KR20240042269A - 도킹 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템 및 로봇 청소기의 제어방법 - Google Patents

도킹 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템 및 로봇 청소기의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 로봇 청소기는 본체; 상기 본체를 이동시키는 구동부; 상기 구동부에 전력을 공급하는 배터리; 상기 본체의 중심으로부터 전면에 배치되어 전방의 환경 정보를 수득하는 복수의 센싱부; 상기 본체의 중심으로부터 후방에 배치되며, 흡입하는 먼지를 포집하는 먼지통; 및 상기 센싱부로부터 감지된 감지 신호로부터 도킹 스테이션의 위치를 판단하고, 상기 도킹 스테이션으로 상기 먼지통이 먼저 진입하도록 후방 주행하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 주행 공간 내에 로봇 청소기와 연동하며, 로봇 청소기의 충전과 로봇 청소기의 먼지통의 먼지를 포집하여 보유하는 덤핑 타워로서 기능하는 도킹 스테이션을 배치할 수 있으며, 로봇 청소기가 먼지통의 먼지를 덤핑 스테이션으로 전달하는 먼지 유로가 형성될 때, 로봇 청소기가 후방 도킹을 수행함으로써 먼지 유로를 최단 거리로 형성하여 먼지 포집을 효과적으로 수행할 수 있다.

Description

도킹 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템 및 로봇 청소기의 제어방법 {A ROBOT CLEANER SYSTEM HAVING THE CHARGE STATIONS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은, 이동 로봇, 구체적으로 로봇 청소기와 도킹 가능한 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 로봇 청소기에 사용가능한 도킹 스테이션으로서 덤핑 도킹 스테이션을 포함하는 경우의 도킹 방법에 대한 것이다.
로봇 응용 분야는 계속적으로 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다. 이러한 로봇 중에서 자력으로 주행이 가능한 것을 이동 로봇이라고 한다.
가정에서 사용되는 이동 로봇의 대표적인 예는 로봇 청소기이다.
로봇 청소기에 구비된 여러 센서를 통하여 로봇 청소기 주변의 환경 및 사용자를 감지하는 여러 기술들이 알려져 있다. 또한, 로봇 청소기가 스스로 청소 구역을 학습하여 맵핑하고, 맵 상에서 현재 위치를 파악하는 기술들이 알려져 있다. 청소 구역을 기설정된 방식으로 주행하며 청소하는 로봇 청소기가 알려져 있다.
또한, 종래 기술에는, 청소하고자 하는 구역을 스스로 주행하면서 구역의 외곽을 주행하는 벽면을 따라 지그재그로 패턴 주행을 수행하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 로봇 청소기는 지속적으로 자율 주행을 수행하기 위하여 배터리의 충전이 필요하다. 특히 자율 주행 특성을 갖는 로봇 청소기는 충전 또한 자동 충전 또는 자율 충전 특성을 가져야 한다.
이를 위해 한국 특허 10-2018-0079054호에서는 우선 자율 주행하는 로봇 청소기를 도킹 스테이션에 정확하게 도킹할 수 있는 도킹 기술을 개시하고 있다.
로봇 청소기의 충전은 로봇 청소기의 충전 단자와 도킹 스테이션의 충전 단자가 서로 접촉된 후 이루어지며, 이 과정을 도킹이라 한다.
한국 특허 10-2018-0108004호에서는 자율 주행하는 로봇 청소기를 도킹 스테이션에 정확하게 도킹하기 위해 도킹 신호의 중첩 구간을 판단하여 중첩 수신되는 위치에서 도킹하는 기술이 제안되었다.
이와 같이 정밀한 도킹을 위한 다양한 기술이 요구되며, 도킹이 이루어지지 않으면 로봇 청소기의 주행 및 청소가 스케줄에 따라 진행되지 않는 문제가 발생한다.
근래 제공되는 다양한 도킹 스테이션은 로봇 청소기의 먼지통으로부터 먼지를 수득하여 보유하는 덤핑 타워로서 기능하며, 덤핑 타워 및 도킹 스테이션의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
이와 같이 발전하는 도킹 스테이션 기술에 대하여 다양한 방식의 도킹 방식이 요구되며, 그에 따라 로봇 청소기의 주행에도 변화가 요구된다.
한국 공개 특허 10-2018-0079054 (공개일자: 2018년 7월 10일) 한국 공개 특허 10-2018-0108004(공개일자: 2018년 10월 04일)
제1 과제는 덤핑 타워로서 기능하는 도킹 스테이션이 배치되는 공간에서 로봇 청소기의 도킹 방법을 제공하는 것이다.
제2 과제는 덤핑 스테이션이 도킹 스테이션으로 배치되는 공간에서 로봇 청소기가 후방 도킹을 수행할 때, 정확한 위치에서 회전을 수행하기 위한 회전 위치 탐색 방법을 제공하는 것이다.
제3 과제는 로봇 청소기가 수신하는 도킹 신호 및 로봇 청소기의 다양한 센서를 통해 덤핑 스테이션과 로봇 청소기의 상대적인 위치를 파악함으로써 중심 위치를 탐색하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 로봇 청소기는 본체; 상기 본체를 이동시키는 구동부; 상기 구동부에 전력을 공급하는 배터리; 상기 본체의 중심으로부터 전면에 배치되어 전방의 환경 정보를 수득하는 복수의 센싱부; 상기 본체의 중심으로부터 후방에 배치되며, 흡입하는 먼지를 포집하는 먼지통; 및 상기 센싱부로부터 감지된 감지 신호로부터 도킹 스테이션의 위치를 판단하고, 상기 도킹 스테이션으로 상기 먼지통이 먼저 진입하도록 후방 주행하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 센싱부는 상기 도킹 스테이션으로부터의 도킹 신호를 수신하는 도킹 신호 감지부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 도킹 모드가 시작되면, 상기 도킹 스테이션에 근접하도록 주행하고, 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선상에 위치하도록 위치 보정을 수행할 수 있다.
상기 제어부는 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선상에 위치하는지 상기 센싱부의 상기 감지 신호에 기초하여 판단하고, 상기 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하면 회전하는 회전 모드를 수행할 수 있다.
상기 회전 모드는 상기 먼지통이 배치되는 상기 로봇 청소기의 후방이 상기 도킹 스테이션의 전면부와 마주하도록 회전할 수 있다.
상기 회전 모드는 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 상기 현재 위치에서 180도 회전할 수 있다.
상기 도킹 신호 감지부는 상기 본체의 전면에서 우측에 배치되어 있는 우측 도킹 감지 센서 및 상기 본체의 전면에서 좌측에 배치되어 있는 좌측 도킹 감지 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 우측 도킹 감지 센서 및 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 가중치를 부여하고 합산하여 도킹 유효값을 산출하고, 상기 도킹 유효값이 0을 충족하는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 우측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 양의 가중치를 부여하고, 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 음의 가중치를 부여하고 합산하여 상기 도킹 유효값을 산출하고, 상기 도킹 유효값의 부호가 반전되는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 센싱부는 상기 본체의 전면의 중심에 배치되어 전방의 장애물의 거리를 탐지하는 장애물 센서를 더 포함하며, 상기 장애물 센서는 상기 본체 전방의 상부로 상부 레이저 패턴을 조사하는 제1 광 조사부, 상기 본체 전방의 하부로 하부 레이저 패턴을 조사하는 제2 광 조사부, 및 상기 본체 전방의 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 촬영하여 상기 제어부로 전송하는 카메라를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 카메라로부터 수득한 영상으로부터 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 추출하고, 상기 추출된 부분이 임계 범위를 충족하면 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 로봇 청소기는 후방으로 상기 도킹 스테이션과 도킹을 진행하면, 도킹한 상태로 상기 도킹 스테이션으로 상기 먼지통에 포집된 먼지를 전달할 수 있다.
한편, 본 발명은 주행 구역의 도킹 스테이션으로부터 상기 주행 구역을 주행하며 청소를 수행하는 단계; 도킹 모드가 시작되면, 상기 도킹 스테이션에 근접하도록 주행하는 단계; 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하도록 위치 보정을 수행하는 단계; 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선상에 위치하면 회전하는 회전 모드를 수행하는 단계; 및 상기 로봇 청소기의 후방이 상기 도킹 스테이션의 전방을 향하도록 후방 주행하여 도킹을 수행하는 후방 주행 단계를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법을 제공한다.
상기 위치 보정 단계에서, 상기 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는지 외부 환경에 대한 감지 신호에 기초하여 판단할 수 있다.
상기 회전 모드는 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 상기 현재 위치에서 180도 회전할 수 있다.
상기 로봇 청소기는 본체의 전면에서 우측에 배치되어 있는 우측 도킹 감지 센서, 및 상기 본체의 전면에서 좌측에 배치되어 있는 좌측 도킹 감지 센서를 포함하고, 상기 우측 도킹 감지 센서 및 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 가중치를 부여하고 합산하여 도킹 유효값을 산출하고 상기 도킹 유효값에 따라 상기 회전 모드의 위치를 결정할 수 있다.
상기 도킹 유효값이 0을 충족하는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 우측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 양의 가중치를 부여하고, 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 음의 가중치를 부여하고 합산하여 상기 도킹 유효값을 산출하고, 상기 도킹 유효값의 부호가 반전되는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 로봇 청소기는 상기 본체의 전면의 중심에 배치되어 전방의 장애물의 거리를 탐지하는 장애물 센서를 포함하고, 상기 장애물 센서는 상기 본체 전방의 상부로 상부 레이저 패턴을 조사하는 제1 광 조사부, 상기 본체 전방의 하부로 하부 레이저 패턴을 조사하는 제2 광 조사부, 및 상기 본체 전방의 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 촬영하여 상기 제어부로 전송하는 카메라를 포함하며, 상기 카메라로부터 수득한 영상으로부터 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 추출하고, 상기 추출된 부분이 임계 범위를 충족하면 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 후방 주행 후 상기 로봇 청소기의 후방으로 상기 도킹 스테이션과 도킹을 진행하면, 도킹한 상태로 상기 도킹 스테이션으로 상기 로봇 청소기의 먼지통에 포집된 먼지를 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 해결 수단을 통하여, 주행 공간 내에 로봇 청소기와 연동하며, 로봇 청소기의 충전과 로봇 청소기의 먼지통의 먼지를 포집하여 보유하는 덤핑 타워로서 기능하는 도킹 스테이션을 배치할 수 있다.
상기 덤핑 스테이션이 도킹 스테이션으로 배치되는 공간에서 로봇 청소기가 먼지통의 먼지를 덤핑 스테이션으로 전달하는 먼지 유로가 형성될 때, 로봇 청소기가 후방 도킹을 수행함으로써 먼지 유로를 최단 거리로 형성하여 먼지 포집을 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 후방 도킹을 위해 덤핑 스테이션과 로봇 청소기의 상대 위치가 정확하게 일직선 상에 배치되는 지점에서 회전을 수행함으로써 도킹 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 별도의 추가적인 센서 없이 보유하는 도킹 신호 감지부 또는 거리 감지부를 통해 덤핑 스테이션과의 회전 위치를 탐색할 수 있어 비용 및 공간 활용에 효과적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기 및 로봇 청소기를 충전시키는 도킹 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 일 실시예의 로봇 청소기를 상측에서 바라본 입면도이다.
도 3은 도 1의 일 실시예의 로봇 청소기를 정면에서 바라본 입면도이다.
도 4는 도 1의 일 실시예의 로봇 청소기를 하측에서 바라본 입면도이다.
도 5는 도 1의 다른 실시예의 로봇 청소기의 사시도이다.
도 6은 도 1 및 도 6의 로봇 청소기의 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 1의 로봇 청소기 시스템의 도킹 스테이션의 사시도이다.
도 8은 도 7의 도킹 스테이션과 로봇 청소기의 결합 시의 먼지 이동을 나타내는 내부 상세도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도킹 스테이션의 제어 관계를 나타내는 블록도이다.
도 10a는 도킹 스테이션에서 발송하는 복수의 도킹 신호의 신호 범위를 도시한 것이다.
도 10b는 도 10a에서 좌측 도킹 신호 범위를 나타낸 것이다.
도 10c는 도 10a에서 센터 도킹 신호 범위를 나타낸 것이다.
도 10d는 도 10a에서 우측 도킹 신호 범위를 나타낸 것이다.
도 11a은 도킹 스테이션의 도킹 신호의 디지털 값을 나타낸 것이다.
도 11b은 도킹 스테이션의 각각의 도킹 신호 출력 소자의 아날로그 값을 나타낸 것이다.
도 12는 도 1의 로봇 청소기의 도킹 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 도 12에서의 로봇 청소기의 준비 동작 단계를 나타내는 순서도이다.
도 14는 로봇 청소기가 도킹 스테이션의 신호 범위 내에 진입하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 15a는 로봇 청소기의 전방과 덤핑 스테이션의 전방이 일치하지 않는 경우를 나타내는 모식도이다.
도 15b는 로봇 청소기의 전방과 덤핑 스테이션의 전방이 일치하는 경우를 나타내는 모식도이다.
도 16a는 로봇 청소기가 덤핑 스테이션의 전방 중앙의 위치를 탐색하는 경우를 나타내는 모식도이다.
도 16b는 로봇 청소기가 덤핑 스테이션의 전방 중앙의 위치하는 경우를 나타내는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 12의 로봇 청소기의 준비 동작 단계를 나타내는 순서도이다.
도 18은 도 5의 로봇 청소기의 3d 센서의 덤핑 스테이션의 탐지를 나타내는 구성도이다.
도 19a 내지 도 19b는 로봇 청소기의 3d 센서로부터 감지되는 영상을 나타내는 것이다.
도 20a는 도 18에서 로봇 청소기의 레이저 조사에 의해 덤핑 스테이션에 맺히는 레이저 상을 나타내는 것이다.
도 20b는 도 19의 영상으로부터 관심 영역을 추출하는 것을 나타내는 것이다.
도 20c는 도 20b의 관심 영역으로부터 1차원 변환 값을 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 12의 로봇 청소기의 준비 동작 단계를 나타내는 순서도이다.
도 22a는 도 7에서 로봇 청소기의 레이저 조사에 의해 덤핑 스테이션의 받침판에 맺히는 레이저 상을 나타내는 것이다.
도 22b는 도 19의 영상으로부터 관심 영역을 추출하는 것을 나타내는 것이다.
도 22c는 도 22b의 관심 영역으로부터 1차원 변환 값을 나타낸 것이다.
도 22d는 도 22c의 1차원 변환 값으로부터 최종 관심 영역 추출을 나타내는 것이다.
본 설명 전체에 걸쳐 언어적/수학적으로 표현된 대소비교에 있어서, '작거나 같음(이하)'과 '작음(미만)'은 통상의 기술자 입장에서 서로 용이하게 치환가능한 정도이며, '크거나 같음(이상)'과 '큼(초과)'은 통상의 기술자 입장에서 서로 용이하게 치환가능한 정도이며, 본 발명을 구현함에 있어서 치환하여도 그 효과 발휘에 문제가 되지 않음은 물론이다.
