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KR100749579B1 - 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그제어방법 - Google Patents

교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그제어방법 Download PDF

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KR100749579B1
KR100749579B1 KR1020050082407A KR20050082407A KR100749579B1 KR 100749579 B1 KR100749579 B1 KR 100749579B1 KR 1020050082407 A KR1020050082407 A KR 1020050082407A KR 20050082407 A KR20050082407 A KR 20050082407A KR 100749579 B1 KR100749579 B1 KR 100749579B1
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Abstract

본 발명은 저렴한 제조비용으로 여러 가지 기능을 수행하는 이동로봇을 제공할 수 있는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 이동로봇 시스템은 각각 다른 작업을 수행하는 복수의 작업모듈과, 복수의 작업모듈을 고정하는 모듈 스테이션, 및 수행할 작업에 따라 모듈 스테이션으로부터 복수의 작업모듈 중의 하나를 선택하여 결합하고 스스로 주행하며 작업을 수행하는 이동로봇을 포함하여 구성된다.
작업모듈, 모듈도킹부, 모듈스테이션, 모듈고정부, 모듈화

Description

교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그 제어방법{Moving Robot having a plurality of changeable work module and Control Method for the same}
도 1은 본 발명에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템의 일 실시예를 나타낸 평면도,
도 2는 도 1의 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템의 작업모듈과 결합된 이동로봇을 나타낸 평면도,
도 3은 도 1의 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템의 모듈 스테이션의 다른 실시예를 나타낸 정면도,
도 4는 도 1의 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템의 기능블록도,
도 5는 본 발명에 의한 이동로봇 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도,
도 6은 도 5의 이동로봇 시스템의 제어방법의 작업모듈 분리고정단계를 나타낸 순서도,
도 7은 도 5의 이동로봇 시스템의 제어방법의 작업모듈 결합단계를 나타낸 순서도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1; 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템
10,11,12,13,14; 작업모듈 15; 모듈 본체
16; 작업부 17; 피전기연결부
18; 피신호연결부 19; 피고정부
20; 모듈 스테이션 21; 충전유닛
22; 베이스 23; 충전단자
24,25,26,27,28; 식별부재 31,32,33,34; 모듈 고정부
35,36,37,38; 모듈고정유닛 39; 스테이션 송수신부
40; 이동로봇 41; 본체
42; 구동부 43; 모듈 도킹부
44; 전기연결부 45; 신호연결부
46; 로봇 제어부 57; 피도킹부
본 발명은 이동로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이동로봇은 스스로 주행하면서 청소나 감시와 같은 특정 작업을 수행하는 로봇을 말한다. 최근에는 이러한 이동로봇 중에서 진공청소를 할 수 있는 청소로봇이 새로운 시장을 형성하며, 그 규모가 커져 가고 있다. 새로운 청소로봇 시장에서 시장 점유율을 높이기 위해 기본적인 진공청소작업 외에 다양한 기능을 수행할 수 있는 청소로봇들이 출시되고 있다. 현재, 청소로봇은 물걸레 청소 기능, 스팀 청소 기능, 살균 기능, 공기 청정 기능, 가습기 기능 등을 수행할 수 있다.
그러나, 현재 시판중인 청소로봇은 한두 가지의 기능만을 구비하고 있기 때문에, 사용자가 많은 기능을 갖는 청소로봇을 원하는 경우에는 대응할 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 상기와 같은 여러 가지 기능을 한대의 청소로봇이 모두 구비하도록 만드는 경우에는, 청소로봇의 크기 및 중량이 증가하게 된다. 이에 따라 구동모터의 용량도 증가하기 때문에 청소로봇의 제조비용이 높아진다는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 여러 가지 기능을 구비하는 청소로봇은 모든 기능을 한번에 구입하여야하기 때문에, 일부 기능만을 필요로 하는 사용자에게 비용부담이 크다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 제조비용이 크게 상승하지 않으면서도 여러 가지 작업을 수행할 수 있는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 각각 다른 작업을 수행하는 복수의 작업모듈; 상기 복수의 작업모듈을 고정하는 복수의 모듈 고정부를 포함하는 모듈 스테이션; 및 수행할 작업에 따라 상기 모듈 스테이션으로부터 상기 복수의 작업모듈 중의 하나를 선택하여 결합하고, 상기 모듈 스테이션이 상기 모듈 고정부를 해제하도록 한 후 스스로 주행하며 작업을 수행하는 이동로봇;을 포함하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 이동로봇은, 본체에 설치되는 구동부; 상기 본체의 일측에 설치되며, 상기 복수의 작업모듈 중의 하나와 결합되는 모듈 도킹부; 상기 본체의 일측에 상기 모듈 도킹부의 주위에 설치되며, 결합된 작업모듈로 전기를 공급하는 전기연결부; 상기 전기연결부의 일측에 설치되며, 결합된 작업모듈과 신호를 주고받는 신호연결부; 및 상기 본체에 설치되며, 상기 구동부를 제어하여 상기 모듈 도킹부, 전기연결부, 신호연결부가 상기 복수의 작업모듈 중의 하나와 연결되도록 한 후, 작업을 수행하는 로봇 제어부;를 포함한다.
