KR100704486B1 - Automatic returning system to charging station for moving robot and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 방식의 하나인 알에프 신호와 초음파를 이용하여 정확하고 신속하게 이동로봇이 충전대로 복귀할 수 있는 이동로봇의 충전대 자동 복귀 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a mobile robot, and more particularly, to a technology for automatically recharging a charging stand of a mobile robot, which can accurately and quickly return to a charging station using RF signals and ultrasonic waves, which are one of wireless communication methods.
본 발명에 따른 이동로봇의 자동 충전대 복귀 시스템은 상기 이동로봇으로부터 출력되는 초음파 신호와 무선 신호를 포함하는 추적정보 요청신호를 수신하여 상기 이동로봇과의 거리정보를 산출하고, 산출된 거리정보를 포함하는 추적신호를 무선으로 송출하는 충전대와; 소정 주기마다 설정된 각도로 회전하며 상기 추적정보 요청신호를 상기 충전대로 전송하고, 상기 충전대로부터 무선으로 전송되는 거리정보를 수신하여 수신된 거리정보중 최단거리정보를 산출하여 그에 따라 상기 충전대로 복귀하는 이동로봇;을 포함하여 구성된다. The automatic charging station return system of a mobile robot according to the present invention receives a tracking information request signal including an ultrasonic signal and a wireless signal output from the mobile robot, calculates distance information with the mobile robot, and includes calculated distance information. A charging stand for transmitting a tracking signal wirelessly; It rotates at a set angle every predetermined period and transmits the tracking information request signal to the charging station, receives distance information wirelessly transmitted from the charging station, calculates the shortest distance information from the received distance information, and returns to the charging station accordingly. It is configured to include a mobile robot.
이동로봇, 청소로봇, 충전대, 알에프, 초음파 Mobile Robot, Cleaning Robot, Charging Station, RF, Ultrasonic
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동로봇의 자동 충전대 복귀 시스템을 개략적으로 도시한 개요도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing an automatic charging station return system of a mobile robot according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 따른 충전대를 개략적으로 도시한 블럭도이다. FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating the charging station according to FIG. 1.
도 3은 도 1에 따른 이동로봇의 일례인 청소로봇을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 3 is a block diagram schematically illustrating a cleaning robot as an example of the mobile robot according to FIG. 1.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 충전대와 이동로봇의 일례인 청소로봇 간 무선 신호 및 초음파의 송수신 타이밍을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 4 is a diagram schematically illustrating a transmission and reception timing of a wireless signal and an ultrasonic wave between a cleaning robot, which is an example of a charging stand and a mobile robot, according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동로봇의 대표적인 일례인 청소로봇의 충전대 복귀 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다. FIG. 5 is a flowchart schematically illustrating a charging stand return process of a cleaning robot, which is a representative example of a mobile robot according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 이동로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 방식의 하나인 알에프 신호와 초음파를 이용하여 정확하고 신속하게 이동로봇이 충전대로 복귀 할 수 있는 이동로봇의 충전대 자동 복귀 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a mobile robot, and more particularly, to an automatic recharging table of a mobile robot, which enables the mobile robot to return to the charging station accurately and quickly by using RF signals and ultrasonic waves, which are one of wireless communication methods.
로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용되어 왔다. 이러한 로봇공학 분야는 근래에 들어 최첨단 우주개발산업에 사용되면서 발전을 거듭하여 왔고, 최근에 들어서는 인간 친화적인 가정용 로봇이 개발되기에 까지 이르렀다. 이러한 인간 친화적인 가정용 로봇의 대표적인 예가 바로 청소로봇이다.Robots have been developed for industrial use and as part of factory automation, or have been used to collect or collect information on behalf of humans in extreme environments that humans cannot tolerate. This field of robotics has been developed in recent years as it is used in the cutting-edge space development industry, and until recently, human-friendly home robots have been developed. A representative example of such a human-friendly home robot is a cleaning robot.
이동로봇의 하나인 청소로봇은 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역을 스스로 구동하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 기기이다. 이 같은 청소로봇은 먼지 또는 이물질을 흡입하는 일반적인 진공 청소기의 구성 이외에 해당 청소로봇을 주행시키는 좌륜 및 우륜모터를 포함하는 주행장치와, 청소구역 내에 있는 다양한 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있도록 다수의 감지센서와, 장치 전반을 제어하는 마이크로프로세서 등으로 구성되어 있다. A cleaning robot, a mobile robot, is a device that inhales dust or foreign substances while driving itself in a certain cleaning area such as a house or an office. In addition to the construction of a general vacuum cleaner that sucks in dust or foreign matter, such a cleaning robot includes a driving device including a left and right wheel motor for driving the cleaning robot, and a plurality of driving devices for driving without colliding with various obstacles in the cleaning area. It consists of a sensor and a microprocessor that controls the whole device.
