KR20180074537A - 청소 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇은, 탑 커버, 상기 탑 커버의 하부에 구비되는 바텀 커버, 상기 바텀 커버의 내부에 구비되는 주행부, 상기 바텀 커버의 내부에 구비되어, 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈, 상기 탑 커버와 상기 바텀 커버 사이에서, 내부로 함몰 형성되는 함몰부, 및 상기 함몰부의 내측에 위치하는 제1 센서를 포함한다.

Description

청소 로봇{CLEANING ROBOT}

본 발명은 주행 장치에 관한 것으로, 특히 특정 영역을 이동하면서 각종 동작을 수행하는 로봇에 관한 것이다.

최근 자율 주행 기술, 자동 제어 기술 등의 발전으로 인해, 주행장치, 특히 로봇의 기능이 확대되고 있다.

각각의 기술을 구체적으로 설명하면, 자율 주행은 기계가 스스로 판단하여 이동하고, 장애물을 피할 수 있는 기술이다. 자율 주행 기술에 따르면 로봇은 센서를 통해 자율적으로 위치를 인식하여 이동하고 장애물을 피할 수 있게 된다.

자동 제어 기술은 기계에서 기계 상태를 검사한 계측 값을 제어 장치에 피드백하여 기계의 동작을 자동으로 제어하는 기술을 말한다. 따라서 사람의 조작 없이 제어 가능하고, 목적하는 제어 대상을 목적하는 범위 내 즉, 목표 값에 이르도록 자동적으로 조절할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같은 기술들의 발전 및 융합으로 지능형 로봇의 구현이 가능하고, 지능형 로봇을 통해 다양한 정보와 서비스의 제공이 가능해졌다.

로봇의 응용분야는 대체로 산업용, 의료용, 우주용, 해저용으로 분류된다. 예를 들면, 자동차 생산과 같은 기계 가공 공업에서는 로봇이 반복작업을 수행할 수 있다. 즉, 사람이 수행하는 작업을 입력하는 경우, 입력된 작업에 해당하는 동작을 반복할 수 있는 산업로봇이 이미 많이 가동되고 있다.

또한, 로봇에 카메라가 장착되는 기술은 이미 종래에 다수 구현되어 있다. 로봇은 카메라를 이용하여 위치를 확인하거나 장애물을 인식할 수 있다. 또한, 촬영 영상을 디스플레이부에 표시하는 것도 충분히 구현되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 위치의 장애물을 감지함으로써 주행 시 안정성을 향상시킬 수 있는 청소 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 주행 중 지면에 낮게 존재하는 장애물을 감지할 수 있는 청소 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 주행 시 계단과 같은 지면의 단차를 감지하여 청소 로봇의 파손이나 손상을 방지할 수 있는 청소 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 주행 중 전방에 장애물이 다수 존재하는 경우에도 정확하게 현재 위치를 감지할 수 있는 청소 로봇을 제공하는 것이다.

다양한 위치의 장애물을 감지하는 청소 로봇을 제공하는 과제를 해결하기 위하여, 청소 로봇은 제1 함몰부 내에 구비되어 전방 및 양 측방의 장애물을 감지하는 제1 라이다 센서와, 제2 함몰부 내에 구비되어 후방 및 양 측방의 장애물을 감지하는 제2 라이다 센서를 포함할 수 있다.

주행 중 지면에 낮게 존재하는 장애물을 감지할 수 있는 청소 로봇을 제공하는 과제를 해결하기 위하여, 상기 청소 로봇은 제2 커버의 하단 둘레를 따라 이격되어 형성되는 적외선 센서를 포함할 수 있다. 상기 적외선 센서는 소정 각도 하측을 향하도록 형성될 수 있다.

주행 시 계단과 같은 지면의 단차를 감지하여 청소 로봇의 파손이나 손상을 방지할 수 있는 청소 로봇을 제공하기 위하여, 상기 청소 로봇은 저면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 클리프 센서들을 포함할 수 있다.

주행 중 전방에 장애물이 다수 존재하는 경우에도 정확하게 현재 위치를 감지할 수 있는 청소 로봇을 제공하기 위하여, 상기 청소 로봇은 제1 커버 내에 수용된 SLAM 카메라를 포함할 수 있다. 상기 제1 커버는 상기 SLAM 카메라로 광을 투과하기 위한 투광부를 포함할 수 있다. 특히, 상기 SLAM 카메라는 수평으로부터 일정 각도 상측을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇은 전 방향을 감지하는 라이다 센서를 구비하여, 다양한 방향의 장애물을 감지하여 안정적으로 주행할 수 있다. 뿐만 아니라, 청소 로봇은 다양한 위치에 초음파 센서와 같은 각종 센서와 카메라들을 구비함으로써, 다양한 방향에 존재하는 장애물을 감지하여 안정적으로 주행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇의 하단에 구비되는 복수의 적외선 센서들은 일정 각도 하측을 향하도록 배치되어, 문턱 등과 같은 낮은 높이의 장애물을 감지할 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇의 주행 중 하단에 구비된 구성 요소들이 상기 장애물과 충돌하여 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

청소 로봇의 저면에 구비되는 복수의 클리프 센서들은 지면의 단차를 감지함으로써, 주행시 청소 로봇이 단차에 의해 전도되거나 추락하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.

