KR101672787B1 - 로봇청소기와 도킹스테이션 및 이를 가지는 로봇청소기 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

로봇청소기와 도킹스테이션 및 이를 가지는 로봇청소기 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 도킹유도신호를 발신하는 도킹 스테이션과, 도킹유도신호를 감지하면 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역의 경계면을 따라 도킹영역으로 이동하고, 도킹영역에 도착하면 도킹영역을 따라 이동하여 도킹을 수행하는 로봇청소기를 포함하는 로봇 청소기 시스템의 구성으로 로봇 청소기는 빠르게 도킹 스테이션에 도킹을 수행할 수 있다.
도킹 스테이션은 도킹유도신호 또는 도킹신호에 포함되는 복수개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하여 발신하므로 로봇 청소기가 반사파를 구분할 수 있도록 한다.
도킹 스테이션은 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하여 발신함으로써 로봇 청소기가 도킹유도신호의 영역정보를 빠르게 파악할 수 있도록 한다.

Description

로봇청소기와 도킹스테이션 및 이를 가지는 로봇청소기 시스템 및 그 제어방법{ROBOT CLEANER AND DOCKING STATION AND ROBOT CLEANER SYSTEM HAVING THE SAME AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 로봇청소기와 도킹스테이션을 구비한 로봇청소기 시스템에 관한 것이다.
로봇 청소기는 사용자의 조작없이 일정 범위의 작업 영역을 스스로 주행하면서 바닥 면으로부터 먼지, 이물질 등을 흡입하는 청소 작업을 수행하는 장치를 말한다. 로봇 청소기는 센서 또는 카메라를 통해 집안이나 사무실과 같은 작업 영역 내에 설치된 가구, 사무용품, 벽과 같은 장애물까지의 거리를 판별하고, 판별된 정보를 이용하여 장애물과 충돌하지 않도록 주행하면서 지시된 작업을 수행한다.
로봇 청소기는 청소하고자 하는 구역을 자율적으로 이동하며 자동 청소를 수행하다가 충전 및 로봇 청소기 내에 저장된 먼지를 비우기 위해 도킹 스테이션으로 이동한다.
본 발명의 일 측면은 복수의 도킹 신호가 겹쳐지는 중첩영역 없이도 로봇 청소기를 도킹 위치로 유도하여 도킹하는 로봇청소기와 도킹스테이션 및 이를 가지는 로봇청소기 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 측면은 도킹 신호의 주기를 측정하여 반사파를 검출하는 로봇청소기와 도킹스테이션 및 이를 가지는 로봇청소기 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 복수의 도킹 신호를 동일한 데이터 코드로 일치시켜 복수의 영역정보를 나타내도록 구성되는 로봇청소기와 도킹스테이션 및 이를 가지는 로봇청소기 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
이를 위한 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기 시스템은 전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 상기 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 상기 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 상기 도킹유도신호를 발신하는 도킹 스테이션; 및 상기 도킹유도신호를 감지하면 상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역의 경계면을 따라 상기 도킹영역으로 이동하고, 상기 도킹영역에 도착하면 상기 도킹영역을 따라 이동하여 도킹을 수행하는 로봇청소기;를 포함할 수 있다.
상기 도킹스테이션은 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하여 상기 도킹영역을 형성할 수 있다.
상기 도킹 스테이션은 상기 본체의 전방 양측으로 도킹유도신호를 발신하는 제1발신부 및 제2발신부와, 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 제3발신부를 포함할 수 있다.
상기 제1발신부 및 제2발신부는 상기 도킹유도신호를 발생하는 제1발광부 및 제2발광부와, 상기 제1렌즈부 또는 제2렌즈부를 통과한 상기 도킹유도신호의 일부를 차단시켜 상기 도킹유도신호의 확산각도를 줄이는 제1가림판 및 제2가림판을 각각 구비할 수 있다.
상기 제1발광부 및 제2발광부의 외부에 마련되어 상기 도킹유도신호를 확산시키는 제1렌즈부 및 제2렌즈부를 더 구비할 수 있다.
상기 제3발신부는 상기 도킹신호를 발생하는 제3발광부와, 상기 도킹 신호가 일정한 각도 범위 내로 형성되도록 상기 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 도킹 스테이션은 전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 상기 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 상기 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 상기 도킹유도신호를 발신하는 적어도 하나 이상의 발신부를 포함하며, 상기 발신부는 상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하여 발신할 수 있다.
상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하는 것은, 상기 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역에 모두 도달하는 진폭의 세기가 큰 신호와 상기 제2도킹유도영역에만 도달하는 진폭의 세기가 작은 신호를 하나의 신호로 구현할 수 있다.
상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하는 것은, 상기 제1도킹유도영역에서는 상기 진폭의 세기가 큰 신호만으로 데이터 비트가 해석되고, 상기 제2도킹유도영역에서는 상기 진폭의 세기가 큰 신호와 상기 진폭의 세기가 작은 신호가 모두 데이터 비트로 해석되도록 진폭의 세기가 다른 신호를 하나의 신호로 구현할 수 있다.
