.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a cleaner for performing autonomous driving according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the cleaner for performing autonomous driving illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a side view of the cleaner for performing autonomous driving shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating components of a cleaner for performing autonomous driving according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example in which a cleaner and a charging station according to the present invention are installed in a cleaning area.
  • 6 to 12 are conceptual views illustrating a driving method of a cleaner for performing autonomous driving according to the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a control method of a cleaner for performing autonomous driving according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a robot cleaner 100 according to the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the robot cleaner 100 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a robot cleaner 100 shown in FIG. 1. Side view.
  • a mobile robot, a robot cleaner, and a cleaner performing autonomous driving may be used as the same meaning.
  • the robot cleaner 100 performs a function of cleaning a floor while driving a certain area by itself.
  • the cleaning of the floor here includes suctioning dust (including foreign matter) from the floor or mopping the floor.
  • the robot cleaner 100 includes a cleaner body 110, a suction unit 120, a sensing unit 130, and a dust bin 140.
  • the cleaner body 110 includes a controller (not shown) for controlling the robot cleaner 100 and a wheel unit 111 for driving the robot cleaner 100.
  • the robot cleaner 100 may be moved back, forth, left, and right by the wheel unit 111.
  • the wheel unit 111 includes a main wheel 111a and a sub wheel 111b.
  • the main wheels 111a are provided at both sides of the cleaner body 110, and are configured to be rotatable in one direction or the other direction according to a control signal of the controller.
  • Each main wheel 111a may be configured to be driven independently of each other.
  • each main wheel 111a may be driven by different motors.
  • the sub wheel 111b supports the cleaner body 110 together with the main wheel 111a and is configured to assist the robot cleaner 100 by the main wheel 111a.
  • the sub wheel 111b may also be provided in the suction unit 120 described later.
  • the robot cleaner 100 is made to autonomously run the floor.
  • the cleaner body 110 is equipped with a battery (not shown) for supplying power to the robot cleaner (100).
  • the battery may be configured to be chargeable, and may be detachably attached to the bottom of the cleaner body 110.
  • the suction unit 120 is disposed in a form protruding from one side of the cleaner body 110, and is configured to suck air containing dust.
  • the one side may be a side in which the cleaner body 110 travels in the forward direction F, that is, the front side of the cleaner body 110.
  • the suction unit 120 is shown to have a form protruding from both sides of the cleaner body 110 to the front and left and right sides. Specifically, the front end portion of the suction unit 120 is disposed at a position spaced forward from one side of the cleaner body 110, the left and right both ends of the suction unit 120 are spaced apart from one side of the cleaner body 110 to both left and right sides, respectively. Is placed in a closed position.
  • the vacuum cleaner body 110 is formed in a circular shape, and both rear ends of the suction unit 120 protrude from the cleaner body 110 to left and right sides, respectively, the vacuum cleaner body 110 and the suction unit 120 may be empty. Spaces, ie gaps can be formed.
  • the empty space is a space between the left and right ends of the cleaner body 110 and the left and right ends of the suction unit 120, and has a shape recessed into the robot cleaner 100.
  • the cover member 129 may be disposed to cover at least a portion of the empty space.
  • the cover member 129 may be provided in the cleaner body 110 or the suction unit 120.
  • the cover member 129 is formed to protrude on both sides of the rear end portion of the suction unit 120 to cover the outer circumferential surface of the cleaner body 110.
  • the cover member 129 is disposed to fill at least a part of the empty space, that is, the empty space between the cleaner body 110 and the suction unit 120. Therefore, the obstacle may be prevented from being caught in the empty space, or a structure may be easily separated from the obstacle even if the obstacle is jammed in the empty space.
  • the cover member 129 protruding from the suction unit 120 may be supported on an outer circumferential surface of the cleaner body 110. If the cover member 129 protrudes from the cleaner body 110, the cover member 129 may be supported on the rear portion of the suction unit 120. According to the above structure, when the suction unit 120 receives an impact by hitting an obstacle, a part of the shock may be transmitted to the cleaner main body 110 to distribute the impact.
  • the suction unit 120 may be detachably coupled to the cleaner body 110.
  • the mop module (not shown) may be detachably coupled to the cleaner body 110 in place of the separated suction unit 120. Therefore, the user may mount the suction unit 120 on the cleaner main body 110 to remove dust from the floor, and may install a mop module on the cleaner main body 110 to clean the floor.
  • the mounting may be guided by the cover member 129 described above. That is, since the cover member 129 is disposed to cover the outer circumferential surface of the cleaner body 110, the relative position of the suction unit 120 with respect to the cleaner body 110 may be determined.
  • the sensing unit 130 is disposed on the cleaner body 110. As shown, the sensing unit 130 may be disposed on one side of the cleaner body 110 in which the suction unit 120 is located, that is, in front of the cleaner body 110.
  • the sensing unit 130 may be disposed to overlap the suction unit 120 in the vertical direction of the cleaner body 110.
  • the sensing unit 130 is disposed above the suction unit 120 to detect an obstacle or a feature in front of the suction unit 120 which is located in the front of the robot cleaner 100 so as not to hit the obstacle.
  • the sensing unit 130 is configured to additionally perform other sensing functions in addition to the sensing function. This will be described in detail later.
  • the vacuum cleaner body 110 is provided with a dust container accommodating part 113, and the dust container accommodating part 113 is detachably coupled to a dust container 140 which separates and collects dust in sucked air.
  • the dust container accommodating part 113 may be formed at the other side of the cleaner body 110, that is, at the rear of the cleaner body 110.
  • a part of the dust container 140 is accommodated in the dust container accommodating part 113, but the other part of the dust container 140 protrudes toward the rear of the cleaner body 110 (that is, the reverse direction R opposite to the forward direction F). Can be formed.
  • the dust container 140 has an inlet 140a through which air containing dust flows in and an outlet 140b through which air separated from dust is discharged, and when the dust container 140 is mounted in the dust container receiving portion 113, the inlet ( The 140a and the outlet 140b are configured to communicate with the first opening 110a and the second opening 110b respectively formed on the inner wall of the dust container accommodation portion 113.
  • the intake flow path inside the cleaner body 110 corresponds to a flow path from the inlet port (not shown) communicating with the communicating portion 120b "to the first opening 110a, and the exhaust flow path is the second opening 110b to the exhaust port ( It corresponds to the flow path up to 112).
  • the air containing the dust introduced through the suction unit 120 is introduced into the dust container 140 through the intake passage in the cleaner body 110, the filter or cyclone of the dust container 140 As it passes, air and dust are separated from each other.
  • the dust is collected in the dust container 140, the air is discharged from the dust container 140 and finally discharged to the outside through the exhaust port 112 through the exhaust flow path inside the cleaner body (110).
  • FIG. 4 an embodiment related to the components of the robot cleaner 100 will be described.
  • Robot cleaner 100 or a mobile robot according to an embodiment of the present invention, the communication unit 1100, the input unit 1200, the driving unit 1300, the sensing unit 1400, the output unit 1500, the power supply unit 1600, At least one of the memory 1700 and the controller 1800 or a combination thereof may be included.
  • FIG. 4 the components shown in FIG. 4 are not essential, and thus, a robot cleaner having more or fewer components may be implemented. Hereinafter, each component will be described.
  • the power supply unit 1600 includes a battery that can be charged by an external commercial power supply and supplies power to the mobile robot.
  • the power supply unit 1600 may supply driving power to each of the components included in the mobile robot, thereby supplying operation power required for the mobile robot to travel or perform a specific function.
  • the controller 1800 may detect the remaining power of the battery, and if the remaining power is insufficient to control to move to the charging station connected to the external commercial power, the battery can be charged by receiving a charging current from the charging stand.
  • the battery may be connected to the battery detector so that the battery remaining amount and the charging state may be transmitted to the controller 1800.
  • the output unit 1500 may display the remaining battery level on the screen by a controller.
  • the battery may be located at the bottom of the center of the robot cleaner, or may be located at either the left or the right. In the latter case, the mobile robot may further comprise a counterweight to eliminate the weight bias of the battery.
  • the driving unit 1300 is provided with a motor, by driving the motor, it is possible to rotate or move the main body by rotating the left and right main wheels in both directions.
  • the driving unit 1300 may advance the main body of the mobile robot in front, rear, left, and right directions, curve the vehicle, or rotate it in place.
  • the input unit 1200 receives various control commands for the robot cleaner from the user.
  • the input unit 1200 may include one or more buttons.
  • the input unit 1200 may include a confirmation button, a setting button, and the like.
  • the confirmation button is a button for receiving a command for confirming detection information, obstacle information, location information, map information from the user
  • the setting button is a button for receiving a command for setting the information from the user.
  • the input unit 1200 may cancel a previous user input and input a reset button for receiving user input again, a delete button for deleting a preset user input, a button for setting or changing an operation mode, and a command for returning to the charging station. It may include a button for receiving input.
  • the input unit 1200 may be installed on the upper part of the mobile robot using a hard key, a soft key, a touch pad, or the like.
  • the input unit 1200 may have a form of a touch screen together with the output unit 1500.
  • the output unit 1500 may be installed on the upper portion of the mobile robot.
  • the installation location or installation form may vary.
  • the output unit 1500 may display a battery state or a driving method on a screen.
  • the output unit 1500 may output state information inside the mobile robot detected by the sensing unit 1400, for example, current states of components included in the mobile robot.
  • the output unit 1500 may display external state information, obstacle information, location information, map information, etc. detected by the sensing unit 1400 on the screen.
  • the output unit 1500 may be any one of a light emitting diode (LED), a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel, and an organic light emitting diode (OLED). It can be formed as an element of.
  • the output unit 1500 may further include sound output means for audibly outputting an operation process or an operation result of the mobile robot performed by the controller 1800.
  • the output unit 1500 may output a warning sound to the outside according to the warning signal generated by the controller 1800.