한편, 청소로봇과 같은 이동로봇은 일정한 구역을 주행하기 때문에 스스로 배터리의 잔량을 파악하여 기준 값에 미치지 않을 경우 해당 구역의 소정 위치에 설치된 충전대에 자동으로 복귀하여 부족한 배터리의 전원을 충전하고, 다시 작업을 재개하도록 자동 충전 기능을 가지고 있다. On the other hand, since a mobile robot such as a cleaning robot travels in a certain area, it can determine the remaining battery level by itself and automatically return to a charging station installed at a predetermined position in the corresponding area to charge the battery of insufficient battery power. It has an automatic charging function to resume work.
종래의 일반적인 이동로봇의 충전대 자동 복귀 방법은 충전대에 인공표식을 부착하고, 이동로봇이 벽을 따라 주행하다가 충전대에 부착된 표식을 감지하게 함으로써 충전대의 위치를 판단하고 복귀시키는 방법이 있으며, 또다른 방법으로 충 전대에 소정 신호를 발산하는 신호발생 수단을 구비하여 정해진 신호를 발산하고, 이동로봇은 충전대로부터 발산되는 신호를 감지하여 해당 충전대로 복귀시키는 방법이다 The conventional method for automatically returning the charging stand of the mobile robot includes a method of attaching an artificial mark to the charging stand and determining the position of the charging stand by restoring the marking attached to the charging stand while moving the robot along the wall. In this method, a signal generating means for emitting a predetermined signal to the charging station is provided to emit a predetermined signal, and the mobile robot detects a signal emitted from the charging station and returns to the corresponding charging station.
그러나 이와 같은 방법들은 이동로봇의 랜덤주행에 의한 것이므로, 이동로봇의 위치에 따라 충전대로 복귀하는 시간이 달라진다. 이러한 랜덤주행 방식의 충전대 복귀 방법은 충전대에 부착된 인공표식 또는 신호를 감지하기 위한 시간이 길어질 경우 복귀중에 배터리에 저장된 전원이 모두 감소하여 그 구동을 중지하는 문제점을 가지고 있다. However, since these methods are based on the random driving of the mobile robot, the time to return to the charging station varies depending on the location of the mobile robot. The random driving method of recovering the charging stand has a problem in that when the time for detecting an artificial mark or a signal attached to the charging stand becomes long, the power stored in the battery is all reduced and the driving is stopped.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 충전대와 이동로봇 간의 정확한 이격 거리를 판단하여 보다 효과적으로 이동로봇이 충전대로 복귀할 수 있는 이동로봇의 충전대 자동 복귀 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다. The present invention was devised to solve such a problem, and an object thereof is to determine an accurate separation distance between a charging stand and a mobile robot, and to provide an automatic charging stand return system and a method for automatically returning a charging robot to a mobile robot. It is.
나아가, 장애물과 간섭에 강한 알에프 통신 방법과 정확한 거리 측정을 위한 초음파를 동시에 사용함으로써, 보다 확장된 이동로봇의 충전대 복귀 가능 구역을 제공하는데 있다. Furthermore, by using the RF communication method resistant to obstacles and interference and the ultrasonic wave for accurate distance measurement at the same time, it is to provide a more resilient zone for the charging stand of the mobile robot.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동로봇의 충전대 자동 복귀 시스템은 이동로봇이 이동 구역을 주행중 배터리의 잔량을 감지하여 충전이 필요하다고 판단될 경우 제자리에서 소정 각도로 360도 회전하면서 알에프 신 호와 초음파 신호를 발산한다. As described above, the charging base automatic return system of the mobile robot according to the preferred embodiment of the present invention rotates 360 degrees at a predetermined angle in place when the mobile robot detects that the battery needs to be charged by detecting the remaining amount of the battery while driving the moving zone. It emits RF signals and ultrasonic signals.
충전대는 이동로봇으로부터 전송되는 알에프 신호와 초음파 신호를 수신한다. 일반적으로 이동로봇의 이동구역은 한정되어 있기 때문에 알에프 신호가 이동로봇으로부터 발산되어 충전대에 도달하기까지의 시간지연은 거의 무시할 수 있다. 따라서, 이동로봇이 알에프 신호 발산과 동시에 충전대는 이를 수신할 수 있다. The charging station receives the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from the mobile robot. In general, since the mobile robot has a limited moving area, the time delay until the RF signal is emitted from the mobile robot to reach the charging station is almost negligible. Therefore, the mobile station can receive the RF signal simultaneously with the RF signal emission.
