KR20150050159A - 이동 로봇 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 로봇 및 그 동작방법에 관한 것으로, 감지되는 데이터를 누적하여 저장하되, 이동로봇을 중심으로 이동로봇으로부터 소정 거리 내의 데이터를 저장하여 어라운드 맵을 생성함으로써, 본체 주변의 장애물을 회피하면서 주행 방향 또는 회전 방향을 설정하여 빠른 경로 설정이 가능하고, 불필요한 동작이 반복되는 것을 방지할 수 있어, 빠르고 신속한 이동에 따른 주행 속도가 향상되고 장애물을 용이하게 회피하면서 이동할 수 있어 청소 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

이동 로봇 및 그 동작방법{ Moving Robot and operating method }

본 발명은 이동 로봇 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 특히 이동 로봇의 주변에 대한 맵을 생성하여 저장된 맵을 바탕으로 주행하는 이동 로봇 및 그 동작방법에 관한 것이다.

이동 로봇은 청소하고자 하는 영역을 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하여 자동으로 청소하는 기기이다.

이동 로봇은 충전 가능한 배터리가 구비되어, 이동이 자유롭고 배터리의 동작전원을 이용한 스스로 이동이 가능하며, 필요 시 충전대로 복귀하여 배터리를 충전하도록 구성된다.

통상 이러한 이동 로봇는 청소구역 내에 설치된 가구나 사무용품, 벽 등의 장애물까지의 거리를 감지하고, 좌륜과 우륜의 구동을 제어하여 장애물 회피 동작을 수행한다.

이동 로봇은 천장 또는 바닥을 주시하는 센서를 통해 이동 로봇이 이동한 거리를 계측하거나, 또는 장애물 감지 센서를 구비한다. 장애물 센서로 기 알려진 것들로는 초음파 센서, 적외선 센서 등이 있다.

그러나 이러한 센서를 사용하는 경우 주행 경로 상에 장애물이 있는지 여부를 감지하는데는 어느 정도의 정확성을 보장하나, 장애물까지의 거리를 감지하거나, 낭떠러지와 같은 청소 구역 내의 바닥 상황 등을 감지하는데에는 신뢰할 수 있는 정확도를 보장하지 못하고, 이러한 거리 인식에 따른 오차 발생하는 문제가 있었다.

또한, 이동로봇은 맵을 형성하여 주행한다고 하더라도 이미 지나간 경로에 대해서는 데이터를 저장하지 않으므로 갑작스러운 경로 변경에 대응할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 이동 로봇 및 그 동작방법은, 감지되는 데이터를 누적하여 저장하되, 이동로봇을 중심으로 이동로봇으로부터 소정 거리 내의 데이터를 저장하여 주행하는 이동 로봇 및 동작방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇는, 이동 가능한 본체; 및 본체 주변의 장애물을 감지하는 패턴 광 센서; 주행중 상기 본체 주변의 이물질을 흡입하는 청소부; 상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 분석하여 장애물의 정보를 추출하고, 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 방향 또는 주행 경로를 설정하여 장애물을 회피하면서 목적지로 주행하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 본체를 이동시키는 주행 구동부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 패턴 광 센서의 데이터로부터 장애물을 판단하고 장애물의 위치를 산출하는 장애물 정보 획득부; 및 상기 장애물 정보 획득부를 통해 산출되는 장애물의 정보를 바탕으로 상기 본체 주변에 대한 어라운드 맵(Around Map)을 생성하는 지도 생성부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 동작방법은 동작 모드가 설정되면, 패턴 광 센서가 주변을 감지하는 단계; 상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 본체 주변에 대한 어라운드 맵(Around Map)을 생성하는 단계; 상기 동작 모드에 따라 주행하는 중, 상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터에 따라 상기 어라운드 맵을 갱신하는 단계; 및 장애물 감지 시, 상기 어라운드 맵을 바탕으로 상기 본체 주변에 장애물을 회피하면서 주행 방향을 변경하여 주행하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 이동 로봇 및 그 동작방법은 이동 로봇을 중심으로 본체 주변의 정보를 어라운드 맵(A)으로써 저장하여, 갑작스러운 주행 방향의 변경이 있는 경우 또는 회전하는 경우, 어라운드 맵을 바탕으로 본체 주변의 장애물을 회피하면서 주행 방향 또는 회전 방향을 설정함으로써 빠른 경로 설정이 가능하고, 불필요한 동작이 반복되는 것을 방지할 수 있어, 빠르고 신속한 이동에 따른 주행 속도가 향상되고 장애물을 용이하게 회피하면서 이동할 수 있어 청소 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 장애물 감지 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 3a 내지 도 3b 는 본 발명의 실시예들에 따른 이동 로봇이 장애물 검출 결과에 따라 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 어라운드 맵을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇에서 청소 영역 내에서의 어라운드 맵을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 주행 및 경로 변경에 대한 예가 도시된 예시도이다.
도 8 은 도 7과 같이 이동 로봇이 주행하는 경우, 그에 따른 장애물 감지의 예가 도시된 예시도이다.
도 9 는 종래의 이동 로봇이 도 7와 같이 주행하는 경우, 그에 따른 장애물 감지 결과가 도시된 도이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동로봇의 동작방법이 도시된 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 장애물 감지 구성을 개략적으로 도시한 도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇(1)은 이동 가능한 본체(10)와, 패턴 광 센서(100)와, 제어 유닛(미도시)을 포함한다. 또한, 이동 로봇(1)은 입력부(810)와 출력부(820)를 포함할 수 있다.

