WO2019190160A1 - 로봇 청소기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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WO2019190160A1
WO2019190160A1 PCT/KR2019/003493 KR2019003493W WO2019190160A1 WO 2019190160 A1 WO2019190160 A1 WO 2019190160A1 KR 2019003493 W KR2019003493 W KR 2019003493W WO 2019190160 A1 WO2019190160 A1 WO 2019190160A1
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robot cleaner
acceleration
driving
abnormal
obstacle
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PCT/KR2019/003493
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정우철
김봉윤
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에브리봇 주식회사
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    • A47L2201/06—Control of the cleaning action for autonomous devices; Automatic detection of the surface condition before, during or after cleaning

Definitions

  • the present invention relates to a robot cleaner and a control method thereof, and more particularly, to a robot cleaner and a control method thereof capable of performing a mop cleaning while moving autonomously.
  • the robot cleaner is a device that automatically cleans the area to be cleaned by inhaling foreign substances such as dust from the surface to be cleaned or by wiping the foreign matter from the surface to be cleaned while driving itself in the area to be cleaned without the user's operation. It is utilized.
  • such a robot cleaner may include a vacuum cleaner that performs cleaning using suction power using a power source such as electricity.
  • Such a robot cleaner including a vacuum cleaner has a limitation in that it is impossible to remove foreign matters or dirt stuck to the surface to be cleaned, and recently, a robot cleaner that can perform mopping or cleaning by attaching a mop to the robot cleaner It is emerging.
  • the mop cleaning method using a general robot cleaner is a simple method of attaching a mop or the like to the lower part of a conventional robot vacuum cleaner, and thus has a disadvantage in that a foreign matter removal effect is low and efficient mop cleaning is not performed.
  • the mop cleaning method of a general robot cleaner uses the existing suction type vacuum cleaner moving method and the obstacle avoiding method as it is, so that the dust scattered on the surface to be cleaned is removed even if the dust is stuck on the surface to be cleaned. There is a problem that cannot be easily removed.
  • the function of detecting and avoiding obstacles while driving the robot cleaner is an important function that determines the durability and cleaning quality of the cleaner.
  • an expensive imaging apparatus or bumper must be separately provided for detecting an obstacle or detecting a collision, which may cause a cost increase and may cause an increase in the failure rate due to an increase in the number of parts. Can be.
  • the present invention has been made in view of the above problems, for example, a mop can be attached so as to effectively remove the foreign matter stuck to the surface to be cleaned, the robot cleaner having a structure using the rotational force itself of the rotating member as a moving power source
  • An object of the present invention is to provide a robot cleaner capable of detecting an obstacle and a control method thereof without providing an obstacle detecting means such as an image photographing device or a bumper.
  • Another object of the present invention is to propose a method in which the robot cleaner can effectively combine the acceleration, the rotational speed of the rotating member, and the rotational load of the robot cleaner while detecting an obstacle.
  • Another object of the present invention is to provide a method for increasing the accuracy of detecting an obstacle by reflecting an environment in which the robot cleaner is running, such as a change in the state of the floor surface to be cleaned.
  • Another object of the present invention is to provide an obstacle avoidance method in which the robot cleaner can avoid the obstacle in a favorable direction even after the obstacle detection and resume driving for cleaning.
  • a method of controlling a robot cleaner including a first rotating member and a second rotating member that rotates about a first rotating shaft and a second rotating shaft, respectively may be performed while the robot cleaner is running.
  • the method may further include performing obstacle avoidance driving of the robot cleaner.
  • the determining of the abnormality may include determining whether the acceleration is abnormal by reflecting a driving environment of the robot cleaner.
  • the determining of whether the acceleration is abnormal by reflecting the driving environment may reflect the driving environment based on the change of the acceleration while the robot cleaner is running.
  • the determining of whether the acceleration is abnormal by reflecting the driving environment may include storing the acceleration every time a predetermined time interval elapses while the robot cleaner is running, and retrospectively stores the acceleration from the time when the robot cleaner is driving.
  • a predetermined time interval elapses while the robot cleaner is running
  • a predetermined first reference value it is preferable to determine that the acceleration during driving of the robot cleaner is abnormal.
  • the acceleration and the first reference value are each composed of a vector consisting of three-way orthogonal x, y, and z components, and correspond to vector components in the same direction, and the deviation between the maximum value and the minimum value is equal to or greater than the first reference value. Whether or not, may be determined by whether or not at least one of each vector component of the acceleration is equal to or greater than a vector component of the corresponding first reference value.
  • the method may further include storing an average value of the deviation from the start of driving of the robot cleaner to a predetermined distance driving, and setting a value larger than the average value as the first reference value.
  • the acceleration may be determined to be abnormal only when a state in which the deviation is greater than or equal to the first reference value after a predetermined distance is maintained for a predetermined duration or more.
  • the deviation if the deviation is more than a second predetermined reference value, it may be determined that the acceleration of the robot cleaner while driving.
  • the determining of whether or not the abnormality even when the acceleration is greater than a predetermined third reference value, it may be determined that the acceleration during the running of the robot cleaner is abnormal.
  • the rotation load of each of the rotating members is obtained based on the driving current of each of the rotating members.
  • the rotational speed less than the fourth reference value may be determined to be abnormal.
  • the obstacle detection determining step it is determined whether the difference between the rotational speed of the first rotating member and the rotational speed of the second rotating member is more than a predetermined fifth reference value, and determines the position at which the obstacle is detected based on this. Can be.
  • the position where the obstacle is detected is determined as a position where the rotation member having a smaller rotation speed is among the respective rotation members, and the obstacle avoidance is performed.
  • the robot cleaner may be deflected in a direction in which the rotation member, which is not at the position where the obstacle is detected, is positioned on the basis of the direction in which the robot cleaner was traveling before the obstacle detection, to resume driving.
  • the robot cleaner may resume driving in the opposite direction to the direction in which the robot cleaner traveled before the obstacle detection.
  • the robot cleaner is fixed with a cleaner for wet cleaning on the first rotating member and the second rotating member, respectively, to apply frictional force between the surface to be cleaned and the fixed cleaner generated according to the rotational movement of each of the fixed cleaners.
  • the robot cleaner according to an embodiment of the present invention, the first rotary member and the second rotary member to rotate the rotation around the second and second rotation axis, respectively;
  • An acceleration sensor for acquiring an acceleration while the robot cleaner is running;
  • At least one of a rotation load detector for obtaining a rotational load of each of the rotating members and a rotational speed detector for obtaining the rotational speed of each of the rotating members;
  • a controller wherein the controller determines whether any one or more of the obtained acceleration and the obtained rotational load or one or more of the obtained rotational speeds are abnormal, and the acceleration is abnormal.
  • the controller determines that an obstacle is detected when at least one of the rotation loads or at least one of the rotation speeds is determined to be abnormal.
  • the controller When it is determined that the obstacle is detected, the controller preferably performs obstacle avoidance driving of the robot cleaner.
  • the controller may determine whether the acceleration is abnormal by reflecting a driving environment of the robot cleaner.
  • the controller may reflect the driving environment based on the change of the acceleration while the robot cleaner is running.
  • the controller may store the acceleration every time a predetermined time interval elapses while the robot cleaner is running, and the maximum of the accelerations stored within a predetermined time period equal to or greater than the predetermined time interval by retroactively from the time when the robot cleaner is running. And when the deviation between the value and the minimum value is equal to or greater than a first predetermined reference value, determining that the acceleration of the robot cleaner is abnormal during driving.
  • the controller may determine that the rotation speed corresponding to the fourth reference value is less than that.
  • the controller may determine whether a difference between the rotational speed of the first rotating member and the rotational speed of the second rotating member is greater than or equal to a predetermined rotational speed difference reference value, and determine a position at which the obstacle is detected based on the difference.
  • the robot cleaner may detect an obstacle without having a separate obstacle detecting means such as an image photographing device or a bumper.
  • obstacles may be detected by effectively combining acceleration, rotational speed of the rotating member, and rotational load of the robot cleaner.
  • the accuracy of detecting an obstacle may be improved by reflecting an environment in which the robot cleaner is running, such as a change in the state of the floor surface to be cleaned.
  • the robot cleaner may resume normal driving for cleaning by avoiding obstacles in a favorable direction even after the obstacle cleaner is detected.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of the robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a driving operation of the robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control method of a robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an obstacle avoidance driving method of a robot cleaner according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 8 are diagrams illustrating obstacle avoidance driving of a robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • components expressed as means for performing the functions described in the detailed description include all types of software including, for example, a combination of circuit elements or firmware / microcode, etc. that perform the functions. It is intended to include all methods of performing a function which are combined with appropriate circuitry for executing the software to perform the function.
  • the invention, as defined by these claims, is equivalent to what is understood from this specification, as any means capable of providing such functionality, as the functionality provided by the various enumerated means are combined, and in any manner required by the claims. It should be understood that.
  • FIGS. 1 to 3 are views for explaining the structure of a robot cleaner according to an embodiment of the present invention. More specifically, Figure 1 is a block diagram showing a robot cleaner according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of the robot cleaner according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an embodiment of the present invention Is the front view of the robot cleaner according.
  • the robot cleaner 100 may include a first rotation member 110 and a second rotation that respectively rotate about the first rotation shaft 310 and the second rotation shaft 320.
  • An acceleration sensor 130 for acquiring acceleration while driving the member 120, the robot cleaner 100, and a rotation load detector 150 for obtaining rotation loads of the respective rotation members 110 and 120;
  • the robot cleaner 100 may further include a rotation speed detection unit 155 for acquiring rotation speeds of the rotation members 110 and 120, a driving unit 200 for supplying power for driving, a communication unit 140 with external devices, and data.
  • Storage unit 160 an input unit 180 for receiving an operation mode from the user, an output unit 185 for displaying the state of the robot cleaner 100 to the user, a power supply unit 190 for supplying power for driving, and the like.
  • the configuration may further include.
  • the driving unit 200 is installed inside the main body 10 to be coupled to the first driving unit 201 and the first rotating member 110, and installed inside the main body 10 to be coupled to the second rotating member 120.
  • the second driving unit 202 may be included.