또한, 충전대는 이동로봇으로부터 알에프 신호와 동시에 발산되는 초음파를 수신한다. 초음파는 무시할 정도의 지연시간을 갖는 알에프 신호와 달리 거리에 따른 지연시간을 갖는다. In addition, the charging station receives ultrasonic waves emitted simultaneously with the RF signal from the mobile robot. Ultrasound has a delay time according to a distance unlike an RF signal having a negligible delay time.
충전대는 알에프 신호를 수신한 이후 초음파가 수신되는 지연시간을 이용하여 해당 이동로봇까지의 거리정보를 산출하고, 산출된 거리정보를 포함하는 추적정보를 알에프 신호를 통해 이동로봇으로 전송한다. After receiving the RF signal, the charging station calculates the distance information to the corresponding mobile robot by using the delay time when the ultrasound is received, and transmits the tracking information including the calculated distance information to the mobile robot through the RF signal.
이동로봇은 회전 각도별로 충전대로부터 전송되는 추적정보를 수신하고, 해당 추적정보에서 거리정보를 추출하며, 해당 거리정보들 중 최단거리의 거리정보가 산출된 방향으로 주행방향을 전환한다. The mobile robot receives the tracking information transmitted from the charging station for each rotation angle, extracts the distance information from the tracking information, and switches the driving direction in the direction in which the distance information of the shortest distance among the corresponding distance information is calculated.
따라서, 충전대와 이동로봇간의 정확한 거리를 측정하고, 그에 따라 충전대로 복귀하도록 주행하게 함으로써, 보다 빠른 시간에 효과적으로 충전대로 복귀할 수 있는 장점을 갖는다. Therefore, by measuring the exact distance between the charging station and the mobile robot, and accordingly driving to return to the charging station, there is an advantage that can be effectively returned to the charging station in a faster time.
본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 충전대는 이동로봇으로부터 수신되는 무선 신호 및 초음파 신호의 수신 유무와 초음파 신호의 수신 지연 시간정보와 거리정보를 포함하는 추적정보를 알에프 신호를 통해 이동로봇으로 제공한 다. According to a characteristic aspect of the present invention, the charging station according to the present invention is a mobile robot through the RF signal tracking information including the presence or absence of wireless signals and ultrasonic signals received from the mobile robot and the reception delay time information and distance information of the ultrasonic signals. Provided by.
이에 따라 이동로봇은 이동구역내에서 반사되어 수신되는 초음파의 지연시간과 충전대로부터 제공되는 초음파 신호의 수신 지연 시간을 비교하여 현재 이동로봇이 주행하고 있는 구역에 충전대가 위치하는지 판단하고, 그 판단결과 충전대가 해당 구역에 존재하지 않을 경우, 탈출 알고리즘을 구동하여 해당 지역을 이탈하도록 한다. Accordingly, the mobile robot compares the delay time of the ultrasonic wave reflected and received in the mobile zone with the reception delay time of the ultrasonic signal provided from the charging station, and determines whether the charging station is located in the area where the mobile robot is currently traveling. If the charging station is not present in the area, run the escape algorithm to leave the area.
따라서, 충전대가 위치한 구역 밖에 이동로봇이 주행할 경우보다 강력한 복귀 시스템을 제공할 수 있다. Therefore, it is possible to provide a more powerful return system than when the mobile robot travels outside the region where the charging station is located.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention.
본 발명의 이동로봇을 이동로봇의 일례인 청소로봇으로 가정하여 상세히 설명하기로 한다. The mobile robot of the present invention will be described in detail on the assumption of a cleaning robot which is an example of the mobile robot.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동로봇의 자동 충전대 복귀 시스템을 개략적으로 도시한 개요도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 자동 충전대 복귀 시스템은 이동로봇(200)으로부터 출력되는 초음파 신호와 무선 신호를 포함하는 추적정보 요청신호를 수신하여 이동로봇(200)과의 거리정보를 산출하고, 산출된 거리정보를 포함하는 추적신호를 무선으로 송출하는 충전대(100)와, 소정 주기마다 설정된 각도로 회전하며 추적정보 요청신호를 충전대(100)로 전송하고, 충전대(100)로부터 무선으로 전송되는 거리정보를 수신하여 수신된 거리정보중 최단거리정보를 산출하여 그에 따라 상기 충전대(100)로 복귀하는 이동 로봇(200)을 포함하여 구성된다. 1 is a schematic diagram schematically showing an automatic charging station return system of a mobile robot according to an embodiment of the present invention. As shown, the automatic charging station return system of the mobile robot according to the present invention receives the tracking information request signal including the ultrasonic signal and the wireless signal output from the
충전대(100)는 이동로봇(200)을 구동하는데 필요한 전원을 공급하는 배터리를 충전한다. 이동로봇(200)이 임무수행중에 배터리의 잔량을 감지하여 충전이 필요하다고 판단되면, 충전대 복귀 알고리즘에 의해 충전대(100)로 복귀하게 된다. 충전대(100)는 충전대 복귀 알고리즘에 의해 이동로봇(200)이 도킹하면, 이동로봇(200)에 전원을 공급하고, 공급된 전원은 배터리를 충전시킨다. 충전이 종료되면, 이동로봇(200)은 충전대(100)를 이탈하여 수행중이던 임무를 재개한다.
