KR102143385B1 - Fencing sense module and robot having the same - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 청소 로봇은 본체, 상기 본체를 구동시키는 구동부, 상기 본체 주위의 장애물을 감지하는 장애물 감지 모듈, 및 상기 장애물 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇에 있어서, 상기 장애물 감지 모듈은, 광원과, 상기 광원에서 입사된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광으로 확산시키는 광각렌즈, 및 상기 광원을 발광시키는 광원 구동부를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및 상기 장애물에 의해 반사된 평면광을 다시 반사시켜 반사광을 생성하는 반사 미러, 상기 반사 미러로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 광학 렌즈, 상기 광학 렌즈를 통과한 반사광을 받아 전기적인 영상신호를 생성하는 광학 센서, 및 상기 전기적인 영상신호를 받아 디지털 형태의 전기적인 영상신호로 변환하는 신호 처리 회로를 가지는 수광부를 포함한다. 본 발명에 따른 장애물 감지 모듈을 이용하면 균일한 평면광을 형성할 수 있어 장애물 감지의 정확도를 향상시킬 수 있고, 평면광을 이용하여 주변에 존재하는 장애물을 감지할 수 있으므로, 복수개의 센서를 장착하거나 별도의 서보 메커니즘을 장착할 필요가 없어 경제적, 구조적 효율성도 향상된다.The cleaning robot according to an embodiment includes a main body, a driving unit driving the main body, an obstacle detecting module detecting an obstacle around the main body, and a control unit controlling the driving unit based on a detection result of the obstacle detecting module. In the robot, the obstacle detection module comprises: at least one light-emitting unit having a light source, a wide-angle lens that refracts or reflects light incident from the light source and diffuses it into plane light, and a light source driver that emits light; And a reflection mirror that generates reflected light by reflecting the plane light reflected by the obstacle again, an optical lens disposed so as to be spaced apart from the reflection mirror by a predetermined distance to pass the reflected light, and electricity by receiving the reflected light passing through the optical lens. And a light-receiving unit having an optical sensor that generates an electrical image signal, and a signal processing circuit that receives the electrical image signal and converts it into a digital electrical image signal. When the obstacle detection module according to the present invention is used, a uniform plane light can be formed, so that the accuracy of obstacle detection can be improved, and a plurality of sensors can be installed because the plane light can be used to detect obstacles in the vicinity. There is no need to install a separate servo mechanism, which improves economical and structural efficiency.
Description
본 발명은 주변의 장애물을 감지할 수 있는 장애물 감지 모듈 및 이를 구비한 청소 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to an obstacle detection module capable of sensing surrounding obstacles and a cleaning robot having the same.
일반적으로 장애물 감지 센서는 빛 또는 초음파 등을 조사하고, 장애물에 반사되어 돌아오는 빛 또는 초음파를 감지하여 감지된 신호의 시간차, 위상차, 또는 세기차 등을 기초로 장애물의 유무 및 거리를 판별하거나 반사되는 각도 등을 이용하여 거리를 판별하기도 한다.In general, an obstacle detection sensor irradiates light or ultrasonic waves, detects light or ultrasonic waves reflected from the obstacle, and determines the presence and distance of an obstacle based on the time difference, phase difference, or intensity difference of the detected signal or reflects it. It is also used to determine the distance using the angle.
최근에는 점광원을 사용하여 장애물을 감지하는 방법이 적용되고 있다. 하지만 점광원을 사용할 경우에는 복수의 발광부를 설치해야하고, 복수의 발광부를 설치하더라도 감지를 하지 못하는 영역이 존재하는 문제점이 있다. 또한, 이를 극복하기 위해 점광원 센서를 회전시키는 경우에는 별도의 서보 메커니즘이 필요하고 어느 정도의 스캐닝 시간이 필요하게 되어 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.Recently, a method of detecting an obstacle using a point light source has been applied. However, in the case of using a point light source, there is a problem in that a plurality of light-emitting units must be installed, and even if a plurality of light-emitting units are installed, a region that cannot be detected exists. In addition, in order to overcome this problem, when the point light source sensor is rotated, a separate servo mechanism is required and a certain amount of scanning time is required, thereby reducing efficiency.
본 발명은 광각 렌즈를 사용하여 균일한 평면광을 형성함으로써 주변에 대한 장애물 감지가 가능한 장애물 감지 모듈 및 이를 구비하는 청소 로봇을 제공한다.The present invention provides an obstacle detection module capable of detecting obstacles around an obstacle by forming a uniform plane light using a wide-angle lens, and a cleaning robot having the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 청소 로봇은 본체, 상기 본체를 구동시키는 구동부, 상기 본체 주위의 장애물을 감지하는 장애물 감지 모듈, 및 상기 장애물 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇에 있어서, 상기 장애물 감지 모듈은, 광원과, 상기 광원에서 입사된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광으로 확산시키는 광각렌즈, 및 상기 광원을 발광시키는 광원 구동부를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및 상기 장애물에 의해 반사된 평면광을 다시 반사시켜 반사광을 생성하는 반사 미러, 상기 반사 미러로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 광학 렌즈, 상기 광학 렌즈를 통과한 반사광을 받아 전기적인 영상신호를 생성하는 광학 센서, 및 상기 전기적인 영상신호를 받아 디지털 형태의 전기적인 영상신호로 변환하는 신호 처리 회로를 가지는 수광부를 포함한다.The cleaning robot according to an embodiment of the present invention includes a main body, a driving unit driving the main body, an obstacle detecting module detecting an obstacle around the main body, and a control unit controlling the driving unit based on a detection result of the obstacle detecting module. In the cleaning robot comprising, the obstacle detection module, at least one light-emitting unit having a light source, a wide-angle lens that refracts or reflects light incident from the light source and diffuses it into plane light, and a light source driver that emits the light source ; And a reflection mirror that generates reflected light by reflecting the plane light reflected by the obstacle again, an optical lens disposed so as to be spaced apart from the reflection mirror by a predetermined distance to pass the reflected light, and electricity by receiving the reflected light passing through the optical lens. And a light-receiving unit having an optical sensor that generates an electrical image signal, and a signal processing circuit that receives the electrical image signal and converts it into a digital electrical image signal.
상기 장애물 감지 모듈은, 상기 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하거나, 상기 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성하는 장애물 감지 제어부를 더 포함한다.The obstacle detection module further includes an obstacle detection control unit that generates an optical control signal for controlling on and off of the light source, or generates obstacle detection information based on the image signal.
상기 제어부는, 상기 장애물 감지 정보를 기초로 구동 제어신호를 생성하는 것을 포함한다.The control unit includes generating a driving control signal based on the obstacle detection information.
상기 제어부는, 상기 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하거나, 상기 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성하거나, 또는 상기 장애물 감지 정보를 기초로 구동 제어신호를 생성하는 것을 포함한다.The controller includes generating an optical control signal for controlling on and off of the light source, generating obstacle detection information based on the image signal, or generating a driving control signal based on the obstacle detection information. .
상기 장애물 감지 정보는, 상기 본체와 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락 지점 중에서 적어도 하나를 포함한다.The obstacle detection information includes at least one of a distance between the body and an obstacle, a position of the obstacle, a height of the obstacle, a shape of the obstacle, and a fall point.
상기 광 제어신호를 생성하는 것은, 상기 청소 로봇 청소기가 지면으로부터 들어올려지면, 상기 광원을 오프 시키는 광 제어신호를 생성하는 것을 포함한다.Generating the light control signal includes generating a light control signal for turning off the light source when the cleaning robot cleaner is lifted from the ground.
상기 광 제어신호를 생성하는 것은, 상기 청소 로봇 청소기의 센서창이 이탈되면, 상기 광원을 오프 시키는 광 제어신호를 생성하는 것을 포함한다.Generating the light control signal includes generating a light control signal for turning off the light source when the sensor window of the cleaning robot cleaner is removed.
상기 광 제어신호를 생성하는 것은, 상기 청소 로봇 청소기가 주행을 시작하면 상기 광원을 온 시키는 광 제어신호를 생성하고, 상기 청소 로봇 청소기가 주행을 완료하면 상기 광원을 오프 시키는 광 제어신호를 생성하는 것을 포함한다.Generating the optical control signal generates an optical control signal that turns on the light source when the cleaning robot cleaner starts driving, and generates an optical control signal that turns off the light source when the cleaning robot cleaner completes driving. Includes that.
본 발명의 일 실시예에 따른 청소 로봇은 본체, 상기 본체를 구동시키는 구동부, 상기 본체 주위의 장애물을 감지하는 장애물 감지 모듈, 및 상기 장애물 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇에 있어서, 상기 장애물 감지 모듈은, 광원과, 상기 광원에서 입사된 광을 평면광으로 확산시키는 광각렌즈를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및 장애물에 의해 반사된 평면광을 전달받아 전기적인 영상신호를 생성하는 광학 센서를 포함하는 수광부를 포함한다.The cleaning robot according to an embodiment of the present invention includes a main body, a driving unit driving the main body, an obstacle detecting module detecting an obstacle around the main body, and a control unit controlling the driving unit based on a detection result of the obstacle detecting module. In the cleaning robot comprising, the obstacle detection module, at least one light-emitting unit having a light source and a wide-angle lens for diffusing the light incident from the light source to the plane light; And a light receiving unit including an optical sensor that receives the plane light reflected by the obstacle and generates an electric image signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈은 청소 로봇에 설치되는 장애물 감지 모듈에 있어서, 광원과, 상기 광원에서 입사된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광으로 확산시키는 광각렌즈, 및 상기 광원을 발광시키는 광원 구동부를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및 상기 장애물에 의해 반사된 평면광을 다시 반사시켜 반사광을 생성하는 반사 미러, 상기 반사 미러로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 광학 렌즈, 상기 광학 렌즈를 통과한 반사광을 받아 전기적인 영상신호를 생성하는 광학 센서, 및 상기 전기적인 영상신호를 받아 디지털 형태의 전기적인 영상신호로 변환하는 신호 처리 회로를 가지는 수광부를 포함한다.An obstacle detection module according to an embodiment of the present invention is an obstacle detection module installed in a cleaning robot, comprising: a light source, a wide-angle lens that refracts or reflects light incident from the light source to diffuse it into plane light, and emits light. At least one light-emitting unit having a light source driving unit to be configured; And a reflection mirror that generates reflected light by reflecting the plane light reflected by the obstacle again, an optical lens disposed so as to be spaced apart from the reflection mirror by a predetermined distance to pass the reflected light, and electricity by receiving the reflected light passing through the optical lens. And a light-receiving unit having an optical sensor that generates an electrical image signal, and a signal processing circuit that receives the electrical image signal and converts it into a digital electrical image signal.
상기 발광부는, 상기 광각렌즈의 전방에 위치하며, 평면광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿을 더 포함한다.The light emitting unit further includes a slit positioned in front of the wide-angle lens and capable of adjusting a thickness of the plane light.
상기 반사 미러와 상기 광학 센서 사이에는 상기 광학 렌즈가 배치되고, 상기 광학 센서의 전방에는 상기 발광부가 배치되는 것을 포함한다.The optical lens is disposed between the reflective mirror and the optical sensor, and the light emitting unit is disposed in front of the optical sensor.
상기 적어도 하나의 발광부는 상기 청소 로봇에서 배치되는 위치 또는 지면으로부터의 높이가 서로 상이한 복수의 발광부를 포함한다.The at least one light-emitting unit includes a plurality of light-emitting units having different heights from the ground or a position disposed in the cleaning robot.
상기 복수의 발광부는 평면광을 동시 또는 순차적으로 확산시키는 것을 포함한다.The plurality of light-emitting units include simultaneously or sequentially diffusing planar light.
상기 복수의 발광부는, 상기 청소 로봇에서 배치되는 제 1 발광부 내지 제 3 발광부로 구성되며, 상기 제1 발광부는 상기 청소 로봇의 전방에 설치되는 수광부의 전방에 설치되며, 상기 제2 발광부는 상기 제1 발광부로부터 좌측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되고, 상기 제3 발광부는 상기 제1 발광부로부터 우측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되는 것을 포함한다.The plurality of light emitting units are composed of a first light emitting unit to a third light emitting unit disposed in the cleaning robot, the first light emitting unit is installed in front of a light receiving unit installed in front of the cleaning robot, and the second light emitting unit The first light-emitting part is installed to be spaced apart from the left by a predetermined distance, and the third light-emitting part is installed to be spaced apart from the first light-emitting part by a predetermined distance to the right.
상기 복수의 발광부는, 상기 청소 로봇에서 배치되는 제 1 발광부 내지 제 4 발광부로 구성되며, 상기 제1 발광부 및 제2 발광부는 상기 청소 로봇의 전방에 설치된 수광부로부터 좌측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되고, 상기 제3 발광부 및 제4 발광부는 상기 청소 로봇의 전방에 설치된 수광부로부터 우측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되는 것을 포함한다.The plurality of light emitting units are composed of a first light emitting unit to a fourth light emitting unit disposed in the cleaning robot, and the first light emitting unit and the second light emitting unit are spaced apart by a predetermined distance to the left from the light receiving unit installed in front of the cleaning robot. And installed, and the third light emitting unit and the fourth light emitting unit are installed to be spaced apart from the light receiving unit installed in front of the cleaning robot by a predetermined distance to the right.
상기 반사 미러는 꼭지점이 상기 광학 센서와 마주보도록 배치되는 원뿔형의 반사 미러인 것을 포함한다.The reflective mirror includes a conical reflective mirror disposed such that a vertex faces the optical sensor.
상기 반사 미러는, 원뿔의 밑면에서부터 미리 정해진 높이까지는 빗면이 오목한 곡선형태로 형성되고, 상기 미리 정해진 높이에서 꼭지점까지는 빗면이 볼록한 곡선형태로 형성되는 것을 포함한다.The reflective mirror includes a concave curved shape with an inclined surface formed from the bottom of the cone to a predetermined height, and a convex curved shape from the predetermined height to the vertex.
상기 광학 센서, 상기 광학 렌즈 또는 상기 반사 미러의 표면에는 상기 평면광의 파장을 통과시키는 필터가 코팅되는 것을 포함한다.The optical sensor, the optical lens, or the surface of the reflective mirror includes a filter that passes the wavelength of the planar light.
상기 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하거나, 상기 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성하는 장애물 감지 제어부를 더 포함한다.It further comprises an obstacle detection controller for generating an optical control signal for controlling the on and off of the light source, or for generating obstacle detection information based on the image signal.
상기 장애물 감지 정보는, 상기 본체와 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락 지점 중에서 어느 하나를 포함한다.The obstacle detection information includes any one of a distance between the main body and an obstacle, a position of the obstacle, a height of the obstacle, a shape of the obstacle, and a fall point.
본 발명의 일 실시예에 따른 광각렌즈는 광원으로부터 유입되는 광을 통과시킬 수 있는 투명부재로 이루어진 광각렌즈에 있어서, 상기 광원으로부터 유입된 광을 굴절시켜 상기 광각렌즈 내부에서 확산시키는 제1확산면; 상기 제1확산면을 통해서 굴절된 광을 굴절 또는 반사시켜서 평면광을 생성하는 제2확산면; 및 상기 제2확산면의 반대 면에 음각의 형태로 형성되고, 상기 광원이 삽입되어 고정되는 삽입홈부를 포함한다.A wide-angle lens according to an embodiment of the present invention is a wide-angle lens made of a transparent member capable of passing light introduced from a light source, wherein the first diffusion surface refracts light introduced from the light source and diffuses it inside the wide-angle lens. ; A second diffusion surface for generating plane light by refracting or reflecting the light refracted through the first diffusion surface; And an insertion groove formed in the shape of an intaglio on a surface opposite to the second diffusion surface and into which the light source is inserted and fixed.
상기 제1확산면으로부터 굴절된 광 또는 상기 제2확산면으로부터 반사된 광을 굴절시켜서 평면광을 생성하는 제3확산면을 더 포함한다.And a third diffusion surface configured to generate planar light by refracting light refracted from the first diffusion surface or light reflected from the second diffusion surface.
상기 제2확산면은 상기 광각렌즈의 어느 일면에 "U" 또는 "V"형상으로 음각되어 형성되는 것을 포함한다.The second diffusion surface may be formed by engraving a “U” or “V” shape on one surface of the wide-angle lens.
상기 제2확산면은, 중앙부분에 형성되고, 전방에 수직한 직선 형태의 제1경계면과 상기 제1경계면과 미리 정해진 각도를 이루는 곡선 형태의 제2경계면을 포함하며, 상기 제1경계면은 상기 제1확산면을 통해서 굴절된 광을 굴절시켜 평면광을 생성하고, 상기 제2경계면은 상기 제1확산면을 통해서 굴절된 광을 상기 제3확산면을 향하여 반사시키는 것을 포함한다. The second diffusion surface includes a first boundary surface in a straight line form perpendicular to the front and a second boundary surface in a curved shape forming a predetermined angle with the first boundary surface, and the first boundary surface is the The light refracted through the first diffusion surface is refracted to generate planar light, and the second boundary surface reflects the light refracted through the first diffusion surface toward the third diffusion surface.
상기 미리 정해진 각도 또는 상기 곡선의 곡률에 따라 상기 평면광의 확산 범위가 조절되는 것을 포함한다.It includes controlling the diffusion range of the plane light according to the predetermined angle or the curvature of the curve.
상기 제2확산면의 표면에는 마루가 뾰족한 물결무늬가 더욱 형성되는 것을 포함한다.A wave pattern having a pointed floor is further formed on the surface of the second diffusion surface.