  • the sound output means may be a means for outputting a sound such as a beeper and a speaker
  • the output unit 1500 uses sound or message data having a predetermined pattern stored in the memory 1700. It can be output to the outside through the output means.
  • the mobile robot may output the environmental information about the driving area on the screen or output the sound through the output unit 1500.
  • the mobile robot may transmit map information or environment information to the terminal device through the communication unit 1100 such that the terminal device outputs a screen or sound to be output through the output unit 1500.
  • the communication unit 1100 is connected to the terminal device and / or other devices located in a specific area (in the present specification, to be mixed with the term “home appliance”) in one of wired, wireless, and satellite communication methods. To transmit and receive signals and data.
  • the communication unit 1100 may transmit / receive data with other devices located in a specific area.
  • any other device may be any device that can transmit and receive data by connecting to a network.
  • the other device may be a device such as an air conditioner, a heating device, an air purifier, a lamp, a TV, a car, and the like.
  • the other device may be a device for controlling a door, a window, a water valve, a gas valve, or the like.
  • the other device may be a sensor that senses temperature, humidity, barometric pressure, gas, and the like.
  • the memory 1700 stores a control program for controlling or driving the robot cleaner and data corresponding thereto.
  • the memory 1700 may store audio information, image information, obstacle information, location information, map information, and the like.
  • the memory 1700 may store information related to a driving pattern.
  • the memory 1700 mainly uses a nonvolatile memory.
  • the non-volatile memory (NVM, NVRAM) is a storage device that can maintain the stored information even if power is not supplied.
  • NVM non-volatile memory
  • ROM read only memory
  • flash memory a storage device that can maintain the stored information even if power is not supplied.
  • Storage devices eg, hard disks, diskette drives, magnetic tapes), optical disk drives, magnetic RAMs, PRAMs, and the like.
  • the sensing unit 1400 may include at least one of an impact sensor, an external signal sensor, a front sensor, a cliff sensor, a lower camera sensor, an upper camera sensor, and a 3D camera sensor.
  • the impact sensor may be installed at at least one point of the outer surface of the main body, and may sense a physical force applied to the point.
  • the impact sensor may be disposed on an outer surface of the body, to direct the front of the body. In another example, the impact sensor may be disposed on an outer surface of the body, to face the rear of the body. In yet another example, the impact sensor may be disposed on an outer surface of the body to point left or right of the body.
  • the external signal detection sensor may detect an external signal of the mobile robot.
  • the external signal detection sensor may be, for example, an infrared ray sensor, an ultrasonic sensor, an RF sensor, or the like.
  • the mobile robot can check the position and direction of the charging station by receiving a guide signal generated by the charging station using an external signal detection sensor.
  • the charging station may transmit a guide signal indicating the direction and distance so that the mobile robot can return. That is, the mobile robot may receive a signal transmitted from the charging station to determine the current position and set the direction of movement to return to the charging station.
  • the front sensor may be installed at a predetermined interval in front of the mobile robot, specifically, along the side outer peripheral surface of the mobile robot.
  • the front sensor is located on at least one side of the mobile robot to detect an obstacle in front of the mobile robot, the front sensor detects an object in the moving direction of the mobile robot, in particular obstacles to detect the detection information to the controller 1800. I can deliver it. That is, the front sensor may detect protrusions, household appliances, furniture, walls, wall edges, and the like existing on the moving path of the mobile robot and transmit the information to the controller 1800.
  • the front sensing sensor may be, for example, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, an RF sensor, a geomagnetic sensor, or the like, and the mobile robot may use one type of sensor as the front sensing sensor or two or more types of sensors together as needed. have.
  • the ultrasonic sensor may generally be mainly used to detect a long distance obstacle.
  • the ultrasonic sensor includes a transmitter and a receiver, and the controller 1800 determines whether the obstacle is present by whether the ultrasonic wave radiated through the transmitter is reflected by an obstacle or the like and received the receiver, and determines the ultrasonic radiation time and the ultrasonic reception time.
  • the distance to the obstacle can be calculated using the
  • the controller 1800 may detect the information related to the size of the obstacle by comparing the ultrasound emitted from the transmitter and the ultrasound received from the receiver. For example, the controller 1800 may determine that the larger the obstacle is, the more ultrasonic waves are received in the receiver.
  • a plurality (eg, five) ultrasonic sensors may be installed along the outer circumferential surface on the front side of the mobile robot. At this time, preferably, the ultrasonic sensor may be installed on the front of the mobile robot alternately the transmitter and the receiver.
  • the transmitter may be disposed to be spaced apart from the center of the front of the main body to the left and right, and one or more transmitters may be disposed between the receivers to form a reception area of the ultrasonic signal reflected from an obstacle or the like.
  • This arrangement allows the receiving area to be extended while reducing the number of sensors.
  • the transmission angle of the ultrasonic waves may maintain an angle within a range that does not affect the different signals so as to prevent crosstalk.
  • the reception sensitivity of the receivers may be set differently.
  • the ultrasonic sensor may be installed upward by a predetermined angle so that the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor is output upward, and may further include a predetermined blocking member to prevent the ultrasonic wave from being radiated downward.
  • the front sensor may use two or more types of sensors together, and accordingly, the front sensor may use any one type of sensor, such as an infrared sensor, an ultrasonic sensor, or an RF sensor. .
  • the front sensing sensor may include an infrared sensor as another type of sensor in addition to the ultrasonic sensor.
  • the infrared sensor may be installed on the outer circumferential surface of the mobile robot together with the ultrasonic sensor.
  • the infrared sensor may also detect obstacles present in the front or side and transmit the obstacle information to the controller 1800. That is, the infrared sensor detects protrusions on the moving path of the mobile robot, household appliances, furniture, walls, wall edges, and the like, and transmits the information to the controller 1800. Therefore, the mobile robot can move the main body within a specific area without colliding with an obstacle.
  • the cliff detection sensor (or the cliff sensor) may mainly detect various obstacles on the floor supporting the main body of the mobile robot by using various types of optical sensors.
  • the cliff detection sensor is installed on the back of the mobile robot on the floor, of course, may be installed in a different position according to the type of mobile robot.
  • the cliff detection sensor is located on the back of the mobile robot and is used to detect obstacles on the floor.
  • the cliff detection sensor is an infrared sensor, an ultrasonic sensor, an RF sensor, and a PSD (Position) including a light emitting unit and a light receiving unit, as the obstacle detection sensor. Sensitive Detector) sensor or the like.
  • one of the cliff detection sensors may be installed at the front of the mobile robot, and the other two cliff detection sensors may be installed at the rear.
  • the cliff detection sensor may be a PSD sensor, but may be configured of a plurality of different types of sensors.
  • the PSD sensor uses a semiconductor surface resistance to detect the short and long distance positions of incident light with one p-n junction.
  • the PSD sensor includes a one-dimensional PSD sensor that detects light in only one axis direction and a two-dimensional PSD sensor that can detect a light position on a plane, and both may have a pin photodiode structure.
  • the PSD sensor is a type of infrared sensor, and uses infrared rays to measure distance by measuring the angle of the infrared rays reflected from the obstacle after transmitting the infrared rays. That is, the PSD sensor calculates the distance to the obstacle by using a triangulation method.
  • the PSD sensor includes a light emitting part for emitting infrared rays to an obstacle and a light receiving part for receiving infrared rays reflected from the obstacle, and is generally configured in a module form.
  • a stable measurement value can be obtained regardless of the difference in reflectance and color of the obstacle.
  • the controller 1800 may measure a cliff and analyze the depth of the cliff by measuring an infrared angle between the infrared light emitted by the cliff detection sensor and the reflected signal received by the obstacle.
  • the controller 1800 may determine whether or not the passage of the cliff according to the ground condition of the cliff detected using the cliff detection sensor, and may determine whether the cliff passes. For example, the controller 1800 determines whether the cliff exists and the depth of the cliff through the cliff detection sensor, and then passes the cliff only when the reflection signal is detected by the cliff detection sensor.
  • the controller 1800 may determine the lifting phenomenon of the mobile robot using the cliff detection sensor.
  • the lower camera sensor is provided on the rear surface of the mobile robot, and acquires image information on the lower side, that is, the bottom surface (or the surface to be cleaned) during the movement.
  • the lower camera sensor is also called an optical flow sensor in other words.
  • the lower camera sensor converts a lower image input from an image sensor provided in the sensor to generate image data of a predetermined format.
  • the generated image data may be stored in the memory 1700.
  • one or more light sources may be installed adjacent to the image sensor.
  • the one or more light sources irradiate light to a predetermined area of the bottom surface photographed by the image sensor. That is, when the mobile robot moves a specific area along the bottom surface, if the bottom surface is flat, a constant distance is maintained between the image sensor and the bottom surface. On the other hand, when the mobile robot moves the bottom surface of the non-uniform surface, the robot moves away by a certain distance due to irregularities and obstacles on the bottom surface.
  • the one or more light sources may be controlled by the controller 1800 to adjust the amount of light to be irradiated.
  • the light source may be a light emitting device capable of adjusting light quantity, for example, a light emitting diode (LED) or the like.
  • the controller 1800 may detect the position of the mobile robot regardless of the sliding of the mobile robot.
  • the controller 1800 may calculate the moving distance and the moving direction by comparing and analyzing the image data photographed by the lower camera sensor according to time, and may calculate the position of the mobile robot based on this.
  • the controller 1800 can correct the sliding against the position of the mobile robot calculated by other means.
  • the upper camera sensor is installed to face upward or forward of the mobile robot can take a picture around the mobile robot.
  • the camera sensors may be formed on the top or side surfaces of the mobile robot at a predetermined distance or at an angle.
  • the 3D camera sensor may be attached to one side or a part of the main body of the mobile robot to generate 3D coordinate information related to the periphery of the main body.