상기 도킹유도신호를 발신하는 발신부는 도킹유도신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹유도신호의 일부를 차단시켜 상기 도킹유도신호의 확산각도를 줄이는 가림판을 구비할 수 있다.
상기 발광부의 외부에 마련되어 상기 도킹유도신호를 확산시키는 렌즈부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1도킹유도영역 또는 제2도킹유도영역과 중첩이 없는 도킹영역이 형성되도록 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 발신부를 더 포함할 수 있다.
상기 도킹신호를 발신하는 발신부는 도킹신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹신호가 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 형성되도록 상기 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 도킹 스테이션은 전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 상기 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 상기 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 상기 도킹유도신호를 발신하는 적어도 하나 이상의 발신부를 포함하며, 상기 도킹유도신호에 포함되는 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하여 발신할 수 있다.
상기 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하는 것은, 상기 복수 개의 하이구간 중 연속되는 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정할 수 있다.
상기 제1도킹유도영역 또는 제2도킹유도영역과 중첩이 없는 도킹영역이 형성되도록 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 발신부를 더 포함하며, 상기 도킹신호에 포함되는 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하여 발신할 수 있다.
상기 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하는 것은, 상기 복수 개의 하이구간 중 연속되는 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정할 수 있다.
상기 도킹신호를 발신하는 발신부는 도킹신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹신호가 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 형성되도록 상기 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.
상기 도킹유도신호를 발신하는 발신부는 도킹유도신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹유도신호의 일부를 차단시켜 상기 도킹유도신호의 확산각도를 줄이는 가림판을 구비할 수 있다.
상기 발광부의 외부에 마련되어 상기 도킹유도신호를 확산시키는 렌즈부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 로봇 청소기의 제어방법은 도킹 스테이션에 도킹이 필요한 상태인지 확인하고, 상기 도킹이 필요한 상태이면 상기 도킹 스테이션에서 일정한 거리 이상에 형성되는 제1도킹유도영역과 상기 도킹 스테이션에서 일정한 거리 이내에 형성되는 제2도킹유도영역과의 경계면을 향해 이동하고, 상기 경계면을 감지하면 상기 경계면을 따라 이동하여 상기 도킹스테이션에서 전방 중앙으로 일정한 각도 범위 내에 형성되는 도킹영역에 도착하고, 상기 도킹영역에 도착하면 상기 도킹영역을 따라 이동하여 상기 도킹 스테이션에 도킹을 수행할 수 있다.
상기 경계면을 감지하는 것은, 상기 로봇 청소기가 최초 상기 제1도킹유도영역에 있는 것으로 확인되면 상기 도킹 스테이션이 위치한 방향으로 이동하고, 상기 도킹 스테이션 방향으로 이동 중 상기 제2도킹유도영역에 도달하는 시점에 상기 로봇 청소기가 위치하는 지점이 상기 경계면인 것으로 감지할 수 있다.
상기 경계면을 감지하는 것은, 상기 로봇 청소기가 최초 상기 제2도킹유도영역에 있는 것으로 확인하면 상기 도킹 스테이션이 위치한 방향과 다른 방향으로 이동하고, 이동 중 상기 제1도킹유도영역에 도달하는 시점에 상기 로봇 청소기가 위치하는 지점이 상기 경계면인 것으로 감지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일측면에 의하면 도킹 스테이션에 간단한 부품을 장착하여 도킹 영역을 형성할 수 있기 때문에 부품으로 인해 발생하는 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 의하면 도킹 신호의 주기를 측정하여 도킹 신호와 반사파를 구별할 수 있기 때문에 로봇 청소기가 엉뚱한 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 도킹 신호의 길이를 가변시켜 발신함으로써 도킹 신호와 반사파를 용이하게 구별할 수 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 하나의 도킹유도신호에 복수의 영역정보를 구현함으로써 로봇 청소기에서는 도킹유도신호의 영역정보를 빠르게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기 시스템의 외관사시도
도 2는 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기의 투명 사시도
도 3a는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션의 전방 사시도
도 3b는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션의 후방 사시도
도 4는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션에 구비되는 발신부의 투명 확대도
도 5는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션의 제어블록도
도 6은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기의 제어블록도
도 7은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도
도 8은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기의 도킹 과정을 설명하기 위한 제어흐름도
도 9a 내지 9d는 본 발명의 일측면에 의한 반사파의 검출 원리를 설명하기 위한 도면
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일실시예에 의한 복수의 도킹 신호를 하나의 데이터 코드로 일치시키고 복수의 영역정보를 형성하기 위한 원리를 설명하기 위한 도면
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기 시스템의 외관사시도이고, 도 2는 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기의 투명 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션의 전방 사시도이며, 도 3b는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션의 후방 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션에 구비되는 발신부의 투명 확대도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 로봇 청소기 시스템은 로봇 청소기(20)와, 로봇 청소기(20)의 배터리를 충전하는 도킹 스테이션(10)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 로봇 청소기(20)는 외관을 형성하는 본체(22)와, 본체(22)의 전, 후방에 설치되어 도킹 스테이션(10)에서 발신하는 신호를 수신하는 수신부(210a내지210d)와, 본체(22)의 하부에 설치되어 로봇 청소기(20)를 이동시키는 구동 바퀴(24)를 포함한다.