상기 제2확산면은 상기 광각렌즈의 어느 일면에 음각의 원뿔 형상으로 형성되고, 상기 삽입홈부의 중심축은 상기 제2확산면의 중심축과 일치하도록 형성되는 것을 포함한다.The second diffusion surface is formed in a conical shape of an intaglio on one surface of the wide-angle lens, and a central axis of the insertion groove is formed to coincide with a central axis of the second diffusion surface.
상기 제2확산면 또는 제3확산면은 상기 평면광의 두께를 감소시키는 볼록한 형상을 하는 것을 포함한다.The second diffusion surface or the third diffusion surface may have a convex shape for reducing the thickness of the planar light.
본 발명에 따른 장애물 감지 모듈을 이용하면 균일한 평면광을 형성할 수 있어 장애물 감지의 정확도를 향상시킬 수 있고, 평면광을 이용하여 주변에 존재하는 장애물을 감지할 수 있으므로, 복수개의 센서를 장착하거나 별도의 서보 메커니즘을 장착할 필요가 없어 경제적, 구조적 효율성도 향상된다.When the obstacle detection module according to the present invention is used, a uniform plane light can be formed, so that the accuracy of obstacle detection can be improved, and a plurality of sensors can be installed because the plane light can be used to detect obstacles in the vicinity. There is no need to install a separate servo mechanism, which improves economical and structural efficiency.
또한, 장애물 감지 모듈을 구비한 청소 로봇은 주변의 장애물을 정확하게 감지함으로써 효율적으로 주행할 수 있게 된다.In addition, the cleaning robot equipped with the obstacle detection module can efficiently travel by accurately detecting surrounding obstacles.
또한, 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇은 청소 로봇의 상태에 따라 장애물 감지 모듈을 효율적으로 제어할 수 있다.In addition, the cleaning robot including the obstacle detection module may efficiently control the obstacle detection module according to the state of the cleaning robot.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시에에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 사시도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 배면도이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 생성하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 생성하는 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 외관을 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 2개의 발광부와 수광부가 서로 다른 위치에 장착된 경우 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 3개의 발광부를 포함하는 경우 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 4개의 발광부를 포함하는 경우 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 수광부의 일 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제1 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제2 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.
도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제3 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제4 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.
도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제5 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 감지 모듈의 수광부의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a의 F 영역을 도시한 도면이다.
도 6c는 도 6a의 G-G` 방향의 단면을 도시한 도면이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 감지 모듈의 수광부의 다른 일 예를 포함하는 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.
도 6e는 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 감지 모듈의 수광부의 다른 일 예를 포함하는 청소 로봇이 장애물까지의 거리를 판단하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제1 광각 렌즈를 도시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제1 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제1 광각 렌즈가 장애물 감지 모듈에 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제2 광각 렌즈를 도시한 도면이다.
도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제2 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.
도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제3 광각 렌즈를 도시한 도면이다.
도 7g는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제3 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 도시한 분해 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 도시한 사시도이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.
도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈가 장애물 감지 모듈에 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제1 내지 제3 광각 렌즈를 사용했을 때의 평면광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿을 도시한 도면이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 사용했을 때의 평면광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿을 도시한 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 슬릿의 크기를 크게 했을 때 장애물을 감지한 결과를 도시한 도면이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 슬릿의 크기를 작게 했을 때 장애물을 감지한 결과를 도시한 도면이다.
도 11은 장애물까지의 거리를 산출하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 각 구성요소와 장애물 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈과 장애물을 도시한 평면도이다.
도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈과 장애물을 도시한 측면도이다.
도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 광학 센서에 수신된 영상을 도시한 도면이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 높이에 설치된 경우 복수의 발광부와 장애물을 도시한 평면도이다.
도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 높이에 설치된 경우 복수의 발광부와 장애물을 도시한 측면도이다.
도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 높이에 설치된 경우 복수의 발광부에서 조사된 후 장애물에 반사된 반사광이 광학 센서에 수신된 이미지 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 위치에 설치된 경우 복수의 발광부와 장애물을 도시한 평면도를 도시한 도면이다.
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 추락 지점을 감지하기 위해서 제2 광각렌즈를 세로로 배치한 측면도를 도면이다.
도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 추락 지점을 감지하기 위해서 제4 광각렌즈를 세로로 배치한 측면도를 도시한 도면이다.
도 16a는 추락 지점이 없는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 조사하는 모습을 도시한 도면이다.
도 16b는 추락 지점이 없는 경우 지면에서 반사된 반사광을 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 광학 센서가 수신한 이미지를 도시한 도면이다.
도 17a는 추락 지점이 있는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 조사하는 모습을 도시한 도면이다.
도 17b는 추락 지점이 있는 경우에 지면에서 반사된 반사광을 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 광학 센서가 수신된 이미지를 도시한 도면이다.1 is a conceptual diagram of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
2A is a block diagram illustrating a control flow of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
2B is a perspective view of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
2C is a rear view of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
2D is a perspective view of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
3A is a block diagram illustrating a control flow of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
3B is a diagram illustrating an example in which the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention generates plane light.
3C is a diagram illustrating another example in which the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention generates plane light.
4A is a view showing the appearance of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
4B is a view showing a field of view of a cleaning robot when two light emitting units and light receiving units included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are mounted at different positions.
4C is a diagram illustrating a field of view of a cleaning robot when the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention includes three light emitting units.
4D is a diagram illustrating a field of view of a cleaning robot when an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention includes four light emitting units.
5A is a diagram illustrating an example of a light receiving unit included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
5B is a diagram illustrating a first example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
5C is a diagram illustrating a second example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
5D is a diagram illustrating a third example of a reflection mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained by the reflection mirror.
5E is a diagram illustrating a fourth example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
FIG. 5F is a diagram illustrating a fifth example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
6A is a view showing another example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
6B is a diagram illustrating area F of FIG. 6A.
6C is a view showing a cross section in the direction GG′ of FIG. 6A.
6D is a view showing a field of view of a cleaning robot including another example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
6E is a graph for explaining that a cleaning robot including another example of a light receiving unit of an obstacle detecting module according to an embodiment of the present invention determines a distance to an obstacle.
7A is a diagram illustrating a first wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7B is a diagram illustrating diffusion of plane light passing through a first wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
7C is a diagram illustrating a state in which a first wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention is installed in the obstacle detection module.
7D is a diagram illustrating a second wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
7E is a diagram illustrating diffusion of plane light passing through a second wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
7F is a diagram illustrating a third wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
7G is a diagram illustrating diffusion of plane light passing through a third wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
8A is an exploded perspective view illustrating a fourth wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
8B is a perspective view illustrating a fourth wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
8C is a diagram illustrating diffusion of plane light passing through a fourth wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
8D is a diagram illustrating a state in which a fourth wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention is installed in the obstacle detection module.
9A is a diagram illustrating a slit capable of adjusting the thickness of plane light when using first to third wide-angle lenses included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
9B is a diagram illustrating a slit capable of adjusting a thickness of a plane light when a fourth wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention is used.
10A is a diagram illustrating a result of detecting an obstacle when the size of a slit included in the obstacle detection module is increased according to an embodiment of the present invention.
10B is a diagram illustrating a result of detecting an obstacle when the size of a slit included in the obstacle detection module is reduced according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing a relationship between each component of an obstacle detection module and an obstacle in order to calculate a distance to an obstacle.
12A is a plan view illustrating an obstacle detection module and an obstacle according to an embodiment of the present invention.
12B is a side view illustrating an obstacle detection module and an obstacle according to an embodiment of the present invention.
12C is a diagram illustrating an image received by an optical sensor of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
13A is a plan view illustrating a plurality of light emitting units and an obstacle when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an exemplary embodiment are installed at different heights.
13B is a side view illustrating a plurality of light emitting units and an obstacle when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are installed at different heights.
FIG. 13C is a diagram illustrating an image in which reflected light reflected from an obstacle is received by an optical sensor after being irradiated from a plurality of light emitting units when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are installed at different heights to be.
14 is a plan view illustrating a plurality of light emitting units and an obstacle when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an exemplary embodiment are installed at different positions.
15A is a side view of an obstacle detection module in which a second wide-angle lens is vertically disposed to detect a fall point according to an embodiment of the present invention.
15B is a view showing a side view in which a fourth wide-angle lens is vertically disposed in order to detect a fall point by the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
16A is a diagram illustrating a state in which an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention irradiates plane light when there is no fall point.
16B is a diagram illustrating an image received by an optical sensor of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention of reflected light reflected from the ground when there is no fall point.
17A is a diagram illustrating a state in which an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention irradiates plane light when there is a fall point.
17B is a diagram illustrating an image in which the optical sensor of the obstacle detection sensor according to an embodiment of the present invention receives reflected light reflected from the ground when there is a fall point.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modifications that may replace the embodiments and drawings of the present specification at the time of filing of the present application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 청소 로봇(1)은 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 영역을 스스로 이동하면서 바닥으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소 영역을 자동으로 청소하는 장치이다. 이러한 청소 로봇(1)은 각종 센서 등을 통해 청소 영역 내에 위치하는 장애물 또는 벽을 감지하고, 감지 결과를 이용하여 청소 로봇(1)의 주행 경로 및 청소 동작을 제어하게 된다.As shown in FIG. 1, the cleaning
특히, 청소 로봇(1)은 실내를 주행하면서 평면광을 조사하고 그 평면광이 조사되는 위치에 존재하는 장애물들을 감지한다. 후술하겠지만, 평면광이란 광원에서 방출된 광이 동일한 평면에서 여러 방향으로 진행하는 두께가 얇은 빛을 의미한다.In particular, the cleaning
상술한 바와 같이 장애물을 감지하는 장애물 감지 모듈(미도시)이 설치된 청소 로봇(1)은 주변의 전방향(Omni-Direction)을 감지하거나 또는 부채꼴 형상의 넓은 영역을 감지할 수 있다. 또한, 청소 로봇(1)은 장애물 감지 모듈(미도시)의 감지결과를 기초로 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락지점을 판단할 수 있다. 이를 바탕으로, 청소 로봇(1)은 청소 영역을 판단하여 청소를 수행할 수 있다. As described above, the cleaning
도 2a는 본 발명의 일 실시에에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 제어 흐름을 도시한 블럭도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 사시도이고, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈을 포함하는 청소 로봇의 배면도이고, 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 사시도이다.2A is a block diagram showing a control flow of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a perspective view of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention. 2C is a rear view of a cleaning robot including an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2D is a perspective view of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 청소 로봇(1)은 본체(20)에 의하여 외관이 형성되고, 청소 로봇(1)은 청소 공간을 청소하는 청소 유닛(30), 청소 로봇(1)을 이동시키는 주행 유닛(40), 사용자로부터 청소 로봇(1)에 대한 동작 명령을 입력받고 청소 로봇(1)의 동작 정보를 표시하는 입출력 유닛(12), 청소 공간 내에서 청소 로봇(1)의 위치를 검출하는 위치 검출 유닛(13), 청소 공간 내의 위치하는 장애물을 감지하는 장애물 감지 유닛(14), 청소 로봇(1)이 청소 공간의 바닥에서 들어 올려지는 것을 감지하는 리프트 감지 유닛(15), 청소 로봇(1)의 움직임을 감지하는 동작 감지 유닛(16), 주행 유닛(40) 및 청소 유닛(30)을 구동하는 구동 유닛(17), 각종 데이터를 저장하는 저장 유닛(18), 청소 로봇(1)에 전원을 공급하는 전원 유닛(19), 청소 로봇(1)을 구성하는 각각의 구성을 제어하는 제어 유닛(11)을 포함한다.2A to 2D, the cleaning
청소 유닛(30)은 바닥에 존재하는 먼지를 쓸어 흡입구로 유도하는 메인브러시(30)와, 벽면 인접부와 구석부분을 청소하기 위한 사이드 브러시(32a, 32b)을 포함한다. The
메인브러시(31)는 본체(20) 하측에 형성된 개구(33)에 장착될 수 있으며, 본체(20)가 놓여 있는 바닥에 쌓인 먼지를 청소한다. 이때, 개구(33)는 예를 들어, 본체(20) 하측의 중앙 영역에서 후방(R)으로 치우친 부분에 형성될 수 있으며, 먼지가 유입되는 먼지 유입구 역할을 한다. 이러한 메인브러시(31)는 롤러(31a)와, 롤러(31a)의 외부면에 박혀 있는 브러시(31b)를 포함할 수 있다.The
롤러(31a)는 브러시(31b)를 회전시키는 역할을 하며, 브러시(31b)는 롤러(31a)가 회전함에 따라 바닥에 쌓인 먼지를 휘저어 먼지가 개구(33)로 유입되도록 유도할 수 있다. 이때, 롤러(31a)는 단단한 강체로 형성될 수 있고, 브러시(31b)는 탄성력을 가지는 다양한 재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
도면에 도시되지 않았으나 청소 유닛(30)은 개구(33)의 내부에는 흡입력을 발생시키는 송풍장치(미도시)가 마련되어, 송풍장치(미도시)에 의해 먼지 유입구로 유입된 먼지를 집진장치(미도시)로 이동시킬 수 있다.Although not shown in the drawing, the
주행 유닛(40)은 주행 제어신호에 따라 청소 로봇 본체(20)를 주행시키는 주행 바퀴(41, 42)와 청소 로봇(1)의 주행방향에 따라 회전하여 본체(20)가 안정된 자세를 유지할 수 있도록 하는 캐스터(43)를 포함한다. The traveling
주행 바퀴(41, 42)는 예를 들어, 본체(20) 하부의 중앙 영역의 좌우 가장자리에 서로 대칭적으로 두 개가 배치될 수 있다. 이러한 주행 바퀴(41, 42)는 구동회로의 제어를 통해 청소 로봇(1)이 청소를 수행하는 과정에서 전진, 후진 및 회전주행 등의 이동 동작이 가능하도록 한다.Two driving
캐스터(43)는 주행방향을 기준으로 본체(20) 하부의 전방 가장자리에 설치될 수 있다.