충전대(100)에 관한 설명은 도 2를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 도 1에 따른 충전대를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 충전대(100)는 예를 들면 이동로봇(200)의 임무를 수행하는 구역의 소정위치에 설치되며, 일반적인 충전대(100)의 기본적인 구성 외에 이동로봇(200)으로부터 출력되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부(150)와, 이동로봇(200)과 무선 신호를 송수신하는 무선 송수신부(160)와, 초음파 신호와 무선 송수신부(160)로부터 수신되는 초음파 신호와 무선 신호를 수신하며, 초음파 신호의 수신 지연 시간을 이용하여 해당 이동로봇(200)과의 이격 거리정보를 산출하고, 산출된 거리정보를 포함하는 추적정보를 이동로봇(200)으로 전송하는 제어부(170)를 포함하여 구성된다. Description of the
충전대(100)의 기본 구성은 이동로봇(200)의 도킹 여부를 감지하는 도킹 감지수단(110)과, 도킹한 이동로봇(200)의 배터리 충전을 위한 전원 단자(120)와, 예를 들면, 건물로 공급되는 상용 교류 전원을 이동로봇(200)의 배터리에 사용되는 상용 직류전원을 변환하여 전원 단자(120)로 공급하는 전원 공급부(130)와 이동로봇(200)의 충전 상태를 표시하는 표시수단(140)을 포함한다. 이와 같은 충전대(100)의 기본 구성은 주지 관용의 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다. The basic configuration of the
초음파 수신부(150)는 예를 들면, 초음파를 발진하는 송파기에 대응되는 수파기일 수 있으며, 이동로봇(200)으로부터 발진되는 초음파를 수신한다. 초음파는 사람의 귀로는 소리로서 느낄 수 없는 주파수 약 2만 Hz 이상의 음파이다. 초음파는 본질적으로는 가청범위의 음파와 성질이 같으나, 주파수가 높고 따라서 파장이 짧기 때문에 상당히 강한 진동이 생기므로 보통의 소리에서는 볼 수 없는 예를 들면, 방향성과 같은 성질을 나타낸다. The
이를 이용하여 발진 된 초음파가 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 시간을 이용하여 거리측정은 물론, 수심을 측정하는 소나(SONAR: sound navigation and ranging), 어군탐지기도 원리는 이것과 같으며, 물질에 의한 흡수도나 물질 중에서의 전파속도의 차이를 측정하여 구조물 내의 손상을 찾아내는 초음파탐사기나 초음파진단기 등도 초음파의 특징을 이용한 것이다. The sonar (SONAR: sound navigation and ranging), which measures the depth, as well as the depth using the time that the ultrasonic wave is reflected by the object and returns, is the same. Ultrasonic probes and ultrasonic diagnostics, which measure the difference in absorption and propagation velocity among materials, also use ultrasonic characteristics.
