KR100664059B1

KR100664059B1 - 로봇청소기의 장애물 위치 인식시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100664059B1
Application number: KR1020040101507A
Authority: KR
Inventors: 김영기
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-04
Filing date: 2004-12-04
Publication date: 2007-01-03
Also published as: RU2005119379A; JP4763359B2; KR20060062607A; RU2304423C2; JP2006164223A

Abstract

본 발명은 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템 및 방법에 관한 것으로, 광학센서를 로봇 청소기 본체의 임의의 위치에 범퍼의 움직임을 감지하도록 부착하여, 그 범퍼의 충격뿐만 아니라 뒤틀림정도를 파악하여 범퍼의 정확한 이동거리를 파악함으로써, 범퍼와 장애물까지의 거리를 정확히 인식하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 외주면에 장착되어 충격을 흡수하는 범퍼를 구비한 로봇 청소기에 있어서, 범퍼의 좌/우 바닥면에 대응되는 방향으로 로봇 청소기의 본체에 각기 부착되어, 상기 범퍼의 이동에 따른 제1,제2 감지신호를 출력하는 제1,제2 광학센서와; 상기 제1,제2 광학센서에서 출력되는 제1,제2 감지신호에 의해, 범퍼의 이동 및 뒤틀림을 감지하여 장애물의 위치를 인식하고, 그 인식결과에 근거하여 로봇 청소기의 이동 방향을 제어하는 마이크로컴퓨터와; 상기 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의해, 로봇 청소기를 일정 방향으로 구동시키는 구동수단을 포함하여 구성한다.

Description

로봇청소기의 장애물 위치 인식시스템 및 방법 {OBSTACLE POSITION RECOGNITION APPARATUS AND METHOD IN USING ROBOT CLEANER}

도1은 종래 로봇 청소기의 주행장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 로봇 청소기의 주행방법에 대한 동작흐름도

도3은 본 발명 로봇 청소기의 장애물 위치 인식시스템의 구성을 보인 블록도.

도4는 도3에 있어서, 로봇 청소기에 범퍼의 움직임을 감지하는 광학센서를 부착한 모습을 보인 개략도.

도5는 본 발명 로봇 청소기의 장애물 위치 인식방법에 대한 동작흐름도.

도6은 도5에 있어서,광학센서에 의한 범퍼 움직임 감지 방법을 보인 동작흐름도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

10,20:광학센서 30:마이크로컴퓨터

40:구동수단 50:범퍼

본 발명은 로봇 청소기의 장애물 위치 인식시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 광학센서를 범퍼에 부착하여, 그 범퍼의 충격뿐만 아니라 뒤틀림정도를 파악하여 범퍼의 정확한 이동거리를 파악함으로써, 범퍼와 장애물까지의 거리를 정확히 인식하도록 한 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 로봇청소기는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소하는 기기를 말한다.

이러한 로봇청소기는 내장된 프로그램에 따라 미리 설정된 청소경로를 주행하면서 청소동작을 수행하도록 되어 있는데, 이와 같이 기설정된 청소 경로를 자동적으로 주행하면서 청소동작을 수행하기 위해서는 로봇청소기의 위치와 주행거리 및 장애물등을 감지하기 위해 많은 수의 센서들이 사용된다.

그러나, 이러한 로봇 청소기는, 설정된 청소 경로를 정확하게 주행하여 청소를 수행하기 위해 수많은 고가의 센서들이 설치되기 때문에 내부 구조가 복잡해지고 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 랜덤 방식에 의해 임의의 청소경로를 주행하여 청소를 수행하는 로봇 청소기가 개발되었다.

도1은 종래 로봇 청소기의 주행장치에 대한 구성을 보인 블록도이다.

도1에 도시된 바와같이, 로봇 청소기가 일정 영역을 직진하다가, 충돌이 발생하면 그 충돌에 의해 장애물을 감지하는 장애물 감지부(1)와; 상기 장애물 감지부(1)에서 출력되는 신호에 의해, 로봇 청소기의 주행을 정지시킨 다음, 랜덤 방식 으로 랜덤 각도를 생성하고, 그 랜덤각도를 로봇 청소기의 회전각도로 적용하여 로봇 청소기를 회전시키는 제어부(2)와; 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해, 좌륜모터(5)를 일정 속도로 구동하는 좌륜모터 구동부(3)와; 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해, 우륜 모터(6)를 일정 속도로 구동하는 우륜모터 구동부(4)를 포함하여 구성한다.

