KR20060100971A - 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 및 그제어방법 - Google Patents

외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 및 그제어방법 Download PDF

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KR20060100971A
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Abstract

본 발명의 외부충전장치를 구비한 자율이동 로봇 시스템 및 그 제어방법은, 전원 단자의 좌우 양측에 설치되어 위치인식용 시그널을 출력하는 두개의 충전장치 인식표지와 전원 단자를 포함하는 외부충전장치; 및 상기 두개의 충전장치 인식표지에서 출력되는 시그널을 검출하는 센서부; 상기 센서부의 시그널을 사방에서 검출할 수 있도록 회전시키는 센서 구동부; 상기 센서부의 검출 신호 및 상기 센서구동부 회전량에 따라 두개의 인식표지의 방향 사이의 각도와 인식표지까지의 거리를 연산하고, 삼각함수를 이용하여 상기 각도와 거리로 로봇으로부터 충전장치까지의 경로를 연산하는 제어부;와, 상기 경로에 따른 제어부의 제어신호에 따라 로봇을 이동시키는 로봇 구동부;로 구성되는 자율 이동 로봇;을 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로, 간단한 구성으로 외부충전장치의 위치를 산출하여 이동, 충전이 이루어 질 수 있도록 함으로서 제조공정을 단순화 하고 생산 코스트를 낮출 수 있는 유용한 발명이다.
로봇, 자율이동, 센서, 충전

Description

외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 및 그 제어방법{Automatic traveling Robot system having outer recharger and controlling method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 로봇 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 로봇 시스템의 로봇과 외부충전장치의 일 실시 예를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 외부충전장치의 충전장치 인식표지의 일 실시 예를 나타낸 도면,
도 4는 도 2에 도시된 충전장치 인식표지의 반사체를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 로봇 시스템 제어방법의 일 실시 예를 나타낸 흐름도, 그리고,
도 6 내지 도 8은 로봇 시스템의 외부충전장치까지의 경로 연산 과정을 나타낸 개략도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 로봇(본체) 110: 제어부
120: 센서부 121: 초음파 센서
122: 적외선 센서 123: 광센서
130: 센서구동부 131: 센서 구동 모터 드라이버
132: 센서구동모터 141: 배터리 충전량 검출부
142: 충전배터리 142: 충전단자
200: 외부 충전 장치 210: 충전장치 인식표지
211: 발광부 212: 반사체
220: 전원단자
본 발명은 충전 배터리를 구비하는 로봇과 충전배터리를 충전시키는 외부충전장치로 구성된 자율 이동 로봇 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 구성으로 외부 충전장치까지의 경로를 검출하여 이동할 수 있는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근에 로봇 기술의 발전과 함께 가정용 청소로봇이나 애완견 로봇, 감시로봇 등이 많이 시판되고 있다.
통상적으로 로봇청소기는 사용자의 조작 없이 일정 범위의 작업영역 내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지, 이물질을 흡입하는 청소작업을 수행하는 장치를 말한다.
로봇 청소기는 센서를 통해 집안이나 사무실과 같은 작업 영역 내에 설치된 가구, 사무용품, 벽과 같은 장애물까지의 거리를 판별하고, 판별된 정보를 이용하 여 장애물과 충돌되지 않도록 주행하면서 지시된 작업을 수행한다.
이러한 로봇 청소기는 구동에 필요한 전력을 공급하는 배터리가 설치되어 있는데, 배터리는 전력이 소모된 경우 충전하여 다시 사용할 수 있는 충전 배터리를 사용하는 것이 일반적이다. 따라서, 로봇청소기는 필요할 때 충전배터리에 전력을 충전시킬 수 있도록 외부 충전장치와 시스템으로 구성된다.
그런데 충전 필요할 때 외부 충전 장치로 로봇 청소기가 자동으로 복귀할 수 있도록 하기 위해서는 외부충전장치의 위치를 파악할 수 있어야 한다.
로봇청소기가 외부 충전장치의 위치를 파악하기 위한 종래의 방법은, 외부 충전장치에서 고주파 신호를 발생하고, 로봇 청소기가 외부충전장치에서 발생한 고주파 신호를 수신하여 수신된 고주파 신호의 세기에 따라 외부 충전기의 위치를 찾는다.
