KR100947012B1 - Cleaning robot, its control method and recording medium therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개선된 청소 로봇 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기 청소 로봇의 움직임을 통해 n개의 청소 구역(n은 2 이상의 자연수)에 대한 X 및 Y 좌표를 결정하는 구역 설정부 및 n-1번째 청소 구역 종료 위치에서 n번째 청소 구역 시작 위치로의 이동 경로를 결정하는 이동 경로 설정부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 다수로 구획된 청소 구역을 효율적으로 청소할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to an improved cleaning robot and a control method thereof. The present invention is a zone setting unit for determining the X and Y coordinates for n cleaning zones (n is a natural number of two or more) through the movement of the cleaning robot and from the n-1th cleaning zone end position to the nth cleaning zone start position It includes a movement path setting unit for determining the movement path of. According to the present invention, there is an advantage that can be efficiently cleaned a plurality of divided cleaning zones.
청소, 로봇, 구역, 이동 경로, 좌표, 회전각, 이동 거리 Sweep, robot, zone, breadcrumb, coordinates, rotation angle, travel distance
Description
본 발명은 개선된 청소 로봇 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분할된 공간을 효율적으로 청소할 수 있는 청소 로봇 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an improved cleaning robot and a control method thereof, and more particularly, to a cleaning robot and a control method thereof capable of efficiently cleaning a divided space.
청소 로봇은 미리 설정된 알고리즘에 따라 가정 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역을 스스로 구동하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입하는 기기이다. 청소 로봇은 사람이 직접 제어하지 않더라도 자동으로 청소를 한다는 점에서 최근 많이 사용되고 있는 실정이다. The cleaning robot is a device that inhales dust or foreign substances while driving a certain cleaning area such as a home or an office according to a preset algorithm. Cleaning robots have been used in recent years in that they automatically clean even if a person does not control directly.
일반적인 청소 로봇은 위치 인식 방법에 따라 랜덤(random) 방식과 매핑(mapping) 방식으로 분류된다. 랜덤 방식은 환경에 대한 지도를 작성하지 않고 충돌 감지 센서에만 의존하여 청소 로봇이 벽이나 장애물에 충돌할 경우에 이동 경로를 변경하면서 청소를 진행하는 방식이다. General cleaning robots are classified into a random method and a mapping method according to a location recognition method. The random method relies on the collision detection sensor instead of creating a map of the environment, and performs the cleaning while changing the moving path when the cleaning robot collides with a wall or an obstacle.
이와 같이 청소 환경에 대한 지도(map)를 작성하지 않고 청소를 진행하는 경우, 많은 중복 청소로 인해 청소 시간이 급격하게 증가하는 문제점이 있다. As such, when the cleaning is performed without creating a map of the cleaning environment, there is a problem in that the cleaning time is rapidly increased due to many duplicate cleanings.
이러한 문제점을 해결하는 것이 매핑 방식이다. 매핑 방식은 청소 환경에 대한 지도 작성과 위치 추정을 통해 청소를 수행하는 방식이며, 랜덤 방식의 문제점을 보완하여 보다 효율적인 청소를 진행한다. To solve this problem is a mapping method. The mapping method is a method of cleaning by mapping and estimating the location of the cleaning environment, and performs a more efficient cleaning by supplementing the problem of the random method.
그러나 매핑 방식과 같이 청소 공간에 대한 지도를 작성하여 청소 로봇이 스스로 청소를 진행하는 경우에는 고가의 장비와 비전 센서가 필요한 문제점이 있다.However, when the cleaning robot proceeds to clean itself by creating a map of the cleaning space as in the mapping method, expensive equipment and a vision sensor are required.
청소 로봇이 사람에게 많은 편리함을 주기는 하지만 지나치게 높은 청소 시간 및 고가의 가격은 사용자에게 청소 로봇을 쉽게 이용하지 못하게 하는 문제점이 있다. 이에 중복 청소를 방지하면서도 낮은 가격을 갖는 청소 로봇에 대한 요구가 매우 높아지고 있는 실정이다. Although the cleaning robot gives a lot of convenience to the human being, the excessively high cleaning time and the high price have a problem of preventing the user from easily using the cleaning robot. Therefore, there is a high demand for a cleaning robot having a low price while preventing duplicate cleaning.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 고가의 센서를 이용하지 않고도 효율적으로 청소를 수행할 수 있는 개선된 청소 로봇 및 이의 제어 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes an improved cleaning robot and its control method capable of performing cleaning efficiently without using expensive sensors.