로봇 청소기(20)의 수신부(210a내지210d)는 도킹 스테이션(10)에서 발신하는 도킹 신호 또는 도킹 유도 신호를 수신한다. 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기(20)의 수신부(210a내지210d)는 본체(22)의 전방 중앙에 2개 설치되며, 본체(22)의 후방 양측에 각각 설치된다.
로봇 청소기(20)의 구동바퀴(24)는 본체(22)의 좌우에 구비되며, 모터 구동부(미도시)에 의해 독립적으로 구동되어 로봇 청소기(20)를 필요한 방향으로 이동시킨다. 구동바퀴(24)의 전,후방에는 본체(22)를 지지함과 아울러 로봇 청소기(20)의 주행을 원활하게 하는 복수의 보조바퀴(예를 들면, 캐스터)가 설치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도킹 스테이션(10)은 외관을 형성하는 본체(11)와, 본체(11)에 설치되어 도킹 신호 또는 도킹 유도 신호를 발신하는 발신부(110a,110b,110c)를 포함하여 구성된다.
도킹 스테이션(10)의 상단에는 전방 양측에 설치되어 도킹 유도 신호를 외부로 발신하는 제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)가 각각 마련되며, 전방 중앙에 설치되어 소정의 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 제3발신부(110c)가 마련된다.
도킹 스테이션(10)의 하단에는 도킹 스테이션(10)의 이동을 방지하는 슬립방지패드(14)가 부착된다. 슬립방지패드(14)는 큰 마찰계수를 갖는 재질(예를 들면, 고무)로 형성된다. 슬립방지패드(14)는 로봇 청소기(20)의 도킹 방향에 대하여 반대 방향으로 경사지게 연장된 제1슬립방지부(14a)와, 로봇 청소기(20)의 분리 방향에 대하여 반대 방향으로 경사지게 연장된 제2슬립방지부(14b)와, 핀 형상으로 하측으로 연장된 제3슬립방지부(14c)를 포함한다. 또한, 도킹 스테이션(10)의 하단에는 로봇 청소기(20)의 연결단자(242)와 도킹 스테이션(10)의 충전단자(12)가 안정적으로 접촉되도록 가이드홈(15)이 오목하게 형성된다.
도킹 스테이션(10)의 하단에는 로봇 청소기(20)의 배터리를 충전하는 충전단자(12)가 마련된다. 충전단자(12)의 상면에는 로봇 청소기(20)의 연결단자(242)와 접속이 보다 안정적으로 이루어질 수 있도록 엠보싱(12a)이 마련된다. 도킹 스테이션(10) 하단 내부에는 로봇 청소기(20)가 도킹 스테이션(10)에 진입하면 눌러지는 택트 스위치(13)가 마련되며, 택트 스위치(13)가 눌러지면 충전단자(12)에 전원이 인가된다.
도 4를 참조하면, 도킹 스테이션(10)에 구비되는 발신부(110a내지110c)는 발신부(110a내지110c)의 양측에 설치되어 도킹 유도 신호를 외부로 발신하는 제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)가 각각 마련되며, 중앙에 설치되어 소정의 각도 범위 내로 도킹 신호를 발신하는 제3발신부(110c)가 마련된다.
제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)는 도킹 유도 신호를 생성하는 제1발광부(111a) 및 제2발광부(111b)를 각각 포함하고, 제1발광부(111a) 및 제2발광부(111b)에서 생성된 도킹 유도 신호를 확대시키는 제1렌즈부(112a) 및 제2렌즈부(112b)를 각각 포함하며, 제1렌즈부(112a) 및 제2렌즈부(112b)의 전방 일단에 마련되어 렌즈부(112a,112b)를 통과하는 도킹 유도 신호의 일부를 차단시켜 확산각도를 조정하는 제1가림판(113a) 및 제2가림판(113b)을 각각 포함한다.
제1렌즈부(112a) 및 제2렌즈부(112b)는 표면의 굴절율을 이용하여 신호의 확산각도가 180°가 되도록 조정할 수 있는 180°확산 렌즈를 포함한다. 제1렌즈부(112a) 및 제2렌즈부(112b)의 외면은 평면인 다면체로 구성되며, 그 내부는 빛의 확산이 보다 잘 일어나도록 곡면으로 형성된 홈(115a,115b)이 마련된다.
