KR102620361B1

KR102620361B1 - 로봇 청소기

Info

Publication number: KR102620361B1
Application number: KR1020160170239A
Authority: KR
Inventors: 윤상식; 김경수; 김신; 김용석; 노경식; 정현수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2024-01-04
Also published as: EP3478143B1; EP3478143A4; KR20180025097A; EP3478143A1

Abstract

본 발명은 로봇 청소기에 관한 발명으로서, 외관을 형성하는 하우징과 상기 하우징 내에 배치되는 센서 어셈블리를 포함하며, 상기 센서 어셈블리는 상기 하우징의 전방측으로 광을 조사하는 광원과 렌즈를 포함한 카메라 유닛과 상기 하우징의 전방측에서 입사된 광을 상기 렌즈의 전방측 영역으로 반사하는 리플렉터 및 상기 하우징의 상측에서 입사된 광을 상기 렌즈의 후방측 영역으로 안내하는 중공의 가이드부재를 포함하고 있다.
본 발명은 하나의 카메라 유닛을 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서와 로봇 청소기의 주변 공간을 인식하는 공간 인식 센서의 역할을 동시에 할 수 있어 보다 경제적으로 로봇 청소기를 생산할 수 있는 효과가 존재한다. 또한, 카메라 유닛을 이용하여 취득한 영상을 기초로 추정되는 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있어 보다 정확한 로봇 청소기의 현재 위치를 추정할 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇 청소기{ROBOT CLEANER}

본 발명은 로봇 청소기 및 그 제어 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 하나의 카메라를 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서의 역할과 로봇 청소기의 주변 공간을 인식하는 공간 인식 센서의 역할을 동시에 할 수 있는 기술에 관한 발명이다.

일반적으로, 과거 로봇은 산업 기술 분야용으로 많이 개발되어 공장 자동화의 일부분으로 많이 사용되어 왔다. 그러나 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되었고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 이동 로봇 또한 만들어지고 있다.

이동 로봇은 사용자의 조작 없이도 주행하고자 하는 영역을 자율적으로 이동하면서 사용자로부터 명령 받은 작업을 수행하는 로봇을 말한다. 그 예로는 텔레프레전스 로봇(telepresence robot), 경비 로봇(security robot) 및 로봇 청소기 등이 이에 해당한다.

일반적으로 로봇 청소기는 사용자의 조작 없이도 미리 설정된 프로그램에 따라 청소하고자 하는 영역을 스스로 주행하면서 지면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 영역을 자동으로 청소하는 장치를 말한다.

이러한 로봇 청소기는 자율적으로 주행을 해야 하므로 현재의 로봇 청소기의 위치를 실시간으로 정확히 추정하고 동시에 주변의 장애물들을 정확히 인지하면서 주행하는 기술이 필수적으로 요구된다.

따라서, 일반적으로 로봇 청소기는 주행 중 로봇 청소기가 벽과 같은 장애물과 충돌하는 것을 방지하기 위한 장애물 감지센서와, 로봇 청소기 상측으로부터 전달된 광을 통해 로봇 청소기 상측 공간에 대한 화상 정보를 취득한 후 취득한 영상을 이용하여 현재 로봇 청소기의 위치를 인식할 수 있도록 하는 카메라 유닛을 포함한다.

그러나, 종래 기술에 따른 로봇 청소기는 장애물을 감지하는 센서와 로봇 청소기의 주면 환경을 인식하는 공간을 인식하는 카메라 유닛이 각각 존재해야 하므로 비용이 많이 발생하는 문제가 존재하였다.

따라서, 본 발명은 상기 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 하나의 카메라 유닛을 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서의 역할과 로봇 청소기의 주변 공간을 인식하는 공간 인식 센서의 역할을 동시에 할 수 있는 로봇 청소기를 제공하기 위함이다.

또한, 오드메트리(Odometry) 정보를 이용하여 추정된 현재 로봇 청소기의 위치를 카메라 유닛을 통하여 취득한 영상을 기초로 보정을 하여 좀 더 정확한 로봇 청소기의 현재 위치를 추정할 수 있는 로봇 청소기를 제공하기 위함이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기는 외관을 형성하는 하우징과 상기 하우징 내에 배치되는 센서 어셈블리를 포함하며, 상기 센서 어셈블리는 상기 하우징의 전방측으로 광을 조사하는 광원과 렌즈를 포함한 카메라 유닛과 상기 하우징의 전방측에서 입사된 광을 상기 렌즈의 전방측 영역으로 반사하는 리플렉터 및 상기 하우징의 상측에서 입사된 광을 상기 렌즈의 후방측 영역으로 안내하는 중공의 가이드부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 청소기는 상기 가이드부재의 상측을 덮도록 배치되는 투명창을 더 포함할 수 있다.

상기 가이드부재는 상기 카메라 유닛의 상측에 수직하게 마련되는 격벽부와 상기 하우징의 후방 상측을 향해 경사지게 연장된 후부와 상기 하우징의 양 측방을 향해 각각 경사지게 연장되며 상기 격벽부와 상기 후부를 곡면으로 연결하는 한 쌍의 측부를 포함할 수 있다.

상기 격벽부는 그 하단이 상기 카메라 유닛과 이격되도록 형성될 수 있다.

상기 격벽부의 하부는 하측으로 진행하며 작아지는 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 리플렉터는 상기 카메라 유닛의 상측에 이격 배치되며, 상기 리플렉터의 하면은 상기 렌즈와 대향된 부위를 중심으로 전방 및 전방 양 측방을 향해 상향 경사지게 연장되어 반사면을 형성할 수 있다.

상기 카메라 유닛은 이미지 센서와, 상기 이미지 센서의 상측에 배치된 상기 렌즈를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 청소기는 전방측에서 입사된 광 중 일부 파장대역의 광을 제한적으로 통과시키는 대역필터를 더 포함할 수 있다.

상기 대역필터는 적외선 영역의 파장을 제한적으로 통과시킬 수 있다.

상기 대역필터는 상기 하우징의 전방측과 상기 이미지 센서 사이의 광 경로 상에 배치될 수 있다.

상기 대역필터는, 상기 이미지 센서의 전방측 상면을 덮도록 배치되거나 상기 하우징의 전방측 내면에 배치될 수 있다.

상기 대역필터는, 상기 렌즈의 외면 전방측을 제한적으로 덮도록 배치될 수 있다.