  • the 3D camera sensor may be a 3D depth camera that calculates a distance between the mobile robot and the object to be photographed.
  • the 3D camera sensor may capture a 2D image related to the circumference of the main body, and generate a plurality of 3D coordinate information corresponding to the captured 2D image.
  • the 3D camera sensor includes two or more cameras for acquiring a conventional two-dimensional image, and combines two or more images acquired by the two or more cameras to generate three-dimensional coordinate information. Can be formed in a manner.
  • the three-dimensional camera sensor is a first pattern irradiation unit for irradiating the first pattern of light downward toward the front of the main body, and to irradiate the second pattern of light upward toward the front of the main body It may include a second pattern irradiation unit and an image acquisition unit for obtaining an image of the front of the main body.
  • the image acquisition unit may acquire an image of a region where light of the first pattern and light of the second pattern are incident.
  • the three-dimensional camera sensor includes an infrared pattern emitter for irradiating an infrared pattern with a single camera, and captures a shape in which the infrared pattern irradiated from the infrared pattern emitter is projected onto the object to be photographed. The distance between the sensor and the object to be photographed may be measured.
  • the 3D camera sensor may be an IR (Infra Red) type 3D camera sensor.
  • the three-dimensional camera sensor includes a light emitting unit that emits light together with a single camera, receives a portion of the laser emitted from the light emitting unit reflected from the object to be photographed, and analyzes the received laser, The distance between the camera sensor and the object to be photographed may be measured.
  • the 3D camera sensor may be a 3D camera sensor of a time of flight (TOF) method.
  • the laser of the three-dimensional camera sensor as described above is configured to irradiate the laser of the form extending in at least one direction.
  • the three-dimensional camera sensor may be provided with a first and a second laser, the first laser is irradiated with a laser of a straight line that crosses each other, the second laser is irradiated with a single straight laser can do.
  • the bottom laser is used to detect obstacles at the bottom
  • the top laser is used to detect obstacles at the top
  • the middle laser between the bottom laser and the top laser is used to detect obstacles in the middle. Used for
  • FIG. 5 an embodiment showing an installation mode of the cleaner 100 and the charging station 510 in the cleaning area is described.
  • a charging station 510 for charging the battery of the cleaner 100 may be installed in the cleaning area 500.
  • the charging station 510 may be installed outside the cleaning area 500.
  • the charging station 510 includes a communication device (not shown) capable of emitting different types of signals, and the communication device wirelessly communicates with the communication unit 1100 of the cleaner 100. Can be performed.
  • the controller 1800 may control the driver 1300 to dock the main body of the cleaner 100 to the charging station 510 based on the signal received by the communication unit 1100 from the charging station 510.
  • the controller 1800 may move the main body toward the charging station 510 when the remaining capacity of the battery falls below the limit capacity, and when the main body approaches the charging station 510, the driving unit 1300 to start a docking function. ) Can be controlled.
  • the cleaner 100 performing autonomous driving may move in the cleaning area according to the preset driving pattern 600.
  • the cleaner 100 performing autonomous driving travels in various patterns so as to minimize a dead zone in which cleaning is not performed in the cleaning area.
  • the driving pattern 600 illustrated in FIG. 6 is a zigzag pattern, which is perpendicular to one surface of the first wall 610 of the cleaning area and is closer toward the wall and the first pattern 600a away from the wall. It is a repetitive combination of the second patterns 600b.
  • the zigzag pattern 600 includes a third pattern 600c between the first pattern and the second pattern in a direction parallel to one surface of the first wall 610 to change the driving direction.
  • suction unit 120 of the cleaner 100 proposed in the present invention is installed on the front side of the main body, when the cleaning unit 120 moves along the third pattern 600c of FIG. This can happen.
  • the controller 1800 may be disposed between one surface of the main body and the first point of the first wall 610 existing on the traveling direction side of the main body. Can detect whether the contact 700.
  • the controller 1800 performs the first driving M1 in a direction approaching the first wall 610 along the zigzag pattern, by using the detection result of the shock sensor disposed on the front surface of the main body. It may be determined whether the wall 610 is in contact with the main body.
  • the controller 1800 may determine that the front surface of the main body contacts an obstacle or a wall.
  • the controller 1800 may determine that the point where the impact sensor is installed has collided with an obstacle or a wall by using information related to the installation position of the impact sensor.
  • the center position of the cleaner 100 is defined as the first position P1.
  • controller 1800 may detect a distance between the main body side and the second wall 620 using a sensor installed on the main body side.
  • the senor installed on the side of the main body may be composed of various types of sensors capable of detecting the distance between the obstacle and the main body, such as an ultrasonic sensor, an infrared sensor, a camera sensor, a laser sensor.
  • the controller 1800 may use a sensor provided on the side of the main body to determine a distance between the first position P1 and the second wall 620 of the cleaner 100. X1) can be detected. In addition, the controller 1800 may determine whether the cleaner 100 enters a corner area of the cleaning area based on the detected distance X1.
  • the controller 1800 may detect the distance X2 between the main body side and the second wall 620 by using a sensor provided on the main body side. . In addition, the controller 1800 may determine whether the cleaner 100 enters a corner area of the cleaning area based on the detected distance X2.
  • the first portion S1 may correspond to a portion where the suction unit 120 of the cleaner 100 contacts the first wall 610.
  • the cleaning is performed on the area S0 existing between the second wall 620 and the first position P1 only by the general zigzag driving algorithm. Unable problem occurs.
  • the controller 1800 may use the corner driving method to contact or space the side surface of the main body with the first wall 610 at least one time until the front surface of the main body contacts the second wall 620. 1300 may be controlled.
  • the controller 1800 may change the posture of the main body so that the front of the main body faces the second wall 620.
  • the driver 1300 may be controlled by using a posture change driving method.
  • the controller 1800 may perform a first posture change process M2 of reversing the main body.
  • the backward path corresponding to the first posture change process M2 may be a curved path as shown in FIG. 8.
  • the controller 1800 may reverse the main body and simultaneously control the driving unit 1300 such that the front of the main body faces the second wall 620.
  • the position of the cleaner 100 is defined as the second position P2.
  • the controller 1800 may perform the second posture change driving M3 to straighten the cleaner 100 until the front surface of the main body contacts the second wall 620.
  • the cleaning of the portion S2 of the second wall 620 is performed by the second posture change driving M3.
  • the controller 1800 may change the third posture change driving M4 to contact any one of the two sides of the main body close to the first wall 610 to the first wall 610. Can be performed.
  • the controller 1800 changes the rotational direction of the main body while performing the third posture change driving M4 so that the side surface of the main body contacts the first wall 610. 1300 may be controlled.
  • the controller 1800 when the cleaner 1100 enters the first position P1 within the corner area, the controller 1800 according to the present invention may face the second wall 620 while the cleaner 100 faces the second wall 620.
  • the driving unit 1300 may be controlled by using various driving methods so that the side of the 100 contacts the first wall 610.
  • the controller 1800 controls the driving unit 1300 such that the first side of the main body contacts the first wall 610 at least once. can do.
  • the first side of the main body is defined as any one side spaced farther from the second wall 620 of both sides of the main body when the cleaner enters the first position P1. Accordingly, when the cleaner enters the first position P1, the other side of the body, which is closer to the second wall 620, is defined as the second side.
  • the first side may be provided with a shock sensor (not shown) for detecting a physical force applied from the outside.
  • the shock sensor may be composed of various types of sensors, and any type of shock sensor may be configured as a sensor capable of detecting external pressure. Detailed description of the structure or shape of the sensor for sensing the pressure applied from the outside will be omitted.
  • the controller 1800 may include a first corner run M5 spaced apart from the first wall 610 when the posture change run M2, M3, M4 is completed, and the first corner run M5.
  • the second corner driving M6 may be performed to bring the first side back into contact with the first wall.
  • controller 1800 may repeatedly perform the first and second corner travelings repeatedly until the front surface of the main body contacts the second wall 620.
  • controller 1800 rotates any one closer to the first wall 610 of the two main wheels disposed on both sides of the cleaner 100 faster than the other one to perform the first corner driving. You can.
  • the controller 1800 may rotate any one closer to the first wall 610 of the two main wheels more slowly than the other one to perform the second corner driving.
  • the controller 1800 may collide the first side of the main body with the first wall 610 a plurality of times, and the driving unit 1300 may enter the corner formed between the first wall and the second wall. ) Can be controlled.
  • the controller 1800 may perform at least one or more first corner runs M6b and at least one or more second corner runs M6a and M6c at the intersection.
  • the controller 1800 may determine whether to perform the first corner driving and the second corner driving based on the output of the sensor installed at the first side.
  • the controller 1800 controls the driving unit 1300 to perform the first corner driving. Can be controlled. At this time, the second reference value is set larger than the first reference value.
  • the controller 1800 may control the driving unit 1300 to perform the second corner driving when the output of the sensor installed on the first side is reduced from the second reference value or more to the first reference value or less. have.
  • a shock sensor (not shown) may be installed on the front of the main body, and the controller 1800 may drive the first and second corners using the impact sensor on the front of the main body. It may be determined whether the front surface of the main body is in contact with the second wall 620 by.
  • the controller 1800 may determine whether the front surface of the main body contacts the first wall 610 (S1301).
  • the controller 1800 detects a distance between the main body and the second wall 620 located on the side of the main body, and based on the detected result, the main body enters the corner area. It can be determined whether or not (S1302).
  • the controller 1800 may perform a posture change driving so that the front of the main body faces the second wall 620 (S1303).
  • the controller 1800 may perform corner driving to enter the front of the main body to the corner while contacting the main body side a plurality of times of the first wall 610 (S1304).
  • the front surface of the main body enters the corner while the first side surface of the main body contacts or approaches the first wall 610.
  • the performance of the cleaner can be improved by performing detailed driving in the corner area so that the robot cleaner can clean the cleaning area without gaps.