무선 송수신부(160)는 예를 들면, 알에프 통신 모듈과 같은 일종의 통신 모듈 또는 모뎀으로 구성될 수 있으며, 이동로봇(200)으로부터 전송되는 무선 신호를 수신하고, 제어부(170)에 의해 산출된 이동로봇(200)과 충전대(100)간의 거리정보를 포함하는 추적정보를 이동로봇(200)으로 전송한다. The
이러한 초음파 수신부(150)와, 무선 송수신부(160)는 주지 관용의 기술이므로 그 상세한 설명을 생략한다. Since the
제어부(170)는 예를 들면 연산을 담당하는 마이크로 프로세서(270)와, 그에 따른 연산결과 및 충전대(100)를 구동하는 운영프로그램이 저장되는 메모리(260)와, 마이크로 프로세서(270) 구동을 위한 클럭 펄스를 제공하는 펄스발생기와 같은 회로들이 하나의 칩에 구현된 마이크로 컨트롤러로 구성될 수 있으며, 초음파 수신부(150)와 무선 송수신부(160)에 의해 수신된 초음파와 알에프 신호를 이용하여 이동로봇(200)과의 이격거리를 산출하고, 산출된 거리정보를 포함하는 추적정보를 무선 송수신부(160)를 통해 이동로봇(200)으로 전송한다. The
제어부(170)는 거의 무시할 정도의 지연시간을 갖는 알에프 신호와 거리에 따라 소정의 지연시간을 가지고 수신되는 초음파의 수신 지연시간을 이용하여 이동로봇(200)과의 거리정보를 산출한다. 이동로봇(200)은 알에프 신호와 초음파 신호를 동시에 발산하며, 이때 거의 무시할 정도의 지연시간을 가지고 수신되는 알에프 신호는 초음파 발진 시점의 레퍼런스로 이용된다. The
제어부(170)는 알에프 신호의 수신 시점부터 초음파가 초음파 수신부(150)로 수신될 때까지의 지연시간을 측정하여 이동로봇(200) 간의 거리를 산출한다. 이러한 거리 계산은 수학식 1과 같은 방법으로 계산된다. 여기서 D는 거리정보, T는 초음파의 지연시간(msec), V는 초음파의 음속을 나타댄다. The
예를 들어 설명하면, 초음파의 음속이 340m/s이고, 알에프 신호 수신 후 초 음파가 5msec의 지연시간을 가지고 수신되었을 경우 제어부(170)는 1.7m의 거리정보를 산출하여 무선 송수신부(160)를 통해 이동로봇(200)으로 전송한다. For example, when the sound velocity of the ultrasonic wave is 340 m / s and the ultrasonic wave is received with a delay time of 5 msec after the RF signal is received, the
이동로봇(200)은 탑재된 프로그램에 따라 정해진 구역을 스스로 이동하면서 임무를 수행한다. 상용화된 대표적인 예로 청소로봇(200)을 들 수 있으며, 청소로봇(200)은 정해진 구역을 자유롭게 주행하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 이동로봇(200)이다. The
본 발명에 따른 이동로봇(200)은 도 3을 통해 상세히 설명하기로 하며, 아울러 본 발명의 이동로봇(200)을 그 일례인 청소로봇(200)으로 가정하여 설명하기로 한다. The
도 3은 도 1에 따른 이동로봇의 일례인 청소로봇을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 청소로봇(200)은 그 기본 구성 이외에 소정 주기로 충전대(100)로 초음파 신호를 발산하는 초음파 송수신부(280)와, 초음파 송수신부(280)에 의해 발산되는 초음파와 동시에 충전대(100)로 무선 신호를 발산하며, 충전대(100)로부터 출력되는 거리정보를 포함하는 추적정보를 수신하는 무선 통신 모듈(290)과, 청소로봇(200)을 주행시키는 주행부(230)와, 청소로봇(200)의 구동 프로그램이 저장되며, 충전대(100)로부터 전송되는 추적정보가 저장되는 메모리(260)와, 청소로봇(200)의 장치 전반을 제어하는 마이크로 프로세서(270)를 포함하여 구성된다. 3 is a block diagram schematically illustrating a cleaning robot as an example of the mobile robot according to FIG. 1. As shown, the cleaning
청소로봇(200)의 기본 구성을 살펴보면 청소구역 내의 먼지 또는 이물질을 감지하는 먼지 감지센서를 포함하고, 먼지 감지센서에 의해 감지된 먼지 또는 이물 질을 흡입하는 흡입수단(210)과, 흡입수단(210)에 의해 집진 된 먼지 및 이물질을 수납하는 먼지수납수단(220)과, 청소로봇(200)을 주행시키는 주행부(230)와, 흡입수단(210) 및 주행부(230)의 구동 전원을 공급하는 배터리(240)와, 소정 주기마다 배터리(240)의 잔량을 감지하여 그 값이 소정 값 이하일 경우 배터리 충전 요청 신호를 출력하는 배터리 감지회로(250)와, 청소로봇(200)의 장치 전반을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성된다. Looking at the basic configuration of the
이러한 청소로봇(200)의 기본 구성중 흡입수단(210), 먼지수납수단(220), 배터리(240) 및 배터리 감지회로(250)는 이미 주지된 구성이 될 수 있어 그 상세한 설명은 생략한다. In the basic configuration of the