본 발명의 이동 로봇은 바퀴 등을 이용하여 스스로 이동이 가능한 로봇을 의미하고, 로봇 청소기 등이 될 수 있다.
이하 도 1 내지 도 6을 참조하여, 이동 로봇 중 로봇 청소기를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기 및 로봇 청소기를 충전시키는 도킹 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 일 실시예의 로봇 청소기를 상측에서 바라본 입면도이고, 도 3은 도 1의 일 실시예의 로봇 청소기를 정면에서 바라본 입면도이고, 도 4는 도 1의 일 실시예의 로봇 청소기를 하측에서 바라본 입면도이며, 도 5는 도 1의 다른 실시예의 로봇 청소기의 사시도이고, 도 6은 도 1 및 도 6의 로봇 청소기의 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇 시스템은 적어도 하나의 로봇 청소기(100), 덤핑 스테이션(200)을 포함한다. 즉, 하나의 주행 구역으로 구분되는 영역 내에 덤핑 스테이션(200)이 배치될 수 있다.
로봇 청소기(100)으로는, 도 1과 같이 진공 청소를 진행하는 건식청소용 로봇 청소기(100)일 수 있다.
이밖에 로봇 청소기(100)은 청소기 이외의 것을 포함할 수 있으며, 해당 주행 구역을 자유롭게 주행하면서 서비스를 제공하는 홈 로봇, 엔터네이닝 로봇, 가이드 로봇 또는 가정 도우미 로봇 등일 수 있다.
이와 같은 로봇 청소기(100)은 공통적으로 해당 주행 구역을 주행하며 할당되어 있는 서비스를 제공하며, 배터리에 충전되어 있는 전원이 방전되면 해당 주행 구역에 배치되어 있는 충전 스테이션(200)과 도킹하여 배터리의 충전을 수행할 수 있다.
이와 같은 충전 스테이션(200)은 로봇 청소기의 먼지통과 연통되어 먼지통의 먼지를 보관가능한 덤핑 스테이션(200)일 수 있으며, 2개 이상의 청소기와 동시 결합가능한 멀티 스테이션일 수도 있다.
멀티 스테이션인 경우, 해당 도킹 스테이션(200)에는 두 개의 청소기가 동시 결합될 수 있다. 이때, 청소기는 제1 청소기 및 제2 청소기(100)를 포함할 수 있다.
멀티 스테이션의 측면에는 제1 청소기가 결합될 수 있다. 구체적으로, 제1 청소기는 스틱 청소기로서, 본체를 포함할 수 있고, 멀티 스테이션의 측면에 상기 본체가 결합될 수 있다. 멀티 스테이션의 하부에는 제2 청소기인 로봇 청소기(100)가 도킹(docking)될 수 있다. 이때, 스틱 청소기는 사용자에 의해 수동으로 청소 동작이 수행되는 것이다. 이러한 멀티 스테이션은 스틱 청소기 및 로봇 청소기(100)의 먼지통의 먼지를 제거할 수 있다.
한편, 덤핑 스테이션(200)은 로봇 청소기용 도킹 스테이션으로서, 하부에 도킹 모듈을 포함하며, 로봇 청소기(100)의 먼지통과 연통하여 먼지통의 먼지를 흡수하여 수용하는 포집부를 포함한다. 이러한 덤핑 스테이션(200)은 멀티 스테이션에 적용되어 있는 먼지 포집부를 포함하고 있으며, 로봇 청소기(100)와 동시에 또는 개별적/부가적으로 유통 판매 가능하다.
이와 같이, 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(200)으로서, 충전과 먼지 포집을 동시에 진행하기 위한 덤핑 타워로서 기능하는 덤핑 스테이션(200)이 포함되는 이동 로봇 시스템이 제시된다.
로봇 청소기(100)의 정면 방향(F1), 전방은 청소기의 중심으로부터 정면의 3D 센서(135)를 잇는 가상의 선이 연장되는 방향으로서, 영상 촬영부가 촬영하는 대상으로 접근하도록 주행하는 방향으로 정의되고, 이를 기준으로 로봇 청소기(100)의 각 방향이 정의된다. 또한, 덤핑 스테이션(200)의 정면 방향(F2), 전방은 로봇 청소기(100)의 전면부가 바라보는 방향으로서, 로봇 청소기(100)와의 도킹이 이루어질 때 로봇 청소기(100)의 접근 방향의 반대 방향(F2)으로 정의되고, 이를 기준으로 덤핑 스테이션(200)의 각 방향이 정의된다. 상기 방향(F1, F2)을 비롯한 각 방향의 정의는 어디까지나 본 발명이 명확하게 이해될 수 있도록 설명하기 위한 것이며, 기준을 어디에 두느냐에 따라 각 방향들을 다르게 정의할 수도 있음은 물론이다.
구체적으로, 적용 가능한 제1 실시예의 로봇 청소기(100A)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(110)를 포함한다. 이하, 본체(110)의 각부분을 정의함에 있어서, 주행구역 내의 천장을 향하는 부분을 상면부(도 2 참조)로 정의하고, 주행구역 내의 바닥을 향하는 부분을 저면부(도 4 참조)로 정의하고, 상기 상면부와 저면부 사이에서 본체(110)의 둘레를 이루는 부분 중 주행방향을 향하는 부분을 정면부(도 3 참조)라고 정의한다. 또한, 본체(110)의 정면부와 반대 방향을 향하는 부분을 후면부로 정의할 수 있다.
본체(110)는 로봇 청소기(100A)를 구성하는 각종 부품들이 수용되는 공간을 형성하는 케이스(111)를 포함할 수 있다. 본체(110)의 둘레를 이루는 정면부를 둘러싸며 버퍼부(113)가 형성되어 있다. 버퍼부(113)는 본체(110) 전체를 둘러싸며, 도킹 스테이션(200)과 접하는 후면부를 제외하고 전체적으로 형성될 수 있다. 따라서, 케이스(111)의 정면부와 후면부의 경계로 측면에 단차를 가질 수 있다.
본체(110)에는 재충전이 가능한 배터리(미도시)가 구비되며, 배터리의 전원단자(미도시)가 상용 전원과 연결된 도킹 스테이션(200)에 도킹되어, 전원 단자가 도킹 스테이션(200)의 충전 단자(221)와의 접촉을 통해 전기적으로 연결되어 배터리의 충전이 이루어질 수 있다.
로봇 청소기(100A)는 주변의 상황을 감지하는 센싱부(130)를 포함한다. 센싱부(130)는 로봇 청소기(100A) 외부의 정보를 감지할 수 있다. 센싱부(130)는 로봇 청소기(100A) 주변의 사용자를 감지한다. 센싱부(130)는 로봇 청소기(100A) 주변의 물체를 감지할 수 있다.
센싱부(130)는 청소 구역에 대한 정보를 감지할 수 있다. 센싱부(130)는 주행면 상의 벽체, 가구 및 낭떠러지 등의 장애물을 감지할 수 있다. 센싱부(130)는 천장에 대한 정보를 감지할 수 있다. 센싱부(130)는, 주행면 상에 놓인 물건 및/또는 외부의 상측 물체를 감지할 수 있다. 외부의 상측 물체는, 로봇 청소기(100A)의 상측 방향에 배치되는 천장이나 가구의 하측면 등을 포함할 수 있다. 센싱부(130)가 감지한 정보를 통해, 로봇 청소기(100A)는 청소 구역을 맵핑(Mapping)할 수 있다.
센싱부(130)는, 로봇 청소기(100A) 주변의 사용자에 대한 정보를 감지할 수 있다. 센싱부(130)는, 상기 사용자의 위치 정보를 감지할 수 있다. 상기 위치 정보는, 로봇 청소기(100A)에 대한 방향 정보를 포함할 수 있다. 상기 위치 정보는, 로봇 청소기(100A)와 사용자 사이의 거리 정보를 포함할 수 있다. 센싱부(130)는 상기 사용자의 상기 로봇 청소기(100A)에 대한 방향을 감지할 수 있다. 센싱부(130)는 상기 사용자와 로봇 청소기(100A) 사이의 거리를 감지할 수 있다.
상기 위치 정보는, 센싱부(130)의 감지에 의해 곧바로 획득될 수도 있고, 제어부(140)에 의해 처리되어 획득될 수도 있다.
센싱부(130)는 덤핑 스테이션(200)에 대한 정보를 감지한다. 센싱부(130)는 덤핑 스테이션(200)의 위치 정보를 감지할 수 있다.
센싱부(130)는 덤핑 스테이션(200)의 정면부의 특정 지점(들)의 위치 정보를 감지할 수 있다. 여기서, 상기 특정 지점의 위치 정보는, 로봇 청소기(100)에 대한 상기 특정 지점의 상대적 위치 정보, 및/또는 상기 특정 지점에 대응하는 영상 내 좌표 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 로봇 청소기(100)에 대한 상기 특정 지점의 상대적 위치 정보는, 3차원 좌표 정보, 또는 주행면과 평행한 평면 상의 2차원 좌표 정보일 수 있다.
상기 특정 지점의 위치 정보는 센싱부(130)의 감지에 의해 곧바로 획득될 수도 있고, 제어부(140)나 서버에 의해 처리되어 획득될 수도 있다. 예를 들어, 3D 센서(135)를 통해 곧바로 상기 특정 지점의 좌표 정보를 획득할 수도 있고, 초음파 센서를 통해 감지된 정보를 제어부가 변환하여 상기 좌표 정보를 획득할 수도 있다.
센싱부(130)는, 거리 감지부(131), 낭떠러지 감지부(132), 외부 신호 감지부(미도시), 충격 감지부(미도시), 상방 영상 센서(133), 하방 영상 센서(134), 3D 센서(135) 및 도킹 여부 감지부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
센싱부(130)는 주변 물체까지의 거리를 감지하는 거리 감지부(131)를 포함할 수 있다. 거리 감지부(131)는 본체(110)의 정면부에 배치될 수 있고, 측방부에 배치될 수도 있다. 거리 감지부(131)는 주변의 장애물을 감지할 수 있다. 복수의 거리 감지부(131)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 거리 감지부(131)는, 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있다. 초음파 또는 적외선 등을 이용하여 거리 감지부(131)가 구현될 수 있다. 카메라를 이용하여 거리 감지부(131)가 구현될 수 있다. 거리 감지부(131)는 두 가지 종류 이상의 센서로 구현될 수도 있다.
일 예로, 상기 거리 정보는 거리 감지부(131)의 감지를 통해 획득될 수 있다. 로봇 청소기(100)은, 적외선 또는 초음파의 반사를 통해 로봇 청소기(100)과 덤핑 스테이션(200) 사이의 거리 정보를 획득할 수 있다.
다른 예로, 상기 거리 정보는 맵 상에서 어느 두 지점 사이의 거리로 측정될 수 있다. 로봇 청소기(100)은, 맵 상에서 덤핑 스테이션(200)의 위치와 로봇 청소기(100)의 위치를 인식할 수 있고, 맵 상의 좌표 차이를 이용하여 덤핑 스테이션(200)와 로봇 청소기(100) 사이의 거리 정보를 획득할 수 있다.
이와 같은 거리 감지부(131)는 전면의 좌측 및 우측에 배치될 수 있으며, 상기 좌측 거리 감지부(131L)와 우측 거리 감지부(131R)의 수신 신호를 조합하여 대상물과의 거리를 판단할 수 있다.
센싱부(130)는 주행구역 내 바닥의 장애물을 감지하는 낭떠러지 감지부(132)를 포함할 수 있다. 낭떠러지 감지부(132)는 바닥에 낭떠러지의 존재 여부를 감지할 수 있다.
낭떠러지 감지부(132)는 로봇 청소기(100)의 저면부에 배치될 수 있다. 복수의 낭떠러지 감지부(132)가 구비될 수 있다. 로봇 청소기(100A)의 저면부의 전방에 배치된 낭떠러지 감지부(132)가 구비될 수 있다. 로봇 청소기(100A)의 저면부의 후방에 배치된 낭떠러지 감지부(132)가 구비될 수 있다.
낭떠러지 감지부(132)는 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등일 수 있다. 예를 들어, 낭떠러지 감지 센서는 PSD 센서일 수 있으나, 복수의 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수도 있다. PSD 센서는 장애물에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 포함한다.
낭떠러지 감지부(132)는 낭떠러지의 존재 여부 및 낭떠러지의 깊이를 감지할 수 있다.
센싱부(130)는 로봇 청소기(100A)가 외부의 물건과 접촉에 의한 충격을 감지하는 상기 충격 감지부를 포함할 수 있다.
센싱부(130)는 로봇 청소기(100A)의 외부로부터 발송된 신호를 감지하는 상기 외부 신호 감지부를 포함할 수 있다. 상기 외부 신호 감지부는, 외부로부터의 적외선 신호를 감지하는 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 외부로부터의 초음파 신호를 감지하는 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), 외부로부터의 RF신호를 감지하는 RF 센서(Radio Frequency Sensor) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
로봇 청소기(100)은 외부 신호 감지부를 이용하여 덤핑 스테이션(200)가 발생하는 안내 신호를 수신할 수 있다. 상기 외부 신호 감지부가 덤핑 스테이션(200)의 안내 신호(예를 들어, 적외선 신호, 초음파 신호, RF 신호)를 감지하여, 로봇 청소기(100)과 덤핑 스테이션(200)의 상대적 위치에 대한 정보가 생성될 수 있다. 덤핑 스테이션(200)는 덤핑 스테이션(200)의 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신할 수 있다. 로봇 청소기(100)은 덤핑 스테이션(200)로부터 발신되는 신호를 수신하여, 덤핑 스테이션(200)로 도킹을 시도하도록 이동할 수 있다.
상기 외부 신호 감지부는 별도로 구비되지 않고, 거리감지부(135)와 기능적으로 일체화되어 하나의 센서로부터 다양한 탐지가 가능하다.
즉, 좌측 거리 감지부(135L) 및 우측 거리 감지부(135R)가 각각 적외선 센서로 구비되는 경우, 외부 신호로서 도킹 신호가 적외선 신호로 방출되면 이를 수신하여 도킹 스테이션(200)까지의 거리를 판단할 수 있으며, 이와 같은 적외선 센서는 전방의 장애물로 적외선을 조사하고 이를 수신/판독함으로써 전방 장애물까지의 거리를 판단할 수 있다.
센싱부(130)는 로봇 청소기(100A) 외부의 영상을 감지하는 영상 감지부(133, 134, 135b)를 포함할 수 있다.