  • the driving unit 200 may be implemented including a motor, a gear assembly, and the like.
  • the first rotating member 110 is coupled to the first driving unit 201 to transmit power by the first driving unit 201, and the first transmission member 111 to rotate about the first rotational axis by the power. It may include.
  • the first cleaner 210 for wet cleaning may include a first fixing member 112 that can be fixed.
  • the second rotating member 120 is coupled to the second driving unit 202 to transmit power by the second driving unit 202, and rotates about the second rotation shaft 320 by the power.
  • 2 may include a transmission member 121.
  • the second cleaner 220 for wet cleaning may include a second fixing member 122 that can be fixed.
  • Such an embodiment of the robot cleaner 100 may travel while performing wet cleaning using the cleaners 210 and 220 for wet cleaning.
  • the wet cleaning may mean cleaning cleaning the surface to be cleaned using the cleaners 210 and 220, and may include, for example, cleaning using a dry mop or the like.
  • the first cleaner 210 and the second cleaner 220 may clean various surfaces to be cleaned, such as a microfiber cloth, a rag, a nonwoven fabric, a brush, and the like, so as to remove the adhered foreign matter from the bottom surface through a rotary motion. It may be made of a fiber material such as cloth.
  • the robot cleaner may include an external shock detector including a bumper that protects the body from external shock and a sensor that detects an external shock applied to the bumper.
  • an additional image capturing unit such as a camera may be provided to detect an obstacle through image analysis.
  • the present invention provides a means for effectively detecting an obstacle even when such a bumper, an external impact detector, and an image photographing unit are not separately provided.
  • the robot cleaner 100 may rotate the first cleaner 210 and the second cleaner by rotating the first rotating member 110 and the second rotating member 120.
  • the cleaner 220 rotates, foreign matters adhered to the floor may be removed through friction with the surface to be cleaned.
  • the frictional force may be used as a moving force source of the robot cleaner 100.
  • the moving speed and direction of the robot cleaner 100 may be adjusted.
  • the first and second rotary shafts 310 and 320 of the first and second rotary members 110 and 120 by the power of the pair of driving units 151 and 152 may be robot cleaners. It may be tilted to have a predetermined angle with respect to the central axis 300 corresponding to the vertical axis of the (100). In this case, the first and second rotating members 110 and 120 may be inclined downward to the outside based on the central axis. That is, the region located far from the central axis 300 among the regions of the first and second rotating members 110 and 120 may be in close contact with the surface to be cleaned than the region located closer to the central axis 300.
  • the central axis 300 may mean a vertical direction with respect to the surface to be cleaned of the robot cleaner 100.
  • the central axis 300 is perpendicular to the surface to be cleaned of the robot cleaner 100. It can mean the Z axis.
  • the predetermined angle may include a first angle (a degree) corresponding to an angle at which the first rotation axis 310 is inclined with respect to the central axis 300 and the second rotation axis 320 with respect to the central axis 300. It may include a second angle (b degree) corresponding to the inclined angle.
  • the first angle and the second angle may be the same or different from each other.
  • each of the first angle and the second angle may be an angle within an angle range of preferably 1 degree or more and 3 degrees or less.
  • the above-described angle range may be a range capable of optimally maintaining the wet cleaning ability, the traveling speed, and the running performance of the robot cleaner 100.
  • various embodiments of the present disclosure may not be limited to the above-described angle range.
  • the relative friction force generated between the surface to be cleaned may be greater than the center of the main body 10 outside. Therefore, the moving speed and the direction of the robot cleaner 100 may be controlled by the relative friction force generated by controlling the rotation of the pair of rotating members 110 and 120, respectively.
  • the robot cleaner 100 may collide with various obstacles existing on the surface to be cleaned.
  • the obstacle may include various obstacles that hinder the cleaning of the robot cleaner 100 such as low obstacles such as thresholds, carpets, obstacles floating on a certain height such as sofas or beds, and high obstacles such as walls.
  • the robot cleaner 100 provides a means for effectively detecting an obstacle even when a bumper, an external shock detector, and an image photographing unit are not provided separately.
  • the rotating loads of the first rotating member 110 and the second rotating member 120, and the first rotating member 110 and the second rotating member respectively.
  • the rotational load of the rotating members 110 and 120 refers to a load of physical force applied when the rotating member is rotated.
  • the rotational load of the rotating members 110 and 120 may be obtained based on the driving current applied to the driving unit 200. Can be.
  • the current value obtained from the driving power circuit of the motor included in the driving unit 200 may be used.
  • the driving unit increases the driving current to obtain the rotational speed required for driving the robot cleaner 100.
  • the drive current can be good information to obtain the rotational load required for obstacle detection.
  • the acquisition of the rotational load in the present invention is not limited to the driving current, and may be made by other means for measuring torque applied to the rotational axis, for example, various means such as a strain sensor.
  • Acceleration while driving the robot cleaner 100 may be obtained through an acceleration sensor in one embodiment.
  • the acceleration sensor refers to an electromechanical transducer that generates an electrical output when subjected to mechanical shock or vibration by using the principles of inertial force, electric deformation, and gyro. Since the acceleration value can be a factor representing the operating environment or the operating state of a machine or an apparatus, it is increasingly used in robots, mobile devices, and wearable devices.
  • the present invention by considering the obtained acceleration and the rotational load at the same time, it is possible to effectively improve the detection performance of the obstacle. That is, when only the acceleration is considered, it is difficult to distinguish whether the temporary acceleration is increased due to the irregularities of the cleaning floor or the like, or whether an obstacle is encountered to stop the actual driving and avoid the traveling.
  • acceleration is a factor that reflects a transient change in the movement of an object, it returns to '0' in a steady state after the movement state changes, and the robot cleaner no longer runs due to an obstacle. It is difficult to reliably detect failing states alone.
  • a rotating load may signal that there is a constant problem with the rotation of the rotating member, but it does provide a clear answer as to whether the problem is an obstacle to be avoided and if it is only one element of the driving environment to overcome and continue driving.
  • the cycle can be difficult. Therefore, the effective and reliable obstacle detection performance can be secured by the control method according to an embodiment of the present invention, which determines that an obstacle is detected only when it is determined to be abnormal by considering acceleration and rotational load simultaneously.
  • the acceleration detecting unit 130 may be a kind capable of detecting the strength of the acceleration, and when any one or more of the rotation load and the obtained acceleration is abnormal by combining the strength of the acceleration and the strength of the rotation load.
  • obstacle detection may be determined. For example, when the acceleration intensity and the rotation load intensity correspond to strong-weak, medium-medium, and weak-steel, respectively, it is possible to detect an abnormality and determine the obstacle detection. Through this, the momentary acceleration is detected largely by the momentary external blow and there is no problem in driving. Since the fixed obstacle is made of soft cushioning material, it is possible to distinguish more precisely when the avoidance driving is required despite the low acceleration strength.
  • the obstacle avoidance driving of the robot cleaner 100 may be performed (S130). Such obstacle avoidance driving may be performed after leaving the obstacle-free area and resuming driving to the obstacle-free area. Obstacle avoidance driving will be described in detail later.
  • the above determining of the abnormality reflects whether the acceleration is abnormal by reflecting the driving environment of the robot cleaner. Determining may include. More specifically, the driving environment including the frictional force of the floor to be cleaned of the robot cleaner 100 is not always fixed. That is, the driving environment may be different depending on the house or the indoor space, and the driving environment may be different depending on the location even in one indoor space. Therefore, in the case of considering the acceleration, it is desirable to determine whether the abnormality is reflected by the current driving environment.
  • the determining of whether the acceleration is abnormal by reflecting the driving environment may be achieved by reflecting the driving environment based on the change of the acceleration while the robot cleaner 100 is running.
  • the acceleration is stored every time a predetermined time interval elapses while the robot cleaner 100 is running, and the predetermined time period or more is equal to or greater than the predetermined time interval by retroactively from the time when the robot cleaner 100 is running.
  • the deviation between the maximum value and the minimum value of the accelerations stored therein is greater than or equal to a predetermined first reference value, it is possible to determine that the acceleration during the running of the robot cleaner is abnormal.
  • the predetermined time interval may be set at a time interval sufficient to store data such as an acceleration and indicate a change over time.
  • the predetermined time interval may be set to 20 msec. It is also desirable to store more reliable data by removing high frequency noise components using a low-pass filter.
  • the predetermined time interval and the configuration of the low-pass filter may be applied to the data storage of the rotational speed and the rotational load of the rotating member included in the present invention in addition to the acceleration.
  • the predetermined time period should be set to be equal to or greater than the predetermined time interval to secure at least two or more data so that the maximum value and the minimum value can be obtained.
  • a circular queue is one of the data structures, namely the structure of data storage arrangements. It is a data structure that allows data to be inserted at one end and subtracted at the other end, and connects the beginning and the end of the data storage space. Space is the structure at which the next queue starts.
  • the ring buffer is a data storage means capable of efficiently storing and outputting data by sending and taking data from the beginning without moving data using this circular queue. By utilizing such a ring-buffer, a maximum time and a minimum value of data stored in one or all sections of one ring buffer are read out. It may be easy to find the deviation of the maximum and minimum values of the accelerations stored in the period. In this case, the predetermined time period may be a time at which data is stored in all or part of the one ring buffer.
  • the said 1st reference value can be specified at the time of factory shipment according to the specification of a product.
  • the average value of the deviation between the acceleration maximum value and the minimum value from the start of driving of the robot cleaner 100 to a predetermined distance driving the value greater than the average value It may further comprise setting to the first reference value.
  • the average value of the deviation between the maximum value and the minimum value of the acceleration obtained by the acceleration sensor from the start of driving to 100 mm driving, and set a value larger than this average value, for example, twice the average value as the first reference value.
  • whether or not it is maintained for more than the predetermined duration may be implemented in a manner of counting the number of times data is stored in a state where acceleration is equal to or greater than the first reference value at each predetermined time interval.
  • the deviation between the maximum value and the minimum value of the acceleration is maintained for more than the first reference value for a predetermined time, it is possible to exclude the case where the acceleration is high due to a temporary cause such as noise.
  • the acceleration of the robot cleaner 100 is abnormal immediately. It is also possible.