그러나 이와 같이 검출된 고주파신호의 세기에 따라 외부충전장치의 위치를 추적하는 방법은, 고주파 신호의 세기가 외부요인(반사파, 방해파 등)에 의해 변동될 수 있고, 이러한 고주파 신호의 세기가 변동하게 되면 로봇청소기가 외부 충전장치의 접속위치를 정확하게 찾지 못하는 경우가 발생한다는 문제점이 있다.
이를 극복하기 위해 출원된 특허출원 10-2002-0066742는 로봇청소기가 천정을 향하도록 본체에 설치된 상방 카메라와 천정에 설치된 위치인식용 마크를 이용하여 외부 충전 장치의 위치를 인식할 수 있다. 외부충전장치에의 접속은 범퍼의 신호와 충전단자와 전원 단자의 접촉신호를 이용하여 확인하도록 함으로써 항상 정확한 접속이 가능하도록 하였다.
그러나 상기 로봇청소기 시스템은 외부충전장치의 설치장소에 제한이 있다. 즉, 외부충전장치가 로봇청소기의 상방 카메라로 위치 인식용 마크를 인식할 수 있는 영역 내에 설치된 경우에만 적용이 가능하다는 한계점이 있었다. 따라서, 로봇청소기가 작업할 영역이 상방 카메라로 위치인식용 마크를 인식할 수 있는 영역보다 큰 경우에는 사용하기 곤란한 문제가 있었다.
또한, 카메라를 이용한 위치 인식을 위한 시스템을 비롯한 충전장치의 위치 인식을 위한 장치를 구비하기 위해서 많은 비용이 들고 제조 공정이 복잡해져 로봇 제작 비용의 상승을 가져오는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 더욱 간단한 구조와 낮은 제작 비용으로 로봇의 자동 충전 기술을 제공하여 자동 충전 기술을 가진 로봇이 상용화될 수 있도록 하는 데 있다.
상기와 같은 목적은 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 전원 단자의 좌우 양측에 설치되어 위치인식용 시그널을 출력하는 두 개의 충전장치 인식표지와 전원 단자를 포함하는 외부충전장치; 및 상기 두 개의 충전장치 인식표지에서 출력되는 시그널을 검출하는 센서부; 상기 센서부가 시그널을 사방에서 검출할 수 있도록 회전시키는 센서 구동부; 상기 센서부의 검출 신호 및 상기 센서구동부 회전량에 따라 두 개의 인식표지의 방향과 로봇 사이의 각도와 인식표지까지의 거리를 연산하고, 삼각함수를 이용하여 상기 각도와 거리로 로봇으로부터 충전장치까지의 경로를 연산하는 제어부; 와, 상기 경로에 의한 제어신호에 따라 로봇을 이동시키는 로봇 구동부; 로 구성되는 자율 이동 로봇; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템에 의해 달성된다.
상기 자율 이동 로봇은, 상기 전원단자에 접촉하여 충전되며 상기 로봇의 구동을 위한 전원을 공급하는 충전배터리; 와 상기 배터리의 충전량을 검출하여 소정량 이하로 검출되면 검출신호를 상기 제어부에 인가하는 배터리 충전량 검출부; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 충전장치 인식표지는 판형 발광부와 상기 발광부 상에 꼭짓점이 접촉된 상태로 설치되는 원뿔 형 반사체로 구성되고, 상기 판형 발광부는 LED로 구성되어 펄스 신호를 출력한다.
바람직하게는, 상기 센서부는 두 개의 상기 인식표지의 위치를 감지하는 적외선센서와 인식표지까지의 거리를 감지하는 초음파 센서로 구성된다.
바람직하게는, 상기 센서구동부는 상기 센서부를 좌우로 회전시키고, 상기 제어부는, 센서부가 회전 시간 동안 검출한 신호를 AD 변환하여 그 최댓값을 이용하여 인식표지의 방향과 인식표지 까지의 거리를 검출한다.