영상 감지부(133, 134, 135b)는 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 상기 디지털 카메라는 적어도 하나의 광학렌즈와, 상기 광학렌즈를 통과한 광에 의해 상이 맺히는 다수개의 광다이오드(photodiode, 예를 들어, pixel)를 포함하여 구성된 이미지센서(예를 들어, CMOS image sensor)와, 상기 광다이오드들로부터 출력된 신호를 바탕으로 영상을 구성하는 디지털 신호 처리기(DSP: Digital Signal Processor)를 포함할 수 있다. 상기 디지털 신호 처리기는 정지영상은 물론이고, 정지영상으로 구성된 프레임들로 이루어진 동영상을 생성하는 것도 가능하다.
영상 감지부(133, 134, 135b)는 로봇 청소기(100)의 전방으로의 영상을 감지하는 3D 카메라(135b)를 포함할 수 있다. 3D 카메라(135b)는 장애물이나 덤핑 스테이션(200) 등 주변 물건의 영상이나, 전방으로 조사된 적외선의 반사광 등을 감지할 수 있다.
영상 감지부(133, 134, 135b)는 로봇 청소기(100)의 상측 방향으로의 영상을 감지하는 상방 영상 센서(133)를 포함할 수 있다. 상방 영상 센서(133)는 천장 또는 로봇 청소기(100)의 상측에 배치된 가구의 하측면 등의 영상을 감지할 수 있다.
영상 감지부(133, 134, 135b)는 로봇 청소기(100)의 하측 방향으로의 영상을 감지하는 하방 영상 센서(134)를 포함할 수 있다. 하방 영상 센서(134)는 바닥의 영상을 감지할 수 있다.
그 밖에도, 영상 감지부(133, 134, 135b)는 측방 또는 후방으로 영상을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.
센싱부(130)는 외부 환경의 위치 정보를 감지하는 3D 센서(135)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 3D 센서(135)는, 소정의 광을 조사하는 광 조사부(135a)를 포함한다. 광 조사부(135a1, 2)는 본체(110)의 전방을 향해 상기 광을 조사한다. 광 조사부(135a1, 2)가 조사하는 상기 광은 IR(Infra-Red)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 3D 센서(135)는 외부의 물체에 반사된 상기 광 조사부(135a1, 2)의 상기 광을 감지하는 3D 카메라(135b)(3D Depth Camera)(135b)를 포함한다. 3D 카메라(135b)는 덤핑 스테이션(200)의 상기 특정 지점에 반사된 상기 광을 감지한다. 3D 카메라(135b)는 본체(110)의 전방의 영상이나 반사광을 감지할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 광 조사부(135a1, 2)와 상기 3D 카메라(135b)를 이용하여, 덤핑 스테이션(200)의 정면부의 특정 위치 정보를 감지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참고하여, 제1 실시예에 따른 3D 센서(135)의 3D 카메라(135b)는 전방을 촬영하여 영상을 수득할 수 있는 카메라일 수 있다.
상기 제1 실시예에서, 상기 광 조사부(135a1, 2)는 레이저 패턴을 조사하게 구비될 수 있다. 이 경우, 3D 카메라(135b)는 상기 레이저 패턴이 피촬영 대상체에 투영된 모양을 캡쳐(capture)함으로써, 3D 센서(135)와 피촬영 대상체 사이의 거리를 감지할 수 있다.
상기 3D 센서(135)의 광 조사부(135a1, 2)는, 본체(110)의 전방으로 제1 패턴의 광을 조사하는 상부 광 조사부(135a1)와, 본체(110)의 전방으로 제2 패턴의 광을 조사하는 하부 광 조사부(135a2)를 포함할 수 있다. 3D 카메라(135b)는 상기 제1 패턴의 광과 상기 제2 패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 패턴의 광 및 상기 제2 패턴의 광은 상하로 이격된 수평의 직선 형태로 조사될 수 있다.
적어도 하나의 패턴 광 조사부(135a1)는 전방으로 수평의 직선 형태를 가진 패턴 광을 조사할 수 있다. 광 조사부(135a1)의 상기 패턴 광이 덤핑 스테이션(200)의 상기 특정 지점을 수평으로 가로지르는 직선 영역에 반사될 때, 3D 카메라(135b)는 이러한 반사광을 검출하여, 덤핑 스테이션(200)에 대한 위치 정보를 감지할 수 있다.
이때, 3D 센서(135)의 3D 카메라(135b)는, 외부 물체의 영상을 감지하여 외부 환경의 어느 한 지점의 좌표 정보를 획득하는 RGB-Depth 카메라일 수 있다.
센싱부(130)는 로봇 청소기(100A)의 덤핑 스테이션(200)에 대한 도킹 성공 여부를 감지하는 도킹 감지부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 도킹 감지부는 대응 단자(190)와 충전 단자(210)의 접촉에 의해 감지되게 구현될 수도 있고, 대응 단자(190)와는 별도로 배치된 감지 센서로 구현될 수도 있으며, 배터리(177)의 충전 중 상태를 감지함으로써 구현될 수도 있다. 도킹 감지부에 의해, 도킹 성공 상태 및 도킹 실패 상태를 감지할 수 있다.
로봇 청소기(100A)는 본체(110)를 이동시키는 주행부(160)를 포함한다. 주행부(160)는 바닥에 대해 본체(110)를 이동시킨다. 주행부(160)는 본체(110)를 이동시키는 적어도 하나의 구동 바퀴(166)를 포함할 수 있다. 주행부(160)는 구동 모터를 포함할 수 있다. 구동 바퀴(166)는 본체(110)의 좌, 우측에 각각 구비될 수 있으며, 이하, 각각 좌륜(166(L))과 우륜(166(R))이라고 한다.
좌륜(166(L))과 우륜(166(R))은 하나의 구동 모터에 의해 구동될 수도 있으나, 필요에 따라 좌륜(166(L))을 구동시키는 좌륜 구동 모터와 우륜(166(R))을 구동시키는 우륜 구동 모터가 각각 구비될 수도 있다. 좌륜(166(L))과 우륜(166(R))의 회전 속도에 차이를 두어 좌측 또는 우측으로 본체(110)의 주행방향을 전환할 수 있다.
로봇 청소기(100A)는 청소 기능을 수행하는 작업부(180)를 포함한다.
로봇 청소기(100A)는 청소 구역을 이동하며 작업부(180)에 의해 바닥을 청소할 수 있다. 작업부(180)는 이물질을 흡입하는 흡입 장치, 비질을 수행하는 브러시(185), 흡입장치나 브러시에 의해 수거된 이물질을 저장하는 먼지통(미도시) 및/또는 걸레질을 수행하는 걸레부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
본체(110)의 저면부에는 공기의 흡입이 이루어지는 흡입구(180h)가 형성될 수 있다. 본체(110) 내에는 흡입구(180h)를 통해 공기가 흡입될 수 있도록 흡입력을 제공하는 흡입장치(미도시)와, 흡입구(180h)를 통해 공기와 함께 흡입된 먼지를 집진하는 먼지통(미도시)이 구비될 수 있다.
케이스(111)에는 상기 먼지통의 삽입과 탈거를 위한 개구부가 형성될 수 있고, 상기 개구부를 여닫는 먼지통 커버(112)가 케이스(111)에 대해 회전 가능하게 구비될 수 있다.
흡입구(180h)를 통해 노출되는 솔들을 갖는 롤형의 메인 브러시(184)와, 본체(110)의 저면부 전방측에 위치하며, 방사상으로 연장된 다수개의 날개로 이루어진 솔을 갖는 보조 브러시(185)가 구비될 수 있다. 이들 브러시(184, 185)들의 회전에 의해 주행구역 내 바닥으로부터 먼지들이 제거되며, 이렇게 바닥으로부터 분리된 먼지들은 흡입구(180h)를 통해 흡입되어 먼지통에 모인다.
한편, 본 발명의 이동 로봇 시스템은 주행 구역 내에 이동 로봇(100B)으로서 도 5와 같이 다른 실시예의 로봇 청소기(100B)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇청소기(100B)는 영역 내에서 이동하며, 주행 중에 바닥면의 이물질을 제거한다.
로봇 청소기(100B)는 청소기 본체(110), 흡입 유닛(180), 센싱부(130: 131a, 131b, 135) 및 먼지통(120)을 포함한다.
청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100B)의 제어를 위한 제어부(미도시) 및 로봇 청소기(100B)의 주행을 위한 휠 유닛이 구비된다. 휠 유닛에 의해 로봇 청소기(100B)는 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다.
휠 유닛은 메인 휠 및 서브 휠을 포함한다.
메인 휠은 청소기 본체(110)의 양측에 각각 구비되어, 제어부의 제어 신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 각각의 메인 휠은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 메인 휠은 서로 다른 모터에 의해서 구동될 수 있다. 서브 휠은 메인 휠과 함께 청소기 본체(110)를 지지하며, 메인 휠에 의한 로봇 청소기(100B)의 주행을 보조하도록 이루어진다.
제어부가 휠 유닛의 구동을 제어함으로써, 로봇 청소기(100B)는 바닥을 자율 주행하도록 이루어진다.
한편, 청소기 본체(110)에는 로봇 청소기(100B)에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 장착된다. 배터리는 충전 가능하게 구성되며, 청소기 본체(110)의 저면부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
흡입 유닛(180)은 청소기 본체(110)의 일측으로부터 돌출된 형태로 배치되어, 먼지가 포함된 공기를 흡입하도록 이루어진다. 상기 일측은 상기 청소기 본체(110)가 정방향(F1)으로 주행하는 측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽이 될 수 있다.
본 도면에서는, 흡입 유닛(180)이 청소기 본체(110)의 일측에서 전방 및 좌우 양측방으로 모두 돌출된 형태를 가진다.
흡입 유닛(180)의 전단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 전방으로 이격된 위치에 배치되고, 흡입 유닛(180)의 좌우 양단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 좌우 양측으로 각각 이격된 위치에 배치된다.
청소기 본체(110)가 원형으로 형성되고, 흡입 유닛(180)의 후단부 양측이 청소기 본체(110)로부터 좌우 양측으로 각각 돌출 형성됨에 따라, 청소기 본체(110)와 흡입 유닛(180) 사이에는 빈 공간, 즉 틈이 형성될 수 있다.
상기 빈 공간은 청소기 본체(110)의 좌우 양단부와 흡입 유닛(180)의 좌우 양단부 사이의 공간으로서, 로봇 청 소기(100B)의 내측으로 리세스된 형태를 가진다.
상기 빈 공간에 장애물이 끼이는 경우, 로봇 청소기(100B)가 장애물에 걸려 움직이지 못하는 문제가 초래될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 커버부재가 상기 빈 공간의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 커버부재는 청소기 본체(110) 또는 흡입 유닛(180)에 구비될 수 있다. 일 예로, 흡입 유닛(180)의 후단부 양측에 각각 커버부재가 돌출 형성되어, 청소기 본체(110)의 외주면을 덮도록 배치된다.
흡입 유닛(180)에서 돌출 형성된 커버부재는 청소기 본체(110)의 외주면에 지지될 수 있다.
흡입 유닛(180)은 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 흡입 유닛(180)이 청소기 본체(110)로 분리되면, 분리된 흡입 유닛(180)을 대체하여 걸레 모듈(미도시)이 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 사용자는 바닥의 먼지를 제거하고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 흡입 유닛(180)을 장착하고, 바닥을 닦고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 걸레 모듈을 장착할 수 있다.
청소기 본체(110)에는 센싱부(131, 135)이 배치된다. 도시된 바와 같이, 센싱부(131, 135)은 흡입 유닛(180)이 위치하는 청소기 본체(110)의 일측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽에 배치될 수 있다.
센싱부(131, 135)은 청소기 본체(110)의 상하 방향으로 흡입 유닛(180)과 오버랩되도록 배치될 수 있다. 센싱부(131, 135)은 흡입 유닛(180)의 상부에 배치되어, 로봇 청소기(100B)의 가장 앞쪽에 위치하는 흡입 유닛(180)이 장애물과 부딪히지 않도록 전방의 장애물이나 지형지물 등을 감지하도록 이루어진다.
센싱부는 도 1의 센싱부와 동일하게 구현 가능하다.
청소기 본체(110)에는 먼지통 수용부가 구비되며, 먼지통 수용부에는 흡입된 공기 중의 먼지를 분리하여 집진하는 먼지통(120)이 착탈 가능하게 결합된다. 도시된 바와 같이, 먼지통 수용부는 청소기 본체 (110)의 타측, 즉 청소기 본체(110)의 뒤쪽에 형성될 수 있다.
먼지통(120)의 일부는 먼지통 수용부에 수용되되, 먼지통(120)의 다른 일부는 청소기 본체(110)의 후방[즉, 정방향(F1)에 반대되는 역방향]을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.
먼지통(120)에는 먼지가 포함된 공기가 유입되는 입구와 먼지가 분리된 공기가 배출되는 출구가 형성되며, 먼지통 수용부에 먼지통(120)이 장착되면 입구와 출구는 먼지통 수용부의 내측벽에 형성된 제1 개구 및 제2 개구와 각각 연통되도록 구성된다.
청소기 본체(110) 내부의 흡기유로는 유입구(미도시)부터 제1개구까지의 유로에 해당하며, 배기유로는 제2개구부터 배기구까지의 유로에 해당한다.
이러한 연결관계에 따라, 흡입 유닛(180)을 통하여 유입된 먼지가 포함된 공기는 청소기 본체(110) 내부의 흡기 유로를 거쳐, 먼지통(120)으로 유입되고, 먼지통(120)의 필터 내지는 사이클론을 거치면서 공기와 먼지가 상호 분리된다. 먼지는 먼지통(120)에 집진되며, 공기는 먼지통(120)에서 배출된 후 청소기 본체(110) 내부의 배기유로를 거쳐 최종적으로 배기구를 통하여 외부, 바람직하게는 도킹 스테이션(200)의 먼지 집진부로 배출된다.
도 6을 참고하면, 로봇 청소기(100A, 100B)는 동일한 제어 관계를 가진다.
로봇 청소기(100A, 100B)은 로봇 청소기(100A, 100B)의 행동을 감지하는 주행 감지 모듈(150)을 포함할 수 있다. 주행 감지 모듈(150)은 주행부(160)에 의한 로봇 청소기(100A, 100B)의 행동을 감지할 수 있다.
주행 감지 모듈(150)은, 로봇 청소기(100A, 100B)의 이동 거리를 감지하는 엔코더(미도시)를 포함할 수 있다. 주행 감지 모듈(150)은, 로봇 청소기(100A, 100B)의 가속도를 감지하는 가속도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 주행 감지 모듈(150)은 로봇 청소기(100)의 회전을 감지하는 자이로 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
주행 감지 모듈(150)의 감지를 통해, 제어부(140)는 로봇 청소기(100A, 100B)의 이동 경로에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔코더가 감지한 구동 바퀴(166)의 회전속도를 바탕으로 로봇 청소기(100A, 100B)의 현재 또는 과거의 이동속도, 주행한 거리 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 각 구동 바퀴(166(L), 166(R))의 회전 방향에 따라 현재 또는 과거의 방향 전환 과정에 대한 정보를 획득할 수 있다.