이동 로봇(1)는 소정 영역을 이동하면서 주변의 먼지 및 이물질을 흡입하여 청소를 수행한다. 이동 로봇(1)은 입력부(810)에 구비되는 버튼이 조작됨에 따라, 청소할 영역이 설정되고 설정에 따라 주행 또는 청소를 수행한다.

입력부(810)를 통해 이동 로봇(1)의 작동 전반에 필요한 각종 제어명령을 입력 받을 수 있다. 출력부(820)는 예약 정보, 배터리 상태, 집중 청소, 공간 확장, 지그재그 운전 등의 청소 방식 또는 주행 방식 등을 화면을 통해 표시한다. 출력부(820)는 이동 로봇(1)를 구성하는 각부의 작동 상태를 출력할 수도 있다.

또한, 이동 로봇(1)은 배터리(미도시)가 장착되어, 배터리의 동작전원을 이용하여 주행 및 청소하며, 배터리 잔량 부족 시 충전대(미도시)로 복귀하여 배터리를 충전하도록 구성된다. 이동 로봇(1)의 본체는 주행부(미도시)에 의해 청소하고자 하는 구역(청소구역)으로 이동하며, 청소부(미도시)에 구비되는 흡입유닛에 의해 청소구역 내의 먼지나 쓰레기 등의 이물질을 흡입한다.

이동 로봇(1)은 패턴광센서(100)를 통해 이동 방향에 대하여 장애물을 감지하고, 장애물을 회피하도록 이동경로를 설정하여 목표지점에 도달하도록 한다.

패턴 광 센서(100)는, 이동 로봇이 활동하는 활동 영역에 패턴 광(optical pattern)을 조사하고, 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하여 입력 영상을 획득한다. 패턴 광은 십자 패턴을 적어도 하나 포함할 수 있다. 이때, 십자 패턴을 이용하여 장애물(2)을 감지한다.

패턴 광 센서(100)는 패턴 광을 조사하는 패턴 조사부(110)와, 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하는 패턴 영상 획득부(120)를 포함한다.

패턴 조사부(110)는 광원과, 패턴생성자(OPPE: Optical Pattern Projection Element)을 포함한다. 광원으로부터 입사된 광이 패턴생성자에 투과함으로써 생성되는 패턴 광이 생성된다. 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD), 발광 다이오드(Light Emitteing Diode, LED) 등 일 수 있다. 그런데, 레이저 빔은 단색성, 직진성 및 접속 특성에 있어 다른 광원에 비해 정밀한 거리 측정이 가능하며, 특히, 적외선 또는 가시광선은 레이저 광에 비해 대상체의 색상과 재질 등의 요인에 따라 대상체까지의 거리 측정의 정밀도에 있어서 편차가 큰 문제가 있기 때문에, 광원으로는 레이저 다이오드가 바람직하다. 패턴생성자는 렌즈, 마스크(Mask) 또는 DOE(Diffractive optical element)를 포함할 수 있다.

패턴 조사부(110)는 본체(10)의 전방을 향해 광을 조사할 수 있다. 특히, 패턴 광이 이동 로봇의 활동구역 내의 바닥면에 조사될 수 있도록, 조사 방향이 조금은 하방을 향하는 것이 바람직하다.

패턴 영상 획득부(120)는 패턴 광이 조사된 영역을 촬영하여 입력 영상(input image)를 획득한다. 영상 획득부는 카메라를 포함할 수 있으며, 이러한 카메라는 구조광 카메라(Structured Light Camera)일 수 있다.

이하, 패턴을 구성하는 점, 직선, 곡선 등의 문양을 패턴 표현자라고 정의한다. 이러한 정의에 따라, 십자 패턴은 수평선과, 수평선과 교차하는 수직선의 2 개의 패턴 표현자들로 이루어진다. 수평선은 넓은 범위에 대하여 장애물 상황을 파악할 수 있도록 하는 반면, 수직선은 이동 로봇의 이동에 필요한 정도로만 설정되면 되므로, 십자 패턴을 구성하는 수평선의 길이는 수직선의 길이에 비해 길게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 수평선과 수직선의 조합은 여러 개 일 수 있고, 패턴 광은 하나의 수평선과 교차하는 복수의 수직선으로 이루어진 패턴일 수 있다.

도 3a 내지 도 3c 는 장애물의 종류에 따른 이동 로봇의 이동을 설명하기 위한 도면들이다.