도2는 종래 로봇 청소기의 주행방법에 대한 동작흐름도이다.

도2에 도시된 바와같이, 사용자에 의해, 청소명령이 발생하면 로봇 청소기를 직진시키면서, 장애물이 감지되는지를 판단하는 과정(SP1~SP3)과; 상기 판단결과, 장애물이 감지되면 로봇 청소기를 정지시킨후, 랜덤 방식에 의해 임의의 랜덤각도를 생성하는 과정(SP4)과; 상기 단계에서 생성된 랜덤각도를 회전각도로 하여, 로봇 청소기를 회전시키는 과정(SP5)과; 상기 회전된 로봇 청소기를 직진시키면서, 청소 완료를 판단하여, 청소완료이면 주행을 정지하는 과정(SP7)으로 이루어지며, 이와같은 종래 기술을 설명한다.

먼저, 사용자에 의해 청소 명령이 발생하면(SP1), 제어부(2)는 로봇 청소기를 직진시키기 위하여, 좌륜모터(5)와 우륜모터(6)의 구동속도를 일치시키기 위한 제어신호를 출력한다.

이에 따라, 좌륜모터 구동부(3)는 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 좌륜모터(5)를 구동시키고, 우륜모터 구동부(4)는, 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 우륜모터(6)를 구동시킨다.

이에 따라, 로봇 청소기는 직진한다(SP2).

이때, 장애물 감지부(1)는, 로봇 청소기가 임의의 장애물에 충돌하는 경우에 발생하는 충격량으로 장애물을 감지하여 그에 따른 장애물 감지신호를 상기 제어부 (2)에 인가한다.

이에 따라, 상기 제어부(2)는, 상기 장애물 감지신호에 의해 주행을 정지시킨 다음, 랜던 방식에 의해 임의의 랜덤각도를 생성하고(SP4), 그 랜덤각도를 로봇 청소기의 회전각도로 하기 위한 제어신호를 출력하는데, 이때 상기 제어부(2)는 로봇 청소기를 회전 방향에 따라 좌륜모터(5)와 우륜모터(6)의 속도를 달리하도록 하는 제어신호를 좌륜모터 구동부(3) 및 우륜 모터 구동부(4)에 출력한다.

이에 따라, 상기 좌륜모터 구동부(3)는 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 좌륜모터(5)를 구동시키고, 우륜모터 구동부(4)는, 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 우륜모터(6)를 구동시켜, 로봇 청소기를 임의의 랜덤 각도로 회전시킨다 (SP5).

그 다음, 상기 제어부(2)는 로봇 청소기를 직진시키면서(SP6), 청소 완료로 판단되면 청소를 종료하고(SP7), 청소 완료가 되지 않았으면 상기 동작을 반복 수행한다.

상술한 로봇 청소기의 범퍼는, 마이크로스위치나, 적외선센서로 이루어져, 장애물의 유/무 정도만 파악하는데, 즉 충돌시의 마이크로스위치의 접촉으로 발생하는 온/오프신호 또는 적외선센서의 광신호 수광유무에 따라 발생하는 온/오프신호에 의해 온/오프를 감지한다.

그러나, 이러한 방법은, 단순히 장애물의 유무정도만 파악하여, 정확한 장애 물의 위치를 파악하지 못하여 회피운전에 시간이 걸리고, 또한 기구적으로도 정확한 가공을 필요로 하며, 구조가 복잡하여 대량생산에 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은, 광학센서를 로봇 청소기 본체의 임의의 위치에 범퍼의 움직임을 감지하도록 부착하여, 그 범퍼의 충격뿐만 아니라 뒤틀림정도를 파악하여 범퍼의 정확한 이동거리를 파악함으로써, 범퍼와 장애물까지의 거리를 정확히 인식하도록 한 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
외주면에 장착되어 충격을 흡수하는 범퍼를 구비한 로봇 청소기에 있어서,
범퍼의 좌/우 바닥면에 대응되는 방향으로 로봇 청소기의 본체에 각기 부착되어,
상기 범퍼의 이동에 따른 제1,제2 감지신호를 출력하는 제1,제2 광학센서와;
상기 제1,제2 광학센서에서 출력되는 제1,제2 감지신호에 의해, 범퍼의 이동 및 뒤틀림을 감지하여 장애물의 위치를 인식하고, 그 인식결과에 근거하여 로봇 청소기의 이동 방향을 제어하는 마이크로컴퓨터와;
상기 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의해, 로봇 청소기를 일정 방향으로 구동시키는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 장애물과의 충돌이 발생하면, 범퍼의 이동에 따른 제1,제2 감지신호를 출력하는 과정과; 상기 감지신호를 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 장애물의 위치를 추정하는 과정과; 상기 추정된 장애물의 위치를 근거로, 로봇 청소기를 장애물로부터 회피운전시키는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명에 의한 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도3은 본 발명 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템의 구성을 보인 블록도이다.

