KR102206201B1 - 청소 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

청소 로봇 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

개시된 발명은 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것으로써, 청소 공간을 주행 중에 감지되는 유전율의 변화를 통해 장애물을 감지하여 이동 경로를 변경하는 청소 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇은 본체; 상기 본체를 이동시키는 주행부; 상기 본체의 저면에 마련된 상기 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 장애물 검출부; 및 상기 장애물 검출부가 전달하는 신호에 기초하여 장애물을 판단하고, 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

청소 로봇 및 그 제어방법{CLEANING ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
개시된 발명은 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것으로써, 청소 공간을 주행 중에 감지되는 유전율의 변화를 통해 장애물을 감지하여 이동 경로를 변경하는 청소 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
청소 로봇은 사용자의 조작 없이 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 즉, 청소 로봇은 청소 공간을 주행하며 청소 공간을 청소한다.
종래의 청소 로봇은 장애물 검출을 위해서 광 센서를 사용하였다. 그러나 이러한 광 센서는 이동하는 경로의 바닥에 액체가 있는지 여부를 감지하지 못하는 문제점이 있었다.
이동하는 경로에 위치하는 바닥의 액체를 감지하기 못 하면, 청소 로봇은 액체를 지나가면서 브러시를 동작시킨다. 이 경우 브러시가 젖게 되어 이 후 청소가 제대로 이뤄지지 못 한다. 또한, 액체에 의해서 청소 로봇이 지저분해지고, 액체의 튐 현상에 의해서 청소 로봇의 각종 구성에 손상이 발생할 수도 있다.
대안으로 종래 청소 로봇은 수분을 감지하기 위해 전극 도선을 주행 바퀴에 마련하였다. 그러나 이러한 방법은 바퀴가 액체에 접촉하여야 액체의 존재여부를 감지할 수 있으므로, 액체가 있는 영역을 정확하게 회피할 수 없고, 바퀴에 액체가 묻어 있는 경우 지속적으로 오 감지를 유발할 수 있었다.
개시된 발명의 일 측면은 청소 로봇의 주행 전, 액체 등의 장애물을 감지하고 이를 회피하는 주행을 실시함으로써, 액체 물질을 먼지통에 유입되는 것을 방지하여 악취 유발을 방지하고, 액체의 의한 청소 로봇 부품의 손상을 방지하는 청소 로봇 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 개시된 다른 측면은 유전율의 변화에 따른 장애물의 종류를 구분할 수 있어, 장애물의 종류별로 청소 로봇의 동작을 다양하게 변경하여 장애물에 따른 청소 로봇의 고장을 방지하는 청소 로봇 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇은 본체; 상기 본체를 이동시키는 주행부; 상기 본체의 저면에 마련된 상기 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 장애물 검출부; 및 상기 장애물 검출부가 전달하는 신호에 기초하여 장애물을 판단하고, 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 터치 IC는, 상기 전극판을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 마련될 수 있다.
상기 본체는, 상기 본체의 전방을 향해 마련된 서브 바디;를 더 포함하고, 상기 장애물 검출부는, 상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 진행 방향을 향해 서브 바디에 마련될 수 있다.
상기 전극판은, 적어도 하나 이상의 패드 형상으로 배치되고, 미리 설정된 간격을 가지고 상기 본체의 저면에 마련될 수 있다.
상기 전극판은, 상기 본체와 바닥면 사이에 미리 설정된 거리로 이격되어 마련될 수 있다.
상기 터치 IC 및 상기 전극판은, 상기 서브 바디에서 상기 주행부에 의해 상기 본체가 주행하는 진행 방향의 측면을 향해 마련될 수 있다.
상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 동안, 상기 터치 IC가 전달하는 상기 정전 용량의 평균값을 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 주행부를 제어하여 상기 본체의 진행 방향을 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 저장된 평균값을 비교하여 장애물의 종류를 판단하고, 상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 주행부의 동작을 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 범위 내에 포함되는지 여부에 기초하여 상기 장애물의 종류를 판단할 수 있다.
상기 측정값은, 미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함할 수 있다.
상기 저장부는, 상기 주행부가 이동하는 공간에 기초하여 청소 공간의 지도를 저장하고, 상기 제어부는, 상기 판단된 장애물에 기초하여 상기 저장된 지도를 수정할 수 있다.
개시된 다른 실시예에 따른 청소 로봇의 제어방법은 본체에 마련된 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 청소 로봇의 제어방법에 있어서, 상기 청소 로봇이 주행하는 청소 공간에서 상치 터치 IC가 감지하는 상기 정전 용량의 변화의 평균값을 저장하고; 상기 저장된 평균값과 상기 본체가 주행하면서 상치 터치 IC가 감지하는 측정값을 비교하고; 상기 비교한 결과에 기초하여, 상기 본체의 진행 방향을 제어하는 것;을 포함한다.
상기 측정값은, 상기 미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함할 수 있다.
상기 비교하는 것은, 상기 부분 평균값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 기준값은, 상기 본체가 이동하는 청소 공간에 위치하는 장애물의 종류에 기초하여 설정될 수 있다.
상기 제어하는 것은, 상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 진행 방향을 변경할지 여부를 판단하고, 변경여부가 판단되면, 상기 장애물을 회피하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 본체가 주행하는 청소 공간의 먼지를 수집하는 청소부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어하는 것은, 상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 청소부의 동작을 변경하는 것;을 포함할 수 있다.
저장하는 것은, 상기 장애물의 종류에 기초하여 저장된 청소 공간의 지도를 변경하여 다시 저장하는 것;을 포함할 수 있다.
전술한 과제 해결 수단에 의하면, 개시된 발명의 일 측면에 따른 청소 로봇 및 청소 로봇의 제어방법은 청소 로봇의 주행 전, 액체 등의 장애물을 감지하고 이를 회피하는 주행을 실시함으로써, 액체 물질을 먼지통에 유입되는 것을 방지하여 악취 유발을 방지하고, 액체의 의한 청소 로봇 부품의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 다른 측면에 따른 청소 로봇 및 청소 로봇의 제어방법은 유전율의 변화에 따른 장애물의 종류를 구분할 수 있어, 장애물의 종류별로 청소 로봇의 동작을 다양하게 변경하여 장애물에 따른 청소 로봇의 고장을 방지할 수 있다.
도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 의한 청소 로봇 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 개시된 일 실시예에 의한 청소 로봇의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)이 장애물을 감지하고 회피 동작을 실시하는데 필요한 제어 신호를 주고 받는 과정을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 장애물 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 장애물 검출부가 청소 로봇에 마련된 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따라 장애물 검출부가 액체를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따라 장애물을 회피하기 위한 청소 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따른 장애물을 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 액체와 같은 장애물을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예에 따라 청소 로봇의 추락을 방지하기 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 추락 위험을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 기준을 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 의한 청소 로봇 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 1에서, 개시된 발명의 일 실시예에 의한 청소 로봇 시스템(1)은 일정 영역을 자율적으로 이동하면서 작업을 수행하는 청소 로봇(100)과, 청소 로봇(100)과 분리되어 청소 로봇(100)을 원격으로 제어하는 디바이스(200)와, 청소 로봇(100)과 분리되어 청소 로봇(100)의 배터리 전원을 충전하는 충전 스테이션(300)을 포함한다.