이때, 상기 로봇 제어부는, 상기 복수의 작업모듈에 대응되는 복수의 이동경로를 저장하는 메모리를 포함하며, 상기 메모리에 저장된 상기 복수의 이동경로 중 상기 모듈 도킹부에 결합된 작업모듈에 대응되는 이동경로를 선택하여 그에 따라 주행하도록 상기 구동부를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 작업모듈은, 모듈 본체; 상기 모듈 본체에 설치되며, 소정의 작업을 수행하는 작업부; 상기 모듈 본체의 일측에 설치되며, 상기 모듈 스테이션의 모듈 고정부에 고정되는 피고정부; 상기 모듈 본체의 타측에 설치되며, 상기 이동로봇의 모듈 도킹부에 결합되는 피도킹부; 및 상기 모듈 본체의 타측에 상기 피도킹부의 근처에 설치되며, 상기 이동로봇의 신호연결부 및 전기연결부에 각각 연결되는 피신호연결부 및 피전기연결부;를 포함한다.
이때, 상기 복수의 작업모듈의 작업부는, 각각 진공청소장치, 물걸레청소장치, 살균장치, 공기청정장치인 것이 좋다.
또한, 상기 모듈 도킹부는 전자석으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 상기 이동로봇이 작업에 사용할 작업모듈을 선정하는 단계; 상기 이동로봇에 현재 결합되어 있는 작업모듈이 사용할 작업모듈인가를 판단하는 단계; 상기 결합되어 있는 작업모듈이 사용할 작업모듈이 아니면, 상기 결합되어 있는 작업모듈을 상기 모듈 스테이션에 분리고정시키는 단계; 상기 이동로봇이 상기 모듈 스테이션으로부터 사용할 작업모듈을 결합하는 단계; 및 상기 이동로봇이 결합한 작업모듈을 이용하여 작업을 수행하는 단계;를 포함하는 이동로봇 시스템의 제어방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 작업모듈의 결합단계는, 상기 이동로봇이 사용할 작업모듈의 위치를 확인하는 단계; 상기 이동로봇이 이동하여 상기 작업모듈에 도킹하는 단계; 상기 이동로봇이 도킹완료신호를 발신하는 단계; 및 상기 모듈 스테이션이 상기 도킹완료신호를 수신하면, 상기 작업모듈의 고정을 해제하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 작업모듈의 분리고정단계는, 상기 이동로봇에 결합되어 있는 작업모듈을 분리 고정할 상기 모듈 스테이션의 위치를 확인하는 단계; 상기 이동로봇이 상기 결합되어 있는 작업모듈을 확인된 상기 모듈 스테이션의 위치에 고정시키는 단계; 및 상기 이동로봇이 상기 결합되어 있는 작업모듈을 분리하고 이동하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈 을 갖는 이동로봇 시스템의 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 이하에서는 이동로봇의 대표적인 예로서 진공청소의 기능을 갖는 청소로봇을 예로 들어 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템(1)은 복수의 작업모듈(10), 모듈 스테이션(20), 이동로봇(40)을 포함한다.
복수의 작업모듈(10)의 각각은 모듈 본체(15), 작업부(16), 피고정부(19), 피도킹부(57), 피신호연결부(18), 피전기연결부(17)를 포함한다.
