WO2023286901A1 - 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템 - Google Patents

이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템 Download PDF

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WO2023286901A1
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docking
signal
mobile robot
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docking station
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김동성
박희구
정재헌
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present disclosure relates to a mobile robot, a docking station, and a robot system including the same, and more particularly, to a robot system including a plurality of docking stations.
  • Robots have been developed for industrial use and have been in charge of a part of factory automation. In recent years, the field of application of robots has been further expanded, and medical robots, space robots, etc. have been developed, and household robots that can be used at home are also being made. Among these robots, those capable of driving on their own are called mobile robots.
  • a representative example of a mobile robot used in a home is a robot cleaner.
  • the robot cleaner is a device that cleans a corresponding area by sucking in dust or foreign substances while traveling in a certain area by itself.
  • the mobile robot drives autonomously by using the power stored in the battery as power. After driving, the mobile robot may return to the docking station to charge the battery. The mobile robot returns to charge the battery for continuous autonomous driving. At this time, the docking station may transmit a signal to help the mobile robot return.
  • Prior Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2012-0027544 (published on March 21, 2012) is a system for emitting an avoidance signal to prevent accidental contact between a robot and a base station
  • a system for emitting a feedback signal for accurately docking a robot device to a base station wherein the station emitter is composed of a first signal emitter for emitting an avoidance signal and a second signal emitter for emitting a left and right feedback signal
  • a silver detector is provided to detect signals emitted by the first and second signal emitters.
  • Prior Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2010-0136904 (published on December 29, 2010) induces docking to be divided into a first docking induction area and a second docking induction area according to the reach distance of the docking induction signal.
  • a docking station that transmits a signal is disclosed. The robot performs docking along the boundary between the first docking induction area and the second docking induction area.
  • the present disclosure aims to solve the foregoing and other problems.
  • An object of the present disclosure is to provide a mobile robot capable of preventing signal interference, a docking station, and a robot system having the same.
  • An object of the present disclosure is to provide a mobile robot, a docking station, and a robot system including the mobile robot capable of preventing malfunction and accurately docking the mobile robot to the docking station.
  • An object of the present disclosure is to provide a mobile robot capable of using a plurality of mobile robots and a plurality of docking stations without collision, a docking station, and a robot system having the same.
  • An object of the present disclosure is to provide a mobile robot and a docking station capable of bi-directional communication using power line communication.
  • An object of the present disclosure is to provide a mobile robot, a docking station, and a robot system including the mobile robot capable of providing various services related to the mobile robot by communicating with the mobile robot to which the docking station is docked.
  • a mobile robot, a docking station, and a robot system having the same control the transmission of docking signals of the docking station so that they do not overlap, thereby preventing malfunction and docking the mobile robot. It can be precisely docked to the station.
  • a mobile robot, a docking station, and a robot system including the same may perform bi-directional communication using power line communication and provide various services.
  • a mobile robot receives docking signal information including identification information of a matching docking station to be docked among a plurality of docking stations registered from a main body and a server.
  • the docking signal information may further include reference time information for synchronizing time information with the matching docking station and docking signal transmission time information of the matching docking station.
  • the docking signal transmission time information may include docking signal transmission order information of the matching docking station among the plurality of registered docking stations, or information about a difference between the reference time information and the time at which the matching docking station transmits the docking signal. can include
  • the mobile robot may transmit the docking signal information received from the server to the matching docking station while docked at the matching docking station.
  • the mobile robot includes a power line communication unit for transmitting the docking signal information to the matching docking station through a charging line to which power for charging a battery is supplied from the matching docking station. may further include.
  • the power line communication unit includes a mixer for generating an On-Off Keying (OOK) modulated transmission signal by mixing a serial communication signal with a carrier signal, and a capacitor disposed between the mixer and the charging line
  • a transmission unit comprising a transmitter, an operational amplifier (OP-AMP), an RC filter connected to a first terminal of the operational amplifier, an envelope detector connected to a second terminal of the operational amplifier, and the RC filter and the envelope detector. It may include a receiving unit including a capacitor connected to the unit.
  • the mobile robot according to one aspect of the present disclosure may further include an IR emitter for outputting an IR signal and transmitting the docking signal information to the matching docking station.
  • the mobile robot deletes a docking signal transmitted from a docking station other than the matching docking station among the docking signals received from the docking signal receiver, and deletes the matching docking station. It may further include a control unit for controlling driving according to the docking signal sent.
  • the docking station includes a charging terminal electrically connected to a terminal of a mobile robot, a memory for storing docking signal information including identification information given from a server, and a charging line. It may include a charger for supplying power to charge the battery of the mobile robot through, and a signal transmitter for outputting a docking signal according to the stored docking signal information.
  • the docking signal information may further include reference time information for synchronizing time information with the mobile robot and transmission time information of the docking signal.
  • the transmission time information of the docking signal may include information about the order to transmit the docking signal among a plurality of docking stations registered in the server, or information about a difference between the reference time information and the time to transmit the docking signal. there is.
  • the docking station may receive the docking signal information from the mobile robot in a state in which the mobile robot is docked.
  • the docking station may further include a power line communication unit for receiving the docking signal information through the charging line.
  • the power line communication unit includes a mixer for generating an On-Off Keying (OOK) modulated transmission signal by mixing a serial communication signal with a carrier signal, and a capacitor disposed between the mixer and the charging line
  • a transmission unit comprising a transmitter, an operational amplifier (OP-AMP), an RC filter connected to a first terminal of the operational amplifier, an envelope detector connected to a second terminal of the operational amplifier, and the RC filter and the envelope detector. It may include a receiving unit including a capacitor connected to the unit.
  • the docking station may further include an IR light receiving unit for receiving an IR signal including the docking signal information.
  • the signal transmitting unit may include an IR light emitting unit that outputs the docking signal.
  • the signal transmitting unit may periodically output the docking signal according to the stored docking signal information.
  • the robot system assigns identification information and docking signal transmission time to a plurality of mobile robots, a plurality of docking stations, and a plurality of registered docking stations, and the It may include a server for transmitting docking signal information including identification information and docking signal transmission time to a plurality of mobile robots corresponding to each of the plurality of docking stations.
  • the plurality of mobile robots may transmit the docking signal information received from the server to the docking station.
  • the plurality of docking stations may transmit docking signals according to the received docking signal information so that transmission times do not overlap with each other.
  • a mobile robot capable of preventing signal interference, a docking station, and a robot system having the same.
  • a plurality of mobile robots and a plurality of docking stations can be used without collision.
  • the mobile robot and the docking station can perform bi-directional communication using power line communication. Accordingly, various services can be provided to customers.
  • a mobile robot, a docking station, and a robot system including the mobile robot capable of providing various services related to the mobile robot by communicating with the mobile robot docked with the docking station are to be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a side view of the mobile robot of Figure 1;
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a control relationship between major components of a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a mobile robot and a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram referenced in description of a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is an internal block diagram of a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram referenced for description of docking signal transmission of a docking station.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of operating a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of operating a robot system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a control relationship between main components related to charging and communication of a mobile robot and a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram referenced in a description of communication of a robot system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 and 14 are diagrams referenced in a description of receiving and sending a docking signal of a robot system according to an embodiment of the present disclosure.
  • 15 is a flowchart illustrating a method of operating a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • module and “unit” for components used in the following description are simply given in consideration of the ease of preparation of this specification, and do not themselves give a particularly important meaning or role. Accordingly, the “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • the control structure of the present disclosure may be composed of at least one processor.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a side view of the mobile robot of FIG. 1 .
  • the mobile robot 100 may travel on its own in a certain area.
  • the mobile robot 100 may perform a function of cleaning the floor.
  • Floor cleaning as used herein includes suctioning dust (including foreign matter) on the floor or mopping the floor.
  • the mobile robot 100 includes a body 110.
  • the main body 110 includes a cabinet forming an exterior.
  • the mobile robot 100 may include a cleaning unit 130 and a dust bin 140 provided in the main body 110 .
  • the mobile robot 100 includes an image acquisition unit 120 that detects information related to the environment around the mobile robot.
  • the mobile robot 100 includes a driving unit 160 that moves the main body.
  • the mobile robot 100 includes a controller 150 for controlling the mobile robot 100 .
  • the controller 150 is provided in the main body 110 .
  • the driving unit 160 includes a wheel unit 111 for driving the mobile robot 100.
  • the wheel unit 111 is provided on the main body 110 .
  • the mobile robot 100 can be moved back and forth, left and right, or rotated by the wheel unit 111 .
  • the control unit controls driving of the wheel unit 111, the mobile robot 100 can autonomously travel on the floor.
  • the wheel unit 111 includes a main wheel 111a and a sub wheel 111b.
  • the main wheels 111a are provided on both sides of the main body 110, and are configured to be rotatable in one direction or the other direction according to a control signal from the controller. Each of the main wheels 111a may be configured to be driven independently of each other. For example, each main wheel 111a may be driven by a different motor.
  • the sub wheel 111b supports the main body 110 together with the main wheel 111a and assists the driving of the mobile robot 100 by the main wheel 111a.
  • Such a sub wheel 111b may also be provided in a cleaning unit 130 to be described later.
  • the cleaning unit 130 may be disposed in a protruding form from the front (F) of the main body 110 .
  • the cleaning unit 130 may be provided to suck air containing dust.
  • the cleaning unit 130 may protrude from the front of the main body 110 to both left and right sides.
  • the front end of the cleaning unit 130 may be disposed at a position spaced forward from one side of the main body 110 .
  • Both left and right ends of the cleaning unit 130 may be disposed at positions spaced apart from the main body 110 on both left and right sides, respectively.
  • the main body 110 is formed in a circular shape, and both sides of the rear end of the cleaning unit 130 protrude from the main body 110 to both left and right sides, respectively, between the main body 110 and the cleaning unit 130, an empty space, that is, Gaps may form.
  • the empty space is a space between both left and right ends of the main body 110 and both left and right ends of the cleaning unit 130 and has a shape that is recessed into the mobile robot 100 .
  • the cleaning unit 130 may be detachably coupled to the main body 110 .
  • a mop module (not shown) may be detachably coupled to the main body 110 to replace the separated cleaning unit 130.
  • the image acquisition unit 120 may be disposed on the main body 110 .
  • the image acquisition unit 120 may be disposed at the front (F) of the main body 110 .
  • the image acquisition unit 120 may be disposed to overlap the cleaning unit 130 in the vertical direction of the main body 110 .
  • the image acquisition unit 120 may be disposed above the cleaning unit 130 .
  • the image acquisition unit 120 may detect obstacles around the mobile robot 100 .
  • the image acquisition unit 120 may detect an obstacle or a feature in front so that the cleaning unit 130 positioned at the front of the mobile robot 100 does not collide with the obstacle.
  • the image acquisition unit 120 may additionally perform other sensing functions, which will be described later, in addition to these sensing functions.
  • the main body 110 may include a dust container accommodating part (not shown).
  • a dust bin 140 for separating and collecting dust in the sucked air is detachably coupled to the dust bin accommodating part.
  • the dust container accommodating part may be formed at the rear (R) of the main body 110 .
  • a part of the dust bin 140 may be accommodated in the dust bin accommodating part, and another part of the dust bin 140 may protrude toward the rear R of the main body 110 .
  • the dust bin 140 has an inlet (not shown) through which air containing dust is introduced and an outlet (not shown) through which dust-separated air is discharged.
  • the inlet and outlet of the dust bin 140 communicate with first openings (not shown) and second openings (not shown) formed on the inner wall of the dust bin accommodating part, respectively. .
  • a suction passage for guiding air from the suction port of the cleaning unit 130 to the first opening is provided.
  • An exhaust passage (not shown) guiding air from the second opening to an exhaust port (not shown) opened toward the outside is provided.
  • Air containing dust introduced through the cleaning unit 130 passes through the intake passage inside the main body 110 and flows into the dust bin 140, and passes through a filter or a cyclone of the dust bin 140 to remove air and dust. are separated from each other Dust is collected in the dust bin 140, and air is discharged from the dust bin 140, passes through the exhaust passage inside the main body 110, and is finally discharged to the outside through the exhaust port.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a control relationship between major components of a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • the mobile robot 100 includes a main body 110 and an image acquisition unit 120 that acquires an image around the main body 110 .
  • the mobile robot 100 includes a driving unit 160 that moves the body 110.
  • the driving part 160 includes at least one wheel unit 111 that moves the main body 110 .
  • the driving unit 160 includes a driving motor (not shown) connected to the wheel unit 111 to rotate the wheel unit 111 .
  • the image acquisition unit 120 captures a driving area and may include a camera module.
  • the camera module may include a digital camera.
  • a digital camera includes an image sensor (eg, CMOS image sensor) including at least one optical lens and a plurality of photodiodes (eg, pixels) forming images by light passing through the optical lens;
  • a digital signal processor (DSP) for composing an image based on signals output from the photodiodes may be included.
  • the digital signal processor can create not only still images, but also moving images composed of frames composed of still images.
  • the image captured by the camera can be used to recognize the type of material such as dust, hair, floor, etc. existing in the space, whether to clean, or to confirm the cleaning time.
  • the camera may capture an obstacle existing in front of the driving direction of the mobile robot 100 or a situation of the cleaning area.
  • the image acquisition unit 120 may acquire a plurality of images by continuously photographing the periphery of the main body 110, and the obtained plurality of images may be stored in the memory 105. there is.
  • the mobile robot 100 increases the accuracy of space recognition, location recognition, and obstacle recognition by using a plurality of images, or selects one or more images from among a plurality of images and uses effective data to improve space recognition, location recognition, and obstacle recognition. accuracy can be increased.
  • the mobile robot 100 may include a sensor unit 170 including sensors for sensing various data related to the operation and state of the mobile robot 100 .
  • the sensor unit 170 may include an obstacle detection sensor for detecting an obstacle in front.
  • the sensor unit 170 may further include a cliff detection sensor for detecting the presence or absence of a cliff on the floor in the driving area and a lower camera sensor for obtaining an image of the floor.
  • the obstacle detection sensor may include an infrared sensor, an ultrasonic sensor, an RF sensor, a geomagnetic sensor, a Position Sensitive Device (PSD) sensor, and the like.
  • the position and type of sensors included in the obstacle detection sensor may vary depending on the type of mobile robot, and the obstacle detection sensor may include more various sensors.
  • the sensor unit 170 may further include a motion detection sensor that detects motion of the mobile robot 100 according to driving of the main body 110 and outputs motion information.
  • a motion detection sensor e.g., a Bosch Sensortec BMA150 accelerometer, a Bosch Sensortec BMA150 accelerometer, or the like may be used as a motion detection sensor.
  • a gyro sensor e.g., a Bosch Sensortec BMA150 accelerometer
  • a wheel sensor e.gyro sensor
  • an acceleration sensor e.gyro sensor
  • the gyro sensor detects a rotation direction and a rotation angle when the mobile robot 100 moves according to the driving mode.
  • the gyro sensor detects the angular velocity of the mobile robot 100 and outputs a voltage value proportional to the angular velocity.
  • the controller 150 calculates the rotation direction and rotation angle using the voltage value output from the gyro sensor.
  • the wheel sensor is connected to the wheel unit 111 and detects the number of revolutions of the wheel.
  • the wheel sensor may be a rotary encoder.
  • the acceleration sensor detects a change in speed of the mobile robot 100, for example, a change in the mobile robot 100 according to start, stop, direction change, collision with an object, and the like.
  • the acceleration sensor may be built into the control unit 150 to detect a change in speed of the mobile robot 100 .
  • the controller 150 may calculate a positional change of the mobile robot 100 based on motion information output from a motion detection sensor. This position becomes a relative position corresponding to the absolute position using image information.
  • the mobile robot 100 can improve the performance of location recognition using image information and obstacle information through relative location recognition.
  • the mobile robot 100 may include a power supply unit 200 having a rechargeable battery 210 to supply power to the mobile robot.
  • the power supply unit 200 supplies driving power and operation power to each component of the mobile robot 100, and when the remaining power is insufficient, it can be charged by receiving power from the docking station 40.
  • the mobile robot 100 may further include a battery detector (not shown) that detects the state of charge of the battery 210 and transmits the detection result to the controller 150 .
  • the battery 210 is connected to the battery detection unit, and the battery remaining amount and charging state are transmitted to the controller 150 .
  • the remaining battery capacity may be displayed on the display 182 of the output unit 180 .
  • the mobile robot 100 includes an input unit 125 capable of inputting on/off or various commands.
  • the input unit 125 may include a button, a dial, or a touch screen.
  • the input unit 125 may include a microphone for receiving a user's voice instruction.
  • Various control commands necessary for the overall operation of the mobile robot 100 may be received through the input unit 125 .
  • the mobile robot 100 may include an output unit 180 to display reservation information, battery status, operation mode, operation status, error status, etc. as an image or to output sound.
  • the output unit 180 may include an audio output unit 181 that outputs an audio signal. Under the control of the controller 150, the sound output unit 181 may output notification messages such as a warning sound, an operation mode, an operation state, an error state, and the like as sound.
  • the audio output unit 181 may convert an electrical signal from the control unit 150 into an audio signal and output the converted audio signal. To this end, a speaker or the like may be provided.
  • the output unit 180 may further include a display 182 that displays reservation information, battery status, operation mode, operation status, error status, and the like as images.
  • the mobile robot 100 includes a controller 150 that processes and determines various types of information, such as recognizing a current location, and a memory 105 that stores various types of data.
  • the mobile robot 100 may further include a communication unit 190 that transmits and receives data with an external terminal.
  • the external terminal may include an application for controlling the mobile robot 100, display a map of a driving area to be cleaned by the mobile robot 100 through execution of the application, and designate a specific area on the map to be cleaned. there is.
  • the external terminal may include, for example, a remote control, a PDA, a laptop, a smart phone, a tablet, etc. loaded with an application for setting a map.
  • the external terminal can communicate with the mobile robot 100 to display the current location of the mobile robot along with a map, and information on a plurality of areas can be displayed. In addition, the external terminal updates and displays its location according to the movement of the mobile robot.
  • the controller 150 controls the image acquisition unit 120, the input unit 125, the driving unit 160, the cleaning unit 130, etc. constituting the mobile robot 100 to perform overall operations of the mobile robot 100. Control.