도 3a 는 장애물이 일정 높이 이상의 다리를 가진 의자인 경우이다. 이동 로봇은, 장애물 정보 획득부(220)에 의해 획득된 다리의 위치정보에 따라, 다리들 사이를 피하여 이동할 수 있고(회피 주행), 다리의 높이가 이동 로봇의 높이보다 높은 경우는 의자 아래를 통과하여 이동할 수 있다(통과 주행).

도 3b는 이동 로봇은, 장애물 정보 획득부(220)에 의해 획득된 문턱의 높이가 극복할 수 있는 낮은 높이인 경우, 문턱을 넘어 이동할 수 있다(극복 주행).

도 3c는 장애물이 침대인 경우이다. 이동 로봇은, 장애물 정보 획득부(220)를 통해 침대 프레임의 높이를 인식하고, 그 결과 높이가 너무 낮은 경우는 회피하고, 반대의 경우는 메트리스 아래로 통과할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 4 를 참조하면, 이동 로봇(1)은 패턴 광 센서(100), 제어부(200), 전원공급부(830), 주변영상획득부(400), 청소부(600), 입력부(810), 출력부(820), 주행 구동부(300), 저장부(500)를 포함한다.

또한, 제어부(200)는 패턴추출부(210), 장애물 정보 획득부(220), 위치인식부(230), 지도 생성부(240)를 포함한다.

패턴 추출부(210)는 입력영상에서 수평 방향으로 차례로 점들의 밝기를 비교하여, 점들 중에서 주변보다 일정한 수준 이상으로 밝은 점, 즉, 후보점을 정의할 수 있다. 그리고, 이들 후보점들이 수직방향으로 정렬된 선분을 수직선으로 정의할 수 있다.

다음으로, 패턴 추출부(210)는 입력영상의 후보점들이 이루는 선분 중, 수직선과 상기 수직선으로부터 수평방향으로 연장된 선분에 의해 형성되는 십자형 패턴 표현자를 검출한다. 상기 십자형 패턴 표현자는 반드시 십자형 패턴 전체가 되어야 할 필요는 없다. 패턴 광이 조사된 대상체의 형상에 따라 수직선 패턴과 수평선 패턴의 변형이 이루어지기 때문에, 입력영상에서 패턴의 형상은 비정형적일 수 있으나, 수직선과 수평선이 교차되는 부분에서는, 비록 그 크기는 대상체의 형상에 따라 가변적일 수 있으나, 항시 '+' 형상의 패턴 표현자가 존재한다. 따라서, 패턴 추출부(210)는 입력영상에서, 찾고자 하는 템플렛(template)의 형상과 대응하는 패턴 표현자를 검출하고, 상기 패턴 표현자를 포함하는 전체 패턴을 정의할 수 있다. 십자형 패턴 광의 경우, 상기 템플렛은 '+' 형상을 갖는다.

장애물 정보 획득부(220)는 패턴 추출부(210)에 의해 정의된 패턴을 바탕으로, 장애물의 폭, 높이 또는 장애물까지의 거리 등의 위치정보를 획득할 수 있다. 패턴 조사부(110)의 조사 방향은 고정이기 때문에, 장애물이 없는 영역으로 패턴 광을 조사하였을 시, 입력영상에서의 패턴의 위치는 항시 일정하다. 이하, 이때의 입력영상을 기준 입력영상이라고 한다.

기준 입력영상에서 패턴의 위치 정보는 삼각 측량법을 기반으로 미리 구해질 수 있다. 기준 입력영상에서 패턴을 구성하는 임의의 패턴 표현자 Q의 좌표를 Q(Xi, Yi)라고 하면, 조사된 패턴 광에서 Q에 해당하는 지점까지의 거리값, Li(Q)는 삼각 측량법에 의해 미리 알 수 있다.

그리고, 장애물이 존재하는 영역 내로 패턴 광을 조사하여 얻어진 입력영상에서의 패턴 표현자 Q의 좌표, Q'(Xi, Yi)는 상기 기준 입력영상에서의 Q의 좌표 Q(Xi, Yi)가 이동 된 것이다. 장애물 정보 획득부(220)는 Q, Q'의 좌표들을 비교하여 장애물의 폭, 높이 또는 장애물까지의 거리 등의 위치정보를 획득할 수 있다.

특히, 십자 패턴의 수평선이 구부러진 시각이나 정도에 따라 장애물의 폭, 형상 또는 장애물까지의 거리를 알 수 있으며, 수평선의 상하 이동 변위, 또는 수직선의 길이를 통해 장애물의 높이도 알 수 있다. 또한, 장애물까지의 거리는 수직선의 변위를 통해서도 알 수 있다. 다만, 수평선 패턴만을 이용하는 경우, 인식할 수 있는 장애물의 높이에 한계가 있을 수 있고, 오인식의 여지가 있기 때문에, 수평선과 수직선이 함께하는 십자형 패턴의 경우가 측정 정밀도가 높다.