제3발신부(110c)는 도킹 신호를 생성하는 제3발광부(111c)를 포함하며, 제3발광부(111c)에서 생성된 도킹 신호가 소정의 각도 범위 이내로 발신되도록 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부(114a)가 마련된다. 가이드부(114a)는 슬릿이며, 적외선이 투과할 수 없는 가림판 또는 금속과 같은 소재로 형성되어 일종의 적외선 차단 장치의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 제1발광부(111a) 내지 제3발광부(111c)는 적외선 신호를 생성하는 적외선 발광소자나 빛을 생성하는 LED(Light Emitted Diode : 발광 다이오드)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일측면에 의한 도킹 스테이션의 제어블록도이며, 도 7은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 도킹 스테이션(10)은 도킹유도신호를 발신하는 제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)와 도킹신호를 발신하는 제3발신부(110c)와, 로봇 청소기(20)의 배터리를 충전하는 충전단자(12)와, 충전단자(12)에 전원을 공급하는 전원공급부(130)와, 로봇 청소기(20)의 도킹을 감지하는 도킹감지부(120)와, 도킹 스테이션(10)의 제어 전반을 관장하는 제어부(140)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)는 도킹유도영역에 도킹유도신호인 좌영역 신호(L영역과 W1영역 신호)와 우영역 신호(R영역과 W2영역 신호)를 각각 발신한다. 좌영역 신호와 우영역 신호는 비트 배열로 구분할 수 있다. 예를 들면, 좌영역 신호는 비트 배열 "01"로 정하고, 우영역 신호는 비트 배열 "10"으로 정할 수 있다. 각 영역 신호의 비트 배열에 대한 구체적인 설명은 후술한다. 한편, 제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)는 가림판(113a,113b)에 의해 확산각도가 대략 90도 이내가 되기 때문에 도킹 스테이션(10) 전방의 중앙 영역에는 도킹유도영역과 구분되는 도킹영역(P영역)이 형성된다. 한편, 도킹영역(P영역)은 별도의 신호가 없는 비신호구간으로 구현할 수도 있다. 즉, 제3발신부(100c)의 동작을 정지시키고, 도킹 스테이션(10) 전방의 일정한 각도 범위 내에 아무런 신호가 없는 구간을 도킹영역으로 하여 후술한 로봇청소기(20)의 도킹 제어도 가능하다.
제3발신부(110c)는 도킹영역에 발신각도범위가 좁은 도킹신호인 중앙영역 신호를 발신한다. 제3발신부(110c)는 도킹 신호를 가이드하는 가이드부(114a)를 구비하며, 가이드부(114a)는 제3발광부(111c)에서 나오는 도킹신호가 도킹 스테이션(10) 전방 중앙의 소정의 영역에 형성되도록 그 진행 방향을 가이드한다.
충전단자(12)는 로봇 청소기(20)의 내부에 설치된 충전배터리(미도시)와 전기적으로 연결된 연결단자(242)와 접속된다. 충전단자(12)는 로봇 청소기(20)의 연결단자와 연결되면 충전 전원을 공급한다.
전원공급부(130)는 로봇 청소기(20)의 충전배터리를 충전할 수 있도록 충전단자(12)에 충전전력을 공급한다.
제어부(140)는 도킹 스테이션(10)의 전반적인 동작을 제어하는 마이크로 프로세서로, 도킹 감지부(120)로부터 전송되는 도킹 감지 신호에 따라 전원 공급부(130)를 통해 충전단자(12)로 전원이 공급되도록 한다.
제어부(140)는 제1발신부(110a) 내지 제3발신부(110c)에서 발신하는 도킹신호의 데이터 비트의 하이 구간의 시간 길이를 조정하여 로봇 청소기(20)가 도킹신호를 반사파와 구분할 수 있도록 한다. 로봇 청소기(20)는 도킹 스테이션(10)에서 발신되는 도킹신호의 하이구간 시작지점과 그 다음 하이구간 시작지점과의 시간 길이를 측정하여 그 데이터의 비트를 판단한다. 도9a 내지 도 9d를 참조하면, 도9a는 도킹 유도 신호 또는 도킹 신호이고, 도9b는 도9a의 도킹신호 또는 도킹유도신호가 장애물에 반사되어 변형된 반사파이다. 로봇 청소기(20)는 도9b와 같이 신호가 약해지면 제1하이구간의 크기가 가장 높은 지점과 그 다음 하이구간인 제2하이구간의 크기가 가장 높은 지점 사이의 시간 길이(A2,B2)를 측정하여 그 데이터의 비트를 판단한다. 이 때, 도 9a의 하이구간 사이의 거리인 A1, B1과 도 9b의 하이구간 사이의 거리인 A2, B2가 각각 같은 것을 알 수 있다.(A1=A2, B1=B2) 이에 따라, 도킹신호 또는 도킹유도신호가 장애물에 반사되어 변형된 반사파를 로봇 청소기(20)가 인식할 수 없게 된다. 이를 해결하기 위해, 제어부(140)는 도킹유도신호 또는 도킹신호의 데이터 비트의 하이 구간의 지연 시간을 다르도록 조정한다. 도 9c 및 도 9d를 참조하면, 데이터 비트의 하이 구간의 길이를 l과 m으로 다르도록 제어하여 신호를 발신하면, 도 9c의 하이구간의 시작지점과 그 다음 하이구간의 시작지점 사이의 시간길이는 A3, B3가 된다. 이 때, 도 9d에 도시된 반사파의 하이구간 사이의 거리는 A4, B4가 되며, A4와 B4는 A3, B3와 각각 다른 값이 되므로 로봇 청소기(20)는 저장된 하이구간의 시간길이와 그 값이 다른 A4 또는 B4가 인식되면 그 신호를 반사파로 인식할 수 있다.