본 발명의 다른 목적은 청소 공간을 다수의 공간으로 분할하고, 분할된 공간에 대해 효율적으로 청소를 수행할 수 있는 개선된 청소 로봇 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an improved cleaning robot and its control method capable of dividing the cleaning space into a plurality of spaces, and performing the cleaning on the divided spaces efficiently.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 청소 로봇에 있어서, 상기 청소 로봇의 움직임을 통해 n개의 청소 구역(n은 2 이상의 자연수)에 대한 X 및 Y 좌표를 결정하는 구역 설정부; 및 n-1번째 청소 구역 종료 위치에서 n번째 청소 구역 시작 위치로의 이동 경로를 결정하는 이동 경로 설정부를 포함하는 청소 로봇이 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, in the cleaning robot, a zone for determining the X and Y coordinates for n cleaning zones (n is a natural number of two or more) through the movement of the cleaning robot Setting unit; And a moving path setting unit configured to determine a moving path from the n-1 th cleaning zone end position to the n th cleaning zone start position.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, (a) 상기 청소 로봇의 움직임을 통해 n개의 청소 구역(n은 2 이상의 자연수)에 대한 X 및 Y 좌표를 결정하는 단계; (b) n-1번째 청소 구역 종료 위치에서 n번째 청소 구역 시작 위치로의 이동 경로를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 결정된 청소 구역에 대해 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 청소를 수행하는 단계를 포함하는 청소 로봇 제어 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a method of controlling a cleaning robot, the method comprising: (a) determining X and Y coordinates for n cleaning zones (n is two or more natural numbers) through the movement of the cleaning robot; (b) determining a movement path from the n−1 th cleaning zone end position to the n th cleaning zone start position; And (c) performing cleaning using a predetermined algorithm for the determined cleaning area.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 청소 로봇의 청소 구역 설정을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, (a) 상기 청소 로봇의 움직임을 통해 n개의 청소 구역(n은 2 이상의 자연수)에 대한 X 및 Y 좌표를 결정하는 단계; 및 (b) n-1번째 청소 구역 종료 위치에서 n번째 청소 구역 시작 위치로의 이동 경로를 결정하는 단계를 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a recording medium in which a program of instructions executable by a digital processing apparatus for the setting of a cleaning area of a cleaning robot is tangibly embodied and can be read by the digital processing apparatus. Determining X and Y coordinates for the n cleaning zones (n being two or more natural numbers) through the movement of the cleaning robot; And (b) determining a movement path from the n-1 th cleaning zone end position to the n th cleaning zone start position.
본 발명에 따르면 고가의 센서와 장비를 이용하지 않고도 효율적으로 청소를 수행할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention there is an advantage that can be efficiently performed without using expensive sensors and equipment.
또한 본 발명에 따르면 청소 환경이 다수의 장애물로 이루어진 경우에도 효율적으로 청소를 수행할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention there is an advantage that can be efficiently performed even when the cleaning environment consists of a plurality of obstacles.
나아가 본 발명에 따르면 청소 공간이 복잡하게 구획된 경우에도 효율적으로 청소를 수행할 수 있는 장점이 있다. Furthermore, according to the present invention, there is an advantage that the cleaning can be performed efficiently even when the cleaning space is complicatedly partitioned.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소 에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 청소 로봇 시스템의 블록도이다. 1 is a block diagram of a cleaning robot system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 청소 로봇 시스템은 청소 로봇(1)과 청소 로봇(1) 제어를 위한 리모트 컨트롤러(2)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the cleaning robot system according to the present invention may include a
청소 로봇은 범퍼(10), 충돌 감지부(11), 아날로그/디지털 변환부(12), 제어부(13), 메모리(14), 구동부(15), 전원부(16), 청소부(17), 컨트롤러 통신부(18), 이동 거리 측정부(19), 회전각 측정부(20), 구역 설정부(21) 및 이동 경로 설정부(22)를 포함할 수 있다. The cleaning robot includes a
범퍼(10)는 청소 로봇의 전면에 부착되어 장애물과의 충돌시 충격을 완충하여 청소로봇 본체의 파손을 방지하며, 아울러 장애물과 충돌시 가해지는 압력을 충돌 감지부(11)로 전달한다. The
충돌 감지부(11)는 범퍼(10)로부터 인가되는 압력의 정도에 따라 서로 다른 레벨의 감지 신호를 출력하며, 충돌 감지부(11)로부터 출력되는 감지신호는 아날로그/디지털 변환부(12)에서 감지신호의 레벨에 따라 디지털 신호로 샘플링되어 제어부(13) 측으로 출력된다. The collision detection unit 11 outputs different levels of detection signals according to the degree of pressure applied from the
제어부(13)는 청소 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 수신된 충돌 감지신호의 레벨에 따라 청소 로봇(1)이 미리 설정된 다른 방향으로 움직이도록 한다. The