이와 같은 구동바퀴(41, 42)와 캐스터(43)는 하나의 어셈블리로 구성되어 본체(20)에 장착될 수 있으며, 본체(20)로부터 분리될 수도 있다.The
입출력 유닛(12)은 청소 로봇 본체(02)의 상면에 마련되어, 청소 로봇(1)의 동작 또는 정지, 주행 모드 등 청소 로봇(1)과 관련된 사용자의 동작 명령을 입력받는 복수의 조작 버튼(81)과 청소 로봇(1)의 동작 여부, 주행 모드 등 청소 로봇(1)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이 패널(82)을 포함한다. 이와 같은 조작 버튼(81)은 멤브레인 스위치(membrane switch)를 채용할 수 있으며, 디스플레이 패널(82)은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널 또는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널을 채용할 수 있다.The input/
위치 검출 유닛(13)은 청소 로봇(1) 상방(上方)의 영상 즉 청소 공간의 천장의 영상을 획득하는 상방 카메라 모듈(70)을 포함할 수 있다.The
예를 들어, 청소 로봇(1)은 정해진 경로 없이 임의의 방향으로 주행하는 경우 즉, 맵이 없이 주행하는 경우에 청소 영역을 주행하는 데, 이때, 위치 검출 유닛(13)은 상방 카메라 모듈(70)을 통하여 청소 로봇(1)의 상부 영상을 촬영함으로써 청소 로봇(1)의 위치 정보를 생성할 수 있다.For example, the cleaning
장애물 감지 유닛(14)은 청소 로봇(1)의 전방 또는 측방을 향하여 평면광을 조사하고, 장애물에 반사된 반사광을 검출함으로써 장애물을 검출하는 장애물 감지 모듈(100)을 포함한다.The
도 2d에 의하면 장애물 감지 모듈(100)은 청소 로봇(1)의 주행방향 즉, 전면에 장착된다. 하지만, 복수의 장애물 감지 모듈(100)이 청소 로봇(1)에 설치될 때는 다른 위치에 설치될 수 있다. According to FIG. 2D, the
장애물 감지 모듈(100)에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다..The
리프트 감지 유닛(15)은 주행 바퀴(41, 42)의 이탈을 감지하는 이탈 센서 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 청소 로봇(1)이 청소 공간의 바닥으로부터 떨어지면 주행 바퀴(41, 42)는 본래 위치로부터 이탈하며, 이탈 센서 모듈은 주행 바퀴(41, 42)의 이탈을 감지한다. 후술하겠지만, 리프트 감지 유닛(15)에 의하여 청소 로봇(1)이 들어 올려진 것이 감지되면 청소 로봇(1)은 후술할 장애물 감지 모듈(미도시)에 포함된 광원(미도시)을 오프시킨다. The
동작 감지 유닛(16)은 청소 로봇(1)의 병진 이동 및 회전을 감지하는 가속도 센서(미도시), 자이로 센서(미도시) 등을 포함할 수 있으며, 청소 로봇(1)의 주행 정보를 생성한다. 후술하겠지만, 장애물 감지 모듈에 포함된 광원 구동부는 상술한 주행 정보를 기초로 동작한다. 예를 들어, 후술할 광원 구동부는 동작 감지 유닛(16)으로부터 주행신호를 전달 받으면 광원을 온시키고, 정지신호를 전달 받으면 광원을 오프시킬 수 있다.The
저장 유닛(18)은 청소 로봇(1)의 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 제어 데이터를 영구적으로 저장하는 자기 디스크(magnetic disc), 반도체 디스크(solid state disk) 등의 비휘발성 메모리(미도시)와 청소 로봇(1)의 동작을 제어하는 과정에서 생성되는 임시 데이터를 저장하는 D-램(D-RAM), S-램(S-RAM) 등의 휘발성 메모리(미도시)를 포함할 수 있다.The
전원 유닛(19)은 청소 로봇(1)을 구성하는 각각의 구성에 구동 전원을 공급하는 배터리(50)를 포함한다.The
이때, 배터리(50)는 예를 들어, 재충전이 가능한 2차 배터리일 수 있으며, 본체(20)가 청소 과정을 완료하고 도킹스테이션(미도시)에 결합된 경우 도킹스테이션(미도시)으로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다.At this time, the
제어 유닛(11)은 청소 로봇(1)의 장애물 감지 모듈(100)의 감지 결과에 기초하여 구동을 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 제어 유닛(11)은 청소 로봇(1)의 주변환경에 관한 정보인 장애물 감지 정보에 기초하여 주행 경로를 설정하고, 설정된 주행 경로에 따라 청소 로봇(1)의 주행 또는 청소 동작을 제어하도록 하는 구동 제어신호를 생성할 수 있다.The control unit 11 serves to control the driving based on the detection result of the
이때, 장애물 감지 정보는 본체와 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락지점 등을 포함할 수 있으며, 장애물 감지 모듈(100)로부터 전송 받거나 제어 유닛(11)에서 직접 생성할 수 있다.At this time, the obstacle detection information may include the distance between the body and the obstacle, the position of the obstacle, the height of the obstacle, the shape of the obstacle, and the fall point, and is transmitted from the
이상에서는 청소 로봇(1)의 구성에 대하여 설명하였다. 이하에서는 청소 로봇에 포함된 장애물 감지 모듈에 대하여 설명한다.In the above, the configuration of the cleaning
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.3A is a block diagram illustrating a control flow of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 장애물 감지 모듈(100)은 광원(112)에서 방출된 광을 평면광으로 확산시켜 방출하는 적어도 하나의 발광부(110), 장애물에 의해 반사된 평면광을 전달받아 전기적인 영상신호를 생성하는 수광부(120) 및 장애물 감지 제어부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the
발광부(110)는 광원(112), 광원(112)을 구동하는 광원 구동부(113)를 포함할 수 있다.The
광원(112)은 광을 방출하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 레이저 다이오드(LD), LED 등 일 수 있다. 광은 적외선, 가시광선 등을 포함할 수 있다. 또한, 광원(112)는 한 방향으로 진행하는 빔 형태의 광을 발생시킬 수 있다.The
광원 구동부(113)는 장애물 감지 제어부(130)의 광 제어신호에 따라 광원(112)을 발광시키고, 포토 다이오드(미도시) 등을 이용하여 조사된 광의 세기를 장애물 감지 제어부(130)로 피드백 할 수 있다.The
수광부(120)는 장애물에 의한 반사된 반사광의 경로를 변경하는 광학 기구(121), 광학 기구(121)에 의하여 경로가 변경된 반사광을 전달받아 전기적인 영상신호를 생성하는 광학 센서(123), 및 전기적인 영상신호를 전달받아 디지털 형태의 신호로 변환하는 신호 처리 회로(124)를 포함할 수 있다. 다만, 광학 센서(123)가 전기적인 영상신호를 디지털 형태의 신호로 변환하는 기능을 포함하는 경우에는 수광부(120)는 별도의 신호 처리 회로(124)를 포함하지 않을 수 있다.The
광학 기구(121)는 장애물에 의해 반사된 반사광이 후술할 광학 센서(123)를 향하도록 반사광의 경로를 변경시킨다. 이와 같은 광학 기구(121)는 광의 경로를 변경할 수 있는 미러, 렌즈, 전반사 프리즘 등을 어느 것이라도 채용할 수 있다.The
예를 들어, 광학 기구(121)로서 미러를 채용하는 경우, 광학 기구(121)는 장애물에 의하여 반사된 반사광을 다시 반사시킴으로써 반사광이 광학 센서를 향하도록 할 수 있다. 또한, 광학 기구(121)로서 렌즈를 채용하는 경우, 광학 기구(121)는 장애물에 의하여 반사된 반사광을 굴절시켜 반사광이 광학 센서를 향하도록 할 수 있다. 또한, 광학 기구(121)로서 전반사 프리즘을 채용하는 경우, 광학 기구(121)는 쟁애물에 의하여 반사 반사광을 반사시키거나 굴절시켜 반사광이 광학 센서를 향하도록 할 수 있다.For example, when a mirror is employed as the
또한, 수광부(120)의 광학 기구(121) 또는 광학 센서(123)의 표면에는 평면광의 파장만을 통과시키는 필터가 코팅되어 있을 수 있다. 이 경우, 발광부(110)에서 조사된 평면광이 장애물에 반사되어 생성된 반사광 외에 다른 빛은 제거될 수 있다.In addition, the surface of the
광학 센서(123)는 장애물에 의해 반사된 반사광을 전달받아 아날로그 또는 디지털 형태의 신호를 생성한다. 예를 들어, 광학 센서(123)는 반사광의 광량을 검출하는 포토 다이오드 센서 또는 반사광에 의한 영상을 획득하는 상보성 금속산화물반도체(MOS) 이미지 센서, 전하결합소자(CCD) 이미지 센서 등의 영상 센서를 채용할 수 있다. The
발광부(110)에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광이 광학 기구(121)를 거쳐 광학 센서(123)에서 아날로그 또는 디지털 형태의 신호로 변환된다.After being irradiated by the light-emitting
또한, 광학 센서(123)로서 영상 센서를 채용하는 경우, 광학 기구(121)와 광학 센서(123) 사이에는 광학 기구(121)로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되어 반사광을 통과시키는 광학 렌즈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 렌즈(미도시)는 광학 기구(121)에 의하여 경로가 변경된 반사광을 집광하여 광학 센서(123)에 영상이 맺히게 할 수 있다. 또한, 이러한 광학 렌즈(미도시)는 볼록렌즈일 수 있다.In addition, when an image sensor is employed as the
신호 처리 회로(124)는 광학 센서(123)로부터 전달받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 신호의 포맷을 변환할 수 있다. 신호 처리 회로(124)는 아날로스 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(미도시)를 포함할 수 있다.The
예를 들어, 광학 센서(123)로서 상술한 영상 센서를 채용한 경우, 신호 처리 회로(124)는 영상 센서가 획득한 영상의 포맷을 기기에 맞춰 변환할 수 있다. 신호 처리 회로(124)는 기기(예를 들면, 청소 로봇)의 특성과 요구에 따라서 JPEG나 MPEG 등 특정 포맷으로의 변환을 할 수 있다.For example, when the above-described image sensor is employed as the
장애물 감지 제어부(130)는 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하고, 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 장애물 감지 정보는 본체와 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락지점 등을 포함할 수 있다.The
또한, 장애물 감지 제어부(130)는 포토 검출기(미도시)로부터 전달받은 광의 세기에 기초하여 원하는 주파수, 듀티비와 세기로 모듈레이션하여 광원 구동부(113)에 제어신호를 전송함으로써 사용자가 원하는 주파수, 듀티비와 세기를 갖는 광을 방출할 수 있도록 한다. 예를 들어, 포토 검출기(미도시)의 검출 결과를 기초로 장애물 감지 제어부(130)는 펄스 폭 변조(Pule Width Modulation: PWM) 등의 제어를 통하여 광의 세기를 제어할 수 있다.In addition, the obstacle
장애물 감지 제어부(130)는 발광부(110) 및 수광부(120)와 물리적으로 결합된 하나의 모듈이어야 하는 것은 아니고, 장애물 감지 모듈(100)이 장착되는 다른 장치, 예를 들어 이동 청소 로봇이나 청소 로봇 등에 구비된 CPU나 MCU 등의 제어부도 장애물 감지 제어부(130)가 될 수 있다.The obstacle
장애물 감지 모듈(100)은 광원(112) 각각이 평면광을 생성하거나, 복수의 광원(112)을 이용하여 평면광을 생성할 수 있다.The
이하에서는 장애물 감지 모듈(100)이 평면광을 생성하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of generating plane light by the
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 생성하는 일 예를 도시한 도면이고, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 생성하는 다른 일 예를 도시한 도면이다.3B is a diagram illustrating an example in which the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention generates flat light, and FIG. 3C is another work in which the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention generates flat light. It is a diagram showing an example.
발광부(110)가 단일의 광원(112)으로부터 평면광을 생성하는 도 3b를 참조하면, 장애물 감지 모듈(100)은 광원(112)에서 조사된 광을 미러를 통하여 반사시키거나 렌즈를 통하여 굴절시킴으로써 부채꼴 형태의 평면광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 입사된 광이 넓게 확산되도록 광을 반사하는 원뿔 형태를 갖는 미러를 이용하거나 입사된 광이 넓게 확산되도록 광을 굴절시키는 광각 렌즈를 이용하여 발광부(110)는 부채꼴 형태의 평면광을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 3B in which the
이에 반하여, 복수의 광원(112)을 이용하여 평면광을 생성하는 도 3c를 참조하면, 청소 로봇(1)의 전방에 여러 개의 광원(112)을 조밀하게 배치하고, 여러 개의 광원이 조사하는 여러 가닥의 빔 형태의 광이 서로 중첩시켜 평면광이 형성되도록 할 수도 있다.On the other hand, referring to FIG. 3C in which plane light is generated using a plurality of
이하에서는 장애물 감지 모듈(100)이 도 3b에 도시된 것과 같이 광각 렌즈를 이용하여 광원(112)으로부터 조사된 광을 굴절시킴으로써 부채꼴 또는 반원 형태의 평면광을 생성하는 것에 대하여 설명한다.Hereinafter, as illustrated in FIG. 3B, the
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 외관을 도시한 도면이다.4A is a view showing the appearance of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
하나의 발광부(110)와 하나의 수광부(120)가 일체로 구성된 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이 발광부(110)와 수광부(120)는 받침대(100b) 위에 배치될 수 있으며, 이때 발광부(110)가 수광부(120)의 전방에 마련될 수 있다. 또한, 발광부(110)는 발광부 하우징(100a) 내부에 위치할 수 있으며, 수광부(120)는 결합부재(100e)에 의하여 수광부(120)를 지지하는 기둥(100c)에 결합될 수 있다.When one light-emitting
그러나, 도 4a에 도시된 구성은 장애물 감지 모듈(100)의 일 예에 불과한 것으로 도 4a에 한정되지 않는다. 즉, 발광부(110)가 받침대(100b)의 아래에 마련되고, 수광부(120)가 받침대(100b)의 위에 마련될 수 있고, 발광부(110)와 수광부(120)가 같은 위치에 위치할 수도 있다.However, the configuration shown in FIG. 4A is only an example of the
다만, 장애물 감지 모듈(100)이 청소 로봇(1)에 장착될 때에는 그 크기를 최대한 작게 만드는 것이 중요하다. 그 때문에, 발광부(110)를 수광부(120)의 앞쪽에 배치시킴으로써 장애물 감지 모듈의 높이를 낮출 수 있다. 이 경우, 수광부(120)의 높이를 발광부(110)보다 높게 배치할 수 있다. 따라서, 발광부(110)를 수광부(120)의 앞쪽에 배치하더라도 장애물에 부딪혀 돌아오는 반사된 평면광은 발광부(110)에 의해 가려지지 않고 완전히 수광부(120)로 전달될 수 있다. However, when the
장애물 감지 모듈을 구성하는 하나의 발광부와 하나의 수광부가 일체형으로 구성되는 것에 한정되지 않으며, 발광부와 수광부가 별도로 마련될 수 있으며, 복수의 발광부 또는 복수의 수광부를 포함할 수도 있다. 다시 말해, 발광부와 수광부가 서로 독립적으로 다른 위치에 배치되는 것도 가능하다One light-emitting unit and one light-receiving unit constituting the obstacle detection module are not limited to being integrally formed, and the light-emitting unit and the light-receiving unit may be separately provided, and may include a plurality of light-emitting units or a plurality of light-receiving units. In other words, it is also possible to arrange the light-emitting unit and the light-receiving unit independently from each other at different positions
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 2개의 발광부와 수광부가 서로 다른 위치에 장착된 경우 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.4B is a view showing a field of view of a cleaning robot when two light emitting units and light receiving units included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are mounted at different positions.
도 4b를 참조하면, 장애물 감지 모듈(100)은 서로 다른 위치에 위치하는 2개 발광부(110a, 110b)와 하나의 수광부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4B, the
또한, 2개의 발광부(110a, 110b)는 청소 로봇(1)에서 배치되는 위치 또는 지면으로부터의 높이가 서로 상이한 복수의 발광부를 포함할 수 있다. In addition, the two light-emitting
이 때, 각 발광부(110a, 110b)의 높이를 다르게 하여 배치하거나, 발광부(110a, 110b) 자체를 기울임으로써, 다양한 높이의 장애물들을 감지하도록 할 수 있다. 발광부(110a, 110b)와 수광부(120)를 동일한 수직선 상에 일렬로 배치하지 않고, 서로 다른 위치에 배치하게 되면 광학 모듈의 높이를 증가시키지 않으면서 다양한 높이의 장애물을 감지할 수 있게 된다.In this case, the
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 3개의 발광부를 포함하는 경우 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.4C is a diagram illustrating a field of view of a cleaning robot when the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention includes three light emitting units.
도 4c를 참조하면, 장애물 감지 모듈(100)은 청소 로봇(1)에서 서로 다른 위치에 배치되는 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)를 포함할 수 있다. 120도의 평면광을 확산시킬 수 있는 발광부(110a, 110b, 110c ) 3개를 사용할 경우, 220도의 평면광을 확산시킬 수 있는 발광부를 하나만 사용한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4C, the
이 경우에는, 제1 발광부(110a)는 청소 로봇(1)의 전방에 설치된 수광부의 전방에 설치되고, 전방을 향하여 평면광을 확산시키도록 배치될 수 있다. 또한, 제2발광부(110b)는 제1 발광부(110a)로부터 좌측으로 미리 정해진 거리만큼 이격 되어 설치되며, 청소 로봇(1)의 전방으로부터 미리 정해진 각도를 형성하면서 평면광을 확산시키도록 배치될 수 있다. 또한, 제3발광부(110c)는 제1 발광부(110a)로부터 우측으로 미리 정해진 거리만큼 이격 되어 설치되며, 청소 로봇(1)의 전방으로부터 미리 정해진 각도를 형성하면서 평면광을 확산시키도록 배치될 수 있다.In this case, the first
이때, 제1발광부(110a), 제2발광부(110b), 및 제3발광부(110c)는 평면광을 확산시키는 영역이 어느 정도 중복될 수 있다. 또한, 청소 로봇(1)에서 제1발광부(110a) 내지 제3발광부(110c)가 설치된 위치적 특성을 고려하여, 청소 로봇(1)이 감지할 수 없는 영역을 최소화 시키는 형태로 배치될 수 있다. In this case, the first light-emitting
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 4개의 발광부를 포함하는 경우 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.4D is a diagram illustrating a field of view of a cleaning robot when an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention includes four light emitting units.
도 4d를 참조하면, 청소 로봇(1)에서 서로 다른 위치에 배치되는 4개의 발광부(110a, 110b, 110c, 110d)가 도시되어 있다. 120도의 평면광을 확산시킬 수 있는 발광부(110a, 110b, 110c, 110d )를 4개를 사용할 경우, 220도의 평면광을 확산시킬 수 있는 발광부(110)를 하나만 사용한 것보다 더 넓은 영역으로 평면광을 확산시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4D, four light emitting
이 경우에는, 제1발광부(110a) 및 제2발광부(110b)는 청소 로봇(1)의 전방에 설치된 수광부(120)로부터 좌측으로 미리 정해진 거리만큼 이격 되어 설치되며, 미리 정해진 각도로 한쌍으로 배치될 수 있다. 또한, 제3 발광부(110c) 및 제4 발광부(110d)는 청소 로봇(1)의 전방에 설치된 수광부(120)로부터 우측으로 미리 정해진 거리만큼 이격 되어 설치되며, 미리 정해진 각도로 한쌍으로 배치될 수 있다.In this case, the first light-emitting
이때, 제1발광부(110a) 및 제2발광부(110b)는 각각 청소 로봇(1)의 전방과 좌측으로 평면광을 확산시킬 수 있으며, 제3발광부(110c) 및 제4발광부(110d)는 각각 청소 로봇(1)의 전방과 우측으로 평면광을 확산시킬 수 있다. 또한, 제1발광부(110a) 내지 제2발광부(110d)는 평면광을 확산시키는 영역이 어느 정도 중복될 수 있다. 또한, 청소 로봇(1)에서 제1발광부(110a) 내지 제4발광부(110d)가 설치된 위치적 특성을 고려하여, 청소 로봇(1)이 감지할 수 없는 영역을 최소화 시키는 형태로 배치될 수 있다. At this time, the first light-emitting
상술한 바와 같이, 장애물 감지 모듈(100)에 의하면 평면광을 균일하게 발생시킴으로써 청소 로봇(1) 주변에 있는 장애물을 감지할 수 있다.As described above, according to the
또한, 상기 장애물 감지 모듈(100)을 구비한 본 발명의 청소 로봇(1)은 주변의 장애물을 감지하고 이를 구동 제어에 이용함으로써 더 효율적인 청소 및 주행이 가능하게 된다. In addition, the cleaning
이하에서는 수광부에 대하여 자세하게 설명한다. Hereinafter, the light receiving unit will be described in detail.