제어부(140)는 제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)에서 발신하는 도킹유도신호 또는 제3발신부(110c)에서 발신하는 도킹신호의 데이터 비트를 조정하여 한 신호에 영역별 다른 신호를 처리 가능하도록 한다. 예를 들면, 제1발신부(110a)는 제1도킹유도영역에 발신하는 도킹유도신호와 제2도킹유도영역에 발신하는 도킹유도신호를 시간차를 두어 각각 발신하는 것이 아니라 하나의 신호의 형태에 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 모두 구현하여 발신함으로써 여러 영역 신호의 각 주기가 한 신호 주기로 짧아지게 한다. 예를 들면, 표 1에 도시한 바와 같이, 좌영역 비트배열을 "01"이라 하고, 우영역 비트 배열을 "10"이라 하고, 장거리영역 비트배열을 "11"이라 한다.
좌영역(단거리) 우영역(단거리) 장거리영역
데이터 비트 01 10 11
이 때 도 10a를 참조하여 비트의 시간길이를 설명하면, 비트 "0"은 하이구간의 시간길이 0.5, 로우구간의 시간길이 0.6이라 하고, 비트 "1"은 하이구간 시간길이 0.5, 로우구간 시간길이 1.7이라 하고, "11"은 하이구간 시간길이 0.5, 로우구간 시간길이 2.8이라 가정해보면,
제1발신부(110a) 및 제2발신부(110b)는 도 10b 및 도 10c에 도시한 형태로 도킹유도신호를 발신하여 제1도킹유도신호와 제2도킹유도신호를 한 신호의 형태로 발신한다. 도 10b를 보면, 하이 구간의 진폭을 a1과 a2로 다르게 설정한다. a1진폭의 신호는 장거리 도킹유동영역인 제1도킹유도영역에 도달하고, a2진폭의 신호는 단거리 도킹유도영역인 제2도킹유도영역까지만 도달한다.
일 예로, 도 10b에 도시된 도킹유도신호를 해석해보면, 단거리 도킹유도영역에서는 a1진폭의 하이신호와 a2진폭의 하이신호가 모두 도달하므로, 0.5의 시간길이를 가지는 하이신호(a1진폭의 하이신호)와 그 다음 연속하는 0.6의 시간길이를 가지는 로우신호가 비트 "0"으로 해석되고, 그 다음 0.5의 시간 길이를 가지는 하이신호(a2진폭의 하이신호)와 그 다음 연속하는 1.7의 시간길이를 가지는 로우신호가 비트 "1"로 해석되므로, 총 비트 배열은 "01"로 되어 좌영역 단거리 도킹유도신호로 해석된다. 또한, 장거리 도킹유도영역에서는 a1진폭의 하이신호는 도달하고 a2진폭의 하이신호는 도달하지 않으므로, 도 10d에 도시한 형태의 신호가 로봇 청소기(20)에 도달한다. 이에 따라, 0.5의 시간 길이를 가지는 하이신호(a1진폭의 하이신호)와 그 다음 연속하는 2.8의 시간 길이를 가지는 로우신호가 들어와 "11"의 정보가 입력되고, 이는 장거리 도킹유도신호로 해석된다.
또 다른 예로 도 10c에 도시된 도킹유도신호를 해석해보면, 단거리 도킹유도영역에서는 a1진폭의 하이신호와 a2진폭의 하이신호가 모두 도달하므로, 0.5의 시간길이를 가지는 하이신호(a1진폭의 하이신호)와 그 다음 연속하는 1.7의 시간길이를 가지는 로우신호가 비트 "1"로 해석되고, 그 다음 0.5의 시간 길이를 가지는 하이신호(a2진폭의 하이신호)와 그 다음 연속하는 0.6의 시간길이를 가지는 로우신호가 비트 "0"으로 해석되므로, 총 비트 배열은 "10"로 되어 우영역 단거리 도킹유도신호로 해석된다. 또한, 장거리 도킹유도영역에서는 a1진폭의 하이신호는 도달하고 a2진폭의 하이신호는 도달하지 않으므로, 도10d에 도시한 형태의 신호가 로봇 청소기(20)에 도달한다. 이에 따라, 0.5의 시간 길이를 가지는 하이신호(a1진폭의 하이신호)와 그 다음 연속하는 2.8의 시간 길이를 가지는 로우신호가 들어와 "11"의 정보가 입력되고, 이는 장거리 도킹유도신호로 해석된다.