충돌에 대응되는 청소 로봇(1)의 움직임은 메모리(14)에 미리 저장될 수 있으며, 예를 들어, 충돌 시 오른쪽 회전(Right Turn), 왼쪽 회전(Left Turn) 또는 후진 후 오른쪽 또는 왼쪽 회전(Back Right Turn 또는 Back Left Turn)에 관한 정보가 메모리(14)에 저장될 수 있다. 메모리(14)에는 그밖에 구동을 위한 운영 프로그램, 특히 청소 구역 내에서의 움직임을 위한 알고리즘 등이 저장된다. The movement of the
구동부(15)는 상기와 같이 메모리(14)에 기 저장된 움직임 정보를 참조하여 제어부(13)가 출력하는 제어 신호에 따라 청소 로봇(1)에 장착된 차륜을 구동시킨다. The driving
여기서 구동부(15)는 좌륜 모터 또는 우륜 모터에 연결될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Here, the
구동부(15)는 제어부(13)로부터 출력되는 제어신호에 따라 좌륜 및 우륜 모터에 인가되는 전원 레벨을 제어하여 청소로봇을 주행시킨다. 구동부(15)의 좌륜 및 우륜 모터는 청소로봇을 주행시키는 좌/우 바퀴와 연결될 수 있다. 따라서, 좌륜 및 우륜 모터의 회전속도와 방향에 따라 청소로봇은 전후좌우로 주행한다. 예를 들어 설명하면, 제어부(13)로부터 수신된 제어신호가 청소로봇의 우회전 명령일 경우, 구동부(15)는 우륜 모터에 인가되는 전원을 감소시키는 대신 좌륜 모터에는 전원을 증가시켜 우회전하도록 제어한다.The driving
전원부(16)는 청소 로봇(1)에 구동에 필요한 전원을 공급한다. The
청소부(17)는 흡입부 및 먼지 수납부를 포함할 수 있으며, 소정의 청소 구역 내의 먼지 또는 이물질을 흡입하며, 집진된 먼지 및 이물질을 수납하게 된다. The
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 청소 로봇(1)은 리모트 컨트롤러(2)에 유무선으로 연결된다. Meanwhile, according to a preferred embodiment of the present invention, the
도 1에 도시된 바와 같이, 리모트 컨트롤러(2)는 청소 구역 설정을 위한 키패드부(23), 제어부(24) 및 키신호 송신부(25)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
컨트롤러 통신부(18)는 본 발명에 따른 청소 구역 설정을 위해 리모트 컨트롤러(2)로부터 전송되는 키신호를 수신한다. The
여기서 키신호는 청소 로봇의 움직임을 위한 이동 키신호, n개의 청소 구역(n은 2 이상의 자연수)에 상응하는 X 및 Y 좌표 설정을 위한 키신호 및 n-1번째 청소 구역의 종료 위치에서 n번째 청소 구역의 시작 위치로 이동하기 위한 이동 경로 설정을 위한 키신호를 포함한다. Here, the key signal is a moving key signal for the movement of the cleaning robot, a key signal for setting the X and Y coordinates corresponding to n cleaning zones (n is a natural number of 2 or more), and the nth from the end position of the n-1th cleaning zone. And a key signal for setting a moving path for moving to the start position of the cleaning zone.
본 발명에 따르면, 하나의 청소 공간에 대해 2 이상의 청소 구역을 설정하여 효율적으로 청소를 수행할 수 있는데, 이를 위해서는 청소 로봇의 움직임에 따른 각 청소 구역 설정이 필요하며, 보다 상세하게, 청소 구역 설정은 청소 로봇의 이동 거리 및 회전각을 이용하여 이루어질 수 있다. According to the present invention, it is possible to efficiently perform cleaning by setting two or more cleaning zones for one cleaning space. For this purpose, it is necessary to set each cleaning zone according to the movement of the cleaning robot. This can be done using the moving distance and rotation angle of the cleaning robot.
도 2는 본 발명에 따른 청소 구역 설정 과정을 도시한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a cleaning zone setting process according to the present invention.
도 2를 참조하면, 청소 구역 설정을 위한 키신호가 수신되는 경우, 이동 거리 측정부(19)는 청소 로봇의 이동 거리를 측정한다(단계 200). Referring to FIG. 2, when a key signal for setting a cleaning area is received, the moving
여기서 이동 거리 측정부(19)는 레이저 센서 또는 초음파 센서일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The moving
청소 구역 설정을 위해 청소 로봇(1)은 소정 위치에서 회전될 수 있는데, 회전각 측정부(20)는 청소 로봇(1)의 움직임에 따른 회전각을 측정한다(단계 202). In order to set the cleaning area, the cleaning
여기서 회전각 측정부(20)는 자이로스코프 센서 또는 마그네틱 컴패스 센서일 수 있다. The rotation
회전각 측정부(20)는 소정 위치에서 청소 로봇이 얼마큼 회전하였는지를 측정하는데, 회전각은 제어의 편의를 위해 360도를 4 등분한 각도 범위(즉, 90도 범위의 회전각)를 가질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The rotation
이후, 구역 설정부(21)는 키신호의 수신 및 청소 로봇의 움직임을 통해 n개의 청소 구역에 대한 X 및 Y 좌표를 결정한다(단계 204). Thereafter, the
상기와 같이, 청소 로봇(1)의 움직임을 통해 이동 거리 및 회전각을 측정하는 경우, n개의 청소 구역에 대한 X 및 Y 좌표는 이동 거리와 회전각으로 표현될 수 있다. As described above, when the moving distance and the rotation angle are measured through the movement of the cleaning
본 발명에서와 같이, 하나의 청소 공간을 여러 청소 공간으로 분할하는 경우, 하나의 청소 구역에서 다음 청소 구역으로의 이동 경로가 설정되어야 하는데, 이동 경로 설정부(22)는 리모트 컨트롤러(2)에서 제공된 키신호 및 청소 로봇(1)의 움직임을 통해 n-1번째 청소 구역의 종료 위치에서 n번째 청소 구역의 시작 위치로의 이동 경로를 결정한다(단계 206). As in the present invention, when one cleaning space is divided into several cleaning spaces, a moving path from one cleaning zone to the next cleaning zone should be set, and the movement
청소 로봇(1)의 이동 거리 및 회전각이 측정되는 경우, 상기한 이동 경로 역시 이동 거리 및 회전각으로 표현될 수 있으며, 이에 대해서는 하기에서 상세하게 설명한다. When the movement distance and the rotation angle of the cleaning
상기와 같이, 청소 구역을 설정한 후에 본 발명에 따른 청소 로봇(1)은 미리 설정된 알고리즘에 따라 분할된 청소 구역에 대한 청소를 수행한다. As described above, after setting the cleaning zone, the cleaning
여기서 미리 설정된 알고리즘은 도 3에 도시된 바와 같은 움직임을 갖는 영역 채움(region filling) 알고리즘일 수 있다. The preset algorithm may be a region filling algorithm having a motion as shown in FIG. 3.