이해을 돕기 위하여 수광부는 반사광의 경로를 변경하기 위한 광학 기구(도 3a의 121)로써 장애물에 의하여 반사된 반사광을 광학 센서(도 3a의 123)를 향하여 반사시키는 반사 미러를 채용한 것으로 가정하여 설명한다.For better understanding, it is assumed that the light receiving unit adopts a reflection mirror that reflects the reflected light reflected by an obstacle toward the optical sensor (123 in FIG. 3A) as an optical device (121 in FIG. 3A) for changing the path of the reflected light. .
또한, 수광부는 영상 센서를 이용하는 수광부의 일 예와 포토 다이오드를 이용하는 수광부의 다른 일 예를 구분하여 설명하며, 우선 영상 센서를 이용하는 수광부를 설명한다.In addition, the light receiving unit will be described by dividing an example of a light receiving unit using an image sensor and another example of a light receiving unit using a photodiode, and first, a light receiving unit using an image sensor will be described.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 수광부의 일 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.5A is a diagram illustrating an example of a light receiving unit included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
도 5a의 (a)에 도시된 바와 같이, 수광부(120a)는 장애물로부터 반사된 반사광이 영상 센서(123a)를 향하도록 반사광의 경로를 변경하는 반사 미러(121a) 반사 미러(121a)에 의하여 경로가 변경된 반사광을 집광하는 광학 렌즈(122b), 광학 렌즈(122b)에 의하여 집광된 반사광을 수신하는 영상 센서(123a)를 포함한다. As shown in (a) of FIG. 5A, the
반사 미러(121a)는 다양한 방향에서 입사되는 반사광의 경로를 영상 센서(123a)를 향하여 변경하기 위하여 원뿔 형태의 미러(conic mirror)를 채용할 수 있다. 또한, 반사 미러(121a)는 영상 센서(123a)의 상부에 설치되고, 원뿔 형태의 반사 미러(121a)의 꼭지점이 영상 센서(123a)와 마주보도록 연직 하방으로 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 원뿔 형태의 반사 미러(121a)가 영상 센서(123a)의 하부에 설치되고, 영상 센서(123a)는 원뿔 형태의 반사 미리(121a)의 꼭지점이 영상 센서(123a)와 마주보도록 연직 상방에 배치될 수도 있다. 다만, 반사 미러(121a)의 형태는 원뿔 형태에 한정되는 것은 아니다.The
또한, 이와 같은 반사 미러(121a)는 장애물로부터 반사된 반사광을 왜곡없이 연상 센서(123a)로 반사시키기 위하여 알루미늄(Al) 재질의 금속을 채용하거나, 플라스틱 재질에 크롬(Cr)을 도금하여 반사 미러(121a) 표면의 반사율을 향상시킬 수 있다.In addition, such a
이와 같이 원뿔 형태의 반사 미러(121a)를 채용하는 경우, 영상 센서(123a)는 도 5a의 (b)에 도시된 것과 같은 영상을 획득할 수 있다. 구체적으로, 영상의 중심은 청소 로봇 본체에 의하여 반사광이 차단되어 장애물과 관련된 영상이 획득되지 않고, 영상의 중심에서 반경 방향으로 일정 거리 만큼 떨어진 위치부터 장애물과 관련된 영상이 획득된다. 또한, 청소 로봇 본체로부터 가깝고 청소 바닥으로부터 낮은 위치에 위치하는 장애물의 영상은 전체 영상의 중심에서 가까운 위치에 위치하고, 청소 로봇 본체로부터 멀고 청소 바닥으로부터 높은 위치에 위치하는 장애물의 영상을 전체 영상의 원주에 가까운 위치에 위치한다. 다시 말해, 청소 로봇으로부터 가까운 위치의 장애물일수록 장애물의 영상은 영상 센서(123a)가 획득한 영상의 중심에서 가까운 위치에 위치하고, 청소 로봇으로부터 먼 장애물일수록 장애물의 영상의 영상 센서가(123a)가 획득한 영상의 중심에서 먼 위치에 위치한다.When the conical reflecting
이하에서는 다양한 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a)을 예시하고, 각각의 반사 미런에 의한 청소 로봇의 시야 범위와 영상 센서(123a)가 획득하는 장애물 영상의 예를 설명한다.Hereinafter, a
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제1 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.5B is a diagram illustrating a first example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
도 5b를 참조하면, 반사 미러(121a-1)는 도 5b의 (a)에 도시된 바와 같이 일반적인 원뿔의 형태를 갖는다.Referring to FIG. 5B, the
일반적인 원뿔의 형태를 갖는 반사 미러(121a-2)의 A-A` 방향의 단면은 도 5c의 (b)에 도시된 바와 같이 직각 삼각형 형태와 같다.A cross section of the reflecting
이와 같이 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a-1)을 이용한 청소 로봇(1)은 도 5b의 (c)에 도시된 것과 같이 부채꼴 형태의 시야 범위를 갖는다. 구체적으로, 청소 로봇(1)은 반사 미러(121a-1)를 포함한 수광부(120a)가 위치하는 전방을 기준으로 좌우 양방향으로 대략 100도에서 150도 다시 말해, 청소 로봇(1)을 기준으로 대략 200도에서 300도 사이의 시야 각을 갖을 수 있다. 청소 로봇(1)의 본체가 수광부(121a)의 시야를 차단하기 때문에 360도의 시야 각을 갖을 수 없는 것이다. 청소 로봇(1)의 시야 각은 수광부(121a)의 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 수광부(121a)가 청소 로봇(1) 본체로부터 돌출되어 마련되면 넓은 시야각을 확보할 수 있으며, 수광부(121a)가 청소 로봇(1) 본체의 내측으로 들어가 위치하면 시야각이 좁아진다.As described above, the cleaning
또한, 청소 로봇(1)은 일정한 시야 거리(d)를 확보할 수 있다. 이와 같은 청소 로봇(1)의 시야 거리(d)는 영상 센서(123a)의 해상도, 반사 미러(121a)의 재질, 반사 미러(121a)의 형태 즉 원뿔을 형성하는 빗면의 각도에 따라 달라질 수 있다.In addition, the cleaning
반사 미러(121a-1)를 이용한 청소 로봇(1)에 포함된 영상 센서(123a)는 도 5b의 (d)에 도시된 것과 같이 부채꼴 형태의 영상을 획득할 수 있다. 구체적으로, 도 5b의 (d)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(1)의 시야 범위와 유시한 형태의 영상을 획득할 수 있으며, 장애물의 위치에 대응하는 위치에 밝게 형성되는 장애물 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 5b의 (c)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(1)의 전방에서 약각 좌측에 장애물이 위치하는 경우, 영상 센서(123a)는 청소 로봇(1)의 전방으로부터 약각 좌측에 치우친 위치에 밝은 원호 형태의 장애물 영상(OI)을 획득할 수 있다. 후술하겠지만, 획득된 장애물 영상(OI)의 위치를 기초로 청소 로봇(1)은 장애물(O)의 존부 및 위치를 판단할 수 있다.The
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제2 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.5C is a diagram illustrating a second example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
도 5c를 참조하면, 반사 미러(121a-2)는 도 5c의 (a)에 도시된 바와 같이 원뿔이 밑면에 대하여 수직으로 절단된 형태(이하에서는 "수직으로 절단된 원뿔"이라 한다.)를 갖는다.Referring to FIG. 5C, the
수직으로 절단된 원뿔의 형태를 갖는 반사 미러(121a-2)의 B-B` 방향의 단면은 도 5c의 (b)에 도시된 바와 같이 직각 삼각형 형태와 같다.A cross section in the direction B-B′ of the
수직으로 절단된 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a-2)를 이용한 청소 로봇(1)은 도 5c의 (c)에 도시된 것과 같이 반원 형태의 시야 범위를 갖는다.The cleaning
구체적으로, 청소 로봇(1)은 수광부(120a)가 위치하는 전방을 기준으로 좌우 양방향으로 대략 90도 다시 말해, 청소 로봇(1)을 기준으로 대략 180도의 시야 각을 갖는다. 이는 원뿔의 빗면에만 반사광이 입사되고 반사 미러(121a-2)의 후면에는 반사광이 입사되지 않기 때문이다.Specifically, the cleaning
또한, 청소 로봇(1)은 일정한 시야 거리(d)를 갖으며, 상술한 바와 같이 이는 영상 센서(123a)의 해상도, 반사 미러(121a)의 재질, 반사 미러(121a)의 형태 즉 원뿔을 형성하는 빗면의 각도에 따라 달라질 수 있다.In addition, the cleaning
반사 미러(121a-2)을 이용한 청소 로봇(1)에 포함된 영상 센서(123a)는 도 5c의 (d)에 도시된 것과 같은 반원 형태의 영상을 획득할 수 있다.The
구체적으로, 도 5c의 (d)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(1)의 시야 범위와 유사한 형태의 영상을 획득할 수 있으며, 장애물의 위치에 대응하는 위치에 밝게 형성되는 장애물 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 5b의 (c)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(1)의 전방에서 약각 좌측에 장애물이 위치하는 경우, 영상 센서(123a)는 청소 로봇(1)의 전방으로부터 약각 좌측에 치우친 위치에 밝은 원호 형태의 장애물 영상(OI)을 획득할 수 있다.Specifically, as shown in (d) of FIG. 5C, an image similar to the field of view of the cleaning
도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제3 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.5D is a diagram illustrating a third example of a reflection mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained by the reflection mirror.
도 5d를 참조하면, 제3 예에 의한 반사 미러(121a-3)는 도 5d의 (a)에 도시된 바와 같이 원뿔이 밑면과 수평하게 절단된 형태(이하에서는 "수평하게 절단된 원뿔"이라 한다.)를 갖는다.Referring to FIG. 5D, the
수평하게 절단된 원뿔의 형태를 갖는 반사 미러(121a-3)의 C-C` 방향의 단면은 도 5d의 (b)에 도시된 바와 같이 사다리꼴 형태와 같다.A cross section in the C-C′ direction of the reflecting
이와 같이 수평하게 절단된 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a-3)를 이용한 청소 로봇(1)은 도 5d의 (c)에 도시된 것과 같이 잘려진 도넛 형태의 시야 범위를 갖는다. 즉, 청소 로봇(1)으로부터 매우 가까운 거리는 청소 로봇(1)의 시야 범위에 포함되지 않는다.The cleaning
구체적으로, 청소 로봇(1)은 수광부(120a)가 위치하는 전방을 기준으로 좌우 양방향으로 대략 100도에서 150도 다시 말해, 청소 로봇(1)을 기준으로 대략 200도에서 300도 사이의 시야 각을 갖을 수 있다. 청소 로봇(1)의 본체가 수광부(121a)의 시야를 차단하기 때문에 360도의 시야를 갖을 수 없는 것이다.Specifically, the cleaning
또한, 청소 로봇(1)은 일정한 시야 거리 범위를 갖는다. 즉, 청소 로봇(1)은 원뿔의 빗면에 의한 시야 거리(d1)와 절단된 원뿔의 빗면에 의한 시야 거리(d2) 사이의 시야 거리 범위를 갖는다. 다시 말해, 청소 로봇(1)으로부터 제1 거리(d1)로부터 제2 거리(d2)까지의 시야를 갖게 된다. 이는 반사 미러(121a-3)의 빗면에는 반사광이 입사되지만 반사 미러(121a-3)의 잘려진 아래 면에는 반사광이 입사되지 않기 때문이다. 또한, 이와 같은 시야 거리는 영상 센서(123a)의 해상도, 반사 미러(121a)의 재질, 반사 미러(121a)의 형태 즉 원뿔을 형성하는 빗면의 각도, 원뿔이 잘려진 위치에 따라 달라질 수 있다.In addition, the cleaning
반사 미러(121a-3)을 이용한 청소 로봇(1)에 포함된 영상 센서(123a)는 도 53의 (d)에 도시된 것과 같은 잘려진 도넛 형태의 영상을 획득할 수 있다.The
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제4 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.5E is a diagram illustrating a fourth example of a reflective mirror included in an example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention and an image obtained thereby.
도 5e를 참조하면, 제4 예에 의한 반사 미러(121a-4)는 도 5e의 (a)에 도시된 바와 같이 원뿔의 빗면이 볼록한 형태(이하에서는 "볼록한 원뿔"이라 한다.)를 갖는다.Referring to FIG. 5E, the
볼록한 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a-3)의 D-D` 방향의 단면은 도 5e의 (b)에 도시된 바와 같이 빗면이 볼록한 삼각형 형태와 같다.A cross section in the D-D′ direction of the reflecting
이와 같이 볼록한 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a-4)를 이용한 청소 로봇(1)은 도 5e의 (c)에 도시된 것과 같이 부채꼴 형태의 시야 범위를 갖는다. 구체적으로, 청소 로봇(1)은 반사 미러(121a-4)를 포함한 수광부(120a)가 위치하는 전방을 기준으로 좌우 양방향으로 대략 100도에서 150도 다시 말해, 청소 로봇(1)을 기준으로 대략 200도에서 300도 사이의 시야 각을 갖을 수 있다. 청소 로봇(1)의 본체가 수광부(121a)의 시야를 차단하기 때문에 360도의 시야 각을 갖을 수 없는 것이다.The cleaning
또한, 청소 로봇(1)은 일정한 시야 거리(d)를 갖는다. 볼록 거울이 일반적인 평면 거울에 비하여 더 넓은 시야 범위를 갖는 것과 같은 이유에서 볼록한 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(121a-4)는 일반적인 원뿔 형태를 갖는 반사 미러(도 5b의 121a-1)에 비하여 긴 시야 거리(d)를 갖는다. In addition, the cleaning
반사 미러(121a-4)를 이용한 청소 로봇(1)에 포함된 영상 센서(123a)는 도 5e의 (d)에 도시된 것이 부채꼴 형태의 영상을 획득할 수 있으며, 상술한 바와 같이 볼록한 원뿔 형태의 반사 미러(121a-4)는 일반적인 원뿔 형태의 반사 미러(도 5b의 121a-1)에 비하여 더 넓은 시야 범위를 갖으므로 볼록한 원뿔 형태의 반사 미러(121a-4)에 의하여 획득하는 영상은 일반적인 원뿔 형태의 반사 미러(도 5b의 121a-1)에 의하여 획득한 영상에 비하여 더 넓은 범위의 청소 공간에 대한 장애물 정보를 포함하고 있다.The
도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 수광부의 일 예에 포함된 반사 미러의 제5 예 및 그에 의하여 획득되는 영상을 도시한 도면이다.5F is a diagram illustrating a fifth example of a reflection mirror included in an example of a light receiving unit according to an embodiment of the present invention and an image obtained by the reflection mirror.