위치 인식부(230)는 주변영상 획득부(400)가 촬영한 영상으로부터 특징점을 추출하고, 특징점을 기준으로 이동 로봇(1)의 위치를 인식할 수 있다. 또, 지도 생성부(240)는 위치 인식부(230)에 의해 인식된 위치를 바탕으로 주변 지도, 즉, 청소 공간에 대한 지도를 생성할 수 있다. 지도 생성부(240)는 장애물 정보 획득부(220)와 협조하여 장애물 상황이 반영된 주변 지도를 생성할 수도 있다.

주행 구동부(300)는 본체(10)를 이동시키는 것이다. 제어부(200)는 위치정보 획득부(220)에 의해 획득된 위치정보에 따라 주행 구동부(300)를 제어하여, 장애물을 회피하거나, 극복하거나, 정지하는 등의 다양한 주행이 가능하도록 할 수 있다.

주행 구동부(300)는 본체(10)의 하부에 설치된 하나 이상의 바퀴를 구동하는 휠 모터(wheel motor)를 구비할 수 있고, 구동 신호에 따라 본체(10)를 이동시킨다. 이동 로봇은 좌, 우측 구동륜을 포함할 수 있다. 좌측 구동륜과 우측 구동륜을 각각 회전시키기 위한 한 쌍의 휠 모터가 구비될 수 있다. 이들 휠 모터들은 그 회전이 서로 독립적으로 이루어지는 것으로, 좌측 구동륜과 우측 구동륜의 회전 방향에 따라 이동 로봇의 방향 전환이 이루어질 수 있다. 또한, 이동 로봇은 구동륜들 이외에도 본체(10)를 지지하는 보조륜을 더 포함할 수 있다. 본체(10)의 하면과 바닥(floor) 사이의 마찰을 최소화하고 이동 로봇의 이동이 원활해 질 수 있다.

주변영상 획득부(400)는 상방이나 전방을 향하도록 설치되는 적어도 하나의 카메라를 구비할 수 있다.

저장부(840)는 패턴영상 획득부(120)에 의해 획득된 입력영상, 장애물 정보 획득부(220)를 통해 획득된 장애물의 위치정보, 지도 생성부(240)에 의해 생성된 주변지도 등을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(840)는 이동 로봇을 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(840)는 주로 비활성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)를 사용한다. 비활성 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 저장장치이다. 비휘발성 메모리는 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 자기식 기록매체(예를들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등을 포함할 수 있다.

청소부(600)는 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입한다. 청소부(600)는 집진된 먼지가 저장되는 먼지통과, 청소 영역의 먼지를 흡입하는 동력을 제공하는 흡입팬과, 흡입팬을 회전시켜 공기를 흡입하는 흡입 모터를 포함할 수 있다. 청소부(600)는 본체(10)의 하부에서 수평한 축(horizontal axis)을 중심으로 회전하며 바닥이나 카페트 위의 먼지를 공기 중으로 부유시키는 회전솔을 포함할 수 있고, 회전솔의 외주면에는 나선 방향으로 다수개의 블레이드가 구비될 수 있다. 또한, 이동 로봇은 수직한 축(vertical axis)를 중심으로 회전하며 벽면, 모서리, 구석 등을 청소하는 사이드 브러쉬를 더 포함할 수 있으며, 사이드 브러쉬는 블레이드들 사이에 구비될 수 있다.

입력부(810)는 앞서 설명한 바와 같이 하나 이상의 입력 수단을 포함하여 이동 로봇의 작동 전반에 필요한 각종 제어명령을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 입력부(810)는 확인버튼, 설정버튼, 예약버튼, 충전버튼, 등을 포함할 수 있다. 확인버튼은 장애물에 대한 위치정보, 영상 정보, 청소 영역이나 청소 지도를 확인하는 명령을 입력받을 수 있다. 설정버튼은 청소 모드를 설정하거나 변경하는 명령을 입력 받을 수 있다. 예약버튼은 예약 정보를 입력받을 수 있다. 충전버튼은 전원공급부(830)를 충전시키는 충전대로의 복귀 명령을 입력 받을 수 있다. 입력부(810)는 입력수단으로 하드 키나 소프프 키, 터치패드 등을 포함할 수 있다. 또, 입력부(810)는 후술하는 출력부(820)의 기능을 겸하는 터치 스크린의 형태로 구성될 수도 있다.

출력부(820)는 예약 정보, 배터리 상태, 집중 청소, 공간 확장, 지그재그 운전 등의 청소 방식 또는 주행 방식 등을 화면을 통해 표시한다. 출력부(820)는 이동 로봇을 구성하는 각부의 작동 상태를 출력할 수도 있다. 또한, 출력부(820)는 장애물 정보, 위치 정보, 영상 정보, 내부 지도, 청소 영역, 청소 지도, 지정 영역 등을 표시할 수 있다. 출력부(820)는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Display Panel), 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(OLED:Organic Light Emitting Diode) 등의 소자를 갖을 수 있다.