본 발명에 따른 청소 구역 설정은 청소 로봇(1)과 리모트 컨트롤러(2)에 구비된 인터페이스(키패드)를 통해 이루어질 수 있다. The cleaning zone setting according to the present invention may be made through an interface (keypad) provided in the
도 4는 본 발명에 따른 청소 로봇 및 리모트 컨트롤러의 키패드의 상세 구성을 도시한 도면이다. 4 is a view showing the detailed configuration of the keypad of the cleaning robot and the remote controller according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 청소 로봇 키패드부는 랜덤 키버튼(40), 영역 채움 키버튼(41) 및 풀 영역 채움 키버튼(42)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4, the cleaning robot keypad unit according to the present invention may include a random
여기서 랜덤 키버튼(40)는 소정 장애물과의 충돌 시에만 방향을 전환하여 청소를 수행하도록 하는 키버튼으로서, 장애물이 비교적 적고, 좁은 공간에서 이용될 수 있다. Here, the random
영역 채움 키버튼(41)는 청소 공간 전체에 대해 도 3과 같은 움직임을 통해 청소를 수행하도록 하는 키버튼으로서, 장애물이 없는 공간에서 이용될 수 있다. The area filling
풀 영역 채움 키버튼(42)은 하나의 청소 공간을 본 발명에 따른 방법으로 n개의 청소 구역으로 분할하여 청소하는 경우에 이용될 수 있다. The full area fill
사용자가 풀 영역 채움 키버튼(42)을 선택하는 경우, 리모트 컨트롤러(2)의 키패드부(23)를 통해 청소 구역을 설정할 수 있다. When the user selects the full region fill
도 4에 도시된 바와 같이, 리모트 컨트롤러(2)의 키패드부(23)는 이동 키버튼(50), X 좌표 키버튼(51), Y 좌표 결정 키버튼(52) 및 이동 경로 결정 키버튼(53)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4, the
본 발명에 따르면, 청소 로봇의 회전각을 90도 범위로 분할하여 청소 로봇(1)의 전방 방향을 0°로 설정하였을 때, 청소 로봇의 이동 키버튼(50)은 전진(Forward: F), 왼쪽 회전(Left Turn: L, -90°회전), 오른쪽 회전(Right Turn: R, +90°회전), 후진(Back: B, 180°회전) 키버튼을 포함할 수 있다. According to the present invention, when the rotation angle of the cleaning robot is divided into a 90 degree range and the forward direction of the cleaning
도 5는 본 발명에 따른 청소 로봇의 기본 명령어 세트를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 청소 로봇의 움직임 템플릿을 도시한 것이며, 도 7은 본 발명에 따른 청소 로봇의 움직임을 정의하는 명령어 세트의 실행을 도시한 도면이다. 5 shows a basic instruction set of the cleaning robot according to the present invention, FIG. 6 shows a movement template of the cleaning robot according to the present invention, and FIG. 7 is a command for defining the movement of the cleaning robot according to the present invention. A diagram illustrating the execution of a set.
도 6을 참조하면, Forward 명령어는 장애물과 충돌할 때까지 수행되고 RT 명령어는 로봇의 왼쪽과 정면, LT는 로봇의 오른쪽과 정면에 장애물이 있을 시 수행된다. 또한 RT와 LT는 이동 방향에 따라 정면충돌만 있을 시에도 수행된다. Referring to FIG. 6, the Forward command is executed until it collides with an obstacle, and the RT command is executed when there is an obstacle on the left and front sides of the robot and the LT is on the right and front sides of the robot. RT and LT are also performed when there is only a frontal collision depending on the direction of travel.
그리고 BRT는 LT할 방향에 장애물이 있다면 장애물을 피할 때까지 되돌아간 후 RT를 수행한다. 또한 BLT는 BRT과 반대로 RT할 방향에 장애물이 있다면 장애물을 피할 때까지 되돌아간 후 LT를 수행한다. 마지막으로 Goto 명령어는 청소 공간을 사용자가 여러 개의 청소 구역으로 분할하였을 때 현재 청소 구역의 청소가 완료된 후 다음 청소 구역으로 이동할 때 수행된다.If there is an obstacle in the direction to LT, the BRT returns to avoiding the obstacle and performs RT. In addition, if there is an obstacle in the direction to RT in contrast to the BRT, the BLT returns until the obstacle is avoided and performs the LT. Finally, the Goto command is executed when the user divides the cleaning space into several cleaning zones and moves to the next cleaning zone after the cleaning of the current cleaning zone is completed.