  • the user's satisfaction with the cleaner can be improved by minimizing an uncleaned area that cannot be cleaned by zigzag driving.

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Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 자율주행을 수행하는 청소기는 본체, 본체를 이동시키는 구동부, 본체의 전면에 설치된 흡입부, 본체의 전면과, 상기 본체의 양 측면에 각각 설치되어, 각 방향에 존재하는 장애물을 감지하는 복수의 센서 및 미리 설정된 주행 패턴에 근거하여, 상기 본체가 이동되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 미리 설정된 주행 패턴을 따라 주행하는 중에, 상기 본체의 전면에 설치된 센서와, 상기 본체의 양 측면 중 제1 측면에 설치된 센서를 이용하여, 상기 청소 영역 중 코너 영역으로 진입 여부를 검출하고, 상기 코너 영역에 상기 본체가 진입하면, 상기 본체의 제1 측면이 상기 코너 영역을 형성하는 제1 벽에 적어도 일 회 이상 접촉하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

청소기 및 그 제어방법
본 발명은 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장애물을 인식할 수 있고, 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.
상기 가정용 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로서, 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 가전기기의 일종이다. 이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 스스로 주행하며 청소할 수 있다.
최근에는, 로봇 청소기가 청소 영역을 단순히 자율적으로 주행하여 청소를 수행하는 것에서 벗어나 로봇 청소기를 헬스 케어, 스마트홈, 원격제어 등 다양한 분야에 활용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 로봇 청소기의 흡입 유닛이 본체의 전방에 설치되는 경우, 청소 영역의 벽을 따라 이동하는 월 팔로잉(Wall Following) 주행 시, 코너 영역에 대해 청소가 충분히 수행되지 않는 문제점이 있다.
즉, 흡입 유닛의 개수나 설치 위치에 따라서, 미청소 영역을 최소화하기 위한 별도의 주행 패턴이 필요하다.
이와 관련하여, 한국공개특허 10-2011-0053760호(공개일자 2011년 5월 24일)에서는 지그재그 주행을 수행하는 로봇 청소기를 개시하고 있다.
그러나, 위의 선행문헌에서는 지그재그 수행 시 코너 영역이 충분히 청소되지 않는 점을 해결하기 위한 구성을 개시하고 있지 않으므로, 로봇 청소기의 성능에 사용자가 불만족하는 문제가 여전히 남아 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 청소 영역 중 코너 영역의 청소 성공률을 향상시킬 수 있는 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 본체 전면 측에만 흡입부를 구비한 청소기가 코너 영역에 대해 충분한 청소를 수행하게끔, 특유의 주행 패턴을 수행하는 자율 주행을 수행하는 청소기 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 자율주행을 수행하는 청소기는 본체, 상기 본체를 이동시키는 구동부, 상기 본체의 전면에 설치된 흡입부, 상기 본체의 전면과, 상기 본체의 양 측면에 각각 설치되어, 각 방향에 존재하는 장애물을 감지하는 복수의 센서 및 미리 설정된 주행 패턴에 근거하여, 상기 본체가 이동되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 미리 설정된 주행 패턴을 따라 주행하는 중에, 본체의 전면에 설치된 센서와, 상기 본체의 양 측면 중 제1 측면에 설치된 센서를 이용하여, 상기 청소 영역 중 코너 영역으로 진입 여부를 검출할 수 있다.
아울러, 제어부는 코너 영역에 상기 본체가 진입하면, 상기 본체의 제1 측면이 상기 코너 영역을 형성하는 제1 벽에 적어도 일 회 이상 접촉하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 측면이 상기 제1 벽에 접촉하는 경우, 상기 제1 측면을 상기 제1 벽으로부터 이격시키는 제1 코너주행과, 상기 제1 측면을 상기 제1 벽으로 다시 접촉시키는 제2 코너주행이 순차적으로 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 측면에 설치된 센서는 외부로부터 인가되는 물리력을 감지하는 충격 센서로 구성되고, 상기 제어부는 상기 제1 측면에 설치된 센서의 출력에 근거하여, 상기 제1 코너주행 및 상기 제2 코너주행의 수행 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 측면에 설치된 센서의 출력이 미리 설정된 제1 기준 값 이하에서, 미리 설정된 제2 기준 값 이상으로 증가하면, 상기 제1 코너주행이 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 측면에 설치된 센서의 출력이 상기 제2 기준 값 이상에서, 상기 제1 기준 값 이하로 감소하면, 상기 제2 코너주행이 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 벽과 함께 상기 코너 영역을 형성하는 제2 벽에 상기 본체의 전면에 설치된 흡입부가 접촉할 때까지, 상기 제1 및 제2 코너주행이 반복적으로 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 본체 전면에 설치된 센서는 외부로부터 인가되는 물리력을 감지하는 충격 센서로 구성되고, 상기 제어부는 상기 본체의 전면에 설치된 센서의 출력을 이용하여, 상기 흡입부가 상기 제2 벽에 접촉하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 코너 영역을 형성하는 두 개의 벽 중 상기 코너 영역에 진입할 때 상기 본체 전면이 지향하는 벽을 상기 제1 벽으로 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 본체 전면이 상기 제1 벽에 접촉하면, 상기 본체 전면이 상기 제1 벽과 함께 상기 코너 영역을 형성하는 제2 벽을 지향하도록, 상기 본체의 자세를 변경시키는 자세 변경 주행을 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 자세 변경 주행이 완료되면, 상기 제1 및 제2 코너주행이 반복적으로 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 자세 변경 주행은 상기 본체 전면이 상기 제1 벽에 접촉되면, 상기 본체 전면이 상기 제2 벽을 지향하도록 제1 곡선 경로를 따라 상기 본체를 후진시키는 제1 자세변경과정과, 상기 본체 전면이 상기 제2 벽에 접촉하도록 상기 본체를 직진시키는 제2 자세변경과정과, 상기 본체 측면이 상기 제1 벽에 접촉하도록 상기 본체를 제2 곡선 경로를 따라 주행시키는 제3 자세변경을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 구동부는 상기 본체 양 측면에 각각 대응되는 두 개의 주바퀴를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 코너주행을 수행하기 위해, 상기 두 개의 주바퀴 중 상기 제1 벽에 더 근접한 어느 하나를, 나머지 하나보다 더 빠르게 회전시키도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 코너주행을 수행하기 위해, 상기 두 개의 주바퀴 중 상기 제1 벽에 더 근접한 어느 하나를, 나머지 하나보다 더 느리게 회전시키도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 본체 측면에 설치된 센서는 장애물과의 거리를 감지하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 본체 전면이 상기 제1 벽에 접촉하면, 상기 본체 측면으로부터 상기 제2 벽까지의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 근거하여 상기 본체가 상기 코너 영역에 진입했는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 로봇 청소기가 청소 영역을 빈틈없이 청소할 수 있도록 코너 영역에서 세밀한 주행을 수행을 수행함으로써, 청소기의 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 지그재그 주행에 의해 청소를 수행하지 못하는 미청소 영역을 최소화함으로써, 청소기에 대한 사용자의 만족도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기의 일 예를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자율 주행을 수행하는 청소기의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 자율 주행을 수행하는 청소기의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 청소기와 충전 스테이션이 청소 영역에 설치되는 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기의 주행 방법을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명에 따른 자율 주행을 수행하는 청소기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기(100)의 일 예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로봇 청소기(100)의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 로봇 청소기(100)의 측면도이다.
참고로, 본 명세서에서는 이동 로봇, 로봇 청소기 및 자율 주행을 수행하는 청소기가 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 로봇 청소기(100)는 일정 영역을 스스로 주행하면서 바닥을 청소하는 기능을 수행한다. 여기서 말하는 바닥의 청소에는, 바닥의 먼지(이물질을 포함한다)를 흡입하거나 바닥을 걸레질하는 것이 포함된다.
로봇 청소기(100)는 청소기 본체(110), 흡입 유닛(120), 센싱 유닛(130) 및 먼지통(140)을 포함한다.
청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)의 제어를 위한 제어부(미도시) 및 로봇 청소기(100)의 주행을 위한 휠 유닛(111)이 구비된다. 휠 유닛(111)에 의해 로봇 청소기(100)는 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다.
휠 유닛(111)은 메인 휠(111a) 및 서브 휠(111b)을 포함한다.
메인 휠(111a)은 청소기 본체(110)의 양측에 각각 구비되어, 제어부의 제어 신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 각각의 메인 휠(111a)은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 메인 휠(111a)은 서로 다른 모터에 의해서 구동될 수 있다.
서브 휠(111b)은 메인 휠(111a)과 함께 청소기 본체(110)를 지지하며, 메인 휠(111a)에 의한 로봇 청소기(100)의 주행을 보조하도록 이루어진다. 이러한 서브 휠(111b)은 후술하는 흡입 유닛(120)에도 구비될 수 있다.
살펴본 바와 같이, 제어부가 휠 유닛(111)의 구동을 제어함으로써, 로봇 청소기(100)는 바닥을 자율 주행하도록 이루어진다.
한편, 청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100)에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 장착된다. 배터리는 충전 가능하게 구성되며, 청소기 본체(110)의 저면부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
흡입 유닛(120)은 청소기 본체(110)의 일측으로부터 돌출된 형태로 배치되어, 먼지가 포함된 공기를 흡입하도록 이루어진다. 상기 일측은 상기 청소기 본체(110)가 정방향(F)으로 주행하는 측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽이 될 수 있다.
본 도면에서는, 흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)의 일측에서 전방 및 좌우 양측면으로 모두 돌출된 형태를 가지는 것을 보이고 있다. 구체적으로, 흡입 유닛(120)의 전단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 전방으로 이격된 위치에 배치되고, 흡입 유닛(120)의 좌우 양단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 좌우 양측으로 각각 이격된 위치에 배치된다.