청소 로봇(100)은 디바이스(200)의 제어 명령을 전달받아 제어 명령에 대응하는 동작을 수행하는 장치로, 충전 가능한 배터리를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 검출부(140, 도 3 참조)를 구비하여 청소 공간에 위치한 장애물을 감지할 수 있다.
청소 로봇(100)은 영상 획득부(150, 도 3)를 통해 청소 공간에 대한 정보로부터 지도를 작성하는 위치 인식(Localization)과 지도 작성(Map-building)의 과정, 즉 visual SLAM을 수행할 수도 있다. 개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)은 작성된 지도 및 검출한 장애물 데이터를 종합하여 판단함으로써, 회피 주행을 실시할 수 있다.
장애물 검출에 대한 구체적인 설명은 이하의 도면을 통해서 후술한다.
청소 로봇(100)은 도 1에 도시된 형태 이외에도 다양한 형태를 포함할 수 있다. 이하에서는 주행 바퀴(163, 도 2참조)를 포함한 청소 로봇(100)을 실시예로 설명한다. 그러나 개시된 청소 로봇(100)은 바퀴 이외에도 다양한 구성으로 마련될 수 있으며, 제한은 없다.
디바이스(200)는 청소 로봇(100)의 이동을 제어하거나 청소 로봇(100)의 작업을 수행하기 위한 제어 명령을 무선으로 송신하는 원격 제어 장치로, 휴대폰(Cellphone, PCS phone), 스마트 폰(smart phone), 휴대 단말기(Personal Digital Assistants: PDA), 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player: PMP), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, 넷북, 태블릿, 네비게이션(Navigation) 등을 포함할 수 있다.
이외에도, 디바이스(200)는 유무선 통신 기능이 내장된 디지털 카메라, 캠코더 등과 같이 여러 응용 프로그램을 이용한 다양한 기능의 구현이 가능한 모든 장치를 포함한다.
디바이스(200)는 간단한 형태의 일반적인 리모컨일 수 있다. 리모컨은 일반적으로 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association)을 이용하여 청소 로봇(100)과 신호를 송수신한다.
디바이스(200)는 RF(Radio Frequency), 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 초광대역(Ultra Wide Band: UWB) 통신 등 다양한 방식을 이용하여 청소 로봇(100)과 무선 통신 신호를 송수신할 수 있으며, 디바이스(200)와 청소 로봇(100)이 무선 통신 신호를 주고 받을 수 있는 것이면, 어느 방식을 사용하여도 무방하다.
디바이스(200)는 청소 로봇(100)에 마련된 통신부(190, 도 3 참조)와 통신을 수행하고, 원격으로 청소 로봇(100)을 제어할 수 있다.
구체적으로 디바이스(200)는 청소 로봇(100)의 전원을 온/오프 제어하기 위한 전원 버튼과, 청소 로봇(100)의 배터리 충전을 위해 충전 스테이션(300)으로 복귀하도록 지시하기 위한 충전 복귀 버튼과, 청소 로봇(100)의 제어 모드를 변경하기 위한 모드 버튼과, 청소 로봇(100)의 동작을 시작/정지하거나 제어 명령의 개시, 취소 및 확인을 위한 시작/정지 버튼과, 다이얼 등을 포함할 수 있다.
디바이스(200)는 마련된 버튼이 전달하는 신호를 청소 로봇(100)의 통신부(190)로 전달한다.
충전 스테이션(300)은 청소 로봇(100)의 배터리 충전을 위한 것으로, 청소 로봇(100)이 도킹되는 것을 안내하는 가이드 부재(미 도시)가 마련되어 있고, 가이드 부재(미 도시)에는 청소 로봇(100)에 구비된 전원부(130)를 충전시키기 위해 접속 단자(미 도시)가 마련되어 있을 수 있다.
도 2는 개시된 일 실시예에 의한 청소 로봇의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에서, 청소 로봇(100)은 외관을 형성하는 본체(101)와, 본체(101)의 상부를 덮는 커버(102)와, 본체(101)를 이동시키는 주행부(160), 주행부(160) 및 본체(101)에 마련된 다른 구성을 구동시키기 위한 구동 전원을 공급하는 전원부(130) 및 청소 로봇(100)의 본원적 기능을 수행하는 청소부(170) 등 여러 구성을 포함한다.
커버(102)는 청소 로봇(100)의 외관을 형성하는 한편, 본체(101)에 마련된 각종 구성을 보호한다. 또한, 도 2에서는 구체적으로 도시하지 않았지만, 커버(102)는 사용자와 소통하기 위한 유저 인터페이스(120, 도 3참조)의 동작에 필요한 입력 버튼 그룹(121) 및 디스플레이(123)를 포함할 수 있다.
본체(101)는 그 내부에 설치되는 각종 부품 및 구성들을 지지한다.
구체적으로 전원부(130)는 주행부(160) 및 그 외 본체(101)를 구동시키기 위한 각 부하와 전기적으로 연결되어 구동 전원을 공급하는 배터리를 포함한다. 배터리는 재충전이 가능한 2차 배터리로 마련되며, 본체(101)가 작업을 완료하고 충전 스테이션(300)에 결합된 경우 충전 스테이션(300)으로부터 전력을 공급받아 충전된다. 전원부(130)는 충전 잔량이 부족하면 충전 스테이션(300)으로부터 충전 전류를 공급받아 충전된다.
전원부(130)는 본체(101)를 이동시키기 위해서 구동 모터(161)에 전원을 전달할 수 있다. 이외에도, 전원부(130)는 본체(101)에 마련된 각종 구성에 전원을 전달할 수도 있다.
구동 모터(161)는 본체(101)가 작업을 수행하는 과정에서 전진, 후진 및 회전주행 등의 이동 동작이 가능하도록 주행 바퀴(163)를 구동하기 위한 구동력을 제공한다.
본체(101)에는 청소 로봇(100)이 이동하는 바닥 면의 상태에 따라 회전하는 각도가 변화하는 주행 바퀴(163)가 설치될 수 있다.
구체적으로 주행 바퀴(163)는 본체(101)의 양 측면에 마련될 수 있으며, 청소 로봇(100)의 전방을 기준으로 좌측에 마련되는 좌측 주행 바퀴(163a, 도7 참조)와 우측에 마련되는 우측 주행 바퀴(163b, 도7 참조)를 포함할 수 있다.
주행 바퀴(163)는 후술하는 제어부(110, 도 3 참조)의 명령에 따라 전진 또는 후진 방향으로 각각 회전하여 청소 로봇(100)이 전진 또는 후진하거나 회전할 수 있도록 한다.
예를 들면 제어부(110)는 주행 바퀴(163)를 전진 또는 후진 방향으로 회전시켜 청소 로봇(100)이 전진 또는 후진 주행하도록 한다. 구체적으로 좌측 주행 바퀴(163a)를 후진 방향으로 회전시키는 동안 우측 주행 바퀴(163b)를 전진 방향으로 회전시켜 청소 로봇(100)이 전방을 기준으로 좌측 방향으로 회전하도록 하고, 우측 주행 바퀴(163b )를 후진 방향으로 회전시키는 동안 좌측 주행 바퀴(163a)를 전진 방향으로 회전시켜 청소 로봇(100)이 전방을 기준으로 우측 방향으로 회전하도록 할 수 있다.