도3에 도시한 바와같이, 본 발명은 범퍼(50)의 좌/우 바닥면에 대응되는 방향으로 로봇 청소기 본체에 각기 부착되어, 범퍼(50)의 이동에 따른 제1,제2 감지신호를 출력하는 제1,제2 광학센서(10,20)와; 상기 제1,제2 광학센서(10,20)에서 출력되는 제1,제2 감지신호에 의해, 범퍼(50)의 이동 및 뒤틀림을 감지하여 장애물의 위치를 인식하고, 그 인식결과에 근거하여 로봇 청소기의 이동 방향을 제어하는 마이크로컴퓨터(30)와; 상기 마이크로컴퓨터(30)의 제어신호에 의해, 로봇 청소기를 일정 방향으로 구동시키는 구동수단(40)을 포함하여 구성한다.

상기 제1,제2 광학센서(10,20)는, 빛을 범퍼의 바닥면 방향으로 발생하는 광엘이디와, 상기 바닥면에서 반사되는 빛을 수광하는 수광부로 이루어진다.

상기 수광부는, 이전에 반사되는 빛과 현재 반사되는 빛의 차이를 인지하고, 그 인지결과에 따른 전압의 변화로 범퍼의 움직임을 감지하여 그에따른 감지신호로 출력하는데, 상기 감지신호는 범퍼의 이동에 따른, X,Y축에 대한 이동정보이다.

즉, 상기 제1,제2 광학센서(10,20)는, 광엘이디 부분에서 빛을 범퍼의 바닥면 방향으로 발생시키고, 상기 범퍼의 바닥면에서 반사된 빛은 수광부에 입력되고, 이때 범퍼의 바닥면에서 반사되어 수광되는 빛은 모두 똑같지 않고, 미묘한 차이가 있다.
상기 제1,제2 광학센서(10,20)의 수광부는 비디오카메라의 CCD 화면 같이 이러한 수광되는 빛의 차이를 모두 인지하고(단, 소자의 크기와 수는 매우 작다), 그 빛의 차이를 전압의 패턴 변화로 표현하며, 이러한 전압 패턴의 표현은 수광부에 연결된 마이크로컴퓨터(30)에 입력되고, 이에 따라 마이크로컴퓨터(30)는 범퍼(50)의 움직임을 인식하게 된다.
즉, 범퍼의 좌/우 바닥면에 대응되는 방향으로 로봇 청소기의 본체에 부착된 제1,제2 광학센서(10,20)는, 로봇 청소기의 범퍼가 장애물에 충돌하는 경우에 발생하는 범퍼의 이동을 빛이 수광되는 양의 차이에 따른 전압의 패턴 변화로 인식하여 범퍼의 움직임을 감지함으로써, 로봇 청소기 범퍼의 어느 위치에서 장애물과 충돌하였는지를 인식할 수 있다.

이때, 본 발명의 제1,제2 광학센서(10,20)는, 범퍼(50)의 이동(뒤틀림)을 감지하기 위하여, 도4와 같이, 로봇 청소기 본체의 좌/우에, 범퍼의 바닥면을 향하도록 각기 설치된다.

이와같은 본 발명의 동작을, 도5 및 도6을 참조하여 설명한다.

먼저, 로봇 청소기가 주행하다가, 그 로봇청소기의 범퍼(50)와 장애물과 충돌하게 되면(SP1), 로봇 청소기의 제1,제2 광학센서(10)(20)는 충돌에 따른 제1,제2 감지신호를 출력한다(SP2).

여기서, 상기 감지신호는, 범퍼의 이동에 따른, X,Y축에 대한 이동정보이다.