  • the controller 150 may process a user's voice input signal received through the microphone of the input unit 125 and perform a voice recognition process.
  • the mobile robot 100 may include a voice recognition module inside or outside the control unit 150 that performs voice recognition.
  • simple voice recognition may be performed by the mobile robot 100 itself, and high-level voice recognition such as natural language processing may be performed by the server 90 .
  • the memory 105 records various types of information necessary for controlling the mobile robot 100, and may include volatile or non-volatile recording media.
  • the recording medium stores data that can be read by a microprocessor.
  • a map for a driving area may be stored in the memory 105 .
  • the map may be input by an external terminal or server capable of exchanging information with the mobile robot 100 through wired or wireless communication, or may be generated by the mobile robot 100 through self-learning.
  • Locations of rooms within the driving area may be displayed on the map. Also, the current location of the mobile robot 100 may be displayed on a map, and the current location of the mobile robot 100 on the map may be updated in the process of driving.
  • the external terminal stores the same map as the map stored in the memory 105 .
  • the memory 105 may store cleaning history information. Such cleaning history information may be generated whenever cleaning is performed.
  • the map for the driving area stored in the memory 105 is a navigation map used for driving during cleaning, a simultaneous localization and mapping (SLAM) map used for location recognition, and when an obstacle is encountered, the corresponding information is stored and It may be a learning map used for learning and cleaning, a global location map used for global location recognition, an obstacle recognition map in which information on recognized obstacles is recorded, and the like.
  • SLAM simultaneous localization and mapping
  • maps may be stored and managed by dividing them into the memory 105 for each purpose, but the maps may not be clearly classified for each purpose.
  • a plurality of pieces of information may be stored in one map so that they can be used for at least two purposes.
  • the controller 150 may include a driving control module 151, a map generating module 152, a location recognition module 153, and an obstacle recognition module 154.
  • the driving control module 151 controls driving of the mobile robot 100, and controls driving of the driving unit 160 according to driving settings.
  • the driving control module 151 may determine the driving path of the mobile robot 100 based on the operation of the driving unit 160 .
  • the driving control module 151 can grasp the current or past moving speed of the mobile robot 100, the distance traveled, etc. based on the rotational speed of the wheel unit 111, and thus the identified mobile robot ( Based on the driving information of 100), the location of the mobile robot 100 may be updated on the map.
  • the map generation module 152 may generate a map of the driving area.
  • the map generation module 152 may create a map by processing the image acquired through the image acquisition unit 120 . That is, a cleaning map corresponding to the cleaning area may be created.
  • the map generation module 152 can recognize the global location by processing the image acquired through the image acquisition unit 120 at each location and linking it with a map.
  • the location recognition module 153 estimates and recognizes the current location.
  • the location recognition module 153 estimates the current location even when the location of the mobile robot 100 suddenly changes by identifying the location in association with the map generation module 152 using the image information of the image acquisition unit 120. can be recognized.
  • the location recognition module 153 can recognize the property of the area currently located, that is, the location recognition module 153 can recognize the space.
  • the mobile robot 100 can recognize the location during continuous driving through the location recognition module 153, and also uses the map generation module 152 and the obstacle recognition module 154 without the location recognition module 153 to obtain a map. You can learn and estimate your current location, etc.
  • the image acquisition unit 120 acquires images around the mobile robot 100 .
  • an image acquired by the image acquisition unit 120 is defined as an 'obtained image'.
  • the obtained image includes various features such as lights located on the ceiling, edges, corners, blobs, and ridges.
  • the map generation module 152 detects a feature from each of the acquired images and calculates a descriptor based on each feature point.
  • the map generation module 152 classifies at least one descriptor for each acquired image into a plurality of groups according to a predetermined sub-classification rule based on the descriptor information obtained through the acquired image of each location, and the same group according to a predetermined sub-representative rule.
  • the descriptors included in may be converted into sub-representative descriptors, respectively.
  • all descriptors gathered from acquired images in a predetermined area are classified into a plurality of groups according to a predetermined sub-classification rule, and the descriptors included in the same group according to the predetermined sub-representation rule are classified as sub-representative descriptors.
  • a predetermined sub-classification rule assigns the descriptors included in the same group according to the predetermined sub-representation rule.
  • the map generation module 152 may obtain the feature distribution of each location through the above process.
  • Each location feature distribution can be expressed as a histogram or an n-dimensional vector.
  • the map generation module 152 may estimate an unknown current location based on a descriptor calculated from each feature point without going through a predetermined subclassification rule and a predetermined subrepresentation rule.
  • the current location of the mobile robot 100 becomes unknown due to location jumping or the like, the current location can be estimated based on data such as a pre-stored descriptor or sub-representative descriptor.
  • the mobile robot 100 acquires an acquired image through the image acquisition unit 120 at an unknown current location. Through the video, various features such as lights located on the ceiling, edges, corners, blobs, and ridges are confirmed.
  • the location recognition module 153 detects features from the acquired image and calculates a descriptor.
  • the location recognition module 153 is based on at least one descriptor information obtained through an acquired image of an unknown current location, and compares location information (eg, feature distribution of each location) according to a predetermined sub-conversion rule and Convert to comparable information (lower recognition feature distribution).
  • location information eg, feature distribution of each location
  • each location feature distribution may be compared with each recognition feature distribution to calculate each degree of similarity.
  • a similarity is calculated for each location corresponding to each location, and a location where the highest probability is calculated among them can be determined as the current location.
  • the controller 150 can divide the driving area and create a map consisting of a plurality of areas, or recognize the current location of the main body 110 based on a previously stored map.
  • control unit 150 may transmit the generated map to an external terminal or server through the communication unit 190 . Also, as described above, the controller 150 may store the map in the memory 105 when the map is received from an external terminal, server, or the like.
  • the map may divide the cleaning area into a plurality of areas, include a connection passage connecting the plurality of areas, and include information about obstacles in the area.
  • the controller 150 determines whether the location on the map matches the current location of the mobile robot.
  • the cleaning command may be input from a remote control, an input unit, or an external terminal.
  • the controller 150 recognizes the current location and restores the current location of the mobile robot 100, and then based on the current location
  • the driving unit 160 may be controlled to move to a designated area.
  • the location recognition module 153 analyzes the acquired image input from the image acquisition unit 120 and estimates the current location based on the map. can do.
  • the obstacle recognition module 154 or the map generation module 152 may also recognize the current location in the same way.
  • the driving control module 151 calculates a driving route from the current position to the designated area and controls the driving unit 160 to move to the designated area.
  • the driving control module 151 may divide the entire driving area into a plurality of areas and set one or more areas as a designated area according to the received cleaning pattern information.
  • the driving control module 151 may calculate a driving route according to the received cleaning pattern information, drive along the driving route, and perform cleaning.
  • the controller 150 may store the cleaning record in the memory 105 when cleaning of the set designated area is completed.
  • control unit 150 may transmit the operating state or cleaning state of the mobile robot 100 to an external terminal or server through the communication unit 190 at predetermined intervals.
  • the external terminal displays the location of the mobile robot along with a map on the screen of the running application based on the received data, and also outputs information on the cleaning status.
  • the mobile robot 100 moves in one direction until an obstacle or wall is detected, and when the obstacle recognition module 154 recognizes the obstacle, the mobile robot 100 travels in a straight line, turns, etc., according to the attribute of the recognized obstacle. patterns can be determined.
  • the controller 150 may control avoidance driving to be performed in a different pattern based on the attribute of the recognized obstacle.
  • the controller 150 may control avoidance driving in different patterns according to the attributes of obstacles such as non-hazardous obstacles (general obstacles), dangerous obstacles, and movable obstacles.
  • control unit 150 may control the dangerous obstacle to be bypassed and avoided while securing a longer safety distance.
  • the controller 150 may control avoidance driving corresponding to a general obstacle or avoidance driving corresponding to a dangerous obstacle. Alternatively, the controller 150 may control the vehicle to drive according to a separately set avoidance driving pattern corresponding to a movable obstacle.
  • the mobile robot 100 may perform obstacle recognition and avoidance based on machine learning.
  • the control unit 150 operates the driving unit 160 based on the obstacle recognition module 154 for recognizing obstacles pre-learned by machine learning in the input image and the attributes of the recognized obstacles.
  • a driving control module 151 for controlling may be included.
  • FIG. 3 illustrates an example in which the plurality of modules 151, 152, 153, and 154 are separately provided in the control unit 160, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the location recognition module 153 and the obstacle recognition module 154 may be integrated as one recognizer to form one recognition module 155.
  • the recognizer is trained using a learning technique such as machine learning, and the learned recognizer can recognize properties of regions, objects, and the like by classifying input data thereafter.
  • the map generation module 152, the location recognition module 153, and the obstacle recognition module 154 may be configured as one integrated module.
  • the location recognition module 153 and the obstacle recognition module 154 are integrated as one recognizer and described based on an embodiment composed of one recognition module 155, but the location recognition module 153 and the obstacle recognition module Even if each module 154 is provided, it can operate in the same way.
  • the mobile robot 100 may include a recognition module 155 in which properties of objects and spaces are learned through machine learning.
  • Machine learning means that a computer learns through data without a person directly instructing the computer with logic, and through this, the computer solves the problem on its own.
  • ANNs artificial neural networks
  • the artificial neural network may be implemented in the form of software or hardware such as a chip.
  • the recognition module 155 may include an artificial neural network (ANN) in the form of software or hardware in which attributes of objects such as attributes of space and obstacles are learned.
  • ANN artificial neural network
  • the recognition module 155 uses a deep neural network (DNN) such as a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), and a deep belief network (DBN) learned by deep learning.
  • DNN deep neural network
  • CNN convolutional neural network
  • RNN recurrent neural network
  • DBN deep belief network learned by deep learning.
  • the recognition module 155 may determine attributes of space and objects included in input image data based on weights between nodes included in the deep neural network (DNN).
  • DNN deep neural network
  • the driving control module 151 may control driving of the driving unit 160 based on the recognized space and the attributes of the obstacle.
  • the recognition module 155 may recognize attributes of a space and an obstacle included in an image of the selected specific viewpoint based on data pre-learned through machine learning.
  • the memory 105 may store input data for determining space and object properties, and data for learning the deep neural network (DNN).
  • DNN deep neural network
  • the memory 105 may store the original image acquired by the image acquisition unit 120 and the extracted images from which a predetermined region is extracted.
  • the memory 105 may store weights and biases constituting the structure of the deep neural network (DNN).
  • DNN deep neural network
  • weights and biases constituting the deep neural network structure may be stored in an embedded memory of the recognition module 155.
  • the recognition module 155 performs a learning process using a predetermined image as training data whenever the image acquisition unit 120 acquires an image or extracts a partial region of the image, or performs a learning process by using a predetermined number or more After the image is obtained, a learning process may be performed.
  • the mobile robot 100 may receive data related to machine learning from the predetermined server through the communication unit 190 .
  • the mobile robot 100 may update the recognition module 155 based on data related to machine learning received from the predetermined server.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a mobile robot and a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • the mobile robot 100 may be docked to the docking station 40 after driving.
  • the docking station 40 is electrically connected to commercial power. According to the embodiment, the docking station 40 may convert commercial power into power for charging the battery 210 of the mobile robot 100.
  • the mobile robot 100 is electrically connected to commercial power through contact with the charging terminal 410 of the docking station 40, and the battery 210 can be charged.
  • Electric components constituting the mobile robot 100 can receive power from the battery 210. Therefore, in a state in which the battery 210 is charged, the mobile robot 100 has magnetic power even in a state electrically separated from commercial power. it is possible to drive
  • the docking station 40 Since the docking station 40 provides a function of charging the battery 210 of the mobile robot 100, it may also be referred to as a charging station.
  • the docking station 40a illustrated in FIG. 4 provides a battery 210 charging function of the docked mobile robot 100 .
  • the docking station 40 may provide a dust container emptying function for emptying the dust container of the mobile robot 100 .
  • Figure 5 is a view referenced in the description of the docking station according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 5 (a) is a perspective view of the docking station (40b (40) connected to commercial power
  • Figure 5 (b) ) is a state in which the mobile robot 100 is docked to the docking station 40b (40)
  • FIG. 5(c) is a diagram showing a display indicator of the docking station 40b (40).
  • the docking station 40b illustrated in FIG. 5 provides a function of charging the battery 210 of the mobile robot 100 docked, a function of emptying the dust bin 140 of the mobile robot 100, and the like.
  • the docking station 40b has a charging terminal 410 and can charge the battery 210 of the mobile robot 100 in contact with the charging terminal 410 .
  • the docking station 40b may perform power line communication with the mobile robot 100 through the charging terminal 410 and the charging line 600 .
  • the docking station 40b is provided with a dust collection chamber 420 and a suction motor, and can empty dust by sucking dust in the dust bin of the docked mobile robot 100 into the dust collection chamber 420 .
  • the docking station 40b may further include a door motor that automatically opens and closes the passage door of the dust collection room 420 .
  • the docking station 40b may include an output means indicating at least one of a suction motor driving state, a docking state, a charging state, and a charging level. At least one of a suction motor driving state, a docking state, a charging state, and a charging level may be displayed on the display. Alternatively, at least one of a suction motor driving state, a docking state, a charging state, and a charging level may be displayed by lighting, blinking, and color of a lamp.
  • the docking station 40b may include a pressure sensor capable of detecting dust filled in the dust collection chamber 420 .
  • the pressure sensor may at least detect whether or not the dust collection chamber 420 is full of dust.
  • the docking station 40b may include an indicator 483 related to the dust bin emptying function of the mobile robot 100 .
  • the indicator 483 may be disposed on the front of the docking station 40b.
  • the indicator 483 includes a first indicator 483a displaying dust bin emptying notification information for guiding emptying of dust in the dust collection chamber 420 and a second indicator 483b displaying clogging of the suction passage of the dust collection chamber 420.
  • FIG. 6 is an internal block diagram of a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • the docking station 40 includes a power supply unit 500 for charging the battery 210 of the mobile robot 100, an output unit 480 for outputting status information such as an indicator 483, and one or more sensors. It may include a sensor unit 470 including a, and a control unit 450 for controlling the overall operation of the docking station (40).
  • the power supply unit 500 may be connected to commercial power to supply driving power necessary for the operation of the docking station 40 and power for charging the battery 210 .
  • the controller 450 may control the power source 500 to charge the battery 210 of the mobile robot 100 docked.
  • the controller 450 may include a printed circuit board and elements mounted on the printed circuit board.
  • the sensor unit 470 may include sensors that sense various data related to the operation and status of the docking station 40 .
  • the docking station 40b may further include a suction unit 460 for emptying the dust bin 140 of the mobile robot 100 .
  • the suction unit 460 includes a dust collection chamber 420 for accommodating dust therein and a suction motor for sucking dust inside the dust bin of the mobile robot 100 into the dust collection chamber 420, and is a docked mobile robot. (100) The dust in the internal dust bin may be sucked into the dust collection chamber 420 and emptied.
  • the docking station 40b may further include a passage connected to the dust collection chamber 420, a door disposed in the passage, and a door motor that automatically opens and closes the passage door.
  • the controller 450 may operate a door motor to open the passage door of the docking station 40b.
  • the controller 450 may operate the suction motor to suck in dust inside the dust bin 140 .
  • the inhaled dust may be accommodated in the dust collecting chamber 420 .
  • the sensor unit 470 may include a sensor that detects dust accommodated in the dust collection room 420 .
  • the sensor unit 470 includes a pressure sensor, and the pressure sensor can sense whether or not the dust collection chamber 420 is full, the amount of dust collected, and the like.
  • the control unit 450 based on the sensing data of the sensor unit 470, when the dust collection room 420 needs to be emptied, the first indicator 483a guides the emptying of the dust in the dust collection room 420, emptying the dust bin. You can control to display notification information.
  • the mobile robot 100 and the docking station 40 may perform power line communication through the charging line 600 .
  • the power supply unit 200 may perform power line communication under the control of the control unit 150.
  • the power supply unit 500 may perform power line communication under the control of the control unit 450 .
  • the power supply units 200 and 500 may perform bi-directional communication through power line communication.
  • the docking station 40 includes a signal transmitter 410 that transmits a docking signal to help the mobile robot 100 return.
  • the signal transmission unit 410 may periodically transmit a docking signal under the control of the control unit 450 .
  • the mobile robot 100 may receive the docking signal and return to the docking station 40 based on the received docking signal.
  • the mobile robot 100 includes a docking signal receiving unit.
  • the docking signal may be an ultrasonic signal or an infrared (IR) signal.
  • the mobile robot 100 may detect the docking signal with the ultrasonic sensor of the sensor unit 170 .
  • the mobile robot 100 may include an IR sensor for detecting the IR signal.
  • the mobile robot 100 may include at least an IR light receiving unit 145, and the signal transmitting unit 410 may include at least an IR light emitting unit 415.
  • the docking station 40 includes a memory 405 for storing various data.
  • the memory 405 stores various types of information necessary for controlling the docking station 40 and may include a volatile or non-volatile recording medium. Data received from the mobile robot 100 may be stored in the memory 405 . For example, identification information (ID) assigned to the docking station 40, docking signal transmission time (sequence) information, and reference time information for time synchronization with the mobile robot 100 and other docking stations 40 etc. can be stored.
  • ID identification information assigned to the docking station 40
  • docking signal transmission time (sequence) information can be stored.
  • the docking station 40 may include a real time clock (RTC) battery circuit, and may store at least reference time information as an RTC battery circuit function.
  • RTC real time clock
  • FIG. 7 is a diagram referenced for description of docking signal transmission of a docking station.
  • the first and second docking stations 41 and 42 each include signal transmission units 415a and 415b for transmitting docking signals.
  • the signal transmitters 415a and 415b may be IR emitters 415a and 415b that transmit IR signals.
  • the IR light emitters 415a and 415b are installed on the sides of the docking stations 41 and 42 to transmit a docking signal SD in a direction in which the body of the mobile robot 100 is docked.
  • the IR emitters 415a and 415b transmit a docking signal SD for inducing the mobile robot 100 to approach the docking stations 41 and 42 and electrically connect the charging terminals.