메모리(260)는 예를 들면, EEPROM 또는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 소자로 구성되며, 청소로봇(200)의 구동을 위한 운영 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 충전대(100)의 무선 송수신부(160)로부터 전송되는 거리정보를 포함하는 추적정보를 저장한다. 이렇게 메모리(260)에 저장된 운영 프로그램과 추적정보는 마이크로프로세서(150)에 의해 엑세스 제어된다. The
초음파 송수신부(280)는 초음파를 발생하여 충전대(100)의 초음파 수신부(150)로 발신하는 초음파 송신부와 초음파 수신부를 하나의 회로로 구현한 것으로 일종의 송수신 모듈이다. The
초음파 송신부는 마이크로 프로세서(270)의 제어신호에 따라 초음파를 발생하여 발신하며, 초음파 수신부는 초음파 송신부에 의해 발신된 초음파가 반사되어 돌아오는 반사파를 수신한다. The ultrasonic transmitter generates and transmits ultrasonic waves according to the control signal of the
무선 통신 모듈(290)은 예를 들면, 알에프 통신 모듈과 같은 일종의 통신 모뎀으로 구성될 수 있으며, 충전대(100)로 알에프 신호를 출력하고, 충전대(100)로부터 거리정보를 포함하는 추적정보를 수신한다. The
주행부(230)는 마이크로프로세서(150)로부터 출력되는 제어신호에 따라 좌륜 및 우륜모터(231, 232)를 구동시켜 청소로봇(200)을 주행시킨다. 주행부(230)의 좌륜 및 우륜모터(231, 232)는 청소로봇(200)을 주행시키는 좌/우 바퀴와 연결되어 있다. 따라서, 좌륜 및 우륜모터(231, 232)의 회전속도와 방향에 따라 청소로봇(200)은 전후좌우로 주행한다. The driving
마이크로프로세서(150)는 주행부(230)의 동작을 제어하는 주행 제어부(271)와, 소정 주기마다 설정된 각도로 회전하도록 주행 제어부(271)로 제어신호를 출력하고, 회전에 따라 초음파 및 무선 신호를 발산하도록 무선 통신 모듈(290)과 초음파 송수신부(280)로 제어신호룰 출력하며, 충전대(100)로부터 산출된 거리정보를 포함하는 추적정보를 수신하여 수신된 거리정보 중 최단거리정보로 산출된 회전 방향으로 청소로봇(200)이 주행하도록 주행 제어부(271)로 제어신호를 출력하는 자동 복귀 처리부(272)를 포함하여 구성된다. The
주행 제어부(271)는 청소로봇(200)의 운영 프로그램으로부터 출력되는 제어명령에 따라 청소로봇(200)을 주행시키는 주행부(230)를 제어한다. The driving
자동 복귀 처리부(272)는 배터리 감지회로(250)로부터 출력되는 배터리 충전 요청에 따라 제자리에서 설정된 각도로 360도 회전하도록 주행 제어부(271)로 제어 신호를 출력함과 동시에 회전하는 각도별로 초음파 송수신부(280)와 무선 통신 모듈(290)로부터 초음파와 알에프 신호가 동시에 충전대(100)로 발산되도록 제어신호를 출력한다. The
이러한 알에프 신호와 초음파 신호는 청소로봇(200)이 회전하는 각도에 따라 서로 다른 대역을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 청소로봇(200)의 회전 각도별로 발산되는 초음파와 알에프 신호에 따라 산출되는 거리정보를 포함하는 추적정보를 손쉽게 구분하기 위함이다. The RF signal and the ultrasonic signal may preferably have different bands according to the angle at which the
또한, 충전대(100)에 의해 산출된 거리정보를 포함하는 추적정보를 수신하여 메모리(260)에 저장하고, 회전 각도별로 충전대(100)의 제어부(170)에 의해 산출된 거리정보 중에서 최단 거리의 거리정보를 추출하고, 그에 해당하는 각도정보를 엑세스하여 해당 방향으로 청소로봇(200)이 주행하도록 주행 제어부(271)로 제어신호를 출력한다. In addition, the tracking information including the distance information calculated by the charging
또한, 자동 복귀 처리부(272)는 충전대(100)로부터 전송되는 거리정보들을 비교하여 해당 거리정보가 가까운 방향으로 청소로봇(200)이 진행하도록 주행 제어부(271)로 제어신호를 출력할 수 있다. 자동 복귀 처리부(272)는 초음파와 알에프 신호 발신시마다 충전대(100)로부터 전송되는 추적정보에서 추출한 최단거리정보들을 메모리(260)에 저장하며, 차순으로 수신되는 추적정보에서 추출한 최단거리정보와 비교하여 비교결과 최단거리정보가 작아지는 방향으로 청소로봇(200)이 주행하도록 주행 제어부(271)로 제어신호를 출력한다. In addition, the automatic
부가적으로 자동 복귀 처리부(272)는 배터리 충전 요청 신호가 수신되면 소 정 시간을 주기로 주기적으로 초음파와 알에프 신호를 발신하거나, 주행중에 장애물로 인해 진행 방향이 전환되는 것과 같이 청소로봇(200)이 방향을 전환할 때마다 인 초음파와 알에프 신호를 발신하고 충전대(100)로부터 추적정보를 수신함으로써, 충전대(100)까지의 최적의 방향을 결정하여 복귀할 수 있는 장점을 갖는다. In addition, the automatic