이외에도 본체(101)는 청소부(170)의 구성 중, 드럼 브러쉬(173, 도 7 참조)를 구동시키기 위한 브러쉬 구동 모터(171)를 포함하며, 드럼 브러쉬(173)에 의해서 흡입된 먼지를 저장하는 먼지통(179)을 포함할 수 있다.
전술한 구성 이외에도 청소 로봇(100)은 청소 공간의 천장을 촬영하는 상방 카메라 모듈(151) 등 도 2에서 구체적으로 설명하지 않은 다양한 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 청소 로봇(100)의 내, 외부에는 사용자와 상호 작용하는 유저 인터페이스(120), 청소 로봇(100)이 동작하는 구성에 전원을 공급하는 전원부(130), 청소 공간의 장애물을 감지하는 장애물 검출부(140), 청소 로봇(100)의 주변 영상을 획득하는 영상 획득부(150), 청소 로봇(100)을 이동시키는 주행부(160), 청소 공간을 청소하는 청소부(170), 청소 로봇(100)의 동작과 관련된 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장부(180), 디바이스(200) 또는 외부 장치와 통신하는 통신부(190) 및 청소 로봇(100)의 동작을 제어하는 제어부(110)가 마련될 수 있다.
유저 인터페이스(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 본체(101) 상면에 마련될 수 있으며, 사용자로부터 제어 명령을 입력받는 복수의 입력 버튼(121)과 청소 로봇(100)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이(123)를 포함할 수 있다.
복수의 입력 버튼(121)은 청소 로봇(100)을 온 또는 오프시키는 전원 버튼(121a), 청소 로봇(100)을 동작시키거나 정지시키는 동작 버튼(121b), 청소 로봇(100)을 충전 스테이션(미도시)으로 복귀시키는 복귀 버튼(121c) 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 복수의 입력 버튼(121)에 포함된 각각의 버튼은 사용자의 가압을 감지하는 푸시 스위치(push switch)와 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch) 등을 채용할 수 있다.
디스플레이(123)는 사용자가 입력한 제어 명령에 대응하여 청소 로봇(100)의 정보를 표시한다, 예를 들어, 디스플레이(123)는 청소 로봇(100)의 동작 상태, 전원의 상태, 사용자가 선택한 청소 모드, 충전 스테이션으로의 복귀 여부 등을 표시할 수 있다.
이와 같은 디스플레이(123)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)와 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 또는 액정 디스플레이(Liquid Cystal Display) 등을 채용할 수 있다.
또한, 디스플레이(123)는 사용자로부터 제어 명령을 입력받고, 입력받은 제어 명령에 대응하는 동작 정보를 표시하는 터치 스크린 패널(Touch SCeen Panel: TSP)을 채용할 수도 있다.
터치 스크린 패널은 동작 정보 및 사용자가 입력할 수 있는 제어 명령을 표시하는 디스플레이, 사용자의 신체 일부가 접촉한 좌표를 검출하는 터치 패널(touch panel), 터치 패널이 검출한 접촉 좌표를 기초로 사용자가 입력한 제여 명령을 판단하는 터치 스크린 컨트롤러를 포함할 수 있다.
터치 스크린 컨트롤러는 터치 패널을 통하여 검출하는 사용자의 터치 좌표와 디스플레이를 통하여 표시하는 제어 명령의 좌표를 비교하여 사용자가 입력한 제어 명령을 인식할 수 있다.
전원부(130)는 청소 로봇(100)이 청소 공간을 주행하는 동안 청소 로봇(100)의 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급한다.
전술한 바와 같이, 전원부(130)는 본체(101)에 배터리로 마련되어 청소 로봇(100)이 워크 스테이션(300)과 분리된 후에도 전원을 공급할 수 있도록 한다. 또한, 전원부(130)는 잔여 전력량을 제어부(110)로 전달할 수도 있다.
장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 이동을 방해하는 장애물을 검출한다.
여기서, 장애물이란 청소 공간의 바닥으로부터 돌출되어 청소 로봇(100)의 이동을 방해하거나 청소 공간의 바닥으로부터 움푹 패여 청소 로봇(100)의 이동을 방해하는 바닥의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 장애물은 바닥에 흐른 애완견의 소변과 같은 액체를 포함하거나, 이어폰이나 스마트 폰 충전 케이블과 같이 청소 로봇(100)이 브러쉬(173)등을 통해 먼지통(179)으로 흡입할 경우 구동상에 문제를 야기할 수 있는 모든 물체를 포함할 수도 있다. 또한, 장애물은 테이블, 쇼파 등의 가구, 청소 공간을 구획하는 벽면 또는 청소 공간의 바닥보다 낮은 현관 등을 포함할 수도 있으며, 낮은 현관과 같은 경우, 회피 주행을 실시하지 않으면, 청소 로봇(100)이 추락할 수도 있는 영역을 포함할 수 있으다.
개시된 일 예에 따른 장애물 검출부(140)는 유전율의 변화를 감지하여 장애물을 감지할 수 있으며, 나아가 장애물의 종류도 판단할 수 있다.
구체적으로 장애물 검출부(140)는 전극판(141)과 터치 IC (Integrated Circuit, 143)를 포함할 수 있다. 전극판(141)은 구리(Cu)로 이뤄진 일반적인 전연 도체이면 충분하며, 터치 IC(143)가 인가하는 전위에 따라 바닥에 있는 장애물과 함께 전하를 축적할 수 있다.
터치 IC(143)는 전극판(141)이 장애물에 따라 정전 용량의 변화를 감지한다. 터치 IC(143)는 감도 90K에 이르는 미세한 정전 용량의 변화도 감지할 수 있으며, 스마트 폰 등에서 사용자의 터치를 인식하는 IC 칩에서 주로 사용될 수도 있다.
터치 IC(143)는 감지된 정전 용량의 변화를 제어부(110)로 전달하며, 제어부(110)는 터치 IC(143)가 전달하는 검출값에 기초하여 장애물을 판단한다. 제어부(110)가 터치 IC(143)를 통해 전달받은 장애물의 판단과
한편, 장애물 검출부(140)는 개시된 일 예에 따라 정정 용량의 변화를 통해 장애물을 검출하는 구성 이외에 청소 로봇(100)의 전방 또는 측면을 항해 광을 조사한 후 반사되는 광을 수집하여 장애물을 검출하는 센서 모듈을 함께 포함할 수도 있다.
영상 획득부(150)는 청소 로봇(100) 상방 즉 천장의 영상을 획득하는 상방 카메라 모듈(151)와 청소 로봇(100) 주행 방향의 영상을 획득하는 전방 카메라 모듈(153)를 포함할 수 있다.
상방 카메라 모듈(151)는 청소 로봇(100)의 상면에 마련되어 청소 로봇(100)의 상방 영상 즉 청소 공간의 천장의 영상을 획득하는 영상 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
전방 카메라 모듈(153)는 청소 로봇(100)의 전면에 마련되어 청소 로봇(100)의 주행 방향의 영상을 획득하는 영상 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 상방 카메라 모듈(151) 및 전방 카메라 모듈(153) 각각에 포함된 영산 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 또는 CCD(Charge coupled device) 센서를 채용할 수 있다.
영상 획득부(150)는 상방 카메라 모듈(151) 및 전방 카메라 모듈(153)이 획득한 영상을 제어부(110)로 전달할 수 있다.