전원공급부(830)는 각부의 작동을 위한 전원을 공급하는 것으로, 충전 가능한 배터리를 포함할 수 있다. 전원공급부(830)는 각부에 구동 전원을 구동함과 아울러, 특히 주행과 청소를 수행하는데 따른 동작 전원을 공급하며, 전원 잔량이 부족하면 이동 로봇은 충전대로 이동하여 배터리를 충전시킨다. 전원공급부(830)는 배터리의 충전 상태를 감지하는 배터리 감지부를 더 포함할 수 있다. 제어부(200)는 배터리 감지부의 감지 결과를 바탕으로 배터리 잔량이나 충전 상태를 출력부(820)를 통해 표시할 수 있다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 어라운드 맵을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

제어부(200)는 패턴 광 센서(100)로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 도 5 a에 도시된 바와 같이, 어라운드 맵(Around MAp)(A)을 생성하여 저장부(500)에 저장한다.

제어부(200)는 본체(10)를 중심으로 전후, 좌우 소정 거리 내의 모든 데이터에 대해 어라운드 맵(A)을 생성하여 저장하고, 본체(10)가 이동하는 경우에는 이동에 따라 새로운 데이터를 추가하고 불필요한 데이터는 삭제하면서 본체(10) 주변의 일정 거리 내의 정보에 대한 어라운드 맵(A)을 갱신한다.

예를 들어 어라운드 맵(A)은 본체(10)을 중심으로 전후 각 50cm, 좌우 각 50m 로 하여 총 1m x 1m 의 크기로 형성될 수 있고, 어라운드 맵(A)은 100개의 그리드로 구성되어 각각의 그리드가 어라운드 맵(A) 내에서의 좌표로써 사용될 수 있다. 어라운드 맵(A) 내에 특정 장애물이 존재하는 경우 제어부(200)는 어라운드 맵(A)을 참고하여 회전하거나 주행한다.

도 5의 b에 도시된 바와 같이, 패턴 광 센터(100)에 의해 감지영역(C1)내의 정보가 제어부(110)로 입력되고, 입력된 정보를 바탕으로 패턴추출부(210)는 패턴 광 센서(100)의 데이터로부터 패턴을 추출하고 장애물 정보 획득부(220)는 감지된 패턴을 바탕으로 감지영역(C1)내의 장애물을 감지하고 그에 대한 정보를 획득한다. 위치인식부(230)는 본체(10)의 위치를 판단하고 지도 생성부(240)는 이를 바탕으로 청소영역에 대한 지도를 생성함은 물론, 어라운드 맵(A)을 생성하여 저장한다.

이때, 지도 생성부(20)는 감지영역(C1) 전체에 대해 어라운드 맵을 생성하는 것은 아니고 도시된 바와 같이, 소정 거리 내의 정보에 대해서만 어라운드 맵(A)을 생성한다.

또한, 도 5의 c에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 주행 구동부(300)를 제어하여, 본체(10)가 제자리에서 1회전 하도록 하여, 패턴 광 센서(100)를 통해 본체(10) 주변의 360도 전체영역(C2)에 대해 감지하도록 한다.

위치인식부(230)는 회전 시의 본체의 초기 위치를 0으로 하여 이후의 이동에 대한 본체(10)의 위치를 판단한다. 장애물 정보 획득부(220)는 감지된 영역 내의 장애물을 감지하고, 지도 생성부(240)는 이를 바탕으로 어라운드 맵(A)을 생성한다. 초기 1회전 한 이후 이동하는 경우에는 처음부터 도시된 바와 같이 본체(10)의 전, 후, 좌, 우 전체에 대한 어라운드 맵(A)을 생성할 수 있다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇에서 청소 영역 내에서의 어라운드 맵을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

도 6을 참조하면, 이동 로봇(1)이 주행하는 경우, 주행 중 패턴 광 센서(100)는 감지되는 정보를 입력하고, 그에 따라 지도 생성부(240)를 어라운드 맵(A)을 갱신하여 저장한다.

이때, 이동 로봇(10)이 이동하게 되면, 어라운드 맵(A)은 본체 주변 영역에 대한 데이터를 저장하는 지도이므로, 도시된 바와 같이 이동전과 이동후 어라운드 맵의 영역이 변경된다.

이동전 어라운드 맵(A11)과 이동후의 어라운드맵(A12)에는 공동영역(A11a)가 생기게 된다. 지도생성부(240)는 공동영역(A11a)에 대한 데이터는 그대로 유지하고 이동후의 새로운 정보를 바탕으로 어라운드맵(A12)을 생성한다. 지도생성부(240)는 이와 같이 이동의 정도에 따라 새로운 데이터를 추가하고, 이미 벗어난 영역에 대해서는 데이터를 삭제하여, 지속적으로 어라운드 맵(A)을 갱신한다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 주행 및 경로 변경에 대한 예가 도시된 예시도이고, 도 8 은 도 7과 같이 이동 로봇이 주행하는 경우, 그에 따른 장애물 감지의 예가 도시된 예시도이다.