본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 충전대(100)로부터 청소로봇(200)으로 전송되는 추적정보는 청소로봇(200)으로부터 수신되는 무선 신호 및 초음파 신호의 수신 유무와 초음파 신호의 수신 지연 시간정보를 포함하며, 이에 따라 자동 복귀 처리부(272)는 초음파 송수신부(280)에 의해 발산된 초음파가 청소구역 내에서 반사되어 되돌아오기까지의 지연시간과, 충전대(100)로부터 전송된 수신 지연 시간정보를 비교하여 해당 충전대(100)가 위치한 방향으로 주행중인지 판단한다. According to a characteristic aspect of the present invention, the tracking information transmitted from the charging
또한, 충전대(100)로부터 전송되는 추적정보에서 초음파 신호의 수신 유무를 확인하여 초음파 신호가 수신되지 않았을 경우 즉, 초음파 신호가 충전대(100)에 전송되지 않았을 경우에는 청소로봇(200)이 고립된 지역에 위치하였다고 판단하고, 해당 지역을 탈출하도록 주행 제어부(271)로 제어한다. In addition, when the ultrasonic signal is not received by checking whether the ultrasonic signal is received from the tracking information transmitted from the charging
상술한 자동 복귀 처리부(272)의 구동 과정은 도 4와 도 5를 통해 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 충전대와 이동로봇의 일례인 청소로봇 간 무선 신호 및 초음파의 송수신 타이밍을 개략적으로 나타낸 다이어그램이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동로봇의 대표적인 일례인 청소로봇의 충전대 복귀 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도시된 바 와 같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 충전대 복귀 방법은 청소로봇(200)의 구동 명령을 예를 들면, 청소로봇(200)에 구비된 입력버튼이나 구입시에 함께 제공된 리모콘의 입력버튼을 누르면(S101), 청소로봇(200)은 구동명령을 입력받아 충전대(100)로부터 이탈한다. The above-described driving process of the automatic
마이크로프로세서(150)는 주행 제어부(271)와 청소구역내의 먼지 및 이물질을 감지하여 흡입하는 흡입수단(210)으로 제어신호를 출력하여 청소하도록 한다(S103). The
청소로봇(200)의 전압감지회로(180)는 소정 주기마다 배터리(240)의 전압을 측정하는데 이는 배터리(240)의 잔량 전압을 감지하여 자동 충전시기를 판단하기 위함이다. 전압감지회로(180)는 감지된 전압과 메모리(260)에 저장된 기준 전압값과 비교하여 감지된 전압이 기준 전압값 미만일 경우 마이크로프로세서(150)의 자동 복귀 처리부(272)로 충전 요청 신호를 출력한다(S105). The voltage sensing circuit 180 of the
자동 복귀 처리부(272)는 초음파 송수신부(280)와 무선 통신 모듈(290)로 초음파와 알에프 신호를 포함하는 추적정보 요청신호를 발신하도록 제어신호를 출력한다. 이때 주행 제어부(271)는 제어신호에 따라 일정한 간격으로 청소로봇(200)이 360도 회전할 수 있도록 주행부(230)를 제어한다(S107). The
청소로봇(200)으로부터 발신된 초음파와 알에프 신호는 충전대(100)의 초음파 수신부(150)와 무선 송수신부(160)로 전송된다. 충전대(100)의 제어부(170)는 알에프 신호가 수신된 시점부터 초음파가 수신될 때까지의 시간 즉, 수신 지연시간을 카운트하여 청소로봇(200)의 거리를 산출한다. Ultrasonic and RF signals transmitted from the cleaning
또한, 충전대(100)의 제어부(170)는 산출된 거리정보와 무선 신호 및 초음파 신호의 수신 유무와 초음파 신호의 수신 지연 시간정보를 포함하는 추적정보를 청소로봇(200)으로 무선 송수신부(160)를 통해 전송하고, 청소로봇(200)의 무선 통신 모듈(290)은 이를 수신하여 자동 복귀 처리부(272)로 출력한다(S109). 이때 충전대(100)의 제어부(170)는 초음파 신호가 수신되지 않을 경우 알에프 신호의 수신 유무만을 청소로봇(200)으로 전송한다. In addition, the
자동 복귀 처리부(272)는 소정 각도로 회전하면서 발신한 추적정보 요청 신호에 따라 충전대(100)에 의해 산출되어 전송되는 추적정보에서 거리정보들을 추출하고, 추출된 거리정보들중 최단 거리정보가 추출된 각도의 방향으로 청소로봇(200)이 진행 하도록 주행 제어부(271)로 제어신호를 출력한다(S111). The
한편, 청소로봇(200)의 자동 복귀 처리부(272)는 초음파 송수신부(280)에 의해 발신된 초음파가 청소로봇(200)이 위치한 지역 내에서 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하여 해당 반사파의 수신 지연 시간정보를 메모리(260)에 저장한다. On the other hand, the automatic
자동 복귀 처리부(272)는 충전대(100)로부터 알에프 신호에 의해 전송되는 추적정보에서 초음파 수신 여부를 체크하고, 초음파 수신 지연 시간과 반사파의 수신 지연시간을 비교함으로써 해당 청소로봇(200)의 진행 방향이 맞는지를 체크한다(S113). The automatic