반사 미러(121a-5)를 도시한 도 5f를 참조하면, 반사 미러(121a-5)는 도 5f의 (a)에 도시된 바와 같이 원뿔의 꼭지점으로부터 미리 정해진 높이까지는 원뿔의 빗면이 볼록하고, 미리 정해진 높이부터 원뿔의 밑면까지는 원뿔의 빗면이 오목한 형태를 갖는다.Referring to FIG. 5F showing the
반사 미러(121a-5)의 E-E` 방향의 단면은 도 5f의 (b)에 도시된 바와 같다.The cross section of the
반사 미러(121a-5)를 포함하는 청소 로봇(1)은 도 5f의 (c)에 도시된 바와 같이 청소 로봇(1)을 기준으로 대략 200도에서 300도 사이의 시야 각을 갖을 수 있다. 청소 로봇(1)의 본체가 수광부(121a)의 시야를 차단하기 때문에 360도의 시야를 갖을 수 없는 것이다.The cleaning
또한, 청소 로봇(1)은 도 5f의 (c)에 도시된 바와 같이 일정한 시야 거리(d)를 갖을 수 있다. In addition, the cleaning
반사 미러(121a-5)를 이용한 청소 로봇(1)에 포함된 영상 센서(123a)는 도 5f의 (d)에 도시된 것과 같이 부채꼴 형태의 영상을 획득할 수 있다. The
이상에서는 영상 센서를 이용하는 수광부의 일 예를 설명하였다. 이하에서는 포토 다이오드를 이용한 수광부의 다른 일 예에 대하여 설명한다.In the above, an example of a light receiving unit using an image sensor has been described. Hereinafter, another example of a light receiving unit using a photodiode will be described.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 감지 모듈의 수광부의 다른 일 예를 도시한 도면이고, 도 6b는 도 6a의 A 영역을 도시한 도면이고, 도 6c는 도 6a의 B-B`의 단면을 도시한 도면이고, 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 감지 모듈의 수광부의 다른 일 예를 포함하는 청소 로봇의 시야 범위를 도시한 도면이다.6A is a view showing another example of the light receiving unit of the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, FIG. 6B is a view showing area A of FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view of BB` of FIG. 6A 6D is a view showing a field of view of a cleaning robot including another example of a light receiving unit of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 장애물에 의하여 반사된 반사광의 경로를 변경시키는 반사 미러(121b), 반사 미러(121b)를 복수의 반사 영역(121b-1, 121b-2, 121b-3, 121b-4, 121b-5)으로 구획하는 복수의 차단막(122b), 차단막(122b)에 의하여 구획된 반사 영역 각각에 대응하여 마련되는 복수의 포토 다이오드(123b)를 포함한다.6A to 6D, a
반사 미러(121b)는 다양한 방향에서 입사되는 반사광의 경로를 변경하기 위하여 원뿔 형태의 미러(conic mirror)를 채용할 수 있다. 도 6a 내지 도 6d는 반사 미러(121b)에 대하여 원뿔 형태의 미러를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 도 5b 내지 도 5f에 도시된 것과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.The
차단막(122b)은 반사 미러(121b)를 복수의 반사 영역으로 구획한다. 또한, 차단막(122b)에 의하여 청소 로봇(1)의 시야(v123b)는 복수의 시야 영역(v120b-1, v120b-2, v120b-3, v120b-4, v120b-5)으로 분할되며, 차단막(122b)은 복수의 시야 영역 가운데 어느 하나의 시야 영역에서 해당 시야 영역에 대응되지 않는 반사 영역으로 입사되는 반사광을 차단한다. 예를 들어, 차단막(122b)는 도 6c의 제1 시야 영역(v120b-1)에서 장애물(O)에 의하여 반사된 반사광이 도 6a의 제1 반사 영역(121b-1)으로 입사되는 것은 허용하지만, 제2 시야 영역(v120b-2) 내지 제5 시야 양역(123-5)에서 제1 반사 영역(121b-1)으로 입사되는 것은 차단한다.The blocking
이와 같은 차단막(122b)은 도 6b에 도시된 바와 같이 반사 미러(121b)의 빗면에 대응되도록 사다리꼴의 형태를 가질 수 있으며, 다른 시야 영역에서 입사되는 반사광을 차단하기 위하여 광을 잘 흡수있는 재질을 채용할 수 있다.As shown in FIG. 6B, the blocking
복수의 포토 다이오드(123b-1, 123b-2, 123b-3, 123b-4, 123b-5: 123b)는 각각의 반사 영역(121b-1, 121b-2, 121b-3, 121b-4, 121b-5)에 대응하여 마련되며, 각각의 반사 영역(121b-1, 121b-2, 121b-3, 121b-4, 121b-5)에서 반사되는 반사광을 검출한다. 예를 들어, 제1 포토 다이오드(123b-1)은 제1 시야 영역(v120b-1)에 위치하는 장애물에 의하여 반사되고, 반사 미러(121b)의 제1 반사 영역(121b-1)에서 경로가 변경된 반사광의 광량을 검출한다.The plurality of
청소 로봇(1)이 장애물의 방향을 판단하는 것에 대하여 설명하면, 청소 로봇(1)은 복수의 포토 다이오드(123b) 가운데 반사광을 검출하는 포토 다이오드(123b)를 기초로 장애물의 방향을 판단할 수 있다.When the cleaning
예를 들어, 도 6e에 도시된 것과 같이 청소 로봇(1)은 평면광을 발광하고, 청소 로봇(1)에 발광된 평면광을 제1 시야 영역(v120-1)에 위치하는 장애물(O)에 의하여 반사된다. 장애물(O)에 의하여 반사된 반사광은 수광부(120b)의 반사 미러(121b)을 향하여 입사된다.For example, as shown in FIG. 6E, the cleaning
이때, 반사광은 제1 시야 영역(v120-1)에 대응되는 제1 반사 영역(121b-1) 뿐만 아니라, 제2 반사 영역(121b-2) 내지 제5 반사 영역(121b-5)을 향해서도 입사된다. 그러나, 제2 반사 영역(121b-2) 내지 제5 반사 영역(121b-5)을 향하여 입사된 반사광은 차단막(122b)에 의하여 차단되고, 제1 반사 영역(121b-1)을 향하여 입사된 반사광 만이 반사 미러(121b)에서 반사되어, 제1 포토 다이오드(123b-1)에 입사된다. 결과적으로, 제1 시야 영역(v120-1)에 위치하는 장애물(O)에 의하여 반사된 반사광은 제1 포토 다이오드(123b-1)만이 검출할 수 있다.At this time, the reflected light is directed not only toward the first
또한, 제1 포토 다이오드(123b-1)가 반사광을 검출하면 청소 로봇(1)은 제1 시야 영역(v120b-1)에 장애물(O)이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.In addition, when the
청소 로봇(1)이 장애물까지의 거리를 판단하는 것을 설명하면, 청소 로봇(1)의 포토 다이오드(123b)가 검출한 광량을 기초로 장애물까지의 거리를 판단한다.When the cleaning
도 6e는 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 감지 모듈의 수광부의 다른 일 예를 포함하는 청소 로봇이 장애물까지의 거리를 판단하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.6E is a graph for explaining that a cleaning robot including another example of a light receiving unit of an obstacle detecting module according to an embodiment of the present invention determines a distance to an obstacle.
장애물의 거리(d)에 따른 포토 다이오드(123b)의 출력(I)은 도 6e에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 일정한 초점 거리보다 짧은 거리에 대해서는 거리의 증가에 따라 포토 다이오드(123b)의 출력은 점점 증가하고, 초점 거리보다 긴 거리에 대해서는 거리의 증가에 따라 포토 다이오드(123b)의 출력은 점점 감소한다. The output I of the
이는 광을 이용한 장애물 감지 모듈의 특성에 기인한 것으로, 발광부는 일정한 거리에 위치하는 장애물에 대한 감도를 향상시키기 위하여 일정한 거리에 초점을 맞추어 광을 발광하고 수광부는 일정한 거리에 위치하는 장애물에 의하여 반사된 광에 대하여 최대의 출력값을 출력한다. 그에 따라 포토 다이오드(123b)는 장애물이 초점 거리에 위치하면 최대의 출력값을 출력하여, 초점 거리보다 가깝거나 초점 거리보다 멀면 포토 다이오드(123b)의 출력값이 감소한다. 이와 같이 광을 이용한 장애물 감지 모듈의 특성으로 인하여 포토 다이오드(123b)는 청소 로봇(1)의 맨 앞에서 초점 거리 만큼 뒤에 배치함으로써 초점 거리보다 짧은 거리는 무시할 수 있다.This is due to the characteristics of the obstacle detection module using light. The light emitting unit emits light by focusing at a certain distance in order to improve sensitivity to obstacles located at a certain distance, and the light receiving unit is reflected by an obstacle located at a certain distance. The maximum output value is output for the light. Accordingly, the
청소 로봇(1)은 도 6e에 도시된 것과 같은 장애물의 거리(d)에 따른 포토 다이오드(123b)의 출력(I)을 이용하여 장애물까지의 거리(d)를 판단할 수 있다. 예를 들어, 포토 다이오드(123b)의 출력이 제1 출력값(I1)이면 청소 로봇(1)은 장애물까지의 거리를 제1 거리(d1)로 판단할 수 있으며, 포토 다이오드(123b)의 출력이 제2 출력값(I2)이면 청소 로봇(1)은 장애물까지의 거리를 제2 거리(d2)로 판단할 수 있고, 포토 다이오드(123b)의 출력이 제3 출력값이면 장애물까지의 거리를 제3 거리(d3)로 판단할 수 있다.The cleaning
요약하면, 포토 다이오드를 이용한 수광부를 포함하는 청소 로봇은 복수의 포토 다이오드 가운데 반사광을 검출한 포토 다이오드를 기초로 장애물의 방향을 판단하고, 포토 다이오드의 출력값을 기초로 장애물까지의 거리를 판단할 수 있다.In summary, a cleaning robot including a light receiving unit using a photodiode can determine the direction of an obstacle based on a photodiode that detects reflected light among a plurality of photodiodes, and determine the distance to the obstacle based on the output value of the photodiode. have.
이상에서는 장애물 감지 모듈의 수광부에 대하여 설명하였다.In the above, the light receiving unit of the obstacle detection module has been described.
이하에서는 장애물 감지 모듈의 발광부에 대하여 설명한다.Hereinafter, the light emitting unit of the obstacle detection module will be described.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 광각 렌즈의 제1 예를 도시한 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 광각 렌즈의 제1 예를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.7A is a view showing a first example of a wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a first example of a wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the diffusion of plane light passing through one example.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 광각렌즈(111a)는 광원(미도시)으로부터 유입되는 광을 통과시킬 수 있는 투명부재로 이루어 질 수 있다. Referring to FIGS. 7A and 7B, the first wide-
제1 광각렌즈(111a)는 광원으로부터 유입된 광을 굴절시켜 제1광각렌즈(111a) 내부에서 확산시키는 제1확산면(u1), 제1확산면(u1)을 통해서 굴절된 광을 제1광각렌즈(111a) 외부로 굴절시켜서 평면광을 생성하는 제2확산면(u2), 및 제2확산면(u2)의 반대 면에 음각의 형태로 형성되고, 광원이 삽입되어 고정되는 삽입홈부(u3)를 포함할 수 있다.The first wide-
예를 들어, 제1 광각렌즈(111a)는 120도의 범위로 평면광을 확산시키는 것을 포함한다. 이때, 제1광각렌즈(111a)의 제2확산면(u2)은 확산되는 평면광의 두께를 얇게 하기 위해서 표면이 볼록한 형태로 마련될 수 있다.For example, the first wide-
이와 같은 제1 광각 렌즈(111a)에서의 광 경로를 설명하면, 먼저 광원에서 방출된 광은 제1 광각렌즈(111a)의 제1 확산면(u1)를 통해 굴절되고, 이렇게 굴절된 광은 제1광각렌즈(111a)의 내부에서 확산된다.When describing the light path in the first wide-
제1확산면(u1)에서 여러 방향으로 확산된 광이 제2확산면(u2)을 통과하면서 다시 여러 방향으로 확산되는 평면광으로 변한다.The light diffused in various directions from the first diffusion surface u1 passes through the second diffusion surface u2 and changes into planar light that is diffused in various directions.
이와 같은 제1 광각 렌즈(111a)는 도 7a에 도시한 형상일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The first wide-
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제1 광각 렌즈가 장애물 감지 모듈에 설치된 모습을 도시한 도면이다.7C is a diagram illustrating a state in which a first wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention is installed in the obstacle detection module.
도 7c를 참조하면, 발광부(110)의 광원(112)은 지면과 수평한 방향으로 광을 방출한다.Referring to FIG. 7C, the
그리고, 제1 광각렌즈(111a)는 광원(112)로부터 방출된 광을 굴절 또는 반사시켜 생성된 평면광을 전방으로 확산시킬 수 있다. 이러한 평면광은 지면으로부터 평행한 방향으로 조사되거나 지면으로부터 경사진 방향으로 조사될 수 있다.Further, the first wide-
그 결과 장애물 감지 모듈은, 지면 상에 위치하는 장애물보다 높거나 낮은 위치에 있는 장애물을 감지할 수 있다.As a result, the obstacle detection module may detect an obstacle positioned higher or lower than an obstacle positioned on the ground.
평면광은 장애물에 의해 반사되고, 반사된 평면광은 반사 미러(121)로 전달되어 다시 반사될 수 있다.The plane light is reflected by the obstacle, and the reflected plane light is transmitted to the
반사 미러(121)에 의하여 반사된 반사광은 광학 센서(123)로 전달될 수 있다.The reflected light reflected by the
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제2 광각 렌즈를 도시한 도면이고, 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제2 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.7D is a view showing a second wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7E is a view showing a second wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the diffusion of one plane light.
도 7d 및 도 7e를 참조하면, 제2 광각렌즈(111b)는 광원(112)으로부터 유입되는 광을 통과시킬 수 있는 투명부재로 이루어 질 수 있고, 제2 광각렌즈(111b)는 광원(112)에서 방출된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광(L1, L2)을 생성할 수 있다.Referring to FIGS. 7D and 7E, the second wide-
제2 광각렌즈(111b)는 광원으로부터 유입된 광을 굴절시켜 제2 광각렌즈(111b) 내부에서 확산시키는 제1 확산면(u1), 제1 확산면(u1)을 통해서 굴절된 광을 제2 광각렌즈 외부로 굴절시키거나, 제2 광각렌즈의 내부로 반사시키는 제2 확산면(u2), 제1 확산면(u1)으로부터 굴절되거나, 제2 확산면(u2)으로부터 반사된 광을 굴절시켜서 평면광을 생성하는 제3 확산면(u3), 및 제2 확산면(u2)의 반대 면에 음각의 형태로 형성되고, 광원이 삽입되어 고정되는 삽입홈부(u4)를 포함할 수 있다.The second wide-
예를 들어, 평면광은 제1 평면광(L1) 및 제2 평면광(L2)을 포함할 수 있다. 제1 평면광(L1)은 제1 확산면(u1)에서 굴절된 광이 제2 확산면(u2)에서 다시 굴절되어 생성되는 평면광이고, 제2 평면광(L2)은 제1 확산면(u1)에서 굴절된 광이 제2 확산면(u2)에서 반사되어 생성되는 평면광을 의미한다.For example, the planar light may include a first planar light L1 and a second planar light L2. The first planar light L1 is a plane light generated by refracting the light refracted from the first diffusion surface u1 again at the second diffusion surface u2, and the second planar light L2 is a first diffusion surface ( It refers to the plane light generated by reflecting the light refracted at u1) from the second diffusion surface u2.
제2 확산면(u2)은 광을 굴절 또는 반사시켜 제1 평면광(L1) 및 제2 평면광(L2)을 생성할 수 있다. The second diffusion surface u2 may refract or reflect light to generate a first plane light L1 and a second plane light L2.
또한, 제2 확산면(u2)은 제2 광각렌즈(111b)의 어느 일면에"U" 또는 "V"형상으로 음각되어 형성되는 것을 포함한다.In addition, the second diffusion surface u2 includes one formed by intaglio in a “U” or “V” shape on any one surface of the second wide-
또한, 제2 확산면(u2)은 중앙부분에 형성되고, 전방에 수직한 직선 형태의 제1경계면(u20)과 상기 제1경계면(u20)과 미리 정해진 각도를 이루는 곡선 형태의 제2경계면(u22)을 포함할 수 있다.In addition, the second diffusion surface (u2) is formed in the central portion, the first boundary surface (u20) in a straight line perpendicular to the front, and the second boundary surface (in a curved shape) forming a predetermined angle with the first boundary surface (u20). u22) may be included.
제1 경계면(u20)은 제1 확산면(u2)을 통해서 굴절된 광을 굴절시켜 평면광을 생성하고, 제2 경계면(u22)은 제1 확산면(u2)을 통해서 굴절된 광을 제3 확산면(u3)을 향하여 반사시킬 수 있다.The first interface u20 refracts the light refracted through the first diffusion surface u2 to generate planar light, and the second interface u22 provides the light refracted through the first diffusion surface u2 to a third It can be reflected toward the diffusion surface u3.
이때, 미리 정해진 각도 또는 곡선의 곡률에 따라서 평면광의 확산 범위가 조절될 수 있다. In this case, the diffusion range of the plane light may be adjusted according to a predetermined angle or curvature of a curve.
또한, 제2 확산면(u2) 또는 제3 확산면(u3)은 평면광의 두께를 감소시키는 볼록한 형상을 할 수 있다.In addition, the second diffusion surface u2 or the third diffusion surface u3 may have a convex shape that reduces the thickness of the plane light.
삽입홈부(u4)는 제2 확산부(u2)의 반대면의 중앙에 음각의 형태로 형성될 수 있으며, 제1 확산부(u1)는 삽입홈부(u4)의 내부면에 추가로 음각의 형태로 형성될 수 있다.Insertion groove (u4) may be formed in the center of the opposite side of the second diffusion (u2) in the shape of an intaglio, and the first diffusion portion (u1) is an additional intaglio shape on the inner surface of the insertion groove (u4) Can be formed as
이와 같은 제2 광각 렌즈(111b)에서의 광 경로를 설명하면, 먼저 광원(112)에서 방출된 광은 제2 광각렌즈(111b)의 제1 확산면(u1)을 통과하면서 굴절되어 제2 광각렌즈(111b)의 내부로 확산된다.When describing the light path in the second wide-
제2 광각렌즈(111b) 내부로 확산된 광의 일부는 제2확산면(u2)을 통과하면서 굴절되어 제2 광각렌즈(111b) 외부로 방출될 수 있다. 이때의 광을 제1평면광(L1)이라 한다.Some of the light diffused into the second wide-
제2 확산면(u2)을 통과하는 경우에는, 광이 밀한 매질에서 소한 매질로 입사하는 경우에 해당하므로 굴절각이 입사각보다 커지면서 굴절하게 되어 결과적으로 광은 굴절됨에 따라 여러 방향으로 확산되게 된다.In the case of passing through the second diffusion surface u2, since light is incident from a dense medium to a small medium, the refraction angle becomes larger than the incidence angle and refraction occurs. As a result, the light is diffused in various directions as it is refracted.