이와 같은 기본 명령어 세트 및 움직임 템플릿은 도 7의 (a) 내지 (e)와 같이 표현될 수 있다. 도 7을 참조하면, (a)는 전진, (b)는 오른쪽 회전, (c)는 왼쪽 회전, (d)는 후진 후 오른쪽 회전(Back Right Turn: BRT) 및 후진 후 왼쪽 회전(Back Left Turn: BLT)를 도시한 것이다. Such a basic instruction set and motion template may be represented as shown in FIGS. 7A to 7E. Referring to FIG. 7, (a) is forward, (b) is right rotation, (c) is left rotation, (d) is back right turn (BRT) and back left turn (Back Left Turn) : BLT).
특히 본 발명은 도 6의 (e)와 같이 청소 공간이 분할된 경우에 하나의 청소 구역에서 다음 청소 구역의 시작 시점으로 이동하기 위한 Goto 명령어를 포함하고 있다. In particular, the present invention includes a Goto command for moving from one cleaning zone to the start of the next cleaning zone when the cleaning space is divided as shown in FIG.
본 발명에 따르면 상기한 기본 명령어 세트를 기반으로 리모트 컨트롤러(2)를 통해 청소 구역을 설정할 수 있다. According to the present invention, the cleaning area can be set through the
도 8은 본 발명에 따른 청소 구역 설정의 상세 과정을 도시한 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a detailed process of setting a cleaning area according to the present invention.
도 8을 설명함에 있어 리모트 컨트롤러(2)로부터 전송되는 키신호에 따른 청소 로봇(1)의 동작을 중심으로 설명한다. 8, the operation of the cleaning
도 8을 참조하면, 청소 로봇의 제어부(13)는 리모트 컨트롤러(2)로부터 X 좌표 결정을 위한 키신호가 수신되는지 여부를 판단한다(단계 800). X 좌표 결정 키신호가 수신되고, 이후에 청소 로봇(1)의 이동 키신호가 수신되는 경우, 청소 로봇(1)을 이동 키신호에 상응하게 움직이게 한다. Referring to FIG. 8, the
이동 거리 측정부(19) 및 회전각 측정부(20)는 청소 로봇(1)의 움직임에 따른 이동 거리 및 회전각이 측정한다(단계 802).The moving
제어부(13)는 청소 로봇(1) 이동 중 Y 좌표 결정 키신호가 수신되는지 여부를 판단한다(단계804). The
Y 좌표 결정 키신호 수신 시 구역 설정부(21)는 상기한 시작 위치로부터 Y 좌표 결정 키신호가 수신된 시점에서의 위치에 대한 이동 거리 및 회전각을 해당 청소 구역에서의 X 좌표로 결정한다(단계 806). When the Y coordinate determination key signal is received, the
한편, Y 좌표 결정 키신호가 수신되고, 이후 청소 로봇(1)의 이동 키신호가 수신되는 경우, 제어부(13)는 청소 로봇(1)이 이동 키신호에 상응하게 움직이게 한다.On the other hand, when the Y coordinate determination key signal is received and then the moving key signal of the cleaning
이동 키신호 입력 시 이동 거리 측정부(19) 및 회전각 측정부(20)는 청소 로봇(1)의 움직임에 따른 이동 거리 및 회전각을 측정한다(단계 808). When the moving key signal is input, the moving
이후 제어부(13)는 이동 경로 키신호가 수신되는지 여부를 판단한다(단계 810).Thereafter, the
이동 경로 키신호가 수신되는 경우, 구역 설정부(21)는 상기한 Y 좌표 결정 키신호 수신 시점의 위치(X 좌표의 종료 위치)로부터 이동 경로 결정 키신호가 수신된 시점에서의 위치에 대한 이동 거리 및 회전각을 해당 청소 구역에서의 Y 좌표로 결정한다(단계 812). When the movement path key signal is received, the
이후 청소 로봇(1)의 제어부(13)는 이동 경로 결정 키신호가 수신되는지 여부를 판단하며(단계 814), 제어부(13)는 이동 경로 결정 키신호 다음으로 이동 키신호가 수신되는 경우, 청소 로봇(1)이 이동 키신호에 상응하게 움직이도록 한다. Then, the
청소 로봇의 이동 시 단계 802와 마찬가지로 이동 거리 측정부(19) 및 회전각 측정부(20)는 청소 로봇(1)의 움직임에 따른 이동 거리 및 회전각을 측정한다(단계 816). When the cleaning robot moves, as in step 802, the moving
이후, 제어부(13)는 단계 800으로 이동하여 리모트 컨트롤러(2)로부터 X 좌표 결정을 위한 키신호가 수신되는지 여부를 판단하며, X 좌표 결정을 위한 키신호 가 수신되는 경우, 이동 경로 설정부(22)는 상기한 이동 경로 결정 키신호 수신 시점의 위치(Y 좌표의 종료 위치)로부터 X 좌표 결정 키신호가 수신된 시점에서의 위치에 대한 이동 거리 및 회전각을 n-1번째 청소 구역에서 n번째 청소 구역으로의 이동 경로로 결정한다(단계 818).Thereafter, the
한편, 이동 경로 결정 후 청소 로봇(1)은 청소 구역의 설정이 종료될 때까지 단계 802 이후의 단계를 반복적으로 수행한다(단계 820).On the other hand, after the moving path is determined, the cleaning
도 8에서 설명한 과정을 가로가 6m, 세로가 3m 이며 중앙에 장애물이 존재하는 청소 공간에 대해 설명하면 다음과 같다. The process described in FIG. 8 has a width of 6m, a length of 3m, and a cleaning space in which an obstacle exists in the center.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제1 청소 구역(Rectangle 1)을 설정함에 있어 소정의 시작 위치(900)에서 X 좌표 결정 키신호와 이동 키신호가 수신된 경우에 청소 로봇(1) 오른쪽 방향(①)으로 움직인다. ①의 종료 위치에서 리모트 컨트롤러(2)로부터 Y 좌표 결정 키신호가 수신될 수 있다. 9 and 10, in setting the first