로봇 청소기(100A, 100B)는 정보를 입력하는 입력부(171)를 포함할 수 있다. 입력부(171)는 On/Off 또는 각종 명령을 입력 받을 수 있다. 입력부(171)는 버튼, 키 또는 터치형 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 입력부(171)는 음성 인식을 위한 마이크를 포함할 수 있다.
로봇 청소기(100A, 100B)는 정보를 출력하는 출력부(173)를 포함할 수 있다. 출력부(173)는 각종 정보를 사용자에게 알릴 수 있다. 출력부(173)는 스피커 및/또는 디스플레이를 포함할 수 있다.
로봇 청소기(100A, 100B)는 외부의 다른 기기와 정보를 송수신하는 통신부(175)를 포함할 수 있다. 통신부(175)는 단말 장치 및/또는 특정 영역 내 위치한 타 기기와 유선, 무선, 위성 통신 방식들 중 하나의 통신 방식으로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다.
통신부(175)는, 단말기 등의 다른 기기, 무선 공유기 및/또는 서버 등과 통신하게 구비될 수 있다. 통신부(175)는 단말기 등의 외부 기기로부터 각종 명령 신호를 수신할 수 있다. 통신부(175)는 단말기 등의 외부 기기로 출력될 정보를 송신할 수 있다. 상기 단말기는 통신부(175)로부터 받은 정보를 출력할 수 있다.
예를 들어, 통신부(175)는 IEEE 802.11 WLAN, IEEE 802.15 WPAN, UWB, Wi-Fi, Zigbee, Z-wave, Blue-Tooth 등과 같은 무선 통신 기술로 무선 통신하게 구현될 수 있다. 통신부(175)는 통신하고자 하는 다른 장치 또는 서버의 통신 방식이 무엇인지에 따라 달라질 수 있다.
로봇 청소기(100A, 100B)는 각 구성들에 구동 전원을 공급하기 위한 배터리(177)를 포함한다. 배터리(177)는 로봇 청소기(100A, 100B)가 선택된 행동 정보에 따른 행동을 수행하기 위한 전원을 공급한다. 배터리(177)는 본체(110)에 장착된다. 배터리(177)는 본체(110)에 착탈 가능하게 구비될 수 있다.
배터리(177)는 충전 가능하게 구비된다. 로봇 청소기(100A, 100B)가 덤핑 스테이션(200)에 도킹되어 충전 단자(210)와 대응 단자(190)의 접속을 통해, 배터리(177)가 충전될 수 있다. 배터리(177)의 충전량이 소정치 이하가 되면, 로봇 청소기(100)은 충전을 위해 도킹 모드를 시작할 수 있다. 상기 도킹 모드에서, 로봇 청소기(100A, 100B)는 덤핑 스테이션(200)로 복귀하는 주행을 실시하며, 로봇 청소기(100A, 100B)의 복귀 주행 중 로봇 청소기(100A, 100B)는 덤핑 스테이션(200)의 위치를 감지할 수 있다.
로봇 청소기(100A, 100B)는 각종 정보를 저장하는 저장부(179)를 포함한다. 저장부(179)는 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다.
저장부(179)에는 로봇 청소기(100A, 100B)의 회전 및/또는 이동 동작을 제어하기 위한 알고리즘이 저장될 수 있다.
저장부(179)에는 주행구역에 대한 맵이 저장될 수 있다. 상기 맵은 로봇 청소기(100)과 통신부(175)을 통해 정보를 교환할 수 있는 외부 단말기에 의해 입력된 것일 수도 있고, 로봇 청소기(100A, 100B)이 스스로 학습을 하여 생성한 것일 수도 있다. 전자의 경우, 외부 단말기로는 맵 설정을 위한 어플리케이션(application)이 탑재된 리모콘, PDA, 랩탑(laptop), 스마트 폰, 태블릿 등을 예로 들 수 있다.
제어부(140)는 이렇게 측정된 주행 변위를 바탕으로, 맵 상에서 로봇 청소기(100A, 100B)의 위치를 인식할 수 있다.
로봇 청소기(100A, 100B)의 제어부(140)는 맵핑 및/또는 현재 위치를 인식하는 등 각종 정보를 처리하고 판단한다. 제어부(140)는 상기 영상 및 학습을 통해 청소 구역을 맵핑하고 현재 위치를 맵 상에서 인식 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 제어부(140)는 슬램(SLAM : Simultaneous Localization and Mapping) 기능을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 주행부(160)의 구동을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 작업부(180)의 동작을 제어할 수 있다.
현실의 청소 구역은 맵 상의 청소 구역과 대응될 수 있다. 상기 청소 구역은 로봇 청소기(100A, 100B)가 주행 경험이 있는 모든 평면 상의 구역 및 현재 주행하고 있는 평면 상의 구역을 모두 합한 범위로 정의될 수 있다.
제어부(140)는 주행부(160)의 동작을 바탕으로 로봇 청소기(100A, 100B)의 이동 경로를 파악할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 구동 바퀴(166)의 회전속도를 바탕으로 로봇 청소기(100A, 100B)의 현재 또는 과거의 이동속도, 주행한 거리 등을 파악할 수 있으며, 각 구동 바퀴(166(L), 166(R))의 회전 방향에 따라 현재 또는 과거의 방향 전환 과정 또한 파악할 수 있다. 이렇게 파악된 로봇 청소기(100A, 100B)의 주행 정보를 바탕으로, 맵 상에서 로봇 청소기(100A, 100B)의 위치가 갱신될 수 있다. 또한, 상기 영상 정보를 이용하여, 맵 상에서 로봇 청소기(100A, 100B)의 위치가 갱신될 수도 있다.
구체적으로, 제어부(140)는 로봇 청소기(100A, 100B)의 주행을 제어하고, 설정되는 주행 모드에 따라 주행부(160)의 구동을 제어한다. 주행부(160)의 주행 모드로서, 지그재그 모드, 엣지 모드, 나선형 모드 또는 복합형 모드 등을 선택적으로 설정할 수 있다.
지그재그 모드는 벽면이나 장애물로부터 소정 거리 이상으로 이격되어 지그재그로 주행하면서 청소하는 모드로 정의한다. 엣지 모드는 벽면에 붙어서 지그재그로 주행하면서 청소하는 모드로 정의한다. 나선형 모드는 대기 중의 한 곳을 중심으로 일정 영역 내에서 나선형으로 청소하는 모드로 정의한다.
한편, 제어부(140)는 청소 구역의 맵을 생성한다. 즉, 제어부(140)는 선행 청소를 통해 인식된 위치 및 각 지점에서 획득한 영상을 통해 청소 구역의 맵을 형성할 수 있다. 제어부(140)는 각 지점에서 획득한 영상을 상기 맵 상의 각 노드(node)와 매칭시킨다. 획득 영상들은 노드 들에 일대일 대응할 수 있다.
제어부(140)는 센싱부(130) 내의 거리 감지부((131), 3D 센서(135) 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 장애물의 위치 및 로봇 청소기(100A, 100B)의 현재 위치를 인식할 수 있으며, 맵 상에서 해당 위치를 인식할 수 있다.
제어부(140)는 배터리(177)의 전원 잔량을 감지하고, 전원 잔량이 부족하면 외부 상용 전원과 연결된 덤핑 스테이션(200)로 이동하도록 제어하여, 도킹 스테이션(200)로부터 충전 전류를 공급받아 배터리(177)를 충전할 수 있다.
한편, 도 2의 일 실시예의 로봇청소기(100A) 및 도 5의 다른 실시예에 따른 로봇청소기(100B)는 앞서 언급한 바와 같이, 센서부(130)의 거리 감지부(131R, 131L)를 도킹 신호 감지부(131R, 131L)로 적용하여 덤핑 스테이션(200)이 발생하는 도킹 신호를 수신하여 덤핑 스테이션(200)의 종류, 위치 및 방향을 확인할 수 있다.
상기 도킹 신호 감지부(131R, 131L)는 외부로부터의 적외선 신호를 감지하는 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 외부로부터의 초음파 신호를 감지하는 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), 외부로부터의 RF신호를 감지하는 RF 센서(Radio Frequency Sensor) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며 도킹 스테이션(200)의 도킹 신호의 종류에 따라 결정되어 설치가능하다.
일 예로, 도 1의 도킹 스테이션(200)의 도킹 신호가 적외선 신호인 경우, 적외선 센서를 포함할 수 있으며, 적외선 센서인 도킹 신호 감지부(131R, 131L)는 우측 도킹 신호 감지부(131R) 및 좌측 도킹 신호 감지부(131L)를 각각 포함할 수 있다.
우측 도킹 신호 감지부(131R)는 상기 3D 센서(135)를 중심으로 우측에 배치되어 로봇 청소기(100A, 100B)의 주행 전방 방향(F1)에 대하여 우측에서 수신되는 도킹 신호를 읽어들인다.
한편, 좌측 도킹 신호 감지부(131L)는 상기 3D 센서(135)를 중심으로 좌측에 배치되어 로봇 청소기(100A, 100B)의 주행 전방 방향(F1)에 대하여 좌측에서 수신되는 도킹 신호를 읽어들인다.
로봇 청소기(100A, 100B)는 도킹 신호 감지부(131R, 131L)를 이용하여 도킹 스테이션(200)이 발생하는 도킹 안내 신호를 수신할 수 있다. 상기 도킹 신호 감지부(131R, 131L)가 덤핑 스테이션(200)의 도킹 안내 신호(도킹 신호)(예를 들어, 적외선 신호, 초음파 신호, RF 신호)를 감지하여, 로봇 청소기(100A, 100B)는 도킹 스테이션(200)의 상대적 위치에 대한 정보가 생성될 수 있다. 도킹 스테이션(200)은 도킹 스테이션(200)의 방향 및 거리를 지시하는 도킹 안내 신호를 도킹 신호로서 발신할 수 있다. 로봇 청소기(100A, 100B)는 도킹 스테이션(200)으로부터 발신되는 신호를 수신하여, 도킹 스테이션(200)으로 도킹을 시도하도록 이동할 수 있다.
도 1의 이동 로봇 시스템은 하나의 주행 구역 내에 배치 가능한 도킹 스테이션(200)으로서, 멀티 스테이션 또는 덤핑 스테이션(200)을 도시하고 있다.
덤핑 스테이션(200)의 경우, 도 7 내지 도 9와 같은 구조를 가질 수 있다.
도 7은 도 1의 로봇 청소기 시스템의 도킹 스테이션의 사시도이고, 도 8은 도 7의 도킹 스테이션과 로봇 청소기의 결합 시의 먼지 이동을 나타내는 내부 상세도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도킹 스테이션의 제어 관계를 나타내는 블록도이다.
덤핑 스테이션(200)은 로봇 청소기(100A, 100B)와 결합됨으로써, 로봇 청소기(100A, 100B)를 충전하거나, 로봇 청소기(100A, 100B)의 먼지통에 집진된 먼지를 흡입하거나, 청소가 끝난 청소기(100A, 100B)를 안전하게 보관한다.
이와 같은 덤핑 스테이션(200)은 로봇 청소기(100A, 100B)와 함께 유통 판매 가능하고, 로봇 청소기(100A, 100B)와 호환 가능한 상태로 프로그래밍되어 별도로 유통 판매 가능하다. 따라서, 사용자는 호환 가능한 덤핑 스테이션(200)을 추가로 구매하여 주행 구역 내에 설치 가능하다.
하우징(210)은 청소기 스테이션(200)의 외관을 형성하고, 내부에 구성요소들 이 수납되는 공간을 형성한다.
하우징(210)은 상하 높이가 좌우 너비 또는 전후 폭보다 길게 형성될 수 있 다. 이러한 배치를 가짐으로써, 덤핑 스테이션(200)이 설치되는 방에서 점유하는 공간을 최소로 할 수 있다.
하우징(210)은 상부커버(211)와 측부커버(212,213)로 구성될 수 있다. 상부커버(211)는 하우징(210)의 상부면에 배치된다. 상부커버(211)는 개폐될 수 있다. 구체적으로, 상부커버(211)의 후단은 하우징(210) 바디에 힌지로 결합되어 상방으로 회전하며 하우징(210)의 상부면이 개폐된다. 상기 상부커버(211)가 개방되면, 프리필터(261)가 장착 또는 탈착될 수 있다.
제1 측부커버(212)는 하우징(210)의 측면에 배치된다. 구체적으로, 제1측부커 버(212)는 하우징(210)의 좌측면 및 전면에 배치된다.
제1 측부커버(212)는 개폐될 수 있다. 구체적으로, 제1 측부 커버(212)의 후단은 하우징(210) 바디에 힌지로 결합되어 좌측방으로 회전하면서 먼지 포집부(240)가 장착 또는 탈착될 수 있다.
제2 측부커버(213)는 하우징(210)의 측면에 배치된다. 구체적으로, 제2 측부커 버(213)는 하우징(210)의 우측면 및 후면에 배치된다.
제2 측부커버(213)는 먼지유로(230)를 커버한다. 제2 측부커버(213)의 내측면에는 소음재를 구비하여, 하우징(210) 내부에서 발생하는 소음이 외부로 발산되는 것을 차단할 수 있다.
결합부(220)는 로봇 청소기(100A, 100B)가 결합되고, 로봇 청소기(100A, 100B)의 구성요소들 중 적어도 어느 하나 이상과 연결되는 구성요소이다. 결합부(220)는 하우징(210)에 배치되고, 로봇 청소기(100A, 100B)의 적어도 일부가 결합되는 결합면을 포함한다.
결합부(220)는 하우징(210)의 하부면을 커버하고, 하우징(210)의 전방으로 연장 형성될 수 있다. 결합부(220)는 전단이 낮고 후단이 높은 경사면을 형성할 수 있다. 이에 따라, 로봇 청소기(100A, 100B)는 결합부(220)의 전방에서부터 후방으로 이동하며 결합부(220)에 진입할 수 있다.
결합부(220)는 구동바퀴 안착부(421)를 포함한다. 구동바퀴 안착부(421)는 상부에 로봇 청소기(100)의 구동바퀴를 안착시킨다. 구동바퀴 안착부(221)는 결합부(220)의 결합부(220)의 결합면에서 하부로 함몰하여 형성된다. 구동바퀴 안착부(221)는 구동바퀴에 대응하도록 좌우 한쌍으로 형성될 수 있다.
결합부(220)는 걸레 안착부(222)를 포함한다. 걸레 안착부(222)는 청소 기(200)가 청소기 스테이션(200)에 결합될 때 로봇 청소기(100A, 100B)의 걸레의 하부에 배치된다.
결합부(220)는 캐스터 가이드(223)를 포함한다. 캐스터 가이드(223)는 청소 기(200)가 덤핑 스테이션(200)에 결합될 때 로봇 청소기(100A, 100B)의 캐스터가 지나가는 궤적에 형성된다. 캐스터 가이드(223)는 하방으로 함몰된 홈 형상으로 형성된다. 캐스터 가이드(223)는 로봇 청소기(100A, 100B)가 진입하는 방향인 전후 방향으로 연장된다.
