KR20080045523A - 센싱장치 및 이를 이용한 로봇 청소기 - Google Patents

센싱장치 및 이를 이용한 로봇 청소기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센싱장치 및 이를 이용한 로봇 청소기에 관한 것으로써, 적외선 센서, 위치센서, 초음파, 레이저 등 거리 측정이 가능한 센서를 교차로 배치하여 사각지대에 존재하는 장애물을 감지하는 센서 교차 배치를 통한 장애물 감지 장치 에 관한 것이다. 본 발명의 로봇 청소기는 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 각각의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향이 센서의 정면 이외의 부분이 되도록 조절되는 센서부, 상기 센서부에 의해 인지된 물체의 거리정보를 계산하고 이에 따라 이동을 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 구동 명령에 따라 바퀴를 회전시키는 구동부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 센서가 교차하여 배치되므로, 진행방향에 존재하는 모든 장애물을 감지하는 효과가 있다.
로봇, 청소기, 센서, 교차배치

Description

센싱장치 및 이를 이용한 로봇 청소기{Sensing System and Robot Cleaner using thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱장치의 블록도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부 내의 센서 배치도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 블록도
도 4a 및 도 4b는 사각지대의 물체 인지방법에 따른 종래기술과 본 발명의 비교도
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}
101 : 센서부(센싱장치) 102 : 제어부(센싱장치)
410 : 센서부(로봇 청소기) 420 : 제어부(로봇청소기)
430 : 구동부 440 : 맵핑부
본 발명은 센싱장치 및 이를 이용한 로봇 청소기에 관한 것으로써, 적외선 센서, 위치센서, 초음파, 레이저 등 거리 측정이 가능한 센서를 교차로 배치하여 사각지대에 존재하는 장애물을 감지하는 센서 교차 배치를 통한 장애물 감지 장치 에 관한 것이다.
통상적으로 로봇 청소기란 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역 내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소하는 기기를 말한다.
그리고 상기 로봇 청소기는 청소구역을 주행하면서 몸체의 전면부에 설치된 센서를 통해 신호를 송출한 후, 장애물로부터 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하여 장애물의 존재 유무를 판별한다.
그러나 상기 로봇 청소기의 물체 감지 센서는 상기 로봇 청소기의 중심에서 방사되는 방향으로 배치되어 있기 때문에, 장애물이 센서 감지 거리 내에 있어도 사각지대에 위치할 경우에는 감지하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은 적외선 센서, 위치센서, 초음파, 레이저 등 거리 측정이 가능한 센서를 교차로 배치하여 사각지대에 존재하는 장애물을 감지하는 센서 교차 배치를 통해 장애물을 감지하기 위한 센싱장치 및 이를 이용한 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 센싱장치는 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 각각의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향이 센서의 정면 이외의 부분이 되도록 조절되는 센서부 및 상기 센서부에 의해 인지된 물체의 거리정보를 계산하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 상기 센서는 적외선 센서, 위치 인식 감지기(PSD), 초음파 센서, 레이저 센서 중에서 선택되는 1종의 센서를 이용할 수 있다.
본 발명에서 상기 센서부의 각각의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향은 적어도 한번 이상 중첩될 수 있다.
본 발명의 로봇 청소기는 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 각각의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향이 센서의 정면 이외의 부분이 되도록 조절되는 센서부, 상기 센서부에 의해 인지된 물체의 거리정보를 계산하고 이에 따라 이동을 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 구동 명령에 따라 바퀴를 회전시키는 구동부를 포함한다.
본 발명에서 상기 제어부에 의해 계산된 거리정보를 이용하여 현재 감지된 물체의 위치를 맵핑하는 맵핑부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 각각의 센서는 소정의 거리가 이격되고, 동일선상에 위치할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한 다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱장치의 블록도이다.
상기 실시예에서, 센싱장치는 센서부(101) 및 제어부(102)를 포함한다.
상기 실시예는, 본 발명의 센서가 위치하는 센서부(101)와 제어부(102)와의 연결관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 센서부(101)는 물체의 위치를 인지하고, 상기 제어부(102)는 상기 센서부(101)에 의해 인지된 물체의 위치 및 거리 등의 데이터를 생성한다.