상술한 것처럼, 단거리 도킹유도영역신호와 장거리 도킹유도영역신호를 한 신호 주기로 전송하게 되면, 로봇 청소기(20)는 종전에 비해 빠르게 영역을 구분할 수 있다.(영역신호 간의 시간차를 줄일 수 있음)
도 6은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기의 제어블록도이다.
로봇 청소기(20)는 도킹신호 또는 리모컨 신호를 수신하는 수신부(210a내지210d)와, 주변의 장애물을 감지하는 장애물 감지부(220)와, 로봇 청소기(20)를 구동하는 구동부(230)와, 배터리의 잔량을 감지하는 배터리 감지부(240)와, 로봇 청소기(20)의 주행 패턴 등을 저장하는 저장부(250)와, 로봇 청소기(20)의 제어 전반을 관장하는 제어부(260)를 포함하여 구성된다.
수신부(210a내지210d)는 도킹 스테이션(10)의 제1발신부(110a) 내지 제3발신부(110c)에서 전송되는 도킹 신호를 수신한다. 수신부(210a내지210d)는 도킹신호를 수신하는 적외선 수신모듈을 포함하며, 적외선 수신모듈은 특정 대역의 적외선 신호를 수신할 수 있는 적외선 수신소자를 포함하여 구성된다.
장애물 감지부(220)는 로봇 청소기(20)가 주행하는 영역 내에 설치된 가구, 사무용품 기기, 벽 등과 같은 장애물을 감지한다. 장애물 감지부(220)는 전후좌우측감지기와 아날로그 디지털 변환기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 전후좌우측감지기는 로봇청소기의 전후좌우에 구비되며 RF신호를 외부로 발산시키고, RF신호가 주변의 장애물로부터 반사되어 되돌아오는 반사신호를 검출하는 RF센서를 구비한다. 장애물 감지부(220)는 신호를 입력받고, 아날로그 디지털 변환기를 통해 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 장애물 감지신호를 생성하여 제어부(260)에 전달한다.
구동부(230)는 제어부(260)에서 출력되는 제어신호에 따라 구동바퀴(24)에 연결된 모터(미도시)에 인가되는 전원레벨을 제어하여 로봇 청소기(20)를 구동시킨다.
배터리 감지부(240)는 로봇 청소기(20)의 구동 전원을 공급하는 충전 배터리(241)의 충전 잔량을 감지하여 충전 잔량 정보를 제어부(260)에 전달한다.
저장부(250)는 로봇 청소기(20)의 구동을 위한 운영 프로그램과 주행 패턴 등을 기억하며 로봇 청소기(20)의 위치 정보와 장애물 정보 등을 저장하며 읽고 쓰기가 가능한 EEPROM이나 플래쉬 메모리와 같은 비휘발성 메모리가 사용될 수 있다. 한편, 저장부(250)에 저장된 데이터는 제어부(260)에 의해 제어된다.
제어부(260)는 로봇 청소기(20)의 전반적인 동작을 제어하는 마이크로 프로세서로, 배터리 감지부(240)로부터 전달되는 도킹 요청신호에 따라 도킹 스테이션(10)으로 도킹할 것인지 여부를 판단한다. 제어부(260)는 수신부(210a내지210d)에서 수신되는 도킹유도신호 또는 도킹신호에 따라 로봇 청소기(20)의 진행 방향을 판단하여 도킹 스테이션(10)에 도킹할 수 있도록 한다. 로봇 청소기(20)가 도킹 스테이션(10)에 도킹하는 구체적인 방법에 대해서는 후술한다.