결합부(220)는 흡입구(224)를 포함한다. 결합부(220)의 흡입구(224)는 흡입 유로(230)의 입구단과 연결된다. 결합부(220)의 흡입구(224)는 로봇 청소기(100A, 100B)의 먼지 통의 배출구와 연통된다.
결합부(220)는 충전단자(225)를 포함한다. 충전단자(225)는 결합부(220)의 전단에 배치되며, 상부로 돌출된다. 결합부(220)의 충전단자(225)는 청소기의 충전 단자(미도시)와 접촉되어, 로봇 청소기(100A, 100B)와 덤핑 스테이션(200)은 전기적으로 연결된다.
하우징(210) 내에 에는 먼지 포집부(240)이 설치된다. 제1 측부커버(212)가 회전하는 경우, 먼지 포집부(240)가 장착 또는 탈착될 수 있다.
먼지유로(230)는 입구단이 청소기의 먼지통(미도시)에 연통되고, 출구단이 먼지 포집부(240)의 공기유입구에 연통된다. 먼지유로(230)는 결합부(220) 내부에서 전방으로 연장된다.
먼지유로(230)는 출구단이 입구단보다 상부에 배치된다. 먼지유로(230)는 덤핑 스테이션(200) 내부에서 상방으로 연장된다. 먼지유로(230)의 출구단은 먼지 포집부(240)의 공기유입구와 연결되어, 먼지유로(230)를 유동하는 먼지들은 먼지포집부(240)로 유동될 수 있다.
먼지유로(230) 내부에서 공기는 하부에서 상부로 상승한다. 먼지유로(230)의 내부는 단순한 원통 구조로 형성되는 바, 내부에서 공기저항은 거의 발생하지 않는 다. 따라서, 공기중에 포함된 먼지들은 공기저항 없이 먼지유로(230)의 출구단까지 유동할 수 있다.
먼지포집부(240)는 청소기(100)의 먼지통 내부의 먼지를 포집하는 구성요소이다. 본 발명에 따른 먼지포집부(240)는 백리스 타입(Bagless Type)이다. 먼지포집부(240)의 종류는 크게 백 타입(Bag Type)과 백리스 타입(Bagless Type)이 있다. 백 타입은 먼지포집부(240)에 별도의 봉투(bag)를 구비하여, 봉투에서 먼지를 포집하고, 봉투만을 덤핑 스테이션(200)으로부터 분리하여 버리는 방식이다. 이와 달리, 백리스 타입은 먼지포집부(240)에 별도의 봉투를 구비하지 않으며, 먼지포집부(240) 자체에서 먼지를 포집하고, 먼지포집부(240) 자체를 덤핑 스테이션(200) 으로부터 분리하여 먼지를 비우는 방식이다.
일반적으로, 로봇 청소기(100A, 100B)에는 일정 이상 먼지가 집진되어 있고, 덤핑 스테이션(200)에는 로봇 청소기(100A, 100B)에서 1차로 집진된 먼지들이 유입되는 바, 한 번에 많은 양의 먼지가 한번에 유입될 수 있다. 이때, 백리스 타입의 먼지포집부(240)에는 한꺼번에 너무 많은 먼지가 한 번에 유입됨에 따라, 유로가 막혀 덤핑 스테이션(200)이 포집 기능을 상실하는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따 른 덤핑 스테이션(200)은 배출구에 끼어있는 먼지를 제거하고, 포집된 먼지를 압축하는 수단을 구비하여, 덤핑 스테이션(200)의 포집 기능을 확보할 수 있다.
한편, 하우징(210)은 집진모터(250)를 더 포함한다. 집진모터(250)는 덤핑 스테이션(200) 내부에서 공기의 유동을 발생시킨다. 집진모터(250)는 로봇 청소기(100A, 100B)가 결합된 때 로봇 청소기(100A, 100B)와 먼지포집부(240)의 사이에 배치된다.
집진모터(250)는 로봇 청소기(100A, 100B)의 상부에 배치되고, 먼지포집부(240)의 하부에 배치된다.
이와 같이 형성되는 덤핑 스테이션(200)의 경우, 먼지의 집진을 위해 로봇 청소기(100A, 100B)가 덤핑 스테이션(200)으로 도킹할 때, 후방 도킹, 즉 먼지통(120)이 배치되어 있는 후방이 먼저 결합부(220) 내로 진입하여 덤핑 스테이션(200)과 도킹을 진행한다.
따라서, 먼지통(120)과 덤핑 스테이션(200)의 먼지 유로(230)의 길이가 단축되어 집진모터(250)에 의한 집진 효율이 향상된다.
이와 같은 이동 로봇 시스템에서의 덤핑 기능을 포함하는 도킹 스테이션(200)으로서, 멀티 스테이션 또한 제공 가능하다.
멀티 스테이션은 두 개의 청소기, 즉 상부에 스틱 청소기가 수용되어 충전 가능하고, 하부에 로봇 청소기(100)가 도킹하여 충전 가능한 구조를 가진다.
이때, 하나의 흡입 모터(미도시)를 활용하여 각각의 청소기에 수용된 먼지를 흡입하여 수거할 수 있다.
멀티 스테이션은 흡입유로를 포함하며, 흡입유로는 스틱 청소기 또는 로봇 청소기(100)와 먼지 포집부를 연결하여 하나의 흡입 모터의 동작에 의해 연결된 청소기로부터 먼지를 포집한다.
따라서, 멀티 스테이션의 경우에도 하부의 로봇 청소기가 도킹되는 영역에 대하여는 덤핑 스테이션과 동일하게 동작 가능하며, 로봇 청소기의 도킹을 위한 전원 모듈을 포함한다.
전원 모듈(240)은 모듈화되어 있을 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
덤핑 스테이션(200)은 내부에 제어부(250)를 포함할 수 있다. 제어부(250)는 덤핑 스테이션(200)의 각 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(250)는 도킹 감지부(260)를 포함하는 복수의 센서 유닛으로부터 신호를 수신하여 제어할 수 있다.
도 9를 참조하면, 도킹 스테이션(200)의 제어부(250)는 주기적으로 도킹 신호 출력부(270)에 도킹 신호 출력을 명령하는 한편, 도킹 감지부(260)로부터 로봇 청소기(100A, 100B)의 도킹 여부에 대한 감지 신호를 수신할 수 있다.
도킹 스테이션(200)의 도킹 신호 출력부(270)는 도 9와 같이 전방으로 복수의 도킹 신호를 출력하기 위한 출력단(270L, 270C, 270R)을 포함한다.
상기 출력단(270L, 270C, 270R)은 도킹 신호가 적외선 신호인 경우, 할당되어 있는 위치에 따라 각도가 제어된 상태로 배치되어 있는 6개의 출력 소자를 포함하는 출력단(270L, 270C, 270R)을 포함할 수 있다.
상기 6개의 출력소자는 6개의 서로 다른 신호를 출력하는 소자로서, 출력단(270L, 270C, 270R)은 6개의 출력 소자가 물리적으로는 2개씩 쌍을 이루어 배치될 수 있다.
일 예로 도 9와 같이, 덤핑 스테이션(200)의 전방에서 우측으로 신호를 발생하기 위한 우측 출력단(270R), 중앙으로 신호를 발생하기 위한 센터 출력단(270C) 및 좌측으로 신호를 발생하기 위한 좌측 출력단(270L)으로 구현 가능하다.
즉, 덤핑 스테이션(200)의 전방(F2)을 향하여 도킹 신호를 방출할 수 있는 3개의 출력단(270R, 270C, 270L)이 서로 이격하여 배치될 수 있으며, 각각의 출력단(270R, 270C, 270L)에 할당되는 영역을 향하여 도킹 신호를 방출하기 위한 도킹 신호 출력 소자가 상하 또는 근접하여 좌우로 배치되어 있다.
이하에서는 도 10 내지 도 11을 참고하여 하나의 로봇 청소기(100A, 100B)와 연동되는 덤핑 스테이션(200)의 도킹 신호 발생 동작에 대하여 설명한다.
도 10a는 도킹 스테이션에서 발송하는 복수의 도킹 신호의 신호 범위를 도시한 것이고, 도 10b는 도 10a에서 좌측 도킹 신호 범위를 나타낸 것이고, 도 10c는 도 10a에서 센터 도킹 신호 범위를 나타낸 것이고, 도 10d는 도 10a에서 우측 도킹 신호 범위를 나타낸 것이며, 도 11a은 도킹 스테이션의 도킹 신호의 디지털 값을 나타낸 것이고, 도 11b은 도킹 스테이션의 각각의 도킹 신호 출력 소자의 아날로그 값을 나타낸 것이다.
이와 같은 도킹 신호는 적외선 신호, 즉 IR 신호로서 발송될 수 있다.
즉, 덤핑 스테이션(200)의 제어부(250)는 각각의 출력단으로 도킹 IR 신호를 제어하여 출력하도록 도킹 신호 출력부(270)를 제어할 수 있다.
도킹 IR 신호 출력부(270)는 몸체(210)에 노출되어 외부로 IR 신호를 방출하기 위한 복수의 출력 소자, 일 예로 복수의 적외선 발광소자를 출력단(270R, 270C, 270L)으로 포함한다.
이때, 복수의 적외선 발광소자는 덤핑 스테이션(200)의 종류에 따라 서로 다른 신호를 출력할 수 있으며, 각각 할당되어 있는 영역에 따라 서로 다른 시간 분할을 수행함으로써 덤핑 스테이션(200)의 종류와 해당 로봇 청소기(100)의 위치에 대한 정보를 전달할 수 있다.
이를 위해 서로 다른 빛을 방출하는 복수의 적외선 발광소자가 도 9와 같이 수직 수평하게 매트릭스를 이루며 배열될 수 있으며, 동일 열에 배치되는 복수의 적외선 발광소자가 하나의 출력단(270R, 270C, 270L)으로 정의되어 같은 방향을 향해 도킹 IR 신호를 발송할 수 있다.
각각의 적외선 발광소자가 발송하는 신호가 정의하는 로봇 청소기(100)의 영역은 다음의 도 10a 내지 도 10d와 같다.
덤핑 스테이션(200)의 전방에, 복수의 신호가 중첩된 영역(600)이 형성될 수 있다.
일 예에서, 상기 덤핑 스테이션(200)으로부터 발송되는 복수의 신호는 적외선 신호일 수 있으며, 로봇 청소기(100)의 센서부에 포함된 적외선 센서(미도시)는 상기 복수의 신호를 감지할 수 있다.
도 10b는 좌측 적외선 발광소자를 포함하는 좌측 출력단(270L)의 방출 상태를 도시한 것으로서, 좌측 도킹 신호의 전체 방출 영역(601a)과, 집중 방출 영역(601b)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 좌측 도킹 신호는 제1 근거리 신호와, 제1 원거리 신호를 포함할 수 있다. 즉, 도킹 스테이션(200)은 좌측 출력단(270L)에 제1 근거리 신호와 제1 원거리 신호를 각각 방출하는 적외선 발광소자를 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 근거리 신호 및 제1 원거리 신호가 모두 전달되는 영역은 집중 방출 영역(601b)에 대응될 수 있고, 제1 원거리 신호가 전달되는 영역은 전체 방출 영역(601a)에 대응될 수 있다.
마찬가지로, 도 15c 및 도 15d를 참조하면, 센터 도킹 신호 및 우측 도킹 신호의 방출 상태가 도시된다.
센터 도킹 신호의 전체 방출 영역(602a)과, 집중 방출 영역(602b)이 형성되고, 우측 도킹 신호의 전체 방출 영역(603a)과, 집중 방출 영역(603b)이 형성될 수 있다. 또한, 센터 도킹 신호는 제2 근거리 신호 및 제2 원거리 신호를 포함하며, 우측 도킹 신호는 제3 근거리 신호 및 제3 원거리 신호를 포함할 수 있다.
이때, 센터 적외선 출력단(270C)는 슬릿을 구비할 수 있으며, 상기 센터 도킹 신호는 슬릿에 의해, 좌측 또는 우측 도킹 신호보다 더 좁은 영역에 방출될 수 있다.
아울러, 도 10a를 참조하면, 제1 내지 제3 신호가 중첩된 영역(600)이 형성될 수 있다. 복수의 신호가 중첩된 영역(600)은 덤핑 스테이션(200)의 전방에 형성되므로, 본 발명에 따른 로봇 청소기(100)의 제어부(140)는 상기 중첩된 영역(600)에 청소기(100)의 본체가 위치하고, 본체의 전면이 도킹 스테이션(200)을 대향하는 것으로 판단되면, 본체를 회전하여 본체의 전면이 후방을 향하도록 180도 회전을 진행함으로써 청소기(100)와 덤핑 스테이션(200)을 후방 도킹시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 제1 실시에에 따른 이동 로봇 시스템은 적용 가능한 덤핑 스테이션(200)으로서 덤핑 스테이션(200)을 포함하며, 상기 덤핑 스테이션(200)은 고유의 도킹 신호를 발송한다.
도 11a 및 도 11b를 참고하면, 덤핑 스테이션(200)은 제어부(240)에서 도 11a와 같이, 테이블에 해당하는 디지털 정보를 갖도록 도킹 신호 출력부(270)에 도킹 신호를 출력할 것을 명령한다.
덤핑 스테이션(200)은 소정 주기에 따라 도킹 신호를 출력한다.
이때, 한 주기에서 도킹 신호를 출력하는 구간을 활성구간이라 하고, 그 이외의 구간을 휴지 구간으로 정의한다.
각각의 덤핑 스테이션(200)은 한 주기에서 활성구간에서 도킹 신호를 출력하고 휴지 구간에서 휴지 후, 다음 주기에서 다시 활성 시간에 동일한 도킹 신호를 출력하는 것을 반복함으로써 주변에 이동하는 로봇 청소기(100)에 도킹 신호를 연속적으로 전달한다.
도 11a의 도킹 스테이션(200)의 경우, 한 주기의 활성 구간은 헤더 영역과 엔드 영역 사이에 각각의 적외선 발광소자에 대하여 4개의 비트가 할당되어 있다.
이때, 도킹 스테이션(200)의 경우, 각 4개의 비트 중 첫번째 비트가 1을 갖도록 할당될 수 있다.
이와 같은 고유 디지털 신호가 활성 구간 내에 각 도킹 적외선 발광소자에 따라 시분할되어, 각각의 도킹 적외선 발광소자는 할당된 시간에 할당된 고유 디지털 신호 값을 아날로그로 변환하여 도 11b의 그래프와 같이 방출한다.
따라서, 헤더 영역과 엔드 영역 사이에 좌측 원거리 적외선 발광소자, 좌측 근거리 적외선 발광소자, 센터 원거리 적외선 발광소자, 센터 근거리 적외선 발광소자, 우측 원거리 적외선 발광소자, 우측 근거리 적외선 발광소자 순서로 고유 디지털 신호를 발송하게 되며, 각 원거리 적외선 발광소자와 근거리 적외선 발광소자의 신호 사이에 더미 구간을 두어 중첩을 방지할 수 있다.