상기 제어부는 상기 센서구동부에 의해 회전하는 동안 상기 적외선센서의 출력 값이 소정 레벨 이상이 되는 위치 사이의 상기 센서 구동부 회전량을 이용하여 상기 로봇에서 상기 충전장치 인식표지까지의 방향 사이의 각도를 연산하고, 상기 적외선센서의 출력 값이 소정 레벨 이상이 되는 위치에서의 상기 초음파 센서의 출력 값을 이용하여 상기 충전장치 인식표지까지의 거리를 연산하며, 상기 충전장치 인식표지 사이의 거리, 및 상기 각도로부터 로봇에서 충전장치까지의 경로를 연산한다.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시 예에 따라서 충전장치 위치인식표지와 전원단자를 구비한 외부충전장치와 상기 외부충전장치로 이동하여 충전배터리를 충전하는 로봇 몸체를 포함하는 자율 이동 로봇 시스템은, a) 상기 충전배터리의 충전량을 체크하여 소정량 이하로 판단되면 충전장치로 이동 모드를 시작하는 단계; b) 센서 구동부와 센서를 구동시켜 센서가 회전하며 인식표지의 펄스를 센싱하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 감지된 신호를 이용하여 인식표지의 방향 및 인식표지까지의 거리 검출하는 단계; d) 상기 c) 단계에서 검출된 거리 및 각도 이용하여 경로를 연산하는 단계; 및 e) 로봇 구동부를 구동시켜 상기 경로에 따라 이동하는 단계; 를 포함하는 자율 이동 로봇 시스템 제어방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 e) 단계 수행 후, f) 충전단계; 와 g) 충전 완료되면 상기 경로에 따라 처음 위치로 이동하는 단계; 를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 c) 단계에서 상기 센서는 적외선 센서와 초음파 센서로 구성되고, 초음파 센서의 검출신호를 이용하여 상기 인식표지까지의 거리를 검출하고, 회전하며 상기 인식표지의 펄스를 센싱하는 상기 적외선 센서의 검출신호를 이용하여 상기 인식표지까지의 방향 사이의 각도를 검출한다.
상기 적외선 센서는 좌우로 회전하면서 상기 인식표지의 펄스를 센싱하고, 센싱된 신호를 AD 변환하여 그 최댓값을 이용하여 두 개의 상기 인식표지의 위치가 검출되며, 상기 인식표지 사이의 상기 센서 구동부의 회전량을 이용하여 로봇에서 두 개의 상기 인식표지 방향 사이의 각도를 검출하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기존의 카메라나 고주파 송수신장치를 이용한 자율 이동 로봇과 같은 고가의 장비 없이도 회전하는 센서를 이용하여 외부충전장치의 위치를 검출하고 삼각함수를 이용하여 외부충전장치까지의 경로를 연산, 이동 시킬 수 있으므로 공정을 간단히 하고 제품 단가를 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 외부충전장치와 로봇 본체로 구성되어 발광 소자를 지닌 충전장치 인식표지와 회전하는 수광 센서를 이용하여 상기 발광 소자의 펄스를 수신하여 충전장치 인식표지의 위치를 검출하고, 이를 이용하여 로봇 본체에서 외부충전장치까지의 경로를 연산해내어 로봇 본체가 충전이 필요할 때 자동으로 외부 충전장치까지 이동하여 충전을 수행할 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 자율 로봇 시스템은 로봇과 충전장치 인식표지, 및 외부충전장치를 구비한다.
로봇(100)은 로봇구동부(150), 센서부(120), 센서구동부(130), 제어부(110), 충전배터리(142), 배터리 충전량 검출부(141), 충전단자(143)를 포함한다.
로봇구동부(150)는 본체 하부에 설치된 바퀴를 회전 구동시키는 모터(152)와 모터(152)를 구동시키는 로봇 구동 드라이버(151)로 구성된다. 로봇 구동 드라이버(151)는 제어부(110)의 제어신호에 따라 바퀴를 회전 구동시키는 각 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전 구동시킨다. 주행방향은 각 바퀴를 회전구동시키는 모터의 회전수를 다르게 제어함으로써 정할 수 있다.