이때 청소 로봇의 구역 설정부(21)는 도 9에 도시된 바와 같이 시작 위치(900)에서 디폴트로 설정된 청소 로봇의 방향(Y축 방향이 0°, X축 방향이 90°에 해당)을 기준으로 X 좌표 결정 키신호 수신 후 Y 좌표 결정 키신호가 수신될 때까지의 이동 거리 및 회전각을 제1 청소 구역의 X 좌표로 결정한다. In this case, as shown in FIG. 9, the
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 청소 구역의 X 좌표는 (2, 90°)가 될 수 있다. As shown in FIG. 10, the X coordinate of the first cleaning zone may be (2, 90 °).
한편 ①의 종료 위치에서 Y 좌표 결정 키신호 수신 후 이동 키신호에 따라 청소 로봇(1)은 ② 방향으로 움직이게 되며, 벽 지점에서 이동 경로 결정 키신호가 수신될 수 있다. Meanwhile, after receiving the Y coordinate determination key signal at the end of ①, the cleaning
이때, 청소 로봇의 구역 설정부(21)는 ①의 종료 위치에서의 청소 로봇의 방향을 기준으로 Y 좌표 결정 키신호 수신 후 이동 경로 결정 키신호가 수신될 때까지의 이동 거리 및 회전각을 제1 청소 구역의 Y 좌표로 결정한다.At this time, the
이러한 경우, 제1 청소 구역의 Y 좌표는 (3,-90°)가 될 수 있다. In this case, the Y coordinate of the first cleaning zone may be (3, -90 °).
②의 종료 위치에서 이동 경로 결정 키신호 수신 후 이동 키신호에 따라 청소 로봇(1)은 ③ 방향으로 움직이게 되며, 장애물 지점에서 X 좌표 결정 키신호가 수신될 수 있다. After the movement path determination key signal is received at the end of ②, the cleaning
이때, 청소 로봇의 이동 경로 설정부(22)는 ②의 종료 위치에서의 청소 로봇의 방향을 기준으로 이동 경로 결정 키신호 수신 후 X 좌표 결정 키신호가 수신될 때까지의 이동 거리 및 회전각을 제1 청소 구역에서 제2 청소 구역(Rectangle2)으로의(제2 청소 구역으로의 시작 위치로의) 이동 경로로 결정한다. At this time, the movement
여기서, 제1 청소 구역에서 제2 청소 구역으로의 이동 경로는 (1,180°)가 될 수 있다. Here, the movement path from the first cleaning zone to the second cleaning zone may be (1,180 °).
상기한 방법으로, 제2 청소 구역에 대한 X 및 Y 좌표와, 제2 청소 구역에서 제3 청소 구역으로의 이동 경로 및 제3 청소 구역에 대한 X 및 Y 좌표가 결정될 수 있다. In this manner, the X and Y coordinates for the second cleaning zone, the path of travel from the second cleaning zone to the third cleaning zone, and the X and Y coordinates for the third cleaning zone can be determined.
제1 내지 제3 청소 구역에 대한 X 및 Y 좌표와 이동 경로는 도 10과 같으며, 도 10에서 제2 청소 구역에서 제3 청소 구역으로의 이동 경로가 (3,180°) 및 (2, 90°)로 나타나는 것은 제2 청소 구역의 종료 위치에서 제3 청소 구역의 시작 위치 로 이동하기 위해서는 ⑥ 및 ⑦ 방향과 같이 두 개의 경로를 따라야 하기 때문이다. The X and Y coordinates and the travel paths for the first to third cleaning zones are the same as in FIG. 10, in which the travel paths from the second cleaning zone to the third cleaning zone are (3,180 °) and (2, 90 °). This is because it is necessary to follow two paths in the
본 발명에 따르면, 현재 지정한 청소 구역에서 분할된 청소 구역이 더 존재한다면 Goto 좌표값(이동 경로 정보)을 입력하여 청소 구역과 다른 청소 구역을 연결할 수 있다. 예를 들어 현재 지정한 제1 청소 구역(Rectangle1)에서 새로운 청소 공간 제2 청소 구역(Retangle2)에 대한 상대적 좌표를 설정한다면 제1 청소 구역의 종료 지점(end point, 도 9의 (2,3))을 제2 청소 구역의 시작점을 Goto 좌표값으로 설정하고 제2 청소 구역의 폭(width, X 좌표) 및 높이(height, Y 좌표)를 설정하면 된다. According to the present invention, if there is a cleaning zone divided from the currently designated cleaning zone, the cleaning zone may be connected to another cleaning zone by inputting a Goto coordinate value (moving path information). For example, if a relative coordinate is set for the new cleaning space Rectangle2 in the currently designated first cleaning zone Rectangle1, the end point of the first cleaning zone (2, 3 in FIG. 9) is set. Set the starting point of the second cleaning zone to the Goto coordinate value, and set the width (width, X coordinate) and height (height, Y coordinate) of the second cleaning zone.