각 더미 구간의 신호는 이후 도킹 신호를 발송하는 근거리 적외선 발광소자가 고유 디지털 신호를 반복하여 발송할 수 있으나 이에 한정하지 않고, 이전 도킹 신호를 발송하는 원거리 적외선 발광소자가 고유 디지털 신호를 반복하여 발송할 수도 있다.
따라서, 중첩 영역(600)에서 모든 영역의 신호가 수신되면 하부의 IR합 신호와 같이 헤더 영역과 엔드 영역 사이에 고유 디지털 신호 1000에 해당하는 아날로그 신호가 규칙적으로 반복되는 것을 수신할 수 있다.
도 10a 내지 도 12b에서 설명한 바와 같이 덤핑 스테이션(200)이 도킹 신호를 출력단을 통해 주기적으로 발송하면, 상기 도킹 영역에 위치하는 로봇 청소기(100A, 100B)는 복수의 출력단(270R, 270C, 270L)으로부터 도킹 신호를 주기적으로 수신하고, 복수의 도킹 신호를 분석하여 도킹 스테이션(200)에 대한 로봇 청소기(100A, 100B) 자체의 위치를 판단할 수 있다.
이와 같이 로봇 청소기(100A, 100B)의 도킹 동작이 시작되면, 로봇 청소기(100A, 100B)의 제어부(140)는 배치되어 있는 도킹 스테이션(200)을 향해 주행하면서 도킹 신호를 수신하고, 이를 분석하여 도킹 스테이션(200)의 전방과 로봇 청소기(100A, 100B)의 전방이 일치하도록 주행하여 위치 보정을 수행한다.
이하에서는 도 12 내지 도 16을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇 청소기의 도킹 방법을 설명한다.
도 12는 도 1의 로봇 청소기의 도킹 방법을 나타내는 순서도이고, 도 13은 도 12에서의 로봇 청소기의 준비 동작 단계를 나타내는 순서도이고, 도 14는 로봇 청소기가 도킹 스테이션의 신호 범위 내에 진입하는 것을 나타내는 모식도이며, 도 15a는 로봇 청소기의 전방과 덤핑 스테이션의 전방이 일치하지 않는 경우를 나타내는 모식도이고, 도 15b는 로봇 청소기의 전방과 덤핑 스테이션의 전방이 일치하는 경우를 나타내는 모식도이다.
덤핑 스테이션(200)에서 정면 방향(F2)으로 보여지는 면을 덤핑 스테이션(200)의 정면부로 정의한다.
로봇 청소기(100)의 중심에서 정면의 3D 센서(135)까지를 연결하는 직선 방향을 로봇 청소기(100)의 중심선으로 정의할 때, 상기 중심선 상에서, 상기 로봇 청소기(100)의 중심으로부터 3D 센서(135)를 향하는 방향을 전방(F1)으로 정의하고, 상기 로봇 청소기(100)의 중심에서 먼지통(120)을 향하는 방향으로서, 전방(F1)으로부터 180도 회전된 방향을 후방(FR)으로 정의한다.
따라서, 로봇 청소기(100)의 3D 센서(135)는 항상 로봇 청소기(100)의 전방(F1)을 촬영하며, 로봇 청소기(100)가 전방 주행한다 함은 3D 센서(135)가 촬영하는 대상에 근접하도록 주행하는 것을 의미한다. 또한, 후방 주행한다 함은 3D 센서(135)가 촬영하는 대상으로부터 멀어지는 방향으로 주행하는 것을 의미한다.
도 12를 참고하여, 상기 제어방법은 도킹 모드 시작 단계(S10)를 포함할 수 있다. 도킹 모드 시작 단계(S10)에서, 로봇 청소기(100)는 덤핑 스테이션(200)에 도킹 하기 위한 동작을 시작할 수 있다. 예를 들어, 로봇 청소기(100)의 배터리(177)가 소정치 이하가 된 경우나 로봇 청소기(100)이 소정의 작업을 모두 완료한 경우, 도킹 모드 시작 단계(S10)가 진행될 수 있다.
상기 제어방법은, 상기 도킹 모드 시작 단계(S10) 후, 도킹을 위한 직선 주행 동작을 하기 전의 준비 동작 단계(S20)와 회전 단계(S30) 및 도킹을 위한 진입 동작을 하는 후방 도킹 동작 단계(S40)를 포함한다.
상기 준비 동작 단계(S20)에서, 상기 로봇 청소기(100)가 상기 덤핑 스테이션(200)의 도킹 신호들을 판독하여 현재 로봇 청소기(100)의 전방과 덤핑 스테이션(200)의 전방이 일치하도록 위치 수정을 진행한다.
이때의 준비 동작 단계(S20)는 복수의 출력단(270L, 270C. 270R)으로부터 도킹 신호를 수신하고, 도킹 신호를 수신한 도킹 신호 감지부(131L, 131R)의 위치에 따라 가중치를 부여하고, 상기 가중치가 부여된 환산 신호값을 모두 합산한 도킹 유효값을 연산한다.
상기 도킹 유효값에 따라 상기 로봇 청소기(100)의 전방과 상기 덤핑 스테이션의 전방의 상대 위치를 판단할 수 있으며, 상기 도킹 유효값이 0에 수렴하도록 로봇 청소기(100)를 이동하면서 상기 도킹 유효값을 반복적으로 연산함으로써 상기 로봇 청소기(100)의 전방과 상기 덤핑 스테이션(200)의 전방을 일치시키는 동작을 수행한다.
이와 같이 상기 로봇 청소기(100)의 전방과 상기 덤핑 스테이션(200)의 전방이 일치되면, 제어부(140)는 현재 위치에서 회전 동작을 수행한다.
상기 회전 동작은 상기 로봇 청소기(100)의 후방, 즉 먼지통(120)이 상기 도킹 스테이션(200)을 향하도록 회전하는 것으로서, 상기 로봇 청소기(100)의 전방인 3D 센서(135)가 도킹 스테이션(200)을 등지도록 180도 회전할 수 있다.
회전 동작이 완료되면, 상기 로봇 청소기(100)는 후방 주행, 즉 후방으로 직진 주행하여 상기 덤핑 스테이션(200)의 받침판(220) 위로 진입한다. 상기 덤핑 스테이션(200)의 받침판(220) 위에서 충전 단자(225)와 로봇 청소기(100)의 충전 단자가 접합하면서 상기 로봇 청소기(100)의 충전이 시작되며, 그와 동시에 상기 먼지통(120)이 개방되면서 상기 먼지 유로(260)를 통해 상기 먼지 충진부(140)로 로봇 청소기(100)의 먼지가 흘러 포집된다.
이와 같이 먼지통(120)의 먼지를 덤핑 스테이션(200)으로 포집하기 위한 먼지 유로(230)를 최단으로 형성하기 위해 로봇 청소기(100)와 덤핑 스테이션(200)의 결합을 후방 주행하여 진행한다.
이하에서는 도 13 내지 도 16을 참고하여, 준비 동작 단계를 더욱 상세히 설명한다.
도 13을 참고하면, 로봇 청소기(100)는 청소 완료 후 또는 충전이 필요한 경우, 청소를 시작한 도킹 스테이션, 즉, 덤핑 스테이션(200)을 향해 주행을 시작한다(S210).
이와 같이 현재 위치에서 덤핑 스테이션(200)을 향해 주행하면서, 덤핑 스테이션(200)으로부터 발송되는 각각의 6가지 도킹 신호를 수신할 수 있다.
이때, 로봇 청소기(100)는 도 14와 같이 원거리 도킹 신호가 수신되는 위치(d1)에서부터 수신되는 도킹 신호를 유효한 도킹 신호로서 인지할 수 있으며, 이는 신호 강도로 판별가능하다.
따라서, 도 14와 같이 우측 원거리 영역, 좌측 원거리 영역 또는 센터 원거리 영역 중 어느 하나의 영역에 진입하는 때, 즉, 도킹 스테이션(200)의 전면부(112)로부터의 거리가 제1 거리(d1)인 때부터 수신되는 도킹 신호를 가변하여 환산 신호값을 산출한다.
한편, 이와 달리 원거리 영역 밖에서 수신하는 도킹 신호가 소정 크기 이상인 경우에도 이를 유효한 도킹 신호로 판단가능하다.
각각의 도킹 신호는 앞서 설명한 바와 같이 6개의 IR 신호로서 전송될 수 있으며, 각각의 IR 신호는 서로 다른 시간 대에 분할되어 발송되므로 적외선 센서로 구현되는 거리감지부(131L, 131R)는 각 시간에 수신되는 신호의 강도를 판독할 수 있다.
또한, 우측 거리감지부(131R) 및 좌측 거리감지부(131L)로부터 수신되는 6개의 도킹 신호에 대하여 각각의 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 각 도킹 신호에 부가하여 환산 신호값을 산출한다.
이때, 환산 신호값은 우측 IR 센서로부터 수신된 도킹 신호는 양의 값을 가지고, 좌측 IR 센서로부터 수신된 도킹 신호는 음의 값을 갖도록 부호 변환을 수행한다.
다음으로, 제어부(140)는 각 환산 신호값을 서로 합산하여 도킹 유효값을 산출한다(S220).
따라서, 도킹 신호가 수신되는 각 주기에 대하여 하나의 도킹 유효값이 산출되며, 도킹 유효값은 12개의 환산 신호값의 합으로 정의된다.
상기 도킹 유효값이 0인 경우, 상기 제어부(140)는 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 상기 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단한다(S230).
즉, 로봇 청소기(100)의 전방으로서 3D 센서(135)가 도킹 스테이션(200)의 전면부(212)를 바라보는 상태로 상기 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)이 이루는 각도가 0을 충족한다.
한편, 도킹 유효값이 0이 아닌 경우, 제어부(140)는 주행부(160)를 제어하여 도킹 유효값이 0에 수렴하도록 로봇 청소기(100)의 위치를 이동시킨다.
일 예로, 도 15a와 같이 로봇 청소기(100)가 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)에서 우측 도킹 영역에 위치하면서, 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)에 대하여 우측으로 기울어져 있을 수 있다.
이와 같은 경우, 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)은 서로 제1 각도(θ1)를 이루며 경사진 상태를 유지한다.
이와 같이 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)이 일치하지 않는 경우, 로봇 청소기(100)의 우측 거리감지부(131R)의 적외선 센서와 좌측 거리감지부(131L)의 적외선 센서로부터 수신되는 도킹 신호는 서로 다른 종류를 가질 수 있다.
즉, 수신되는 적외선 신호가 서로 다른 바, 수신되는 적외선 신호 각각에 다음과 같이 가중치를 부여하여 환산값을 산출한다.
상기 가중치는 적외선 센서의 위치와 도킹 신호의 위치에 따라 미리 설정될 수 있으나, 수신되는 신호의 광량에 따라 설정 가능하다.
좌측 적외선 센서(-)
가중치		 우측 적외선 센서(+)
가중치
좌측 원거리 신호 1 2
좌측 근거리 신호 2 3
센터 원거리 신호 3 3
센터 근거리 신호 3 3
우측 원거리 신호 2 1
우측 근거리 신호 3 2
즉, 로봇 청소기(100)의 위치 및 각도에 따라, 도 15a와 같이 우측으로 기울어진 경우, 우측 도킹 신호가 강하게 수신되고, 좌측 도킹 신호는 거의 수신되지 않는다.특정 위치에서 좌측 거리감지부(131L)의 적외선 센서와 우측 거리감지부(131R)의 적외선 센서에 수신되는 도킹 신호의 가중치의 합이 서로 상이할 때, 상기 로봇 청소기(100)가 특정 방향으로 회전된 상태임을 판단할 수 있다.
따라서, 이와 같은 가중치과 각각의 도킹 신호의 곱(이때, 도킹 신호는 1, 0의 값을 가진다)을 연산하여 환산 신호값을 산출하고, 각각의 환산 신호값에 우측 적외선 센서는 (+) 부호를, 좌측 적외선 센서는 (-) 부호를 부여한 후, 12개의 환산 신호값을 서로 합산하여 도킹 유효값을 산출한다.
상기 로봇 청소기(100)는 상기 도킹 신호의 종류에 따라 현재 상태를 판단하고, 도 15a와 같이 상기 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)이 평행하지 않은 경우, 현재 위치에서 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F1)이 평행하도록 제1 각도(θ1)만큼 회전운동을 수행할 수 있다.
이와 같은 회전 운동으로 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)이 평행한 상태에서 상기 로봇 청소기(100)의 다음 주행을 진행할 수 있다.
로봇 청소기(100)는 상기 도킹 유효값이 0이 아닌 경우, 회전 운동한 후 다시 도킹 신호를 수신하고, 회전한 상태에서 상기 도킹 유효값을 재연산한다.
이와 같이 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)이 평행한 상태에서 수신하는 도킹 신호의 가중치는 다음과 같이 표 2로 산출가능하다.
좌측 도킹 신호(-)
가중치		 우측 도킹 신호(+)
가중치
좌측 적외선 센서의 좌측 근거리 신호 2 좌측 적외선 센서의 우측 근거리 신호 4
좌측 적외선 센서의 좌측 원거리 신호 1 좌측 적외선 센서의 우측 원거리 신호 2
우측 적외선 센서의 센터 근거리 신호 3 좌측 적외선 센서의 센터 근거리 신호 3
우측 적외선 센서의 센터 원거리 신호 2 좌측 적외선 센서의 센터 원거리 신호 2
우측 적외선 센서의 좌측 근거리 신호 4 우측 적외선 센서의 우측 근거리 신호 2
우측 적외선 센서의 좌측 원거리 신호 2 우측 적외선 센서의 우측 원거리 신호 1
이때, 제어부(140)는 수신된 전체 센서 값의 가중치 값 중 도킹 스테이션(200)의 좌측 영역 관련 신호와 우측 영역 관련 신호를 각각 분류하고, 분류된 각 영역 관련 신호의 가중치의 합을 산출하여 이를 도킹 유효값으로 산정한다.
상기 도킹 유효값은 좌측 영역 관련 신호의 가중치는 음(-)의 값을 가지고, 우측 영역 관련 신호의 가중치는 양(+)의 값을 갖도록 부호를 부여한 후 이를 합산연산할 수 있다. 이와 같이 각각의 영역 관련 가중치를 별도로 합산한 후 부호 반전하여 합산할 때, 상기 도킹 유효값이 음(-)의 값을 가지는 경우, 도 15b와 같이 상기 로봇 청소기(100)는 좌측 도킹 영역에 위치하는 것으로 판단하고, 상기 도킹 유효값이 양(+)의 값을 가지는 경우, 상기 로봇 청소기(100)는 양(+)의 값을 할당받은 우측 도킹 영역에 위치하는 것으로 판단한다.