청소기 본체(110)가 원형으로 형성되고, 흡입 유닛(120)의 후단부 양측이 청소기 본체(110)로부터 좌우 양측으로 각각 돌출 형성됨에 따라, 청소기 본체(110)와 흡입 유닛(120) 사이에는 빈 공간, 즉 틈이 형성될 수 있다. 상기 빈 공간은 청소기 본체(110)의 좌우 양단부와 흡입 유닛(120)의 좌우 양단부 사이의 공간으로서, 로봇 청소기(100)의 내측으로 리세스된 형태를 가진다.
상기 빈 공간에 장애물이 끼이는 경우, 로봇 청소기(100)가 장애물에 걸려 움직이지 못하는 문제가 초래될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 커버부재(129)가 상기 빈 공간의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 커버부재(129)는 청소기 본체(110) 또는 흡입 유닛(120)에 구비될 수 있다. 본 실시예에서는, 흡입 유닛(120)의 후단부 양측에 각각 커버부재(129)가 돌출 형성되어, 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치된 것을 보이고 있다.
커버부재(129)는 상기 빈 공간, 즉 청소기 본체(110)와 흡입 유닛(120) 간의 빈 공간의 적어도 일부를 메우도록 배치된다. 따라서, 상기 빈 공간에 장애물이 끼이는 것이 방지되거나, 상기 빈 공간에 장애물이 끼이더라도 장애물로부터 용이하게 이탈 가능한 구조가 구현될 수 있다.
흡입 유닛(120)에서 돌출 형성된 커버부재(129)는 청소기 본체(110)의 외주면에 지지될 수 있다. 만일, 커버부재(129)가 청소기 본체(110)에서 돌출 형성되는 경우라면, 커버부재(129)는 흡입 유닛(120)의 후면부에 지지될 수 있다. 상기 구조에 따르면, 흡입 유닛(120)이 장애물과 부딪혀 충격을 받았을 때, 그 충격의 일부가 청소기 본체(110)로 전달되어 충격이 분산될 수 있다.
흡입 유닛(120)은 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)로 분리되면, 분리된 흡입 유닛(120)을 대체하여 걸레 모듈(미도시)이 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 사용자는 바닥의 먼지를 제거하고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 흡입 유닛(120)을 장착하고, 바닥을 닦고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 걸레 모듈을 장착할 수 있다.
흡입 유닛(120)이 청소기 본체(110)에 장착시, 상술한 커버부재(129)에 의해 상기 장착이 가이드될 수 있다. 즉, 커버부재(129)가 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치됨으로써, 청소기 본체(110)에 대한 흡입 유닛(120)의 상대적 위치가 결정될 수 있다.
청소기 본체(110)에는 센싱 유닛(130)이 배치된다. 도시된 바와 같이, 센싱 유닛(130)은 흡입 유닛(120)이 위치하는 청소기 본체(110)의 일측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽에 배치될 수 있다.
센싱 유닛(130)은 청소기 본체(110)의 상하 방향으로 흡입 유닛(120)과 오버랩되도록 배치될 수 있다. 센싱 유닛(130)은 흡입 유닛(120)의 상부에 배치되어, 로봇 청소기(100)의 가장 앞쪽에 위치하는 흡입 유닛(120)이 장애물과 부딪히지 않도록 전방의 장애물이나 지형지물 등을 감지하도록 이루어진다.
센싱 유닛(130)은 이러한 감지 기능 외의 다른 센싱 기능을 추가로 수행하도록 구성된다. 이에 대하여는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
청소기 본체(110)에는 먼지통 수용부(113)가 구비되며, 먼지통 수용부(113)에는 흡입된 공기 중의 먼지를 분리하여 집진하는 먼지통(140)이 착탈 가능하게 결합된다. 도시된 바와 같이, 먼지통 수용부(113)는 청소기 본체(110)의 타측, 즉 청소기 본체(110)의 뒤쪽에 형성될 수 있다.
먼지통(140)의 일부는 먼지통 수용부(113)에 수용되되, 먼지통(140)의 다른 일부는 청소기 본체(110)의 후방[즉, 정방향(F)에 반대되는 역방향(R)]을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.
먼지통(140)에는 먼지가 포함된 공기가 유입되는 입구(140a)와 먼지가 분리된 공기가 배출되는 출구(140b)가 형성되며, 먼지통 수용부(113)에 먼지통(140)이 장착시 입구(140a)와 출구(140b)는 먼지통 수용부(113)의 내측벽에 형성된 제1개구(110a) 및 제2개구(110b)와 각각 연통되도록 구성된다.
청소기 본체(110) 내부의 흡기유로는 연통부(120b")와 연통되는 유입구(미도시)부터 제1개구(110a)까지의 유로에 해당하며, 배기유로는 제2개구(110b)부터 배기구(112)까지의 유로에 해당한다.
이러한 연결관계에 따라, 흡입 유닛(120)을 통하여 유입된 먼지가 포함된 공기는 청소기 본체(110) 내부의 흡기유로를 거쳐, 먼지통(140)으로 유입되고, 먼지통(140)의 필터 내지는 사이클론을 거치면서 공기와 먼지가 상호 분리된다. 먼지는 먼지통(140)에 집진되며, 공기는 먼지통(140)에서 배출된 후 청소기 본체(110) 내부의 배기유로를 거쳐 최종적으로 배기구(112)를 통하여 외부로 배출된다.
이하의 도 4에서는 로봇 청소기(100)의 구성요소와 관련된 일 실시예가 설명된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기(100) 또는 이동 로봇은, 통신부(1100), 입력부(1200), 구동부(1300), 센싱부(1400), 출력부(1500), 전원부(1600), 메모리(1700) 및 제어부(1800) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이때, 도 4에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 로봇 청소기가 구현될 수 있음은 물론이다. 이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
우선, 전원부(1600)는 외부 상용 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하여 이동 로봇 내로 전원을 공급한다. 전원부(1600)는 이동 로봇에 포함된 각 구성들에 구동 전원을 공급하여, 이동 로봇이 주행하거나 특정 기능을 수행하는데 요구되는 동작 전원을 공급할 수 있다.
이때, 제어부(1800)는 배터리의 전원 잔량을 감지하고, 전원 잔량이 부족하면 외부 상용 전원과 연결된 충전대로 이동하도록 제어하여, 충전대로부터 충전 전류를 공급받아 배터리를 충전할 수 있다. 배터리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어부(1800)에 전달될 수 있다. 출력부(1500)은 제어부에 의해 상기 배터리 잔량을 화면에 표시할 수 있다.
배터리는 로봇 청소기 중앙의 하부에 위치할 수도 있고, 좌, 우측 중 어느 한쪽에 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 이동 로봇은 배터리의 무게 편중을 해소하기 위해 균형추를 더 구비할 수 있다.
한편, 구동부(1300)는 모터를 구비하여, 상기 모터를 구동함으로써, 좌, 우측 주바퀴를 양 방향으로 회전시켜 본체를 회전 또는 이동시킬 수 있다. 구동부(1300)는 이동 로봇의 본체를 전후좌우로 진행시키거나, 곡선주행시키거나, 제자리 회전시킬 수 있다.
한편, 입력부(1200)는 사용자로부터 로봇 청소기에 대한 각종 제어 명령을 입력받는다. 입력부(1200)는 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있고, 예를 들어, 입력부(1200)는 확인버튼, 설정버튼 등을 포함할 수 있다. 확인버튼은 감지 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 맵 정보를 확인하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이고, 설정버튼은 상기 정보들을 설정하는 명령을 사용자로부터 입력받기 위한 버튼이다.
또한, 입력부(1200)는 이전 사용자 입력을 취소하고 다시 사용자 입력을 받기 위한 입력재설정버튼, 기 설정된 사용자 입력을 삭제하기 위한 삭제버튼, 작동 모드를 설정하거나 변경하는 버튼, 충전대로 복귀하도록 하는 명령을 입력받는 버튼 등을 포함할 수 있다.
또한, 입력부(1200)는 하드 키나 소프트 키, 터치패드 등으로 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 또, 입력부(1200)는 출력부(1500)와 함께 터치 스크린의 형태를 가질 수 있다.
한편, 출력부(1500)는, 이동 로봇의 상부에 설치될 수 있다. 물론 설치 위치나 설치 형태는 달라질 수 있다. 예를 들어, 출력부(1500)는 배터리 상태 또는 주행 방식 등을 화면에 표시할 수 있다.
또한, 출력부(1500)는, 센싱부(1400)가 검출한 이동 로봇 내부의 상태 정보, 예를 들어 이동 로봇에 포함된 각 구성들의 현재 상태를 출력할 수 있다. 또, 출력부(1500)는 센싱부(1400)가 검출한 외부의 상태 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 화면에 디스플레이할 수 있다. 출력부(1500)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.
출력부(1500)는, 제어부(1800)에 의해 수행되는 이동 로봇의 동작 과정 또는 동작 결과를 청각적으로 출력하는 음향 출력 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부(1500)는 제어부(1800)에 의해 생성된 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다.
이때, 음향 출력 수단은 비퍼(beeper), 스피커 등의 음향을 출력하는 수단일 수 있고, 출력부(1500)는 메모리(1700)에 저장된 소정의 패턴을 가진 오디오 데이터 또는 메시지 데이터 등을 이용하여 음향 출력 수단을 통해 외부로 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇은, 출력부(1500)를 통해 주행 영역에 대한 환경 정보를 화면에 출력하거나 음향으로 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에 따라, 이동 로봇은 출력부(1500)를 통해 출력할 화면이나 음향을 단말 장치가 출력하도록, 지도 정보 또는 환경 정보를 통신부(1100)릍 통해 단말 장치에 전송할 수 있다.
한편, 통신부(1100)는 단말 장치 및/또는 특정 영역 내 위치한 타 기기(본 명세서에서는 "가전 기기"라는 용어와 혼용하기로 한다)와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 신호와 데이터를 송수신한다.