  • the mobile robot 100 to be docked with the first docking station 41 detects the first docking signal SD1 transmitted by the first IR emitter 415a and moves to the first docking station 41. You can drive back.
  • the first docking signal SD1 from the first IR emitter 415a and the second docking signal SD2 from the second IR emitter 415b overlap.
  • (SD3) a malfunction may occur without accurately determining which direction to move.
  • the mobile robot 100 may change its driving direction while sensing the second docking signal SD2 according to the driving direction.
  • the mobile robot 100 may turn right and left without returning to the first docking station 41, such as changing the traveling direction again while detecting the first docking signal SD1 again.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • the mobile robot 100 may communicate with the server 90 through the communication unit 190 .
  • the communication unit 190 includes a WiFi communication module, and the mobile robot 100 and the server 90 may perform wireless communication using a WiFi communication method.
  • the mobile robot 100 may receive docking signal information including identification information of a matching docking station to be docked among a plurality of registered docking stations from the server 90 through the communication unit 190 (S820). ). If the first and second docking stations 41 and 42 are registered in the server 90 and the docking station to which the mobile robot 100 is docked is the first docking station 41, the first docking station 41 It becomes a matching docking station 41 of the mobile robot 100.
  • the docking signal information may further include reference time information for synchronizing time information with the matching docking station 41 and docking signal transmission time information of the matching docking station 41 .
  • the mobile robot 100 and the matching docking station 41 synchronize time information with each other according to the received reference time information. Also, the plurality of mobile robots 100 and the docking station 40 included in the robot system may synchronize time information according to the same reference time information.
  • the server 90 may assign identification information (ID) to a plurality of registered docking stations 41 and 42 .
  • the server 90 may assign a docking signal transmission time of the plurality of docking stations 41 and 42 so that the docking signal transmissions of the plurality of registered docking stations 41 and 42 do not overlap.
  • the docking signal transmission time may include transmission order information about the order in which the docking stations 41 and 42 transmit docking signals.
  • the docking signal transmission time information may include docking signal transmission order information of the matching docking station 41 among the plurality of registered docking stations 41 and 42 .
  • the docking signal transmission time information may include information about a difference between the reference time information and the time at which the matching docking station 41 transmits the docking signal. That is, the docking signal transmission time information may include information about how much time has elapsed from the reference time before the matching docking station 41 transmits a docking signal.
  • the mobile robot 100 may store information received from the server 90 in the memory 105 (S830).
  • the reference time information and the docking signal transmission time information may be stored as an RTC circuit function.
  • the mobile robot 100 may receive the docking signal information from the server 90 in a state of being docked to the matching docking station 41 (S810).
  • the mobile robot 100 may transmit the docking signal information received from the server 90 to the matching docking station 41 in a state of being docked to the matching docking station 41 (S810). (S840).
  • the mobile robot 100 and the matching docking station 41 are power line communication units 230 and 530 that communicate through the charging line 600 to which power for charging the battery 210 is supplied from the matching docking station 41 ) may be included.
  • the mobile robot may transmit the docking signal information to the matching docking station 41 through the power line communication unit 230 .
  • the mobile robot 100 may further include an IR emitter (not shown) that outputs an IR signal and transfers the docking signal information to the matching docking station 41 .
  • an IR emitter (not shown) that outputs an IR signal and transfers the docking signal information to the matching docking station 41 .
  • the registration procedure may be completed.
  • the mobile robot 100 may send a signal according to reception of a response signal to the server 90 to complete the registration procedure.
  • the mobile robot 100 may receive a docking signal transmitted from at least one docking station among the plurality of docking stations while driving through the docking signal receiving unit 145 .
  • the control unit 150 knows the time (sequence) at which the matching docking station 41 transmits docking signals, and thus the matching docking station (41) can identify the docking signal sent.
  • control unit 150 deletes the docking signal transmitted by the second docking station 42 among the docking signals transmitted by the plurality of docking stations 41 and 42, and the docking signal transmitted by the first docking station 41. Accordingly, the driving unit 160 may be controlled to move the main body 110 to the matching docking station 41 .
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of operating a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • the docking station 40 (41, 42) according to an embodiment of the present disclosure includes a charging terminal 410 electrically connected to the terminal 260 of the mobile robot 100 and identification information given from the server 90.
  • a memory 405 for storing docking signal information including, a charger 520 for supplying power for charging the battery 210 of the mobile robot 100 through a charging line 600, and the stored docking signal. It may include a signal transmission unit 410 for outputting a docking signal according to information.
  • the docking signal information may further include reference time information for synchronizing time information with the mobile robot 100 and transmission time information of the docking signal.
  • the transmission time information of the docking signal among the plurality of docking stations 40 registered in the server 90, order information to transmit the docking signal, or the reference time information and the time to transmit the docking signal It may contain information about differences.
  • the docking station 40 may receive the docking signal information from the mobile robot 100 in a state where the mobile robot 100 is docked (S920).
  • the docking station 40 includes a power line communication unit 530 and may receive the docking signal information through the charging line 600 .
  • the docking station 40 may further include an IR light receiver (not shown) for receiving an IR signal including the docking signal information.
  • the docking station 40 may store information received from the mobile robot 100 in the memory 405 (S930).
  • the reference time information and the docking signal transmission time information may be stored as an RTC circuit function.
  • the docking station 40 may transmit a response signal to the mobile robot 100 (S840) and complete the registration procedure.
  • the docking station 40 may output a docking signal according to a transmission time (sequence) assigned to the docking station 40 .
  • the signal transmitter 410 may periodically output the docking signal according to the docking signal information.
  • the IR emitter 415 may periodically transmit an IR-type docking signal based on the received docking signal information.
  • each docking station 40 may periodically transmit a docking signal toward the mobile robot 100 paired at synchronization time alone.
  • Synchronous time division multiplexing is a method in which the time of one transmission line is divided and used by several channels by dividing the bandwidth of one transmission line into time slots and allocating it to channels.
  • the docking station 40 does not use a wired transmission line, but may affect each other by overlapping or adjacent to each other in a predetermined area of docking signals transmitted by a plurality of docking stations 40 . Accordingly, the times (sequence) in which the plurality of docking stations 40 transmit docking signals can be time-divided and allocated so as not to overlap.
  • bi-directional half-duplex communication can be implemented by transmitting and receiving communication signals between the mobile robot 100 and the docking station 40 through the charging terminals 260 and 410 and the charging line 600.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of operating a robot system according to an embodiment of the present disclosure.
  • a robot system assigns identification information and docking signal transmission time to a plurality of mobile robots 100, a plurality of docking stations 40, and a plurality of registered docking stations 40, and ,
  • the server 90 for transmitting the docking signal information including the identification information and the docking signal transmission time to a plurality of mobile robots 100 corresponding to the plurality of docking stations 40, respectively.
  • the mobile robot 100 docked with the docking station 40 may notify the server 90 of docking and request docking signal information (S1010).
  • the server 90 may transmit docking signal information including identification information of a matching docking station and a docking signal transmission time to each mobile robot 100 (S1020).
  • the mobile robot 100 may store information received from the server 90 (S1030).
  • the mobile robot 100 may transmit the docking signal information received from the server 90 to the docking matching docking station 40 (S1040).
  • Each docking station 40 may store the received docking signal information (S1050) and transmit a response signal to the docked mobile robot 100.
  • the mobile robot 100 may transmit a response signal to the server 90 and end the registration process (S1070).
  • the plurality of docking stations 40 may transmit docking signals according to the received docking signal information so that transmission times do not overlap with each other.
  • transmission and reception (S1040 and S1060) between the mobile robot 100 and the docking station 40 may be performed through power line communication.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a control relationship between main components related to charging and communication of a mobile robot and a docking station according to an embodiment of the present disclosure.
  • the power supply unit 200 (hereinafter referred to as the first power supply unit) of the mobile robot 100 includes a battery 210 accommodated inside the main body 110, and a charging terminal electrically connected to the battery 210 ( 260 (hereinafter referred to as a first charging terminal).
  • the power supply unit 500 (hereinafter referred to as a second power supply unit) of the docking station 40 may include a charging terminal 410 (hereinafter referred to as a second charging terminal) electrically connected to the first charging terminal 260 .
  • the driving unit 160 moves the main body 110 accommodating the battery 210 therein to the docking station 40 .
  • the main body 100 is provided with a first charging terminal 260 .
  • the first charging terminal 260 of the mobile robot 100 contacts the second charging terminal 410 of the docking station 40 and Accordingly, the first and second power supply units 200 and 500 may be electrically connected through the charging line 600.
  • the first power supply unit 200 receives power from the station 40 through the charging line 600 and charges the battery 210 with the charging unit 220 (hereinafter referred to as the first charging unit) and the charging line 600. and a power line communication unit 230 (hereinafter referred to as a first power line communication unit) that performs power line communication with the station 40 through
  • the second power supply unit 500 may also have the same configuration as the first power supply unit 200 .
  • the second power supply unit 500 includes a charging unit 520 (hereinafter referred to as a second charging unit) supplying power for charging the battery 210 of the mobile robot 100 through the charging line 600, and the charging line ( 600) may include a power line communication unit 530 (hereinafter referred to as a second power line communication unit) that performs power line communication with the mobile robot 100.
  • the docking station 40 may transmit dust collection room dust empty notification information to the mobile robot 100 based on data sensed by the sensor unit 470 through the second power line communication unit 530. .
  • the mobile robot 100 may transmit data received from the server 90 or the mobile terminal 910 to the docking station 40 through the first power line communication unit 530 .
  • the second power source 500 may further include a power converter (not shown) that converts commercial power into power for charging the battery 210 of the mobile robot 100 .
  • the mobile robot 100 and the docking station 40 may perform power line communication under the control of the processors 150a and 450a, respectively.
  • the processors 150a and 450a may be implemented as some blocks of the controllers 150 and 450 .
  • the processors 150a and 450a may be provided in the first and second power supply units 200 and 500 separately from the controllers 150 and 450 .
  • the processors 150a and 450a may perform power line communication under the control of the control unit 150 and 450 .
  • An additional configuration for separate wireless communication between the mobile robot 100 and the docking station 40 may not be required by power line communication. That is, power is supplied to the battery 210 through the power supply units 200 and 500, the battery 210 is charged, and the mobile robot 100 can be operated, and the mobile robot ( Communication between 100) and the docking station 40 may be implemented.
  • a data signal may be modulated into a specific signal (eg, a high-frequency signal) and transmitted to a line through which DC power is delivered.
  • Power line communication has the advantage of being able to build a communication network at low cost without installing a special additional communication line using an already secured power line.
  • first and second power supply units 200 and 500 may include first and second charging units 220 and 520 and first and second power line communication units 230 and 530, respectively.
  • the first and second power line communication units 230 and 530 may include a transmitter 800 and a receiver 900 .
  • the transmission unit 800 includes a mixer 820 that mixes a serial communication signal with a carrier signal to generate an On-Off Keying (OOK) modulated transmission signal, and the mixer 820 and the charging A capacitor 810 (C2) disposed between the lines 600 may be included.
  • the receiving unit 900 may demodulate an On-Off Keying (OOK) modulated received signal.
  • On-Off Keying transmits a carrier signal together with a data signal at the same time. At this time, data can be determined based on the presence or absence of a carrier signal.
  • Amplitude Shift Keying determines the amplitude of a carrier signal by information data.
  • the on-off modulation method is a modulation method expressing bit information of digital data with the presence or absence of a carrier signal, and is one of amplitude shift keying (ASK) methods expressing a symbol through a change in amplitude.
  • on-off modulation includes a carrier signal when the data is high (e.g., 1) and when the data is low (e.g., 0) during signal transmission It can be modulated in such a way as to cancel the carrier signal.
  • data may be determined as high when the carrier signal is higher than the reference value, and data may be determined as low when the carrier signal is lower than the reference value.
  • the on-off modulation may be performed in such a way that a carrier signal is included when the data is low and the carrier signal is removed when the data is high during signal transmission. .
  • data may be determined as high when the carrier signal is lower than the reference value, and data may be determined as low when the carrier signal is higher than the reference value.
  • the mixer 820 may be an OOK modulator that mixes and modulates transmission data with a high-frequency (eg, 10 MHz) carrier signal.
  • the mixer 820 may generate a transmission signal by mixing a serial communication signal including transmission data with a carrier signal.
  • the mixer 820 may include a 3-state buffer.
  • a tri-state buffer is a buffer with three output levels: High, Low, and High Impedance (Hi-Z).
  • High impedance is an open state in which external inputs and outputs are not connected, and can prevent elements from being burned due to circuit collision in a bus structure in which a plurality of elements are connected to one line.
  • a carrier signal is output only when the serial communication signal is low, and a high impedance when the serial communication signal is high. (High-Z) state.
  • the mobile robot 100 may include a first processor 150a processing power line communication data
  • the docking station 20 may include a second processor 450a processing power line communication data.
  • the first and second processors 150a and 450a may be microcomputer units (MCUs) that control a power line communication process.
  • the first and second processors 150a and 450a may generate data for power line communication, extract and determine data from a received signal.
  • the first and second processors 150a and 450a may generate the carrier signal and the serial communication signal.
  • the first and second processors 150a and 450a may generate a high frequency carrier signal and asynchronous serial communication data.
  • the first and second processors 150a and 450a may include input/output terminals.
  • the first and second processors 150a and 450a may include output terminals T1 and T2.
  • the first and second terminals T1 and T2 are connected to the mixer 820 .
  • the first and second processors 150a and 450a output the carrier signal to the mixer 820 through the first terminal T1 and transmit the serial communication signal through the second terminal T1. It can be output to the mixer 820.
  • the transmit signal (OOK modulated signal) output from the mixer 820 is AC-coupled in the capacitor 810 and sent to the charging line 600.
  • the transmitter 800 may have an OOK modulation and power line coupling circuit structure for carrying a UART signal on a high frequency carrier.
  • the first and second charging units 220 and 520 may include at least one power inductor (L).
  • the first and second chargers 220 and 520 may include LC filters.
  • the first and second charging units 220 and 520 may include a low pass filter including at least one inductor (L) and at least one capacitor (C).
  • the LC filter may filter the OOK modulated signal so that it does not pass to the line for charging the battery 210.
  • LC filters L and C1 may be disposed at a front end of the battery 210 .
  • LC filters L and C1 may be disposed on a line to which the battery voltage V_BAT is input to the charging terminal 410 .
  • LC filters L and C1 may be disposed between the charging line 600 and the power converter 540 .
  • the charging line 600 may be composed of two wires of a positive line and a negative line of DC power.
  • a ground (GND) may be connected to the cathode line.
  • the first and second charging units 220 and 520 and the first and second power line communication units 230 and 540 may be connected in parallel to the two stranded lines of the charging line 600 .
  • the mobile robot 100 and the docking station 40 are connected by wire through a two-line charging line 600 during docking.
  • Power & communication signals in which DC power and OOK modulation signals are mixed are transmitted and received through the two-line charging line 600, and DC power supply and signal transmission are possible.
  • the receiver 900 may be connected to the third terminal T3 of the first and second processors 150a and 450a.
  • the receiver 900 may be connected in parallel to the transmitter 800 and the charging line 600 .
  • the receiver 900 includes an operational amplifier (OP-AMP) 920 connected to the third terminal T3 of the first and second processors 150a and 450a, and a first terminal (+) of the operational amplifier 920. ) connected to the RC filter 930, an envelope detector 940 connected to the second terminal (-) of the operational amplifier 920, and the RC filter 930 and the envelope detector ( A capacitor 910 (C3) connected to 940 may be included.
  • OP-AMP operational amplifier
  • 920 connected to the third terminal T3 of the first and second processors 150a and 450a
  • a first terminal (+) of the operational amplifier 920 connected to the RC filter 930
  • an envelope detector 940 connected to the second terminal (-) of the operational amplifier 920
  • the RC filter 930 and the envelope detector A capacitor 910 (C3) connected to 940 may be included.
  • the capacitors 910 and C3 may block the DC voltage passing to the receiver 900 .
  • a variation of the envelope of the amplitude-modulated carrier signal is the same as that of the data signal. Therefore, the data signal can be restored using the envelope detector 940.
  • the RC filter 930 may output a moving average value based on the received signal, and the envelope detector 940 may output an envelope detection signal obtained by detecting an envelope in the received signal.
  • the operational amplifier 920 is a data slicer that restores data from an input signal, and can restore data by comparing the envelope detection signal with another value and outputting the result. For example, the operational amplifier 920 may restore data by comparing the moving average value with the envelope detection signal and outputting a value of '1' or '0' according to the result. The operational amplifier 920 may compare the moving average value with the envelope detection signal and output an inverted result.
  • the moving average value has the advantage of smoothing extreme changes and eliminating noise when data changes are large.
  • the RC filter 930 may be a moving average filter that performs a moving average of N predetermined values in sequentially input signals and outputs the moving average.
  • the RC filter 930 may input the moving average value to the first terminal (+) of the operational amplifier 920 after extracting the moving average value.
  • the envelope detector 940 may input the signal to the second terminal (-) of the operational amplifier 920 after envelope detection.
  • the operational amplifier 920 may compare inputs and output inverted output.
  • the charging power supply of the battery 210 and bi-directional data can be performed using the two-stranded charging line 600 between the docking station 40 and the mobile robot 100. Accordingly, it is possible to implement high-reliability communication that does not require calibration and there is no deviation between the docking station 40 and the mobile robot 100 by product.
  • FIG. 12 is a diagram referenced in a description of communication of a robot system according to an embodiment of the present disclosure.
  • the mobile robot 100 travels based on the power stored in the battery 210, and supplies power through a charging line 600 to charge the battery 210.
  • a docking station 40 may be included.
  • the mobile robot 100 and the docking station 40 may include power line communication units 230 and 530 that perform power line communication through the charging line 600, respectively.
  • the mobile robot 100 and the docking station 40 can charge the battery of the mobile robot 100 and perform bidirectional data communication through the two-stranded charging cable 600 .
  • the power line communication units 230 and 530 include a mixer 820 that generates an On-Off Keying (OOK) modulated transmission signal by mixing a serial communication signal with a carrier signal, and the mixer ( 820) and the transmission unit 800 including a capacitor 810 disposed between the charging line 600, an operational amplifier 920, and an RC filter 930 connected to the first terminal of the operational amplifier 920. ), an envelope detector 940 connected to the second terminal of the operational amplifier 920, and a receiver including a capacitor 910 connected to the RC filter 930 and the envelope detector 940 ( 900) may be included.