청소 로봇의 탑 커버 내에 구비되는 SLAM 카메라는, 수평으로부터 일정 각도 상측을 향하도록 배치될 수 있다. SLAM 카메라는 전방 상측의 천장이나 구조물을 촬영하여 청소 로봇의 현재 위치를 감지할 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇은 전방에 존재하는 사람이나 사물 등 장애물의 영향을 최소화하면서 현재 위치를 정확히 감지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 내부에 구비된 본체를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇의 커버와 이동 프레임 간의 체결 구조의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 전방에 배치된 센서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 후방에 배치된 센서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 양 측방에 배치된 센서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 저면에 배치된 센서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇에 배치된 카메라들을 설명하기 위한 도면이다.

주행 장치란, 동력을 이용하여 특정 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 장치를 의미한다. 주행 장치는 자동 주행 장치와 수동 주행 장치로 나누어질 수 있다. 이 중, 자동 주행 장치는, 장치가 스스로 판단하여 자율 주행하거나, 정해진 경로를 따라 사용자의 조작 없이도 스스로 주행하는 주행 장치를 의미할 수 있다. 주행 장치의 일 예로서 이동형 로봇이 있다. 이동형 로봇은 주행부, 예컨대 바퀴나 레그 등을 이용하여 이동하면서 각종 동작을 수행할 수 있다.

설명의 편의를 위해, 본 명세서에서는 청소 로봇을 이용하여 본 발명의 특징을 설명하고 있다. 청소 로봇은 특정 영역을 이동하면서 청소 동작을 수행하는 로봇을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 청소 로봇은 공항과 같은 넓은 장소에서 이동하면서 청소 동작을 수행하는 공항용 청소 로봇을 포함할 수 있다.

다만, 본 발명의 특징은 청소 로봇에 한정 적용되는 것은 아니고, 청소 로봇을 포함하는 주행 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 청소 로봇(1)은 본체(20; 도 2 참조)에 구비된 각종 구성 요소들을 감싸는 커버(10a, 10b, 10c, 10d, 10e; 포괄하여 10)를 포함한다. 커버(10)는 본체(20)의 외부를 감싸는 형태로 구현되어, 청소 로봇(1)의 외관을 형성할 수 있다.

예컨대, 커버(10)는 탑 커버(10a), 탑 커버(10a)의 하측에 배치되는 미들 커버(10b), 및 미들 커버(10b)의 하측에 배치되는 바텀 커버(10c)를 포함할 수 있다. 탑 커버(10a), 미들 커버(10b), 및 바텀 커버(10c)는 일체로 구성되는 하나의 커버에 해당할 수도 있고, 각각 분리되는 별개의 구성에 해당할 수도 있다.

탑 커버(10a)는 청소 로봇(1)의 최상단에 위치할 수 있다. 예컨대, 탑 커버(10a)는 돔 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시되지는 않았으나, 탑 커버(10a)의 후방에는 사용자로부터 명령을 입력받는 조작부가 구비될 수 있다. 탑 커버(10a)는 본체(20)에 구비된 적어도 하나의 카메라가 청소 로봇(10) 주변(예컨대, 전방)을 촬영하도록 하는 투광부(12)를 포함할 수 있다. 투광부(12)는 탑 커버(10a)의 전면 일측에 형성될 수 있다. 투광부(12)는 광을 통과시키는 유리, 플라스틱, 아크릴 등의 재질로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 적어도 하나의 카메라는, 청소 로봇(10) 주변의 오브젝트들로부터 반사되어 투광부(12)를 통해 입사되는 광을 수집함으로써, 청소 로봇(10) 주변의 오브젝트들을 촬영할 수 있다. 상기 적어도 하나의 카메라의 예에 대해서는 추후 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

탑 커버(10a)는 사용자가 조작부를 용이하게 사용하고, 카메라가 사람의 얼굴을 인식하거나 현재 위치를 보다 정확하게 인식하기 위한 높이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 탑 커버(10a)는 성인 어른의 키보다 낮은 높이(예를 들어, 약 140cm)에 위치할 수 있다.

실시 예에 따라, 탑 커버(10a)는 청소 로봇(1)의 전방 하단을 회전축으로 하여 전방으로 회동할 수 있다. 이에 따라, 탑 커버(10a)가 오픈될 수 있다.