또한, 제1 평면광(L1) 중에서 일부는 제2광각렌즈(111b)의 제2 확산면(u2)를 통과하여 제2 광각렌즈(111b)의 내부로 입사한 후 다시 제2 광각렌즈(111b)의 외부로 출사됨에 따라 두번 굴절하여 제1 평면광(L1)이 되는데, 이러한 제1평면광(L1)이 생성됨에 따라 발광부(110)의 평면광 조사영역이 넓어지게 된다.In addition, some of the first planar light L1 passes through the second diffusion surface u2 of the second wide-
제2 광각렌즈(111b) 내부로 확산된 광의 나머지 일부는 제2확산면(u2)에서 제2광각렌즈(111b) 내부로 반사될 수 있다.The rest of the light diffused into the second wide-
즉, 제2 광각렌즈(111b)로 입사된 광이 제2 광각렌즈(111b)의 굴절률보다 낮은 물질의 경계면인 제2 확산부(u2)의 표면에 도달하면 전반사 현상이 일어나 반사될 수 있다.That is, when light incident on the second wide-
이러한 전반사가 일어나기 위하여 광의 입사각이 임계각 이상이 되도록 할 필요가 있으며, 광의 입사각이 임계각 이상이 되도록 하기 위하여 물질의 굴절률, 제2 광각렌즈(111b)의 모양 등을 조절할 필요가 있다.In order to generate such total reflection, the incident angle of light needs to be greater than or equal to the critical angle, and the refractive index of the material and the shape of the second wide-
제2 확산면(u2)에서 제2 광각렌즈(111b) 내부로 반사된 광은 제3 확산면(u3)을 통과하면서 굴절되어 제2 광각렌즈(111b) 외부로 방출될 수 있다. 이때의 광을 제2 평면광(L2)이라 한다.The light reflected from the second diffusion surface u2 into the second wide-
예를 들면, 평면광은 지면으로부터 평행하고, 제2 광각렌즈(111b)의 전방(x축 방향)을 기준으로 하여 일정 각도만큼 확산될 수 있다.For example, the plane light is parallel from the ground and may be diffused by a predetermined angle based on the front (x-axis direction) of the second wide-
이때, 일정 각도는 예를 들어, 제2 광각렌즈(111b)의 전방(x축 방향)을 기준으로 좌우 110도로, 평면광은 전체 220도만큼 확산되어 조사될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In this case, the predetermined angle may be 110 degrees left and right based on the front (x-axis direction) of the second wide-
이하에서는 제2 광각렌즈(111b)의 전방(x축 방향)을 기준으로 좌우 분산된 각도의 합이 220도인 것을 기준으로 설명한다.Hereinafter, description will be made on the basis that the sum of the angles scattered from the left and right relative to the front (x-axis direction) of the second wide-
도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제3 광각 렌즈를 도시한 도면이고, 도 7g는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제3 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이다.7F is a view showing a third wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7G is a view showing a third wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the diffusion of one plane light.
도 7f 및 도 7g를 참조하면, 제3 광각렌즈(111c)는 광원(미도시)으로부터 유입되는 광을 통과시킬 수 있는 투명부재로 이루어 질 수 있고, 제3 광각렌즈(111c)는 광원(112)에서 방출된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광(L1, L2)을 생성할 수 있다.Referring to FIGS. 7F and 7G, the third wide-
제3 광각렌즈(111c)는 광원으로부터 유입된 광을 굴절시켜 제3 광각렌즈(111c) 내부에서 확산시키는 제1 확산면(u1), 제1 확산면(u1)을 통해서 굴절된 광을 제3 광각렌즈(111c) 외부로 굴절시키거나, 제3 광각렌즈(111c)의 내부로 반사시키는 제2 확산면(u2), 제1 확산면(u1)으로부터 굴절되거나, 제2 확산면(u2)으로부터 반사된 광을 굴절시켜서 평면광을 생성하는 제3 확산면(u3), 및 제2 확산면(u2)의 반대 면에 음각의 형태로 형성되고, 광원이 삽입되어 고정되는 삽입홈부(u4)를 포함할 수 있다.The third wide-
제3 광각렌즈(111c)는 제2 광각렌즈와 유사하나, 다만, 제2 확산면의 표면에는 마루가 뾰족한 물결무늬가 더욱 형성될 수 있다. 이와 같은 물결무늬로 인하여 제3 광각렌즈(111c)는 평면광의 확산범위를 넓힐 수 있다. The third wide-
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 도시한 분해 사시도이고, 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 도시한 사시도이고, 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 통과한 평면광의 확산을 도시한 도면이고, 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈가 장애물 감지 모듈에 설치된 모습을 도시한 도면이다.8A is an exploded perspective view showing a fourth wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is an exploded perspective view illustrating a fourth wide-angle lens included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention. FIG. 8C is a diagram illustrating diffusion of plane light passing through a fourth wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8D is an obstacle according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing a state in which the fourth wide-angle lens included in the detection module is installed in the obstacle detection module.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 제4 광각렌즈(111d)는 광원(112)에서 방출된 광을 반사시켜 평면광을 생성할 수 있다.8A to 8D, the fourth wide-
제4 광각렌즈(111d)는 광원(112)으로부터 유입되는 광을 통과시킬 수 있는 투명부재로 이루어 질 수 있고, 제4 광각렌즈(111d)는 광원에서 방출된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광을 생성할 수 있다.The fourth wide-
제4 광각렌즈(111d)는 광원으로부터 유입된 광을 굴절시켜 제4 광각렌즈(111d) 내부에서 확산시키는 제1 확산면(u1), 제1 확산면(u1)을 통해서 굴절된 광을 제4 광각렌즈의 내부로 반사시키는 제2 확산면(u2), 제2 확산면(u2)으로부터 반사된 광을 굴절시켜서 평면광을 생성하는 제3 확산면(u3), 및 제2 확산면(u2)의 반대 면에 음각의 형태로 형성되고, 광원이 삽입되어 고정되는 삽입홈부(u4)를 포함할 수 있다.The fourth wide-
제2 확산면(u2)은 상기 제4 광각렌즈(111d)의 어느 일면에 음각의 원뿔 형상으로 형성될 수 있다. The second diffusion surface u2 may be formed in a conical shape of an intaglio on any one surface of the fourth wide-
제4 광각렌즈(111d)의 제2 확산면(u2)는 제4 광각렌즈(111d)의 굴절률과 상이한 굴절률을 가지는 매질과 제4 광각렌즈(111d)와의 경계면일 수 있다.The second diffusion surface u2 of the fourth wide-
예를 들어, 매질은 굴절률이 1인 공기이거나 제4 광각렌즈(111d)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 물질일 수 있다.For example, the medium may be air having a refractive index of 1 or a material having a refractive index less than that of the fourth wide-
이와 같은 물질은 제4 광각렌즈(111d)와 결합되도록 형성될 수 있다.Such a material may be formed to be combined with the fourth wide-
그리고, 제3 확산면(u3)은 제4 광각렌즈(111d)의 측면이고, 제2 확산면(u2)에서 반사된 광을 굴절시켜 평면광의 두께를 더욱 얇게하는 볼록한 형상일 수 있다.In addition, the third diffusion surface u3 is a side surface of the fourth wide-
또한, 삽입홈부(u4)의 중심축은 제2 확산면(u2)의 중심축과 일치하도록 형성될 수 있다. 삽입홈부(u4)는 제2 확산면(u2)의 반대면의 중앙에 음각의 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 삽입홈부(u4)는 제4 광각렌즈(111d)에 형성될 수도 있지만, 별도로 형성되어 제4 광각렌즈(111d)와 결합될 수 있다.In addition, the central axis of the insertion groove u4 may be formed to coincide with the central axis of the second diffusion surface u2. The insertion groove (u4) may be formed in the shape of an intaglio at the center of the opposite surface of the second diffusion surface (u2). The insertion groove u4 may be formed in the fourth wide-
이와 같은 제4 광각렌즈(111d)에서의 광 경로를 설명하면, 광원(112)에서 방출된 광은 제4 광각렌즈(111d)의 제1 확산면(u1)을 통과하면서 굴절한다. 제1 확산면(u1)을 통과한 광은 제2 확산면(u2)에서 반사된 후 제4 광각렌즈(111d)의 측면에 형성된 제3 확산면(u3)을 통과하면서 굴절한다. 이때, 제3 확산면(u3)을 통과하면서 평면광 형태로 변하여 360도의 전방향(Omni-Direction)으로 조사될 수 있다.When the light path of the fourth wide-
한편, 제4 광각렌즈(111d)의 제2 확산면(u2)에서 광이 반사되는 원리는 전반사 원리에 기초한 것이다. Meanwhile, the principle that light is reflected from the second diffusion surface u2 of the fourth wide-
즉, 제4 광각렌즈(111d)로 입사된 광이 제4 광각렌즈(111d)의 굴절률보다 낮은 물질의 경계면인 제2 확산면(u2)의 표면에 도달하면 전반사 현상이 일어나 반사될 수 있다.That is, when light incident on the fourth wide-
이러한 전반사가 일어나기 위하여 광의 입사각이 임계각 이상이 되도록 할 필요가 있으며, 광의 입사각이 임계각 이상이 되도록 하기 위하여 물질의 굴절률, 원뿔형상의 제2 확산면(u2)의 높이 및 반지름 등을 조절할 필요가 있다.In order to generate such total reflection, the incident angle of light needs to be greater than or equal to the critical angle, and the refractive index of the material and the height and radius of the second conical diffusion surface u2 need to be adjusted so that the incident angle of light is greater than or equal to the critical angle.
또한, 제4 광각렌즈(111d)의 측면에서 광이 굴절되는 원리에는 스넬의 법칙이 적용된다.In addition, Snell's law is applied to the principle that light is refracted from the side of the fourth wide-
도 8d를 참조하면, 발광부(110)의 광원(112)은 지면과 수직한 방향으로 광을 방출한다.Referring to FIG. 8D, the
그리고, 제4 광각렌즈(111d)는 광원(112)로부터 방출된 광을 반사시킨 후 생성된 평면광을 전방향(Omni-Direction)으로 확산시킬 수 있다. 이러한 평면광은 지면으로부터 평행한 방향으로 조사되거나 지면으로부터 경사진 방향으로 조사될 수 있다.In addition, the fourth wide-
그 결과 장애물 감지 모듈은, 지면 상에 위치하는 장애물보다 높거나 낮은 위치에 있는 장애물을 감지할 수 있다.As a result, the obstacle detection module may detect an obstacle positioned higher or lower than an obstacle positioned on the ground.
평면광은 장애물에 의해 반사되고, 반사된 반사광은 반사 미러(121)로 전달되어 다시 반사될 수 있다.The plane light is reflected by the obstacle, and the reflected light is transmitted to the
광학 렌즈(122)는 반사 미러(121)에서 다시 반사된 반사광(LR)을 굴절시키면서 통과시키고, 광학 렌즈(122)를 통과한 광은 광학 센서(123)로 전달될 수 있다.The
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제1 내지 제3 광각 렌즈를 사용했을 때의 평면광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿을 도시한 도면이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 제4 광각 렌즈를 사용했을 때의 평면광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿을 도시한 도면이다.FIG. 9A is a view showing a slit capable of adjusting the thickness of plane light when the first to third wide-angle lenses included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are used, and FIG. 9B is an embodiment of the present invention. A diagram illustrating a slit capable of adjusting a thickness of a plane light when a fourth wide-angle lens included in an obstacle detection module according to an embodiment is used.
도 9a를 참조하면, 제1 내지 제3 광각 렌즈(111a 내지 111c) 전방에 상하로 좁은 틈이 형성되어 있는 적어도 하나의 슬릿(114)이 위치할 수 있다. 제1 내지 제3 광각 렌즈(111a 내지 111c)에서 조사된 평면광이 슬릿(114)을 통과하면서 지면에 평행하고 더욱 얇은 두께의 평면광으로 생성될 수 있다. 슬릿(114)에 형성된 틈의 크기(k)를 조절하여 원하는 두께의 평면광을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 9A, at least one
도 9b를 참조하면, 제4 광각 렌즈(111d)의 전방에 상하로 좁은 틈이 형성되어 있는 적어도 하나의 슬릿(114)이 위치할 수 있다. 제4 광각 렌즈(111d)에서 조사되는 평면광이 슬릿(114)을 통과하면서 지면에 평행하고 더욱 얇은 두께의 평면광으로 생성될 수 있다. 슬릿(114)에 형성된 틈의 크기(k)를 조절하여 원하는 두께의 평면광을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 9B, at least one
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 슬릿의 크기를 크게 했을 때 장애물을 감지한 결과를 도시한 도면이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 슬릿의 크기를 작게 했을 때 장애물을 감지한 결과를 도시한 도면이다.10A is a view showing a result of detecting an obstacle when the size of a slit included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention is increased, and FIG. 10B is a diagram illustrating a result of detecting an obstacle according to an embodiment of the present invention. A diagram showing the result of detecting an obstacle when the size of the included slit is reduced.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 도 10a는 슬릿(114)의 틈의 크기(k)를 크게 했을 때, 장애물 감지 모듈이(100) 장애물을 감지한 결과를 나타낸다. 즉, 발광부(110)에서 분산되는 광의 두께가 두껍다는 것을 알 수 있다. 도 10b는 슬릿(114)의 틈의 크기(k)를 작게 했을 때, 장애물 감지 모듈이(100) 장애물을 감지한 결과를 나타낸다. 즉, 발광부(110)에서 분산되는 광의 두께가 얇다는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 10A and 10B, FIG. 10A shows the result of detecting an obstacle by the
도 11은 장애물까지의 거리를 산출하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 각 구성요소와 장애물 사이의 관계를 도시한 도면이다.11 is a diagram showing a relationship between each component of an obstacle detection module and an obstacle in order to calculate a distance to an obstacle.
먼저, 발광부(110)로부터 조사된 평면광이 장애물에 반사되어 돌아올 때 입사광과 반사광이 이루는 각도(θi)를 아래 [수학식 1]를 사용하여 정리하면 다음과 같다.First, the angle θi formed by the incident light and the reflected light when the plane light irradiated from the
[수학식 1][Equation 1]
그리고 θi 및 아래의 [수학식2]을 이용하여 장애물 감지 모듈(100)과 장애물(2) 사이의 거리(di)를 구할 수 있다.In addition, the distance di between the
[수학식 2] [Equation 2]
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈과 장애물을 도시한 평면도이고, 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈과 장애물을 도시한 측면도이고, 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 광학 센서에 수신된 영상을 도시한 도면이다.12A is a plan view showing an obstacle detection module and an obstacle according to an embodiment of the present invention, FIG. 12B is a side view showing an obstacle detection module and an obstacle according to an embodiment of the present invention, and FIG. A diagram showing an image received by an optical sensor of an obstacle detection module according to an embodiment.
이하에서는, 발광부(110)는 제1 광각 렌즈(111a) 내지 제4 광각 렌즈(111d)를 사용했을 경우를 모두 포함한다.Hereinafter, the
도 12a를 참조하면, 지면에 평행하며 장애물 감지 모듈(100)의 전방을 향하는 방향인 x축과, 지면에 평행하며 x축에 수직인 y축이 존재한다. 그리고, x축과 y축으로 이루어진 평면상에 장애물 감지 모듈이 감지할 수 있는 제1 영역이 존재한다.Referring to FIG. 12A, there are an x-axis parallel to the ground and a direction toward the front of the
제1 영역은 중심이 O, 반지름이 R인 원에서, 두 반지름 OA, OB를 그을 때, 이 두 반지름과 두 점A, B가 정하는 호로 이루어지며, 호AB에 대한 중심각 AOB를 θ로 하는 도형과 유사한 영역을 말한다. 이때, 반지름 R은 무한히 먼 거리일 수 있다. The first area is a circle with a center of O and a radius of R, and when two radii OA and OB are drawn, the first area consists of these two radii and an arc determined by two points A and B, and the central angle AOB for arc AB is θ. Refers to an area similar to In this case, the radius R may be an infinitely long distance.
이때, 제2 광각 렌즈(111b)를 사용할 경우에는 θ의 값은 220도 일 수 있으며, 제4 광각 렌즈(111b)를 사용할 경우에는 θ의 값은 더 큰 값을 가질 수 있다. θ의 값은 이에 한정되지 않으며 다른 값을 가질 수 있다.In this case, when the second wide-
그리고, 제1 영역에는 원점(O)으로부터 각각 다른 거리 및 다른 각도에 위치하는 제1 장애물(5)과 제2 장애물(6)이 존재한다. 제1 영역에 존재하는 장애물은 제1 장애물(5) 및 제2 장애물(6)에 한정되지 않고 하나 또는 그 이상일 수 있다. 이하에서는, 제1 장애물(5)과 제2 장애물(6)이 존재하는 것을 전제로 설명한다.In addition, in the first area, a
제1 장애물(5)은 x축을 기준으로 반 시계방향으로 1β 각도에서 1α 각도의 범위 내이며, 원점(O)으로부터 g1 만큼의 거리에 위치한다. 제2 장애물(6)은 x축을 기준으로 시계방향으로 2α 각도에서 2β 각도의 범위 내이며, 원점(O)으로부터 g2 만큼의 거리에 위치한다.The
여기에서, 1α는 x축과 x축을 기준으로 가장 멀리 떨어진 제1 장애물의 말단지점(1a) 사이의 각도이며, 1β는 x축과 x축을 기준으로 가장 가까운 제1 장애물의 말단지점(1b) 사이의 각도를 의미한다.Here, 1α is the angle between the x-axis and the distal point (1a) of the first obstacle that is farthest from the x-axis, and 1β is between the x-axis and the distal point (1b) of the first obstacle that is closest to the x-axis. Means the angle of.
또한, 2α는 x축과 x축을 기준으로 가장 가까운 제2 장애물의 말단지점(2a) 사이의 각도이며, 2β는 x축과 x축을 기준으로 가장 멀리 떨어진 제2 장애물의 말단지점(2b) 사이의 각도를 의미한다.In addition, 2α is the angle between the end point (2a) of the second obstacle closest to the x-axis and the x-axis, and 2β is the end point (2b) of the second obstacle farthest from the x-axis and the x-axis. Means angle.