상기 대역 필터는, 원판 형성으로 형성되어 상기 카메라 유닛 내에 배치되며, 상기 대역 필터의 전방측에 반원 형상으로 형성된 필터부와 상기 대역필터의 후방측에 반원 형상으로 형성된 투과부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 청소기는 관성센서(Inertia Measurement Unit)와 오드메트리(Odometry)로부터 취득한 정보를 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 추정한 후, 상기 카메라 유닛이 촬영한 영상을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 로봇 청소기의 주행 패턴을 기초로 기준점을 설정하고, 상기 기준점에서 촬영한 영상들을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 로봇 청소기의 주행 방향이 미리 설정된 각도 이상으로 변하는 위치를 기준점으로 설정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 로봇 청소기의 주행 방향의 변화가 동일한 기준점에서 촬영한 영상들을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 기준점들 사이의 거리가 미리 설정된 거리 이하인 기준점에서 촬영한 영상들을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 기준점에서 촬영한 영상들의 특징점을 비교하여 상기 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 특징점들간의 상대적인 거리 및 각도 중 적어도 하나를 산출하여 이를 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있다.

본 발명은 하나의 카메라 유닛을 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서와 로봇 청소기의 주변 공간을 인식하는 공간 인식 센서의 역할을 동시에 할 수 있어 보다 경제적으로 로봇 청소기를 생산할 수 있는 효과가 존재한다. 또한, 카메라 유닛을 이용하여 취득한 영상을 기초로 추정되는 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있어 보다 정확한 로봇 청소기의 현재 위치를 추정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 센싱 어셈블리의 설치 태를 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 센싱 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 카메라 유닛의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 센싱 어셈블리의 동작을 보인 개략도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 로봇 청소기에 적용된 대역필터의 위치에 대한 여러 다른 실시예를 보인 단면도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점을 이용하여 루프를 형성하는 여러 실시예를 도시한 도면이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점에서 촬영한 영상을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점에서 촬영된 영상들의 특징점을 정합하는 모습을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 로봇 청소기의 위치 보정 결과를 도시한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서에서 "포함하다" "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1구성 요소는 제 2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제 1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

또한, 이하 도면들은 설명의 편의를 위해 로봇 청소기를 기준으로 설명하지만 본 발명의 구성 및 작동 원리는 로봇 청소기에 한정되는 것은 아니고 이동할 수 있는 모든 로봇에 적용될 수 있다.

도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기(1)를 포함하고 있는 로봇 청소기 시스템(100)의 전체 구성을 도시한 도면이다.

도 1에서, 개시된 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기 시스템(100)은 일정 영역을 자율적으로 이동하면서 청소 작업을 수행하는 로봇 청소기(1)와, 로봇 청소기(1)를 원격으로 제어하는 디바이스(40)와, 로봇 청소기(1)와 분리되어 로봇 청소기(1)의 배터리 전원을 충전하는 충전 스테이션(50) 등을 포함할 수 있다.

로봇 청소기(1)는 디바이스(40)의 제어 명령을 전달받아 제어 명령에 대응하는 동작을 수행하는 장치로, 충전 가능한 배터리(미도시)를 구비하고, 주행 중 장애물을 피할 수 있는 장애물 센서를 구비하여 작업 영역을 자율적으로 주행하며 작업할 수 있다.

또한, 로봇 청소기(1)는 카메라 유닛(22)을 통해 주변 환경에 대한 사전 정보 없이 자신의 위치를 인식하고, 환경에 대한 정보로부터 지도를 작성하는 위치 인식(Localization)과 지도 작성(Map-building)의 과정, 즉 Visual SLAM을 수행할 수 있다.

디바이스(40)는 로봇 청소기(1)의 이동을 제어하거나 로봇 청소기(1)의 작업을 수행하기 위한 제어 명령을 무선으로 송신하는 원격 제어 장치로, 휴대폰(Cellphone, PCS phone), 스마트 폰(smart phone), 휴대 단말기(Personal Digital Assistants: PDA), 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player: PMP), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, 넷북, 태블릿, 네비게이션(Navigation) 등을 포함할 수 있다.

이외에도, 디바이스(40)는 유무선 통신 기능이 내장된 디지털 카메라, 캠코더 등과 같이 여러 응용 프로그램을 이용한 다양한 기능의 구현이 가능한 모든 장치를 포함한다.

또한, 디바이스(40)는 간단한 형태의 일반적인 리모컨일 수 있다. 리모컨은 일반적으로 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association)을 이용하여 로봇 청소기(1)와 신호를 송수신한다.

또한, 디바이스(40)는 RF(Radio Frequency), 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 초광대역(Ultra-Wide Band: UWB) 통신 등 다양한 방식을 이용하여 로봇 청소기(1)와 무선 통신 신호를 송수신할 수 있으며, 디바이스(40)와 로봇 청소기(1)가 상호 무선 통신 신호를 주고 받을 수 있는 것이면, 어느 방식을 사용하여도 무방하다.

또한, 디바이스(40)는 로봇 청소기(1)의 전원을 온/오프 제어하기 위한 전원 버튼과, 로봇 청소기(1)의 배터리 충전을 위해 충전 스테이션(50)으로 복귀하도록 지시하기 위한 충전 복귀 버튼과, 로봇 청소기(1)의 제어 모드를 변경하기 위한 모드 버튼과, 로봇 청소기(1)의 동작을 시작/정지하거나 제어 명령의 개시, 취소 및 확인을 위한 시작/정지 버튼과, 다이얼 등을 포함할 수 있다.

충전 스테이션(50)은 로봇 청소기(1)의 배터리 충전을 위한 것으로, 로봇 청소기(1)이 도킹되는 것을 안내하는 가이드 부재(미 도시)가 마련되어 있고, 가이드 부재(미 도시)에는 로봇 청소기(1)에 구비된 전원부를 충전시키기 위해 접속 단자(미 도시)가 마련되어 있을 수 있다.

또한, 로봇 청소기(1)는 그 외관을 형성하는 하우징(10)을 포함할 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 하우징(10)의 내부에는 흡입력을 발생시키는 팬 모터와, 팬 모터에 의해 흡입된 공기로부터 이물질을 걸러 저장하는 집진통을 포함할 수 있으며, 하우징(10)의 하부 양측에는 로봇 청소기(1)가 주행할 수 있도록 하는 휠이 각각 배치될 수 있다. 또한 하우징(10)의 전방 하부에는 지면의 이물질을 상측으로 쓸어 올려 이물질이 용이하게 로봇 청소기(1) 내부로 흡입될 수 있도록 하는 브러시(11, 도 7참조)가 배치될 수 있다.