도 8은 본 발명의 일측면에 의한 로봇 청소기의 도킹 과정을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
청소 모드가 설정된 로봇 청소기(20)는 입력된 청소경로 또는 랜덤 방식으로 선택된 청소경로에 따라 청소작업을 수행한다. 로봇 청소기(20)는 청소 작업 도중 배터리가 일정 수준 이하까지 소모되거나 흡입된 먼지 등이 소정량 이상인지 확인하여 로봇 청소기(20)가 도킹 스테이션(10)에 복귀해야 하는 도킹필요상태인지 확인한다.(300,310)
다음으로, 로봇 청소기(20)의 상태가 도킹필요상태이면 청소 모드에서 도킹 모드로 전환된다. 로봇 청소기(20)의 모드가 도킹 모드이면 로봇 청소기(20)는 도킹 신호 또는 도킹 유도 신호를 감지할 수 있도록 랜덤한 경로 또는 설정된 경로로 움직인다.(320)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도신호가 감지되는지 확인하고, 제1도킹유도신호가 감지되는지 확인한다. 제1도킹유도신호는 제1발신부(110a) 또는 제2발신부(110b)에서 장거리 영역에 발신하는 신호이다. 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도신호가 감지되면 장거리 영역인 제1도킹영역에 위치한다고 판단한다.(330)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도신호를 감지하면 제1도킹유도신호를 발신하는 도킹 스테이션(10) 방향으로 이동한다. 로봇 청소기(20)는 전방에 위치한 수신부(210a내지210d)의 신호 감지에 따라 제1도킹유도신호가 발신되는 방향으로 이동한다.(340)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도신호가 발신되는 방향으로 이동하면서 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역의 경계면이 감지되는지 확인한다. 제1도킹유도영역은 장거리 도킹 유도영역이고, 제2도킹유도영역은 단거리 도킹 유도영역이며, 경계면은 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역 사이의 경계를 의미한다. 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도신호가 발신되는 방향으로 이동 중에도 계속적으로 도킹유도신호를 감지하고, 감지되는 도킹유도신호가 제1도킹유도신호에서 제2도킹유도신호로 변화되는 시점에 경계면에 위치한다고 판단할 수 있다.(350)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역 사이의 경계면을 감지하면 경계면을 따라 이동한다. 로봇 청소기(20)는 제2도킹유도신호가 좌영역신호인지 우영역신호인지 확인하고, 확인된 결과에 따라 경계면을 따라 이동하는 방향을 정할 수 있다. 예를 들면, 로봇 청소기(20)는 도킹 스테이션(10) 방향으로 이동 중 좌영역 신호인 제2도킹유도신호를 감지하면 우방향으로 이동하여 로봇 청소기(20)가 도킹 스테이션(10)의 전방의 소정의 위치에 도달할 수 있도록 한다.(360)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 경계면으로 따라 이동 중 도킹 신호를 감지하면 도킹 스테이션(10) 방향으로 정렬하고, 도킹 신호를 따라 도킹 스테이션(10)의 도킹 위치로 이동하여 도킹한다.(370,380)
한편, 330단계에서 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도신호가 감지되지 않고, 제2도킹유도신호가 감지되면 제2도킹유도신호가 발신되는 방향과 다른 방향(예를 들면, 반대방향)으로 이동한다.(390,400)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 제2도킹유도신호가 발신되는 방향과 다른 방향(예를 들면, 반대방향)으로 이동하면서 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역의 경계면이 감지되는지 확인한다. 로봇 청소기(20)는 제2도킹유도신호가 발신되는 방향과 다른 방향(예를 들면, 반대방향)으로 이동 중에도 계속적으로 도킹유도신호를 감지하고, 감지되는 도킹유도신호가 제2도킹유도신호에서 제1도킹유도신호로 변화되는 시점에 경계면에 위치한다고 판단할 수 있다.(410)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역 사이의 경계면을 감지하면 경계면을 따라 이동한다.(360)
다음으로, 로봇 청소기(20)는 경계면으로 따라 이동 중 도킹 신호를 감지하면 도킹 스테이션(10) 방향으로 정렬하고, 도킹 신호를 따라 도킹 스테이션(10)의 도킹 위치로 이동하여 도킹한다.(370,380)
한편, 330 및 390단계에서 제1도킹유도신호 및 제2도킹유도신호를 감지하지 못하고, 바로 도킹신호를 감지하면 도킹 스테이션(10) 방향으로 정렬하고, 도킹 신호를 따라 도킹 스테이션(10)의 도킹 위치로 이동하여 도킹한다.(420,380)
10...도킹 스테이션 20...로봇 청소기
110a, 110b, 110c...발신부 111a, 111b, 111c...발광부
112a, 112b...렌즈부 113a, 113b...가림판
114a...가이드부 115a, 115b...홈

Claims (23)

  1. 전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 상기 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 상기 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 상기 도킹유도신호를 발신하는 도킹 스테이션; 및
    상기 도킹유도신호를 감지하면 상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역의 경계면을 따라 상기 도킹영역으로 이동하고, 상기 도킹영역에 도착하면 상기 도킹영역을 따라 이동하여 도킹을 수행하는 로봇청소기;를 포함하는 로봇 청소기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도킹스테이션은 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하여 상기 도킹영역을 형성하는 로봇 청소기 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도킹 스테이션은 상기 본체의 전방 양측으로 도킹유도신호를 발신하는 제1발신부 및 제2발신부와, 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 제3발신부를 포함하는 로봇 청소기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1발신부 및 제2발신부는 상기 도킹유도신호를 발생하는 제1발광부 및 제2발광부와, 상기 도킹유도신호의 일부를 차단시켜 상기 도킹유도신호의 확산각도를 줄이는 제1가림판 및 제2가림판을 각각 구비하는 로봇 청소기 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1발광부 및 제2발광부의 외부에 마련되어 상기 도킹유도신호를 확산시키는 제1렌즈부 및 제2렌즈부를 더 구비하는 로봇 청소기 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제3발신부는 상기 도킹신호를 발생하는 제3발광부와, 상기 도킹 신호가 일정한 각도 범위 내로 형성되도록 상기 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부를 포함하는 로봇 청소기 시스템.