비교 결과 충전대(100)의 초음파 수신 지연시간이 반사파의 수신 지연시간보다 짧을 경우(CASE 1), 충전대(100)가 청소로봇(200)의 가시거리에 있다고 판단하고, 해당 진행 방향을 유지하도록 한다. As a result of comparison, when the ultrasonic reception delay time of the charging
충전대(100)의 초음파 수신 지연시간이 반사파의 수신 지연시간보다 길 경우(CASE 2), 에는 청소로봇(200)으로부터 발신된 초음파가 구역 내에서 반사되어 충전대(100)로 전송된 것이므로, 자동 복귀 처리부(272)는 충전대(100)가 가시거리에 있으나 청소로봇(200)의 진행방향이 다른 방향이라고 판단하고, 그 위치에서 수신된 최단 거리정보에 따른 방향으로의 전환하도록 제어신호를 주행 제어부(271)로 전송한다. When the ultrasonic reception delay time of the charging
충전대(100)로부터 수신되는 추적정보에서 초음파의 수신이 없었을 경우 즉, 알에프 신호는 수신하였으나 초음파는 수신하지 못한 경우(CASE 3), 자동 복귀 처리부(272)는 청소로봇(200)이 예를 들면, 충전대(100)는 거실에 있으나 청소로봇(200)은 방에 위치한 것과 같이 충전대(100)가 위치한 구역이 아닌 다른 구역에 위치한다고 판단하여 해당 지역을 이탈하도록 주행 구동부로 제어신호를 출력한다. When the ultrasonic wave is not received from the tracking information received from the charging
청소로봇(200)의 자동 복귀 처리부(272)는 충전대(100)와 도킹 가능한 위치에 도달할 때까지 상술한 과정을 반복하며, 도킹 가능한 위치에 도달하였을 경우 충전대(100) 도킹 알고리즘에 따라 충전대(100)와 도킹하여 배터리(240)를 충전한다(S115), (S117). The automatic
이와 같은 양상에 따라 청소로봇(200)의 배터리(240)의 충전이 필요할 경우 충전대(100)로의 최단거리로 예상되는 방향으로 청소로봇(200)을 주행시키며, 충전대(100) 복귀 중에도 상술한 과정을 반복함으로써, 보다 정확하고 효과적인 충전대 복귀가 가능한 장점을 갖는다. According to this aspect, when the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동로봇의 자동 충전대 복귀 시스템 및 그 방법은 수신 지연이 거의 없는 알에프 신호와 거리에 따라 수신 지연시간이 다른 초음파를 이용하여 충전대와 이동로봇 간의 거리를 산출하고, 산출된 거리정보 중 최단거리가 산출된 방향으로 이동로봇이 주행하게 함으로써, 보다 빠른 시간에 효과적으로 충전대로 복귀할 수 있는 장점을 갖는다. As described above, the automatic charging station return system and method of the mobile robot according to the present invention calculates the distance between the charging station and the mobile robot by using an ultrasonic signal having a different reception delay time according to the RF signal and the distance with little reception delay, By allowing the mobile robot to travel in the direction in which the shortest distance is calculated among the calculated distance information, it is possible to effectively return to the charging station at a faster time.
또한, 충전대 복귀 중에도 상술한 과정을 반복함으로써, 보다 정확하고 강력한 충전대 복귀 시스템을 제공할 수 있는 장점을 갖는다. In addition, by repeating the above-described process during charging station return, there is an advantage that can provide a more accurate and powerful charging station return system.
이상에서 본 발명은 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명되었지만 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자라면 자명하게 도출 가능한 많은 변형 예들을 포괄하도록 의도된 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어져야 한다. The present invention has been described above with reference to preferred embodiments, but is not limited thereto, and is interpreted by the appended claims, which are intended to cover many modifications that will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Should be done.
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