작업부(16)는 모듈 본체(15)에 설치되며, 소정의 작업을 수행한다. 이 작업부(16)는 작업모듈(10)이 수행하는 기능에 따라 다양하게 설치된다. 예컨대, 진공청소가 가능한 작업모듈(이하, 청소모듈)은 작업부(16)에 진공청소장치가 마련된다. 진공청소장치는 진공청소를 할 수 있도록 모듈 본체(15)의 하부에 마련되며 오물을 흡입하는 흡입구, 흡입력을 발생시키는 흡입부 및 흡입된 오물을 분리 수거하는 집진부로 형성된다. 또한, 물걸레 청소가 가능한 작업모듈(이하, 물걸레모듈)인 경우에는 작업부(16)에 물걸레 청소장치가 마련되고, 공기청정 기능을 갖는 작업모듈(이하, 공기청정모듈)인 경우에는 공기청정장치가 마련된다. 또한, 스팀 청소 기능을 갖는 경우에는 스팀 청소장치, 살균 기능을 갖는 경우(이하, 살균모듈)에는 살균장치가 마련된다. 이와 같은 각각의 기능들을 구현하는 장치들은 공지된 기술 을 사용할 수 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
피고정부(19)는 모듈 본체(15)의 일측에 설치되며, 모듈 스테이션(20)의 모듈 고정부(31,32,33,34)에 의해 고정된다. 즉, 피고정부(19)는 모듈 스테이션(20)에 마련된 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34) 중의 한 모듈 고정부에 고정되어, 작업모듈(10)이 움직이지 않도록 한다. 따라서, 이동로봇(40)이 작업모듈(10)에 도킹할 때, 작업모듈(10)이 움직이지 않는다. 이와 같은 작업모듈(10)의 피고정부(19)와 모듈 스테이션(20)의 모듈 고정부(31,32,33,34)의 구조는 전자석을 이용하는 방식 등 공지된 다양한 방식이 사용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
피도킹부(57)는 모듈 본체(15)의 타측에 설치되며, 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)에 결합된다. 작업모듈(10)의 피도킹부(57)가 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)에 결합되면, 작업모듈(10)이 이동로봇(40)과 함께 이동하며 이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)에 의해 소정 작업을 수행하게 된다. 이와 같은 모듈 도킹부(43)와 피도킹부(57)는 전자석을 이용하는 방식으로 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 피도킹부(57)는 철과 같은 자석에 부착되는 성질을 갖는 재질을 사용하여 2개의 원형 돌기 형상으로 성형하였다. 또한, 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)는 작업모듈(10)의 피도킹부(57)의 형상에 대응되도록 성형된다. 따라서, 모듈 도킹부(43)는 피도킹부(57)를 이루는 2개의 원형 돌기가 삽입될 수 있는 2개의 원형 홈으로 형성된다. 또한, 모듈 도킹부(43)는 전자석으로 구성되어 있다. 따라서, 피도킹부(57)가 모듈 도킹부(43)에 삽입된 상태에서 전원을 인가하면 모듈 도킹부(43)가 자화되어 피도킹부(57)가 빠지지 않게 된다. 이때, 모듈 도킹부(43)의 자력은 이동로봇(40) 이 주행하는 동안 작업모듈(10)이 이동로봇(40)으로부터 분리되지 않는 정도여야 한다. 모듈 도킹부(43)와 피도킹부(57)의 구조는 상기와 같은 전자석을 이용하는 방식 외에 공지된 다양한 방식을 이용할 수 있음은 당연하다.
피신호연결부(18)는 피도킹부(57)가 설치된 모듈 본체(15)의 측면에 상기 피도킹부(57)의 근처에 설치되며, 이동로봇(40)의 신호연결부(45)에 연결된다. 즉, 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)가 작업모듈(10)의 피도킹부(57)에 결합되면, 이동로봇(40)의 신호연결부(45)와 작업모듈(10)의 피신호연결부(18)가 연결되어 로봇 제어부(46)가 작업모듈(10)을 제어할 수 있다.
피전기연결부(17)는 피도킹부(57)가 설치된 모듈 본체(15)의 측면에 상기 피도킹부(57)의 근처에 피신호연결부(18)와 나란하게 설치되며, 이동로봇(40)의 전기연결부(44)에 연결된다. 즉, 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)가 작업모듈(10)의 피도킹부(57)에 결합되면, 이동로봇(40)의 전기연결부(44)와 작업모듈(10)의 피전기연결부(17)가 연결되어 작업모듈(10)에 전기를 공급한다.
모듈 본체(15)의 하면에는 작업모듈(10)의 이동을 지지하기 위한 보조바퀴(9)를 설치하는 것이 좋다. 이 보조바퀴(9)는 작업모듈(10)의 크기에 따라 적절한 수량으로 설치한다.
모듈 스테이션(20)은 상술한 복수의 작업모듈(10)을 각각 일정한 위치에 고정함으로써, 이동로봇(40)이 작업모듈(10)을 교체할 있도록 한다. 이러한 모듈 스테이션(20)은 베이스(22)와, 충전유닛(21)과, 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34)와, 스테이션 송수신부(39)와, 스테이션 제어부(29)를 포함한다.
충전유닛(21)은 상용전원(8)에 연결되며, 이동로봇(40)의 충전 배터리(47)를 충전시키는데 사용된다. 따라서, 충전유닛(21)은 충전 배터리(47)와 접속되는 충전단자(23)를 구비한다. 또한, 충전단자(23)의 일측에는 충전유닛(21)의 위치를 확인할 수 있는 식별부재(24, 도 3 참조)가 마련된다. 이 충전유닛(21)의 식별부재(24)에 의해 이동로봇(40)이 충전유닛(21)의 위치를 확인할 수 있다.