  • OOK On-Off Keying
  • the mobile robot 100 may include a first processor 150a processing power line communication data, and the docking station 20 may include a second processor 450a processing power line communication data.
  • the first and second processors 150a and 450a may generate data for power line communication, extract and determine data from a received signal.
  • the docking station 40 can communicate with the mobile robot 100 in both directions, and communication with external devices can be performed via the mobile robot 100 .
  • the mobile robot 100 may transmit at least one of status information, an update file, a dust bin emptying request signal, and docking signal information to the docking station 40 through power line communication.
  • the docking station 40 may transmit at least one of status information such as dust collection amount information of the dust collection room 420 and a response to a request received from the mobile robot 100 to the mobile robot 100 through power line communication. there is.
  • the docking station 40 transmits various information such as dust bin emptying notification information and docking signal information to the mobile robot 100 through the power line communication, and the mobile robot 100 transmits the Various types of information such as dust bin emptying notification information may be transmitted to a predetermined server 90 or a predetermined mobile terminal 910 .
  • firmware can be updated without disassembling the docking station 40 .
  • a user may request a firmware update by manipulating the mobile terminal 910 .
  • the server 90 may transmit an update file through a communication method such as Wi-Fi through the communication unit 190 of the mobile robot 100.
  • the mobile robot 100 may transmit an update file to the docking station 40 through power line communication.
  • the docking station 40 may update the firmware using the received update file, and inform the mobile robot 100 whether or not the update has been completed through power line communication.
  • the mobile robot 100 may notify the server 90 and/or the mobile terminal 910 whether the update is complete through the communication unit 190 .
  • FIG. 13 and 14 are diagrams referenced in a description of receiving and sending a docking signal of a robot system according to an embodiment of the present disclosure.
  • a user may manipulate a mobile terminal 910 to register a plurality of robots R_1, R_2, ... R_N.
  • a user may register a plurality of robots (R_1, R_2, ... R_N) by executing a robot-related application in the mobile terminal 910.
  • a robot-station pair installed adjacent to each other is selected. can register.
  • the server 90 may assign identification information (Paring ID) and IR transmission order to the docking stations (S_1, S_2, ... S_N).
  • the server 90 may transmit docking signal information and the like in a communication method such as Wi-Fi through the communication unit 190 of the plurality of robots (R_1, R_2, ... R_N).
  • the docking signal information may include ID and IR transmission order, synchronization time information, and the like.
  • a plurality of robots (R_1, R_2, ... R_N) are docked matching docking stations (S_1, S_2, ... S_N) in a power line communication method, including ID and IR transmission order, synchronization time information, etc. docking signal information to be delivered.
  • the docking station (S_1, S_2, ... S_N) may store the received docking signal information.
  • Docking signal information can be stored in a memory (if provided separately, it can be stored in the RTC battery circuit function).
  • Docking stations (S_1, S_2, ... S_N) may transmit a docking signal according to the received docking signal information, respectively.
  • the IR light emitting units 415 provided in each of the docking stations S_1, S_2, ... S_N may transmit IR signals sequentially so as not to overlap according to the given order.
  • the docking signals 1400 sequentially transmitted by the IR emitters 415 of the docking stations S_1, S_2, ... S_N may be sequentially allocated at regular intervals within one frame. .
  • the IR light receivers 145 of the robots R_1, R_2, ... R_N may detect all or part of the docking signals 1400.
  • Each robot (R_1, R_2, ... R_N) can identify the docking signal of the corresponding docking stations (S_1, S_2, ... S_N), and can talk and run according to the docking signal of the identified matching docking station. there is.
  • 15 is a flowchart illustrating a method of operating a mobile robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • one of the mobile robots 100 among each of the robots R_1, R_2, ... R_N docks from a plurality of docking stations S_1, S_2, ... S_N. All or part of the signals 1400 may be sensed (S1510).
  • the controller 150 may delete IR signals other than the corresponding matching docking station (S1525) and control the docking operation based on the IR signal of the corresponding matching docking station (S1530).
  • the mobile robot, the docking station, and the robot system having the same according to the present disclosure are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the above embodiments are implemented in each implementation so that various modifications can be made. All or part of the examples may be configured by selectively combining them.

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Abstract

본 개시의 일 측면에 따른 로봇 시스템은, 복수의 이동 로봇, 복수의 도킹 스테이션, 및, 등록된 복수의 도킹 스테이션에 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 부여하고, 상기 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 포함하는 도킹신호정보를 상기 복수의 도킹 스테이션 각각에 대응하는 복수의 이동 로봇으로 송신하는 서버를 포함할 수 있다.

Description

이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템
본 개시는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 도킹 스테이션을 포함하는 로봇 시스템에 관한 것이다.
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. 이러한 로봇 중에서 자력으로 주행이 가능한 것을 이동 로봇이라고 한다.
가정에서 사용되는 이동 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기로, 로봇 청소기는 일정 영역을 스스로 주행하면서, 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입함으로써, 해당 영역을 청소하는 기기이다.
이동 로봇은 배터리에 저장되는 전원을 동력으로 사용하여 자율주행한다. 이동 로봇은 주행 후 도킹 스테이션로 복귀하여 배터리를 충전할 수 있다. 이동 로봇은 지속적인 자율 주행을 위하여 배터리 충전을 위한 복귀 주행을 하게된다. 이때, 도킹 스테이션은 이동 로봇의 복귀를 돕는 신호를 발신할 수 있다.
예를 들어, 선행문헌 1(한국 공개특허 제10-2012-0027544호(공개일 2012년 03월 21일)은, 로봇과 베이스 스테이션 간의 우연한 접촉을 방지하기 위한 회피 신호를 방출하기 위한 시스템과, 로봇 장치를 베이스 스테이션에 정확하게 도킹시키기 위한 귀환 신호를 방출하기 위한 시스템을 개시하고 있다. 스테이션 방출기는 회피신호를 방출하는 제1 신호 방출기, 좌우 귀환 신호를 방출하는 제2 신호 방출기로 구성되고, 로봇은 탐지기를 구비하여 제1,2 신호 방출기가 방출한 신호를 탐지한다.
선행문헌 2(한국 공개특허 제10-2010-0136904호(공개일 2010년 12월 29일))은 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 도킹유도신호를 발신하는 도킹 스테이션에 관하여 개시하고 있다. 로봇은 제1도킹유도영역, 제2도킹유도영역의 경계면을 따라 도킹을 수행한다.
최근에는 각종 서비스를 제공하는 다양한 로봇들이 개발되고 있다. 또한, 건식, 습식 등 청소를 수행하는 로봇도 다양화되고 있다. 이에 따라, 복수의 이동 로봇을 사용하는 사용자도 증가하고 있다. 사용하는 이동 로봇의 수가 증가하면, 이동 로봇을 충전시키는 스테이션의 수도 증가한다. 이때, 스테이션들이 일정 범위 내에 배치되는 경우에 스테이션들이 방출하는 도킹신호들이 간섭을 일으킬 수 있다. 또한, 이동 로봇은 대응하는 스테이션으로 복귀하다가 다른 스테이션이 방출한 도킹신호를 수신하고, 다른 스테이션으로 이동하는 등 우왕자왕하거나 복귀 주행을 정확히 수행하지 못할 수 있다.
따라서, 선행문헌들과 같은 종래의 스테이션들이 복수개 사용되는 경우에, 스테이션들을 이격 설치해야 하거나, 인접 스테이션간 로봇 제품을 동시에 사용하는데 한계가 있었다.
본 개시는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 목적은 신호 간섭을 방지할 수 있는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은 오동작을 방지하고 이동 로봇을 도킹 스테이션에 정확히 도킹시킬 수 있는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은 복수의 이동 로봇과 복수의 도킹 스테이션을 충돌없이 사용할 수 있는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은 전력선 통신을 이용하여 양방향 통신이 가능한 이동 로봇과 도킹 스테이션을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은 도킹 스테이션이 도킹된 이동 로봇과 통신함으로써, 이동 로봇과 연관된 다양한 서비스를 제공할 수 있는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 본 개시의 실시 예에 따른 상세한 설명에 의해서 이해될 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템은, 도킹 스테이션의 도킹신호 발신이 중첩되지 않도록 제어하여, 오동작을 방지하고 이동 로봇을 도킹 스테이션에 정확히 도킹시킬 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템은, 전력선 통신을 이용하여 양방향 통신을 수행하고, 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇은, 본체, 서버로부터 등록된 복수의 도킹 스테이션 중 도킹할 매칭(matching) 도킹 스테이션의 식별 정보를 포함하는 도킹신호정보를 수신하는 통신부, 상기 복수의 도킹 스테이션 중 적어도 하나의 도킹 스테이션으로부터 발신되는 도킹신호를 수신하는 도킹신호 수신부, 및, 상기 매칭 도킹 스테이션이 발신한 도킹신호에 따라, 상기 매칭 도킹 스테이션으로 상기 본체를 이동시키는 주행부를 포함할 수 있다.
상기 도킹신호정보는, 상기 매칭 도킹 스테이션과의 시간 정보 동기화를 위한 기준 시간 정보, 및, 상기 매칭 도킹 스테이션의 도킹신호 발신 시간 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 도킹신호 발신 시간 정보는, 상기 등록된 복수의 도킹 스테이션 중 상기 매칭 도킹 스테이션의 도킹신호 발신 순서 정보, 또는 상기 기준 시간 정보와 상기 매칭 도킹 스테이션이 상기 도킹신호를 발신할 시간의 차이에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇은, 상기 매칭 도킹 스테이션에 도킹된 상태에서, 상기 서버로부터 수신한 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션으로 전달할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇은, 상기 매칭 도킹 스테이션으로부터 배터리를 충전하는 전원이 공급되는 충전선을 통하여 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션으로 전달하는 전력선 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력선 통신부는, 캐리어(carrier) 신호에 직렬 통신 신호를 혼합하여 OOK(On-Off Keying) 변조된 송신 신호를 생성하는 믹서(mixer), 및, 상기 믹서와 상기 충전선 사이에 배치되는 커패시터를 포함하는 송신부, 및, 연산증폭기(OP-AMP), 상기 연산증폭기의 제1 단자에 연결되는 RC 필터, 상기 연산증폭기의 제2 단자에 연결되는 포락선 검파부, 및, 상기 RC필터와 상기 포락선 검파부에 연결되는 커패시터를 포함하는 수신부를 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇은, IR 신호를 출력하여 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션으로 전달하는 IR 발광부를 더 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 이동 로봇은, 상기 도킹신호 수신부에서 수신되는 도킹신호 중 상기 매칭 도킹 스테이션이 아닌 도킹 스테이션이 발신한 도킹신호는 삭제하고, 상기 매칭 도킹 스테이션 발신한 도킹신호에 따라 주행하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 도킹 스테이션은, 이동 로봇의 단자에 전기적으로 연결되는 충전 단자, 서버로부터 부여받은 식별 정보를 포함하는 도킹신호정보를 저장하는 메모리, 충전선을 통하여 상기 이동 로봇의 배터리를 충전하는 전원을 공급하는 충전부, 및, 상기 저장된 도킹신호정보에 따라 도킹신호를 출력하는 신호송출부를 포함할 수 있다.
상기 도킹신호정보는, 상기 이동 로봇과의 시간 정보 동기화를 위한 기준 시간 정보, 및, 상기 도킹신호의 발신 시간 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 도킹신호의 발신 시간 정보는, 상기 서버에 등록된 복수의 도킹 스테이션 중에서 상기 도킹신호를 발신할 순서 정보, 또는 상기 기준 시간 정보와 상기 도킹신호를 발신할 시간의 차이에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 도킹 스테이션은, 상기 이동 로봇이 도킹된 상태에서, 상기 이동 로봇으로부터 상기 도킹신호정보를 수신할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 도킹 스테이션은, 상기 충전선을 통하여 상기 도킹신호정보를 수신하는 전력선 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력선 통신부는, 캐리어(carrier) 신호에 직렬 통신 신호를 혼합하여 OOK(On-Off Keying) 변조된 송신 신호를 생성하는 믹서(mixer), 및, 상기 믹서와 상기 충전선 사이에 배치되는 커패시터를 포함하는 송신부, 및, 연산증폭기(OP-AMP), 상기 연산증폭기의 제1 단자에 연결되는 RC 필터, 상기 연산증폭기의 제2 단자에 연결되는 포락선 검파부, 및, 상기 RC필터와 상기 포락선 검파부에 연결되는 커패시터를 포함하는 수신부를 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 도킹 스테이션은, 상기 도킹신호정보를 포함하는 IR 신호를 수신하는 IR 수광부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호송출부는, 상기 도킹신호를 출력하는 IR 발광부를 포함할 수 있다.
상기 신호송출부는, 상기 저장된 도킹신호정보에 따라 상기 도킹신호를 주기적으로 출력할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 로봇 시스템은, 복수의 이동 로봇, 복수의 도킹 스테이션, 및, 등록된 복수의 도킹 스테이션에 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 부여하고, 상기 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 포함하는 도킹신호정보를 상기 복수의 도킹 스테이션 각각에 대응하는 복수의 이동 로봇으로 송신하는 서버를 포함할 수 있다.
상기 복수의 이동 로봇은 상기 서버로부터 수신한 도킹신호정보를 도킹된 도킹 스테이션으로 전달할 수 있다.
상기 복수의 도킹 스테이션은, 전달받은 도킹신호정보에 따라, 상호간에 발신 시간이 겹쳐지 않도록 도킹신호를 발신할 수 있다.
본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 신호 간섭을 방지할 수 있는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 오동작을 방지하고 이동 로봇을 도킹 스테이션에 정확히 도킹할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 이동 로봇과 복수의 도킹 스테이션을 충돌없이 사용할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 이동 로봇과 도킹 스테이션이 전력선 통신을 이용하여 양방향 통신이 가능하다. 이에 따라, 고객에게 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 도킹 스테이션이 도킹된 이동 로봇과 통신함으로써, 이동 로봇과 연관된 다양한 서비스를 제공할 수 있는 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 이동 로봇의 측면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 및 도킹 스테이션이 도시된 사시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션의 내부 블록도이다.
도 7은 도킹 스테이션의 도킹신호 발신에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 및 도킹 스테이션의 충전 및 통신 관련 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템의 통신에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 13과 도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템의 도킹신호 수발신에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 개시는 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 개시를 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
본 개시의 제어구성은 적어도 하나의 프로세서로 구성될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇을 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 이동 로봇의 측면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 이동 로봇(100)은 일정 영역을 스스로 주행할 수 있다. 이동 로봇(100)은 바닥을 청소하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서 말하는 바닥의 청소에는, 바닥의 먼지(이물질을 포함한다)를 흡입하거나 바닥을 걸레질하는 것이 포함된다.
이동 로봇(100)은 본체(110)를 포함한다. 본체(110)는 외관을 형성하는 케비닛을 포함한다. 이동 로봇(100)은, 본체(110)에 구비된 청소 유닛(130) 및 먼지통(140)을 포함할 수 있다. 이동 로봇(100)은 이동 로봇 주변의 환경과 관련된 정보를 감지하는 영상획득부(120)를 포함한다. 이동 로봇(100)은 상기 본체를 이동시키는 주행부(160)를 포함한다. 이동 로봇(100)은 이동 로봇(100)의 제어를 위한 제어부(150)를 포함한다. 제어부(150)는 본체(110)에 구비된다.
주행부(160)는 이동 로봇(100)의 주행을 위한 휠 유닛(111)을 포함한다. 휠 유닛(111)은 본체(110)에 구비된다. 휠 유닛(111)에 의해 이동 로봇(100)은 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다. 제어부가 휠 유닛(111)의 구동을 제어함으로써, 이동 로봇(100)은 바닥을 자율 주행할 수 있다. 휠 유닛(111)은 메인 휠(111a) 및 서브 휠(111b)을 포함한다.
메인 휠(111a)은 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 본체(110)를 지지하며, 메인 휠(111a)에 의한 이동 로봇(100)의 주행을 보조하도록 이루어진다. 이러한 서브 휠(111b)은 후술하는 청소 유닛(130)에도 구비될 수 있다.
청소 유닛(130)은 본체(110)의 전방(F)으로부터 돌출된 형태로 배치될 수 있다. 청소 유닛(130)은 먼지가 포함된 공기를 흡입하도록 구비될 수 있다.
청소 유닛(130)이 본체(110)의 전방에서 좌우 양측방으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 청소 유닛(130)의 전단부는 본체(110)의 일측으로부터 전방으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 청소 유닛(130)의 좌우 양단부는 본체(110)로부터 좌우 양측으로 각각 이격된 위치에 배치될 수 있다.
본체(110)는 원형으로 형성되고, 청소 유닛(130)의 후단부 양측이 본체(110)로부터 좌우 양측으로 각각 돌출 형성됨에 따라, 본체(110)와 청소 유닛(130) 사이에는 빈 공간, 즉 틈이 형성될 수 있다. 상기 빈 공간은 본체(110)의 좌우 양단부와 청소 유닛(130)의 좌우 양단부 사이의 공간으로서, 이동 로봇(100)의 내측으로 함몰된 형태를 가진다.
청소 유닛(130)은 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 청소 유닛(130)이 본체(110)로부터 분리되면, 분리된 청소 유닛(130)을 대체하여 걸레 모듈(미도시)이 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
영상획득부(120)는 본체(110)에 배치될 수 있다. 영상획득부(120)는 본체(110)의 전방(F)에 배치될 수 있다. 영상획득부(120)는 본체(110)의 상하 방향으로 청소 유닛(130)과 오버랩(overlap)되도록 배치될 수 있다. 영상획득부(120)는 청소 유닛(130)의 상부에 배치될 수 있다.
영상획득부(120)는 이동 로봇(100) 주변의 장애물을 감지할 수 있다. 영상획득부(120)는 이동 로봇(100)의 가장 앞쪽에 위치하는 청소 유닛(130)이 장애물과 부딪히지 않도록 전방의 장애물이나 지형지물 등을 감지할 수 있다. 영상획득부(120)는 이러한 감지 기능 외의 후술할 다른 센싱 기능을 추가로 수행할 수 있다.