도 12b를 참조하면, 발광부(110)로부터 조사된 평면광이 발광부(110)의 전방으로 직진하여 장애물 감지 모듈(100)로부터 각각 다른 거리에 있는 장애물에 반사되어 수광부(120)에 전달 되는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 12B, the plane light irradiated from the
예를 들어, 이하에서는 반사 미러(121)는 원뿔형 미러인 것을 기준으로 설명한다. For example, in the following description, the
장애물 감지 모듈(100)로부터 가까운 거리에 있을수록 장애물로부터 반사된 반사광은 반사 미러(121)의 꼭지점에서 거리가 가까운 곳에 도달한다. 그리고, 장애물로부터 반사된 반사광이 반사 미러(121)의 꼭지점에서 거리가 가까운 곳에 도달할수록, 광학 렌즈(122)를 통과한 반사광은 광학 센서(123)의 중심에서 가까운 곳에 기록된다.As the distance from the
즉, 장애물 감지 모듈(100)으로부터 가까운 거리에 있을수록 광학 센서(123)의 중심에서 가까운 곳에 기록된다.That is, the closer the distance from the
도 12c를 참조하면, 광학 센서(123)에 기록된 제1 장애물(5) 및 제2 장애물(6)의 영상을 볼 수 있다. 발광부(110)에서 조사된 후 장애물에 반사된어 돌아오는 반사광은 반사 미러(121) 및 광학 렌즈(122)를 거쳐 광학 센서(123)에서 영상으로 기록된다.Referring to FIG. 12C, images of the
제1 장애물(5)은 x축을 기준으로 좌측으로 1β 각도에서 1α 각도의 범위 내이며, 원점(O')으로부터 g1' 만큼의 거리에 기록된다. 즉, 제1 장애물(5)은 광학 센서(123)에서는 중심이 O', 반지름이 g1' 인 원에서, 두 반지름 O'1a', O'1b'를 그을 때, 이 두 반지름과 두 점1a', 1b'이 정하는 호(5')와 유사한 모양으로 기록된다.The
제2 장애물(6)은 x축을 기준으로 우측으로 2α 각도에서 2β 각도의 범위 내이며, 원점(O')으로부터 g2' 만큼의 거리에 기록된다. 즉, 제2 장애물(6)은 광학 센서(123)에서는 중심이 O', 반지름이 g2'인 원에서, 두 반지름 O'2a', O'2b'를 그을 때, 이 두 반지름과 두 점2a', 2b'이 정하는 호(6')와 유사한 모양으로 기록된다.The
광학 센서(123)에 의해 변환된 전기적인 영상신호는 신호 처리 회로(124)에 의해 디지털 영상신호로 변환된 후 장애물 감지 제어부(미도시) 또는 제어부(미도시)로 전달된다.The electrical image signal converted by the
장애물 감지 제어부 또는 제어부는 디지털 영상신호로 변환된 이미지를 분석하여 장애물 감지 모듈(100)과 장애물(5, 6) 사이의 거리 및 장애물의 위치를 판단할 수 있다.The obstacle detection control unit or the control unit may determine the distance between the
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 높이에 설치된 경우 복수의 발광부와 장애물을 도시한 평면도이고, 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 높이에 설치된 경우 복수의 발광부와 장애물을 도시한 측면도이다. 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 높이에 설치된 경우 복수의 발광부에서 조사된 후 장애물에 반사된 반사광이 광학 센서에 수신된 이미지 도시한 도면이다.13A is a plan view showing a plurality of light emitting units and an obstacle when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are installed at different heights, and FIG. 13B is a plan view illustrating a plurality of light emitting units and an obstacle according to an embodiment of the present invention. A side view illustrating a plurality of light emitting units and an obstacle when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module are installed at different heights. FIG. 13C is a diagram illustrating an image in which reflected light reflected from an obstacle is received by an optical sensor after being irradiated from a plurality of light emitting units when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention are installed at different heights to be.
이하에서는, 발광부(110)는 제1 광각 렌즈(111a) 내지 제4 광각 렌즈(111d)를 사용했을 경우를 모두 포함한다.Hereinafter, the
도 13a를 참조하면, 장애물은 도 12a에서 이미 설명한 제1 영역이 존재한다. 그리고, 제1 영역에는 장애물(2)이 존재한다. 제1 영역에 존재하는 장애물은 하나 또는 그 이상일 수 있다. 이하에서는, 장애물(2)이 하나만 존재하는 것을 전재로 설명한다.Referring to FIG. 13A, the obstacle has a first area already described in FIG. 12A. And, an
또한, 장애물 감지 모듈(미도시)은 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)와 1개의 수광부(120)를 포함한다. 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)들은 각각 지면으로부터 서로 다른 높이에서 평면광을 조사한다. 또한, 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)에서 조사된 평면광 지면과 수평하게 직진할 수도 있고, 지면과 일정한 각도를 이루며 직진할 수도 있다. 또한, 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)들은 청소 로봇(1) 상에서 동일한 장소에 위치할 수도 있고, 다른 장소에 위치할 수도 있다.In addition, the obstacle detection module (not shown) includes three light-emitting
예를 들면, 도 13a에서 도시한 발광부(110a, 110b, 110c)들은 청소 로봇(1) 상에서 동일한 장소에 위치하며, 각각 지면으로부터 서로 다른 높이에서 평면광을 조사한다.For example, the light-emitting
하지만, 발광부(110)의 개수는 이에 한정되지 않으며 하나 또는 그 이상일 수 있다. 또한, 청소 로봇(1)에서 복수의 발광부(110a, 110b, 110c)가 위치하는 장소는 제한되지 않는다.However, the number of light emitting
수광부(120)는 복수의 발광부(110a, 110b, 110c)들로부터 각각 조사되고 장애물(2)에 반사된 반사광들을 동시 또는 순차적으로 수신할 수 있다.The
도 13b를 참조하면, 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)들로부터 각각 조사된 평면광이 발광부(110a, 110b, 110c)들의 전방으로 직진하여 장애물(2)에 반사된 후 수광부(120)에 전달 되는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 13B, the plane light irradiated from the three light emitting
예를 들어, 이하에서는 반사 미러(121)는 원뿔형 미러인 것을 기준으로 설명한다. For example, in the following description, the
이때, 장애물에서 반사된 높이가 지면에서부터 낮을 수록 장애물(2)로부터 반사된 반사광은 반사 미러(121)의 꼭지점에서 거리가 가까운 곳에 도달한다. 그리고, 장애물(2)로부터 반사된 반사광이 반사 미러(121)의 꼭지점에서 거리가 가까운 곳에 도달할수록, 광학 렌즈(122)를 통과한 반사광은 광학 센서(123)의 중심에서 가까운 곳에 기록된다. 즉, 장애물에서 반사된 높이가 지면에서부터 낮을 수록 광학 센서(123)의 중심에서 가까운 곳에 기록된다.In this case, as the height reflected from the obstacle is lower from the ground, the reflected light reflected from the
도 13c를 참조하면, 광학 센서(123)에 기록된 장애물(2)의 영상을 볼 수 있다. 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)에서 조사된 후 장애물(2)에 반사된 반사광들은 반사 미러(121) 및 광학 렌즈(122)를 거쳐 광학 센서(123)에서 영상으로 기록된다.Referring to FIG. 13C, an image of the
복수의 발광부(110a, 110b, 110c)가 존재하는 경우에는 어느 하나를 기준 발광부로 정할 수 있다. 기준 발광부는 장애물 감지 모듈(100)과 장애물과의 거리를 정할 수 있는 기준이 되는 발광부다. 이하에서는 제2 발광부(110b)를 기준 발광부(110b)로 정한 것을 바탕으로 설명한다.When there are a plurality of light emitting
제2 발광부(110b)에서 조사된 평면광은 장애물(2)의 2e 높이에서 반사된다. 제2 발광부(110b)에서 조사된 평면광에 의해서, 장애물(2)은 x축을 기준으로 반시계 방향으로 1β 각도에서 1α 각도의 범위 내이며, 원점(O)으로부터 g1' 만큼의 거리에 기록된다. 즉, 장애물(2)은 광학 센서(123)에서는 중심이 O', 반지름이 g1'인 원에서, 두 반지름 O'1a', O'1b'를 그을 때, 이 두 반지름과 두 점1a', 1b'이 정하는 호(2')와 유사한 모양으로 기록된다.The plane light irradiated from the second
제1 발광부(110a)에서 조사된 평면광 장애물(2)에서 1e 높이에서 반사된다. 그리고, 제1 발광부(110a)에서 조사된 평면광은 광학 센서(123)에서 중심(O')으로부터 g1' 보다 더 먼 곳에서 호(4')와 유사한 모양으로 기록된다.It is reflected at a height of 1e from the plane
제3 발광부(110a)에서 조사된 평면광은 장애물(2)에서 3e 높이에서 반사된다. 그리고, 제3 발광부(110a)에서 조사된 평면광은 광학 센서(123)에서 중심(O')으로부터 g1' 보다 더 가까운 곳에서 호(3')와 유사한 모양으로 기록된다.The plane light irradiated from the third
광학 센서(123)에 의해 변환된 전기적인 영상신호는 신호 처리 회로(124)에 의해 디지털 영상신호로 변환된 후 장애물 감지 제어부(미도시) 또는 제어부(미도시)로 전달된다.The electrical image signal converted by the
장애물 감지 제어부 또는 제어부는 디지털 영상신호로 변환된 이미지를 분석하여 장애물 감지 모듈(100)과 장애물 사이의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 및 장애물의 형상을 판단할 수 있다.The obstacle detection control unit or the control unit may determine the distance between the
또한, 장애물 감지 제어부 또는 제어부는 광학 센서(123)에 기록된 3개의 호(2', 3', 4')와 장애물 감지 모듈(100)에 설치된 3개의 발광부(110a, 110b, 110c)들의 높이(1e, 2e, 3e) 등을 이용하여 장애물(2)의 높이를 판단할 수 있다.In addition, the obstacle detection control unit or the control unit includes three arcs (2', 3', 4') recorded in the
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈에 포함된 복수의 발광부가 서로 다른 위치에 설치된 경우 복수의 발광부와 장애물을 도시한 평면도를 도시한 도면이다.14 is a plan view illustrating a plurality of light emitting units and an obstacle when a plurality of light emitting units included in the obstacle detection module according to an exemplary embodiment are installed at different positions.
도 14를 참조하면, 복수의 발광부(110a, 110b, 110c)는 청소 로봇(1)에서 서로 다른 위치에 설치될 수 있다.Referring to FIG. 14, a plurality of light emitting
예를 들면, 제2 발광부(110b)와 수광부(120)는 청소 로봇(1)의 앞쪽에서 동일한 위치에 설치될 수 있다. 또한, 제1 발광부(110a)는 제2 발광부(110b)의 좌측에 설치될 수 있고, 제3 발광부(110c)는 제2 발광부(110b)의 우측에 설치될 수 있다.For example, the second light-emitting
장애물 감지 제어부(미도시) 또는 제어부(미도시)는 위에서 언급한 복수의 발광부(110a, 110b, 110c)를 동일한 위치에 설치한 것과 유사한 방법으로 장애물 감지 모듈(미도시)과 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 및 장애물의 형상을 판단할 수 있다.The obstacle detection control unit (not shown) or the control unit (not shown) is the distance between the obstacle detection module (not shown) and the obstacle in a manner similar to that of installing the plurality of light emitting
복수의 발광부(110a, 110b, 110c)를 서로 다른 위치에 설치할 경우에는 장애물 감지 모듈(100)의 감지 영역이 더욱 넓어질 수 있다.When the plurality of light emitting
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 추락 지점을 감지하기 위해서 제2 광각렌즈를 세로로 배치한 측면도를 도면이고, 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 추락 지점을 감지하기 위해서 제4 광각렌즈를 세로로 배치한 측면도를 도시한 도면이다.15A is a side view of an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention in which a second wide-angle lens is vertically disposed to detect a fall point, and FIG. 15B is a diagram illustrating an obstacle detection module according to an embodiment of the present invention. It is a view showing a side view in which a fourth wide-angle lens is vertically arranged to detect a fall point.
도 15a를 참조하면, 제2 광각렌즈(110b)는 세로로 배치되어 있다. 예를 들면, 지면으로부터 수직방향으로 긴 형태로 배치되어 있다. 이와 같이 배치되면, 제2 광각렌즈(110b)로부터 조사되는 평면광은 x-z 평면상에서 전방을 향해서 조사된다.Referring to FIG. 15A, the second wide-
발광부(110)에는 슬릿(미도시)이 설치될 수 있으며, 슬릿은 평면광이 얇은 두께로 조사되도록 할 수 있다.A slit (not shown) may be installed in the
도 15b를 참조하면, 제4 광각렌즈(110d)는 세로로 배치되어 있다. 예를 들면, 지면으로부터 수직방향으로 배치되어 있다. 이와 같이 배치되면, 제4 광각렌즈(110d)로부터 조사되는 평면광은 x-z 평면상에서 조사된다.Referring to FIG. 15B, the fourth wide-
발광부(110)에는 슬릿(미도시)이 설치될 수 있으며, 슬릿은 평면광이 얇은 두께로 조사되도록 할 수 있다.A slit (not shown) may be installed in the
도 16a는 추락 지점이 없는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 조사한 모습을 도시한 도면이고, 도 16b는 추락 지점이 없는 경우 지면에서 반사된 반사광을 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈의 광학 센서가 수신한 이미지를 도시한 도면이다.FIG. 16A is a diagram illustrating a state in which the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention irradiates plane light when there is no fall point, and FIG. 16B is a view showing reflected light reflected from the ground when there is no fall point. A diagram showing an image received by an optical sensor of an obstacle detection module according to an example.
도 16a를 참조하면, 청소 로봇(1)은 내부에 장애물 감지 모듈(100)를 포함하고 있다. 추락 지점을 판단하기 위해서 장애물 감지 모듈(100)는 세로로 기울여진 제1 광각렌즈(미도시) 내지 제4 광각렌즈(미도시)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16A, the cleaning
하지만, 이에 한정되지 않고, 장애물 감지 모듈(100)는 x-z평면상에서 전방을 향하여 광을 방출할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the
이때, 장애물 감지 모듈(100)에서 조사된 평면광은 장애물 감지 모듈(100)의 전방의 지면(9)으로 진행할 수 있다. 장애물 감지 모듈(100)의 중심(O)을 기준으로, 장애물 감지 모듈(100)에서 조사된 평면광은 청소 로봇(1)의 전방의 가까운 지점(P)에서부터 먼 지점(Q)까지 도달 할 수 있다. 이때, 광이 장애물 감지 모듈(100)의 전방의 지면(9)에 도달한 영역은 전방으로 일직선 형태의 영역일 수 있다.In this case, the plane light irradiated by the
지면(9)으로 진행한 평면광은 지면(9)에서 반사되어 장애물 감지 모듈(100)로 전달 된다.The plane light traveling to the
도 16b를 참조하면, 지면에서 반사된 반사광이 광학 센서(123)에 기록된 영상을 볼 수 있다. 발광부(미도시)에서 x-z 평면상에서 전방으로 광을 방출 하였기 때문에, 중심(O')으로부터 멀어지는 일직선 형태로 광학 센서(123)에 기록된다.Referring to FIG. 16B, an image in which reflected light reflected from the ground is recorded on the
여기에서, 가까운 지점(P')은 청소 로봇(미도시)의 바로 앞에 있는 지면(P)을 의미하고, 먼 지점(Q')은 청소 로봇(미도시)이 감지할 수 있는 가장 먼 지점(Q)일 수 있다.Here, the near point (P') means the ground (P) in front of the cleaning robot (not shown), and the far point (Q') is the farthest point (not shown) that can be detected by the cleaning robot (not shown). It could be Q).
장애물 감지 제어부 또는 제어부는 디지털 영상신호로 변환된 이미지를 분석하여 장애물 감지 모듈(100)의 전방에 추락영역이 존재하는지 판단할 수 있다. 장애물 감지 제어부 또는 제어부는 광학 센서에 기록된 이미지로부터 전방의 가장 가까운 지점에서부터 가장 먼 지점까지 연속된 반사광을 인식하고, 이를 바탕으로 추락 지점이 존재하는 지 여부를 판단할 수 있다.The obstacle detection control unit or the control unit may determine whether a fall area exists in front of the
예를 들면, 장애물 감지 제어부 또는 제어부는 광학 센서에 기록된 이미지로부터 청소 로봇의 전방의 가까운 지점(P')에서부터 먼 지점(Q')까지 연속된 반사광이 존재한다는 것을 인식할 수 있다. 그리고 먼 지점(Q)까지의 거리를 판단하고, 먼 지점(Q)까지는 추락지점이 존재하지 않는다고 판단할 수 있다.For example, the obstacle detection control unit or the control unit may recognize that there is a continuous reflected light from an image recorded on the optical sensor from a near point P'to a far point Q'in front of the cleaning robot. In addition, the distance to the far point Q is determined, and it can be determined that there is no fall point to the far point Q.
도 17a는 추락 지점이 있는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 모듈이 평면광을 조사하는 모습을 도시한 도면이고, 도 17b는 추락 지점이 있는 경우에 지면에서 반사된 반사광을 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 센서의 광학 센서가 수신된 이미지를 도시한 도면이다.17A is a diagram illustrating a state in which the obstacle detection module according to an embodiment of the present invention irradiates plane light when there is a fall point, and FIG. 17B is a view showing the reflected light reflected from the ground when there is a fall point. A diagram illustrating an image received by an optical sensor of an obstacle detection sensor according to an embodiment.