통신부(1100)는 특정 영역 내에 위치한 타 기기와 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 타 기기는 네트워크에 연결하여 데이터를 송수신할 수 있는 장치이면 어느 것이어도 무방하며, 일 예로, 공기 조화 장치, 난방 장치, 공기 정화 장치, 전등, TV, 자동차 등과 같은 장치일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 문, 창문, 수도 밸브, 가스 밸브 등을 제어하는 장치 등일 수 있다. 또한, 상기 타 기기는, 온도, 습도, 기압, 가스 등을 감지하는 센서 등일 수 있다.
한편, 메모리(1700)는 로봇 청소기를 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(1700)는 오디오 정보, 영상 정보, 장애물 정보, 위치 정보, 지도 정보 등을 저장할 수 있다. 또, 메모리(1700)는 주행 패턴과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
상기 메모리(1700)는 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.
한편, 센싱부(1400)는, 충격 센서, 외부 신호 감지 센서, 전방 감지 센서, 낭떠러지 감지 센서, 하부 카메라 센서, 상부 카메라 센서 및 3차원 카메라 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
충격 센서는 본체의 외면 중 적어도 하나의 지점에 설치될 수 있으며, 상기 지점에 인가되는 물리력을 감지할 수 있다.
일 예에서, 충격 센서는 본체의 외면에 배치되어, 상기 본체의 전방을 지향할 수 있다. 또 다른 예에서, 충격 센서는 본체의 외면에 배치되어, 상기 본체의 후방을 지향할 수 있다. 또 다른 예에서, 충격 센서는 본체의 외면에 배치되어, 상기 본체의 좌측 또는 우측을 지향할 수 있다.
외부 신호 감지 센서는 이동 로봇의 외부 신호를 감지할 수 있다. 외부 신호 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor) 등일 수 있다.
이동 로봇은 외부 신호 감지 센서를 이용하여 충전대가 발생하는 안내 신호를 수신하여 충전대의 위치 및 방향을 확인할 수 있다. 이때, 충전대는 이동 로봇이 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신할 수 있다. 즉, 이동 로봇은 충전대로부터 발신되는 신호를 수신하여 현재의 위치를 판단하고 이동 방향을 설정하여 충전대로 복귀할 수 있다.
한편, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 전방, 구체적으로 이동 로봇의 측면 외주면을 따라 일정 간격으로 설치될 수 있다. 전방 감지 센서는 이동 로봇의 적어도 일 측면에 위치하여, 전방의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 전방 감지 센서는 이동 로봇의 이동 방향에 존재하는 물체, 특히 장애물을 감지하여 검출 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 즉, 전방 감지 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다.
전방 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있고, 이동 로봇은 전방 감지 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다.
일 예로, 초음파 센서는 일반적으로 원거리의 장애물을 감지하는 데에 주로 사용될 수 있다. 초음파 센서는 발신부와 수신부를 구비하여, 제어부(1800)는 발신부를 통해 방사된 초음파가 장애물 등에 의해 반사되어 수신부에 수신되는 지의 여부로 장애물의 존부를 판단하고, 초음파 방사 시간과 초음파 수신 시간을 이용하여 장애물과의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 발신부에서 방사된 초음파와, 수신부에 수신되는 초음파를 비교하여, 장애물의 크기와 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)는 수신부에 더 많은 초음파가 수신될수록, 장애물의 크기가 큰 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수(일 예로, 5개)의 초음파 센서가 이동 로봇의 전방 측면에 외주면을 따라 설치될 수 있다. 이때, 바람직하게 초음파 센서는 발신부와 수신부가 교대로 이동 로봇의 전면에 설치될 수 있다.
즉, 발신부는 본체의 전면 중앙으로부터 좌, 우측에 이격되도록 배치될 수 있고, 수신부의 사이에 하나 또는 둘 이상의 발신부가 배치되어 장애물 등으로부터 반사된 초음파 신호의 수신 영역을 형성할 수 있다. 이와 같은 배치로 센서의 수를 줄이면서 수신 영역을 확장할 수 있다. 초음파의 발신 각도는 크로스토크(crosstalk) 현상을 방지하도록 서로 다른 신호에 영향을 미치지 아니하는 범위의 각을 유지할 수 있다. 또한, 수신부들의 수신 감도는 서로 다르게 설정될 수 있다.
또한, 초음파 센서에서 발신되는 초음파가 상향으로 출력되도록 초음파 센서는 일정 각도만큼 상향으로 설치될 수 있고, 이때, 초음파가 하향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 소정의 차단 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 전방 감지 센서는, 전술한 바와 같이, 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있고, 이에 따라, 전방 감지 센서는 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서 등 중 어느 한 가지 종류의 센서를 사용할 수 있다.
일 예로, 전방 감지 센서는 초음파 센서 이외에 다른 종류의 센서로 적외선 센서를 포함할 수 있다.
*적외선 센서는 초음파 센서와 함께 이동 로봇의 외주면에 설치될 수 있다. 적외선 센서 역시, 전방이나 측면에 존재하는 장애물을 감지하여 장애물 정보를 제어부(1800)에 전달할 수 있다. 즉, 적외선 센서는, 이동 로봇의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 정보를 제어부(1800)에 전달한다. 따라서, 이동 로봇은 본체가 장애물과의 충돌없이 특정 영역 내에서 이동할 수 있다.
한편, 낭떠러지 감지 센서(또는 클리프 센서(Cliff Sensor))는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하여, 이동 로봇의 본체를 지지하는 바닥의 장애물을 감지할 수 있다.
즉, 낭떠러지 감지 센서는, 바닥의 이동 로봇의 배면에 설치되되, 이동 로봇의 종류에 따라 다른 위치에 설치될 수 있음은 물론이다. 낭떠러지 감지 센서는 이동 로봇의 배면에 위치하여, 바닥의 장애물을 감지하기 위한 것으로서, 낭떠러지 감지 센서는 상기 장애물 감지 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등일 수 있다.
일 예로, 낭떠러지 감지 센서 중 어느 하나는 이동 로봇의 전방에 설치되고, 다른 두 개의 낭떠러지 감지 센서는 상대적으로 뒤쪽에 설치될 수 있다.
예를 들어, 낭떠러지 감지 센서는 PSD 센서일 수 있으나, 복수의 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수도 있다.
PSD 센서는 반도체 표면저항을 이용해서 1개의 p-n접합으로 입사광의 단장거리 위치를 검출한다. PSD 센서에는 일축 방향만의 광을 검출하는 1차원 PSD 센서와, 평면상의 광위치를 검출할 수 있는 2차원 PSD 센서가 있으며, 모두 pin 포토 다이오드 구조를 가질 수 있다. PSD 센서는 적외선 센서의 일종으로서, 적외선을 이용하여, 적외선을 송신한 후 장애물에서 반사되어 돌아오는 적외선의 각도를 측정하여 거리를 측정한다. 즉, PSD 센서는 삼각측량방식을 이용하여, 장애물과의 거리를 산출한다.
PSD 센서는 장애물에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 구비하되, 일반적으로 모듈 형태로 구성된다. PSD 센서를 이용하여, 장애물을 감지하는 경우, 장애물의 반사율, 색의 차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있다.
제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서가 지면을 향해 발광한 적외선의 발광신호와 장애물에 의해 반사되어 수신되는 반사신호 간의 적외선 각도를 측정하여, 낭떠러지를 감지하고 그 깊이를 분석할 수 있다.
한편, 제어부(1800)는 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 감지한 낭떠러지의 지면 상태에 따라 통과 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 낭떠러지의 통과 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1800)은 낭떠러지 감지 센서를 통해 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지 깊이를 판단한 다음, 낭떠러지 감지 센서를 통해 반사 신호를 감지한 경우에만 낭떠러지를 통과하도록 한다.
다른 예로, 제어부(1800)은 낭떠러지 감지 센서를 이용하여 이동 로봇의 들림 현상을 판단할 수도 있다.
한편, 하부 카메라 센서는, 이동 로봇의 배면에 구비되어, 이동 중 하방, 즉, 바닥면(또는 피청소면)에 대한 이미지 정보를 획득한다. 하부 카메라 센서는, 다른 말로 옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)라 칭하기도 한다. 하부 카메라 센서는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터를 생성한다. 생성된 영상 데이터는 메모리(1700)에 저장될 수 있다.
또한, 하나 이상의 광원이 이미지 센서에 인접하여 설치될 수 있다. 하나 이상의 광원은, 이미지 센서에 의해 촬영되는 바닥면의 소정 영역에 빛을 조사한다. 즉, 이동 로봇이 바닥면을 따라 특정 영역을 이동하는 경우에, 바닥면이 평탄하면 이미지 센서와 바닥면 사이에는 일정한 거리가 유지된다. 반면, 이동 로봇이 불균일한 표면의 바닥면을 이동하는 경우에는 바닥면의 요철 및 장애물에 의해 일정 거리 이상 멀어지게 된다. 이때 하나 이상의 광원은 조사되는 빛의 양을 조절하도록 제어부(1800)에 의해 제어될 수 있다. 상기 광원은 광량 조절이 가능한 발광 소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등일 수 있다.
하부 카메라 센서를 이용하여, 제어부(1800)는 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어부(1800)은 하부 카메라 센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다. 하부 카메라 센서를 이용하여 이동 로봇의 하방에 대한 이미지 정보를 이용함으로써, 제어부(1800)는 다른 수단에 의해 산출한 이동 로봇의 위치에 대하여 미끄러짐에 강인한 보정을 할 수 있다.
한편, 상부 카메라 센서는 이동 로봇의 상방이나 전방을 향하도록 설치되어 이동 로봇 주변을 촬영할 수 있다. 이동 로봇이 복수의 상부 카메라 센서들을 구비하는 경우, 카메라 센서들은 일정 거리 또는 일정 각도로 이동 로봇의 상부나 옆면에 형성될 수 있다.