  7. 전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 상기 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 상기 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 상기 도킹유도신호를 발신하는 적어도 하나 이상의 발신부를 포함하며,
    상기 발신부는 상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하여 발신하는 도킹스테이션.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하는 것은,
    상기 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역에 모두 도달하는 진폭의 세기가 큰 신호와 상기 제2도킹유도영역에만 도달하는 진폭의 세기가 작은 신호를 하나의 신호로 구현하는 것인 도킹스테이션.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1도킹유도영역과 상기 제2도킹유도영역에 발신하는 신호를 하나의 신호로 구현하는 것은,
    상기 제1도킹유도영역에서는 상기 진폭의 세기가 큰 신호만으로 데이터 비트가 해석되고, 상기 제2도킹유도영역에서는 상기 진폭의 세기가 큰 신호와 상기 진폭의 세기가 작은 신호가 모두 데이터 비트로 해석되도록 진폭의 세기가 다른 신호를 하나의 신호로 구현하는 것인 도킹스테이션.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 도킹유도신호를 발신하는 발신부는 도킹유도신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹유도신호의 일부를 차단시켜 상기 도킹유도신호의 확산각도를 줄이는 가림판을 구비하는 도킹스테이션.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발광부의 외부에 마련되어 상기 도킹유도신호를 확산시키는 렌즈부를 더 포함하는 도킹스테이션.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1도킹유도영역 또는 제2도킹유도영역과 중첩이 없는 도킹영역이 형성되도록 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 발신부를 더 포함하는 도킹 스테이션.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도킹신호를 발신하는 발신부는 도킹신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹신호가 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 형성되도록 상기 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부를 포함하는 도킹 스테이션.
  14. 전방의 일정한 각도 범위 내에 도킹영역을 형성하고, 상기 도킹영역의 좌우에 서로 중첩되지 않는 도킹유도영역을 형성하며, 상기 도킹유도영역이 도킹유도신호의 도달거리에 따라 제1도킹유도영역과 제2도킹유도영역으로 구분되도록 상기 도킹유도신호를 발신하는 적어도 하나 이상의 발신부를 포함하며,
    상기 도킹유도신호에 포함되는 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하여 발신하는 도킹 스테이션.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하는 것은,
    상기 복수 개의 하이구간 중 연속되는 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하는 것인 도킹 스테이션.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1도킹유도영역 또는 제2도킹유도영역과 중첩이 없는 도킹영역이 형성되도록 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 도킹신호를 발신하는 발신부를 더 포함하며,
    상기 도킹신호에 포함되는 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하여 발신하는 도킹 스테이션.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수 개의 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하는 것은,
    상기 복수 개의 하이구간 중 연속되는 하이구간의 지연시간을 다른 길이로 조정하는 것인 도킹 스테이션.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 도킹신호를 발신하는 발신부는 도킹신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹신호가 상기 본체의 전방 중앙에 일정한 각도 범위 내로 형성되도록 상기 도킹 신호의 진행 방향을 가이드하는 가이드부를 포함하는 도킹 스테이션.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 도킹유도신호를 발신하는 발신부는 도킹유도신호를 발생하는 발광부와, 상기 도킹유도신호의 일부를 차단시켜 상기 도킹유도신호의 확산각도를 줄이는 가림판을 구비하는 도킹스테이션.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 발광부의 외부에 마련되어 상기 도킹유도신호를 확산시키는 렌즈부를 더 포함하는 도킹스테이션.
  21. 도킹 스테이션에 도킹이 필요한 상태인지 확인하고,
    상기 도킹이 필요한 상태이면 상기 도킹 스테이션에서 일정한 거리 이상에 형성되는 제1도킹유도영역과 상기 도킹 스테이션에서 일정한 거리 이내에 형성되는 제2도킹유도영역과의 경계면을 향해 이동하고,
    상기 경계면을 감지하면 상기 경계면을 따라 이동하여 상기 도킹스테이션에서 전방 중앙으로 일정한 각도 범위 내에 형성되는 도킹영역에 도착하고,
    상기 도킹영역에 도착하면 상기 도킹영역을 따라 이동하여 상기 도킹 스테이션에 도킹을 수행하는 로봇 청소기의 제어방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 경계면을 감지하는 것은,
    상기 로봇 청소기가 최초 상기 제1도킹유도영역에 있는 것으로 확인되면 상기 도킹 스테이션이 위치한 방향으로 이동하고, 상기 도킹 스테이션 방향으로 이동 중 상기 제2도킹유도영역에 도달하는 시점에 상기 로봇 청소기가 위치하는 지점이 상기 경계면인 것으로 감지하는 것인 로봇 청소기의 제어방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 경계면을 감지하는 것은,
    상기 로봇 청소기가 최초 상기 제2도킹유도영역에 있는 것으로 확인하면 상기 도킹 스테이션이 위치한 방향과 다른 방향으로 이동하고, 이동 중 상기 제1도킹유도영역에 도달하는 시점에 상기 로봇 청소기가 위치하는 지점이 상기 경계면인 것으로 감지하는 것인 로봇 청소기의 제어방법.
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