이와 같은 로봇 청소기(100)의 현재 위치 판단에 따라 다음 주행이 결정되며, 도킹 유효값이 0으로 수렴하도록 주행을 수행한다.
도 16a는 로봇 청소기(100)가 덤핑 스테이션(200)의 전방 중앙의 위치를 탐색하는 경우를 나타내는 모식도이고, 도 16b는 로봇 청소기(100)가 덤핑 스테이션(200)의 전방 중앙의 위치하는 경우를 나타내는 모식도이다.
도 16a와 같이, 이전 주기에서의 도킹 유효값이 음(-)의 값을 가지는 경우, 우측으로 이동함으로써 0으로 수렴하도록 이동하고, 도킹 유효값이 양(+)의 값을 가지는 경우, 좌측으로 이동함으로써 0으로 수렴하도록 이동한다.
이와 같이, 주기마다 이동하고 도킹 유효값을 연산하면서 다음 주기의 이동을 수행함으로써 로봇 청소기(100)는 점점 더 도킹 스테이션(200)의 전방(F2) 중앙에 근사하게 된다. 로봇 청소기(100)는 점점 더 도킹 스테이션(200)의 전방(F2) 중앙에 근사하는 것은 로봇 청소기(100)의 전방(F1)과 도킹 스테이션(200)의 전방(F2) 이 일직선 상에 위치하도록 이동하는 것을 의미한다.
이때, 상기 도킹 유효값이 0을 충족하거나, 이전 도킹 유효값의 부호와 현재 도킹 유효값의 부호가 반전되면, 상기 현재 로봇 청소기(100)의 위치를 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단한다(S240).
즉, 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(200)은 전면부(212)를 서로 마주하며 일직선 상에 배치되어 있다고 판단한다.
이와 같이, 로봇 청소기(100)는 주기적으로 송출되는 도킹 스테이션(200)의 도킹 신호를 2개의 이격되어 있는 적외선 센서(131R, 131L)로 수신하고 그의 신호 에 따라 가중치를 부여함으로써 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)을 일직선 상에 배치하도록 주행 가능하다.
이와 같은 전방 일치를 수행한 후 직선 주행하여 도킹을 진행하는 경우, 도킹 실패 없이 한번에 도킹을 진행함으로써 기기의 손상을 최소화할 수 있다.
다음으로, 도 16b와 같이 현재 위치에서 로봇 청소기(100)가 회전 동작을 수행한다(S30).
이와 같은 회전 동작은 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(200) 사이의 상대적 위치 변화 없이, 상기 로봇 청소기(100)가 현재 위치에서 180도 회전함으로써 이루어진다.
이에 따라, 도 16b와 같이 상기 로봇 청소기(100)의 먼지통(120)과 도킹 스테이션(200)의 전면부(212)가 서로 마주하며 일직선 상에 배치되어 있다.
이와 같이 로봇 청소기(100)의 후방(FR)과 도킹 스테이션(200)의 전면부(212)가 서로 마주하는 상태로 상기 로봇 청소기(100)는 후방 주행하여 도킹 스테이션(200)의 받침판(220)으로 진입한다(S40).
이때, 후방 주행은 3D 센서(135)가 바라보는 전방(F1)으로부터 멀어지도록 후방으로 직선 주행하는 것을 의미한다.
이와 같이 후방 직선 주행에 의해 도킹 스테이션(200)의 받침판(220)으로 진입하여 충전 단자끼리의 접촉이 이루어지고 도킹이 시작된다.
즉, 도 8과 같은 로봇 청소기(100)와 덤핑 스테이션(200)의 도킹이 진행되어 먼지통(120)과 먼지 포집부(240) 사이의 먼지 유로(230)를 최단거리로 유지하면서 먼지 덤핑을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도킹 방법은 도킹 준비 단계에서 3D 센서(135)를 통한 도킹 스테이션(200)의 전방 탐색을 수행할 수 있다.
이하에서는 도 17 내지 도 20을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 도킹 방법을 설명한다.
도킹 모드 시작 단계는 도 13의 도킹 모드 시작 단계와 동일하다.
이때, 도킹 준비 단계(S20)가 시작되면, 상기 로봇 청소기(100)는 3D 센서(135)의 광 조사부(135a1, 2)와 3D 카메라(135b)의 동작에 의해 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)을 일치시킨다.
구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 로봇 청소기(100)의 전방(F1)을 결정하는 기준이 되는 로봇 청소기(100)의 3D 카메라(135b)의 하부에 제1 광 조사부(135a1)가 배치되며, 상부에 제2 광 조사부(135a2)가 배치된다.
제1 광 조사부(135a1)는 전방의 상부를 향하여 광을 조사하고, 제2 광 조사부(135a2)는 전방의 하부를 향하여 광을 조사한다.
이때, 제1 광 조사부(135a1) 및 제2 광 조사부(135a2)는 소정 길이의 레이저 패턴 광을 전방으로 조사할 수 있으며 상기 레이저 패턴 광은 선 형태로 방출 가능하다.
따라서, 상기 도킹 스테이션(200)과 로봇 청소기(100)가 근접하면 상기 도킹 스테이션(200)의 전면에 상기 레이저 패턴 광에 의한 선형의 레이저 패턴이 맺힌다.
3D 카메라(135b)는 제1 및 제2 광 조사부(135a1, 2)가 레이저 패턴 광을 조사하면 로봇 청소기(100) 전방의 영상이나 반사광을 촬영하여 이미지화한다.
3D 카메라(135b) 상기 제1패턴 광과 상기 제2패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1패턴의 광 및 상기 제2패턴의 광은 상하로 이격된 수평의 직선 형태로 조사될 수 있다.
즉, 적어도 제1 광 조사부(135a1)은 전방으로 수평의 직선 형태를 가진 패턴 광을 조사할 수 있다. 광 조사부(135a1)의 상기 패턴 광이 덤핑 스테이션(200)의 전면부(212)의 본체(210) 또는 받침판(220)의 특정 지점을 수평으로 가로질러 반사될 때, 3D 카메라(135b)는 이러한 반사광(LR)을 검출하여, 덤핑 스테이션(200)의 위치 정보를 감지할 수 있다.
도킹 스테이션(200)의 전면부(212)에 맺히는 선형의 레이저 패턴은 3D 카메라(135b)에 의해 촬영되어 제어부(140)로 전송된다.
제어부는 3D 카메라(135b)로부터 취득한 레이저 패턴 영상을 수득하고, 이를 가공하여 상기 도킹 스테이션(200)과 로봇 청소기(100)의 상대적인 위치를 판독가능하다.
즉, 3D 카메라(135b)의 광각이 제1 광 조사부(135a1)와 제2 광 조사부(135a2)의 광 조사각보다 크므로 상기 도킹 스테이션(200)에 제1 광 조사부(135a1) 또는 제2 광 조사부(135a2) 적어도 어느 하나의 광 조사부(135a1, 2)로부터 방출된 레이저 패턴이 맺히는 경우, 이를 촬영 가능하다.
이와 같이 도킹 스테이션(200)의 전방에 맺히는 선형의 레이저 패턴은 도킹 스테이션(200)의 높이(h1)가 고정되어 있을 때, 도킹 스테이션(200)과 로봇 청소기(100)의 거리(d2)에 따라 레이저 패턴(L1, L2)의 위치가 가변된다.
일 예로, 도 19a 내지 도 19d를 참고하면, 도 19d에서 도 19a는 로봇 청소기(100)가 원거리에서 도킹 스테이션(200)의 근거리까지 직선 주행하여 근접할 때, 제1 및 제2 광 조사부(135a1, 2)로부터 조사된 레이저 패턴(L1, L2)이 도킹 스테이션(200)에 맞히는 것을 3D 카메라(135b)가 촬영한 것이다(S510).
로봇 청소기(100)가 도킹 스테이션(200)에 접근하면서 도킹 스테이션(200)의 받침판(220)을 시작으로 레이저 패턴이 맺히기 시작하여 도 19d와 같이 받침판(220)의 시작 부분에 상부 레이저 패턴(L1)이 형성되고, 더 접근하면서 도 19c와 같이 받침판(220)의 캐스터 가이드 부분에 상부 레이저 패턴(L1)이 형성된다.
이보다 더 근접하게 되면 하부 레이저 패턴(L2)이 도킹 스테이션(200)의 본체(210) 하부에 도 19b와 같이 맺히게 된다.
이때, 상부 레이저 패턴(L1)은 도 18과 같이 d2 이하의 거리에 위치할 때 도킹 스테이션(200)의 본체(210)에 맺히게 된다.
따라서, 도킹 스테이션(200)의 본체(210)에 상부 레이저 패턴(L1)이 인식 가능한 상태로 도 19a와 같이 맺히는 경우에 적어도 d2 이하의 거리까지 근접한 것으로 판단한다.
도 19a와 같이 하나의 3d 영상에 상부 레이저 패턴(L1) 및 하부 레이저 패턴(L2)이 모두 인지되면(S520), 둘 중 하나의 패턴을 선택하여 관심 영역으로 크롭핑 가능하다.
크롭핑된 관심 영역을 대상으로 도킹 스테이션(200)과 로봇 청소기(100)의 상대 위치 판단을 위한 제어가 진행된다.
일 예로, 도 20a와 같이, 도킹 스테이션(200)의 본체(210) 위에 로봇 청소기(100)의 상부 레이저 패턴(L1)이 맺힌 경우, 도 20b와 같이 해당 상부 레이저 패턴(L1)이 맺힌 부분을 크롭핑하여 관심 영역으로 등록한다.
상기 관심 영역은 횡 방향으로 맺힌 상부 레이저 패턴(L1)이 모두 포함되도록 영상의 가로축을 가로지르며 상기 상부 레이저 패턴(L1)이 모두 포함되도록 세로로 소정 크기의 픽셀을 포함하는 크기로 크로핑될 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(140)는 크롭핑된 관심 영역을 도 20c와 같이 레이저 검출을 위하여 1차원 변환한다(S530).
즉, 상기 관심 영역에서 레이저 패턴을 이루는 해당 횡의 픽셀 라인을 추출하고, 상기 추출된 픽셀 라인에 대하여 레이저 패턴이 읽히는 픽셀의 데이터 값을 1로 환산하고, 레이저 패턴이 읽히지 않는 픽셀의 데이터 값을 0으로 환산하여 1차원 변환한다.
따라서, 도 20c와 같이 x축, 즉 횡 방향으로 데이터 값 1을 가지는 소정 길이의 레이저 검출 구간이 산출된다.
이때, 상기 레이저 검출 구간의 시작점을 I 지점으로, 끝점을 E 지점으로 명칭한다.
이때, 상기 I 지점과 상기 E 지점 사이의 거리 값을 연산하고, 상기 거리값이 제1 임계값보다 큰지 비교한다(S540).
이와 같은 제1 임계값은 도킹 스테이션(200)과 상기 로봇 청소기(100)가 근접한 것으로 판단되는 제1 거리(d2)에서 상기 도킹 스테이션(200)의 본체에 상부 레이저 패턴(L1)이 맺히는 경우의 길이값으로 정의된다.
따라서, 상기 제1 임계값보다 상기 거리값이 더 큰 경우, 상기 로봇 청소기(100)가 도킹 스테이션(200)과의 거리가 제1 거리(d2)보다 짧은 거리에 위치한 것으로 판단할 수 있으며, 이는 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(200)이 매우 근접한 것으로 판단한다.
이와 같은 거리 조건을 충족하지 않으면 로봇 청소기(100)는 상기 도킹 스테이션(200)을 향하여 더욱 근접하게 이동하면서 다시 영상을 획득할 수 있다.
상기 거리 조건을 충족하는 경우, 상기 로봇 청소기(100)의 제어부(140)는 상기 레이저 검출 구간의 데이터 값을 XYZ 좌표로 3차원 변환한다(S550).
즉, 제어부(140)는 I(X, Y, Z), E(X,Y,Z)를 각각 산출한다.
이때, X 값은 로봇 청소기(100)의 전방과 도킹 스테이션(200) 전면까지의 거리이고, Y 값은 로봇 청소기(100)로부터 각 지점까지의 좌우 거리, 폭이고, Z 값은 로봇 청소기(100)로부터 각 지점까지의 상하 거리, 높이이다.
다음으로, 3차원 환산된 I, E 값의 각각의 X, Y, Z 값이 제2 임계 범위를 충족하는지 여부를 판단한다(S560).
일 예로, I 지점과 E 지점의 제2 임계 범위는 다음과 같을 수 있다.
[수학식 1]
100<IX<200,
-100<IY<100,
200<IZ<300,
100<EX<200,
-100<EY<100,
200<EZ<300
따라서, 변환된 3차원의 시작점과 끝점이 상기 제2 임계 범위 내를 충족할 때, 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F1)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일치, 즉 일직선 상에 위치하는 범위이며, 소정 거리 이내인 것으로 판단한다(S570).
따라서, 이와 같은 조건을 충족하는 현재 위치에서 로봇 청소기(100)의 후방(FR)이 상기 도킹 스테이션(200)의 전방을 향하도록 회전 동작을 수행한다(S30).
이와 같은 전방 일치를 수행한 후 도킹을 진행하는 경우, 도킹 실패 없이 한번에 도킹을 진행함으로써 기기의 손상을 최소화할 수 있다.
이와 같은 회전 동작은 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(200) 사이의 상대적 위치 변화 없이, 상기 로봇 청소기(100)가 현재 위치에서 180도 회전함으로써 이루어진다.
이에 따라, 상기 로봇 청소기(100)의 먼지통(120)과 도킹 스테이션(200)의 전면부(212)가 서로 마주하며 일직선 상에 배치되어 있다.
이와 같이 로봇 청소기(100)의 후방과 도킹 스테이션(200)의 전면부가 서로 마주하는 상태로 상기 로봇 청소기(100)는 후방 주행하여 도킹 스테이션(200)의 받침판(220)으로 진입한다.
이때, 후방 주행은 3D 카메라(135b)가 바라보는 전방(F1)으로부터 멀어지도록 후방(FR)으로 직선 주행하는 것을 의미한다.
이와 같이 후방 직선 주행에 의해 도킹 스테이션(200)으로 진입하여 충전 단자끼리의 접촉이 이루어지고 도킹이 시작된다(S40).
즉, 도 8과 같은 로봇 청소기(100)와 덤핑 스테이션(200)의 도킹이 진행되어 먼지통(120)과 먼지 포집부(240) 사이의 먼지 유로(230)를 최단거리로 유지하면서 먼지 덤핑을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도킹 방법은 도킹 준비 단계에서 3D 센서(135)를 통한 도킹 스테이션(200)의 전방 탐색의 다른 예를 제공한다.