3차원 카메라 센서는 이동 로봇의 본체 일면 또는 일부분에 부착되어, 상기 본체의 주위와 관련된 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.
즉, 3차원 카메라 센서는 이동 로봇과 피촬영 대상체의 원근거리를 산출하는 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)일 수 있다.
구체적으로, 3차원 카메라 센서는 본체의 주위와 관련된 2차원 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영된 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에서 3차원 카메라 센서는 기존의 2차원 영상을 획득하는 카메라를 2개 이상 구비하여, 상기 2개 이상의 카메라에서 획득되는 2개 이상의 영상을 조합하여, 3차원 좌표 정보를 생성하는 스테레오 비전 방식으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예에 따른 3차원 카메라 센서는 본체의 전방을 향해 하측으로 제1 패턴의 광을 조사하는 제1 패턴 조사부와, 상기 본체의 전방을 향해 상측으로 제2 패턴의 광을 조사하는 제2 패턴 조사부 및 본체의 전방의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 영상 획득부는 상기 제1 패턴의 광과 상기 제2 패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다.
또 다른 실시예에서 3차원 카메라 센서는 단일 카메라와 함께 적외선 패턴을 조사하는 적외선 패턴 방출부를 구비하고, 적외선 패턴 방출부에서 조사된 적외선 패턴이 피촬영 대상체에 투영된 모양을 캡쳐함으로써, 3차원 카메라 센서와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 IR(Infra Red) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.
또 다른 실시예에서 3차원 카메라 센서는 단일 카메라와 함께 빛을 방출하는 발광부를 구비하고, 발광부에서 방출되는 레이저 중 피촬영 대상체로부터 반사되는 일부를 수신하며, 수신된 레이저를 분석함으로써, 3차원 카메라 센서와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 3차원 카메라 센서는 TOF(Time of Flight) 방식의 3차원 카메라 센서일 수 있다.
구체적으로, 위와 같은 3차원 카메라 센서의 레이저는 적어도 일방향으로 연장된 형태의 레이저를 조사하도록 구성된다. 일 예에서, 상기 3차원 카메라 센서는 제1 및 제2 레이저를 구비할 수 있으며, 상기 제1 레이저는 서로 교차하는 직선 형태의 레이저를 조사하고, 제2 레이저는 단일의 직선 형태의 레이저를 조사할 수 있다. 이에 따르면, 최하단 레이저는 바닥 부분의 장애물을 감지하는 데에 이용되고, 최상단 레이저는 상부의 장애물을 감지하는 데에 이용되며, 최하단 레이저와 최상단 레이저 사이의 중간 레이저는 중간 부분의 장애물을 감지하는 데에 이용된다.
이하의 도 5에서는 청소영역 내에서 청소기(100)와 충전 스테이션(510)의 설치 양태를 나타내는 일 실시예가 설명된다.
도 5에 도시된 것과 같이, 청소기(100)의 배터리를 충전시키기 위한 충전 스테이션(510)은 청소영역(500) 내에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 충전 스테이션(510)은 청소영역(500)의 외곽에 설치될 수 있다.
도 5에 도시되지는 않았으나, 충전 스테이션(510)은 서로 다른 종류의 신호를 방출할 수 있는 통신장치(미도시)를 구비하며, 상기 통신장치는 청소기(100)의 통신부(1100)와 무선 통신을 수행할 수 있다.
제어부(1800)는 충전 스테이션(510)으로부터 상기 통신부(1100)에 수신된 신호에 근거하여, 청소기(100)의 본체가 충전 스테이션(510)에 도킹되도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
제어부(1800)는 배터리의 잔여 용량이 한계 용량 이하로 떨어지는 경우, 본체를 충전 스테이션(510) 방향으로 이동시킬 수 있으며, 본체가 충전 스테이션(510)에 근접한 경우, 도킹 기능을 개시하도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
이하 도 6을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 청소기(100)의 주행 방법이 설명된다.
일반적으로, 자율 주행을 수행하는 청소기(100)는 미리 설정된 주행 패턴(600)에 따라 청소 영역 내에서 이동할 수 있다. 자율 주행을 수행하는 청소기(100)는 청소 영역 내에서 청소가 수행되지 않는 데드존(Dead Zone)을 최소화하도록 다양한 패턴으로 주행한다.
도 6에 도시된 주행 패턴(600)은 지그재그 패턴으로서, 청소 영역의 제1 벽(610)의 일면과 수직한 방향으로, 상기 벽으로부터 멀어지는 제1 패턴(600a)과, 상기 벽을 향해 가까워지는 제2 패턴(600b)의 반복 조합이다.
이러한 지그재그 패턴(600)은, 주행 방향의 전환을 위하여 제1 벽(610)의 일면과 평행한 방향으로 제1 패턴과 제2 패턴 사이에 제3 패턴(600c)을 포함하게 된다.
한편, 본 발명에서 제안하는 청소기(100)의 흡입 유닛(120)이 본체의 전방 측에 설치되어 있으므로, 도 6의 제3 패턴(600c)을 따라 이동할 경우, 코너 영역에 대한 청소 능력이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
특히, 지그재그 주행 중인 청소기(100)가, 제1 벽(610)과 함께 청소영역의 코너를 형성하는 제2 벽(620)에 근접하게 되면, 더 이상 제2 벽(620) 측으로 접근하지 않으므로, 상기 제1 및 제2 벽에 의해 형성되는 코너를 포함하는 미청소영역(S0)이 발생하게 된다.
이하의 설명에서는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 청소기(100)의 제어 방법을 제안한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 제어부(1800)는 미리 설정된 주행 패턴(600)을 따라 주행하는 중에, 본체의 일면과, 본체의 진행방향 측에 존재하는 제1 벽(610)의 제1 지점 사이의 접촉(700) 여부를 감지할 수 있다.
구체적으로 제어부(1800)는 지그재그 패턴을 따라, 제1 벽(610)으로 가까워지는 방향으로 제1 주행(M1)을 수행하는 중에, 본체 전면에 배치된 충격 센서의 감지 결과를 이용하여, 제1 벽(610)과 본체의 접촉 여부를 판단할 수 있다.
즉, 제어부(1800)는 충격 센서의 출력이 기준 출력을 초과하는 경우, 본체 전면이 장애물 또는 벽에 접촉한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(1800)는 충격 센서의 설치 위치와 관련된 정보를 이용하여, 상기 충격 센서가 설치된 지점이 장애물 또는 벽에 충돌한 것으로 판단할 수 있다.
이하에서는 본체 전면이 제1 벽(610)과 접촉한 때, 청소기(100)의 중심 위치를 제1 위치(P1)로 정의한다.
아울러, 제어부(1800)는 본체 측면에 설치된 센서를 이용하여, 본체 측면과 제2 벽(620) 사이의 거리를 검출할 수 있다.
이때, 본체 측면에 설치된 센서는 초음파 센서, 적외선 센서, 카메라 센서, 레이저 센서 등 장애물과 본체 사이의 거리를 감지할 수 있는 다양한 종류의 센서로 구성될 수 있다.
제어부(1800)는 본체 전면이 제1 벽(610)에 접촉한 경우, 본체 측면에 설치된 센서를 이용하여, 청소기(100)의 제1 위치(P1)와 제2 벽(620) 사이의 거리(X1)를 검출할 수 있다. 아울러, 제어부(1800)는 검출된 거리(X1)에 근거하여, 청소기(100)가 청소 영역 중 코너 영역에 진입했는지 여부를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(1800)는 본체 전면이 제1 벽(610)에 접촉한 경우, 본체 측면에 설치된 센서를 이용하여, 본체 측면과 제2 벽(620) 사이의 거리(X2)를 검출할 수 있다. 아울러, 제어부(1800)는 검출된 거리(X2)에 근거하여, 청소기(100)가 청소 영역 중 코너 영역에 진입했는지 여부를 판단할 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 본체 전면과 제1 벽(610)이 접촉하면, 제1 벽(610)의 제1 부분(S1)에 대해서 청소가 수행된다. 구체적으로, 제1 부분(S1)은 청소기(100)의 흡입 유닛(120)이 제1 벽(610)과 접촉하는 부분에 대응될 수 있다.
그러나, 청소기(100)가 제1 위치(P1)에 도달한 후에, 일반적인 지그재그 주행 알고리즘만으로는, 제2 벽(620)과 제1 위치(P1) 사이에 존재하는 영역(S0)에 대해 청소를 수행할 수 없는 문제점이 발생한다.
따라서, 제어부(1800)는 본체의 전면이 제2 벽(620)에 접촉할 때까지, 본체의 측면을 제1 벽(610)에 적어도 일회 이상 접촉시키거나 이격시키도록 코너주행 방법을 이용하여 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
먼저, 도 8 내지 도 10에서는 상술한 코너주행을 수행하기 위한 자세 변경 주행 방법이 설명된다.
도 8 내지 도 10에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 본체 전면이 제1 벽(610)에 접촉하면, 상기 본체 전면이 제2 벽(620)을 지향하도록, 상기 본체의 자세를 변경시키는 자세 변경 주행 방법을 이용하여 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(1800)는 본체 전면이 제1 벽(610)에 접촉되면, 상기 본체를 후진시키는 제1 자세변경과정(M2)을 수행할 수 있다.
제1 자세변경과정(M2)에 대응되는 후진 경로는 도 8에 도시된 것과 같이, 곡선 경로일 수 있다. 이때, 제어부(1800)는 본체를 후진시킴과 동시에, 본체 전면이 제2 벽(620)을 지향하도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
참고로, 제1 자세변경과정(M2)이 완료된 시점에서의, 청소기(100)의 위치는 제2 위치(P2)로 정의된다.