도 7의 a에 도시된 바와 같이, 제 1 장애물(D1)과 제 2 장애물(D2)가 위치한 좁은 영역으로 이동 로봇(1)이 주행한다. 예를 들어 장애물 사이의 영역을 청소하기 위해 주행할 수 있다.

이때 이동 로봇(1)은 제 1 장애물(D1)과 제 2 장애물(D2)을 감지하고, 장애물에 의해 더 이상 직진 주행이 불가능해 지면, 도 7의 b에 도시된 바와 같이 어느 한 방향으로 회전할 수 있다(S11).

회전 후 이동 로봇(1)은 제 1 장애물(D1)에 의해 직진 주행이 불가능하므로, 도 7의 c와 같이 다시 한번 회전한 후(S12), 주행하여(S13) 제 1 장애물(D1)과 제 2 장애물(D2) 사이의 영역을 빠져나올 수 있다.

도 7과 같이 이동 로봇(1)이 제 1 장애물(D1)과 제 2 장애물(D2) 사이의 영역을 주행하다가 패턴 광 센서(100)에 의해 제 1 및 제 2 장애물(D1, D2)을 감지하는 경우, 장애물 정보 획득부(220)는 제 1 및 제 2 장애물에 대한 정보를 획득하고 지도 생성부(240)는 장애물의 정보를 어라운드 맵(A)으로 저장한다.

지도 생성부(240)는 도 8의 a에 도시된 바와 같이 감지되는 제 1 및 제 2 장애물(D1, D2)에 대해, 그 일부인 제 1 더미(D1a)와 제 2 더미(D2a) 만을 어라운드 맵(A)으로 저장한다.

제어부(200)는 패턴 광 센서(100)를 통해 제 1 및 제 2 장애물에 대한 전체를 감지할 수 있으나, 모든 데이터를 전부 저장할 수는 없으므로, 지도 생성부(240)는 본체(10)를 중심으로 일정 거리 내의 정보만을 저장한다.

또한 도 7의 b와 같이 회전하는 경우, 패턴 광 센서(100)는 전방의 제 1 장애물(D1)을 감지하는데, 지도 생성부(240)는 도 8의 b에 도시된 바와 같이 제 3 더미(D1b)에 대한 새로운 정보를 어라운드 맵에 포함하여 저장한다.

이때, 지도 생성부(240)는 소정 거린 내에 위치하는 제 1 및 제 2 더미(D1a, D2a)에 대한 정보 또한 삭제하지 않고 유지하게 된다. 그에 따라 어라운드 맵(A)에는 제 1 장애물(D1)과 제 2 장애무(D2)에 대한 전체 장애물 정보는 아니더라도 그 일부인 제 1 내지 제 3 더미(D1a, D2a, D1b)에 대한 정보를 저장하므로, 제어부(200)는 어라운드 맵을 바탕으로 주행 방향이나 경로를 설정하게 된다.

도 7의 c에서와 같이 이동 로봇(1)이 회전하는 경우, 제어부(200)는 어라운드 맵(A)에 제 1 및 제 2 더미에 대한 정보가 포함되어 있으므로, 우측이 아닌 좌측으로 회전하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.

8의 c와 같이 이동 로봇(1)은 각각의 제 1 위치(1a)와 제 2 위치(1b)에서 감지된 제 1 내지 제 3 더미에 대한 정보는 어라운드 맵(A)으로 저장되어 유지된다. 장애물과 일정 거리 떨어지게 되면, 어라운드 맵의 범위에서 벗어나게 되므로 지도 생성부(240)는 제 1 내지 제 3 더미에 대한 정보를 삭제하고 새로운 정보를 어라운드 맵으로 저장하게 된다.

한편, 도 9 는 도 7와 같이 종래의 이동 로봇이 주행하는 경우, 그에 따른 장애물 감지 결과가 도시된 도이다.

종래의 이동 로봇은 주행 방향에 대한 정보만을 저장하고 유지하며, 이미 지나간 경로 상에 위치하는 장애물에 대한 정보는 삭제한다.

즉 앞서 설명한 도 7의 b에서, 이동 로봇(1)이 첫번째 회전(S11)을 한 이후, 종래의 이동 로봇은 회전으로 인해 제 1 및 제 2 더미(D1a, D2a)는 앞으로의 주행 경로나 주행 방향에 포함되지 않으므로 그에 대한 정보는 삭제하고, 제 3 더미(D1b)에 대한 정보만을 저장한다.

이 경우, 앞서 제 2 회전(S112) 시, 좌 또는 우 측 어느 쪽으로나 회전 가능하게 되고, 우측으로 회전하게 되면, 회전 후 제 1 및 제 2 더미를 다시 감지하여 다시 회전을 반복하게 된다.