도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기(1)의 구성을 도시한 블럭도이다.

도 2를 참고하면, 로봇 청소기(1)는 유저 인터페이스(31), 카메라 유닛(22), 통신부(33), 저장부(34), 동작부(35), 전원부(36), 주행부(37) 및 제어부(38)를 더 포함할 수 있다.

유저 인터페이스(31)는 로봇 청소기(1)의 본체 상면에 마련될 수 있으며, 사용자로부터 제어 명령을 수신하는 입력 버튼(31a)과 로봇 청소기(1)의 동작 정보를 표시하는 디스플레이(31b)를 포함할 수 있다.

입력부(31a)는 로봇 청소기(1)를 턴온 또는 턴오프시키는 전원 버튼, 로봇 청소기(1)를 동작시키거나 정지시키는 동작/정지 버튼, 로봇 청소기(1)를 충전 스테이션(50)으로 복귀시키는 복귀 버튼 등을 포함할 수 있다.

또한, 입력부(31a)는 사용자의 가압을 감지하는 푸시 스위치(push switch), 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch)를 채용할 수 있다.

디스플레이(31b)는 사용자가 입력한 제어 명령에 대응하여 로봇 청소기(1)의 정보를 표시할 수 있다, 예를 들어, 디스플레이(31b)는 로봇 청소기(1)의 동작 상태, 전원의 상태, 사용자가 선택한 청소 모드, 충전 스테이션으로의 복귀 여부 등을 표시할 수 있다.

또한, 디스플레이(31b)는 자체 발광이 가능한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)와 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 또는 별도의 발원을 구비하는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display) 등을 채용할 수 있다.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 실시 형태에 따라 유저 인터페이스(31)는 사용자로부터 제어 명령을 입력 받고, 입력 받은 제어 명령에 대응하는 동작 정보를 표시하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel: TSP)을 포함할 수 있다.

터치 스크린 패널은 동작 정보 및 사용자가 입력할 수 있는 제어 명령을 표시하는 디스플레이, 사용자의 신체 일부가 접촉한 좌표를 검출하는 터치 패널(touch panel), 터치 패널이 검출한 접촉 좌표를 기초로 사용자가 입력한 명령을 판단하는 터치 스크린 컨트롤러를 포함할 수 있다.

카메라 유닛(22)는 광을 전달받아 화상정보로 변환하는 이미지 센서(22a)와, 이미지 센서(22a)를 수용하는 센서 하우징(22b)과, 이미지 센서(22a)의 상측에 상하로 이격 배치된 복수의 렌즈(22c)와, 렌즈(22c)들을 지지하며 센서 하우징(22b)에 결합되는 렌즈 하우징(22d)을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 로봇 청소기(1)는 하나의 카메라 유닛(22)로 로봇 청소기(1)의 주변 공간을 인식할 수 있는 이미지 센서(22a)와 로봇 청소기(1)의 전방에 존재하는 장애물을 인식할 수 있는 센서 하우징(22b) 역할을 함께 할 수 있어 원가를 절감할 수 있는 효과가 존재한다. 이러한 특징에 대해서는 도 3 ~ 도 7에서 자세히 설명하도록 한다.

또한, 카메라 유닛(22)이 촬영한 영상은 제어부(38)로 전달되며, 제어부(38)는 이를 기초로 추정된 로봇 청소기(1)의 현재 위치를 보정할 수 있다.

통신부(33)는 디바이스(40)와 무선 통신을 하여 사용자로부터 특정 명령에 대해 수신하고 이를 제어부(38)로 전송하는 역할을 할 수 있다.

따라서, 통신부(33)는 RF(Radio Frequency), 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 초광대역(Ultra-Wide Band: UWB) 통신 등 다양한 방식을 이용하여 디바이스(40)와 무선 통신 신호를 송수신할 수 있다.

저장부(34)는 카메라 유닛(22)이 촬영한 영상을 실 시간으로 저장하고, 로봇 청소기(1)가 동작하는 환경의 지도와 로봇 청소기(1)의 동작을 위한 운영 프로그램과 주행 패턴, 주행 과정에서 획득한 로봇 청소기(1)의 위치 정보와 장애물 정보 등을 저장하는 메모리이다.

따라서, 저장부(34)에는 로봇 청소기(1)의 동작을 제어하기 위한 제어 데이터, 로봇 청소기(1)의 동작 제어 중 사용되는 기준 데이터, 로봇 청소기(1)이 소정의 동작을 수행하는 중에 발생되는 동작 데이터, 로봇 청소기(1)이 소정 동작을 수행하도록 디바이스(40)에 의해 입력된 설정 데이터 등과 같은 사용자 입력 정보가 저장될 수 있다.

한편, 저장부(34)는 아래에서 설명할 제어부(38)에 포함된 메모리(38c)를 보조하는 보조 기억 장치로서 동작할 수 있으며, 로봇 청소기(1)가 전원이 차단되더라도 저장된 데이터가 소멸되지 않는 비 휘발성 저장 매체로 구성될 수 있다.

이와 같은 저장부(34)는 반도체 소자에 데이터를 저장하는 반도체 소자 드라이브(34a)와 자기 디스크에 데이터를 저장하는 자기 디스크 드라이브(34b) 등을 포함할 수 있다.

동작부(35)는 로봇 청소기(1)을 특정 위치로 이동시키는 주행부(37)의 역할을 제외한, 사용자의 명령에 따른 각종 동작을 수행하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 로봇 청소기(1)의 경우 특정 구역을 청소하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 동작부(35)에는 흡입력을 발생시키는 팬 모터와, 팬 모터에 의해 흡입된 공기로부터 이물질을 걸러 저장하는 집진통을 포함할 수 있으며, 또한 지면의 이물질을 상측으로 쓸어 올려 이물질이 용이하게 로봇 청소기(1) 내부로 흡입될 수 있도록 하는 브러시 등이 포함될 수 있다.