이하에서는 도 21 및 도 22를 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도킹 방법을 설명한다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 12의 로봇 청소기(100)의 준비 동작 단계를 나타내는 순서도이고, 도 22a는 도 7에서 로봇 청소기(100)의 레이저 조사에 의해 덤핑 스테이션의 받침판에 맺히는 레이저 상을 나타내는 것이고, 도 22b는 도 19의 영상으로부터 관심 영역을 추출하는 것을 나타내는 것이고, 도 22c는 도 22b의 관심 영역으로부터 1차원 변환 값을 나타낸 것이며, 도 22d는 도 22c의 1차원 변환 값으로부터 최종 관심 영역 추출을 나타내는 것이다.
도킹 모드 시작 단계(S20)는 도 13의 도킹 모드 시작 단계와 동일하다.
이때, 도킹 준비 단계가 시작되면, 상기 로봇 청소기(100)는 3D 센서(135)의 광 조사부와 3D 카메라(135b)의 동작에 의해 도킹 스테이션(200)의 전방과 로봇 청소기(100)의 전방을 일치시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 광 조사부(135a1, 2)로부터 방출된 레이저 패턴 광이 도킹 스테이션(200)의 전방에 맺히며, 상기 맺혀있는 선형의 레이저 패턴은 3D 카메라(135b)에 의해 촬영되어 제어부(140)로 전송된다.
제어부는 3D 카메라(135b)로부터 취득한 레이저 패턴 영상을 수득하고, 이를 가공하여 상기 도킹 스테이션(200)과 로봇 청소기(100)의 상대적인 위치를 판독가능하다.
즉, 3D 카메라(135b)의 광각이 제1 광 조사부(135a1)와 제2 광 조사부(135a2)의 광 조사각보다 크므로 상기 도킹 스테이션(200)에 제1 광 조사부(135a1) 또는 제2 광 조사부(135a2) 적어도 어느 하나의 광 조사부(135a1, 2)로부터 방출된 레이저 패턴이 맺히는 경우, 이를 촬영 가능하다(S610).
또 다른 실시예에서는 도 19a 내지 도 19d의 3D 카메라(135b)의 영상에서 하부 레이저 패턴(L2)을 관심 영역으로 검출한다.
구체적으로, 도 22a와 같이 받침판(220)의 캐스터 가이드(23) 부분에 하부 레이저 패턴(L2)이 형성되는 경우, 제어부(140)는 3d 영상에 하부 레이저 패턴(L2)이 인지되면, 이를 도 22b와 같이 관심 영역으로 크롭핑한다(S620).
크롭핑된 관심 영역을 대상으로 도킹 스테이션(200)과 로봇 청소기(100)의 상대 위치 판단을 위한 제어가 진행된다.
상기 관심 영역은 횡 방향으로 맺힌 하부 레이저 패턴(L2)이 모두 포함되도록 영상의 가로축을 가로지르며 상기 하부 레이저 패턴(L2)이 모두 포함되도록 세로로 소정 크기의 픽셀을 포함하는 크기로 크로핑될 수 있다.
로봇 청소기(100)의 제어부(140)는 크롭핑된 관심 영역을 도 22c와 같이 레이저 검출을 위하여 1차원 변환한다.
즉, 상기 관심 영역에서 레이저 패턴을 이루는 해당 횡의 픽셀 라인을 추출하고, 상기 추출된 픽셀 라인에 대하여 레이저 패턴이 읽히는 픽셀의 데이터 값을 1로 환산하고, 레이저 패턴이 읽히지 않는 픽셀의 데이터 값을 0으로 환산하여 1차원 변환한다.
따라서, 도 22c와 같이 x축, 즉 횡 방향으로 데이터 값 1을 가지는 소정 길이의 레이저 검출 구간이 산출된다.
이때, 상기 레이저 검출 구간의 시작점을 I 지점으로, 끝점을 E 지점으로 명칭한다.
이때, 시작점과 끝점은 연속한 1 값이 시작되는 점과 끝나는 점으로 정의 가능하고, 상기 시작점(I)과 끝점(E) 사이를 레이저 검출 구간으로 정의한다.
다음으로, 상기 로봇 청소기(100)의 제어부(140)는 상기 시작점(I)과 끝점(E) 사이의 레이저 검출 구간의 각 픽셀에 대하여 데이터 값을 XYZ 좌표로 3차원 변환한다(S630).
이때, X 값은 로봇 청소기(100)의 전방과 도킹 스테이션(200) 전면까지의 거리이고, Y 값은 로봇 청소기(100)로부터 각 지점까지의 좌우 거리, 폭이고, Z 값은 로봇 청소기(100)로부터 각 지점까지의 상하 거리, 높이이다.
각 픽셀에 대하여 3차원 변환하면, 도 22d와 같이 z 값이 지면으로부터 소정 거리만큼 떠있는 부분(AF)이 검출된다.
이와 같이 지면으로부터 떠있는 부분(AF)은 받침판(220)의 캐스터 가이드(223)에 의해 하방으로 함몰되어 있는 구간에 의해 형성되는 영역으로 좌우 대칭하여 배치되어 있다.
이와 같이 떠 있는 좌우 부분(AF)을 각각 최종 관심 영역으로 정의한다.
제어부(140)는 좌측 및 우측의 상기 최종 관심 영역이 추출되면, 상기 최종 관심 영역을 기초로 제3 임계 범위와 비교하여 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일치하는지 여부를 판단한다(S640).
일 예로, 제어부(140)는 앞서 실시예와 같이 시작점(I)으로부터 끝점(E)까지의 거리 값이 제1 임계값보다 큰지 비교한다.
이와 같은 제1 임계값은 도킹 스테이션(200)과 상기 로봇 청소기(100)가 근접한 것으로 판단되는 제1 거리(d1)에서 상기 도킹 스테이션(200)의 본체(210)에 상부 레이저 패턴(L1)이 맺히는 경우의 길이 값으로 정의된다.
제어부(140)는 시작점(I)으로부터 끝점(E)까지의 거리값이 제1 임계값보다 큰 경우 도킹 스테이션(200)의 전방(F1)과 로봇 청소기(100)의 전방(F2)이 일치, 즉, 일직선 상에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
또는, 제어부(140)는 최종 관심 영역의 픽셀 개수를 카운트하고, 상기 최종 관심 영역의 픽셀 개수와 도킹 스테이션(200)의 기준 픽셀 개수를 비교한다.
상기 최종 관심 영역의 픽셀 개수가 도킹 스테이션(200)의 기준 픽셀 개수보다 더 큰 경우 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일치하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 시작점(I)과 끝점(E) 사이의 중간점(M)을 찾고, 상기 중간점(M)의 Z 값을 산출하고, 시작점(I) 또는 끝점(E)의 Z 값과 비교함으로써 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일치하는지 판단할 수 있다.
상기 중간점(M)의 Z 값은 떠있지 않은 영역인 바, 그 Z 값은 하기의 기준을 충족할 수 있다.
[수학식 2]
8mm<M Z<12mm
이때, 시작점(I) 또는 끝점(E)의 Z 값은 하기의 기준을 충족할 수 있다.
[수학식 2]
18mm<I, E Z<22mm
이와 같이 제어부(140)는 상기 제3 임계범위 중 적어도 하나를 판단하여 이를 충족하는 경우, 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)과 로봇 청소기(100)의 전방(F1)이 일치하는 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 이와 같은 조건을 충족하는 현재 위치에서 로봇 청소기(100)의 후방(FR)이 상기 도킹 스테이션(200)의 전방(F2)을 향하도록 회전 동작을 수행한다(S30).
이와 같은 전방 일치를 수행한 후 도킹을 진행하는 경우, 도킹 실패 없이 한번에 도킹을 진행함으로써 기기의 손상을 최소화할 수 있다.
이와 같은 회전 동작은 로봇 청소기(100)와 도킹 스테이션(200) 사이의 상대적 위치 변화 없이, 상기 로봇 청소기(100)가 현재 위치에서 180도 회전함으로써 이루어진다.
이에 따라, 상기 로봇 청소기(100)의 먼지통(120)과 도킹 스테이션(200)의 전면부(212)가 서로 마주하며 일직선 상에 배치되어 있다.
이와 같이 로봇 청소기(100)의 후방과 도킹 스테이션(200)의 전면부가 서로 마주하는 상태로 상기 로봇 청소기(100)는 후방 주행하여 도킹 스테이션(200)의 받침판(220)으로 진입한다.
이때, 후방 주행은 3D 카메라(135b)가 바라보는 전방(F1)으로부터 멀어지도록 후방(FR)으로 직선 주행하는 것을 의미한다.
이와 같이 후방 직선 주행에 의해 도킹 스테이션(200)으로 진입하여 충전 단자끼리의 접촉이 이루어지고 도킹이 시작된다(S40).
즉, 도 8과 같은 로봇 청소기(100)와 덤핑 스테이션(200)의 도킹이 진행되어 먼지통(120)과 먼지 포집부(240) 사이의 먼지 유로(230)를 최단거리로 유지하면서 먼지 덤핑을 수행할 수 있다.
100 : 로봇 청소기 130 : 센싱부
140 : 제어부 113 : 저장부
160 : 주행부 180 : 작업부
200 : 도킹 스테이션, 덤핑 스테이션 240: 먼지 포집부
230: 먼지 유로

Claims (20)

  1. 본체;
    상기 본체를 이동시키는 구동부;
    상기 구동부에 전력을 공급하는 배터리;
    상기 본체의 중심으로부터 전면에 배치되어 전방의 환경 정보를 수득하는 복수의 센싱부;
    상기 본체의 중심으로부터 후방에 배치되며, 흡입하는 먼지를 포집하는 먼지통; 및
    상기 센싱부로부터 감지된 감지 신호로부터 도킹 스테이션의 위치를 판단하고, 상기 도킹 스테이션으로 상기 먼지통이 먼저 진입하도록 후방 주행하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 로봇 청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는
    상기 도킹 스테이션으로부터의 도킹 신호를 수신하는 도킹 신호 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 도킹 모드가 시작되면, 상기 도킹 스테이션에 근접하도록 주행하고, 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선상에 위치하도록 위치 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선상에 위치하는지 상기 센싱부의 상기 감지 신호에 기초하여 판단하고, 상기 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하면 회전하는 회전 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전 모드는 상기 먼지통이 배치되는 상기 로봇 청소기의 후방이 상기 도킹 스테이션의 전면부와 마주하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전 모드는 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 상기 현재 위치에서 180도 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 도킹 신호 감지부는 상기 본체의 전면에서 우측에 배치되어 있는 우측 도킹 감지 센서 및
    상기 본체의 전면에서 좌측에 배치되어 있는 좌측 도킹 감지 센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 우측 도킹 감지 센서 및 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 가중치를 부여하고 합산하여 도킹 유효값을 산출하고, 상기 도킹 유효값이 0을 충족하는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 우측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 양의 가중치를 부여하고, 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 음의 가중치를 부여하고 합산하여 상기 도킹 유효값을 산출하고, 상기 도킹 유효값의 부호가 반전되는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 본체의 전면의 중심에 배치되어 전방의 장애물의 거리를 탐지하는 장애물 센서를 더 포함하며,
    상기 장애물 센서는
    상기 본체 전방의 상부로 상부 레이저 패턴을 조사하는 제1 광 조사부,
    상기 본체 전방의 하부로 하부 레이저 패턴을 조사하는 제2 광 조사부, 및
    상기 본체 전방의 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 촬영하여 상기 제어부로 전송하는 카메라
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 카메라로부터 수득한 영상으로부터 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 추출하고, 상기 추출된 부분이 임계 범위를 충족하면 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는 후방으로 상기 도킹 스테이션과 도킹을 진행하면, 도킹한 상태로 상기 도킹 스테이션으로 상기 먼지통에 포집된 먼지를 전달하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  13. 주행 구역의 도킹 스테이션으로부터 상기 주행 구역을 주행하며 청소를 수행하는 단계;
    도킹 모드가 시작되면, 상기 도킹 스테이션에 근접하도록 주행하는 단계;
    상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하도록 위치 보정을 수행하는 단계;
    현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선상에 위치하면 회전하는 회전 모드를 수행하는 단계; 및
    상기 로봇 청소기의 후방이 상기 도킹 스테이션의 전방을 향하도록 후방 주행하여 도킹을 수행하는 후방 주행 단계
    를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위치 보정 단계에서,
    상기 현재 위치가 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는지 외부 환경에 대한 감지 신호에 기초하여 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회전 모드는 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 상기 현재 위치에서 180도 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는 본체의 전면에서 우측에 배치되어 있는 우측 도킹 감지 센서, 및 상기 본체의 전면에서 좌측에 배치되어 있는 좌측 도킹 감지 센서를 포함하고,
    상기 우측 도킹 감지 센서 및 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 가중치를 부여하고 합산하여 도킹 유효값을 산출하고 상기 도킹 유효값에 따라 상기 회전 모드의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 도킹 유효값이 0을 충족하는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 우측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 양의 가중치를 부여하고, 상기 좌측 도킹 감지 센서의 감지된 도킹 신호 값에 음의 가중치를 부여하고 합산하여 상기 도킹 유효값을 산출하고, 상기 도킹 유효값의 부호가 반전되는 위치를 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는 상기 본체의 전면의 중심에 배치되어 전방의 장애물의 거리를 탐지하는 장애물 센서를 포함하고, 상기 장애물 센서는 상기 본체 전방의 상부로 상부 레이저 패턴을 조사하는 제1 광 조사부, 상기 본체 전방의 하부로 하부 레이저 패턴을 조사하는 제2 광 조사부, 및 상기 본체 전방의 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 촬영하여 상기 제어부로 전송하는 카메라를 포함하며,
    상기 카메라로부터 수득한 영상으로부터 상기 상부 레이저 패턴 또는 상기 하부 레이저 패턴을 추출하고, 상기 추출된 부분이 임계 범위를 충족하면 상기 도킹 스테이션의 전방과 상기 로봇 청소기의 전방이 일직선 상에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 후방 주행 후 상기 로봇 청소기의 후방으로 상기 도킹 스테이션과 도킹을 진행하면, 도킹한 상태로 상기 도킹 스테이션으로 상기 로봇 청소기의 먼지통에 포집된 먼지를 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180079054A (ko) 2016-12-30 2018-07-10 엘지전자 주식회사 로봇 청소기의 충전 스테이션
KR20180108004A (ko) 2017-03-23 2018-10-04 엘지전자 주식회사 청소기 및 그 제어방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050055516A (ko) * 2003-12-08 2005-06-13 엘지전자 주식회사 로봇청소기의 자동충전 시스템 및 그의 제어방법
KR100752514B1 (ko) * 2006-12-27 2007-08-29 (주)다사로봇 하나의 발광센서를 이용한 충전스테이션 위치 인식 시스템 및 방법
JP2018196511A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 東芝ライフスタイル株式会社 電気掃除装置
KR102423497B1 (ko) * 2020-07-02 2022-07-21 엘지전자 주식회사 로봇 청소기의 제어 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180079054A (ko) 2016-12-30 2018-07-10 엘지전자 주식회사 로봇 청소기의 충전 스테이션
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