복수의 모듈 고정부(31,32,33,34)는 베이스(22)의 전방에 설치되며, 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34) 각각은 사용되는 복수의 작업모듈(10)(11,12,13,14) 각각에 대응되도록 마련된다. 즉, 한 개의 모듈 고정부(31,32,33,34)에는 한 개의 작업모듈(11,12,13,14)이 고정된다. 따라서, 모듈 고정부(31,32,33,34)는 작업모듈(11,12,13,14)의 피고정부(19) 형상에 대응되는 형상으로 성형된다. 또한, 모듈 고정부(31,32,33,34)의 일측에는 모듈 고정부(31,32,33,34)를 식별할 수 있도록 식별부재(25,26,27,28, 도 3 참조)가 설치된다. 따라서, 이동로봇(40)은 이 식별부재(25,26,27,28)를 이용하여 특정 작업모듈(11,12,13,14)이 모듈 스테이션(20)의 어느 모듈 고정부(31,32,33,34)에 위치하는지를 알 수 있다. 본 실시예의 모듈 스테이션(20)은 4개의 모듈 고정부(31,32,33,34)를 구비한다. 도 1을 참조하면, 충전유닛(21)의 아래로 각각 청소모듈(11), 물걸레모듈(12), 공기청정모듈(13), 살균모듈(14)을 고정하는 4개의 모듈 고정부, 즉 제1,제2,제3,제4모듈 고정부(31,32,33,34)가 차례로 설치되어 있다.
이러한 충전유닛(21)과 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34)를 식별하기 위한 식별부재(24,25,26,27,28)는 이동로봇(40)에 설치되는 스테이션 검출부(49)의 구성 에 따라 다양하게 구성된다. 예를 들면 스테이션 검출부(49)에 비젼 카메라를 사용할 경우에는 비젼 카메라로 인식할 수 있는 표지로 식별부재(24,25,26,27,28)를 형성한다. 스테이션 검출부(49)로 초음파 센서를 사용하는 경우에는 특정 주파수의 초음파를 발신하는 초음파 발신부로 식별부재(24,25,26,27,28)를 구성한다.
스테이션 송수신부(39)는 로봇 제어부(46)의 로봇 송수신부(48)로부터 신호를 수신하고, 그 신호를 스테이션 제어부(29)로 전송한다. 또한, 스테이션 제어부(29)로부터 신호를 받아 발신한다.
스테이션 제어부(29)는 스테이션 송수신부(39)로부터 전송된 로봇 제어부(46)의 신호에 따라 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34)와 충전유닛(21)을 제어한다.
또한, 모듈 스테이션(20)은 상기에서 설명한 바와 같이 베이스(22)에 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34)를 설치할 수도 있으나, 도 3과 같이 충전유닛(21)과 모듈화된 복수의 모듈고정유닛(35,36,37,38)을 조립하여 구성할 수도 있다. 이때, 모듈고정유닛(35,36,37,38)은 한 개의 모듈 고정부(31,32,33,34)와 식별부재(25,26,27,28) 및 이를 지지하는 하우징(35a,36a,36a,38a)으로 구성된다. 이와 같이 모듈화된 고정유닛(35,36,37,38)을 사용하면, 사용자는 필요에 따라 작업모듈(10)과 그에 대응되는 모듈고정유닛(35,36,37,38)을 선택적으로 구매하여 모듈 스테이션(20)을 조립할 수 있기 때문에 편리하고 비용면에서 유리하다.
이동로봇(40)은 수행할 작업의 종류에 따라 상기 모듈 스테이션(20)으로부터 복수의 작업모듈(11,12,13,14) 중의 하나를 선택하여 결합하고, 스스로 주행하며 작업을 수행한다. 이동로봇(40)은 본체(41), 구동부(42), 모듈 도킹부(43), 전기연 결부(44), 신호연결부(45), 로봇 제어부(46), 충전 배터리(47), 로봇 송수신부(48), 스테이션 검출부(49), 위치 검출부(50)를 포함한다.
구동부(42)는 본체(41)에 설치되며, 로봇 제어부(46)의 제어에 의해 이동로봇(40)이 주행하도록 한다.
모듈 도킹부(43)는 본체(41)의 일측에 설치되며, 복수의 작업모듈(11,12,13,14) 중의 하나와 결합되도록 구성된다. 모듈 도킹부(43)는 상술한 바와 같이 작업모듈(10)의 피도킹부(57) 형상에 대응되도록 형성된다. 또한, 본 실시예의 경우에는 모듈 도킹부(43)는 전자석으로 형성되며, 로봇 제어부(46)의 신호에 의해 충전 배터리(47)로부터 인가되는 전원을 온/오프할 수 있도록 구성된다.