제어부(110)는 획득한 영상을 기초로 청소 공간의 지도를 작성할 수 있다. 작성된 지도에 기초하여 청소 로봇(100)은 자신의 위치를 판단할 수 있다. 구체적으로 제어부(110)는 상방 카메라 모듈(151) 및 전방 카메라 모듈(153)이 획득한 영상으로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점의 위치 변화를 기초로 청소 로봇(100)의 이동 거리, 이동 방향 및 이동 속도 등을 판단할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 이동 거리, 이동 방향 및 이동 속도 등을 기초로 청소 로봇(100)의 위치를 판단할 수 있다.
주행부(160)는 청소 로봇(100)을 이동시키며, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 바퀴 구동 모터(161), 주행 바퀴(163) 및 캐스터 바퀴(165)를 포함할 수 있다.
바퀴 구동 모터(161)는 주행 바퀴(163)를 회전시키는 회전력을 생성하며, 제어부(110)의 제어에 따라 청소 로봇(100)을 이동시킨다. 또한, 일 예에 따른 바퀴 구동 모터(161)는 좌측 주행 바퀴(163a) 및 우측 주행 바퀴(163b)를 독립적으로 주행시키기 위해서 복수 개의 모터를 포함할 수도 있다.
일 예로, 바퀴 구동 모터(161)가 좌측 구동 모터(161a) 및 우측 구동 모터(161b)로 마련되는 경우, 좌측 구동 모터(161a)와 우측 구동 모터(161b)에 의하여 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)는 서로 독립적으로 회전할 수 있다.
또한, 좌측 주행 바퀴(163a)와 우측 주행 바퀴(163b)가 독립적으로 회전할 수 있으므로 청소 로봇(100)는 전진 주행, 후진 주행, 회전 주행 및 제자리 회전 등 다양한 주행이 가능하다.
예를 들어, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제1 방향으로 회전하면 청소 로봇(100)은 전방으로 직선 주행(전진)하고, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b) 모두가 제2 방향으로 회전하면 본체(101)는 후방으로 직선 주행(후진)할 수 있다.
또한, 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 같은 방향으로 회전하되, 서로 다른 속도로 회전하면 청소 로봇(100)은 우측 또는 좌측으로 회전 주행하며. 좌우측 주행 바퀴(163a, 163b)가 서로 다른 방향으로 회전하면 청소 로봇(100)은 제자리에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
설명한 동작을 통해서, 제어부(110)는 장애물이 검출된 후 청소 로봇(100)의 회피 동작을 실행할 수 있다.
캐스터 바퀴(165)는 본체(101)의 저면에 설치되어 청소 로봇(100)의 이동 방향에 따라 캐스터 바퀴(165)의 회전축이 회전할 수 있다. 청소 로봇(100)의 이동 방향에 따라 바퀴의 회전축이 회전하는 캐스터 바퀴(165)는 청소 로봇(100)의 주행을 방해하지 않으며, 청소 로봇(100)이 안정된 자세를 유지한 채 주행할 수 있도록 한다.
주행부(160)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 바퀴 구동 모터(163)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 바퀴 구동 모터(161)의 회전력을 주행 바퀴(163)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시), 바퀴 구동 모터(161) 또는 주행 바퀴(163)의 회전 변위 및 회전 속도를 검출하는 회전 감지 센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
청소부(170)는 청소 영역의 바닥의 먼지를 비산시키는 드럼 브러시(173), 드럼 브러시(173)를 회전시키는 브러시 구동 모터(171), 비산된 먼지를 흡입하는 먼지 흡입 팬(177), 먼지 흡입 팬(177)을 회전시키는 먼지 흡입 모터(175) 및 흡입된 먼지를 저장하는 먼지통(179)을 포함한다.
드럼 브러시(173)는 도 4에 도시된 바와 같이 서브 바디(103)의 저면에 형성된 먼지 흡입구(105)에 마련되며, 서브 바디(103)의 청소 바닥과 수평하게 마련된 회전축을 중심으로 회전하면서 청소 바닥의 먼지를 먼지 흡입구(105)를 내부로 비산시킨다.
브러시 구동 모터(171)는 드럼 브러시(173)에 인접하게 마련되어 제어부(110)의 청소 제어 신호에 따라 드럼 브러시(173)를 회전시킨다.
청소부(170)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 브러시 구동 모터(171)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 브러시 구동 모터(171)의 회전력을 드럼 브러시(173)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지 흡입 팬(177)은 도 2에 도시된 바와 같이 본체(101)에 마련되어, 드럼 브러시(173)에 의하여 비산된 먼지를 먼지통(179)으로 흡입한다.
먼지 흡입 모터(175)는 먼지 흡입 팬(177)과 인접한 위치에 마련되며, 제어부(110)의 제어 신호에 의하여 먼지 흡입 팬(177)을 회전시킨다.
청소부(170)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 먼지 흡입 모터(175)에 구동 전류를 공급하는 모터 구동 회로(미도시), 먼지 흡입 모터(175)의 회전력을 먼지 흡입 팬(177)에 전달하는 동력 전달 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼지통(179)은 도 2에 도시된 바와 같이 본체(101)에 마련되며, 먼지 흡입 팬(177)에 의하여 흡입된 먼지를 저장한다.
또한, 청소부(170)는 서비 바디(103)의 먼지 흡입구(105)를 통하여 흡입된 먼지를 본체(101)에 마련된 먼지통(179)까지 안내하는 먼지 안내관을 포함할 수 있다.
저장부(180)는 청소 로봇(100)을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터 및 사용자 입력에 따라 다양한 기능을 수행하는 다양한 어플리케이션 프로그램 및 어플리케이션 데이터를 저장할 수 있다.
예를 들어, 저장부(180)는 청소 로봇(100)에 포함된 구성 및 자원(소프트웨어 및 하드웨어)를 관리하는 OS (operating system) 프로그램, 장애물 검출부(140)가 감지한 정전 용량 변화를 이용하여 장애물을 판단하고, 구분하는 회피 프로그램, 주행부(160) 및 주행부(170)에 포함된 구동 모터(161, 171)를 제어하는 모터 제어 프로그램 등을 저장할 수 있다.
또한, 저장부(180)는 아래에서 설명되는 메모리(115)의 보조 기억 장치로서 동작할 수 있다.
구체적으로 저장부(180)는 전원이 차단되더라도 프로그램 또는 데이터가 손실되지 않는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장부(180)는 자기 디스크 드라이브(Hard disk drive) (181) 또는 반도체 소자 드라이브(solid state drive) (183) 등을 포함할 수 있다.
일 예로 저장부(180)는 전술한 비휘발성 메모리에 청소 로봇(100)의 최초 주행 전에 생성된 청소 공간의 지도를 나타내는 맵 데이터를 저장할 수 있다. 청소 공간의 지도는 청소 공간에 포함된 복수의 청소 영역 사이의 연결 관계를 포함하는 위상 지도(topological map), 청소 공간의 형상과 장애물들의 위치를 나타내는 측량 지도(metric map), 격자 지도(gird map) 또는 기하 지도(geometry map) (이하에서는 "격자 지도"라 한다)를 포함할 수 있다.
격자 지도는 청소 공간을 일정하게 분해(spatial decomposition)하여 청소 공간을 표현하며, 임의의 구조와 객체를 표현할 수 있다.