본체(110)에는 먼지통 수용부(미도시)가 구비될 수 있다. 먼지통 수용부에는 흡입된 공기 중의 먼지를 분리하여 집진하는 먼지통(140)이 착탈 가능하게 결합된다. 먼지통 수용부는 본체(110)의 후방(R)에 형성될 수 있다. 먼지통(140)의 일부는 먼지통 수용부에 수용되되, 먼지통(140)의 다른 일부는 본체(110)의 후방(R)을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.
먼지통(140)에는 먼지가 포함된 공기가 유입되는 입구(미도시)와 먼지가 분리된 공기가 배출되는 출구(미도시)가 형성된다. 먼지통 수용부에 먼지통(140)이 장착시 먼지통(140)의 상기 입구와 상기 출구는 먼지통 수용부의 내측벽에 형성된 제1 개구(미도시) 및 제2 개구(미도시)와 각각 연통되도록 구성된다.
청소 유닛(130)의 흡입구부터 상기 제1 개구까지 공기를 안내하는 흡입 유로(미도시)가 구비된다. 상기 제2 개구부터 외부를 향해 열린 배기구(미도시)까지 공기를 안내하는 배기 유로(미도시)가 구비된다.
청소 유닛(130)을 통하여 유입된 먼지가 포함된 공기는 본체(110) 내부의 상기 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 본체(110) 내부의 상기 배기유로를 거쳐 최종적으로 상기 배기구를 통하여 외부로 배출된다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 이동 로봇(100)은, 본체(110)와, 본체(110) 주변의 영상을 획득하는 영상획득부(120)를 포함한다.
이동 로봇(100)은 본체(110)를 이동시키는 주행부(160)를 포함한다. 주행부(160)는 본체(110)를 이동시키는 적어도 하나의 휠 유닛(111)을 포함한다. 주행부(160)는 휠 유닛(111)에 연결되어 휠 유닛(111)을 회전시키는 구동 모터(미도시)를 포함한다.
영상획득부(120)는 주행구역을 촬영하는 것으로, 카메라 모듈을 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈은 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 디지털 카메라는 적어도 하나의 광학렌즈와, 광학렌즈를 통과한 광에 의해 상이 맺히는 다수개의 광다이오드(photodiode, 예를 들어, pixel)를 포함하여 구성된 이미지센서(예를 들어, CMOS image sensor)와, 광다이오드들로부터 출력된 신호를 바탕으로 영상을 구성하는 디지털 신호 처리기(DSP: Digital Signal Processor)를 포함할 수 있다. 디지털 신호 처리기는 정지영상은 물론이고, 정지영상으로 구성된 프레임들로 이루어진 동영상을 생성하는 것도 가능하다.
이러한 카메라는 촬영 효율을 위해 각 부위별로 여러 개가 설치될 수도 있다. 카메라에 의해 촬상된 영상은 해당 공간에 존재하는 먼지, 머리카락, 바닥 등과 같은 물질의 종류 인식, 청소 여부, 또는 청소 시점을 확인하는데 사용할 수 있다.
카메라는 이동 로봇(100)의 주행 방향 전면에 존재하는 장애물 또는 청소 영역의 상황을 촬영할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 영상획득부(120)는 본체(110) 주변을 연속적으로 촬영하여 복수의 영상을 획득할 수 있고, 획득된 복수의 영상은 메모리(105)에 저장될 수 있다.
이동 로봇(100)은 복수의 영상을 이용하여 공간 인식, 위치 인식, 장애물 인식의 정확성을 높이거나, 복수의 영상 중 하나 이상의 영상을 선택하여 효과적인 데이터를 사용함으로써 공간 인식, 위치 인식, 장애물 인식의 정확성을 높일 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 이동 로봇(100)의 동작, 상태와 관련된 각종 데이터를 센싱하는 센서들을 포함하는 센서부(170)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 센서부(170)는 전방의 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 센서부(170)는 주행구역 내 바닥에 낭떠러지의 존재 여부를 감지하는 낭떠러지 감지센서와, 바닥의 영상을 획득하는 하부 카메라 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 장애물 감지 센서는, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서, PSD(Position Sensitive Device) 센서 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 장애물 감지 센서에 포함되는 센서의 위치와 종류는 이동 로봇의 기종에 따라 달라질 수 있고, 상기 장애물 감지 센서는 더 다양한 센서를 포함할 수 있다.
한편, 상기 센서부(170)는 본체(110)의 구동에 따른 이동 로봇(100)의 동작을 감지하고 동작 정보를 출력하는 동작 감지 센서를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 감지 센서로는, 자이로 센서(Gyro Sensor), 휠 센서(Wheel Sensor), 가속도 센서(Acceleration Sensor) 등을 사용할 수 있다.
자이로 센서는, 이동 로봇(100)이 운전 모드에 따라 움직일 때 회전 방향을 감지하고 회전각을 검출한다. 자이로 센서는, 이동 로봇(100)의 각속도를 검출하여 각속도에 비례하는 전압 값을 출력한다. 제어부(150)는 자이로 센서로부터 출력되는 전압 값을 이용하여 회전 방향 및 회전각을 산출한다.
휠 센서는, 휠 유닛(111)에 연결되어 바퀴의 회전수를 감지한다. 여기서, 휠 센서는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)일 수 있다.
가속도 센서는, 이동 로봇(100)의 속도 변화, 예를 들어, 출발, 정지, 방향 전환, 물체와의 충돌 등에 따른 이동 로봇(100)의 변화를 감지한다.
또한, 가속도 센서는 제어부(150)에 내장되어 이동 로봇(100)의 속도 변화를 감지할 수 있다.
제어부(150)는 동작 감지 센서로부터 출력된 동작 정보에 기초하여 이동 로봇(100)의 위치 변화를 산출할 수 있다. 이러한 위치는 영상 정보를 이용한 절대 위치에 대응하여 상대 위치가 된다. 이동 로봇(100)은 이러한 상대 위치 인식을 통해 영상 정보와 장애물 정보를 이용한 위치 인식의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)은 충전 가능한 배터리(210)를 구비하여 이동 로봇 내로 전원을 공급하는 전원부(200)를 포함할 수 있다.
상기 전원부(200)는 이동 로봇(100)의 각 구성 요소들에 구동 전원과, 동작 전원을 공급하며, 전원 잔량이 부족하면 도킹 스테이션(40)에서 전원을 공급받아 충전될 수 있다.
이동 로봇(100)은 배터리(210)의 충전 상태를 감지하고, 감지 결과를 제어부(150)에 전송하는 배터리 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 배터(210)리는 배터리 감지부와 연결되어 배터리 잔량 및 충전 상태가 제어부(150)에 전달된다. 배터리 잔량은 출력부(180)의 디스플레이(182)에 표시될 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 온/오프(On/Off) 또는 각종 명령을 입력할 수 있는 입력부(125)를 포함한다. 입력부(125)는 버튼이나 다이얼, 터치 스크린 등을 포함할 수 있다. 입력부(125)는 사용자의 음성 지시를 입력 받기 위한 마이크를 포함할 수 있다. 입력부(125)를 통해 이동 로봇(100)의 작동 전반에 필요한 각종 제어명령을 입력받을 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 출력부(180)를 포함하여, 예약 정보, 배터리 상태, 동작모드, 동작상태, 에러상태 등을 이미지로 표시하거나 음향으로 출력할 수 있다.
출력부(180)는 오디오 신호를 출력하는 음향 출력부(181)를 포함할 수 있다. 음향 출력부(181)는 제어부(150)의 제어에 따라 경고음, 동작모드, 동작상태, 에러상태 등의 알림 메시지 등을 음향으로 출력할 수 있다. 음향 출력부(181)는, 제어부(150)로부터의 전기 신호를 오디오 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 스피커 등을 구비할 수 있다.
또한, 출력부(180)는 예약 정보, 배터리 상태, 동작모드, 동작상태, 에러상태 등을 이미지로 표시하는 디스플레이(182)를 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이동 로봇(100)은 현재 위치를 인식하는 등 각종 정보를 처리하고 판단하는 제어부(150), 및 각종 데이터를 저장하는 메모리(105)를 포함한다. 또한, 이동 로봇(100)은 외부 단말기와 데이터를 송수신하는 통신부(190)를 더 포함할 수 있다.
외부 단말기는 이동 로봇(100)을 제어하기 위한 애플리케이션을 구비하고, 애플리케이션의 실행을 통해 이동 로봇(100)이 청소할 주행구역에 대한 맵을 표시하고, 맵 상에 특정 영역을 청소하도록 영역을 지정할 수 있다. 외부 단말기는 맵 설정을 위한 애플리케이션(application)이 탑재된 리모콘, PDA, 랩탑(laptop), 스마트 폰, 태블릿 등을 예로 들 수 있다.
외부 단말기는 이동 로봇(100)과 통신하여, 맵과 함께 이동 로봇의 현재 위치를 표시할 수 있으며, 복수의 영역에 대한 정보가 표시될 수 있다. 또한, 외부 단말기는 이동 로봇의 주행에 따라 그 위치를 갱신하여 표시한다.
제어부(150)는 이동 로봇(100)를 구성하는 영상획득부(120), 입력부(125), 주행부(160), 청소 유닛(130) 등을 제어하여, 이동 로봇(100)의 동작 전반을 제어한다.
제어부(150)는 입력부(125)의 마이크를 통해 수신되는 사용자의 음성 입력 신호를 처리하고 음성 인식 과정을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라서, 이동 로봇(100)은 제어부(150) 내부 또는 외부에 음성 인식을 수행하는 음성 인식 모듈을 구비할 수 있다.
실시 예에 따라서, 간단한 음성 인식은 이동 로봇(100)이 자체적으로 수행하고, 자연어 처리 등 고차원의 음성 인식은 서버(90)에서 수행될 수 있다.
메모리(105)는 이동 로봇(100)의 제어에 필요한 각종 정보들을 기록하는 것으로, 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다. 기록 매체는 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장한 것이다.
또한, 메모리(105)에는 주행구역에 대한 맵(Map)이 저장될 수 있다. 맵은 이동 로봇(100)과 유선 또는 무선 통신을 통해 정보를 교환할 수 있는 외부 단말기, 서버 등에 의해 입력된 것일 수도 있고, 이동 로봇(100)이 스스로 학습을 하여 생성한 것일 수도 있다.
맵에는 주행구역 내의 방들의 위치가 표시될 수 있다. 또한, 이동 로봇(100)의 현재 위치가 맵 상에 표시될 수 있으며, 맵 상에서의 이동 로봇(100)의 현재의 위치는 주행 과정에서 갱신될 수 있다. 외부 단말기는 메모리(105)에 저장된 맵과 동일한 맵을 저장한다.
상기 메모리(105)는 청소 이력 정보를 저장할 수 있다. 이러한 청소 이력 정보는 청소를 수행할 때마다 생성될 수 있다.
상기 메모리(105)에 저장되는 주행구역에 대한 맵은, 청소 중 주행에 사용되는 내비게이션 맵(Navigation map), 위치 인식에 사용되는 SLAM(Simultaneous localization and mapping) 맵, 장애물 등에 부딪히면 해당 정보를 저장하여 학습 청소시 사용하는 학습 맵, 전역 위치 인식에 사용되는 전역 위치 맵, 인식된 장애물에 관한 정보가 기록되는 장애물 인식 맵 등일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 용도별로 상기 메모리(105)에 맵들을 구분하여 저장, 관리할 수 있지만, 맵이 용도별로 명확히 구분되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 적어도 2 이상의 용도로 사용할 수 있도록 하나의 맵에 복수의 정보를 저장할 수도 있다.
제어부(150)는 주행제어모듈(151), 지도생성모듈(152), 위치인식모듈(153) 및 장애물인식모듈(154)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 주행제어모듈(151)은 이동 로봇(100)의 주행을 제어하는 것으로, 주행 설정에 따라 주행부(160)의 구동을 제어한다. 또한, 주행제어모듈(151)은 주행부(160)의 동작을 바탕으로 이동 로봇(100)의 주행경로를 파악할 수 있다. 예를 들어, 주행제어모듈(151)은 휠 유닛(111)의 회전속도를 바탕으로 이동 로봇(100)의 현재 또는 과거의 이동속도, 주행한 거리 등을 파악할 수 있으며, 이렇게 파악된 이동 로봇(100)의 주행 정보를 바탕으로, 맵 상에서 이동 로봇(100)의 위치가 갱신될 수 있다.
지도생성모듈(152)은 주행구역의 맵을 생성할 수 있다. 지도생성모듈(152)은 영상획득부(120)를 통해 획득한 영상을 처리하여 맵을 작성할 수 있다. 즉, 청소 영역과 대응되는 청소 맵을 작성할 수 있다.
또한, 지도생성모듈(152)은 각 위치에서 영상획득부(120)를 통해 획득한 영상을 처리하여 맵과 연계시켜 전역위치를 인식할 수 있다.
위치인식모듈(153)은 현재 위치를 추정하여 인식한다. 위치인식모듈(153)은 영상획득부(120)의 영상 정보를 이용하여 지도생성모듈(152)과 연계하여 위치를 파악함으로써, 이동 로봇(100)의 위치가 갑자기 변경되는 경우에도 현재 위치를 추정하여 인식할 수 있다.
또한, 위치인식모듈(153)은 현재 위치하는 영역의 속성을 인식할 수 있다, 즉, 위치인식모듈(153)는 공간을 인식할 수 있다.
이동 로봇(100)은 위치인식모듈(153)을 통해 연속적인 주행 중에 위치 인식이 가능하고 또한, 위치인식모듈(153) 없이 지도생성모듈(152) 및 장애물인식모듈(154)을 통해, 맵을 학습하고 현재 위치 등을 추정할 수 있다.
이동 로봇(100)이 주행하는 중에, 영상획득부(120)는 이동 로봇(100) 주변의 영상들을 획득한다. 이하, 영상획득부(120)에 의해 획득된 영상을 '획득영상'이라고 정의한다.
획득영상에는 천장에 위치하는 조명들, 경계(edge), 코너(corner), 얼룩(blob), 굴곡(ridge) 등의 여러가지 특징(feature)들이 포함된다.
지도생성모듈(152)은 획득영상들 각각으로부터 특징을 검출하고, 각 특징점을 근거로 디스크립터를 산출한다.
지도생성모듈(152)은 각 위치의 획득영상을 통해 얻은 디스크립터 정보를 바탕으로, 획득영상마다 적어도 하나의 디스크립터를 소정 하위 분류규칙에 따라 복수의 군으로 분류하고, 소정 하위 대표규칙에 따라 같은 군에 포함된 디스크립터들을 각각 하위 대표 디스크립터로 변환할 수 있다.
다른 예로, 실(room)과 같이 소정 구역내의 획득영상들로부터 모인 모든 디스크립터를 소정 하위 분류규칙에 따라 복수의 군으로 분류하여 상기 소정 하위 대표규칙에 따라 같은 군에 포함된 디스크립터들을 각각 하위 대표 디스크립터로 변환할 수도 있다.
지도생성모듈(152)은 이 같은 과정을 거쳐, 각 위치의 특징분포를 구할 수 있다. 각 위치 특징분포는 히스토그램 또는 n차원 벡터로 표현될 수 있다. 또 다른 예로, 지도생성모듈(152)은 소정 하위 분류규칙 및 소정 하위 대표규칙을 거치지 않고, 각 특징점으로부터 산출된 디스크립터를 바탕으로 미지의 현재위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치 도약 등의 이유로 이동 로봇(100)의 현재 위치가 미지의 상태가 된 경우에, 기 저장된 디스크립터 또는 하위 대표 디스크립터 등의 데이터를 근거로 현재 위치를 추정할 수 있다.
이동 로봇(100)은, 미지의 현재 위치에서 영상획득부(120)를 통해 획득영상을 획득한다. 영상을 통해 천장에 위치하는 조명들, 경계(edge), 코너(corner), 얼룩(blob), 굴곡(ridge) 등의 여러가지 특징(feature)들이 확인된다.
위치인식모듈(153)은 획득영상으로부터 특징들을 검출하고, 디스크립터를 산출한다.
위치인식모듈(153)은 미지의 현재 위치의 획득영상을 통해 얻은 적어도 하나의 디스크립터 정보를 근거로, 소정 하위 변환규칙에 따라 비교대상이 되는 위치 정보(예를 들면, 각 위치의 특징분포)와 비교 가능한 정보(하위 인식 특징분포)로 변환한다.
소정 하위 비교규칙에 따라, 각각의 위치 특징분포를 각각의 인식 특징분포와 비교하여 각각의 유사도를 산출할 수 있다. 각각의 위치에 해당하는 상기 위치 별로 유사도(확률)를 산출하고, 그 중 가장 큰 확률이 산출되는 위치를 현재위치로 결정할 수 있다.
이와 같이, 제어부(150)는 주행구역을 구분하고 복수의 영역으로 구성된 맵을 생성하거나, 기저장된 맵을 바탕으로 본체(110)의 현재 위치를 인식할 수 있다.
제어부(150)는 맵이 생성되면, 생성된 맵을 통신부(190)를 통해 외부 단말기, 서버 등으로 전송할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 앞서 설명한 바와 같이, 외부 단말기, 서버 등으로부터 맵이 수신되면, 메모리(105)에 저장할 수 있다.
이때, 맵은 청소 영역을 복수의 영역으로 구분되고, 복수의 영역을 연결하는 연결통로가 포함하며, 영역 내의 장애물에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제어부(150)는 청소명령이 입력되면, 맵 상의 위치와 이동 로봇의 현재위치가 일치하는지 여부를 판단한다. 청소명령은 리모컨, 입력부 또는 외부 단말기로부터 입력될 수 있다.
제어부(150)는 현재 위치가 맵 상의 위치와 일치하지 않는 경우, 또는 현재 위치를 확인할 수 없는 경우, 현재 위치를 인식하여 이동 로봇(100)의 현재 위치를 복구한 한 후, 현재 위치를 바탕으로 지정영역으로 이동하도록 주행부(160)를 제어할 수 있다.