위와 같은 방식으로 사용자는 청소 공간에 대한 정보를 청소 로봇에게 입력하게 되며 로봇은 이러한 정보를 바탕으로 청소를 진행하게 된다. 로봇의 전체 작업완료는 end point에 도달하였을 때 Goto 좌표값을 통하여 결정하게 되는데 도 9 내지 도 10의 제1 청소 구역 및 제2 청소 구역의 경우와 같이 Goto 좌표값이 존재한다면 저장된 거리와 방향을 통해 다음 공간으로 이동할 것이지만 제3 청소 구역과 같이 Goto 좌표값이 저장되어 있지 않다면 모든 청소가 종료된다. In the above manner, the user inputs the information about the cleaning space to the cleaning robot, and the robot proceeds with the cleaning based on this information. The completion of the robot's work is determined by the Goto coordinate value when the end point is reached. If the Goto coordinate value exists, as in the case of the first cleaning zone and the second cleaning zone of FIGS. 9 to 10, the stored distance and direction are determined. Will move to the next space, but if the Goto coordinates are not stored, as in the third cleaning zone, all cleaning will end.
한편, 상기에서는 청소 로봇(1)과 이격 배치된 리모트 컨트롤러(2)에서 청소 구역 설정을 위한 키신호를 전송하는 것으로 설명하였으나 이는 일예에 불과하며 청소 로봇(1) 자체에 해당 키패드부 등이 구비될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. Meanwhile, in the above description, the
본 발명자는 본 발명에 따른 방식의 효율성을 증명하기 위해 하기와 같이 4가지의 시뮬레이션 타입(청소 알고리즘 타입)을 정의하고, 서로 다른 청소 공간(map) 별로 각 타입에 대한 청소 성능을 측정하였다. 성능 평가는 시간에 따른 청소 진행률과 일정한 작업을 달성하기 위해 필요한 시간을 기준으로 한다. In order to prove the effectiveness of the method according to the present invention, the present inventors defined four simulation types (cleaning algorithm types) as follows, and measured cleaning performance for each type for each different cleaning map. Performance evaluation is based on the progress of cleaning over time and the time required to achieve consistent work.
도 11을 본 실험에 적용되는 서로 다른 청소 공간을 도시한 것으로서, (a) 내지 (d)의 청소 공간에서 도면부호 1100이 청소할 영역을 나타낸 것이며, 4가지 청소 공간 모두 동일한 청소 면적을 갖는다. 청소해야할 면적은 (a)를 기준으로 8.2(m)×4.5(m)이다. FIG. 11 illustrates different cleaning spaces applied to the present experiment, in which the cleaning area 1a to (d) denotes an area to be cleaned, and all four cleaning spaces have the same cleaning area. The area to be cleaned is 8.2 (m) x 4.5 (m) based on (a).
여기서 본 발명의 청소 로봇은 도 12과 같은 사이즈(0.32(m)×0.32(m))와 0.3m/sec의 속도를 갖는다. Here, the cleaning robot of the present invention has the same size as that of Fig. 12 (0.32 (m) x 0.32 (m)) and a speed of 0.3 m / sec.
또한, 본 실험에 사용된 청소 로봇의 청소 알고리즘 타입은 도 13에 도시된 바와 같이, 4가지 타입으로 제공된다. In addition, the cleaning algorithm type of the cleaning robot used in this experiment is provided in four types, as shown in FIG.
타입 0은 랜덤 방식에 해당하는 roomba 알고리즘을 적용한 것이고, 타입 1은 랜덤 방식에 가상의 벽을 적용하여 임의로 청소 공간을 분할한 것이다. 타입 2는 영역 채움 알고리즘을 적용한 것으로서 단순 시작 위치만을 제공한 것이다. 한편, 타입 3은 본 발명과 같이 청소 공간을 다수의 청소 구역으로 분할한 후에 영역 채움 알고리즘을 적용한 것이다. 타입 3은 시작 위치뿐만 아니라 분할된 청소 구역에 관한 X, Y 좌표 및 Goto 좌표에 해당하는 이동 경로 정보를 이용한다.