또한, 위상 지도는 복수의 청소 영역 또는 복수의 객체 사이의 연결성(connectivity)를 표현하며, 청소 공간을 복수의 청소 영역과 이를 연결하는 연결선으로 추상화할 수 있다.
이러한, 격자 지도와 위상 지도는 청소 로봇(100)이 청소 공간을 최초로 주행하기 전에 생성되어, 저장부(180)에 저장될 수 있다. 또한, 청소 공간을 주행하는 중에 청소 로봇(100)은 감지된 장애물을 기초로 저장부(180)에 저장된 위상 지도와 격자 지도를 갱신할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 저장부(180)는 청소 공간의 지도와 함께 장애물을 인식하고 그에 따른 정전 용량 변화를 저장할 수 있다. 예를 들어, 장애물이 탁자 또는 카펫과 같이 일정 시간동안 고정된 객체인 경우, 저장부(180)는 이와 관련된 정전 용량의 평균값을 지도와 대입하여 저장한다.
이후, 청소 로봇(100)은 주행하면서, 일시적인 장애물, 예를 들어 애완견의 소변과 같은 액체에 대한 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다. 저장부(180)는 미리 저장된 평균값을 제어부(110)로 전달하고, 제어부(110)는 장애물 검출부(140)가 감지한 결과값을 평균값과 비교하여 장애물인지 여부를 판단할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 도 4등을 통해서 후술한다.
통신부(190)는 무선 통신을 중계하는 접속 중계기(Access Point, AP), 이동 통신이 가능한 사용자 단말기, 다른 가전 기기 등의 외부 장치와 데이터를 주고 받는다.
통신부(190)는 통신 규약에 따라 다양한 통신 모듈(191, 193)과 안테나(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(190)는 복수의 엔드 청소 노드(end node) 사이에서 데이터를 주고받기 위하여 널리 이용되는 블루투스(bluetooth™) 통신모듈(191) 또는 근거리 통신망을 형성하거나 인터넷 등의 광역 통신망에 접속하기 위하여 이용되는 와이파이(Wi-Fi™) 통신모듈(193) 등을 포함할 수 있다.
청소 로봇(100)는 통신부(190)를 통하여 외부 장치로부터 맵 데이터를 수신하거나, 외부 장치에 맵 데이터를 전송할 수 있다.
제어부(110)는 청소 로봇(100)에 포함된 각 구성을 제어한다.
제어부(110)는 청소 로봇(100)에 포함된 각종 구성 장치와 제어부(110) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 인터페이스(117), 프로그램 및 데이터를 기억하는 메모리(115), 영상 처리를 수행하는 그래픽 프로세서(113) 및 메모리(113)에 기억된 프로그램 및 데이터에 따라 연산 동작을 수행하는 메인 프로세서(111)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(110)에는 입출력 인터페이스(117), 메모리(115), 그래픽 프로세서(113) 및 메인 프로세서(111) 사이의 데이터 송수신을 매개하는 데이터 버스(119)가 마련될 수 있다.
입출력 인터페이스(117)는 유저 인터페이스(120)가 수신한 사용자 명령, 움직임 감지부(130)가 감지한 청소 로봇(100)의 움직임 정보, 장애물 검출부(140)가 검출한 장애물 등을 수신하고, 이를 데이터 버스(119)를 통하여 메인 프로세서(111), 그래픽 프로세서(113), 메모리(115) 등으로 전송할 수 있다.
뿐만 아니라, 입출력 인터페이스(117)는 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호를 유저 인터페이스(120), 주행부(160) 또는 청소부(170)에 전달할 수 있다.
메모리(115)는 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터, 유저 인터페이스(120)가 수신한 사용자 명령, 움직임 검출부(130)가 검출한 움직임 정보, 장애물 검출부(140)가 감지한 장애물 위치 정보 및 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호 등을 임시로 기억할 수 있다.
메모리(115)는 S램(S-RAM), D랩(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
구체적으로, 비휘발성 메모리는 청소 로봇(100)의 동작 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 반영구적으로 저장할 수 있으며, 휘발성 메모리는 비휘발성 메모리로부터 제어 프로그램 및 제어 데이터를 불러와 기억하거나, 유저 인터페이스(120)가 수신한 사용자 명령, 움직임 검출부(130)가 검출한 움직임 정보, 장애물 검출부(140)가 감지한 장애물 위치 정보 및 메인 프로세서(111)가 출력하는 각종 제어 신호를 기억할 수 있다.
그래픽 프로세서(113)는 영상 획득부(150)가 획득한 영상 데이터를 처리한다. 이 후, 그래픽 프로세서(113)는 메인 프로세서(111)가 처리할 수 있는 해상도의 영상으로 변환하는 등 메인 프로세서(111)가 처리할 수 있는 포맷으로 변환할 수 있다.
메인 프로세서(111)는 메모리(115)에 기억된 제어 프로그램에 따라 메모리(115)에 기억된 데이터를 처리한다.
예를 들어, 메인 프로세서(111)는 장애물 검출부(140) 및 영상 획득부(150)의 출력 신호를 처리하고, 전원부(130)를 제어하여 주행부(160) 및 청소부(170)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
일 실시예에 따른 메인 프로세서(111)는 터치 IC(143)가 전달하는 감지 결과에 기초하여 장애물 여부를 판단한다.
구체적으로 메인 프로세서(111)는 청소 공간에서 미리 수집한 정전 용량의 변화에 대한 평균값과 현재 주행 중에 감지한 정전 용량의 변화에 대한 측정값(부분 평균값)을 비교한다. 메인 프로세서(111)는 비교 결과가 미리 설정된 기준을 초과하는지 여부에 기초하여 장애물을 판단할 수 있다. 또한, 메인 프로세서(111)는 비교한 차이값의 크기에 기초하여 장애물의 종류 또한, 판단할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 청소 로봇(100)의 주행 경로 상 장애물이 있다고 판단하면, 회피 주행 또는 브러쉬 역회전 등 다양한 제어 동작을 실시하도록 각 구성에 신호를 전달할 수 있다. 또한, 메인 프로세서(111)는 장애물의 종류에 기초하여 청소 공간의 지도에 장애물을 삽입할 수도 있다.
한편, 청소 로봇(100)에 포함된 각각의 구성의 명칭이 유저 인터페이스(120), 전원부(130), 장애물 검출부(140), 영상 획득부(150), 주행부(160), 청소부(170), 저장부(180), 통신부(190) 및 제어부(110)에 한정되는 것은 아니며, 청소 로봇(100)에 포함된 각각의 구성은 동일한 기능을 수행하는 다른 명칭으로 호칭될 수 있다.
또한, 청소 로봇(100)에 포함되는 구성이 유저 인터페이스(120), 전원부(130), 장애물 검출부(140), 영상 획득부(150), 주행부(160), 청소부(170), 저장부(180), 통신부(190) 및 제어부(110)에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성이 배제되거나 일부 구성이 추가될 수 있다. 예를 들어 청소 로봇(100)은 청소 공간을 주행하는 동안 청소 로봇(100)의 움직임을 감지하기 위해 가속도, 이동 속도, 이동 변위 및 이동 방향 등을 측정하는 다양한 센서를 포함할 수도 있다.