전원부(36)는 주행부(37) 및 그 외 로봇 청소기(1)의 본체를 구동시키기 위한 각 부하와 전기적으로 연결되어 구동 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 재충전이 가능한 2차 배터리로 마련되며, 로봇 청소기(1)의 본체가 작업을 완료하고 충전 스테이션(50)에 결합된 경우 충전 스테이션(50)으로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다.

또한, 전원부(36)는 충전 잔량이 부족하면 충전 스테이션(50)으로부터 충전 전류를 공급받아 충전할 수 있다.

주행부(37)는 로봇 청소기(1)의 본체 중앙부 양측에 각각 마련되어 로봇 청소기(1)의 전진, 후진 및 회전주행 등의 이동 동작이 가능하도록 한다.

예를 들면, 주행부(37)를 전진 또는 후진 방향으로 회전시켜 로봇 청소기(1)이 전진 또는 후진 주행하도록 한다. 또한 좌측 주행부(37)를 후진 방향으로 회전시키는 동안 우측 주행부(37)를 전진 방향으로 회전시켜 로봇 청소기(1)이 전방을 기준으로 좌측 방향으로 회전하도록 하고, 우측 주행부(37)를 후진 방향으로 회전시키는 동안 좌측 주행부(37)를 전진 방향으로 회전시켜 로봇 청소기(1)이 전방을 기준으로 우측 방향으로 회전하도록 한다.

주행 바퀴는 로봇 청소기(1)의 본체 저면의 양단에 마련될 수 있으며, 로봇 청소기(1)의 전방을 기준으로 로봇 청소기(1)의 좌측에 마련되는 좌측 주행 바퀴와 로봇 청소기(1)의 우측에 마련되는 우측 주행 바퀴를 포함할 수 있다.

한편, 주행 바퀴는 바퀴 구동 모터로부터 회전력을 제공받아 로봇 청소기(1)를 이동시킨다.

바퀴 구동 모터는 주행 바퀴를 회전시키는 회전력을 생성하며, 좌측 주행 바퀴를 회전시키는 좌측 구동 모터와 우측 주행 바퀴를 회전시키는 우측 구동 모터를 포함한다.

좌측 구동 모터와 우측 구동 모터는 각각 제어부(38)로부터 구동 제어 신호를 수신하여 독립적으로 동작할 수도 있다. 이와 같이 독립적으로 동작하는 좌측 구동 모터와 우측 구동 모터에 의하여 좌측 주행 바퀴와 우측 주행 바퀴는 서로 독립적으로 회전할 수 있다.

또한, 좌측 주행 바퀴와 우측 주행 바퀴가 독립적으로 회전할 수 있으므로 로봇 청소기(1)는 앞서 언급한 전진 주행, 후진 주행, 회전 주행 및 제자리 회전 등 다양한 주행이 가능하다.

제어부(38)는 로봇 청소기(1)을 포함한 로봇 청소기(1)의 동작을 전반적으로 제어하는 역할을 할 수 있다.

구체적으로, 제어부(38)는 로봇 청소기(1)에 포함된 각종 구성 장치와 제어부(38) 사이에서 데이터 출입을 매개하는 입출력 인터페이스(38d), 프로그램 및 데이터를 기억하는 메모리(38c), 영상 처리를 수행하는 그래픽 프로세서(38b) 및 메모리(38c)에 기억된 프로그램 및 데이터에 따라 연산 동작을 수행하고 로봇 청소기(1)의 제1위치 정보를 보정하는 메인 프로세서(38a), 입출력 인터페이스(38d), 메모리(38c), 그래픽 프로세서(38b) 및 메인 프로세서(38a) 사이의 데이터 송수신의 통로가 되는 시스템 버스(38e)를 포함할 수 있다.

입출력 인터페이스(38d)는 카메라 유닛(22)로부터 수신된 영상 등을 수신하고, 이를 시스템 버스(38e)를 통하여 메인 프로세서(38a), 그래픽 프로세서(38b), 메모리(38c) 등으로 전송한다.

뿐만 아니라, 입출력 인터페이스(38d)는 메인 프로세서(38a)가 출력하는 각종 제어 신호를 주행부(23) 및 로봇 청소기(1)의 각종 제어 구성에 전달할 수 있다.

메모리(38c)는 로봇 청소기(1)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 저장부(34)로부터 불러와 기억하거나, 카메라 유닛(22)이 획득한 영상에 대한 정보를 임시로 기억할 수 있다.

메모리(38c)는 S램, D랩 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 메모리(38c)는 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다.

그래픽 프로세서(38b)는 카메라 유닛(22)이 획득한 영상을 메모리(38c) 또는 저장부(34)에 저장할 수 있는 포맷으로 변환하거나, 카메라 유닛(22)이 획득한 영상의 해상도 또는 크기를 변경할 수 있다.

메인 프로세서(38a)는 메모리(38c)에 저장된 프로그램 및 데이터에 따라 카메라 유닛(22)의 감지 결과를 처리하고 주행부(37)를 제어하며, 로봇 청소기(1)의 위치를 보정하거나 이에 따른 지도를 보정하기 위한 연산동작을 수행할 수 있다.

지금까지 도면을 통하여 로봇 청소기(1)의 구성에 대해 알아보았다. 이하 도면을 통하여 본 발명의 특징에 해당하는 센싱 어셈블리(20)의 구성 및 효과에 대해 알아본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 센싱 어셈블리의 설치 상태를 보인 사시도이고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 센싱 어셈블리의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기에 적용된 카메라 유닛의 단면도이다.

도 3을 참고하면, 센서 어셈블리(20)는 하우징(10)의 내부 전방측에 배치되어 하우징(10)의 전방 및 전방 양 측방을 향해 광을 조사하는 광원(21)과, 하우징(10)의 전방측을 통해 내부로 입사된 광과 로봇 청소기(1)의 상측에서 입사된 광을 동시에 전달받는 카메라 유닛(22)과, 하우징(10)의 전방측을 통해 입사된 광을 카메라 유닛(22)에 마련된 렌즈(22c)의 상면 전방측 영역으로 반사하는 리플렉터(23)와, 하우징(10)의 상측에서 입사된 광을 렌즈(22c)의 상면 후방측 영역으로 안내하는 가이드부재(24)를 포함할 수 있다.

광원(21)은 복수개가 하우징(10) 내부 전방측에 좌우로 이격 배치될 수 있다. 도면으로 명확하게 도시되어 있지는 않으나 광원(21)은 발광다이오드와, 발광다이오드에서 발생한 광을 좌우로 분산 안내하는 도광부재를 포함하여 구성될 수 있다.