  • This embodiment corresponds to a case in which the data value of the deviation is excessively peaked, and when the two determination methods are performed in parallel, the second reference value is set higher than the first reference value.
  • the second reference value may be set to 1.5 times the first reference value.
  • the acceleration itself may be used to determine whether the acceleration is abnormal. That is, even when the acceleration of the robot cleaner 100 while driving is equal to or greater than a predetermined third reference value, it may be determined to be abnormal.
  • the third reference value may be set to a value larger than the average value of the acceleration up to a predetermined distance after the start of driving, for example, up to 100 mm driving, in the same manner as the second reference value.
  • the third reference value may be set to twice the average value.
  • the control method may be configured to exclude the case where the acceleration is high due to a temporary cause such as noise from the abnormal category, in which case the acceleration
  • the peak reference value is set higher than the third reference value.
  • the peak reference value may be set to 1.5 times the third reference value.
  • the acceleration may be composed of a vector having spatially orthogonal x, y, z components. This can be obtained by a three axis acceleration sensor.
  • the first reference value, the second reference value, the third reference value, the peak reference value and the deviation of the maximum value and the minimum value of the acceleration are also composed of a vector, each of the vector components and the vector components in the same direction of the acceleration Corresponding. That is, x components, y components, and z components may correspond to each other.
  • whether or not the deviation between the maximum value and the minimum value of the acceleration is equal to or greater than the first reference value is a vector of the first reference value to which any one or more of the vector components of the acceleration correspond. It shall be determined by whether it is more than a component.
  • the determination method may be applied to the comparison between the deviation and the second reference value or the acceleration and the third reference value or the acceleration and the peak reference value.
  • the rotation load of each of the rotating members may be configured to be obtained based on a driving current of each of the rotating members.
  • whether or not the rotational load is abnormal may be determined to be abnormal when the rotational load is greater than or equal to a predetermined rotational load reference value, and the rotational load reference value may be set to a predetermined value in advance, such as at the factory. It may be set to a value larger than the average value of the rotational load until a certain distance after the start of the driving of 100), for example, 100 mm driving, for example, may be set to 1.3 times the average value.
  • the rotational speed of the rotating members 110 and 120 may be obtained based on the output value of the sensor by including various types of rotational speed sensors.
  • the rotational speeds may be obtained by providing an encoder.
  • the fourth reference value may be set to a specific value in advance, such as when shipped from the factory, or may be set to a value greater than an average value of the rotational load until a certain distance after the start of driving of the robot cleaner 100, for example, 100 mm driving. It can be set to 1.5 times the average value.
  • both the rotational speed and the rotational load of the rotating members can be used to determine whether abnormal. That is, any one or more of the rotational speeds of the rotating members 110 and 120 and any one or more of the rotational loads of the rotating members 110 and 120 are abnormal, and the acceleration of the robot cleaner is determined to be abnormal, thereby satisfying this. In this case, it may be determined that an obstacle is detected.
  • the rotation load reference value and the fourth reference value may be provided through a table matching the rotational load with respect to the rotational speed in the designated normal driving environment.
  • the encoder value E corresponding to the rotational speed may be used for the determination, and the driving current values O of the rotational members 110 and 120 may be used as the rotational load. It may be.
  • the table may correspond to an encoder value Et [speed] and a driving current value Ot [Speed] in a normal driving environment.
  • the rotational load reference value and the fourth reference value may be obtained by mixing the rotational load and the rotational speed in a designated normal driving environment and a value set through an average value up to a certain distance after the start of driving. In this case, as an example, it is possible to determine whether the rotational load and the rotational speed are abnormal.
  • O avg Average value of driving current up to a certain distance after starting driving
  • the obstacle detection determining step may determine whether the difference between the rotational speed of the first rotating member 110 and the rotational speed of the second rotating member 120 is greater than or equal to a predetermined fifth reference value, and based on the obstacle detection, The method may further include determining the detected position.
  • the fifth reference value may be set in advance to a value reflecting a case where the speed difference between the rotating members 110 and 120 is significant.
  • the fifth reference value may be set to a value corresponding to 5 based on an encoder value.
  • the position where the obstacle is detected may be determined as the position where the rotational member having the smaller rotational speed is among the rotational members. That is, if an obstacle hits the rotating member on the left side while driving the robot cleaner 100 based on the driving direction, the rotating speed of the rotating member on the left side is reduced, and the rotating speed of the rotating member on the right side where the obstacle does not collide is maintained or Only a small amount can be reduced. In this case, the detection position of the obstacle may be "left" based on the driving direction.
  • the rotating member of the rotating member that is not at the position where the obstacle is detected based on the direction in which the robot cleaner was traveling before the obstacle detection. Deflection in the direction in which is located can resume driving.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an obstacle avoidance driving method of a robot cleaner according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 7 is a diagram illustrating obstacle avoidance driving of a robot cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • the obstacle avoidance driving according to the exemplary embodiment of the present invention reverses (S200) in the opposite direction of the existing driving direction for a predetermined time T1, and then for a predetermined time T2.
  • the rotating member of the obstacle-detected position is fixed and the rotating member of the obstacle-undetected position is fixed (S210), and then the rotating member of the obstacle-detected position is again fixed and the obstacle-undetected position for a predetermined time T3.
  • the member may be deflected in the direction in which the member is positioned to resume driving (S230).
  • the robot cleaner may finally resume driving in the direction opposite to the direction before driving the obstacle detection.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating obstacle avoidance driving of a robot cleaner according to an exemplary embodiment.
  • the obstacle avoidance driving according to the embodiment of the present invention reverses (S300) in a direction opposite to the existing driving direction for a predetermined time, and then, for any time, any one of the rotating members 110 and 120.
  • the rotating member is fixed and the other rotating member continues to rotate (S310), and then, for a predetermined time, either one of the rotating members is rotated again and the other rotating member is fixed (S320) in such a manner as to prevent obstacles.
  • S330 After avoiding the 900 to secure a space for rotating the robot cleaner 100, it is possible to finally resume the driving in the direction opposite to the direction of travel before the obstacle detection (S330).
  • the robot cleaner 100 includes a first rotary member 110 and a second rotary member 120 and a robot cleaner 100 that rotate in rotation about the first rotary shaft 310 and the second rotary shaft 320, respectively.
  • An acceleration sensing unit 130 for acquiring an acceleration while driving) and a rotation load sensing unit 150 for obtaining rotational loads of the respective rotating members 110 and 120;
  • the robot cleaner 100 may further include a rotation speed detection unit 155 for acquiring rotation speeds of the rotation members 110 and 120, a driving unit 200 for supplying power for driving, a communication unit 140 with external devices, and data.
  • Storage unit 160 an input unit 180 for receiving an operation mode from the user, an output unit 185 for displaying the state of the robot cleaner 100 to the user, a power supply unit 190 for supplying power for driving, and the like.
  • the configuration may further include.
  • the controller 170 may determine whether the obtained acceleration is abnormal and at least one of the rotation loads of the obtained rotation members 110 and 120 or the rotation speeds of the obtained rotation members 110 and 120. Determining whether any one or more of the abnormality is abnormal (S110) and when the acceleration is abnormal, any one or more of the rotation loads or any one or more of the rotational speed is determined to be abnormal Can be determined.
  • abnormal means a case where the value is greater than or equal to a predetermined reference value, thereby leaving a range that can be recognized as a normal driving state.
  • the rotational load of the rotating members 110 and 120 refers to a load of physical force applied when the rotating member is rotated, and in one embodiment, is obtained based on a driving current for rotating the rotating members 110 and 120.
  • the robot cleaner 100 may include a driving unit of the rotating members 110 and 120, and a current value obtained from a driving power circuit of a motor included in the driving unit may be used.
  • the driving unit increases the driving current to obtain the rotational speed required for driving the robot cleaner 100.
  • the drive current can be good information to obtain the rotational load required for obstacle detection.
  • Acceleration while driving the robot cleaner 100 may be obtained through an acceleration sensor in one embodiment.
  • the acceleration sensor refers to an electromechanical transducer that generates an electrical output when subjected to mechanical shock or vibration by using the principles of inertial force, electric deformation, and gyro.
  • the controller 170 of the robot cleaner 100 may perform obstacle avoidance driving of the robot cleaner. Such obstacle avoidance driving may be performed after leaving the obstacle-free area and resuming driving to the obstacle-free area.
  • the determination of whether the acceleration of the controller 100 is abnormal may be made by reflecting the driving environment of the robot cleaner 100. Since the driving environment including the frictional force of the floor to be cleaned of the robot cleaner 100 is not always fixed, it is preferable to determine the abnormality by reflecting the driving environment when considering the acceleration.
  • the controller 100 may reflect the driving environment based on the change of the acceleration while the robot cleaner is running.
  • the acceleration is stored every time a predetermined time interval elapses while the robot cleaner 100 is running, and the predetermined time period or more is equal to or greater than the predetermined time interval by retroactively from the time when the robot cleaner 100 is running.
  • the deviation between the maximum value and the minimum value of the accelerations stored therein is greater than or equal to a predetermined first reference value, it is possible to determine that the acceleration during the running of the robot cleaner is abnormal.
  • the robot cleaner 100 may include a first rotational speed detector 156 and a second rotational speed detector 157 for acquiring the rotational speeds of the respective rotation members 110 and 120. In this case, it may be determined that less than the fourth reference value among the obtained rotation speeds is abnormal. That is, in addition to determining whether the acceleration and the rotation members 110 and 120 are abnormal, by including the rotational speed as a factor in determining whether an obstacle is detected, more accurate obstacle detection can be achieved.
  • the rotational speed of the rotating members 110 and 120 may be obtained based on the output value of the sensor by including various types of rotational speed sensors. For example, the rotational speeds may be obtained by providing an encoder.
  • the fourth reference value may be set to a specific value in advance, such as when shipped from the factory, or may be set to a value greater than an average value of the rotational load until a certain distance after the start of driving of the robot cleaner 100, for example, 100 mm driving. It can be set to 1.5 times the average value.