이하에서는 전술한 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 동작을 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)이 장애물을 감지하고 회피 동작을 실시하는데 필요한 제어 신호를 주고 받는 과정을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 4를 참조하면, 회피 동작을 위해서 청소 로봇(100)에 포함된 장애물 검출부(140), 제어부(110) 및 주행부(160)는 신호를 전달한다.
구체적으로 장애물 검출부(140) 중, 전극판(141)이 장애물이 가지는 유전율에 기초하여 정전 변화를 일으킨다.
정전 용량은 전위를 주었을 때, 전극판(141)이 전하를 축적하면서 발생한다. 전위는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 전원부(130)가 전압을 인가하면서 주어진다. 도 4에서 도시된 일 예에 따르면, 제어부(110)는 전극판(140)에 5V의 전압을 인가하고, 전극판(141)은 이를 통해 전하를 축적한다.
전극판(141)이 일으킨 정전 변화를 터치 IC(143)가 감지한다. 터치 IC(143)는 감지된 정전 용량의 변화를 제어부(110)로 전달한다. 또한, 제어부(110)도 필요에 따라 터치 IC(143)로 정전 용량의 변화를 감지하라는 제어 신호를 전달할 수 있다.
일 실시예에서 제어부(110)와 터치 IC(143)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 버스로 신호를 주고 받을 수 있다.
터치 IC(140)가 감지한 결과에 기초하여 제어부(110)는 장애물의 존재 여부 및 장애물의 종류를 판단할 수 있다. 판단 결과에 기초하여 제어부(110)는 주행부(160)에 제어 신호를 전달하여 회피 동작을 실시할 수 있다.
일 실시예에 따른 주행부(160)는 제어 신호에 기초하여 바퀴 구동 모터(161)를 역회전 또는 일시 정지 시킨다. 이에 따라 청소 로봇(100)는 주행 동작을 일시 정지하게 된다. 이 후, 주행부(160)는 양 주행 바퀴(163)의 회전속도를 달리하여 청소 로봇(100)의 주행 경로를 변경시켜 장애물을 회피할 수 있다.
도 4에서 도시된 24V는 제어부(110)가 주행부(160)의 구동을 위해 전원부(130)에서 전달하는 구동 전압을 의미한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 청소 로봇(100)의 크기와 사양에 따라 다양할 수 있다.
한편, 장애물 검출부(140)가 반드시 전극판(141)을 패드(Pad) 형상으로 복수 개 마련될 필요는 없으면, 다양할 수 있다. 또한, 터치 IC(143)도 반드시 단수 개로 마련될 필요는 없으며, 다양하게 변형될 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 도 5 및 도 6을 통해서 후술한다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 장애물 검출부를 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 방지하기 위해서 이하 함께 설명한다.
일 실시예에 따른 장애물 검출부(140a)에서 전극판(141) 및 전극판과 장애물에 의해서 변화하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC(143)가 PCB(Printed Circuit Board) 기판(145)에 마련될 수 있다.
터치 IC(143)는 전극판(141)과 이격된 장애물 사이에서 변화하는 정전 용량의 변화를 감지하고, PCB 기판(145)에 신호를 전달함으로써, 감지 결과를 제어부(110)로 전달할 수 있다.
일 예에 따른 PCB 기판(145)은 미리 설정된 크기를 가지며, 전극판(141) 및 터치 IC(143)를 포함하는 모듈로 형성될 수 있다. 구체적으로 PCB 기판(145)는 FR-4로 마련되어, 일정 규격을 가지는 너비로 제조될 수 있다. 만약 장애물 검출부(140)가 도 5와 같이 모듈화되면, 청소 로봇(100)에 모듈이 복수 개로 부착될 수 있다.
도 6를 참조하면, 다른 실시예에 따른 전극판(141)은 복수 개의 패드(Pad) 형상으로 마련될 수 있다.
패드 형상에서 각 전극판(141)은 10mmx20mm의 직사각형으로 마련되고, 서로 이격되어 PCB 기판(145)에 부착될 수 있다. 다만, 전술한 수치는 일 예에 불과하고 다양하게 변경될 수 있다.
터치 IC(143)는 복수 개로 마련된 전극판(141)에서 변화하는 각각의 정전 용량을 감지한다. 일 예로 터치 IC(143)는 전극판(141)이 바닥으로부터 5mm로 이격된 경우, 90K의 감도로 정전 용량의 변화를 감지하도록 설정될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양하게 변경될 수 있다.
터치 IC(143)는 도 6에서 도시된 바와 같이, 각각의 전극 패드(141)의 순번에 따라 정전 용량의 변화를 감지할 수 있어, 장애물의 위치를 구체적으로 판단할 수 있다.
도 7은 장애물 검출부가 청소 로봇에 마련된 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 저면을 도시한 것이다. 일 실시예에 따른 장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 본체(101)에서 전방을 향해 마련된 서브 바디(103)의 외곽에 마련될 수 있다.
따라서 장애물 검출부(140)는 드럼 브러시(173), 구동 바퀴(163a, 163b) 및 캐스터 바퀴(165)가 장애물을 통과하지 전에 장애물을 감지할 수 있다.
일 실시예에 따른 청소 로봇(100)의 서브 바디(103)에는 도 6과 같이 PCB(145)에 복수 개의 패드 형식으로 마련된 전극판(141)과 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC(143)를 포함하는 장애물 검출부(140)를 포함할 수 있다.
한편, 도 7에서 도시된 바와 같이, 장애물 검출부(140)는 서브 바디(103)의 전방 이외에도 측면에 복수 개 마련될 수 있다. 즉, 장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 전방에 길게 형성된 PCB기판(145) 및 드럼 브러시(173)의 양 측면에 마련된 PCB 기판(145a, 145b)에 마련될 수도 있다.
도 7에서 도시된 장애물 검출부(140)는 청소 로봇(100)의 일 예에 불과하며, 다양한 변형례가 있을 수 있다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따라 장애물 검출부가 액체를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 8을 참조하면, 청소 로봇(100)은 청소 공간의 일 예인 바닥(11)을 주행할 수 있다. 일 예에 따라 청소 로봇(100)이 주행하는 전방에는 장애물로 액체(L)가 존재할 수 있다.
도 9를 참조하면, 청소 로봇(100)이 전방을 향해 이동하면, 터치 IC(143)은 바닥(11)과 전극판(141) 사이의 정전 용량(C1)을 감지한다. 바닥(110)과 전극판(141) 사이의 유전율에 따른 정전 용량(C1)에 의해서 제어부(110)는 현재 바닥에 장애물이 없다고 판단한다.
도 8 및 도 9의 실시예와 같이, 청소 로봇(100)이 전방을 향해 나아가면, 전극판(141)과 액체(L)에 의해서 정전 용량은 C1에서 C2로 변경될 수 있다. 터치 IC(143)는 정전 용량(C2)를 감지한다. 제어부(110)는 C1과 C2의 차이값을 통해 바닥(11)의 액체(L) 유무를 감지한다.
도 10은 일 실시예에 따라 장애물을 회피하기 위한 청소 로봇의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 청소 로봇(100)의 장애물 검출부(140)는 정전 용량의 변화를 수집한다(400).
구체적으로, 장애물 검출부(140)에서 정전 용량의 변화를 감지하는 구성은 터치 IC(143)이다. 터치 IC(143)는 서브 바디(103)의 저면 중 외곽 부분에 마련된 전극판(141)과 장애물 사이에서 변화하는 미세한 정전 용량의 변화를 감지한다.