반면, 본 발명의 이동 로봇(1)은 앞서 도 8에서 설명한 바와 같이, 회전하여 주행 방향과는 관계없다 하더라도, 주행 방향이나 주행 경로상의 데이터만을 저장하는 것이 아니라, 본체(10) 주변의 데이터를 어라운드 맵(A)으로써 저장함으로써,갑작스러운 주행 방향의 변경이 있는 경우 또는 회전하는 경우, 회전 방향을 선정하는데 있어서 어라운드 맵을 참고하여 결정할 수 있게 된다.

도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동로봇의 동작방법이 도시된 순서도이다. 도 10을 참조하면, 이동 로봇(1)은 청소 또는 주행이 설정되면, 제어부(200)는 현재의 위치를 초기위치로 설정한다(S310).

패턴 광 센서(100)는 주변을 감지하고(S320), 지도 생성부(240)는 감지되는 장애물 및 그에 대한 위치를 바탕으로, 어라운드 맵(A) 을 생성하여 저장부(500)에 저장한다(S330). 지도 생성부(240)는 감지되는 모든 영역이 아니라, 본체(10) 주변 설정 거리 내의 정보만을 어라운드 맵으로 생성한다.

이때 패턴 추출부(210)는 패턴 광 센서(100)로부터 감지된 데이터로부터 패턴을 추출하고 장애물 정보 획득부(220)는 패턴에 따라 장애물을 인식하여 장애물 정보를 획득하며, 위치 인식부(230)는 본체(10)의 위치 정보를 산출하는데, 지도 생성부(240)는 이와 같이 패턴추출부(210), 장애물 정보 획득부(220), 위치 인식부(230)에 의해 감지 및 판단되는 데이터를 바탕으로 어라운드 맵(A)을 생성할 수 있다.

제어부(200)는 주행 구동부(300)를 제어하여 설정된 목적지, 또는 소정의 청소모드에 따라 이동하도록 제어한다. 주행 구동부(200)의 제어부(200)의 제어명령에 따라 주행하며, 패턴 광 센서(100)는 주행 중 주행 방향을 감지하여 제어부(200)로 입력한다(S340).

주행 중 패턴 광 센서(100)에 의해 감지되는 데이터에 따라 패턴 추출부(210), 장애물 정보 획득부(220), 위치 인식부(230)는 주행 방향에 위치하는 장애물을 감지하고, 장애물의 위치를 판단함은 물론, 이동 로봇(1)의 위치를 추출한다.

지도 생성부(240)는 이동 로봇(1)이 이동함에 따라 새로 입력되는 데이터를 바탕으로, 어라운드 맵에 새로운데이터를 추가하거나 기존의 데이터를 삭제하여 어라운드 맵(A)을 갱신한다(S350). 지도 생성부(240)는 앞서 도 6에서 설명한 바와 같이, 이동전과 후의 영역에 대해 공동영역에 대한 데이터는 유지하면서 어라운드 맵을 갱신한다.

주행 시, 제어부(200)는 어라운드 맵(A)뿐 아니라, 패턴 광 센서(100)에 의해 감지되는 먼 거리의 데이터 또한 별도로 저장하여 장애물을 회피하여 주행할 수 있다.

이동 로봇(1)은 목적지에 도달하기 까지 주행을 계속하고, 청소중인 경우에는 청소를 완료하기 까지 이동 및 청소를 지속하므로, 패턴 광 센서(100)는 본체(10)의 이동에 따른 주변 감지를 계속한다(S360). 그에 따라 지도 생성부(240)는 새로운 데이터를 바탕으로 어라운드 맵(A)을 갱신한다(S370).

한편, 장애물이 감지되면(S380), 제어부(200)는 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 방향 또는 주행 경로를 변경한다. 이때 제어부(200)는 장애물을 회피하기 위해 주행방향을 변경하는 경우, 어라운드 맵(A)을 참조하여 주행 방향 또는 회전 방향을 설정한다(S390).

제어부(200)는 어라운드 맵(A)을 바탕으로 본체(10) 주변에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하여 회전 방향 또는 주행 방향을 결정한다. 앞서 설명한 도 7의 b 및 도 8의 b의 경우 제어부(200)는 본체(10)가 좌측으로 회전하도록 주행 구동부(300)를 제어한다.

한편, 제어부(200)는 장애물이 어라운드 맵을 벗어난 먼거리에 위치하고, 본체(10)이 단순 이동 중인 경우에는 사전에 장애물에 접근 하기 전 사전에 회피할 수 있도록 주행 경로를 변경할 수 있다.

제어부(200)는 목적지에 도달하기 까지 위와 같이 패턴 광 센서를 이용한 주변 감지 및 어라운드 맵의 갱신을 반복하여 장애물을 회피하면서 목적지로 주행한다.

제어부(200)는 목적지에 도달하면(S400), 본체(10)가 정지하도로 주행 구동부(300)를 제어하고, 이동 로봇(1)은 목적지에서 정지한다(S410).