  • the controller 170 determines whether a difference between the rotational speed of the first rotational member 110 and the rotational speed of the second rotational member 120 is greater than or equal to a fifth reference value, and based on this, the obstacle It is also possible to determine the detected position.
  • the fifth reference value may be set in advance to a value reflecting a case where the speed difference between the rotating members 110 and 120 is significant.
  • the fifth reference value may be set to a value corresponding to 5 based on an encoder value.
  • control method may be implemented in program code and provided to each server or devices in a state of being stored in various non-transitory computer readable mediums.
  • the non-transitory readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device, not a medium storing data for a short time such as a register, a cache, a memory, and the like.
  • a non-transitory readable medium such as a CD, a DVD, a hard disk, a Blu-ray disk, a USB, a memory card, a ROM, or the like.

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Abstract

로봇 청소기 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 제1 회전축 및 제2 회전축을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재 및 제2 회전 부재를 포함하는 로봇 청소기를 제어하는 방법은 상기 로봇 청소기의 주행 중, 상기 로봇 청소기의 가속도와, 상기 회전 부재 각각의 회전 부하 및 회전 속도 중 적어도 하나를 획득하는 단계, 상기 획득된 가속도가 비정상인지 여부 및 상기 획득된 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 가속도가 비정상이고, 상기 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정하는 단계를 포함한다.

Description

로봇 청소기 및 그 제어 방법
본 발명은 로봇 청소기 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율적으로 이동하면서 걸레 청소 등을 수행할 수 있는 로봇 청소기 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
산업 기술의 발달로 다양한 장치가 자동화되고 있다. 잘 알려진 바와 같이, 로봇 청소기는 사용자의 조작없이 청소하고자 하는 구역내를 스스로 주행하면서 피청소면으로부터 먼지 등의 이물을 흡입하거나, 피청소면의 이물질을 닦아냄으로써 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소하는 기기로 활용되고 있다.
일반적으로, 이러한 로봇 청소기는 전기 등과 같은 동력원을 이용하여 흡입력을 이용하여 청소를 수행하는 진공 청소기를 포함할 수 있다.
이와 같은 진공 청소기를 포함하는 로봇 청소기는 피청소면에 고착된 이물질이나 찌든때 등을 제거하지 못하는 한계가 있어, 최근에는 로봇 청소기에 걸레가 부착되어 물걸레질 또는 걸레 청소를 수행할 수 있는 로봇 청소기가 대두되고 있다.
그러나, 일반적인 로봇 청소기를 이용한 걸레 청소 방식은 기존의 진공 청소용 로봇 청소기의 하부에 걸레 등을 부착하는 단순한 방식에 불과하여 이물질 제거 효과가 낮고, 효율적인 걸레 청소가 수행되지 못하는 단점이 있다.
또한, 일반적인 로봇 청소기의 걸레 청소 방식의 경우 기존의 흡입식 진공 청소기용 이동 방식과 장애물에 대한 회피 방식 등을 그대로 이용하여 주행하므로 피청소면에 산재된 먼지 등은 제거하더라도 피청소면에 고착된 이물질 등을 쉽게 제거할 수 없는 문제점이 있다.
특히, 로봇 청소기의 주행 중에 장애물을 검출하여 회피하는 기능은 청소기의 내구성 및 청소 품질을 좌우하는 중요 기능이다. 기존 로봇 청소기의 경우, 장애물의 검출 또는 충돌감지를 위해 별도로 고가의 영상 촬영 장치 또는 범퍼를 구비해야 하며, 이는 원가 상승의 요인으로 작용할 수 있고, 또한 부품 수의 증가로 인한 고장률의 증가를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 일례로 피청소면에 고착된 이물질 등을 효과적으로 제거할 수 있도록 걸레가 부착 가능하고, 회전 부재의 회전력 자체를 이동력원으로 이용하는 구조를 지닌 로봇 청소기에 있어서, 영상 촬영 장치 또는 범퍼와 같은 별도의 장애물 검출 수단을 구비하지 않고도 장애물을 검출할 수 있는 로봇 청소기 및 그 제어 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 로봇 청소기가 장애물을 검출하는 데에 있어서, 로봇 청소기의 주행 중 가속도, 회전 부재의 회전 속도 및 회전 부하를 효과적으로 조합할 수 있는 방법을 제안하는 데에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 청소 대상인 바닥 표면의 상태 변화 등, 로봇 청소기가 주행 중인 환경을 반영함으로써, 장애물의 검출의 정확도를 높일 수 있는 방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 로봇 청소기가 장애물 검출 후에도 유리한 방향으로 장애물을 회피하여 청소를 위한 주행을 재개할 수 있는 장애물 회피 방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 회전축 및 제2 회전축을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재 및 제2 회전 부재를 포함하는 로봇 청소기를 제어하는 방법은, 상기 로봇 청소기의 주행 중, 상기 로봇 청소기의 가속도와, 상기 회전 부재 각각의 회전 부하 및 회전 속도 중 적어도 하나를 획득하는 단계; 상기 획득된 가속도가 비정상인지 여부 및 상기 획득된 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 가속도가 비정상이고, 상기 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 장애물이 검출된 것으로 결정된 경우, 상기 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비정상 여부의 판단 단계는, 상기 로봇 청소기의 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계는, 상기 로봇 청소기의 주행 중 상기 가속도의 변화에 기초하여 상기 주행 환경을 반영할 수 있다.
그리고, 상기 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계는, 상기 로봇 청소기의 주행 중에 소정의 시간 간격의 경과 시마다 상기 가속도를 저장하고, 상기 로봇 청소기가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 상기 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차가 소정의 제1 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 가속도 및 상기 제1 기준값은, 각각 3방향 직교 x, y, z 성분으로 이루어지는 벡터로 구성되고, 같은 방향의 벡터 성분끼리 대응되며, 상기 최대값과 최소값의 편차가 상기 제1 기준값 이상인지의 여부는, 상기 가속도의 각 벡터 성분 중 어느 하나 이상이 대응되는 상기 제1 기준값의 벡터 성분 이상인지의 여부에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 상기 로봇 청소기의 주행 시작 후 소정 거리 주행 시까지의 상기 편차의 평균값을 저장하고, 상기 평균값보다 큰 값을 상기 제1 기준값으로 설정하는 단계를 더 포함하며, 상기 비정상 여부의 판단 단계에서, 상기 소정 거리 주행 이후에 상기 편차가 상기 제1 기준값 이상인 상태가 소정의 지속 시간 이상 유지된 경우에만 상기 가속도가 비정상인 것으로 결정할 수 있다.
상기 비정상 여부의 판단 단계에서, 상기 편차가 미리 정해진 제2 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 비정상 여부의 판단 단계에서, 상기 가속도가 소정의 제3 기준값 이상인 경우에도, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정할 수 있다.
한편, 상기 각 회전 부재의 회전 부하는, 상기 각 회전부재의 구동 전류를 기초로 획득되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 비정상 여부의 판단 단계에서, 제4 기준값 미만인 회전 속도는 비정상인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 장애물 검출 결정 단계는, 상기 제1 회전부재의 회전 속도 및 제2 회전 부재의 회전 속도의 차이가 소정의 제5 기준값 이상인지를 판단하여, 이를 기초로 상기 장애물이 검출된 위치를 결정할 수 있다.
상기 장애물 검출 위치 결정 단계에서, 상기 회전 속도의 차이가 상기 제5 기준값 이상인 경우, 상기 각 회전부재 중 회전 속도가 더 작은 회전 부재가 있는 위치를 상기 장애물이 검출된 위치로 결정하고, 상기 장애물 회피 주행 수행 단계에서, 상기 로봇 청소기가 상기 장애물 검출 이전에 주행하던 방향을 기준으로, 상기 회전부재 중 상기 장애물이 검출된 위치에 있지 않은 회전부재가 위치한 방향으로 편향되어 주행을 재개할 수 있다.
한편, 상기 장애물 회피 주행 수행 단계에서, 상기 회전 속도의 차이가 상기 제5 기준값 미만인 경우, 상기 로봇 청소기가 상기 장애물 검출 이전에 주행하던 방향의 반대 방향으로 주행을 재개할 수 있다.
상기 로봇 청소기는, 상기 제1 회전 부재 및 상기 제2 회전 부재에 습식 청소를 위한 클리너가 각각 고정되어, 상기 고정된 클리너 각각의 회전 운동에 따라 발생하는 피청소면과 상기 고정된 클리너 각각의 마찰력을 이동력원으로 이용하여 주행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 제1 회전축 및 제2 회전축을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재 및 제2 회전 부재; 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도를 획득하는 가속도 감지부; 상기 회전 부재 각각의 회전 부하를 획득하는 회전 부하 감지부와 상기 회전 부재 각각의 회전 속도를 획득하는 회전 속도 감지부 중 어느 하나 이상; 및 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 획득된 가속도가 비정상인지 여부 및 상기 획득된 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 획득된 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하고, 상기 가속도가 비정상이고, 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정한다.
상기 장애물이 검출된 것으로 결정된 경우, 상기 제어부는 상기 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 로봇 청소기의 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 로봇 청소기의 주행 중 상기 가속도의 변화에 기초하여 상기 주행 환경을 반영할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 로봇 청소기의 주행 중에 소정의 시간 간격의 경과 시마다 상기 가속도를 저장하고, 상기 로봇 청소기가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 상기 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차가 소정의 제1 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
그리고 상기 로봇 청소기는 상기 회전 속도 감지부를 포함하는 경우, 상기 제어부는, 제4 기준값 미만에 해당하는 회전 속도를 비정상인 것으로 판단할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 제1 회전부재의 회전 속도 및 제2 회전 부재의 회전 속도의 차이가 소정의 회전 속도 차이 기준값 이상인지를 판단하여, 이를 기초로 상기 장애물이 검출된 위치를 결정할 수도 있다.
상술한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 로봇 청소기가 영상 촬영 장치 또는 범퍼와 같은 별도의 장애물 검출 수단을 구비하지 않고도 장애물을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 로봇 청소기의 주행 중 가속도, 회전 부재의 회전 속도 및 회전 부하를 효과적으로 조합하여 장애물을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 청소 대상인 바닥 표면의 상태 변화 등, 로봇 청소기가 주행 중인 환경을 반영함으로써, 장애물의 검출의 정확도를 높일 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 로봇 청소기가 장애물 검출 후에도 유리한 방향으로 장애물을 회피하여 청소를 위한 정상 주행을 재개할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기를 나타내는 블록도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 분해 사시도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 정면도 이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 주행 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어 방법을 나타내는 흐름도 이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 주행 방법을 나타내는 흐름도 이다.