미들 커버(10b)는 탑 커버(10a)의 하측에 배치될 수 있다. 미들 커버(10b)는 상부에서 하부로 내려갈수록 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 일례로, 미들 커버(10b)가 원통 형상을 갖는 경우, 미들 커버(10b)는 상부에서 하부로 내려갈수록 직경이 커지도록 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 미들 커버(10b)는 탑 커버(10a)에 포함되는 구성일 수 있다. 이 경우, 커버(10)는 함몰부(13, 14)를 기준으로 하여 탑 커버와 바텀 커버로 구분될 수도 있다.

바텀 커버(10c)는 미들 커버(10b)의 하측에 배치될 수 있다. 바텀 커버(10c)는 탑 커버(10a) 및 미들 커버(10b)보다 넓은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 바텀 커버(10c)는 탑 커버(10a) 및 미들 커버(10b)보다 수평 방향으로 넓게 형성될 수 있다. 일례로, 미들 커버(10b) 및 바텀 커버(10c)가 원통 형상을 갖는 경우, 바텀 커버(10c)의 직경은 미들 커버(10b)의 직경보다 클 수 있다. 바텀 커버(10c)가 탑 커버(10a) 및 미들 커버(10b)보다 넓은 폭을 갖도록 형성됨에 따라, 청소 로봇(1)이 주행 중 전도되는 현상이 감소될 수 있다. 따라서, 청소 로봇(1)의 주행 시 안정성이 향상될 수 있다.

바텀 커버(10c)의 내부에는 배터리, 주행부(예컨대, 주행 바퀴), 각종 보드(예컨대, PCB(printed circuit board)) 등이 수용될 수 있다. 실시 예에 따라, 바텀 커버(10c)는 양 측면에 대칭되어 주행부(26)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 바텀 커버(10c)는 주행부(26)의 외측을 감싸는 주행부 커버(10d, 10f)를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시 예에 따라, 청소 로봇(1)의 전방 하단으로 돌출되는 사이드 브러시(15)가 구비되는 경우, 바텀 커버(10c)는 사이드 브러시(15)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 바텀 커버(10c)는 사이드 브러시(15)의 외측을 감싸는 사이드브러시 커버(10e)를 더 포함할 수 있다.

커버(10)는 청소 로봇(1)으로부터 소정 거리 이내에 오브젝트가 존재하는지 여부를 감지하는 복수의 센서들(111_1~115_2; 포괄하여 센서부(11)라 함)을 구비할 수 있다. 오브젝트는 사람, 사물, 벽, 다른 로봇 등 청소 로봇(1)의 주행에 영향을 줄 수 있는 장애물을 포함할 수 있다.

예컨대, 센서부(11)는 초음파 센서(ultrasonic sensor)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 오브젝트와를 감지할 수 있는 각종 센서로 구현될 수 있다. 초음파 센서는 초음파를 방출한 시점과, 오브젝트에 부딪혀 돌아오는 초음파를 수신한 시점 사이의 시간을 측정하여 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다.

센서부(11)는 커버(10)의 다양한 위치에 배치되어 오브젝트를 감지할 수 있다. 센서부(11)의 배치와 관련하여서는 이후 도 4 내지 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

한편, 커버(10)는 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)를 포함할 수 있다. 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14) 각각은 커버(10)의 외곽으로부터 로봇의 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다.

제1 함몰부(13)는, 청소 로봇(1)의 전방으로부터 양 측방으로 수평 연장되어 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 전방으로부터 양 측방으로 수평 연장되어 형성되는 제1 함몰부(13)는, 청소 로봇(1)의 측면 중심을 지나 측면 후방으로 연장되어 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 함몰부(13)가 형성되는 면의 각도는 180˚를 초과할 수 있다(예컨대, 270˚).

제2 함몰부(14)는 청소 로봇(1)의 후방으로부터 양 측방으로 수평 연장되어 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 함몰부(14)가 형성되는 면의 각도는 180˚일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 상측에는 탑 커버(10a)와 미들 커버(10b)가 위치하고, 하측에는 바텀 커버(10c)가 위치할 수 있다. 실시 예에 따라, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 내측에는, 수직 방향으로 내벽이 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 내벽은 미들 커버(10b; 또는 탑 커버)와 바텀 커버(10c)를 서로 연결할 수도 있다.

제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 위치는 다양하게 구현될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 탑 커버는 미들 커버(10b)를 포함하는 것으로 가정한다. 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c)가 일체로 형성되는 커버(10)인 경우, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)에 의해 커버(10)는 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c)로 구분되거나, 상부 커버와 하부 커버로 구분될 수 있다.