현재 위치가 맵 상의 위치와 일치하지 않는 경우 또는 현재 위치를 확인 할 수 없는 경우, 위치인식모듈(153)은 영상획득부(120)로부터 입력되는 획득영상을 분석하여 맵을 바탕으로 현재 위치를 추정할 수 있다. 또한, 장애물인식모듈(154) 또는 지도생성모듈(152) 또한, 같은 방식으로 현재 위치를 인식할 수 있다.
위치를 인식하여 이동 로봇(100)의 현재 위치를 복구한 후, 주행제어모듈(151)은 현재 위치로부터 지정영역으로 주행경로를 산출하고 주행부(160)를 제어하여 지정영역으로 이동한다.
서버로부터 청소 패턴 정보를 수신하는 경우, 주행제어모듈(151)은 수신한 청소 패턴 정보에 따라, 전체 주행구역을 복수의 영역으로 나누고, 하나 이상의 영역을 지정영역으로 설정할 수 있다.
또한, 주행제어모듈(151)은 수신한 청소 패턴 정보에 따라 주행경로를 산출하고, 주행경로를 따라 주행하며, 청소를 수행할 수 있다.
제어부(150)는 설정된 지정영역에 대한 청소가 완료되면, 청소기록을 메모리(105)에 저장할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 통신부(190)를 통해 이동 로봇(100)의 동작상태 또는 청소상태를 소정 주기로 외부 단말기, 서버로 전송할 수 있다.
그에 따라 외부 단말기는 수신되는 데이터를 바탕으로, 실행중인 애플리케이션의 화면상에 맵과 함께 이동 로봇의 위치를 표시하고, 또한 청소 상태에 대한 정보를 출력한다.
본 개시의 실시 예에 따른 이동 로봇(100)은 일방향으로 장애물이나 벽면이 감지될 때까지 이동하다가, 장애물인식모듈(154)이 장애물을 인식하면, 인식된 장애물의 속성에 따라 직진, 회전 등 주행 패턴을 결정할 수 있다.
한편, 제어부(150)는 인식된 장애물의 속성에 기초하여 다른 패턴으로 회피주행을 수행하도록 제어할 수 있다. 제어부(150)는 비위험 장애물(일반 장애물), 위험 장애물, 이동 가능한 장애물 등 장애물의 속성에 따라 다른 패턴으로 회피 주행하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 위험 장애물은 더 긴 거리의 안전 거리를 확보한 상태에서 우회하여 회피하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 이동 가능한 장애물의 경우에 소정 대기 시간 후에도 장애물이 이동하지 않으면, 일반 장애물에 대응하는 회피 주행 또는 위험 장애물에 대응하는 회피 주행을 수행하도록 제어할 수 있다. 또는, 제어부(150)는 이동 가능한 장애물에 대응하는 회피 주행 패턴이 별도로 설정된 경우에는 이에 따라 주행하도록 제어할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 이동 로봇(100)은, 머신 러닝(machine learning) 기반의 장애물 인식 및 회피를 수행할 수 있다.
상기 제어부(150)는, 입력 영상에서 머신 러닝(machine learning)으로 기학습된 장애물을 인식하는 장애물인식모듈(154)과 상기 인식된 장애물의 속성에 기초하여, 상기 주행부(160)의 구동을 제어하는 주행제어모듈(151)을 포함할 수 있다.
한편, 도 3에서는 복수의 모듈(151, 152, 153, 154)이 제어부(160) 내에 별도로 구비되는 예를 도시하였으나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 위치인식모듈(153)과 장애물인식모듈(154)은 하나의 인식기로써 통합되어 하나의 인식모듈(155)로 구성될 수 있다. 이 경우에, 머신 러닝 등의 학습 기법을 이용하여 인식기를 학습시키고, 학습된 인식기는 이후에 입력되는 데이터를 분류하여 영역, 사물 등의 속성을 인식할 수 있다.
실시 예에 따라서, 지도생성모듈(152), 위치인식모듈(153), 및, 장애물인식모듈(154)이 하나의 통합모듈로 구성될 수도 있다.
이하에서는, 위치인식모듈(153)과 장애물인식모듈(154)은 하나의 인식기로써 통합되어 하나의 인식모듈(155)로 구성되는 실시 예를 중심으로 설명하지만, 위치인식모듈(153)과 장애물인식모듈(154)이 각각 구비되는 경우에도 동일한 방식으로 동작할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 이동 로봇(100)은, 머신 러닝으로 사물, 공간의 속성이 학습된 인식모듈(155)을 포함할 수 있다.
머신 러닝은 컴퓨터에게 사람이 직접 로직(Logic)을 지시하지 않아도 데이터를 통해 컴퓨터가 학습을 하고 이를 통해 컴퓨터가 알아서 문제를 해결하게 하는 것을 의미한다.
딥러닝(Deep Learning)은. 인공지능(artificial intelligence)을 구성하기 위한 인공신경망(Artificial Neural Networks: ANN)에 기반으로 해 컴퓨터에게 사람의 사고방식을 가르치는 방법으로 사람이 가르치지 않아도 컴퓨터가 스스로 사람처럼 학습할 수 있는 인공지능 기술이다.
상기 인공신경망(ANN)은 소프트웨어 형태로 구현되거나 칩(chip) 등 하드웨어 형태로 구현될 수 있다.
인식모듈(155)은 공간의 속성, 장애물 등 사물의 속성이 학습된 소프트웨어 또는 하드웨어 형태의 인공신경망(ANN)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 인식모듈(155)은 딥러닝(Deep Learning)으로 학습된 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), DBN(Deep Belief Network) 등 심층신경망(Deep Neural Network: DNN)을 포함할 수 있다.
인식모듈(155)은 상기 심층신경망(DNN)에 포함된 노드들 사이의 가중치(weight)들에 기초하여 입력되는 영상 데이터에 포함되는 공간, 사물의 속성을 판별할 수 있다.
한편, 상기 주행제어모듈(151)은 상기 인식된 공간, 장애물의 속성에 기초하여 상기 주행부(160)의 구동을 제어할 수 있다.
한편, 인식모듈(155)은, 머신 러닝(machine learning)으로 기학습된 데이터에 기초하여 상기 선택된 특정 시점 영상에 포함되는 공간, 장애물의 속성을 인식할 수 있다.
한편, 메모리(105)에는 공간, 사물 속성 판별을 위한 입력 데이터, 상기 심층신경망(DNN)을 학습하기 위한 데이터가 저장될 수 있다.
메모리(105)에는 영상획득부(120)가 획득한 원본 영상과 소정 영역이 추출된 추출 영상들이 저장될 수 있다.
또한, 실시 예에 따라서는, 메모리(105)에는 상기 심층신경망(DNN) 구조를 이루는 웨이트(weight), 바이어스(bias)들이 저장될 수 있다.
또는, 실시 예에 따라서는, 상기 심층신경망 구조를 이루는 웨이트(weight), 바이어스(bias)들은 인식모듈(155)의 임베디드 메모리(embedded memory)에 저장될 수 있다.
한편, 상기 인식모듈(155)은 상기 영상획득부(120)가 영상을 획득하거나 영상의 일부 영역을 추출할 때마다 소정 영상을 트레이닝(training) 데이터로 사용하여 학습 과정을 수행하거나, 소정 개수 이상의 영상이 획득된 후 학습 과정을 수행할 수 있다.
또는, 이동 로봇(100)은 통신부(190)를 통하여 상기 소정 서버로부터 머신 러닝과 관련된 데이터를 수신할 수 있다.
이 경우에, 이동 로봇(100)은, 상기 소정 서버로부터 수신된 머신 러닝과 관련된 데이터에 기초하여 인식모듈(155)을 업데이트(update)할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 및 도킹 스테이션이 도시된 사시도이다.
이동 로봇(100)은, 주행 후 도킹 스테이션(40)에 도킹될 수 있다.
도킹 스테이션(40)은, 상용 전원과 전기적으로 연결된다. 실시 예에 따라서, 도킹 스테이션(40)은, 상용 전원을 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전시키기 위한 전원으로 변환할 수 있다.
이동 로봇(100)은, 도킹 스테이션(40)의 충전 단자(410)와의 접촉을 통해 상용 전원과 전기적으로 연결되고, 배터리(210)의 충전이 이루어질 수 있다.
이동 로봇(100)을 구성하는 전장 부품들은 배터리(210)로부터 전원을 공급받을 수 있다, 따라서, 배터리(210)가 충전된 상태에서 이동 로봇(100)은 상용 전원과 전기적으로 분리된 상태에서도 자력 주행이 가능하다.
도킹 스테이션(40)은, 이동 로봇(100)의 배터리(210) 충전 기능을 제공하므로, 충전대로도 명명될 수 있다.
한편, 도 4에서 예시된 도킹 스테이션(40a)은, 도킹된 이동 로봇(100)의 배터리(210) 충전 기능을 제공한다.
실시 예에 따라서, 도킹 스테이션(40)은, 이동 로봇(100)의 먼지통을 비우는 먼지통 비움 기능을 제공할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 도 5의 (a)는 상용 전원에 연결되는 도킹 스테이션(40b(40))의 사시도, 도 5의 (b)는 이동 로봇(100)이 도킹 스테이션(40b(40))에 도킹된 상태, 도 5의 (c)는 도킹 스테이션(40b(40)) 디스플레이(display) 인디케이터(indicator)를 도시한 도면이다.
도 5에서 예시된 도킹 스테이션(40b)은, 도킹된 이동 로봇(100)의 배터리(210) 충전 기능, 이동 로봇(100)의 먼지통(140)을 비우는 먼지통 비움 기능 등을 제공한다.
도킹 스테이션(40b)은, 충전 단자(410)를 구비하고, 충전 단자(410)에 접촉한 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전할 수 있다. 또한, 도킹 스테이션(40b)은, 충전 단자(410), 및, 충전선(600)을 통하여 이동 로봇(100)과 전력선 통신을 수행할 수 있다.
상기 도킹 스테이션(40b)은, 집진실(420)과 흡입 모터를 구비하고, 도킹된 이동 로봇(100)의 먼지통에 있는 먼지를 상기 집진실(420)로 흡입하여 비울 수 있다. 또한, 도킹 스테이션(40b)은, 집진실(420) 유로 도어(Door)를 자동으로 개폐하는 도어 모터를 더 포함할 수 있다.
도킹 스테이션(40b)은, 흡입 모터 구동 상태, 도킹 상태, 충전 상태, 충전 레벨 중 적어도 하나를 나타내는 출력 수단을 포함할 수 있다. 흡입 모터 구동 상태, 도킹 상태, 충전 상태, 충전 레벨 중 적어도 하나는 디스플레이에 표시될 수 있다. 또는, 램프(lamp)의 점등, 점멸, 색상으로 흡입 모터 구동 상태, 도킹 상태, 충전 상태, 충전 레벨 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.
도킹 스테이션(40b)은, 집진실(420)에 찬 먼지를 감지할 수 있는 압력 센서를 포함할 수 있다. 압력 센서는 적어도 집진실(420)의 먼지 가득찼는지 여부를 감지할 수 있다.
도킹 스테이션(40b)은, 이동 로봇(100)의 먼지통 비움 기능과 관련된 인디케이터(483)를 포함할 수 있다. 인디케이터(483)는 도킹 스테이션(40b)의 전면에 배치될 수 있다.
인디케이터(483)는, 집진실(420)의 먼지를 비울 것을 안내하는 먼지통 비움알림정보를 표시하는 제1 인디케이터(483a), 집진실(420) 흡입 유로 막힘을 표시하는 제2 인디케이터(483b)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션의 내부 블록도이다.
도 6을 참조하면, 도킹 스테이션(40)은, 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전시키는 전원부(500), 인디케이터(483) 등 상태 정보를 출력하는 출력부(480), 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부(470), 및, 도킹 스테이션(40)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(450)를 포함할 수 있다.
전원부(500)는 상용 전원에 연결되어, 도킹 스테이션(40)의 동작에 필요한 구동 전원, 배터리(210) 충전을 위한 전원을 공급할 수 있다.
제어부(450)는 도킹된 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전하도록 전원부(500)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(450)는 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판에 실장된 소자들로 구성될 수 있다.
센서부(470)는 도킹 스테이션(40)의 동작, 상태와 관련된 각종 데이터를 센싱하는 센서들을 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션(40b)은, 이동 로봇(100)의 먼지통(140)을 비우는 흡입부(460)를 더 포함할 수 있다. 상기 흡입부(460)는, 내부에 먼지를 수용하는 집진실(420)과 상기 이동 로봇(100) 먼지통 내부의 먼지를 상기 집진실(420)로 흡입하는 흡입 모터를 구비하고, 도킹된 이동 로봇(100) 내부 먼지통에 있는 먼지를 상기 집진실(420)로 흡입하여 비울 수 있다.
또한, 도킹 스테이션(40b)은, 집진실(420)로 연결되는 유로, 유로에 배치되는 도어(Door), 유로 도어를 자동으로 개폐하는 도어 모터를 더 포함할 수 있다.
제어부(450)는, 이동 로봇(100)이 도킹되었다고 판단되면 도어 모터를 작동시켜, 도킹 스테이션(40b)의 유로 도어를 개방시킬 수 있다.
제어부(450)는, 흡입 모터를 작동시켜 먼지통(140) 내부의 먼지를 흡입시킬 수 있다. 흡입된 먼지는 집진실(420)에 수용될 수 있다.
센서부(470)는 집진실(420)에 수용된 먼지를 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(470)는 압력 센서를 구비하고 상기 압력 센서는 집진실(420)이 가득 찼는지 여부, 집진된 먼지량 등을 센싱할 수 있다.
제어부(450)는, 센서부(470)의 센싱 데이터에 기초하여, 집진실(420) 비움이 필요한 경우에, 제1 인디케이터(483a)가 집진실(420)의 먼지를 비울 것을 안내하는 먼지통 비움알림정보를 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40)은, 충전선(600)을 통하여 전력선 통신을 수행할 수 있다. 이동 로봇(100)은 제어부(150)의 제어에 따라 전원부(200)가 전력선 통신을 수행할 수 있다. 도킹 스테이션(40)은 제어부(450)의 제어에 따라 전원부(500)가 전력선 통신을 수행할 수 있다. 상기 전원부(200, 500)는 전력선 통신으로 양방향 통신을 수행할 수 있다.
전력선 통신에 대해서는 도 11과 도 12를 참조하여 상세히 후술한다.
한편, 도킹 스테이션(40)은 이동 로봇(100)의 복귀를 돕는 도킹신호를 발신하는 신호 송출부(410)를 포함한다. 신호 송출부(410)는 제어부(450)의 제어에 따라, 도킹신호를 주기적으로 발신할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)은 상기 도킹신호를 수신하고, 수신된 도킹신호에 기초하여 상기 도킹 스테이션(40)으로 복귀 주행을 수행할 수 있다. 이를 위해, 이동 로봇(100)은 도킹신호 수신 수단을 구비한다. 예를 들어, 도킹신호는 초음파 신호 또는 적외선(IR) 신호일 수 있다. 도킹신호가 초음파 신호인 경우에, 이동 로봇(100)은 센서부(170)의 초음파 센서로 도킹신호를 감지할 수 있다. 도킹신호가 IR 신호인 경우에, 이동 로봇(100)은 IR 신호를 감지하는 IR 센서를 구비할 수 있다.
도킹신호가 IR 신호인 경우에, 이동 로봇(100)은 적어도 IR 수광부(145)를 구비할 수 있고, 신호 송출부(410)는 적어도 IR 발광부(415)를 구비할 수 있다.
한편, 도킹 스테이션(40)은 각종 데이터를 저장하는 메모리(405)를 포함한다. 메모리(405)는 도킹 스테이션(40)의 제어에 필요한 각종 정보들을 기록하는 것으로, 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다. 메모리(405)에는 이동 로봇(100)으로부터 수신되는 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들어, 도킹 스테이션(40)에 부여된 식별 정보(ID), 도킹신호 발신 시간(순서) 정보, 및, 이동 로봇(100), 다른 도킹 스테이션(40)과의 시간 동기화를 위한 기준 시간 정보 등이 저장될 수 있다.
한편, 도킹 스테이션(40)은 RTC (real time clock) 배터리 회로를 포함할 수 있고, RTC 배터리 회로 기능으로 적어도 기준 시간 정보를 저장할 수 있다. 실시 예에 따라서, RTC 배터리 회로 기능으로 ID, IR 발신 순서, 기준 시간 정보를 저장하는 것도 가능하다.
도 7은 도킹 스테이션의 도킹신호 발신에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1,2 도킹 스테이션(41, 42)는 각각 도킹신호를 발신하는 신호송출부(415a, 415b)를 포함한다. 상기 신호송출부(415a, 415b)는 IR 신호를 발신하는 IR 발광부(415a, 415b)일 수 있다.
한편, IR 발광부(415a, 415b)는 도킹 스테이션(41, 42)의 측면에 설치되어, 이동 로봇(100)의 본체가 도킹되는 방향으로 도킹신호(SD)를 발신할 수 있다.
IR 발광부(415a, 415b)는는 이동 로봇(100)이 도킹 스테이션(41, 42)에 접근하여 충전 단자가 전기적으로 연결될 수 있도록 유도하기 위한 도킹신호(SD)를 발신한다.
제1 도킹 스테이션(41)에 도킹할 이동 로봇(100)은, 제1 IR 발광부(415a)가 발신한 제1 도킹신호(SD1)을 감지하고, 상기 제1 도킹 스테이션(41)으로 이동하는 복귀 주행할 수 있다.
하지만, 이동 로봇(100)은, 제1 IR 발광부(415a)가 발신한 제1 도킹신호(SD1)와 제2 IR 발광부(415b)가 발신한 제2 도킹신호(SD2)가 중첩되는 구간(SD3)에서는 어느 방향으로 이동해야하는 지 정확하게 판단하지 못하고 오동작할 수 있다.
또한, 이동 로봇(100)이 제1 도킹 스테이션(41)으로 이동하다가, 주행 방향에 따라, 제2 도킹신호(SD2)를 감지하면서, 주행 방향을 전환할 수 있다. 또한, 이동 로봇(100)은, 다시 제1 도킹신호(SD1)를 감지하면서 다시 주행 방향을 전환하는 등, 제1 도킹 스테이션(41)에 복귀하지 못하고 우왕자왕할 수 있다.