전기연결부(44)는 모듈 도킹부(43)가 설치된 본체(41)의 일측에 모듈 도킹부(43)의 주위에 설치되며, 작업모듈(10)의 피전기연결부(17)와 연결되어 작업모듈(10)의 작업부(16)로 전기를 공급한다. 전기연결부(44)는 커넥터로 구성되며, 모듈 도킹부(43)가 피도킹부(57)와 결합될 때 피전기연결부(17)와 연결된다.
신호연결부(45)는 본체(41)의 일측에 설치된 상기 전기연결부(44)의 일측에 설치되며, 작업모듈(10)의 피신호연결부(18)와 연결되어 작업모듈(10)의 작업부(16)와 신호를 주고받는다. 신호연결부(45)는 커넥터로 구성되며, 모듈 도킹부(43)가 피도킹부(57)와 결합될 때, 피신호연결부(18)와 연결된다.
로봇 제어부(46)는 상기 본체(41)에 설치되며, 구동부(42), 모듈 도킹부(43), 전기연결부(44), 신호연결부(45), 충전 배터리(47), 로봇 송수신부(48), 스테이션 검출부(49), 위치 검출부(50) 등을 제어한다.
로봇 제어부(46)는 스테이션 검출부(49)를 이용하여 결합할 작업모듈(10)이 고정되어 있는 모듈 고정부(31,32,33,34)를 검출한다. 그 후 구동부(42)를 제어하여 모듈 도킹부(43)가 작업모듈(10)의 피도킹부(57)에 삽입되도록 하여 작업모듈(10)을 이동로봇(40)에 결합시킨다.
또한, 로봇 제어부(46)는 충전 배터리(47)의 충전량을 검출한 후, 필요한 경우 충전 배터리(47)를 충전단자(23)에 접속시켜 충전한다. 이때, 로봇 제어부(46)는 스테이션 검출부(49)와 모듈 스테이션(20)의 식별부재(24)를 이용하여 충전단자(23)의 위치를 인식한다.
로봇 제어부(46)는 결합된 작업모듈(10)을 제어하여 소정의 작업을 할 수 있도록 청소 제어부(52), 물걸레 제어부(53), 살균 제어부(54), 공기청정 제어부(55)를 포함한다. 이때, 로봇 제어부(46)는 상기 각각의 작업을 가장 효율적으로 수행할 수 있도록 설정된 복수의 이동경로를 메모리(51)에 저장하고 있다. 예컨대, 청소작업을 할 수 있는 작업모듈(이하, 청소모듈)(11)이 이동로봇(40)에 결합된 경우에, 로봇 제어부(46)는 메모리(51)에 저장된 복수의 이동경로 중에서 청소작업용 이동경로에 따라 구동부(42)를 제어한다. 그러면, 이동로봇(40)은 진공청소를 위해 가장 최적화된 경로를 따라 이동하게 되고, 이동 중에 청소 제어부(52)는 청소모듈(11)의 진공청소장치를 제어하여 청소를 수행한다. 즉, 로봇 제어부(46)는 복수의 작업모듈(11,12,13,14)에 각각 최적화된 복수의 이동경로를 기억하며, 기억된 복수의 이동경로 중 모듈 도킹부(43)에 결합된 작업모듈(11,12,13,14)에 대응되는 이동경로를 선택하여 그에 따라 주행하며 소정의 작업을 하도록 이동로봇(40)을 제어한 다.
충전 배터리(47)는 이동로봇(40)의 구성요소에 필요한 전기를 공급하는 전원공급장치이다. 본 실시예의 경우에는 충전 배터리(47)를 전원공급장치로 사용하였으나 이외에도 연료전지 등이 사용될 수 있다.
로봇 송수신부(48)는 로봇 제어부(46)로부터 신호를 받아 외부로 발신하고, 원격제어장치(미도시)나 스테이션 송수신부(39)로부터 발신된 신호를 수신하여 로봇 제어부(46)로 전송한다. 로봇 제어부(46)는 원격제어장치로부터 수신되는 명령에 따라 이동로봇(40)을 제어하여 지시된 작업을 수행한다. 또한, 로봇 제어부(46)는 모듈 도킹부(43)가 작업모듈(10)의 피도킹부(57)에 결합되면, 로봇 송수신부(48)를 통해 스테이션 송수신부(39)로 도킹완료신호를 송신한다.
스테이션 검출부(49)는 모듈 스테이션(20)에 설치된 식별부재(24,25,26,27,28)를 이용하여 모듈 스테이션(20)의 충전유닛(21), 복수의 모듈 고정부(31,32,33,34)의 위치를 검출한다.
위치 검출부(50)는 이동로봇(40)의 현재 위치를 검출하는 것으로서, 비젼 카메라와 비젼 보드를 사용하는 방식 등 공지된 다양한 방식이 사용될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성요소를 갖는 본 발명에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템(1)에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도 1에는 이동로봇(40)에 공기청정모듈(13)이 결합되어 있는 상태를 나타낸다.