상기 센서부(101)에는 적어도 하나 이상의 센서가 구비된다. 도 2a 및 도 2b에는 상기 센서부(101)에 구비된 복수개의 센서를 나타낸 것이다. 도 2a 및 도 2b에는 4개의 센서가 구비되어 있으나 상기 센서의 개수는 도면에 도시된 개수에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적에 맞게 다양한 수의 센서가 구비될 수 있음은 자명한 일이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 센서부(101)에는 4개의 센서가 구비되며, 상기 4개의 센서는 수평면을 기준으로 동일선상에 위치한다. 상기 센서의 위치는 동일선상에 위치하는 것이 바람직할 수 있으나, 반드시 동일선상에 위치하여야 하 는 것은 아니다. 일반적으로 센서는 물체를 인지하기 위한 방향이 센서가 장착된 물체의 이동방향에 정면을 위치하는 것이 일반적이나 본 발명에서는 복수개의 센서 중 적어도 하나 이상은 이동방향의 정면이 아닌 방향으로 위치된다.
도 2a를 참조하면, 센서 a, b는 정면을 인지하도록 위치되고, 센서 c는 정면에서 약 20도 정도 오른쪽의 방향을 인지하도록 위치되며, 센서 d는 정면에서 약 40도 정도 왼쪽 방향을 인지하도록 조정된다. 즉, 적어도 하나 이상의 센서가 정면이 아닌 위치를 인지하기 위하여 소정의 각도로 틀어져 조정된다.
본 발명에서는 센서부(101)에 위치한 복수개의 센서 중 어느 하나의 센서만이 정면을 제외한 다른 위치의 물체를 감지하기 위해 조정되는 것으로 가능하나, 보다 바람직하게는 두 개 이상의 센서가 물체를 인지하는 방향이 적어도 한 번 이상 겹쳐지도록 조정되는 것이 바람직하다.
즉, 도 2a를 참조하면, 센서 a 및 센서 b는 장치가 이동하는 정면을 인지하도록 조정되어 있으나, 센서 c 및 센서 d는 인지하는 방향을 엇갈리게 배치하여 센서가 인지하는 부분 중 사각지역이 형성되는 것을 방지한다.
상기 엇갈리게 배열되는 센서의 각도는 다양하게 조정가능 하다. 정면을 기준으로 적은 각도로 조정되면 더욱 빠른 시간안에 사각지역에 위치한 물체를 감지하는 것이 가능하나, 불필요한 거리에 위치하는 물체까지고 감지를 하는 문제점이 존재한다. 정면을 기준으로 큰 각도를 가지도록 조정되면, 필요한 위치 내의 물체만을 감지하도록 하는 것이 가능하나, 너무 큰 각도로 조정되면, 물체를 감지하는 시간이 늦어져서 해당 장치가 이에 대응하는 시간이 부족하게 될 수 있다. 따라서, 당업자는 상기와 같은 내용을 종합 고려하여 해당 센서를 장치의 목적에 맞추어서 각 센서의 각도를 조정하는 것이 바람직하다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 센서를 조절한 방법을 나타낸 것이다. 도 2b를 참조하면, 센서 a 는 정면을 기준으로 오른쪽 45도 방향으로 조절되고, 센서 d는 정면을 기준으로 왼쪽 45도 방향으로 조절된다. 센서 c 및 센서 d는 정면방향으로 조절되어 있다. 이러한 조절방법은 센서 b 및 센서 c가 인지하지 못하는 센서 b와 센서 c의 중간 영역을 상시 센서 a 및 센서 d가 감지할 수 있도록 한다.
상기 제어부(102)는 상기와 같은 센서 조합에 의해 인지된 물체에 대해서 해당 거리 및 그 위치를 계산한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 센서장치를 이용한 로봇 청소기의 블록도이다.
상기 실시예에서, 로봇 청소기는 크게 센서부(410), 제어부(420), 구동부(430) 및 맵핑부(440)를 포함한다.
상기 실시예는, 상기 센서부(410)를 이용하여 물체를 감지한 후 이를 처리하는 주변 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 상기 센서부(410) 및 제어부(420)는 상기 센서장치의 그것과 작용이 유사하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 다만, 상기 제어부(420)는 상기 센싱부(410)에 의해 사각지대의 물체가 인지되면 이를 피하거나 부딪치지 않게 하기 위해 상기 구동부(430)를 제어한다. 상기 구동부(430)는 상기 제어부에 의해 전달된 명령에 따라 해당 구동원을 작동 시킨다.