따라서, 본 발명은 본체를 중심으로 소정 거리 내의 본체 주변에 대한 데이터를 어라운드 맵으로 저장함으로써, 갑작스러운 주행 방향의 변경이 있는 경우 또는 회전하는 경우, 어라운드 맵을 참고하여 주행 방향향을 결정할 수 있게 된다. 그에 따라 불필요한 동작이 반복되는 것을 방지할 수 있고 빠른 경로 설정이 가능하다.

본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있으나, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

1: 이동 로봇 10: 본체
100: 패턴 광 센서 200: 제어부
210: 패턴 추출부 220: 장애물 정보 획득부
230: 위치 인식부 240: 지도 생성부
300: 주행 구동부 500: 저장부

Claims (16)

1. 이동 가능한 본체; 및
   본체 주변의 장애물을 감지하는 패턴 광 센서;
   주행중 상기 본체 주변의 이물질을 흡입하는 청소부;
   상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 분석하여 장애물의 정보를 추출하고, 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 방향 또는 주행 경로를 설정하여 장애물을 회피하면서 목적지로 주행하도록 제어하는 제어부; 및
   상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 본체를 이동시키는 주행 구동부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 패턴 광 센서의 데이터로부터 장애물을 판단하고 장애물의 위치를 산출하는 장애물 정보 획득부; 및
   상기 장애물 정보 획득부를 통해 산출되는 장애물의 정보를 바탕으로 상기 본체 주변에 대한 어라운드 맵(Around Map)을 생성하는 지도 생성부를 포함하는 이동 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지도 생성부는 상기 본체를 중심으로 일정 거리 내에 위치하는 장애물 정보를 포함하여 상기 어라운드 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 지도 생성부는 상기 본체를 중심으로 전, 후, 좌, 우 각각 일정 거리 내의 정보로 상기 어라운드 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 지도 생성부는 상기 본체를 중심으로 전후 50cm, 좌우 50cm의 거리내의 정보를 바탕으로 가로 세로 각 1m의 영역에 대한 상기 어라운드 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 주행 방향 변경 또는 회전 시, 상기 어라운드 맵을 참조하여 상기 어라운드 맵 내에 포함되는 장애물을 회피하여 회전하도록 상기 주행 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 지도 생성부는 상기 본체 이동 시, 이동 전의 어라운드 맵과, 이동 후의 어라운드 맵 간의 공동 영역에 대한 데이터는 유지하면서 이동 후의 새로운 데이터를 추가하고 이동 전의 데이터는 삭제하여 상기 어라운드 맵을 갱신하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 이동 전 위치를 0으로 하여 초기 위치를 설정하고, 제자리에서 1회전 한 후 주행을 시작하도록 상기 주행 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 지도 생성부는 초기 위치 설정 시, 상기 본체가 1 회전 하는 동안에 상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 어라운드 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 패턴 광 센서의 데이터로부터 패턴을 추출하여 상기 장애물 정보 획득부로 인가하는 패턴 추출부; 및
   상기 본체의 위치를 산출하는 위치 인식부를 더 포함하는 이동 로봇.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 광 센서는,
    수평선 패턴 광과, 상기 수평선 패턴 광과 직교하는 수직선 패턴 광으로 이루어진 십자형 패턴 광을 상기 본체의 주변으로 조사하는 패턴 조사부를 포함하는 이동 로봇.
11. 동작 모드가 설정되면, 패턴 광 센서가 주변을 감지하는 단계;
    상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 본체 주변에 대한 어라운드 맵(Around Map)을 생성하는 단계;
    상기 동작 모드에 따라 주행하는 중, 상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터에 따라 상기 어라운드 맵을 갱신하는 단계; 및
    장애물 감지 시, 상기 어라운드 맵을 바탕으로 상기 본체 주변에 장애물을 회피하면서 주행 방향을 변경하여 주행하는 단계; 를 포함하는 이동 로봇의 동작방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 바탕으로, 상기 본체로부터 소정 거리 내의 영역에 대한 장애물의 정보를 상기 어라운드 맵으로 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 동작방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    주행 중, 이동 전의 어라운드 맵과, 이동 후의 어라운드 맵 간의 공동 영역에 대한 데이터는 유지하면서 이동 후의 새로운 데이터를 추가하고 이동 전의 데이터는 삭제하여 상기 어라운드 맵을 갱신하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 동작방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 동작 모드 설정 시, 이동 전 현재 위치를 0으로 하여 초기 위치를 설정하는 단계를 더 포함하는 이동 로봇의 동작방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 동작 모드 설정 시, 이동 전 초기 위치에서 1회전 하는 단계;
    상기 1 회전 중 상기 패턴 광 센서로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 초기 어라운드 맵을 생성하는 단계를 더 포함하는 이동 로봇의 동작방법.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 장애물 감지 시, 상기 장애물을 회피하면서 동시에 상기 어라운드 맵 에 포함되는 장애물 정보를 바탕으로 상기 본체 주변의 다른 장애물을 회피하여 주행하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 동작 방법.

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