도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 나타내는 도면이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들 뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 구조를 설명하기 위한 도면들이다. 보다 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 정면도 이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기(100)는 제1 회전축(310) 및 제2 회전축(320)을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재(110) 및 제2 회전 부재(120), 로봇 청소기(100)의 주행 중 가속도를 획득하는 가속도 감지부(130), 상기 각 회전 부재(110,120)의 회전 부하를 획득하는 회전 부하 감지부(150); 및 제어부(170)를 포함할 수 있다. 로봇 청소기(100)는 이외에도 각 회전 부재(110,120)의 회전 속도를 획득하는 회전 속도 감지부(155), 주행을 위한 동력을 공급하는 구동부(200), 외부 기기와의 통신부(140), 데이터의 저장부(160), 사용자로부터 동작 모드를 입력 받는 입력부(180), 사용자에게 로봇 청소기(100)의 상태를 표시하는 출력부(185), 구동을 위한 전원을 공급 받는 전원 공급부(190) 등의 구성을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 구동부(200)는 본체(10)의 내부에 설치되어 제1 회전 부재(110)와 결합하는 제1 구동부(201), 본체(10)의 내부에 설치되어 제2 회전 부재(120)와 결합하는 제2 구동부(202)를 포함할 수 있다. 여기서, 구동부(200)는 모터, 기어 어셈블리 등을 포함하여 구현될 수 있다.
제1 회전 부재(110)는 제1 구동부(201)에 결합되어 제1 구동부(201)에 의한 동력을 전달하고, 상기 동력에 의한 제1 회전 축을 중심으로 회전 운동하는 제1 전달 부재(111)를 포함할 수 있다. 또한, 습식 청소를 위한 제1 클리너(210)가 고정 가능한 제1 고정 부재(112)를 포함할 수 있다.
그리고, 제2 회전 부재(120)는 제2 구동부(202)에 결합되어 제2 구동부(202)에 의한 동력을 전달하고, 상기 동력에 의한 제2 회전 축(320)을 중심으로 회전 운동하는 제2 전달 부재(121)를 포함할 수 있다. 또한, 습식 청소를 위한 제2 클리너(220)가 고정 가능한 제2 고정 부재(122)를 포함할 수 있다. 이러한, 로봇 청소기(100)의 일 실시 예는 습식 청소를 위한 클리너(210,220)를 이용하여 습식 청소를 수행하며 주행할 수 있다. 여기서, 습식 청소는 클리너(210,220)를 이용하여 피청소면을 닦는 청소를 의미할 수 있고, 예를 들어, 마른 걸레 등을 이용한 청소, 액체에 젖은 걸레 등을 이용한 청소를 모두 포함할 수 있다. 즉, 제1 클리너(210) 및 제2 클리너(220)는 회전 운동을 통해 바닥면의 고착된 이물질을 제거할 수 있도록, 극세사 천, 걸레, 부직포, 브러시 등과 같이, 다양한 피청소면을 닦을 수 있는 천과 같은 섬유재료로 구성될 수 있다.
일반적으로 로봇 청소기의 주행 중 장애물 검출을 위해서는 로봇 청소기의 본체에 외부 충격으로부터 본체를 보호하는 범퍼 및 범퍼에 가해지는 외부 충격을 감지하는 센서 등으로 이루어진 외부충격 감지부를 추가로 구비하는 경우가 대부분이다. 또한 범퍼를 구비하지 않는 경우에는 카메라 등의 별도의 영상 촬영부를 구비하여, 영상 분석을 통해 장애물을 검출하는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 범퍼, 외부 충격 감지부 및 영상 촬영부가 별도로 구비되지 않은 경우에도 장애물을 효과적으로 검출할 수 있는 수단을 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 주행 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기(100)는 제1 회전 부재(110) 및 제2 회전 부재(120)의 회전 운동에 의해 제1 클리너(210)와 제2 클리너(220)가 회전함에 따라 피청소면과의 마찰을 통해 바닥에 고착된 이물질 등을 제거할 수 있다. 또한, 피청소면과의 마찰력이 생성되면 그 마찰력은 로봇 청소기(100)의 이동력원으로 이용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기(100)는 제1 회전 부재(110) 및 제2 회전 부재(120)가 회전함에 따라 피청소면과의 마찰력이 각각 발생하고, 그 합력이 작용하는 크기 및 방향에 따라, 로봇 청소기(100)의 이동 속도 및 방향이 조정될 수 있다.
특히, 도면 3 내지 4를 참조하면, 상기 한 쌍의 구동부(151,152)의 동력에 의한 제1, 제2 회전 부재(110,120) 각각의 제1 회전축(310), 제2 회전축(320)은 로봇 청소기(100)의 수직 방향 축에 대응되는 중심축(300)에 대하여 소정 각도를 갖도록 기울어질 수 있다. 이 경우, 제1, 제2 회전 부재(110,120)는 중심축을 기준으로 외측으로 하향 경사질 수 있다. 즉, 제1, 제2 회전 부재(110,120)의 영역 중 중심축(300)으로부터 멀리 위치한 영역은 중심축(300)으로부터 가까이 위치한 영역 보다 피청소면에 강하게 밀착할 수 있다.
여기서, 중심축(300)은 로봇 청소기(100)의 피청소면에 대한 수직 방향축을 의미할 수 있다. 예를 들어, 로봇 청소기(100)가 청소 작업 중에 X, Y 축에 의하여 형성되는 X-Y 평면을 주행하여 청소한다고 가정할 때, 중심축(300)은 로봇 청소기(100)의 피청소면에 대한 수직 방향 축인 Z축을 의미할 수 있다.
한편, 상기 소정 각도는, 중심축(300)에 대하여 제1 회전축(310)이 기울어진 각도에 대응되는 제1 각도(a 도) 및 상기 중심축(300)에 대하여 상기 제2 회전축(320)이 기울어진 각도에 대응되는 제2 각도(b 도)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 각도 및 제2 각도는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 제1 각도 및 제2 각도 각각은, 바람직하게는, 1도 이상 3도 이하의 각도 범위 내의 각도일 수 있다. 여기서, 상술한 각도 범위는, 로봇 청소기(100)의 습식 청소 능력, 주행 속도, 주행 성능을 최적으로 유지할 수 있는 범위일 수 있다. 다만, 본 발명의 다양한 실시 예는 상술한 각도 범위에 한정되는 것은 아닐 수 있다.
한편, 소정 각도에 따라 한 쌍의 회전 부재(110, 120)가 회전하는 경우 피청소면과의 사이에서 발생되는 상대 마찰력은 본체(10) 중심보다 외곽에서 크게 발생할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 회전 부재(110, 120)의 회전을 각각 제어함에 따라 발생되는 상대 마찰력에 의해 로봇 청소기(100)의 이동 속도 및 방향 제어가 이루어 질 수 있다.
한편, 상술한 동작에 의하여 로봇 청소기(100)가 주행하는 경우, 로봇 청소기(100)는 피청소면에 존재하는 다양한 장애물과 충돌할 수 있다. 여기서, 장애물은 문턱, 카페트 등과 같은 낮은 장애물, 소파나 침대 등과 같이 일정 높이 위에 떠있는 장애물, 벽 등과 같이 높은 장애물 등과 같이 로봇 청소기(100)의 청소 주행을 방해하는 다양한 장애물을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 제어 방법을 나타내는 흐름도 이다. 위에 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(100)는 범퍼, 외부 충격 감지부 및 영상 촬영부가 별도로 구비되지 않은 경우에도 장애물을 효과적으로 검출할 수 있는 수단을 제공한다. 이는 도 5에 도시된 바와 같이, 로봇 청소기(100)의 주행 중, 제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120)각각의 회전 부하 및 제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120) 각각의 회전 속도중 어느 한 가지 이상, 그리고 로봇 청소기(100)의 주행 중 가속도를 획득하는 단계(S100), 상기 획득된 가속도가 비정상인지 여부 및 상기 획득된 회전 부재들(110, 120)의 회전 부하들 중 어느 하나 이상 또는 상기 획득된 회전 부재들(110, 120)의 회전 속도들 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하는 단계(S110) 및 상기 가속도가 비정상이고, 상기 회전 부하들 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도들 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정하는 단계(S120)를 포함하는 제어 방법에 의해 달성될 수 있다. 여기서 "비정상"이라 함은, 값이 소정의 기준값 이상이어서, 정상적인 주행 상태로 판단할 수 있는 범위를 이탈한 경우를 의미한다.
회전 부재(110, 120)의 회전 부하는 회전 부재의 회전 시에 인가되는 물리적인 힘의 부하를 의미하며, 일 실시예로, 앞서 언급한 구동부(200)에 인가되는 구동 전류에 기초하여 획득될 수 있다. 보다 상세하게는 상기 구동부(200)에 포함된 모터의 구동 전력 회로에서 획득되는 전류값을 이용할 수 있다. 로봇 청소기(100)의 주행 경로 상에 장애물 등이 있어 회전 부재(110, 120)의 회전에 제약이 있는 경우, 구동부는 로봇 청소기(100)의 주행에 필요한 회전 속도를 얻기 위해 구동 전류를 높이게 되므로, 구동 전류는 장애물 감지를 위해 필요한 회전 부하를 획득하는 데 좋은 정보가 될 수 있다. 다만, 본 발명에서의 회전 부하의 획득은 구동 전류에 의한 것으로 한정되지 않으며, 회전 축에 걸리는 토크를 측정하는 다른 수단, 일 예로 strain 센서 등의 다양한 수단에 의해서도 이루어질 수 있다.