센서부(120)는 거리 측정 또는 장애물 감지를 위한 초음파센서(121), 적외선센서(122), 및 초음파센서(121)와 적외선센서(122) 출력신호를 AD변환하는 AD변환부(123)를 포함한다. 센서부(120)는 외부충전장치(200)의 충전장치 인식표지(210a,b)의 위치를 검출할 수 있도록 로봇 본체 상면에 설치된다. 센서부(120)는 후술하는 센서구동부(130)에 의해 회전하면서 충전장치 인식표지(210)의 펄스를 감지한다. 초음파센서(121)는 초음파를 출사하고 반사되어 입력되는 초음파 신호를 이용하여 거리를 검출하는 것이다. 적외선센서(122)는 충전장치 인식표지(210)에서 발광되는 빛을 수광하여 감지신호를 출력한다. 적외선센서(122)의 감지신호는 AD변환부(123)에 입력되어 AD 변환된 후 제어부(110)에 인가된다.
센서구동부(130)는 센서를 회전시키는 센서구동모터(132)와, 모터를 구동시키는 센서구동모터 드라이버(131)를 구비한다. 센서구동모터(132)는 스텝모터를 사용하는 것이 바람직하다. 제어부(110)의 제어 신호에 따라 센서부(120)를 좌우로 회전시킨다.
충전배터리(142)는 본체 상에 설치되며 본체 한 부분에 설치된 충전단자(143)와 연결되어 있다. 따라서 충전단자(143)가 외부충전장치의 전원단자(220)와 접속되면, 상용교류 전원에 의해 충전배터리(142)가 충전된다. 즉, 로봇 본체(100)가 외부충전장치(200)와 접속되면, 상용교류 전원과 연결된 전원코드를 통해 인입되는 전력이 상호 접속된 외부충전장치(200)의 전원단자(220)로부터 로봇의 충전단자(143)를 통해 충전배터리(142)로 공급된다.
배터리 충전량 검출부(141)는 충전배터리(142)의 충전량을 검출하고, 검출된 충전량이 설정된 하한 레벨에 도달되면 충전요청신호를 제어부(110)로 송출한다.
로봇의 작업 대기시에 로봇(100) 본체가 외부충전장치(200)와 접속된 상태로 대기하게 되면 충전배터리(142)의 충전량을 일정 범위 이내로 유지시킬 수 있게 된다.
제어부(110)는 로봇의 각 요소들을 제어한다. 제어부는 센서구동모터 드라이버(131)에 제어신호를 출력하여 센서부(120)의 회전을 제어하고, 후술하는 바와 같이 충전장치 인식표지(210)의 방향과 거리를 연산하고, 충전장치까지의 경로를 연산하며, 로봇구동모터드라이버(151)에 제어신호를 출력하여 로봇을 상기 경로에 따라 이동시켜 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
제어부(110)는 적외선센서(122)가 좌우로 회전하면서 센싱한 감지신호가 AD 변환되어 입력되면 입력되는 감지신호를 이용하여 충전장치 인식표지(210)의 방향을 검출한다. 즉, 적외선센서(122)가 좌우로 회전하면서 센싱한 감지신호를 AD 변환하여 제어부(110)에 인가하면 제어부(110)는 결과 값 중에서 최대값이 검출된 센서구동부(130)의 회전 각도를 검출한다. 두 개의 충전장치 인식표지(210)로 부터 두 개의 최대값이 검출되는 회전 각도가 검출되어 두 방향 사이의 각도(θ)가 검출 되는 것이다.
제어부(110)는 초음파 센서(121)의 감지신호를 이용하여 인식표지(210)까지의 거리를 검출한다. 적외선 센서(122)의 검출신호가 소정 레벨 이상으로 검출될 때의 초음파 센서(121) 검출신호를 이용하여 인식표지(210a, b)까지의 거리 Y, Z를 구한다.
또한, 제어부(110)는 후술하는 바와 같이 인식표지(210)가 검출된 방향 사이의 각도(θ)와, 인식표지(210a, b)까지의 거리 Y, Z 및 설정된 충전장치 인식표지(210) 사이의 거리 X를 이용하여 삼각함수로 충전장치 인식표지(210)의 위치 및 충전장치 인식표지(210)까지의 경로를 산출한다.
외부충전장치(200)는 전원단자(220)와 충전장치 인식표지(210)를 포함한다. 전원단자(220)는 내부 변압기 및 전원 케이블을 통해 전원코드에 연결되고 로봇의 충전단자(143)와 접속하여 충전배터리(142)에 전력을 공급한다. 전원단자(220)는 상용교류 전원에 연결되며, 로봇의 충전단자(143)와 같은 높이에 설치된다.