카메라 유닛(22)은 도 6에 도시한 바와 같이 광을 전달받아 화상정보로 변환하는 이미지 센서(22a)와, 이미지 센서(22a)를 수용하는 센서 하우징(22b)과, 이미지 센서(22a)의 상측에 상하로 이격 배치된 복수의 렌즈(22c)와, 렌즈(22c)들을 지지하며 센서 하우징(22b)에 결합되는 렌즈 하우징(22d)을 포함할 수 있다.

리플렉터(23)는 후술할 가이드부재(24)의 격벽부(24a) 전면에 설치되며, 카메라 유닛(22)의 상측에 이격 배치될 수 있다.

리플렉터(23)의 하면은 카메라 유닛(22)의 렌즈(22c)와 대향되는 부위를 중심으로 전방 및 전방 양 측방을 향해 상향 경사지게 형성되어 광을 반사하는 반사면(23a)을 형성할 수 있다.

따라서 하우징(10)의 전방 및 전방 양 측방에서 하우징(10) 내로 입사된 광은 리플렉터(23)의 하면에 마련된 반사면(23a)에 의해 반사되어 카메라 유닛(22)의 렌즈(22c)로 입사될 수 있다.

가이드부재(24)는 도 5에 도시한 바와 같이 하우징(10)의 상측으로부터 입사된 광을 안내할 수 있도록 중공으로 형성되며, 하측으로 진행하며 점진적으로 좁아지는 면적을 갖도록 형성될 수 있다.

가이드부재(24)는 카메라 유닛(22)의 상측에 수직하게 배치되는 격벽부(24a)와, 격벽부(24a)와, 하우징(10)의 후방 상측을 향해 경사지게 연장된 후부(24b)와, 양 측방을 향해 경사지게 연장되며 격벽부(24a)의 양측과 후부(24b)의 양측을 연결하는 두 개의 측부(24c)를 포함할 수 있다.

격벽부(24a)는 하우징(10)의 전방측에서 입사된 광과 하우징(10)의 상측에서 입사된 광이 서로 분리된 상태로 카메라 유닛(22)에 입사되도록 하는 역할을 수행한다. 격벽부(24a)의 전면에는 상술한 리플렉터(23)가 설치될 수 있다.

격벽부(24a)는 그 하단이 카메라 유닛(22)의 렌즈(22c)와 이격되도록 형성될 수 있으며, 격벽부(24a)의 하부는 하측으로 진행하며 점진적으로 감소하는 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이는 필요하지 않은 격벽부(24a)에 대한 화상 정보가 과도하게 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 센서 어셈블리(20)는 투명 재질로 형성되며 가이드부재(24)의 상단을 덮도록 배치되는 투명창(25)과, 투명창(25)의 외곽측을 덮도록 투명창(25)의 외곽측과 대응하는 형상으로 형성되며 하우징(10)의 상면에 결합되는 홀더(26)를 포함할 수 있다.

따라서, 투명창(25)을 통해 외부의 광은 가이드부재(24) 내측으로 입사될 수 있으면서도 외부의 이물질은 가이드부재(24) 내측으로 유입되는 것은 방지할 수 있다. 또한, 투명창(25)은 홀더(26)를 통해 가이드부재(24)의 상측을 덮은 상태를 유지할 수 있다.

또한, 로봇 청소기(1)는 하우징(10)의 전방측을 통해 입사된 광 중 일부 파장대의 광만이 제한적으로 통과할 수 있는 대역필터(27, Band Pass Filter)를 포함할 수 있으며, 하우징(10)의 전방측은 하우징(10)에 의해 가시광선 영역의 파장 일부가 차단될 수 있도록 검은색과 같이 어두운 색상의 재질로 형성될 수 있다.

대역필터(27)는 적외선 영역의 파장을 제한적으로 통과시키도록 되어 있으며, 하우징(10)의 전방측과 이미지 센서(22a) 사이의 광 경로 상에 배치될 수 있다. 본 실시예에서 대역필터(27)는 카메라 유닛(22) 내에 배치되며, 이미지 센서(22a)의 상면 중 전방측 영역을 덮도록 배치될 수 있다.

따라서, 하우징(10)의 전방측을 통해 입사된 광 중 가시광선 영역의 광 등, 적외선을 제외한 광은 대역필터(27)에 의해 대부분 걸러지고, 적외선만이 이미지 센서(22a)에 도달할 수 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(1)의 동작을 도 7을 통하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(1)에 적용된 센싱 어셈블리의 동작을 보인 개략도이며, 도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 로봇 청소기(1)에 적용된 대역필터의 위치에 대한 여러 실시예를 보인 단면도이다.

도 7을 참고하면, 로봇 청소기(1)가 지면을 따라 주행하는 동안 광원(21)에서는 하우징(10)의 전방 및 전방의 양 측방을 향해 광이 조사될 수 있다.

로봇 청소기(1) 하우징(10)의 전방 및 전방 양측에 인접한 장애물이 존재하지 않을 경우 광은 멀리까지 그대로 퍼져 나가며, 광이 로봇 청소기(1)로부터 멀리 떨어진 장애물에 도달하여 반사되더라도 장애물과 로봇 청소기(1) 사이의 거리로 인해 로봇 청소기(1) 하우징(10)의 전방측으로는 거의 다시 입사되지 않는다.

그러나 도 7에 도시한 바와 같이 로봇 청소기(1)의 전방측에 인접한 장애물이 존재할 경우, 광원(21)에서 조사된 광이 장애물에 부딪혀 반사되고, 반사된 광은 로봇 청소기(1) 하우징(10)의 전면을 통해 하우징(10) 내부로 입사될 수 있다.

하우징(10) 내부로 입사된 광은 리플렉터(23)의 하면에 마련된 반사면(23a)에 도달하며, 리플렉터(23)의 반사면(23a)에 의해 하측으로 반사되어 카메라 유닛(22)의 렌즈(22c) 전방측 영역으로 입사될 수 있다.

광은 렌즈(22c)들에 의해 이미지 센서(22a)로 안내되는데, 이미지 센서(22a)의 전방측 상면은 대역필터(27)에 의해 덮여 있으므로, 가시광선 영역의 광은 대역필터(27)에 의해 차단되고 적외선 영역의 파장만이 이미지 센서(22a)에 전달될 수 있다. 따라서 이미지 센서(22a)에 의해 로봇 청소기(1)의 전방 측에 장애물이 존재한다는 것이 감지될 수 있다.