로봇 청소기(100)의 주행 중 가속도는 일 실시예로, 가속도 센서를 통해 획득될 수 있다. 가속도 센서는, 관성력, 전기변형, 자이로의 원리를 이용하여 기계적 충격이나 진동을 받았을 때 전기적 출력을 발생시키는 전기기계 변환기를 의미한다. 가속도값은 기계 또는 기구의 작동 환경 또는 작동 상태를 대표하는 인자가 될 수 있기 때문에, 로봇이나 모바일, 웨어러블 기기 등에 활용이 늘어나는 추세이다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 획득된 가속도와 회전 부하를 동시에 고려함으로써, 장애물의 검출 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 즉, 가속도만을 고려하는 경우에는 청소 바닥면의 요철 등에 의한 일시적인 가속도의 상승인지, 실제 주행을 중지하고 회피 주행을 하여야 하는 장애물을 만난 것인지를 구분하기 어렵다. 특히 가속도는 물체의 운동의 과도(transient)적인 변화를 반영하는 인자이므로, 운동 상태가 변화한 이후 정상 상태(steady state)에서는 '0'으로 복귀하게 되어, 장애물에 의해 로봇 청소기가 더 이상 주행하지 못하는 상태를 단독으로 신뢰도 있게 검출하기는 어렵다. 반면에 회전 부하는 회전 부재의 회전에 지속적인 문제가 발생하고 있다는 신호를 줄 수는 있으나, 이러한 문제가 회피하여야 할 장애물인지, 극복하고 주행을 지속해야할 주행 환경의 한 요소일 뿐인지에 대한 명확한 답을 주기가 어려울 수 있다. 따라서 가속도와 회전 부하를 동시에 고려하여, 비정상으로 판단되는 경우에만, 장애물이 검출된 것으로 결정하는 본 발명의 일 실시예에 의한 제어 방법에 의해, 효과적이고도 신뢰도 높은 장애물 검출 성능을 확보할 수 있다. 또한 별도의 범퍼나 영상 촬영부를 구비하지 않고도 장애물 검출이 가능하여, 제품의 원가 절감 면에서도 탁월한 효과가 있다.
또한, 상기 가속도 감지부(130)는 가속도의 세기를 감지할 수 있는 종류일 수 있으며, 가속도의 세기와 회전 부하의 세기를 조합하여 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상과 상기 획득된 가속도가 비정상인 경우를 판별하고, 장애물 검출을 결정할 수도 있다. 일례로, 가속도의 세기와 회전 부하의 세기가 각각 강-약, 중-중, 약-강에 해당하는 경우에는 모두 비정상으로 검출하여 장애물 검출로 판단하는 것이 가능하다. 이를 통해, 순간적인 외부 타격에 의해 순간적인 가속도가 크게 검출 된 것으로 주행에 지장이 없는 경우와. 고정된 장애물이 푹신한 완충 재질로 구성된 것이어서 가속도 세기가 낮게 검출되었음에도 불구하고 회피 주행을 해야 하는 경우를 좀더 정밀하게 구분하는 것도 가능해 진다.
본 발명의 로봇 청소기의 제어 방법의 일 실시 예에 의하면, 상기 장애물이 검출된 것으로 결정된 경우, 상기 로봇 청소기(100)의 장애물 회피 주행을 수행(S130)할 수 있다. 이러한 장애물 회피 주행은 장애물이 있는 지역을 벗어난 후, 장애물이 없는 지역으로 주행을 재개하는 것으로 이루어 질 수 있다. 장애물 회피 주행에 대해서는 뒷 부분에 상세히 설명한다.
앞서 말한 상기 비정상 여부의 판단 단계, 즉 상기 획득된 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상과 상기 획득된 가속도가 비정상인지 여부를 판단하는 단계는, 상기 로봇 청소기의 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 로봇 청소기(100)의 청소 대상 바닥면의 마찰력을 비롯한 주행 환경은 항상 고정되어 있는 것은 아니다. 즉 주택에 따라, 또는 실내공간에 따라 주행 환경은 다를 수 있으며, 또한 하나의 실내공간 내에서도 위치에 따라 주행 환경이 상이할 수 있다. 따라서 가속도를 고려하는 경우에는 현재의 주행 환경을 반영하여 비정상 여부를 판단하는 것이 바람직하다.
이러한 상기 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계는, 상기 로봇 청소기(100)의 주행 중 상기 가속도의 변화에 기초하여 상기 주행 환경을 반영하는 것을 통해 달성할 수 있다. 일 실시예로, 상기 로봇 청소기(100)의 주행 중에 소정의 시간 간격의 경과 시마다 상기 가속도를 저장하고, 상기 로봇 청소기(100)가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 상기 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차가 소정의 제1 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것이 가능하다. 즉 일정 시간 내의 가속도의 최대값과 최소값의 차이, 즉 편차를 이용하여 가속도의 비정상 여부를 판단함으로써, 로봇 청소기(100)의 주행 중에 가속도에 영향을 미치는 주행 환경의 변화에도 불구하고, 가속도의 비정상 여부를 신뢰도있게 판단하는 것이 가능하다.
상기 소정의 시간 간격은, 가속도 등의 데이터를 저장하여 시간에 따른 변화를 나타내기에 충분한 시간 간격으로 설정할 수 있으며, 하나의 예로 20msec로 설정하는 것이 가능하다. 또한 로우-패스 필터(Low-pass filter)를 사용하여, 고주파 노이즈 성분을 제거함으로써, 보다 신뢰성있는 데이터를 저장하는 것이 바람직하다. 이러한 소정의 시간 간격 및 로우-패스 필터의 구성은 가속도 이외에도 본 발명에 포함되는 회전 부재의 회전 속도 및 회전 부하의 데이터 저장 시에도 적용될 수 있다.
또한 상기 소정의 시간 주기는 상기 소정의 시간 간격 이상으로 설정하여 최소한 두 개 이상의 데이터를 확보하여, 최대값과 최소값을 구할 수 있도록 하여야 한다.
또한 데이터의 저장 방법의 일례로, 원형 큐(Circular queue)를 활용한 링-버퍼(Ring-buffer) 방식으로 데이터를 저장하는 것도 가능하다. 원형 큐란, 자료 구조, 즉 데이터의 저장 공간 배열 구조의 하나로서, 한쪽 끝으로 자료를 넣고 반대쪽에서는 자료를 뺄 수 있는 자료 구조인 Queue에서 진일보하여, 데이터 저장 공간의 처음과 끝을 연결함으로써, 마지막 공간이 다음 큐의 시작점이 되는 구조이다. 링 버퍼는, 이러한 원형 큐를 이용하여, 데이터의 이동 없이 선두부터 데이터를 보내고 꺼냄으로써, 효율적인 자료의 저장, 출력이 가능한 데이터 기억 수단이다. 이러한 링-버퍼를 활용함으로써, 하나의 링 버퍼 전체 또는 일부 구간 내에 저장된 데이터의 최대값 및 최저값을 읽어 내는 방식으로, 로봇 청소기(100)가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차를 구하는 것이 용이할 수 있다. 이러한 경우에 소정의 시간 주기는 상기 하나의 링 버퍼 전체 또는 일부 구간 내에 데이터가 저장되는 시간일 수 있다.
상기 제1 기준값은 제품의 사양에 맞추어, 공장 출고 시에 지정할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 로봇 청소기의 제어 방법의 일 실시 예는, 상기 로봇 청소기(100)의 주행 시작 후 소정 거리 주행 시까지의 상기 가속도 최대값과 최소값의 편차의 평균값을 저장하고, 상기 평균값보다 큰 값을 상기 제1 기준값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 비정상 여부의 판단 단계에서, 상기 소정 거리 주행 이후에 상기 편차가 상기 제1 기준값 이상인 상태가 소정의 지속 시간 이상 유지된 경우에만 상기 가속도가 비정상인 것으로 결정하도록 할 수 있다.
이를테면, 주행 시작 후 100mm 주행 시까지의 가속도 센서에서 획득되는 가속도의 최대값과 최소값의 편차의 평균값을 저장하고, 이 평균값보다 큰 값, 이를테면 평균값의 2배를 상기 제1 기준값으로 설정하는 것도 가능하다. 또한 상기 소정의 지속시간이상 유지되었는지 여부는, 상기 소정의 시간 간격마다 가속도가 상기 제1 기준값 이상인 상태로 데이터가 저장되는 회수를 세는(count) 방식으로도 구현 가능하다. 이와 같이 가속도의 최대값과 최소값의 편차가 제1 기준값 이상으로 일정 시간 유지된 경우에 비정상으로 판단함으로써, 노이즈와 같은 일시적인 원인에 의해 가속도가 높게 나타나는 경우를 비정상의 범주에서 제외할 수 있다.
또한, 가속도가 제1 기준값 이상으로 일정 시간 유지된 경우에 비정상으로 판단하는 상기의 방법과 병행하거나, 또는 독립적으로, 미리 정해진 제2 기준값이상인 경우 즉시 로봇 청소기(100)의 가속도가 비정상인 것으로 판단하는 것도 가능하다. 이러한 실시 예는 편차의 데이터값이 지나치게 상승(peak)하는 경우에 대응하기 위한 것으로, 이 두 가지 판단 방법이 병행되는 경우에는 제2 기준값은 제1 기준값보다 높게 설정된다. 이를테면, 제2 기준값은 제1 기준값의 1.5배로 설정될 수 있다.