터치 IC(143)는 수집한 데이터를 제어부(110)로 전달한다. 제어부(110)는 수집된 데이터의 전체 평균값을 저장부(180)에 저장한다(420).
여기서 전체 평균값은 청소 로봇(100)이 주행하는 청소 공간에서 장애물이 없다고 가정할 때, 감지되는 정전 용량의 변화의 수치값을 의미한다. 즉, 이러한 전체 평균값은 청소 로봇(100)이 청소 공간을 주행하면서 작성하거나, 미리 저장된 지도 정보와 대응된다.
예를 들어, 청소 공간이 거실이고, 거실의 일 부분에 카펫이 마련되어 있다면, 전체 평균값은 카펫과 카펫이 없는 바닥이 구분될 수 있는 정전 용량의 변화의 수치로 표현될 수 있다.
청소 로봇(100)은 전술한 전체 평균값을 이미 확보한 후, 청소 공간을 주행한다(420).
청소 로봇(100)은 주행 동안, 청소부(170)를 동작시키면서 청소 공간에 청소를 진행한다.
청소 로봇(100)이 주행하면서, 장애물 검출부(140)는 액체와 같이 전체 평균값과 일치하지 않는 장애물을 감지할 수 있다. 즉, 주행하는 동안, 청소 로봇(100)은 장애물 검출부(140)가 감지하는 결과에 기초하여 진행 방향에서 수집되는 정전 용량의 변화를 수집한다.
제어부(110)는 감지된 결과에 기초하여 장애물이 위치하는 청소 공간 중 일정 부분의 평균값을 획득한다(430).
이러한 부분 평균값을 획득하는 이유는 순간적인 오 감지로 유발되는 불필요한 회피 동작을 방지하기 위함이다. 즉, 부분 평균값은 미리 설정된 시간 동안 장애물에 의해 발생하는 정전 용량의 변화를 감지한 측정값이다.
제어부(110)는 획득된 부분 평균값과 미리 저장된 전체 평균값을 비교한다(450).
만약 비교결과가 미리 설정된 범위를 벗어난 경우, 제어부(110)는 주행 중인 청소 공간에 예측되지 않는 장애물이 있다고 판단한다. 또한, 제어부(110)는 비교된 차이값의 정도에 기초하여 장애물의 종류를 판단할 수도 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 이하의 도면을 통해서 후술한다.
한편, 장애물이 있다고 판단되면, 제어부(110)는 주행부(160)를 제어하여 주행할 이동 경로를 변경하고, 장애물을 회피할 것을 결정한다(450).
이동 경로를 변경하는 방법은 다양할 수 있으며, 제어부(110)는 주행부(160)를 제어하면서, 청소부(170)의 동작도 함께 제어하여, 액체와 같은 장애물이 드럼 브러시(173) 등에 닿지 않도록 제어할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따른 장애물을 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 11a 및 도 11b에서 X축은 시간(sec)을 나타내고, Y축은 정전 용량(nF)을 나타낸다.
도 11a에서 C1은 청소 공간에서 미리 수집된 정전 용량의 변화의 전체 평균값을 의미한다. 청소 로봇(100)이 주행 중 바닥에 액체를 감지하면, 액체가 존재하는 청소 공간의 바닥에서 감지되는 정전 용량의 부분 평균값(C2)는 전체 평균값(C1)과는 상이할 수 있다.
제어부(110)는 수집된 부분 평균값(C2)와 전체 평균값(C1)의 차이를 도 11b와 같이 산출할 수 있다. 즉, 도 11b는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이(C2-C1)를 도시한 그래프이다.
도 11b와 같이, 3초와 5초 아이의 시간에 산출된 차이는 기준값을 초과할 수 있다. 이 경우, 제어부(110)는 감지된 영역에 액체와 같은 장애물이 있다고 판단할 수 있다.
도 12는 액체와 같은 장애물을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이를 산출한다(500).
일 예로, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이는 양수일 수 있으며, 음수일 수 있다. 개시된 일 예에 따르면, 차이값의 크기 및 그 정도에 따라서 장애물의 종류를 판단할 수 있다. 액체와 같은 장애물의 경우, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값은 양수일 수 있다.
제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값을 미리 설정된 기준값과 비교한다(510).
만약 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 기준값을 초과하지 않으면, 제어부(110)는 회피 주행을 실시할 정도의 장애물이 아니라고 판단하고, 진행 방향을 유진한다(511).
도 11b와 같이, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 제어부(110)는 장애물이 있다고 판단하고 주행 방향을 전환한다(512).
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예에 따라 청소 로봇의 추락을 방지하기 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 13a 및 도 13b에서 X축은 시간(sec)을 나타내고, Y축은 정전 용량(nF)을 나타낸다.
다른 실시예와 같이, 청소 로봇(100)은 주행 중, 계단과 같은 추락 위험이 있는 청소 공간을 주행할 수 있다. 추락 위험이 있는 구간에 대한 부분 평균값은 도 13a와 같이 획득될 수 있다.
제어부(110)는 정전 용량의 평균값과 추락 위험이 있는 공간에서 측정된 부분 평균값을 비교한다. 비교 결과는 도 13b와 같이 획득될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이는 음의 결과를 가질 수 있다. 즉, 액체와 달리 유전율의 변화에 따른 장애물과 추락 위험이 있는 청소 공간에서 발생하는 정전 용량의 변화값은 차이가 있다.
도 13b와 같이 비교결과가 음의 값을 가지고, 차이의 크기가 미리 설정된 기준값을 넘으면, 제어부(110)는 주행 경로상 추락의 위험이 있다고 판단할 수 있다.
도 14는 추락 위험을 회피하기 위한 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이를 산출한다(500).
다른 실시예에 따르면, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이는 음수일 수 있다. 추락 위험이 있는 장애물의 경우, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값은 도 12에서 설명한 바와 달리 음수로 산출된다.
제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값을 미리 설정된 기준값과 비교한다(520).
만약 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 음의 기준값을 초과하지 않으면, 제어부(110)는 회피 주행을 실시할 정도의 장애물이 아니라고 판단하고, 진행 방향을 유진한다(521).
도 13b와 같이, 부분 평균값과 전체 평균값의 차이값이 미리 설정된 음의 기준값을 초과하면, 제어부(110)는 장애물이 있다고 판단하고 주행 방향을 전환한다(522).
도 15는 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 기준을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15에서 X축은 장애물의 종류를 나타내고, Y축은 제어부(110)가 산출한 차이값을 의미한다.
일 실시예에 따른 제어부(110)는 장애물의 종류를 추락감지(P0), 일반 바닥(P1), 카펫(P2), 액체(P3), 및 금속(P4)로 구분할 수 있다. 각 장애물은 성질에 따라 다른 유전율을 가지면, 터치 IC(143)는 장애물이 전극판(141)과 쌍을 이뤄 서로 다른 정전 용량을 변화를 감지한다.
터치 IC(143)는 전극판(141)과 장애물의 종류에 따라 산출되는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이(이하 차이값)를 전달하고, 제어부(110)는 저장부(180) 등에 미리 저장된 도 15를 기초로 현재 감지되는 장애물의 종류를 판단할 수 있다. 예를 들어, 산출되는 차이값이 40에서 80 이하의 수치를 가지면, 제어부(110)는 현재 주행 경로 상 액체(P3)이 있다고 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(110)는 산출된 차이값이 -50이라면, 현재 주행 경로상 추락 위험이 있다고 판단할 수 있다.