이동로봇(40)이 진공청소를 수행하라는 명령을 받으면, 이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)는 복수의 작업모듈(11,12,13,14) 중에서 진공청소 작업에 사용할 작업 모듈, 즉 청소모듈(11)을 선정한다. 그 후, 현재 모듈 도킹부(43)에 결합되어 있는 작업모듈(10)을 사용하여 작업할 수 있는가를 판단한다. 도 1의 경우에는 공기청정모듈(13)이 결합되어 있기 때문에 지시된 청소작업을 수행할 수 없다. 따라서, 로봇 제어부(46)는 공기청정모듈(13)을 청소모듈(11)로 교체한다. 로봇 제어부(46)가 공기청정모듈(13)을 청소모듈(11)로 교체하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 로봇 제어부(46)는 결합되어 있는 공기청정모듈(13)을 분리시켜 고정할 모듈 스테이션(20)의 제3모듈 고정부(33)의 위치를 확인한다. 이때, 로봇 제어부(46)가 공기청정모듈(13)을 고정할 제3모듈 고정부(33)의 위치를 기억하고 있는 경우에는 현재 위치로부터 제3모듈 고정부(33)까지의 이동경로를 산출한다. 그 후, 산출한 이동경로를 따라 이동로봇(40)을 이동시켜 공기청정모듈(13)을 모듈 스테이션(20)의 제3모듈 고정부(33)에 위치시킨다. 이때, 로봇 제어부(46)가 이동로봇(40)을 이동시켜 공기청정모듈(13)을 제3모듈 고정부(33)에 위치시키는 방법은 공지되어 있는 이동로봇(40)의 충전장치 복귀방법을 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
공기청정모듈(13)이 제3모듈 고정부(33)에 위치하면, 스테이션 제어부(29)는 제3모듈 고정부(33)를 제어하여 공기청정모듈(13)을 고정한다. 공기청정모듈(13)의 고정이 완료되면, 로봇 제어부(46)는 모듈 도킹부(43)의 전원을 차단하고, 구동부(42)를 제어하여 이동로봇(40)이 공기청정모듈(13)과 분리되어 이동하도록 한다.
이어서, 로봇 제어부(46)는 청소모듈(11)이 고정되어 있는 모듈 스테이션(20)의 제1모듈 고정부(31)의 위치를 확인하고, 이동로봇(40)이 청소모듈(11)과 결 합할 수 있는 최적의 이동경로를 산출한다. 그 후, 구동부(42)를 제어하여 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)가 청소모듈(11)의 피도킹부(57)에 삽입되도록 한다. 모듈 도킹부(43)가 피도킹부(57)에 삽입되면, 로봇 제어부(46)는 모듈 도킹부(43)에 전원을 인가하여 모듈 도킹부(43)를 자화시킨다. 그러면, 청소모듈(11)이 이동로봇(40)에 결합되어 이동로봇(40)이 이동하며 작업을 하여도 분리되지 않게 된다. 이동로봇(40)이 청소모듈(11)과 결합하는 과정도 공지된 이동로봇(40)의 충전장치 복귀방법과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
모듈 도킹부(43)와 피도킹부(57)의 결합이 완료되면, 로봇 제어부(46)는 스테이션 제어부(29)로 도킹완료신호를 발신한다. 그러면, 스테이션 제어부(29)는 청소모듈(11)을 고정하고 있는 제1모듈 고정부(31)를 제어하여 청소모듈(11)의 고정을 해제한다. 제1모듈 고정부(31)가 청소모듈(11)을 해제시키면, 로봇 제어부(46)는 구동부(42)를 제어하여 이동로봇(40)이 지시된 명령에 따라 청소작업을 수행하도록 한다.
또한, 청소작업을 완료하고, 물걸레 청소를 하고자 할 경우에는 로봇 제어부(46)는 청소모듈(11)을 모듈 스테이션(20)의 제1모듈 고정부(31)에 분리/고정시키고, 물걸레모듈(12)을 결합시킨다. 이때, 로봇 제어부(46)가 청소모듈(11)을 물걸레모듈(12)로 교체하는 과정은 상술한 설명과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서는 이동로봇(40)이 작업모듈(10)과 결합되어 있는 상태에서 다른 작업모듈(10)과 교환하는 경우에 대해 설명하였으나, 이동로봇(40)이 작업모듈(10)과 결합되지 않은 상태에서 모듈 스테이션(20)에 고정된 복수의 작업모듈 (11,12,13,14) 중 어느 하나의 작업모듈과 결합할 수도 있다. 이 경우 이동로봇(40)이 작업모듈(10)과 결합하는 과정은 상술한 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 다른 측면에서 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템의 제어방법의 일 실시예에 대하여 첨부된 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템(1)에서, 이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)는 작업명령을 수신하면, 지시된 작업에 사용할 작업모듈(10)을 선정한다(S10). 이어서, 이동로봇(40)에 작업모듈(10)이 결합되어 있는가를 판단한다(S11). 작업모듈(10)이 결합되어 있지 않은 경우에는 로봇 제어부(46)는 이동로봇(40)에 사용할 작업모듈(10)을 결합한다(S40).