도 17a를 참조하면, 청소 로봇(1)은 내부에 장애물 감지 모듈(100)을 포함하고 있다. 추락 지점을 판단하기 위해서 장애물 감지 모듈(100)는 세로로 기울여진 제1 광각렌즈(미도시) 내지 제4 광각렌즈(미도시)를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 장애물 감지 모듈(100)는 x-z평면상에서 전방을 향하여 광을 방출할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 17A, the cleaning
이때, 장애물 감지 모듈(100)에서 분산된 광은 장애물 감지 모듈(100)의 전방의 지면(9)으로 진행할 수 있다. 장애물 감지 모듈(100)의 중심(O)을 기준으로, 장애물 감지 모듈(100)에서 조사된 평면광은 청소 로봇(1)의 전방의 가까운 지점(P)에서부터 추락 지점(S)까지 도달 할 수 있다. 이때, 광이 장애물 감지 모듈(100)의 전방의 지면(9)에 도달한 영역은 전방으로 일직선 형태의 영역일 수 있다.In this case, the light scattered by the
지면(9)으로 진행한 평면광은 지면(9)에서 반사되어 장애물 감지 모듈(100)로 전달 된다.The plane light traveling to the
도 17b를 참조하면, 지면에서 반사된 반사광이 광학 센서(123)에 기록된 이미지를 볼 수 있다. 발광부(미도시)에서 x-z 평면상에서 전방으로 광을 방출 하였기 때문에, 중심(O')으로부터 멀어지는 일직선 형태로 광학 센서(123)에 기록된다.Referring to FIG. 17B, an image in which reflected light reflected from the ground is recorded on the
도 17b에서, 광학 센서(123)에 기록된 P' 에서 S' 으로 이어지는 일직선 형태의 직선을 볼 수 있다. P' 지점은 청소 로봇(미도시) 전방에 있는 지면(9) 가운데 가장 가까운 지점(P)을 의미하고, S' 지점은 청소 로봇(미도시) 전방에 있는 추락 지점(S)을 의미한다.In FIG. 17B, a straight line in the form of a straight line leading from P'to S'recorded on the
장애물 감지 제어부 또는 제어부는 디지털 영상신호로 변환된 이미지를 분석하여 장애물 감지 모듈(100)의 전방에 추락 지점이 존재하는지 판단할 수 있다.The obstacle detection control unit or the control unit may determine whether a fall point exists in front of the
장애물 감지 제어부 또는 제어부는 광학 센서에 기록된 이미지로부터 전방의 가장 가까운 지점에서부터 연속된 가장 먼 지점까지의 반사광을 인식하고, 이를 바탕으로 추락 지점이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.The obstacle detection control unit or the control unit may recognize reflected light from the closest point in front to the farthest point in succession from the image recorded in the optical sensor, and determine whether a fall point exists based on this.
예를 들면, 장애물 감지 제어부 또는 제어부는 광학 센서에 기록된 이미지로부터 청소 로봇의 전방의 가까운 지점(P')에서부터 먼 지점(S')까지 연속된 반사광이 존재한다는 것을 인식할 수 있다. 그리고 먼 지점(S)까지의 거리를 판단하고, 먼 지점(S)에 추락지점이 존재한다고 판단할 수 있다.For example, the obstacle detection control unit or the control unit may recognize that there is a continuous reflected light from an image recorded in the optical sensor from a near point P'to a far point S'in front of the cleaning robot. In addition, it is possible to determine the distance to the far point S and determine that the fall point exists at the far point S.
또한, 장애물 감지 제어부 또는 제어부는 청소 로봇(미도시)과 추락지점과의 거리를 계산할 수 있다.In addition, the obstacle detection control unit or the control unit may calculate a distance between the cleaning robot (not shown) and the fall point.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 발명의 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명과 다르게 해석될 수 없다.In the above, one embodiment of the disclosed invention has been illustrated and described, but the disclosed invention is not limited to the specific embodiment described above, and common knowledge in the technical field to which the disclosed invention belongs without departing from the gist of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications may be made by a person having them, and these modifications cannot be interpreted differently from the disclosed invention.
1 : 청소 로봇 100 : 장애물 감지 모듈
110 : 발광부 111 : 광각 렌즈
112 : 광원 113 : 광원 구동부
120 : 수광부 121 : 반사 미러
122 : 광학 렌즈 123 : 광학 센서
124 : 신호 처리 회로 130 : 장애물 감지 제어부1: cleaning robot 100: obstacle detection module
110: light emitting unit 111: wide-angle lens
112: light source 113: light source driver
120: light receiving unit 121: reflection mirror
122: optical lens 123: optical sensor
124: signal processing circuit 130: obstacle detection control unit
Claims (28)
상기 장애물 감지 모듈은,
광원, 상기 광원에서 입사된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광으로 확산시키는 광각렌즈, 및 상기 광원을 발광시키는 광원 구동부를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및
상기 장애물에 의해 반사된 반사광을 반사시키는 반사 미러, 상기 반사 미러로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 광학 렌즈, 상기 광학 렌즈를 통과한 반사광을 받아 영상신호를 생성하는 광학 센서, 및 상기 영상신호를 받아 디지털 형태의 전기적인 영상신호로 변환하는 신호 처리 회로를 가지는 수광부를 포함하고,
상기 광각 렌즈는 상기 광원에서 입사된 광을 굴절시켜 상기 광각렌즈 내부에서 동일한 평면에서 확산시키는 제1 확산면과, 상기 제1 확산면을 통해서 굴절된 광을 상기 광각렌즈 외부로 상기 동일한 평면에서 굴절시키거나 전반사시켜 상기 동일한 평면에서 여러 방향으로 진행하는 평면광을 생성하는 제 2확산면과, 상기 제1 확산면에 형성되어 상기 광원이 수용하는 삽입홈을 포함하는 청소 로봇.A cleaning robot comprising a main body, a driving unit driving the main body, an obstacle detecting module detecting an obstacle around the main body, and a control unit controlling the driving unit based on a detection result of the obstacle detecting module,
The obstacle detection module,
At least one light-emitting unit having a light source, a wide-angle lens that refracts or reflects light incident from the light source and diffuses it into planar light, and a light source driver that emits light; And
A reflection mirror that reflects the reflected light reflected by the obstacle, an optical lens disposed to be spaced apart from the reflection mirror by a predetermined distance to pass the reflected light, an optical sensor that receives the reflected light passing through the optical lens and generates an image signal, And a light receiving unit having a signal processing circuit for receiving the image signal and converting it into a digital electrical image signal,
The wide-angle lens refracts the light incident from the light source and diffuses the light in the same plane inside the wide-angle lens, and the light refracted through the first diffusion plane is refracted out of the wide-angle lens in the same plane. A cleaning robot comprising: a second diffusion surface for generating plane light traveling in various directions in the same plane by performing or total reflection; and an insertion groove formed on the first diffusion surface to receive the light source.
상기 장애물 감지 모듈은,
상기 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하거나,
상기 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성하는 장애물 감지 제어부를 더 포함하는 청소 로봇.The method of claim 1,
The obstacle detection module,
Generate a light control signal for controlling the on and off of the light source, or
A cleaning robot further comprising an obstacle detection control unit that generates obstacle detection information based on the image signal.
상기 제어부는,
상기 장애물 감지 정보를 기초로 구동 제어신호를 생성하는 청소 로봇.The method of claim 2,
The control unit,
A cleaning robot that generates a drive control signal based on the obstacle detection information.
상기 제어부는,
상기 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하거나,
상기 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성하거나, 또는
상기 장애물 감지 정보를 기초로 구동 제어신호를 생성하는 청소 로봇.The method of claim 1,
The control unit,
Generate a light control signal for controlling the on and off of the light source, or
Generates obstacle detection information based on the video signal, or
A cleaning robot that generates a drive control signal based on the obstacle detection information.
상기 장애물 감지 정보는,
상기 본체와 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락 지점 중에서 적어도 하나를 포함하는 청소 로봇.The method according to any one of claims 2 to 4,
The obstacle detection information,
A cleaning robot comprising at least one of a distance between the main body and an obstacle, a position of the obstacle, a height of the obstacle, a shape of the obstacle, and a fall point.
상기 제어부는,
상기 청소 로봇 청소기가 지면으로부터 들어올려지면, 상기 광원을 오프 시키는 광 제어신호를 생성하는 청소 로봇.The method according to claim 2 or 4,
The control unit,
When the cleaning robot cleaner is lifted from the ground, the cleaning robot generates an optical control signal to turn off the light source.
상기 제어부는,
상기 청소 로봇 청소기가 주행을 시작하면 상기 광원을 온 시키는 광 제어신호를 생성하고, 상기 청소 로봇 청소기가 주행을 완료하면 상기 광원을 오프 시키는 광 제어신호를 생성하는 청소 로봇.The method according to claim 2 or 4,
The control unit,
The cleaning robot generates an optical control signal that turns on the light source when the cleaning robot cleaner starts driving, and generates an optical control signal that turns off the light source when the cleaning robot cleaner completes driving.
상기 장애물 감지 모듈은,
광원, 상기 광원에서 입사된 광을 평면광으로 확산시키는 광각렌즈를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및
장애물에 의해 반사된 반사광을 전달받아 영상신호를 생성하는 광학 센서를 포함하는 수광부를 포함하고,
상기 광각 렌즈는 상기 광원에서 입사된 광을 굴절시켜 상기 광각렌즈 내부에서 동일한 평면에서 확산시키는 제1 확산면과, 상기 제1 확산면을 통해서 굴절된 광을 상기 광각렌즈 외부로 상기 동일한 평면에서 굴절시키거나 전반사시켜 상기 동일한 평면에서 여러 방향으로 진행하는 평면광을 생성하는 제 2확산면과, 상기 제1 확산면에 형성되어 상기 광원이 수용하는 삽입홈을 포함하는 청소 로봇. A cleaning robot comprising a main body, a driving unit driving the main body, an obstacle detecting module detecting an obstacle around the main body, and a control unit controlling the driving unit based on a detection result of the obstacle detecting module,
The obstacle detection module,
At least one light-emitting unit having a light source and a wide-angle lens that diffuses light incident from the light source into plane light; And
It includes a light receiving unit including an optical sensor for generating an image signal by receiving the reflected light reflected by the obstacle,
The wide-angle lens refracts the light incident from the light source and diffuses the light in the same plane inside the wide-angle lens, and the light refracted through the first diffusion plane is refracted out of the wide-angle lens in the same plane. A cleaning robot comprising: a second diffusion surface for generating plane light traveling in various directions in the same plane by performing or total reflection; and an insertion groove formed on the first diffusion surface to receive the light source.
광원, 상기 광원에서 입사된 광을 굴절 또는 반사시켜 평면광으로 확산시키는 광각렌즈, 및 상기 광원을 발광시키는 광원 구동부를 가지는 적어도 하나의 발광부; 및
상기 장애물에 의해 반사된 평면광을 다시 반사시켜 반사광을 생성하는 반사 미러, 상기 반사 미러로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 광학 렌즈, 상기 광학 렌즈를 통과한 반사광을 받아 전기적인 영상신호를 생성하는 광학 센서, 및 상기 전기적인 영상신호를 받아 디지털 형태의 영상신호로 변환하는 신호 처리 회로를 가지는 수광부를 포함하고,
상기 광각 렌즈는 상기 광원에서 입사된 광을 굴절시켜 상기 광각렌즈 내부에서 동일한 평면에서 확산시키는 제1 확산면과, 상기 제1 확산면을 통해서 굴절된 광을 상기 광각렌즈 외부로 상기 동일한 평면에서 굴절시키거나 전반사시켜 상기 동일한 평면에서 여러 방향으로 진행하는 평면광을 생성하는 제 2확산면과, 상기 제1 확산면에 형성되어 상기 광원이 수용하는 삽입홈을 포함하는 장애물 감지 모듈.In the obstacle detection module installed in the cleaning robot,
At least one light-emitting unit having a light source, a wide-angle lens that refracts or reflects light incident from the light source and diffuses it into planar light, and a light source driver that emits light; And
A reflection mirror that generates reflected light by reflecting the plane light reflected by the obstacle again, an optical lens disposed to be spaced apart from the reflection mirror by a predetermined distance to pass the reflected light, and receiving the reflected light passing through the optical lens to be electrically An optical sensor generating an image signal, and a light receiving unit having a signal processing circuit for receiving the electrical image signal and converting it into a digital image signal,
The wide-angle lens refracts the light incident from the light source and diffuses the light in the same plane inside the wide-angle lens, and the light refracted through the first diffusion plane is refracted out of the wide-angle lens in the same plane. An obstacle detection module including a second diffusion surface for generating planar light traveling in various directions in the same plane by performing or total reflection, and an insertion groove formed on the first diffusion surface and received by the light source.
상기 발광부는,
상기 광각렌즈의 전방에 위치하며, 평면광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿을 더 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
The light emitting unit,
An obstacle detection module positioned in front of the wide-angle lens and further comprising a slit capable of adjusting a thickness of the plane light.
상기 반사 미러와 상기 광학 센서 사이에는 상기 광학 렌즈가 배치되고, 상기 광학 센서의 전방에는 상기 발광부가 배치되는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
An obstacle detection module in which the optical lens is disposed between the reflective mirror and the optical sensor, and the light emitting part is disposed in front of the optical sensor.
상기 적어도 하나의 발광부는 상기 청소 로봇에서 배치되는 위치 또는 지면으로부터의 높이가 서로 상이한 복수의 발광부를 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
An obstacle detection module including a plurality of light emitting units having different heights from the ground or a position disposed in the cleaning robot.
상기 복수의 발광부는 평면광을 동시 또는 순차적으로 확산시키는 것을 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 12,
An obstacle detection module including the plurality of light emitting units simultaneously or sequentially diffusing planar light.
상기 복수의 발광부는,
상기 청소 로봇에서 배치되는 제1 발광부, 제2 발광부 및 제3 발광부로 구성되며,
상기 제1 발광부는 상기 청소 로봇의 전방에 설치되는 수광부의 전방에 설치되며,
상기 제2 발광부는 상기 제1 발광부로부터 좌측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되고,
상기 제3 발광부는 상기 제1 발광부로부터 우측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되는 장애물 감지 모듈.The method of claim 12,
The plurality of light emitting units,
It consists of a first light-emitting unit, a second light-emitting unit, and a third light-emitting unit disposed in the cleaning robot,
The first light emitting part is installed in front of the light receiving part installed in front of the cleaning robot,
The second light emitting part is installed to be spaced apart from the first light emitting part by a predetermined distance to the left,
The third light emitting unit is an obstacle detection module that is spaced apart from the first light emitting unit by a predetermined distance to the right.
상기 복수의 발광부는,
상기 청소 로봇에서 배치되는 제1 발광부, 제2 발광부, 제3 발광부 및 제4 발광부로 구성되며,
상기 제1 발광부 및 제2 발광부는 상기 청소 로봇의 전방에 설치된 수광부로부터 좌측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되고,
상기 제3 발광부 및 제4 발광부는 상기 청소 로봇의 전방에 설치된 수광부로부터 우측으로 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되는 장애물 감지 모듈.The method of claim 12,
The plurality of light emitting units,
Consisting of a first light-emitting unit, a second light-emitting unit, a third light-emitting unit, and a fourth light-emitting unit disposed in the cleaning robot,
The first light emitting part and the second light emitting part are installed spaced apart from the light receiving part installed in front of the cleaning robot by a predetermined distance to the left,
The third light emitting unit and the fourth light emitting unit are installed to be spaced apart from the light receiving unit installed in front of the cleaning robot by a predetermined distance to the right.
상기 반사 미러는 꼭지점이 상기 광학 센서와 마주보도록 배치되는 원뿔형의 반사 미러인 것을 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
The reflective mirror is an obstacle detection module comprising a conical reflective mirror disposed so that the vertex faces the optical sensor.
상기 반사 미러는,
원뿔의 밑면에서부터 미리 정해진 높이까지는 빗면이 오목한 곡선형태로 형성되고,
상기 미리 정해진 높이에서 꼭지점까지는 빗면이 볼록한 곡선형태로 형성되는 것을 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
The reflection mirror,
From the bottom of the cone to a predetermined height, the slope is formed in a concave curved shape,
Obstacle detection module comprising the inclined surface formed in a convex curved shape from the predetermined height to the vertex.
상기 광학 렌즈 또는 상기 반사 미러의 표면에는 상기 평면광의 파장을 통과시키는 밴드 패스 필터가 코팅되는 것을 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
An obstacle detection module comprising coating a band pass filter to pass the wavelength of the plane light on the surface of the optical lens or the reflective mirror.
상기 광원의 온 및 오프를 제어하는 광 제어신호를 생성하거나,
상기 영상신호에 기초하여 장애물 감지 정보를 생성하는 장애물 감지 제어부를 더 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 9,
Generate a light control signal for controlling the on and off of the light source, or
An obstacle detection module further comprising an obstacle detection control unit for generating obstacle detection information based on the image signal.
상기 장애물 감지 정보는,
상기 청소 로봇과 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이, 장애물의 형상, 및 추락 지점 중에서 어느 하나를 포함하는 장애물 감지 모듈.The method of claim 19,
The obstacle detection information,
An obstacle detection module comprising any one of a distance between the cleaning robot and an obstacle, a position of the obstacle, a height of the obstacle, a shape of the obstacle, and a fall point.
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