충전장치 인식표지(210)는 로봇(100)이 센서부(120)를 이용하여 외부충전장치(200)의 위치를 인식할 수 있도록 외부충전장치 본체의 전면에 설치된다. 이때, 충전장치 인식표지(210)는 로봇(100)이 쉽게 전원단자(220)에 접속할 수 있도록 전원단자(220)의 좌우 양측에 설치하는 것이 바람직하다.
충전장치 인식표지(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 판형 발광부(211)와, 판형 발광부(211) 상에 꼭짓점이 접하도록 설치되는 원뿔형상의 반사체(212)로 구성된다. 상기 발광부(211)는 소정 개수의 LED와 LED의 빛을 방사하는 커버로 구성 되고, 원뿔 형 반사체(212)는 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 금속 봉을 원뿔형상으로 연마한 후 랩핑 가공하여 형성한다. 금속 봉은 SM45C를 사용하는 것이 바람직하고 상기 반사체를 사용하는 경우 적외선 검출 거리가 170 ~ 200cm 로 확장된다. 발광부(211)는 소정 주기의 펄스 신호를 출력하여 수광부에서 외란과 신호를 구별할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
반사체(212)를 원뿔형상으로 형성하고 원뿔의 꼭짓점이 판형발광부(211)의 커버에 닿도록 설치되므로 커버를 통과하는 LED의 빛은 반사체에 반사되어 360° 모든 방향으로 방사된다. 일반적으로 LED의 빛은 전방으로 약 30°정도의 방향성을 가지고 방사되는데, 반사체(212)는 LED의 전방 30°의 좁은 범위의 방향성을 360°로 확장하여 어느 방향에서나 신호를 감지할 수 있도록 한다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이 발광부(211)에서 출력되는 빛은 화살표 a의 방향과 같이 상방으로 나아가서 원뿔형 반사체(212)에 의해 반사되어 빛의 경로가 변화된 후 사방으로 퍼져나가게 되는 것이다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 이러한 로봇 시스템에서 로봇(100)이 외부충전장치(200)까지의 경로를 검출하여 전원단자에 접속하는 과정을 설명한다.
청소작업, 보안 작업 등의 작업지시 신호가 입력되면, 로봇(100)은 지시된 작업을 수행한다. 배터리 충전량 검출부(141)는 배터리 충전량을 수시로 검출하여 충전이 필요한 레벨로 판단되면 충전요청신호를 제어부(110)에 인가하고 충전요청신호가 입력되면 외부충전장치(200)로의 이동모드가 시작된다(S10). 충전요청신호 는 사용자가 외부에서 입력장치를 이용하여 입력할 수도 있다.
충전 이동 모드가 시작되면 제어부(110)는 센서구동부(130)와 센서부(120)에 제어신호를 인가하여 센서부(120)가 좌우로 회전하면서 센싱을 수행하게 된다(S20). 즉, 충전요청신호가 제어부(110)에 인가되면 제어부(110)는 센서부 구동 모터 드라이브(131)와 센서부(120)에 제어신호를 입력하여 센서구동모터(132)와 센서(121, 122)가 구동되도록 한다. 충전장치 인식표지(210)는 소정 주기로 발광부(211) LED가 발광되어 펄스를 출력하고, 센서부(120)가 좌우로 회전하면서 센싱을 수행하여 충전장치 인식표지(210)의 펄스를 센싱한다. 센서부(120)에서 출력되는 신호는 AD변환부(123)로 인가되어 AD변환된 후 제어부(110)에 입력된다(S30).
제어부(110)는 AD변환되어 입력되는 센서부(120)의 신호를 이용하여 충전장치 인식표지(210)의 방향을 판단한다.(S40) 즉, 센싱된 펄스의 최대값이 검출되는 회전 각도를 검출한다. 충전장치 인식표지(210)의 개수에 따라 두 방향이 검출된다. 그리고 최대값이 검출된 방향에서 초음파 센서(121) 신호 값으로부터 충전장치 인식표지(210)까지의 거리를 구한다. 따라서, 로봇(100)의 위치를 중심으로 충전장치 인식표지(210a, 210b) 사이의 각도(θ)와 충전장치 인식표지(210a.b)까지의 거리(Z,Y)가 검출된다.