따라서, 복수의 도킹 스테이션(41, 42)을 사용하는 경우에, 신호 충돌을 효과적으로 방지할 수 있는 방안이 필요하다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇(100)은, 통신부(190)를 통하여, 서버(90)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(190)는 와이파이(WiFi) 통신모듈을 구비하고, 이동 로봇(100)과 서버(90)는 와이파이(WiFi) 통신 방식으로 무선 통신할 수 있다.
이동 로봇(100)은, 통신부(190)를 통하여, 서버(90)로부터 등록된 복수의 도킹 스테이션 중 도킹할 매칭(matching) 도킹 스테이션의 식별 정보를 포함하는 도킹신호정보를 수신할 수 있다(S820). 서버(90)에 제1,2 도킹 스테이션(41, 42)이 등록되어 있고, 이동 로봇(100)이 도킹할 도킹 스테이션이 제1 도킹 스테이션(41)이라면, 상기 제1 도킹 스테이션(41)이 해당 이동 로봇(100)의 매칭(matching) 도킹 스테이션(41)이 된다.
한편, 상기 도킹신호정보는, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)과의 시간 정보 동기화를 위한 기준 시간 정보, 및, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)의 도킹신호 발신 시간 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 이동 로봇(100)과 상기 매칭 도킹 스테이션(41)은 수신된 기준 시간 정보에 따라 상호간의 시간 정보를 동기화시키게 된다. 또한, 로봇 시스템에 포함되는 복수의 이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40)도 동일한 기준 시간 정보에 따라 시간 정보를 동기화시킬 수 있다.
한편, 상기 서버(90)는 등록된 복수의 도킹 스테이션(41, 42)에게 식별 정보(ID)를 부여할 수 있다.
또한, 상기 서버(90)는 등록된 복수의 도킹 스테이션(41, 42)의 도킹신호 발신이 겹치지 않도록 복수의 도킹 스테이션(41, 42)의 도킹신호 발신 시간을 부여할 수 있다. 여기서, 도킹신호 발신 시간은 도킹 스테이션(41, 42)들이 도킹신호를 발신하는 순서에 대한 발신 순서 정보를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 도킹신호 발신 시간 정보는, 상기 등록된 복수의 도킹 스테이션(41, 42) 중 상기 매칭 도킹 스테이션(41)의 도킹신호 발신 순서 정보를 포함할 수 있다.
또는, 상기 도킹신호 발신 시간 정보는, 상기 기준 시간 정보와 상기 매칭 도킹 스테이션(41)이 상기 도킹신호를 발신할 시간의 차이에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 상기 도킹신호 발신 시간 정보는, 상기 기준 시간으로부터 얼마나 시간이 경과한 후에 상기 매칭 도킹 스테이션(41)이 도킹신호를 발신하는 지에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이동 로봇(100)은 서버(90)로부터 수신한 정보를 메모리(105)에 저장할 수 있다(S830). 실시 예에 따라서, RTC 회로 기능으로 상기 기준 시간 정보, 상기 도킹신호 발신 시간 정보를 저장할 수 있다.
한편, 상기 이동 로봇(100)은, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)에 도킹된 상태에서(S810), 상기 서버(90)로부터 상기 도킹신호정보를 수신할 수 있다(S810).
또한, 상기 이동 로봇(100)은, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)에 도킹된 상태에서(S810), 상기 서버(90)로부터 수신한 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션(41)으로 전달할 수 있다(S840).
상기 이동 로봇(100)과 상기 매칭 도킹 스테이션(41)은, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)으로부터 배터리(210)를 충전하는 전원이 공급되는 충전선(600)을 통하여 통신하는 전력선 통신부(230, 530)을 포함할 수 있다. 상기 이동 로봇은 전력선 통싱부(230)를 통하여 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션(41)으로 전달할 수 있다.
다른 실시 예에서는, 이동 로봇(100)은, IR 신호를 출력하여 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션(41)으로 전달하는 IR 발광부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)으로부터 응답 신호가 수신되면(S850), 등록 절차를 완료할 수 있다. 한편, 이동 로봇(100)은, 응답 신호 수신에 따른 신호를 서버(90)로 보내, 등록 절차를 완료할 수 있다.
이후, 이동 로봇(100)은, 도킹신호 수신부(145)를 통하여, 주행 중에 상기 복수의 도킹 스테이션 중 적어도 하나의 도킹 스테이션으로부터 발신되는 도킹신호를 수신할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 복수의 도킹 스테이션(41, 42)이 발신한 도킹신호가 수신되더라도, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)이 도킹신호를 발신하는 시간(순서)를 알고 있어, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)이 발신한 도킹신호를 식별할 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 복수의 도킹 스테이션(41, 42)이 발신한 도킹신호 중 제2 도킹 스테이션(42)이 발신한 도킹신호는 삭제하고, 제1 도킹 스테이션(41)이 발신한 도킹신호에 따라, 상기 매칭 도킹 스테이션(41)으로 본체(110)를 이동시키도록 주행부(160)를 제어할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 도킹 스테이션(40(41, 42))은, 이동 로봇(100)의 단자(260)에 전기적으로 연결되는 충전 단자(410), 서버(90)로부터 부여받은 식별 정보를 포함하는 도킹신호정보를 저장하는 메모리(405), 충전선(600)을 통하여 상기 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전하는 전원을 공급하는 충전부(520), 및, 상기 저장된 도킹신호정보에 따라 도킹신호를 출력하는 신호송출부(410)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하여 상술한 것과 같이, 상기 도킹신호정보는, 상기 이동 로봇(100)과의 시간 정보 동기화를 위한 기준 시간 정보, 및, 상기 도킹신호의 발신 시간 정보를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도킹신호의 발신 시간 정보는, 상기 서버(90)에 등록된 복수의 도킹 스테이션(40) 중에서 상기 도킹신호를 발신할 순서 정보, 또는 상기 기준 시간 정보와 상기 도킹신호를 발신할 시간의 차이에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 도킹 스테이션(40)은, 상기 이동 로봇(100)이 도킹된 상태에서(S920), 상기 이동 로봇(100)으로부터 상기 도킹신호정보를 수신할 수 있다(S920).
상기 도킹 스테이션(40)은, 전력선 통신부(530)을 포함하고, 상기 충전선(600)을 통하여 상기 도킹신호정보를 수신할 수 있다.
다른 실시 예에서, 상기 도킹 스테이션(40)은, 상기 도킹신호정보를 포함하는 IR 신호를 수신하는 IR 수광부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 도킹 스테이션(40)은, 상기 이동 로봇(100)으로부터 수신한 정보를 메모리(405)에 저장할 수 있다(S930). 실시 예에 따라서, RTC 회로 기능으로 상기 기준 시간 정보, 상기 도킹신호 발신 시간 정보를 저장할 수 있다.
또한, 상기 도킹 스테이션(40)은, 상기 이동 로봇(100)으로 응단 신호를 송신하고(S840), 등록 절차를 완료할 수 있다.
이후, 상기 도킹 스테이션(40)은, 자신에게 부여된 발신 시간(순서)에 따라 도킹신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 신호송출부(410)는, 상기 도킹신호정보에 따라 상기 도킹신호를 주기적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, IR 발광부(415)는 상기 수신한 도킹신호정보에 기초하여 IR 방식의 도킹신호를 주기적으로 발신할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 각 도킹 스테이션(40)이 단독으로 동기 시간에 페어링(Pairing)되는 이동 로봇(100)을 향해 주기적으로 도킹 신호를 발신할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 인접한 도킹 스테이션(40)간에도 도킹 신호 발신을 동기식 시분할 다중화 방식(Synchronous TDM)을 이용하여 설정하여, 인접 로봇(100), 도킹 스테이션(40)간 충돌없는 효율적인 도킹이 가능하다. 이에 따라, 고객 가치 제공을 위한 차별화된 다양한 기능을 로봇(100) 및 도킹 스테이션(40)에 적용할 수 있다
동기식 시분할 다중화 방식은, 하나의 전송로 대역폭을 시간 슬롯(Time Slot)으로 나누어 채널에 할당함으로써 몇 개의 채널들이 한 전송로의 시간을 분할하여 사용하는 방식이다.
도킹 스테이션(40)은 유선의 전송로를 사용하는 것은 아니나, 복수의 도킹 스테이션(40)이 발신한 도킹 신호 소정 영역에서 중첩되거나 인접하여 상호간에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 복수의 도킹 스테이션(40)이 도킹신호를 발신하는 시간(순서)를 겹치지않도록 시분할하여 할당할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40) 간 충전 단자(260, 410) 및 충전선(600)을 통해 통신 신호를 송수신하는 방식으로 양방향 반이중 통신을 구현할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템은, 복수의 이동 로봇(100), 복수의 도킹 스테이션(40), 및, 등록된 복수의 도킹 스테이션(40)에 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 부여하고, 상기 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 포함하는 도킹신호정보를 상기 복수의 도킹 스테이션(40) 각각에 대응하는 복수의 이동 로봇(100)으로 송신하는 서버(90)를 포함할 수 있다.
상기 도킹 스테이션(40)에 도킹한 이동 로봇(100)은, 상기 서버(90)로 도킹을 알리고 도킹신호정보를 요청할 수 있다(S1010).
상기 서버(90)는, 각 이동 로봇(100)에 매칭 도킹 스테이션의 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 포함하는 도킹신호정보를 송신할 수 있다(S1020).
이동 로봇(100)은 서버(90)로부터 수신한 정보를 저장할 수 있다(S1030).
또한, 이동 로봇(100)은 서버(90)로부터 수신한 도킹신호정보를 도킹된 매칭 도킹 스테이션(40)에 전달할 수 있다(S1040).
각 도킹 스테이션(40)은 전달받은 도킹신호정보를 저장하고(S1050), 도킹된 이동 로봇(100)에 응답 신호를 송신할 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)은 서버(90)로 응답 신호를 송신하고, 등록 절차를 종료할 수 있다(S1070).
이후, 이복수의 도킹 스테이션(40)은 전달받은 도킹신호정보에 따라, 상호간에 발신 시간이 겹쳐지 않도록 도킹신호를 발신할 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40)의 송수신(S1040, S1060)은 전력선 통신으로 수행될 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇 및 도킹 스테이션의 충전 및 통신 관련 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이동 로봇(100)의 전원부(200, 이하 제1 전원부)는, 본체(110) 내부에 수용된 배터리(210), 및, 상기 배터리(210)와 전기적으로 연결되는 충전 단자(260, 이하 제1 충전 단자)를 포함한다.
도킹 스테이션(40)의 전원부(500, 이하 제2 전원부)는, 상기 제1 충전 단자(260)에 전기적으로 연결되는 충전 단자(410, 이하 제2 충전 단자)를 포함할 수 있다.
주행부(160)는 배터리(210)를 내부에 수용한 본체(110)를 도킹 스테이션(40)으로 이동시킨다. 본체(100)에는 제1 충전 단자(260)가 구비된다. 이동 로봇(100)이 도킹 스테이션(40)에 도킹됨에 따라, 상기 이동 로봇(100)의 상기 제1 충전 단자(260)는 상기 도킹 스테이션(40)의 상기 제2 충전 단자(410)와 접촉하고, 이에 따라 상기 제1,2 전원부(200, 500)는 충전선(600)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전원부(200)는, 스테이션(40)으로부터 충전선(600)을 통하여 전원을 공급받아 상기 배터리(210)를 충전시키는 충전부(220, 이하 제1 충전부)와 상기 충전선(600)을 통하여 상기 스테이션(40)과 전력선 통신을 수행하는 전력선 통신부(230, 이하 제1 전력선 통신부)를 포함한다.
상기 제2 전원부(500)도, 상기 제1 전원부(200)와 동일한 구성을 포함할 수 있다. 상기 제2 전원부(500)는, 상기 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전하는 전원을 충전선(600)을 통하여 공급하는 충전부(520, 이하 제2 충전부), 및, 상기 충전선(600)을 통하여 상기 이동 로봇(100)과 전력선 통신을 수행하는 전력선 통신부(530, 이하 제2 전력선 통신부)를 포함할 수 있다.
상기 도킹 스테이션(40)는, 상기 제2 전력선 통신부(530)를 통하여, 센서부(470)에서 감지되는 데이터에 기초하여, 집진실 먼지비움알림정보를 상기 이동 로봇(100)으로 송신할 수 있다.
또한, 상기 이동 로봇(100)은, 상기 제1 전력선 통신부(530)를 통하여, 서버(90) 또는 이동단말기(910)로부터 수신되는 데이터를 상기 도킹 스테이션(40)에 전달할 수 있다.
상기 제2 전원부(500)는, 상용 전원을 이동 로봇(100)의 배터리(210)를 충전시키기 위한 전원으로 변환하는 전력 변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40)은, 각각 프로세서(150a, 450a)의 제어에 따라 전력선 통신을 수행할 수 있다. 상기 프로세서(150a, 450a)는 상기 제어부(150, 450)의 일부 블록으로 구현될 수 있다. 또는, 상기 프로세서(150a, 450a)는 상기 제어부(150, 450)와는 별도로 상기 제1,2 전원부(200, 500)에 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 프로세서(150a, 450a)는 상기 제어부(150, 450)의 제어에 따라 전력선 통신을 수행할 수 있다.
전력선 통신에 의해 이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40) 사이에 별도의 무선 통신을 위한 추가 구성 등을 필요로 하지 않을 수 있다. 즉, 전원부(200, 500)를 통해 배터리(210)로 전력이 공급되어 배터리(210)가 충전되고, 이동 로봇(100)이 동작될 수 있으며, 이러한 전력의 공급을 위한 전력선을 통해 이동 로봇(100)과 도킹 스테이션(40) 사이의 통신이 구현될 수 있다. 전력선 통신은 DC 전원을 전달하는 라인에 데이터 신호를 특정한 신호(예를 들어 고주파 신호)로 변조하여 전송할 수 있다. 전력선 통신은 이미 확보되어 있는 전력선을 이용하여 특별한 부가적 통신 선로의 설치 없이 저비용으로 통신망을 구축할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
도 10과 도 11을 참조하면, 제1,2 전원부(200, 500)는 각각 제1,2 충전부(220, 520)와 제1,2 전력선 통신부(230, 530)를 포함할 수 있다.
상기 제1,2 전력선 통신부(230, 530)는 송신부(800)와 수신부(900)를 포함할 수 있다.
상기 송신부(800)는, 캐리어(carrier) 신호에 직렬 통신 신호를 혼합하여 OOK(On-Off Keying) 변조된 송신 신호를 생성하는 믹서(mixer, 820), 및, 상기 믹서(820)와 상기 충전선(600) 사이에 배치되는 커패시터(810, C2)를 포함할 수 있다. 수신부(900)는 OOK(On-Off Keying) 변조된 수신 신호를 복조할 수 있다.
온-오프 변조(OOK : On-Off Keying)는, 데이터 신호와 함께 캐리어(carrier) 신호를 동시에 송신한다. 이때 캐리어(carrier) 신호의 유무로 데이터를 판별할 수 있다.
진폭 천이 변조(ASK : Amplitude Shift Keying)는 정보 데이터에 의해 캐리어 신호의 진폭을 결정한다. 온-오프 변조 방식은 캐리어(carrier) 신호의 유무로 디지털 데이터의 비트 정보를 표현하는 변조 방식으로서, 진폭의 변화를 통해 심볼을 표현하는 진폭 편이 변조(ASK) 방식 중 하나이다.
예를 들어, 온-오프 변조는, 신호 송신 시에, 데이터가 하이(high, 예를 들어, 1)이면 캐리어(carrier) 신호를 포함시키고, 데이터가 로우(low, 예를 들어, 0)이면 캐리어 신호를 제거하는 방식으로 변조할 수 있다. 복조 시에는 캐리어 신호가 기준값보다 높으면 데이터를 하이(high)로 판별하고, 캐리어 신호가 기준값보다 낮으면 데이터를 로우(low)로 판별할 수 있다.
또는, 온-오프 변조는, 신호 송신 시에, 데이터가 로우(low)이면 캐리어(carrier) 신호를 포함시키고, 데이터가 하이(high)이면 캐리어(carrier) 신호를 제거하는 방식으로 변조할 수 있다. 복조 시에는 캐리어 신호가 기준값보다 낮으면 데이터를 하이(high)로 판별하고, 캐리어 신호가 기준값보다 높으면 데이터를 로우(low)로 판별할 수 있다.
상기 믹서(820)는 고주파(예를 들어, 10MHz) 캐리어 신호에 송신 데이터를 혼합하여 변조하는 OOK 변조기(modulator)일 수 있다. 상기 믹서(820)는 캐리어 신호에 송신 데이터를 포함하는 직렬 통신 신호를 혼합하여 송신 신호를 생성할 수 있다.
상기 믹서(820)는 3-상태(state) 버퍼(buffer)를 포함할 수 있다. 3-상태 버퍼는 출력 레벨이 3개(High, Low, High Impedance(Hi-Z))인 버퍼이다. 하이 임피던스(High Impedance)는 외부 입력, 출력이 연결되지 않은 개방(open) 상태로, 하나의 선에 복수의 소자를 연결하는 버스 구조에서 회로의 충돌로 소자들이 소손되는 것을 방지할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 믹서(820)가 생성하는 송신 신호는, 직렬 통신 신호가 로우(low)일 때만 캐리어 신호가 출력되고, 상기 직렬 통신 신호가 하이(high)일 때 하이 임피던스(High-Z) 상태로 출력될 수 있다.
한편, 이동 로봇(100)은 전력선 통신 데이터를 처리하는 제1 프로세서(150a)를 포함하고, 도킹 스테이션(20)은 전력선 통신 데이터를 처리하는 제2 프로세서(450a)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 전력선 통신 과정을 제어하는 마이컴 유닛(MCU)일 수 있다.