상기 맵핑부(440)는 상기 센서부(410)에서 인지된 물체에 대해 제어부(420)에서 그 위치 및 거리에 대한 데이터를 계산하면, 이를 이용하여 저장된 청소영역에서 해당 장애물을 포함시킨다. 이후 청소알고리즘을 수행할 때 이를 고려하여 로봇 청소기의 청소방법 및 동선을 설정하게 된다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보다 구체적인 로봇 청소기의 블록도이다.
상기 실시예에서, 로봇 청소기는 로봇제어부(420), 부제어부(470), 알림부(415), 저장부(460), 좌측바퀴 구동부(431), 좌측바퀴 구동용 모터(a), 제 1, 제 2 회전량 감시부(432, 434), 우측바퀴 구동부(433), 우측바퀴 구동용 모터(b), 청소 구동부(435), 집진용 모터(c), 브러시 구동부(436), 브러시 구동용 모터(d), 디스플레이부(450), 수신부(416), 조도 센서(417), 배터리부(418), 거리센서(411), 보조센서(412), 무접점 터치센서(413), 바닥센서(414) 및 맵핑부(440)로 구성된다. 부제어부(470)는 알림부(415), 수신부(416), 조도 센서(417), 배터리부(418)와 각각 접속된다.
상기에서 거리센서(411), 보조센서(412), 무접점터치센서(413) 및 바닥센서(414)는 본 발명의 센서부(410)에 포함되고, 좌측바퀴구동부(431), 재1회전량감시부(432), 우측바퀴구동부(433), 제2회전량감시부(434), 청소구동부(435) 및 브러쉬구동부(436)는 구동부(430)에 포함된다.
동 도면에 있어서, 로봇제어부(420)는 부제어부(470), 저장부(460), 좌측바퀴 구동부(431), 제 1, 제 2 회전량 감시부(432, 434), 우측바퀴 구동부(433), 청 소 구동부(435), 브러시 구동부(436), 디스플레이부(450), 거리센서(411), 보조센서(412), 무접점 터치센서(413), 및 바닥센서(414)에 접속되어, 소정의 청소 알고리즘에 따라 청소의 진행을 제어한다.
상기 부제어부(470)는 조도 센서(417), 배터리부(418)와 각각 접속되어, 로봇제어부(420)의 제어 기능을 보조한다. 예로, 부제어부(470)는 조도 센서(417)로부터 제공되는 외부의 밝기 정보, 배터리부(418)로부터 제공되는 배터리 상태 정보를 각기 받아 로봇제어부(420)로 보고한다.
상기 저장부(460)는 로봇제어부(420)에 의해 제어되어, 청소 로봇이 청소도중 발생하는 메모리 맵, 청소 로봇의 현재 위치, 방전체의 크기, 및 모서리의 위치 정보 등을 저장한다.
상기 좌측바퀴 구동부(431)는 로봇제어부(420)의 제어에 따라 좌측바퀴 구동용 모터(a)의 구동을 제어하여, 전방 좌측에 설치된 바퀴를 구동시킴으로써 청소 로봇의 좌측 이동을 관장한다.
상기 제 1 회전량 감시부(432)는 좌측바퀴의 회전량에 따라 좌측바퀴의 이동한 거리를 측정하여 로봇제어부(420)로 전달한다.
상기 우측바퀴 구동부(433)는 로봇제어부(420)의 제어에 따라 우측바퀴 구동용 모터(b)의 구동을 제어하여, 전방 우측에 설치된 바퀴를 구동시킴으로써 청소 로봇의 우측 이동을 관장한다.
상기 제 2 회전량 감시부(434)는 우측바퀴의 회전량에 따라 우측바퀴의 이동한 거리를 측정하여 로봇제어부(420)로 전달한다.
상기 청소 구동부(435)는 로봇제어부(420)의 제어에 따라 집진용 모터(c)의 구동을 제어하여, 바닥의 오물이나 먼지 등이 소정의 흡입구 또는 흡입관을 통해 집진실로 들어가도록 한다.
상기 브러시 구동부(436)는 로봇제어부(420)의 제어에 따라 브러시 구동용 모터(d)의 구동을 제어하여, 청소 로봇의 바닥에 설치된 브러시를 구동해서 바닥의 오물이나 먼지 등을 쓸어 담거나 카펫 등을 턴다.
상기 디스플레이부(450)는 로봇제어부(420)의 제어에 따라 청소 로봇의 각종 상태를 표시하거나 청소 시간에 관련된 정보 등을 표시한다.