또한, 상기와 같이 로봇 청소기(1)가 주행하는 동안, 외부의 광은 투명창(25) 및 가이드부재(24)를 통과하여 지속적으로 카메라 유닛(22)의 렌즈(22c) 후방측 영역에 전달될 수 있다. 광은 렌즈(22c)에 의해 이미지 센서(22a)의 후방측 영역에 전달되고, 이미지 센서(22a)는 전달된 광을 화상 정보로 변환할 수 있다.

따라서, 이미지 센서(22a)의 전방측 영역 절반은 적외선을 통해 장애물을 인식하는 장애물 센서로 동작하고, 이미지 센서(22a)의 후방측 영역 절반은 원래의 역할과 같이 이미지 센서로 동작한다.

즉, 본 발명의 로봇 청소기(1)에 적용된 센서 어셈블리(20)는 하나의 카메라 유닛(22)을 통해 로봇 청소기(1) 전방측의 장애물 인식과 로봇 청소기(1) 상측 공간에 대한 화상정보 획득을 모두 수행할 수 있다.

상기의 실시예에서 대역필터(27)는 이미지 센서(22a)의 상면 전방측을 제한적으로 덮도록 배치되나, 이는 일례를 보인 것으로, 다양한 위치에 배치될 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이 대역필터(27-1)가 렌즈(22c)들 중 최상측에 위치한 렌즈(22c)의 상면 전방측을 제한적으로 덮도록 배치하거나, 도 9에 도시한 바와 같이 대역필터(27-2)가 렌즈(22c)들 중 최하측에 위치한 렌즈(22c)의 하면 전방측에 배치되도록 하는 것도 가능하다. 또한, 그 외에도 대역필터가 그 외의 렌즈(22c)들의 외면 전방측 일부를 제한적으로 덮도록 하는 것도 가능하다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이 원판 형상의 대역필터(27-3)가 카메라 유닛(22)의 렌즈(22c)들 사이에 배치되도록 하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 대역필터(27-3)는 반원 형상으로 형성되어 전방측에 배치되는 필터부(27a)와, 반형 형상으로 형성되어 후방측에 배치되는 투과부(27b)를 포함할 수 있다. 필터부(27a)는 렌즈(22c)의 전방측 영역을 통해 전달된 광 중에서 적외선 영역의 파장만을 통과시키는 역할을 수행할 수있으며, 투과부(27b)는 렌즈(22c)의 후방측 영역을 통해 전달된 광을 그대로 통과시키는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 도 11에 도시한 바와 같이 대역필터(27-4)가 하우징(10)의 전방측 내면에 배치되도록 하는 것도 가능하다.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(1)의 구조적 특징 및 효과에 대해 알아보았다. 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 경우 단일 카메라 유닛으로 장애물 감지와 공간 인식을 동시에 할 있어 원가를 절감할 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 본 발명의 경우, 단일 카메라 유닛으로 획득한 영상을 기초로 보다 정확한 로봇 청소기(1)의 위치를 추정할 수 있는 특징이 존재하는바 이하 도면을 통하여 알아본다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 다른 로봇 청소기(1)의 동작 흐름을 나타낸 순서도이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점을 이용하여 루프를 형성하는 여러 실시예를 도시한 도면이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점에서 촬영한 영상을 도시한 도면이며, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점에서 촬영된 영상들의 특징점을 정합하는 모습을 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 로봇 청소기의 위치 보정 결과를 도시한 도면이다.

도 12를 참고하면, 로봇 청소기(1)는 1차적으로 관성센서(Inertia Measurement Uint)와 오도메트리(Odometry)에 취득한 정보를 기초로 현재 로봇 청소기(1)의 위치를 추정한다. (S100)

관성센서(IMU)란, 움직이는 대상의 관성력을 검출한 후 움직이는 물체의 가속도, 속도 방향, 거리 등 다양한 운동 정보를 측정할 수 있는 센서를 말하며 물체에 인가되는 가속도에 의해 관성체에 작용하는 관성력을 검출하는 원리로 작동된다.

관성 센서는 가속도계와 각속도계(Gyros Cope)로 분류될 수 있으며, 레이저를 이용한 방식과 비기계식 방식 등 여러 가지 방식으로 작동된다.

오도메트리는 오도메트리 정보를 이용하여 로봇 청소기(1)의 현재 위치와 방향을 추정할 수 있다.

오도메트리는 로봇 청소기(1)의 위치 및 방향을 인식하는 방법을 말하는 것으로서, 다른 이름으로는 자율 항법이라고 부르기도 한다.

오도메트리가 적용된 로봇 청소기(1)는 주행거리계(Odometer) 또는 휠 센서(Wheel Sensor)를 이용하여 로봇 청소기(1)의 속도 정보를 얻고 자성 센서 등을 이용하여 로봇 청소기(1)의 방위 정보를 얻은 후, 로봇 청소기(1)의 초기 위치에서 다음 위치까지의 이동 거리 및 방향에 대한 정보를 계산하여 이동 로봇(100)의 위치와 방향을 판단할 수 있다.

관성센서와 오드메트리를 이용하여 로봇 청소기(1)의 현재 위치가 일차적으로 추정이 되었다면, 로봇 청소기(1)의 주행 패턴을 고려하여 기준점을 생성하고 상기 기준점에서 로봇 청소기(1)의 주변 공간을 촬영한다. (S200, S300)

일반적으로, 관성센서와 오드메트리를 통해 추정된 위치는 바퀴의 미끌어짐이나 외부 충격 등에 의해 실체 위치와 오차가 발생할 수 있고 관성센서와 오드메트리는 적분을 통해 위치와 방향을 계산하기 때문에 주행 거리가 증가할수록 측정 오차가 누적(Incremental) 오차가 점점 증가하는 단점이 존재한다.

따라서, 상기 과정은 관성센서와 오드메트리 통해 추정된 로봇 청소기(1)의 위치를 보정하기 위한 과정이다.

기준점은 추정된 로봇의 위치를 보정하기 위한 영상을 촬영하는 장소를 지칭하며, 다른 표현으로 노드(Node)로 지칭되기도 한다.