이후, 제어부(1800)는 본체 전면이 제2 벽(620)에 접촉할 때까지, 청소기(100)를 직진시키는 제2 자세변경주행(M3)을 수행할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 자세변경주행(M3)에 의해, 제2 벽(620)의 일부분(S2)에 대한 청소가 수행된다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 제어부(1800)는 본체의 양 측면 중 제1 벽(610)에 근접한 어느 하나를, 상기 제1 벽(610)에 접촉시키도록 제3 자세변경주행(M4)을 수행할 수 있다.
도 10에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 제3 자세변경주행(M4)을 수행하는 도중에, 본체의 회전 방향을 변경함으로써, 상기 본체의 측면이 제1 벽(610)에 접촉하도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
한편, 도 8 내지 도 10에 도시된 자세변경주행 방법은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
즉, 본 발명에 따른 제어부(1800)는 청소기(100)가 코너 영역 내인 제1 위치(P1)에 진입한 경우, 청소기(100)의 전면이 제2 벽(620)을 지향함과 동시에, 청소기(100)의 측면이 제1 벽(610)에 접촉하도록, 다양한 주행 방법을 이용하여 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제어부(1800)는 코너 영역에 청소기(100)의 본체가 진입하면, 상기 본체의 제1 측면이 제1 벽(610)에 적어도 일 회 이상 접촉하도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
참고로, 본체의 제1 측면은, 청소기가 제1 위치(P1)에 진입했을 때, 본체의 양 측면 중 제2 벽(620)으로부터 더 멀리 이격된 어느 하나의 측면으로 정의된다. 이에 따라, 청소기가 제1 위치(P1)에 진입했을 때, 본체의 양 측면 중 제2 벽(620)으로부터 더 가까이 이격된 다른 하나의 측면은 제2 측면으로 정의된다.
제1 측면에는 외부로부터 인가되는 물리력을 감지하는 충격 센서(미도시)가 설치될 수 있다. 충격 센서는 다양 종류의 센서로 구성될 수 있으며, 외압을 감지할 수 있는 센서로 구성되면 어떤 형태이든 무방하다. 외부로부터 인가되는 압력을 감지하는 센서의 구조나 형태에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 11에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 자세변경주행(M2, M3, M4)이 완료되면, 제1 측면을 제1 벽(610)으로부터 이격시키는 제1 코너주행(M5)과, 제1 측면을 제1 벽으로 다시 접촉시키는 제2 코너주행(M6)을 수행할 수 있다.
특히, 제어부(1800)는 본체 전면이 제2 벽(620)에 접촉될 때까지, 상기 제1 및 제2 코너주행을 교차 반복적으로 수행할 수 있다.
아울러, 제어부(1800)는 제1 코너주행을 수행하기 위해, 청소기(100)의 양 측면에 배치된 두 개의 주바퀴 중 제1 벽(610)에 더 근접한 어느 하나를, 나머지 하나보다 더 빠르게 회전시킬 수 있다.
반대로, 제어부(1800)는 제2 코너주행을 수행하기 위해, 두 개의 주바퀴 중 제1 벽(610)에 더 근접한 어느 하나를, 나머지 하나보다 더 느리게 회전시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 제어부(1800)는 본체의 제1 측면을 제1 벽(610)에 복수 회 충돌시키면서, 본체의 전면이 제1 벽 및 제2 벽 사이에 형성된 코너로 진입하도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 제어부(1800)는 적어도 일회 이상의 제1 코너주행(M6b)과, 적어도 일회 이상의 제2 코너주행(M6a, M6c)을 교차로 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(1800)는, 제1 측면에 설치된 센서의 출력에 근거하여, 제1 코너주행 및 제2 코너주행의 수행 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(1800)는, 제1 측면에 설치된 센서의 출력이 미리 설정된 제1 기준 값 이하에서, 미리 설정된 제2 기준 값 이상으로 증가하면, 제1 코너주행이 수행되도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다. 이때, 제2 기준 값은, 제1 기준 값 보다 크게 설정된다.
반대로, 제어부(1800)는, 제1 측면에 설치된 센서의 출력이 상기 제2 기준 값 이상에서, 상기 제1 기준 값 이하로 감소하면, 제2 코너주행이 수행되도록 구동부(1300)를 제어할 수 있다.
본체 전면에도, 본체 측면과 마찬가지로 외부로부터 인가되는 압력을 감지하는 충격 센서(미도시)가 설치될 수 있으며, 제어부(1800)는 이러한 본체 전면의 충격 센서를 이용하여, 제1 및 제2 코너주행에 의해 본체 전면이 제2 벽(620)에 접촉되었는지 여부를 판단할 수 있다.
도 13에서는 상술한 청소기(100)의 제어 방법이 설명된다.
먼저, 제어부(1800)는 본체 전면이 제1 벽(610)에 접촉하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1301).
본체 전면이 제1 벽(610)에 접촉하면, 제어부(1800)는 본체 측면에 위치한 제2 벽(620)과 본체 사이의 거리를 감지하고, 감지한 결과에 근거하여, 본체가 코너 영역에 진입했는지 여부를 판단할 수 있다(S1302).
이후, 제어부(1800)는 본체 전면이 제2 벽(620)을 지향하도록 자세변경주행을 수행할 수 있다(S1303).
자세변경주행이 완료되면, 제어부(1800)는 본체 측면을 제1 벽(610) 복수 회 접촉시키면서, 본체 전면을 코너로 진입시키는 코너주행을 수행할 수 있다(S1304).
이와 같이, 제1 코너주행과 제2 코너주행을 교차 반복적으로 수행하면, 본체의 제1 측면이 제1 벽(610)과 접촉하거나 근접한 상태에서, 본체의 전면이 코너로 진입하게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 로봇 청소기가 청소 영역을 빈틈없이 청소할 수 있도록 코너 영역에서 세밀한 주행을 수행을 수행함으로써, 청소기의 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 지그재그 주행에 의해 청소를 수행하지 못하는 미청소 영역을 최소화함으로써, 청소기에 대한 사용자의 만족도를 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 본체;
    청소 영역 내에서 상기 본체를 이동시키는 구동부;
    상기 본체의 전면에 설치된 흡입부;
    상기 본체의 전면과, 상기 본체의 양 측면에 각각 설치되어, 각 방향에 존재하는 장애물을 감지하는 복수의 센서; 및
    미리 설정된 주행 패턴에 근거하여, 상기 본체가 이동되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 미리 설정된 주행 패턴을 따라 주행하는 중에, 상기 본체의 전면에 설치된 센서와, 상기 본체의 양 측면 중 제1 측면에 설치된 센서를 이용하여, 상기 청소 영역 중 코너 영역으로 진입 여부를 검출하고,
    상기 코너 영역에 상기 본체가 진입하면, 상기 본체의 제1 측면이 상기 코너 영역을 형성하는 제1 벽에 적어도 일 회 이상 접촉하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측면이 상기 제1 벽에 접촉하는 경우, 상기 제1 측면을 상기 제1 벽으로부터 이격시키는 제1 코너주행과, 상기 제1 측면을 상기 제1 벽으로 다시 접촉시키는 제2 코너주행이 순차적으로 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 측면에 설치된 센서는 외부로부터 인가되는 물리력을 감지하는 충격 센서로 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측면에 설치된 센서의 출력에 근거하여, 상기 제1 코너주행 및 상기 제2 코너주행의 수행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측면에 설치된 센서의 출력이 미리 설정된 제1 기준 값 이하에서, 미리 설정된 제2 기준 값 이상으로 증가하면, 상기 제1 코너주행이 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측면에 설치된 센서의 출력이 상기 제2 기준 값 이상에서, 상기 제1 기준 값 이하로 감소하면, 상기 제2 코너주행이 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 벽과 함께 상기 코너 영역을 형성하는 제2 벽에 상기 본체의 전면에 설치된 흡입부가 접촉할 때까지, 상기 제1 및 제2 코너주행이 반복적으로 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 본체 전면에 설치된 센서는 외부로부터 인가되는 물리력을 감지하는 충격 센서로 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 본체의 전면에 설치된 센서의 출력을 이용하여, 상기 흡입부가 상기 제2 벽에 접촉하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 코너 영역을 형성하는 두 개의 벽 중 상기 코너 영역에 진입할 때 상기 본체 전면이 지향하는 벽을 상기 제1 벽으로 선택하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체 전면이 상기 제1 벽에 접촉하면, 상기 본체 전면이 상기 제1 벽과 함께 상기 코너 영역을 형성하는 제2 벽을 지향하도록, 상기 본체의 자세를 변경시키는 자세 변경 주행을 수행하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자세 변경 주행이 완료되면, 상기 제1 및 제2 코너주행이 반복적으로 수행되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자세 변경 주행은,
    상기 본체 전면이 상기 제1 벽에 접촉되면, 상기 본체 전면이 상기 제2 벽을 지향하도록 제1 곡선 경로를 따라 상기 본체를 후진시키는 제1 자세변경과정과,
    상기 본체 전면이 상기 제2 벽에 접촉하도록 상기 본체를 직진시키는 제2 자세변경과정과,
    상기 본체 측면이 상기 제1 벽에 접촉하도록 상기 본체를 제2 곡선 경로를 따라 주행시키는 제3 자세변경과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 본체 양 측면에 각각 대응되는 두 개의 주바퀴를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 코너주행을 수행하기 위해, 상기 두 개의 주바퀴 중 상기 제1 벽에 더 근접한 어느 하나를, 나머지 하나보다 더 빠르게 회전시키도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 코너주행을 수행하기 위해, 상기 두 개의 주바퀴 중 상기 제1 벽에 더 근접한 어느 하나를, 나머지 하나보다 더 느리게 회전시키도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 본체 측면에 설치된 센서는 장애물과의 거리를 감지하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 본체 전면이 상기 제1 벽에 접촉하면, 상기 본체 측면으로부터 상기 제2 벽까지의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 근거하여 상기 본체가 상기 코너 영역에 진입했는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자율 주행을 수행하는 청소기.
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