상기 거리센서(411)는 3개의 센서로 구성되어, 청소 로봇의 전방 및 좌우에 각기 설치된다. 각 센서는 외부로 신호를 송출하고 반사된 신호를 수신함으로써 청소 로봇 주위의 벽이나 장애물의 거리를 탐지하여 로봇제어부(420)로 보고한다.
상기 보조센서(412)는 적외선을 출사한 적외선 발광소자와 반사광을 수신하는 수광 소자로 구성되는 적외선 센서 8개로 구성되어, 청소 로봇의 전방 좌측, 우측에 3개씩, 청소 로봇의 바닥 좌측, 우측 1개씩 총 8개가 설치된다. 이 보조센서(412)는 거리센서(411)를 보좌하여 청소 로봇의 구동이 더욱 원활하도록 한다.
상기 무접점 터치센서(413)는 충돌 센서로서, 거리센서(411)와 보조센서(412)가 탐지하지 못하는 장애물이나 벽, 갑작스러운 충돌 발생 등을 검출하여 로봇제어부(420)로 보고한다.
상기 바닥센서(414)는 청소 로봇의 바닥 좌측, 우측에 각기 설치되어, 계단이나 바닥의 패인 곳 등으로 청소 로봇이 떨어지지 않도록 한다.
상기 거리센서(411)와 보조센서(412)는 본 발명에서 제시한 바와 같이 센서 방향을 조절함으로써, 사각지대에 위치하는 물체라 할지라도 감지할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 사각지대에 위치한 물체를 인지하는 방법에 따른 종래 방법과 본 발명의 실시예를 비교한 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 로봇 청소기(400), 센서(410) 및 장애물(420)을 포함한다.
상기 로봇 청소기(400)는 전면부에 하나 이상의 센서(410)가 설치되어 자동으로 움직이면서 청소를 한다. 이때, 상기 센서(410)에서 외부로 신호가 송출되고, 상기 송출된 신호가 반사되어 수신되는 것에 따라 상기 로봇 청소기(400)의 구동방향이 결정된다.
상기 로봇 청소기(400)가 움직이면서 상기 센서(410)에서 적외선 센서, 위치센서, 초음파, 레이저 등 거리 측정이 가능한 센서가 교차하도록 배치하여 신호를 송출한다. 상기 송출된 신호가 장애물(520)에 부딪히면 상기 신호가 반사되어 상기 로봇 청소기(400)의 센서(410)로 수신된다.
종래에는 상기 센서(410)가 상기 로봇 청소기(400)의 중심에서 방사되는 방향으로 배치되어서 많은 사각지대(500)가 형성되어, 상기 사각지대(500)에 위치한 상기 장애물(420)을 감지하지 못하고 부딪혀서 상기 로봇 청소기(400)가 파손되는 경우가 있다. (도 4a참조)
본 발명에서는 상기 센서(410)가 서로 교차하도록 배치되므로, 상기 로봇 청소기(400)의 진행방향에 존재하는 모든 장애물을 감지함으로 상기 로봇 청소 기(400)의 파손을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 센서가 교차하여 배치되므로, 진행방향에 존재하는 모든 장애물을 감지하는 효과가 있다.
또한, 모든 장애물을 감지함으로써, 로봇 청소기가 장애물에 부딪혀서 파손되는 것을 방지하는 효과가 있다.
그리고 사용자의 편리함으로 증진시키고, 로봇 청소기에 대한 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 각각의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향이 센서의 정면 이외의 부분이 되도록 조절되는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 인지된 물체의 거리정보를 계산하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 적외선 센서, 위치 인식 감지기(PSD), 초음파 센서, 레이저 센서 중에서 선택되는 1종의 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부의 각각의 센서중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향은 적어도 한번 이상 중첩되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  4. 적어도 하나의 센서를 구비하고, 상기 각각의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향이 센서의 정면 이외의 부분이 되도록 조절되는 센서부;
    상기 센서부에 의해 인지된 물체의 거리정보를 계산하고 이에 따라 이동을 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 구동 명령에 따라 바퀴를 회전시키는 구동부를 포함하는 로봇 청소기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 계산된 거리정보를 이용하여 현재 감지된 물체의 위치를 맵핑하는 맵핑부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 센서는 적외선 센서, 위치 인식 감지기(PSD), 초음파 센서, 레이저 센서 중에서 선택되는 1종의 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 센서부의 각각의 센서중 적어도 하나 이상의 센서가 인지하는 방향은 적어도 한번 이상 중첩되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  8. 제 4항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 각각의 센서는 소정의 거리가 이격되고, 동일선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
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