그러나, 이동로봇(40)에 작업모듈(10)이 결합되어 있으면, 로봇 제어부(46)는 이동로봇(40)에 현재 결합되어 있는 작업모듈(10)이 지시된 작업에 사용할 작업모듈(10)인가를 판단한다(S20). 예컨대, 청소작업명령을 수신하였을 경우에, 로봇 제어부(46)는 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)에 결합되어 있는 작업모듈(10)이 청소모듈(11)인가를 판단한다. 만일, 현재 결합되어 있는 작업모듈(10)이 작업에 사용할 작업모듈(10)인 경우에는, 이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)는 구동부(42)와 작업모듈(10)의 작업부(16)를 제어하여 지시된 작업을 수행한다(S50).
그러나, 현재 결합되어 있는 작업모듈(10)이 사용할 작업모듈(10)이 아닌 경우에는, 이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)는 결합된 작업모듈(10)을 모듈 스테이션 (20)에 분리 고정시킨다(S40). 도 6을 참조하여 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)는 작업모듈(10)을 분리 고정시킬 모듈 스테이션(20)의 모듈 고정부(31,32,33,34)의 위치를 확인한다(S31). 이어서, 로봇 제어부(46)는 구동부(42)를 제어하여 작업모듈(10)을 모듈 고정부(31,32,33,34)에 위치하도록 한 후, 모듈 스테이션(20)이 작업모듈(10)을 고정시키도록 한다(S32). 그 후, 로봇 제어부(46)는 구동부(42)와 모듈 도킹부(43)를 제어하여 이동로봇(40)이 작업모듈(10)과 분리하고 이동하도록 한다(S33). 이때, 로봇 제어부(46)는 이동로봇(40)이 지시된 작업에 사용할 작업모듈(10)과 결합하기 위해 가장 적합한 위치로 이동하도록 제어하는 것이 바람직하다.
결합되어 있던 작업모듈(10)의 분리가 완료되면, 로봇 제어부(46)는 이동로봇(40)이 사용할 작업모듈과 결합되도록 제어한다(S40). 도 7을 참조하여 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이동로봇(40)의 로봇 제어부(46)는 사용할 작업모듈(10)이 고정되어 있는 모듈 스테이션(20)의 모듈 고정부(31,32,33,34)의 위치를 확인한다(S41). 이어서, 구동부(42)를 제어하여 이동로봇(40)이 사용할 작업모듈(10)이 고정되어 있는 모듈 스테이션(20)의 모듈 고정부(31,32,33,34)로 이동시키고 이동로봇(40)이 작업모듈(10)과 접속되도록 한다(S42). 이때, 작업모듈(10)의 피도킹부(57)는 이동로봇(40)의 모듈 도킹부(43)에 삽입되고, 모듈 도킹부(43)의 자력에 의해 이동로봇(40)에 결합되게 된다. 사용할 작업모듈(10)의 결합이 완료되면, 이동로봇(40)의 로봇 제 어부(46)는 도킹완료신호를 발신한다(S43). 그러면, 모듈 스테이션(20)의 스테이션 제어부(29)가 사용할 작업모듈(10)을 고정하고 있는 모듈 고정부(31,32,33,34)의 고정을 해제시킨다(S44). 모듈 고정부(31,32,33,34)가 해제되면, 이동로봇(10)은 이동하여 지시된 소정 작업을 수행하게 된다(S50).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 이동로봇은 여러 가지의 기능을 갖는 작업모듈 중에서 한 개의 작업모듈만을 이동시키면서 작업을 수행할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 크기와 중량이 종래의 이동로봇에 비해 증가되지 않는다.
또한, 이동로봇이 모듈 스테이션에 고정된 여러 가지의 기능을 갖는 복수의 작업모듈에서 필요한 기능을 수행할 수 있는 작업모듈을 선택하여 작업을 수행할 수 있으므로 사용자가 원하는 만큼의 다양한 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 본 발명에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템에 의하면 제조비용이 크게 상승하지 않으면서도 다양한 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 작업모듈과 모듈 스테이션이 기능별로 모듈화되어 있기 때문에 사용자가 필요에 따라 작업모듈을 구입하여 이동로봇의 기능을 확대할 수 있다. 즉, 처음에는 충전유닛과 한 개의 모듈 고정부만을 갖는 모듈 스테이션과 청소모듈을 갖는 이동로봇을 구입하고, 나중에 물걸레모듈과 모듈 고정부를 구입하여 모듈 스테이션을 확장함으로써 이동로봇의 기능을 청소기능에서 물걸레청소기능까 지 확대할 수 있다. 따라서, 사용자의 비용부담이 크지 않다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 단순한 구성요소의 치환, 부가, 삭제, 변경은 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 속하게 된다.