즉, 제1,제2 광학센서(10,20)는 각기, 빛을 범퍼의 바닥면을 향해 발생시키고(SP11), 그 범퍼의 바닥면에서 반사되는 빛을 수광하여(SP12) 이전 빛과 현재 빛의 차이를 인지한후(SP13), 그 차이에 따른 전압의 변화로 범퍼(50)의 움직임을 감지하여(SP14) 해당 감지신호를 출력한다(SP15).

이때, 상기 로봇 청소기의 마이크로컴퓨터(30)는, 상기 제1,제2 광학센서(10)(20)로부터 제1,제2 감지신호를 입력받아 그 제1,제2 감지신호를 분석하고(SP3), 그 분석결과에 근거하여 장애물의 위치를 추정한다(SP4).

즉, 상기 로봇 청소기의 마이크로컴퓨터(30)는, 상기 제1,제2 광학센서(10)(20)로부터 제1,제2 감지신호의 X,Y축에 대한 이동정보를 분석하여, 범퍼(50) 의 뒤틀림 정보를 파악하고, 그 파악결과에 근거하여 장애물의 위치를 추정한다.

이후, 상기 로봇 청소기는, 추정된 장애물의 위치를 근거로 하여, 로봇 청소기를 장애물로부터 회피 운전시킨다(SP5).

다시 말해서,본발명은, 광학센서를 로봇 청소기 본체의 임의의 위치에, 범퍼의 움직임을 감지하도록 부착하여, 그 범퍼의 충격뿐만 아니라 뒤틀림정도를 파악하여 범퍼의 정확한 이동거리를 파악하도록 한 것이다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 광학센서를, 로봇 청소기 본체의 임의의 위치에, 범퍼의 움직임을 감지하도록 부착하여, 그 범퍼의 충격뿐만 아니라 뒤틀림정도를 파악하여 범퍼의 정확한 이동거리를 파악함으로써, 범퍼와 장애물까지의 거리를 정확히 인식하는 효과가 있다.

Claims

외주면에 장착되어 충격을 흡수하는 범퍼를 구비한 로봇 청소기에 있어서,

범퍼의 좌/우 바닥면에 대응되는 방향으로 로봇 청소기의 본체에 각기 부착되어,

상기 범퍼의 이동에 따른 제1,제2 감지신호를 출력하는 제1,제2 광학센서와;

상기 제1,제2 광학센서에서 출력되는 제1,제2 감지신호에 의해, 범퍼의 이동 및 뒤틀림을 감지하여 장애물의 위치를 인식하고, 그 인식결과에 근거하여 로봇 청소기의 이동 방향을 제어하는 마이크로컴퓨터와;

상기 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의해, 로봇 청소기를 일정 방향으로 구동시키는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 제1,제2 광학센서는,

빛을 범퍼의 바닥면이 위치한 방향으로 발생하는 광엘이디와,

상기 범퍼의 바닥면에서 반사되는 빛을 수광하는 수광부로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템.
제2 항에 있어서, 상기 수광부는,

이전에 반사되는 빛과 현재 반사되는 빛의 차이를 인지하고, 그 인지결과에 따른 전압의 패턴 변화로 범퍼의 움직임을 감지하여 그에 따른 감지신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식 시스템.
제3 항에 있어서, 상기 감지신호는,

범퍼의 이동에 따른, X,Y축에 대한 이동정보인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식시스템.
장애물과의 충돌이 발생하면, 범퍼의 이동에 따른 제1,제2 감지신호를 출력하는 과정과;

상기 감지신호를 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 장애물의 위치를 추정하는 과정과;

상기 추정된 장애물의 위치를 근거로, 로봇 청소기를 장애물로부터 회피운전시키는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식방법.
제5 항에 있어서, 상기 제1,제2 감지신호를 출력하는 과정은,

빛을 범퍼의 바닥면 방향으로 발생시키는 단계와;

상기 범퍼의 바닥면에서 반사되는 이전 빛과 현재 빛의 차이를 인지하는 단계와;

상기 인지결과에 따른 전압의 패턴변화로 범퍼의 움직임을 감지하여 그에따른 감지신호를 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식방법.
제5 항에 있어서, 상기 감지신호는,

범퍼의 이동에 따른, X,Y축에 대한 이동정보인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치인식방법.
제5 항에 있어서, 상기 위치를 추정하는 과정은,

제1,제2 감지신호의 X,Y축에 대한 이동정보를 분석하여, 범퍼의 뒤틀림 정보를 파악하고, 그 파악결과에 근거하여 장애물의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 장애물 위치 인식방법.