따라서, 제어부(110)는 충전장치 인식표지 방향 사이의 각도(θ), 로봇(100)에서 인식표지(210a, 210b)까지의 거리, 그리고, 인식표지(210a, 210b) 사이의 거리(X)를 이용하여 로봇(100) 사이의 각도(α,β)를 구하여, 제어부(110)는 상기 단계에서 검출한 충전장치 인식표지(210a, b)의 방향과 로봇(100) 사이의 각도(α, β,θ)와 거리(Y, Z), 그리고 충전장치 인식표지(210a, b) 사이의 거리(X)를 이용하여 로봇(100)에서 충전장치(200)까지의 경로를 연산한다(S50).
경로는 도 5 내지 7에 도시된 바와 같이 삼각함수 X/sinθ=Y/sinα, Ysinθ=Xsinα, β=180°-α-θ를 이용하여 도출할 수 있는데, 로봇(100)과 가까운 충전장치 인식표지(210b)와 로봇(100)과의 각도(β)가 90°인 경우, 90°보다 큰 경우, 90°보다 작은 경우로 나누어 계산한다.
인식표지(210b)와 로봇(100) 사이의 각도(β)가 90°인 경우도 5에 도시된 바와 같이 로봇(100)은 인식표지(210b)의 직각으로 전방에 위치하게 되므로 로봇은 좌로 X/2 즉 인식표지 사이 거리의 1/2 만큼 좌로 이동한 후 전방으로 인식표지(210b)와 로봇 사이의 거리 Y 만큼 이동하면 충전장치에 도달, 충전단자를 전원단자에 접속하여 충전배터리에 충전이 이루어지도록 한다.
인식표지(210b)와 로봇(100) 사이의 각도(β)가 90°보다 작은 경우도 6에 도시된 바와 같이 로봇 본체(100)의 위치는 수평 성분이 양 인식표지(210a, b) 사이에 위치하는 것을 알 수 있다. 따라서 상기 삼각함수를 이용하여 이동경로를 연산하면 로봇(100)은 좌측으로 X/2-Ycosβ 이동하고, 전방으로 Ysinβ 이동하면 충전장치에 도달할 수 있게 된다.
인식표지(210b)와 로봇(100) 사이의 각도(β)가 90°보다 큰 경우 로봇(100)은 도 7에 도시된 바와 같이 위치하게 된다. 상기 삼각함수를 이용하여 경로를 연산하면 로봇 본체(100)는 좌로 X/2 + Ycos(180-β) 전방으로 Ysin(180-β) 이동하면 상기 충전장치에 도달하게 된다.
제어부(110)는 상기 S50단계에서의 연산을 통해 경로가 도출되면 경로에 따라 로봇구동모터 드라이브(151)에 제어신호를 인가하여 모터(152)를 구동시킨다(S60). 그리고, 제어부(110)는 로봇 구동모터 드라이버(151)를 제어하여 로봇(100)의 충전단자(143)가 위치하는 방향이 주행방향과 일치하도록 모터(152)의 회전수를 변경시킨다. 제어신호에 따라 모터(100)가 구동되면 로봇(100)이 경로의 주행방향과 같은 방향으로 충전단자(143)가 위치하도록 회전하면서 충전장치(200)로 이동하여 충전단자(143)가 전원단자(220)에 접속, 충전배터리에 충전이 이루어진다(S70).
배터리 충전량 검출부(141)는 배터리 충전량을 체크하여 설정레벨 이상으로 충전된 것으로 판단되면(S80), 로봇 구동모터 드라이버(151)에 제어신호를 인가하여 S50단계에서 산출한 경로에 따라 역으로 로봇이 이동되도록 한다. 로봇은 원위치로 이동되면 수행하던 작업을 속행한다.