Claims (10)

  1. 각각 다른 작업을 수행하는 복수의 작업모듈;
    상기 복수의 작업모듈을 고정하는 복수의 모듈 고정부를 포함하는 모듈 스테이션; 및
    수행할 작업에 따라 상기 모듈 스테이션으로부터 상기 복수의 작업모듈 중의 하나를 선택하여 결합하고, 상기 모듈 스테이션과 통신하여 상기 모듈 스테이션이 상기 모듈 고정부를 해제하도록 한 후, 결합한 상기 작업모듈에 대응되는 이동경로를 스스로 주행하며 작업을 수행하는 이동로봇;을 포함하는 것을 특징으로 하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동로봇은,
    본체에 설치되는 구동부;
    상기 본체의 일측에 설치되며, 상기 복수의 작업모듈 중의 하나와 결합되는 모듈 도킹부;
    상기 본체의 일측에 상기 모듈 도킹부의 주위에 설치되며, 결합된 작업모듈로 전기를 공급하는 전기연결부;
    상기 전기연결부의 일측에 설치되며, 결합된 작업모듈과 신호를 주고받는 신호연결부; 및
    상기 본체에 설치되며, 상기 구동부를 제어하여 상기 모듈 도킹부, 전기연결부, 신호연결부가 상기 복수의 작업모듈 중의 하나와 연결되도록 한 후, 작업을 수행하는 로봇 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 로봇 제어부는,
    상기 복수의 작업모듈에 대응되는 복수의 이동경로를 저장하는 메모리를 포함하며, 상기 메모리에 저장된 상기 복수의 이동경로 중 상기 모듈 도킹부에 결합된 작업모듈에 대응되는 이동경로를 선택하여 그에 따라 주행하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 작업모듈은,
    모듈 본체;
    상기 모듈 본체에 설치되며, 소정의 작업을 수행하는 작업부;
    상기 모듈 본체의 일측에 설치되며, 상기 모듈 스테이션의 모듈 고정부에 고정되는 피고정부;
    상기 모듈 본체의 타측에 설치되며, 상기 이동로봇의 모듈 도킹부에 결합되는 피도킹부; 및
    상기 모듈 본체의 타측에 상기 피도킹부의 근처에 설치되며, 상기 이동로봇의 신호연결부 및 전기연결부에 각각 연결되는 피신호연결부 및 피전기연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 작업모듈의 작업부는,
    각각 진공청소장치, 물걸레청소장치, 살균장치, 공기청정장치인 것을 특징으로 하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 모듈 도킹부는 전자석으로 형성된 것을 특징으로 하는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템.
  7. 이동로봇이 작업에 사용할 작업모듈을 선정하는 단계;
    상기 이동로봇이 모듈 스테이션의 모듈 고정부에 고정된 사용할 작업모듈을 결합하고, 상기 모듈 스테이션과 통신하여 상기 모듈 고정부로부터 상기 작업모듈을 분리하는 단계; 및
    상기 이동로봇이 결합한 작업모듈을 이용하여 작업을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 시스템의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이동로봇에 작업모듈이 결합되어 있으면, 현재 결합되어 있는 작업모듈이 사용할 작업모듈인가를 판단하는 단계; 및
    상기 결합되어 있는 작업모듈이 사용할 작업모듈이 아니면, 상기 결합되어 있는 작업모듈을 상기 모듈 스테이션에 분리고정시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 시스템의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 작업모듈의 분리고정단계는,
    상기 이동로봇에 결합되어 있는 작업모듈을 분리 고정할 상기 모듈 스테이션의 위치를 확인하는 단계;
    상기 이동로봇이 상기 결합되어 있는 작업모듈을 확인된 상기 모듈 스테이션의 위치에 고정시키는 단계; 및
    상기 이동로봇이 상기 결합되어 있는 작업모듈을 분리하고 이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 시스템의 제어방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 작업모듈의 결합단계는,
    상기 이동로봇이 사용할 작업모듈의 위치를 확인하는 단계;
    상기 이동로봇이 이동하여 상기 작업모듈에 도킹하는 단계;
    상기 이동로봇이 도킹완료신호를 발신하는 단계; 및
    상기 모듈 스테이션이 상기 도킹완료신호를 수신하면, 상기 작업모듈의 고정을 해제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 시스템의 제어방법.
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