상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 전력선 통신을 위한 데이터를 생성하고, 수신되는 신호에서 데이터를 추출하고 판별할 수 있다. 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 상기 캐리어 신호 및 상기 직렬 통신 신호를 생성할 수 있다. 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 고주파 캐리어 신호 및 비동기식 직렬 통신 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 입/출력 단자들을 포함할 수 있다. 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 출력 단자(T1, T2)를 포함할 수 있다. 제1,2 단자(T1, T2)는 상기 믹서(820)에 연결된다. 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는, 상기 제1 단자(T1)를 통하여 상기 캐리어 신호를 상기 믹서(820)로 출력하고, 상기 제2 단자(T1)를 통하여 상기 직렬 통신 신호를 상기 믹서(820)로 출력할 수 있다.
상기 믹서(820)에서 출력된 송신 신호(OOK 변조 신호)는, 커패시터(810)에서 AC 커플링(coupling)되고, 충전선(600)에 실어 보내진다. 송신부(800)는 UART 신호를 고주파 캐리어에 실는 OOK 변조와 전원선 커플링 회로 구조를 가질 수 있다.
상기 제1,2 충전부(220, 520)는 적어도 하나의 파워 인덕터(L)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2 충전부(220, 520)는 LC 필터를 포함할 수 있다. 상기 제1,2 충전부(220, 520)는 적어도 하나의 인덕터(L) 및 적어도 하나의 캐패시터(C)를 포함하는 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 상기 LC 필터는 OOK 변조신호가 배터리(210) 충전을 위한 라인으로 넘어가지 않도록 필터링할 수 있다.
상기 제1 충전부(220)는, 상기 배터리(210)의 전단에 LC 필터(L, C1)가 배치될 수있다. 상기 제2 충전부(520)는, 충전 단자(410)에 배터리 전압(V_BAT)이 입력되는 라인에 LC 필터(L, C1)가 배치될 수있다. 예를 들어, LC 필터(L, C1)가 상기 충전선(600)과 상기 전력변환부(540) 사이에 배치될 수 있다.
상기 충전선(600)은 DC 전원의 양극 라인과 음극 라인의 두 가닥(2-wire)으로 구성될 수 있다. 상기 음극 라인에는 그라운드(GND)가 연결될 수 있다. 상기 제1,2 충전부(220, 520) 및 상기 제1,2 전력선 통신부(230, 540)는 상기 충전선(600)의 두 가닥 라인에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 이동 로봇(100)과 상기 도킹 스테이션(40)은, 도킹시, 2라인 충전선(600)으로 유선 연결된다. 2라인 충전선(600)을 통하여, DC 전원과 OOK 변조신호가 혼합된 전원&통신 신호가 송수신되고, DC 전원 공급 및 신호 전송이 가능하다.
한편, 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)의 제3 단자(T3)에는 수신부(900)가 연결될 수 있다. 상기 수신부(900)는 상기 송신부(800)와 상기 충전선(600)에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 수신부(900)는, 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)의 제3 단자(T3)에 연결되는 연산증폭기(OP-AMP, 920), 상기 연산증폭기(920)의 제1 단자(+)에 연결되는 RC 필터(930), 상기 연산증폭기(920)의 제2 단자(-)에 연결되는 포락선 검파부(Envelope detector, 940), 및, 상기 RC필터(930)와 상기 포락선 검파부(940)에 연결되는 커패시터(910, C3)를 포함할 수 있다.
상기 커패시터(910, C3)는 수신부(900)로 넘어오는 DC 전압을 블로킹(blocking)할 수 있다.
진폭 변조된 캐리어 신호의 포락선 변화는 데이터 신호의 파형과 동일하다. 따라서 포락선 검파부(940)를 이용하여 데이터 신호를 복원할 수 있다
상기 RC 필터(930)는 수신 신호에 기초한 이동평균값을 출력하고, 상기 포락선 검파부(940)는 상기 수신 신호에서 포락선을 검출한 포락선 검파 신호를 출력할 수 있다.
상기 연산증폭기(920)는, 입력되는 신호에서 데이터를 복원하는 데이터 슬라이서(Data slicer)로, 상기 포락선 검파 신호를 다른 값과 비교하고 그 결과를 출력함으로써, 데이터를 복원할 수 있다. 예를 들어, 상기 연산증폭기(920)는, 상기 이동평균값과 상기 포락선 검파 신호를 비교하여 그 결과에 따라 '1' 또는 '0'의 값을 출력하여 데이터를 복원할 수 있다. 상기 연산증폭기(920)는, 상기 이동평균값과 상기 포락선 검파 신호를 비교하여 반전 출력할 수 있다.
이동 평균값은 데이터의 변화가 큰 경우, 극심한 변화를 부드럽게 만들고 잡음을 없애는 장점이 있다. 상기 RC 필터(930)는 연속 입력되는 신호에서 소정값들을 N개씩 이동 평균해 가며, 출력하는 이동 평균 필터(Moving Average Filter)일 수 있다.
상기 RC 필터(930)는 이동평균 값 추출 후 상기 연산증폭기(920)의 제1 단자(+)에 입력할 수 있다. 상기 포락선 검파부(940)는 포락선 검파 후 상기 연산증폭기(920)의 제2 단자(-)에 입력할 수 있다. 상기 연산증폭기(920)는 입력들을 비교하여 반전 출력할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 도킹 스테이션(40)과 이동 로봇(100)간 2가닥의 충전선(600)으로 배터리(210) 충전 전원 공급과 양방향 데이터를 수행할 수 있다. 이에 따라, 도킹 스테이션(40)과 이동 로봇(100) 제품별 편차가 없고, 캘리브레이션이 필요없는 고신뢰성 통신 구현이 가능하다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템의 통신에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템은, 배터리(210)에 저장된 전원에 기초하여 주행하는 이동 로봇(100), 및, 충전선(600)을 통하여 전원을 공급하여 상기 배터리(210)를 충전시키는 도킹 스테이션(40)을 포함할 수 있다.
상기 이동 로봇(100) 및 상기 도킹 스테이션(40)은, 각각 상기 충전선(600)을 통하여 전력선 통신을 수행하는 전력선 통신부(230, 530)를 구비할 수 있다.
이에 따라, 상기 이동 로봇(100) 및 상기 도킹 스테이션(40)은, 2가닥의 충전선(600)으로 이동 로봇(100)의 배터리 충전과 양방향 데이터 통신이 가능하다.
상술한 것과 같이, 전력선 통신부(230, 530)는, 캐리어(carrier) 신호에 직렬 통신 신호를 혼합하여 OOK(On-Off Keying) 변조된 송신 신호를 생성하는 믹서(820), 및, 상기 믹서(820)와 상기 충전선(600) 사이에 배치되는 커패시터(810)를 포함하는 송신부(800), 및, 연산증폭기(920), 상기 연산증폭기(920)의 제1 단자에 연결되는 RC 필터(930), 상기 연산증폭기(920)의 제2 단자에 연결되는 포락선 검파부(940), 및, 상기 RC필터(930)와 상기 포락선 검파부(940)에 연결되는 커패시터(910)를 포함하는 수신부(900)를 포함할 수 있다.
이동 로봇(100)은 전력선 통신 데이터를 처리하는 제1 프로세서(150a)를 포함하고, 도킹 스테이션(20)은 전력선 통신 데이터를 처리하는 제2 프로세서(450a)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2 프로세서(150a, 450a)는 전력선 통신을 위한 데이터를 생성하고, 수신되는 신호에서 데이터를 추출하고 판별할 수 있다.
도킹 스테이션(40)는 이동 로봇(100)과 양방향으로 통신할 수 있고, 외부 기기와의 통신은 이동 로봇(100)을 경유하여 수행할 수 있다.
이동 로봇(100)은, 전력선 통신을 통해, 상태 정보, 업데이트 파일, 먼지통 비움 요청 신호, 도킹신호정보 중 적어도 하나를 도킹 스테이션(40)으로 송신할 수 있다.
도킹 스테이션(40)은, 전력선 통신을 통해, 집진실(420)의 집진량 정보 등 상태 정보, 이동 로봇(100)으로부터 수신된 요청에 대한 응답 중 적어도 하나를 이동 로봇(100)으로 송신할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 도킹 스테이션(40)은 먼지통 비움알림정보, 도킹신호정보 등 각종 정보를 상기 전력선 통신으로 상기 이동 로봇(100)에 송신하고, 상기 이동 로봇(100)은 상기 먼지통 비움알림정보 등 각종 정보를 소정 서버(90) 또는 소정 이동단말기(910)로 송신할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 도킹 스테이션(40)의 분해없이 펌웨어를 업데이트할 수 있다.
사용자는 이동단말기(910)를 조작하여 펌웨어 업데이트를 요청할 수 있다. 서버(90)는 이동 로봇(100)의 통신부(190)를 통하여 와이파이 등의 통신 방식으로 업데이트 파일을 송신할 수 있다. 이동 로봇(100)은 전력선 통신으로 도킹 스테이션(40)에 업데이트 파일을 전달할 수 있다.
도킹 스테이션(40)은 전달받은 업데이트 파일을 이용하여 펌웨어를 업데이트하고, 업데이트 완료 여부를 전력선 통신으로 이동 로봇(100)에 알릴 수 있다.
이동 로봇(100)은 통신부(190)를 통하여 서버(90) 및/또는 이동단말기(910)에 업데이트 완료 여부를 알릴 수 있다.
도 13과 도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템의 도킹신호 수발신에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 13을 참조하면, 사용자는 이동단말기(910)를 조작하여 사용하는 복수의 로봇(R_1, R_2, ... R_N)을 등록할 수 있다. 사용자는 이동단말기(910)에서 로봇 관련 애플리케이션을 실행하여, 복수의 로봇(R_1, R_2, ... R_N)을 등록할 수 있다. 특히, 사용자는 복수의 로봇(R_1, R_2, ... R_N)에 각각 대응하는 매칭 도킹 스테이션(S_1, S_2, ... S_N)이 인접하게 설치되는 경우에, 인접하게 설치된 로봇-스테이션 쌍을 등록할 수 있다.
한편, 서버(90)는 도킹 스테이션(S_1, S_2, ... S_N)에 식별 정보(Paring ID)와 IR 발신 순서를 부여할 수 있다
서버(90)는 복수의 로봇(R_1, R_2, ... R_N)의 통신부(190)를 통하여 와이파이 등의 통신 방식으로 도킹신호정보 등을 송신할 수 있다. 상기 도킹신호정보는 ID와 IR 발신 순서, 동기 시간 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 복수의 로봇(R_1, R_2, ... R_N)은, 전력선 통신 방식으로, 도킹된 매칭 도킹 스테이션(S_1, S_2, ... S_N)으로 ID와 IR 발신 순서, 동기 시간 정보 등을 포함하는 도킹신호정보를 전달할 수 있다.
한편, 도킹 스테이션(S_1, S_2, ... S_N)은 전달받은 도킹신호정보를 저장할 수 있다. 실시 예에 따라서, 상기 도킹 스테이션(S_1, S_2, ... S_N)은. 메모리(별도로 구비되는 경우, RTC 배터리 회로 기능에 저장 가능)에 도킹신호정보를 저장할 수 있다.
도킹 스테이션들(S_1, S_2, ... S_N)은 각각 전달받은 도킹신호정보에 따라 도킹신호를 발신할 수 있다. 도킹 스테이션들(S_1, S_2, ... S_N)이 각각 구비하는 IR 발광부(415)는 부여받은 순서에 따라 겹치지 않도록 IR 신호를 순차적으로 발신할 수 있다.
도킹 스테이션들(S_1, S_2, ... S_N)의 IR 발광부(415)가 순차적으로 발신하는 도킹신호들(1400)은 1 프레임(frame) 내에서 규칙적인 간격을 가지고 순차적으로 할당될 수 있다.
한편, 로봇들(R_1, R_2, ... R_N)의 IR 수광부(145)는 도킹신호들(1400)을 전부 또는 일부 감지할 수 있다.
각 로봇들(R_1, R_2, ... R_N)은 대응하는 도킹 스테이션들(S_1, S_2, ... S_N)의 도킹신호를 식별하고, 식별된 매칭 도킹 스테이션의 도킹신호에 따라 토킹 주행할 수 있다.
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이동 로봇의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 14와 도 15를 참조하면, 각 로봇들(R_1, R_2, ... R_N) 중 어느 하나의 이동 로봇(100)은 복수의 도킹 스테이션(S_1, S_2, ... S_N)에서 발신한 도킹신호들(1400)을 전부 또는 일부 감지할 수 있다(S1510).
제어부(150)는, 대응하는 매칭 도킹 스테이션외의 IR 신호는 삭제하여 버리고(S1525), 대응하는 매칭 도킹 스테이션의 IR 신호에 기초하여 도킹 주행하도록 제어할 수 있다(S1530).
본 개시에 따른 이동 로봇, 도킹 스테이션, 및 이를 구비하는 로봇 시스템은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 본체;
    서버로부터 등록된 복수의 도킹 스테이션 중 도킹할 매칭(matching) 도킹 스테이션의 식별 정보를 포함하는 도킹신호정보를 수신하는 통신부;
    상기 복수의 도킹 스테이션 중 적어도 하나의 도킹 스테이션으로부터 발신되는 도킹신호를 수신하는 도킹신호 수신부; 및,
    상기 매칭 도킹 스테이션이 발신한 도킹신호에 따라, 상기 매칭 도킹 스테이션으로 상기 본체를 이동시키는 주행부;를 포함하는 이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도킹신호정보는,
    상기 매칭 도킹 스테이션과의 시간 정보 동기화를 위한 기준 시간 정보, 및, 상기 매칭 도킹 스테이션의 도킹신호 발신 시간 정보를 더 포함하는 이동 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도킹신호 발신 시간 정보는,
    상기 등록된 복수의 도킹 스테이션 중 상기 매칭 도킹 스테이션의 도킹신호 발신 순서 정보, 또는 상기 기준 시간 정보와 상기 매칭 도킹 스테이션이 상기 도킹신호를 발신할 시간의 차이에 대한 정보를 포함하는 이동 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 매칭 도킹 스테이션에 도킹된 상태에서, 상기 서버로부터 수신한 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션으로 전달하는 이동 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 매칭 도킹 스테이션으로부터 배터리를 충전하는 전원이 공급되는 충전선을 통하여 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션으로 전달하는 전력선 통신부;를 더 포함하는 이동 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력선 통신부는,
    캐리어(carrier) 신호에 직렬 통신 신호를 혼합하여 OOK(On-Off Keying) 변조된 송신 신호를 생성하는 믹서(mixer), 및, 상기 믹서와 상기 충전선 사이에 배치되는 커패시터를 포함하는 송신부, 및,
    연산증폭기(OP-AMP), 상기 연산증폭기의 제1 단자에 연결되는 RC 필터, 상기 연산증폭기의 제2 단자에 연결되는 포락선 검파부, 및, 상기 RC필터와 상기 포락선 검파부에 연결되는 커패시터를 포함하는 수신부를 포함하는 이동 로봇.
  7. 제4항에 있어서,
    IR 신호를 출력하여 상기 도킹신호정보를 상기 매칭 도킹 스테이션으로 전달하는 IR 발광부;를 더 포함하는 이동 로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도킹신호 수신부에서 수신되는 도킹신호 중 상기 매칭 도킹 스테이션이 아닌 도킹 스테이션이 발신한 도킹신호는 삭제하고, 상기 매칭 도킹 스테이션 발신한 도킹신호에 따라 주행하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 이동 로봇.
  9. 이동 로봇의 단자에 전기적으로 연결되는 충전 단자;
    서버로부터 부여받은 식별 정보를 포함하는 도킹신호정보를 저장하는 메모리;
    충전선을 통하여 상기 이동 로봇의 배터리를 충전하는 전원을 공급하는 충전부; 및,
    상기 저장된 도킹신호정보에 따라 도킹신호를 출력하는 신호송출부;를 포함하는 도킹 스테이션.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도킹신호정보는,
    상기 이동 로봇과의 시간 정보 동기화를 위한 기준 시간 정보, 및, 상기 도킹신호의 발신 시간 정보를 더 포함하는 도킹 스테이션.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도킹신호의 발신 시간 정보는,
    상기 서버에 등록된 복수의 도킹 스테이션 중에서 상기 도킹신호를 발신할 순서 정보, 또는 상기 기준 시간 정보와 상기 도킹신호를 발신할 시간의 차이에 대한 정보를 포함하는 도킹 스테이션.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 이동 로봇이 도킹된 상태에서, 상기 이동 로봇으로부터 상기 도킹신호정보를 수신하는 도킹 스테이션.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 충전선을 통하여 상기 도킹신호정보를 수신하는 전력선 통신부;를 더 포함하는 도킹 스테이션.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력선 통신부는,
    캐리어(carrier) 신호에 직렬 통신 신호를 혼합하여 OOK(On-Off Keying) 변조된 송신 신호를 생성하는 믹서(mixer), 및, 상기 믹서와 상기 충전선 사이에 배치되는 커패시터를 포함하는 송신부, 및,
    연산증폭기(OP-AMP), 상기 연산증폭기의 제1 단자에 연결되는 RC 필터, 상기 연산증폭기의 제2 단자에 연결되는 포락선 검파부, 및, 상기 RC필터와 상기 포락선 검파부에 연결되는 커패시터를 포함하는 수신부를 포함하는 도킹 스테이션.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 도킹신호정보를 포함하는 IR 신호를 수신하는 IR 수광부;를 더 포함하는 도킹 스테이션.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 신호송출부는, 상기 도킹신호를 출력하는 IR 발광부를 포함하는 도킹 스테이션.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 신호송출부는, 상기 저장된 도킹신호정보에 따라 상기 도킹신호를 주기적으로 출력하는 도킹 스테이션.
  18. 복수의 이동 로봇;
    복수의 도킹 스테이션; 및,
    등록된 복수의 도킹 스테이션에 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 부여하고, 상기 식별 정보 및 도킹신호 발신시간을 포함하는 도킹신호정보를 상기 복수의 도킹 스테이션 각각에 대응하는 복수의 이동 로봇으로 송신하는 서버;를 포함하는 로봇 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 이동 로봇은 상기 서버로부터 수신한 도킹신호정보를 도킹된 도킹 스테이션으로 전달하는 로봇 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 도킹 스테이션은, 전달받은 도킹신호정보에 따라, 상호간에 발신 시간이 겹쳐지 않도록 도킹신호를 발신하는 로봇 시스템.
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