상기에 기술한 본 발명의 실시 예에 따르면 간단한 부품과 구성으로 로봇이 외부의 충전장치까지의 경로를 자동으로 산출하여 경로에 따라 이동, 충전이 이루어지므로, 제품의 부품 수를 줄이면서 공정을 단순화할 수 있고 제품 생산 단가를 절감할 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
본 발명에 따르면, 기존에 자율 이동 로봇과 같이 복잡한 부품과 센서를 구비하지 않고도 간단한 구성으로 외부에 위치한 충전장치까지의 경로를 자동으로 산출하여 이동하고, 충전이 이루어질 수 있도록 함으로써 생산 단가를 낮추고 생산공정을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 전원 단자와 상기 전원 단자의 좌우 양측에 설치되어 위치인식용 신호를 출력하는 두 개의 충전장치 인식표지를 포함하는 외부충전장치; 및
    상기 두 개의 충전장치 인식표지에서 출력되는 신호를 검출하는 센서부; 상기 센서부의 시그널을 사방에서 검출할 수 있도록 회전시키는 센서 구동부; 상기 센서부의 검출 신호 및 상기 센서구동부 회전량에 따라 상기 로봇에서 상기 두 개의 인식표지까지의 방향 사이의 각도와 상기 인식표지까지의 거리를 연산하고, 삼각함수를 이용하여 상기 각도와 거리로 로봇으로부터 충전장치까지의 경로를 연산하는 제어부; 와, 상기 경로에 따른 제어부의 제어신호에 따라 로봇을 이동시키는 로봇 구동부; 로 구성되는 자율 이동 로봇; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자율 이동 로봇은, 상기 전원단자에 접촉하여 충전되며 상기 로봇의 구동을 위한 전원을 공급하는 충전배터리; 와 상기 배터리의 충전량을 검출하여 소정량 이하로 검출되면 검출신호를 상기 제어부에 인가하는 배터리 충전량 검출부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충전장치 인식표지는 판형 발광부와 상기 발광부 상에 꼭짓점이 접촉된 상태로 설치되는 원뿔형 반사체로 구성되는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 판형 발광부는 LED로 구성되어 펄스 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부는, 두 개의 상기 인식표지의 방향을 감지하는 적외선센서와 인식표지까지의 거리를 감지하는 초음파 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서구동부에 의해 회전하는 동안 상기 적외선센서의 출 력 값이 소정 레벨 이상이 되는 위치 사이의 상기 센서 구동부 회전량을 이용하여 상기 로봇에서 상기 충전장치 인식표지까지의 방향 사이의 각도를 연산하고, 상기 적외선센서의 출력 값이 소정 레벨 이상이 되는 위치에서의 상기 초음파 센서의 출력 값을 이용하여 상기 충전장치 인식표지까지의 거리를 연산하며, 상기 충전장치 인식표지 사이의 거리, 및 상기 각도로부터 로봇에서 충전장치까지의 경로를 연산하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템.
  7. 충전장치 위치인식표지와 전원단자를 구비한 외부충전장치와 상기 외부충전장치로 이동하여 충전배터리를 충전하는 로봇 몸체를 포함하는 자율 이동 로봇 시스템에 있어서,
    a) 상기 충전배터리의 충전량을 체크하여 소정량 이하로 판단되면 충전장치로 이동 모드를 시작하는 단계;
    b) 센서 구동부와 센서를 구동시켜 센서가 회전하며 인식표지의 펄스를 센싱하는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 센싱된 신호를 이용하여 상기 로봇에서 상기 인식표지까지의 방향 사이의 각도 및 인식표지까지의 거리를 검출하는 단계;
    d) 상기 c) 단계에서 검출된 거리 및 각도 이용하여 충전장치까지의 경로를 연산하는 단계; 및
    e) 로봇 구동부를 구동시켜 상기 경로에 따라 이동하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 e) 단계 수행 후, f) 충전단계; 와 g) 충전 완료되면 상기 경로에 따라 처음 위치로 이동하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 제어방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 상기 센서는 적외선 센서와 초음파 센서로 구성되고, 초음파 센서의 검출신호를 이용하여 상기 충전장치 인식표지까지의 거리를 검출하고, 회전하며 상기 인식표지의 펄스를 센싱하는 상기 적외선 센서의 검출신호를 이용하여 로봇에서 상기 두 개의 인식표지까지의 방향 사이의 각도를 검출하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 적외선 센서는 좌우로 회전하면서 상기 인식표지에서 출력되는 펄스를 센싱하고, 센싱된 신호는 AD 변환되어 제어부에 입력되며, 제어부는 두 개의 최대 값이 검출되는 센서구동부의 회전량을 이용하여 상기 로봇에서 상기 인식표지까지의 방향 사이의 각도를 연산하는 것을 특징으로 하는 외부충전장치를 가지는 자율 이동 로봇 시스템 제어방법.
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