한편, 도 15에서 도시된 기준값은 개시된 일 예에 불과하고, 터치 IC의 감도 및 전극판의 크기 및 정전 용량에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따라 제어부가 장애물의 종류를 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16을 참조하면, 제어부(110)는 부분 평균값과 전체 평균값의 차이(이하 차이값)을 산출한다. 제어부(110)는 차이값이 도 15의 P0 미만인지 여부를 판단한다(600).
만약 차이값이 도 15의 P0 미만이면, 제어부(110)는 현재 경로상 청소 로봇(100)이 추락 위험이 있다고 판단한다(601). 따라서 제어부(110)는 현재 주행 경로를 취소하고, 추락 위험이 있는 경로를 변경하여 회피 주행을 실시한다(602).
만약 차이값이 도 15의 P0 을 초과하면, 제어부(110)는 차이값이 P1을 초과하는지 여부를 판단한다(610).
만약 산출된 차이값이 P1 미만이라면, 제어부(110)는 주행을 변경할 정도가 아닌 바닥을 주행하고 있다고 판단한다. 즉, 제어부(110)는 장애물이 없다고 판단하고, 현재 경로를 유지한다(611).
만약 차이값이 도 15의 P1 을 초과하면, 제어부(110)는 차이값이 P2를 초과하는지 여부를 판단한다(620).
만약 산출된 차이값이 P1을 초과하지만 P2를 초과하지 않으면, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 카펫을 주행할 것이라고 판단할 수 있다. 따라서 제어부(110)는 청소부(170)를 제어한다(621).
일 예로, 제어부(110)는 청소 로봇이 카펫을 주행할 것이라고 판단하면, 먼지 흡입 모터(175)를 제어하여, 먼지 흡입 팬(177)의 먼지 흡입력을 증가시킬 수 있다(622).
만약 차이값이 도 15의 P2 를 초과하면, 제어부(110)는 차이값이 P3을 초과하는지 여부를 판단한다(630).
만약 산출된 차이값이 P2를 초과하지만 P3을 초과하지 않으면, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 곧 액체를 주행할 것이라고 판단할 수 있다. 액체를 주행하게 되면, 청소 로봇(100)의 이후 청소 작업에 영향을 미칠 수 있으므로, 제어부(110)는 주행부(160)를 제어한다(631).
일 예로, 제어부(110)는 저장부(180)에 미리 저장된 프로그램에 의해서 장애물을 회피하는 동작을 실시할 수 있으며, 이에 따라 청소 로봇(100)은 회피 주행을 실시한다(632).
만약 산출된 차이값이 P3을 초과하면, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 금속으로 이뤄진 케이블을 이동할 것이라고 판단할 수 있다. 케이블을 이동하게 되면, 드럼 브러시(173) 회전에 의해서 케이블이 먼지통(179)의 입구로 흡입될 수 있다. 이러한 장애물은 이후 청소의 효율을 감소시키거나 고장에 원인이 될 수 있다.
따라서 제어부(110)는 주행부(160) 및 청소부(170)를 제어한다(640).
구체적으로 제어부(110)는 주행부(160)에 주행 경로를 변경하여 케이블 등의 금속 장애물을 회피할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 브러쉬 구동 모터(171)를 제어하여 드럼 브러쉬(173)를 역회전 시켜, 케이블이 먼지통으로 흡입되는 것을 방지하거나 흡입된 케이블을 토출시킬 수도 있다(641).
한편, 도 16에서 설명한 제어방법은 일 예에 불과하고, 개시된 청소 로봇(100)은 감지된 장애물에 기초하여 다양한 제어 방법을 수행할 수 있다.
100: 청소 로봇 110: 제어부
120: 유저 인터페이스 130: 전원부
140: 장애물 검출부 150: 영상 획득부
160: 주행부 170: 청소부
180: 저장부 190: 통신부

Claims (20)

  1. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 주행부;
    상기 본체의 저면에 마련된 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC를 포함하는 장애물 검출부;
    청소 공간의 지도를 저장하고, 상기 터치 IC에 의해 감지되는 상기 정전 용량의 평균값을 상기 청소 공간의 지도에 대응시켜 저장하는 저장부; 및
    상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 정전 용량의 측정값과 상기 평균값의 차이에 기초하여 장애물을 판단하고, 상기 주행부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 터치 IC는, 상기 전극판을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 마련되는 청소 로봇.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 본체의 전방을 향해 마련된 서브 바디;를 더 포함하고,
    상기 장애물 검출부는,
    상기 주행부에 의해서 상기 본체가 주행하는 진행 방향을 향해 서브 바디에 마련되는 청소 로봇.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극판은,
    적어도 하나 이상의 패드 형상으로 배치되고, 미리 설정된 간격을 가지고 상기 본체의 저면에 마련되는 청소 로봇.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전극판은,
    상기 본체와 바닥면 사이에 미리 설정된 거리로 이격되어 마련되는 청소 로봇.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 터치 IC 및 상기 전극판은,
    상기 서브 바디에서 상기 주행부에 의해 상기 본체가 주행하는 진행 방향의 측면을 향해 마련되는 청소 로봇.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 주행부를 제어하여 상기 본체의 진행 방향을 변경하는 청소 로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정값과 상기 저장된 평균값의 차이에 기초하여 장애물의 종류를 판단하고, 상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 주행부의 동작을 변경하는 청소 로봇.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 범위 내에 포함되는지 여부에 기초하여 상기 장애물의 종류를 판단하는 청소 로봇.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 측정값은,
    미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함하는 청소 로봇.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단된 장애물에 기초하여 상기 청소 공간의 지도를 수정하는 청소 로봇.
  13. 본체에 마련된 전극판 및 상기 전극판이 감지하는 정전 용량의 변화를 감지하는 터치 IC 및 상기 터치 IC는 상기 전극판을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 마련되는 청소 로봇의 제어방법에 있어서,
    상치 터치 IC가 감지하는 상기 정전 용량의 평균값을 청소 공간의 지도에 대응시켜 저장하고;
    상기 저장된 평균값과 상기 본체가 주행하면서 상기 터치 IC가 감지하는 측정값의 차이값을 산출하고;
    상기 차이값에 기초하여, 상기 본체의 진행 방향을 제어하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 측정값은,
    미리 설정된 시간 동안 상기 터치 IC가 수집하는 정전 용량의 변화값의 부분 평균값을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 차이값을 산출하는 것은,
    상기 부분 평균값과 상기 평균값의 차이가 미리 설정된 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 기준값은,
    상기 본체가 이동하는 청소 공간에 위치하는 장애물의 종류에 기초하여 설정되는 청소 로봇의 제어방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제어하는 것은,
    상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 진행 방향을 변경할지 여부를 판단하고, 변경여부가 판단되면, 상기 장애물을 회피하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 본체가 주행하는 청소 공간의 먼지를 수집하는 청소부;를 더 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제어하는 것은,
    상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 청소부의 동작을 변경하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
  20. 제 16항에 있어서,
    저장하는 것은,
    상기 장애물의 종류에 기초하여 상기 청소 공간의 지도를 변경하여 다시 저장하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어방법.
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