일반적으로, 촬영한 영상을 이용하여 보정하는 방법은 실시간으로 이동 로봇의 주변 영상을 촬영하고 촬영되 영상들을 이용하여 추정된 로봇의 위치를 보정한다. 다만, 기종 방식의 경우, 이동 로봇의 주변 영상을 실시간으로 처리하여 비교하기 때문에 계산 과정이 많은 단점이 존재하였다.

그러나, 본 발명의 로봇 청소기(1)는 로봇 청소기(1)의 주행 패턴을 고려하여 보정하기 용이한 특정 위치에서만 영상을 촬영하여 보정하므로 좀 더 용이하고 간단하게 보정할 수 있는 효과가 존재한다.

구체적으로, 로봇 청소기(1)는 로봇 청소기(1)의 주행 패턴, 예를 들어 로봇 청소기(1)의 주행 방향이 미리 설정된 각도 이상 변하는 경우에만 그 위치를 기준점으로 하여 로봇 청소기(1)의 주변 영상을 촬영하고 이를 이용하여 추정된 로봇 청소기(1)의 위치를 보정할 수 있다.

일반적으로 로봇 청소기(1)는 가정에서 많이 사용되며, 가정의 일반적인 구조는 직사각형 구조가 많이 존재하므로 로봇 청소기(1)는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 지그재그 패턴으로 주행을 하면서 청소 작업을 수행한다. 그러나 일반적으로 로봇 청소기(1)가 직선으로 이동하는 경우보다는 주행 방향이 바뀌는 경우에 오차가 더 많이 발생하므로, 직선 경로 상에서 촬영한 영상을 기초로 보정 작업을 수행하는 것보다 주행 방향이 바뀌는 위치에서 촬영한 영상을 기초로 보정 작업을 하는 것이 좀 더 오차를 줄일 수 있는 효율적인 방법이다.

예를 들어, 도 13에서 도시된 바와 같이 로봇 청소기의 방향이 90도 바뀌는 지점, X, X', Y, Y' 지점과 같은 기준점에서의 영상들만 촬영하여 보정을 할 수 있다. 도 13은 로봇 청소기(1)의 주행 방향이 직각(90도)으로 바뀌는 지점을 기준점을 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니고 사용자의 설정 또는 주변 환경에 따라 0도 ~ 180도 사이에 다양한 각도가 이에 해당할 수 있다.

또한, 모든 기준점에서 촬영한 영상들을 비교하는 것 보다는 주행 방향이 동일하게 변하는 기준점에서 촬영한 영상을 비교하여 보정을 하는 것이 좀 더 효율적이다. 즉, 루프(Loop)를 형성한 후, 동일한 루프 내에서 주행 방향이 동일하게 변하는 기준점에서 촬영한 영상을 기초로 보정하는 것이 더 효율적이다.

예를 들면, 도 13에서 X와 X'지점은 로봇 청소기(1)가 우측 방향으로 진행하다가 오른쪽으로 90도 이동한 지점이고, Y와 Y'지점은 로봇 청소기(1)가 좌측 방향으로 진행하다가 왼쪽으로 90도 이동한 지점을 가리킨다.

이러한 경우, X와 Y 지점 둘 다 기준점에 해당하나, X와 Y 지점에서 촬영한 영상은 바라보는 각도가 달라 영상을 비교하기가 효율적이지 않다. 따라서, 동일한 방향으로 변화는 X 와 X'를 포함하는 a 루프를 형성한 후. X와 X'에서 촬영한 영상을 기초로 보정하는 것이 효율적이다. 같은 방식으로 Y와 Y' 를 포함하는 b 루프를 형성한 후, Y와 Y'에서 촬영한 영상을 비교하여 보정을 할 수 있다.

또한, 도 13의 (b)에 도시된 구조의 경우, 구조가 직사각형 구조가 아니므로 Z 지점에서 찍은 영상과 W 지점에서 찍은 영상은 서로 다른 영상이 촬영될 가능성이 높다.

따라서, 이러한 경우에는 동일한 방향으로 변화는 Z와 Z'를 포함하는 c 루프를 형성한 후. Z와 Z'에서 촬영한 영상을 기초로 보정하는 것이 효율적이다. 같은 방식으로 W와 W' 를 포함하는 d 루프를 형성한 후, W와 W'에서 촬영한 영상을 비교하여 보정을 할 수 있다.

기준점에서 영상을 촬영하였으면, 촬영한 영상을 기초로 보정 작업을 수행한다. 구체적으로 촬영한 영상들의 특징점을 비교하고, 특징점들간의 상대적 거리와 각도 등을 산출한 후, 이를 이용하여 추정된 로봇 청소기(1)의 위치를 보정한다. (S400, S500)

도 14는 도 13의 X와 X'에서 찍은 영상에 특징점을 도시한 도면이고, 도 15는 X와 X'에서 찍은 영상의 특징점을 매칭하여 보정하는 방법을 도시한 도면이다.

도 14와 도 15를 참조하면, X와 X' 지점의 경우 로봇 청소기(1)의 주행 방향의 변화가 동일하므로 서로 비슷한 영상이 확보될 수 있다. 따라서, 획득한 영상에서는 동일한 특징점이 많아 쉽게 특징점을 매칭시킬 수 있다.

구체적으로, 특징점은 물체의 모양이 변하는 모서리(Edge)나, 천장, 도어와 같은 시각적인 특징을 갖고 있는 위치가 이에 해당할 수 있다. 도 14의 경우 도어의 모서리, 천장의 전구, 기둥의 꼭지점을 특징점으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니고 보정이 용이하게 할 수 있는 특징점이면 이에 해당할 수 있다.

도 14에 따라, 특징점이 정해지면 도 15에 도시된 바와 같이 특징점들을 서로 매칭하여 보정 작업을 수행한다.

즉, 동일한 특징점에 해당하는 a는 a'와, b는 b'와, c는 c'와, d는 d'와, e는 e'와, f는 f'와 서로 매칭시킨 후 좌표를 이용하여 두 점들 사이에 상대적인 거리 및 각도의 변화를 산출한 후 이를 이용하여 종래 추정된 로봇 청소기(1)의 위치를 보정한다.