한편, 가속도 그 자체를 가속도의 비정상 여부 판단에 가속도 그 자체를 이용할 수 있다. 즉, 로봇 청소기(100)의 주행 중 가속도가 소정의 제3 기준값 이상인 경우에도, 비정상인 것으로 결정할 수 있다. 상기 제3 기준값은 제2 기준값과 같은 방법으로, 주행 시작 후 일정 거리까지, 이를테면 100mm 주행 시까지의 가속도의 평균값보다 큰 값으로 설정할 수 있고, 일례로 상기 평균값의 2배로 설정할 수도 있다. 또한 가속도가 제3 기준값 이상으로 일정 시간 유지된 경우에 비정상으로 판단함으로써, 노이즈와 같은 일시적인 원인에 의해 가속도가 높게 나타나는 경우를 비정상의 범주에서 제외하도록 제어 방법을 구성할 수 있으며, 이러한 경우에는 가속도의 데이터값이 지나치게 상승(peak)하는 경우에 대응하기 위해 별도의 피크 기준값 이상인 경우에는 로봇 청소기(100)의 가속도가 비정상인 것으로 판단하도록 하는 것도 가능하다. 이 두 가지 판단 방법이 병행되는 경우에는 피크 기준값은 제3 기준값보다 높게 설정된다. 이를테면, 피크 기준값은 제3 기준값의 1.5배로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상기 가속도는 공간적으로 3 방향 직교 x, y, z 성분을 가지는 벡터로 구성될 수 있다. 이는 3축 가속도 센서에 의해 획득될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 기준값, 제2 기준값, 제3 기준 값, 피크 기준값 및 상기 가속도의 최대값과 최소값의 편차도 벡터로 구성되며, 각각의 벡터 성분들은 상기 가속도의 같은 방향의 벡터 성분들과 대응된다. 즉 x 성분끼리, y 성분끼리, z 성분 끼리 대응될 수 있다. 이와 같이 가속도가 벡터로 구성되는 경우에는, 상기 가속도의 최대값과 최소값의 편차가 상기 제1 기준값 이상인지의 여부는, 상기 가속도의 각 벡터 성분 중 어느 하나 이상이 대응되는 상기 제1 기준값의 벡터 성분 이상인지의 여부에 의해 결정되는 것으로 한다. 이러한 결정 방식은 상기 편차와 제2 기준값과의 비교 또는 상기 가속도와 제3 기준값 또는 상기 가속도와 피크 기준값의 비교 시에도 적용할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 각 회전 부재의 회전 부하는, 상기 각 회전부재의 구동 전류를 기초로 획득하게 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 회전 부하의 비정상 여부는 상기 회전 부하가 소정의 회전부하 기준값 이상인 경우에 비정상인 것으로 판단할 수 있으며, 상기 회전부하 기준값은 공장 출고 시와 같이 미리 특정한 값으로 설정하거나, 로봇 청소기(100)의 주행 시작 후 일정 거리까지, 이를테면 100mm 주행 시까지의 회전 부하의 평균값보다 큰 값으로 설정할 수 있고, 일례로 상기 평균값의 1.3배로 설정할 수도 있다.
상기 장애물 검출 결정 단계에서, 제4 기준값 미만인 회전 속도는 비정상인 것으로 판단할 수 있다. 즉 가속도와 회전 부재(110, 120)의 비정상 여부의 판단 이외에, 회전 속도를 장애물이 검출되었는지를 결정하는 데에 인자로 포함함으로써, 좀더 정확한 장애물 검출이 이뤄질 수 있다. 이러한 경우, 회전 부재(110, 120)의 회전 속도는 다양한 방식의 회전 속도 센서를 구비하여 센서의 출력값에 기초하여 획득할 수 있으며, 일례로 엔코더(encorder)를 구비함으로써 획득할 수 있다. 상기 제4 기준 값은 공장 출고 시와 같이 미리 특정한 값으로 설정하거나, 로봇 청소기(100)의 주행 시작 후 일정 거리까지, 이를테면 100mm 주행 시까지의 회전 부하의 평균값보다 큰 값으로 설정할 수 있고, 이를테면, 상기 평균값의 1.5배로 설정할 수 있다.
한편, 회전부재(110, 120)의 회전 속도와 회전 부하를 모두 비정상 여부의 판단에 이용 할 수 있다. 즉 회전부재(110, 120)의 회전 속도들 중 어느 하나 이상과 회전부재(110, 120)의 회전 부하들 중 어느 하나 이상이 모두 비정상이고, 로봇 청소기의 가속도가 비정상인지를 판단하여, 이를 만족하는 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정할 수 있다.
이 경우, 상기 회전 부하 기준값 및 제4 기준값은 지정된 정상 주행 환경에서의 회전속도 대비 회전 부하를 매칭한 표(Table)를 통해 제공될 수 있다. 또한 상기 회전 속도를 대신하여, 상기 회전 속도(speed)에 대응되는 엔코더 값(E)을 판단에 이용할 수도 있으며, 상기 회전 부하로는 회전 부재(110, 120)의 구동 전류값(O)을 이용할 수도 있다. 이러한 경우 상기 표(Table)는 정상 주행 환경에서의 엔코더 값(Et[speed]) 및 구동 전류값(Ot[Speed])을 매칭한 표가 될 수 있다.
또한 상기 회전 부하 기준값 및 제4 기준값은 지정된 정상 주행 환경에서의 회전 부하 및 회전 속도와, 상기의 주행 시작 후 일정 거리까지 평균값을 통해 설정하는 값을 혼용하여 구할 수도 있다. 이러한 경우, 일례로 아래와 같이 회전 부하 및 회전 속도의 비정상 여부를 판단하는 것이 가능하다.
- 비정상으로 판단되는 경우:
E1 < Et[speed] and (O1 ≥ Ot[speed] or O1 ≥ Oavg × 1.3) 또는
E2 < Et[speed] and (O2 ≥ Ot[speed] or O1 ≥ Oavg × 1.3)
여기서, Ei : 제i 회전부재의 엔코더 값
Oi : 제i 회전부재의 구동 전류값
Et[speed] : 정상 주행 환경에서의 엔코더 값
Ot[speed] : 정상 주행 환경에서의 구동 전류값
Oavg : 주행 시작 후 일정 거리까지 구동 전류의 평균값
또한, 상기 장애물 검출 결정 단계는 상기 제1 회전부재(110)의 회전 속도 및 제2 회전 부재(120)의 회전 속도의 차이가 소정의 제5 기준값 이상인지를 판단하여, 이를 기초로 상기 장애물이 검출된 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제5 기준값은 회전 부재(110, 120)의 속도 차이가 유의미한 경우를 반영하는 값으로 사전에 설정될 수 있으며, 예를 들면, 엔코더 값 기준으로 5에 대응되는 값으로 설정할 수 있다.
특히, 상기 회전 속도의 차이가 상기 제5 기준값 이상인 경우, 상기 각 회전부재 중 회전 속도가 더 작은 회전 부재가 있는 위치를 상기 장애물이 검출된 위치로 결정하게 할 수 있다. 즉 로봇 청소기(100)의 주행 중에 주행 방향을 기준으로 왼쪽의 회전 부재에 장애물이 충돌하였다면, 왼쪽의 회전 부재의 회전 속도는 줄어들게 되고, 장애물이 충돌하지 않은 오른쪽의 회전 부재의 회전 속도는 유지되거나 소폭만 줄어들 수 있다. 이러한 경우 장애물의 검출 위치는 주행 방향을 기준으로 "왼쪽"이 될 수 있다.
이와 같이 장애물 검출 위치가 특정된 경우에, 상기 장애물 회피 주행 수행 단계에서, 상기 로봇 청소기가 상기 장애물 검출 이전에 주행하던 방향을 기준으로, 상기 회전부재 중 상기 장애물이 검출된 위치에 있지 않은 회전부재가 위치한 방향으로 편향되어 주행을 재개할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 주행 방법을 나타내는 흐름도 이다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장애물 회피 주행은 소정의 시간(T1) 동안 기존 주행 방향의 반대 방향으로 후진(S200)하고, 이어서 소정의 시간(T2) 동안 장애물 검출된 위치의 회전 부재는 회전 및 장애물 비검출된 위치의 회전 부재는 고정(S210)하고, 이어서 소정의 시간(T3) 동안 장애물 검출된 위치의 회전 부재는 다시 고정 및 장애물 비검출된 위치의 회전 부재는 회전(S220)하는 방식에 의해, 장애물(900)을 회피하여 로봇 청소기(100)를 회전할 공간을 확보한 후, 최종적으로 장애물 검출 이전 주행 방향을 기준으로, 장애물 비검출 위치의 회전 부재가 위치한 방향으로 편향되어 주행을 재개(S230)할 수 있다.
한편, 상기 회전 속도의 차이가 상기 제5 기준값 미만인 경우, 상기 장애물 회피 주행 수행 단계에서, 최종적으로 상기 로봇 청소기가 상기 장애물 검출 이전에 주행하던 방향의 반대 방향으로 주행을 재개하도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 나타내는 도면이다. 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장애물 회피 주행은 소정의 시간 동안 기존 주행 방향의 반대 방향으로 후진(S300)하고, 이어서 소정의 시간 동안 회전 부재(110,120) 중 어느 하나의 회전 부재는 고정 및 다른 하나의 회전 부재는 회전 지속(S310)하고, 이어서 소정의 시간 동안 상기 어느 하나의 회전 부재는 다시 회전 및 상기 다른 하나의 회전 부재는 고정(S320)하는 방식에 의해, 장애물(900)을 회피하여 로봇 청소기(100)를 회전할 공간을 확보한 후, 최종적으로 장애물 검출 이전에 주행하던 방향의 반대 방향으로 주행을 재개(S330)할 수 있다.
본 발명에 따른 로봇 청소기(100)는 제1 회전축(310) 및 제2 회전축(320)을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재(110) 및 제2 회전 부재(120), 로봇 청소기(100)의 주행 중 가속도를 획득하는 가속도 감지부(130), 상기 각 회전 부재(110,120)의 회전 부하를 획득하는 회전 부하 감지부(150); 및 제어부(170)를 포함할 수 있다. 로봇 청소기(100)는 이외에도 각 회전 부재(110,120)의 회전 속도를 획득하는 회전 속도 감지부(155), 주행을 위한 동력을 공급하는 구동부(200), 외부 기기와의 통신부(140), 데이터의 저장부(160), 사용자로부터 동작 모드를 입력 받는 입력부(180), 사용자에게 로봇 청소기(100)의 상태를 표시하는 출력부(185), 구동을 위한 전원을 공급 받는 전원 공급부(190) 등의 구성을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(170)는 상기 획득된 가속도가 비정상인지 여부 및 상기 획득된 회전 부재들(110, 120)의 회전 부하들 중 어느 하나 이상 또는 상기 획득된 회전 부재들(110, 120)의 회전 속도들 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하는 단계(S110) 및 상기 가속도가 비정상이고, 상기 회전 부하들 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도들 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정할 수 있다. 여기서 "비정상"이라 함은, 값이 소정의 기준값 이상이어서, 정상적인 주행 상태로 인지할 수 있는 범위를 이탈한 경우를 의미한다.