도 14 내지 도 17은 도 11의 각 청소 공간에 대한 타입 0 내지 3의 시간에 따른 청소 진행률을 도시한 그래프이며, 도 18 내지 도 21은 타입 0 내지 3의 청소 로봇이 도 11의 각 청소 공간의 일정 면적을 청소하기 위해 소요된 시간을 나타낸 것이다. 14 to 17 are graphs showing the progress of cleaning according to the time of
도 14 내지 도 17은 시간 간격을 1~10분까지만 성능비교를 하였다. 그 이유는 타입 2, 타입 3의 청소 진행이 8분 안에 모두 종료되기 때문이다. 또한 타입 0 과 타입 1이 95% 이상의 청소 작업을 수행하기 위해서는 대략 60~70분 이상의 시간이 필요하기 때문에 청소 진행률은 10분까지만 성능 평가를 실시하였다.14 to 17 was compared only the performance time interval of 1 to 10 minutes. This is because the
랜덤 방식의 청소 방법에 있어서 초기 전체 면적의 50%정도 가량은 region filling 알고리즘과 비교적 비슷한 시간에 수행되었지만 90% 이상의 작업을 수행하기 위해서는 소요 시간이 기하급수적으로 증가하였다. 이것은 작업을 진행 할수록 중복된 작업의 경우가 높아지기 때문이다. In the random cleaning method, about 50% of the initial total area was performed at a relatively similar time as the region filling algorithm, but the time required to perform more than 90% was increased exponentially. This is because as the work progresses, the case of duplicate work increases.
도 21에서 타입 3의 청소 로봇의 경우는 청소 공간을 6개의 청소 구역으로 설정하여 청소를 실행하였고 타입 2의 경우는 단순히 시작 위치만을 지정하여 청소를 수행하였다. 그 결과 타입 2는 작업 달성률이 최대 73.82%에서 작업이 완료되었지만 타입 3은 97.32%까지 진행되었다. In FIG. 21, in the case of the
이를 통해 청소 로봇에게 청소 공간에 대한 정보 제공, 즉 복수의 청소 구역으로 나누어 청소를 하는 것이 성능에 어떠한 영향을 미치는지 알아볼 수 있었다. 또한 도 19에서 성능 평가표를 통하여 타입 1이 청소 공간을 가상의 벽을 통해 분할하였을 때 잘못된 분할은 분할하지 않았을 때보다 더 성능이 떨어짐을 확인하였다. 이것은 사용자가 지도 공간을 비효율적으로 나누었을 때 그렇지 않은 경우보다 더 효율이 떨어진다는 것을 알 수 있었다.Through this, it was possible to provide information about the cleaning space to the cleaning robot, that is, how cleaning by dividing the cleaning area into several cleaning zones affects the performance. In addition, it was confirmed from FIG. 19 through the performance evaluation table that when the
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 청소 로봇 시스템의 블록도. 1 is a block diagram of a cleaning robot system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 청소 구역 설정 과정의 개략 순서도. 2 is a schematic flowchart of a cleaning zone setting process according to the present invention;
도 3은 본 발명에 적용되는 영역 채움 알고리즘의 기본 움직임을 도시한 도면. 3 is a diagram showing the basic motion of the region filling algorithm applied to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 청소 로봇 및 리모트 컨트롤러의 키패드부를 도시한 도면. 4 is a view showing the keypad portion of the cleaning robot and the remote controller according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 청소 로봇의 기본 명령어 세트를 도시한 도면. 5 shows a basic instruction set of a cleaning robot according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 청소 로봇의 움직임 템플릿을 도시한 도면. 6 is a view showing a movement template of the cleaning robot according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 기본 명령어 세트에 따른 청소 로봇의 움직임 실행을 도시한 도면. 7 is a diagram illustrating a movement execution of a cleaning robot according to a basic instruction set according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 청소 구역 설정 과정의 상세 순서도.8 is a detailed flowchart of a cleaning zone setting process according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 청소 구역 설정 과정의 예시를 위한 도면. 9 is a diagram for an example of a cleaning zone setting process according to the present invention;
도 10은 도 9의 청소 공간에서의 복수의 청소 구역에 대한 X, Y 좌표 및 이동 경로 좌표값을 도시한 도면. FIG. 10 is a diagram illustrating X, Y coordinates, and moving path coordinate values for a plurality of cleaning zones in the cleaning space of FIG. 9. FIG.
도 11은 본 발명에 따른 청소 방법의 성능을 시험하기 위해 적용되는 서로 다른 청소 공간을 도시한 도면. 11 shows different cleaning spaces applied for testing the performance of the cleaning method according to the invention.
도 12는 본 발명에 따른 청소 방법의 성능을 시험하기 위해 적용되는 청소 로봇의 사이즈 및 속도를 나타낸 도면. 12 shows the size and speed of a cleaning robot applied to test the performance of the cleaning method according to the invention.
도 13은 본 발명에 따른 청소 방법의 성능을 시험하기 위해 적용되는 청소 로봇의 타입을 나타낸 도면. 13 shows a type of cleaning robot applied to test the performance of the cleaning method according to the invention.
도 14 내지 도 17은 도 11의 각 청소 공간에 대한 타입 0 내지 3의 시간에 따른 청소 진행률을 도시한 그래프.14 to 17 are graphs showing the progress of cleaning according to time of
도 18 내지 도 21은 타입 0 내지 3의 청소 로봇이 도 11의 각 청소 공간의 일정 면적을 청소하기 위해 소요된 시간을 나타낸 도면. 18 to 21 are views showing the time required for cleaning robots of
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