예를 들어, 도 15 (a) 도시된 f는 (X, Y, Z) 좌표를 가지고 있으며, 도 15 (b)에 도시된 f'는 (X', Y', Z') 좌표를 가지고 있다. 따라서, 이 좌표를 이용하여 두 특징점 사이의 거리를 계산하면 로봇 청소기(1)가 X에서 X'로 이동하는 동안의 상대적인 거리와 각도의 변화를 산출할 수 있다. 따라서, 산출된 값들을 이용하여 추정된 위치를 보정할 수 있다.

도 15에서는 X, Y, Z 3차원 좌표를 이용한 것을 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니고 두 좌표와 각도(θ)를 이용하여 두 좌표 사이의 상대적인 거리 및 각도를 산출해낼 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 로봇 청소기의 위치 보정 결과를 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 보정 전 추정된 로봇 청소기(1)의 위치는 실제 로봇 청소기(1)의 위치와 오차가 존재하였으나 본 발명처럼 보정을 수행한 경우 도 16에 도시된 바와 같이 좀 더 정확하게 로봇 청소기(1)의 위치를 추정할 수 있는 효과가 존재한다.

지금까지 본 발명의 구조적 특징과 효과에 대해 도면을 통하여 알아보았다.

종래 기술에 따른 로봇 청소기는 장애물을 감지하는 센서와 로봇 청소기의 주면 환경을 인식하는 공간을 인식하는 카메라 유닛이 각각 존재하여 제조시 비용이 많이 발생하는 문제가 존재하였다.

그러나 본 발명의 경우, 하나의 카메라 유닛이 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서 역할과 로봇 청소기의 주변 공간을 인식하는 공간 인식 센서의 역할을 동시에 할 수 있어 보다 경제적으로 로봇 청소기를 생산할 수 있는 효과가 존재한다. 또한, 카메라 유닛을 이용하여 취득한 영상을 기초로 추정되는 로봇 청소기의 위치를 보정할 수 있어 보다 정확한 로봇 청소기의 현재 위치를 추정할 수 있다.

지금까지 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및 / 또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

1: 로봇 청소기
10: 하우징
20: 센서 어셈블리
21: 광원
22: 카메라 유닛
22a: 이미지 센서
22c: 렌즈
23: 리플렉터
24: 가이드부재
25: 투명창
27: 대역필터
38: 제어부

Claims

외관을 형성하는 하우징과,
상기 하우징 내에 배치되는 센서 어셈블리를 포함하며,
상기 센서 어셈블리는,
상기 하우징의 전방측으로 광을 조사하는 광원;
렌즈를 포함한 카메라 유닛;
상기 하우징의 전방측에서 입사된 광을 상기 렌즈의 전방측 영역으로 반사하는 리플렉터; 및
상기 하우징의 상측에서 입사된 광을 상기 렌즈의 후방측 영역으로 안내하는 중공의 가이드부재를 포함하고,
상기 가이드부재는,
상기 카메라 유닛의 상측에 수직하게 마련되는 격벽부와
상기 하우징의 후방 상측을 향해 경사지게 연장된 후부와
상기 하우징의 양 측방을 향해 각각 경사지게 연장되며 상기 격벽부와 상기 후부를 곡면으로 연결하는 한 쌍의 측부를 포함하는 로봇 청소기.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드부재의 상측을 덮도록 배치되는 투명창을 더 포함하는 로봇 청소기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 격벽부는,
그 하단이 상기 카메라 유닛과 이격되도록 형성되는 로봇 청소기.
제1항에 있어서,
상기 격벽부의 하부는,
하측으로 진행하며 작아지는 두께를 갖도록 형성되는 로봇 청소기.
제 1 항에 있어서,
상기 리플렉터는 상기 카메라 유닛의 상측에 이격 배치되며,
상기 리플렉터의 하면은 상기 렌즈와 대향된 부위를 중심으로 전방 및 전방 양 측방을 향해 상향 경사지게 연장되어 반사면을 형성하는 로봇 청소기.
제 1 항에 있어서,
상기 카메라 유닛은,
이미지 센서와, 상기 이미지 센서의 상측에 배치된 상기 렌즈를 포함하는 로봇 청소기.
제 7 항에 있어서,
상기 전방측에서 입사된 광 중 일부 파장대역의 광을 제한적으로 통과시키는 대역필터를 더 포함하는 로봇 청소기.
제 8 항에 있어서,
상기 대역필터는,
적외선 영역의 파장을 제한적으로 통과시키는 로봇 청소기.
제 8 항에 있어서,
상기 대역필터는 상기 하우징의 전방측과 상기 이미지 센서 사이의 광 경로 상에 배치되는 로봇 청소기.
제 10 항에 있어서,
상기 대역필터는,
상기 이미지 센서의 전방측 상면을 덮도록 배치되거나 상기 하우징의 전방측 내면에 배치되는 로봇 청소기.
제 10 항에 있어서,
상기 대역필터는,
상기 렌즈의 외면 전방측을 제한적으로 덮도록 배치되는 로봇 청소기.
제 10 항에 있어서,
상기 대역 필터는,
원판 형성으로 형성되어 상기 카메라 유닛 내에 배치되며,
상기 대역 필터의 전방측에 반원 형상으로 형성된 필터부와,
상기 대역필터의 후방측에 반원 형상으로 형성된 투과부를 포함하는 로봇 청소기.
제 1항에 있어서,
관성센서(Inertia Measurement Unit)와 오드메트리(Odometry)로부터 취득한 정보를 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 추정한 후, 상기 카메라 유닛이 촬영한 영상을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 제어부를 더 포함하는 로봇 청소기.
제 14항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 로봇 청소기의 주행 패턴을 기초로 기준점을 설정하고, 상기 기준점에서 촬영한 영상들을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 로봇 청소기.
제 15항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 로봇 청소기의 주행 방향이 미리 설정된 각도 이상으로 변하는 위치를 기준점으로 설정하는 로봇 청소기.
제 16항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 로봇 청소기의 주행 방향의 변화가 동일한 기준점에서 촬영한 영상들을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 로봇 청소기.
제 16항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기준점들 사이의 거리가 미리 설정된 거리 이하인 기준점에서 촬영한 영상들을 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 로봇 청소기.
제 15항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기준점에서 촬영한 영상들의 특징점을 비교하여 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 로봇 청소기.
제 19항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 특징점들간의 상대적인 거리 및 각도 중 적어도 하나를 산출하여 이를 기초로 상기 로봇 청소기의 위치를 보정하는 로봇 청소기.