회전 부재(110, 120)의 회전 부하는 회전 부재의 회전 시에 인가되는 물리적인 힘의 부하를 의미하며, 일 실시예로, 회전 부재(110, 120)의 회전을 위한 구동 전류에 기초하여 획득될 수 있다. 보다 상세하게는 로봇 청소기(100)에 회전 부재(110, 120)의 구동부를 구비하고, 상기 구동부에 포함된 모터의 구동 전력 회로에서 획득되는 전류값을 이용할 수 있다. 로봇 청소기(100)의 주행 경로 상에 장애물 등이 있어 회전 부재(110, 120)의 회전에 제약이 있는 경우, 구동부는 로봇 청소기(100)의 주행에 필요한 회전 속도를 얻기 위해 구동 전류를 높이게 되므로, 구동 전류는 장애물 감지를 위해 필요한 회전 부하를 획득하는 데 좋은 정보가 될 수 있다.
로봇 청소기(100)의 주행 중 가속도는 일 실시예로, 가속도 센서를 통해 획득될 수 있다. 가속도 센서는, 관성력, 전기변형, 자이로의 원리를 이용하여 기계적 충격이나 진동을 받았을 때 전기적 출력을 발생시키는 전기기계 변환기를 의미한다.
상기 장애물이 검출된 것으로 결정된 경우에, 로봇 청소기(100)의 제어부(170)는 상기 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 수행할 수 있다. 이러한 장애물 회피 주행은 장애물이 있는 지역을 벗어난 후, 장애물이 없는 지역으로 주행을 재개하는 것으로 이루어 질 수 있다.
상기 제어부(100)의 상기 가속도의 비정상 여부를 판단은 상기 로봇 청소기(100)의 주행 환경을 반영하여 이루어 질 수 있다. 로봇 청소기(100)의 청소 대상 바닥면의 마찰력을 비롯한 주행 환경은 항상 고정되어 있는 것은 아니므로, 가속도를 고려하는 경우에는 주행 환경을 반영하여 비정상 여부를 판단하는 것이 바람직하다.
특히 상기 제어부(100)는, 상기 로봇 청소기의 주행 중 상기 가속도의 변화에 기초하여 상기 주행 환경을 반영할 수 있다. 일 실시예로, 상기 로봇 청소기(100)의 주행 중에 소정의 시간 간격의 경과 시마다 상기 가속도를 저장하고, 상기 로봇 청소기(100)가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 상기 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차가 소정의 제1 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것이 가능하다. 즉 일정 시간 내의 가속도의 최대값과 최소값의 차이, 즉 편차를 이용하여 가속도의 비정상 여부를 판단함으로써, 로봇 청소기(100)의 주행 중에 가속도에 영향을 미치는 주행 환경의 변화에도 불구하고, 가속도의 비정상 여부를 신뢰도 있게 판단하는 것이 가능하다.
로봇 청소기(100)는 각 회전 부재(110, 120)의 회전 속도를 획득하는 제1 회전 속도 감지부(156) 및 제2 회전 속도 감지부(157)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 획득된 회전 속도 중 제4 기준값 미만인 것은 비정상인 것으로 판단될 수 있다. 즉 가속도와 회전 부재(110, 120)의 비정상 여부의 판단 이외에, 회전 속도를 장애물이 검출되었는지를 결정하는 데에 인자로 포함함으로써, 좀더 정확한 장애물 검출이 이뤄질 수 있다. 이러한 경우, 회전 부재(110, 120)의 회전 속도는 다양한 방식의 회전 속도 센서를 구비하여 센서의 출력값에 기초하여 획득할 수 있으며, 일례로 엔코더(encorder)를 구비함으로써 획득할 수 있다. 상기 제4 기준 값은 공장 출고 시와 같이 미리 특정한 값으로 설정하거나, 로봇 청소기(100)의 주행 시작 후 일정 거리까지, 이를테면 100mm 주행 시까지의 회전 부하의 평균값보다 큰 값으로 설정할 수 있고, 이를테면, 상기 평균값의 1.5배로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부(170)는 상기 제1 회전부재(110)의 회전 속도 및 제2 회전 부재(120)의 회전 속도의 차이가 소정의 제5 기준값 이상인지를 판단하여, 이를 기초로 상기 장애물이 검출된 위치를 결정할 수도 있다. 상기 제5 기준값은 회전 부재(110, 120)의 속도 차이가 유의미한 경우를 반영하는 값으로 사전에 설정될 수 있으며, 예를 들면, 엔코더 값 기준으로 5에 대응되는 값으로 설정할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 제어 방법은 프로그램 코드로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장된 상태로 각 서버 또는 기기들에 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (22)

  1. 제1 회전축 및 제2 회전축을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재 및 제2 회전 부재를 포함하는 로봇 청소기를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 로봇 청소기의 주행 중, 상기 로봇 청소기의 가속도와, 상기 회전 부재 각각의 회전 부하 및 회전 속도 중 적어도 하나를 획득하는 단계;
    상기 획득된 가속도와, 상기 획득된 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 획득된 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 가속도가 비정상이고, 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정하는 단계를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장애물이 검출된 것으로 결정된 경우, 상기 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 수행하는 단계를 더 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비정상 여부의 판단 단계는,
    상기 로봇 청소기의 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 로봇 청소기의 주행 중 상기 가속도의 변화에 기초하여 상기 주행 환경을 반영하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 로봇 청소기의 주행 중에 소정의 시간 간격의 경과 시마다 상기 가속도를 저장하고,
    상기 로봇 청소기가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 상기 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차가 소정의 제1 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가속도 및 상기 제1 기준값은, 각각 3방향 직교 x, y, z 성분으로 이루어지는 벡터로 구성되고, 같은 방향의 벡터 성분끼리 대응되며,
    상기 최대값과 최소값의 편차가 상기 제1 기준값 이상인지의 여부는, 상기 가속도의 각 벡터 성분 중 어느 하나 이상이 대응되는 상기 제1 기준값의 벡터 성분 이상인지의 여부에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 로봇 청소기의 주행 시작 후 소정 거리 주행 시까지의 상기 편차의 평균값을 저장하고, 상기 평균값보다 큰 값을 상기 제1 기준값으로 설정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 비정상 여부의 판단 단계에서,
    상기 소정 거리 주행 이후에 상기 편차가 상기 제1 기준값 이상인 상태가 소정의 지속 시간 이상 유지된 경우에만 상기 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 비정상 여부의 판단 단계에서,
    상기 편차가 미리 정해진 제2 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 비정상 여부의 판단 단계에서,
    상기 가속도가 소정의 제3 기준값 이상인 경우에도, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 회전 부재의 회전 부하는, 상기 각 회전부재의 구동 전류를 기초로 획득되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 비정상 여부의 판단 단계에서,
    상기 회전 속도 중 제4 기준값 미만인 것은 비정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 장애물 검출 결정 단계는,
    상기 제1 회전부재의 회전 속도 및 제2 회전 부재의 회전 속도의 차이가 소정의 제5 기준값 이상인지를 판단하여, 이를 기초로 상기 장애물이 검출된 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장애물 검출 위치 결정 단계에서,
    상기 회전 속도의 차이가 상기 제5 기준값 이상인 경우,
    상기 각 회전부재 중 회전 속도가 더 작은 회전 부재가 있는 위치를 상기 장애물이 검출된 위치로 결정하고,
    상기 장애물 회피 주행 수행 단계에서,
    상기 로봇 청소기가 상기 장애물 검출 이전에 주행하던 방향을 기준으로, 상기 회전부재 중 상기 장애물이 검출된 위치에 있지 않은 회전부재가 위치한 방향으로 편향되어 주행을 재개하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 장애물 회피 주행 수행 단계에서,
    상기 회전 속도의 차이가 상기 제5 기준값 미만인 경우,
    상기 로봇 청소기가 상기 장애물 검출 이전에 주행하던 방향의 반대 방향으로 주행을 재개하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는,
    상기 제1 회전 부재 및 상기 제2 회전 부재에 습식 청소를 위한 클리너가 각각 고정되어, 상기 고정된 클리너 각각의 회전 운동에 따라 발생하는 피청소면과 상기 고정된 클리너 각각의 마찰력을 이동력원으로 이용하여 주행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  16. 로봇 청소기에 있어서,
    제1 회전축 및 제2 회전축을 중심으로 각각 회전 운동하는 제1 회전 부재 및 제2 회전 부재;
    상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도를 획득하는 가속도 감지부;
    상기 회전 부재 각각의 회전 부하를 획득하는 회전 부하 감지부와 상기 회전 부재 각각의 회전 속도를 획득하는 회전 속도 감지부 중 어느 하나 이상; 및
    제어부를 포함하되,
    상기 제어부는
    상기 획득된 가속도와, 상기 획득된 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 획득된 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상인지 여부를 판단하고,
    상기 가속도가 비정상이고, 상기 회전 부하 중 어느 하나 이상 또는 상기 회전 속도 중 어느 하나 이상이 비정상으로 판단된 경우에 장애물이 검출된 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 장애물이 검출된 것으로 결정된 경우,
    상기 제어부는 상기 로봇 청소기의 장애물 회피 주행을 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 청소기의 주행 환경을 반영하여 상기 가속도의 비정상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 청소기의 주행 중 상기 가속도의 변화에 기초하여 상기 주행 환경을 반영하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 청소기의 주행 중에 소정의 시간 간격의 경과 시마다 상기 가속도를 저장하고,
    상기 로봇 청소기가 주행 중인 시점으로부터 소급하여 상기 소정의 시간 간격 이상의 소정의 시간 주기 내에 저장된 가속도들의 최대값과 최소값의 편차가 소정의 제1 기준값 이상인 경우, 상기 로봇 청소기의 주행 중 가속도가 비정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 회전 속도 감지부를 포함하는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 회전 속도 중 제4 기준값 미만인 것은 비정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 회전부재의 회전 속도 및 제2 회전 부재의 회전 속도의 차이가 소정의 회전 속도 차이 기준값 이상인지를 판단하여, 이를 기초로 상기 장애물이 검출된 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
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