반면, 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c)가 분리되어 형성되는 경우, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)는 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c)의 사이에 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 제1 함몰부(13)는 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c) 중 어느 하나에 형성되고, 제2 함몰부(14)는 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c) 중 나머지 하나에 형성될 수도 있다. 다른 실시 예에 따라, 탑 커버(10a, 10b)와 바텀 커버(10c) 중 어느 하나에 제1 함몰부(13) 및 제2 함몰부(14)가 모두 구비될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 내부에 구비된 본체를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇의 커버와 이동 프레임 간의 체결 관계를 보여주는 도면이다.

청소 로봇(1)의 본체(20)는 고정부(21), 카메라부(24), 라이다 센서(lidar sensor; 25), 및 주행부(26)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성 요소들은 청소 로봇(1)의 본체(20)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니다. 따라서, 본 명세서 상에서 설명되는 청소 로봇(1)의 본체(20)는 위에서 열거되는 구성 요소들보다 많거나 또는 적은 구성 요소들을 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 구성 요소들 중 고정부(21)는, 청소 로봇(1)의 작동에 필요한 각종 부품 및 다른 구성 요소들과 연결될 수 있다. 본 명세서에서, 고정부(21)는 본체(20)의 기본적인 형태를 구성하는 프레임과 플레이트를 포괄하는 개념에 해당할 수 있다. 고정부(21)는 바텀 커버(10c)의 내측에 수용될 수 있다.

고정부(21)는 청소 로봇(1)의 전체적인 작동을 제어하기 위한 각종 보드를 구비할 수 있다. 예컨대, 고정부(21)는 청소 로봇(1)의 전반적인 구동을 관리하는 보드, 센서부(11), 카메라부(24), 및 라이다 센서(25)를 통해 수집되는 데이터를 처리하는 보드, 및/또는 배터리의 전원을 청소 로봇(1)에 포함된 각 구성 요소로 공급하는 동작을 제어하는 보드를 포함할 수 있다.

청소 로봇(1)의 동작에 필요한 전원을 공급하는 배터리(210)는, 고정부(21) 내에 수용될 수 있다. 고정부(21)와 배터리(210)와 같은 부피 또는 무게가 큰 구성 요소들이 바텀 커버(10c)의 내측에 수용됨에 따라, 청소 로봇(1)의 무게 중심이 낮아질 수 있다. 따라서 청소 로봇(1)의 주행 시 안정성이 보다 향상될 수 있다.

실시 예에 따라, 본체(20)는 커버(10)와 체결되어 커버(10)를 고정부(21)로부터 지지하는 이동 프레임(22)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 이동 프레임(22)은 바텀 커버(10c)와 체결될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 커버(10) 또는 이동 프레임(22)은 체결용 보스(222)를 포함하고, 체결용 스크류(221)와 체결용 보스(222)에 의해 서로 체결될 수 있다. 커버(10)와 이동 프레임(22)의 체결 방식이 도 3에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 공지된 체결 방식을 이용하여 체결될 수 있다.

카메라부(24)는, 본체(20)의 전방으로 구비되어, 청소 로봇(1)의 전방을 촬영할 수 있다.

라이다 센서(lidar sensor; 25)는, 레이저 레이더로서, 레이저 빔을 조사하고 에어로졸에 의해 흡수 혹은 산란된 빛 중 후방 산란된 빛을 수집, 분석하여 장애물을 인식하거나 위치를 인식하기 위한 센서일 수 있다. 도 2에서는 고정부(21)의 전측에 하나의 라이다 센서(25)가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 라이다 센서(25)는 고정부(21)의 후측에도 구비되어 있을 수 있다.

주행부(26)는 고정부(21)의 하단에 구비될 수 있다. 이 경우, 주행부(26)는 하방 고정부(21c)와 연결될 수 있다. 도 2에서는 주행부(26)의 일 실시 예로서 주행 바퀴(26)가 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 주행부(26)는 레그 등과 같은 다양한 형태로 구비될 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 좌우 양측에 2개의 주행 바퀴가 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 주행 바퀴의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

주행 바퀴(26)는 구동부(미도시)로부터 인가되는 회전력에 기초하여 회전함으로써, 청소 로봇(1)의 주행을 가능하게 한다. 실시 예에 따라, 청소 로봇(1)의 전방 또는 후방에는 청소 로봇(1)의 주행을 보조하기 위한 캐스터가 구비될 수 있다.

실시 예에 따라, 청소 로봇(1)은 이동 프레임(22)을 고정부(21)로부터 탄성 지지하는 탄성 설정기(23), 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈(27), 흡입된 이물을 포집하는 청소 모듈(29), 및 흡입 모듈(27)과 청소 모듈(29) 사이에 구비되는 흡입 파이프(28)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 흡입 모듈(27)은 아지테이터의 회전을 위한 구동 모터(271)와 타이밍 벨트(272)를 포함할 수 있다. 청소 모듈(29)은 집진 모터와 집진부를 포함할 수 있다.

도 2에서 살펴본 본체(20)의 각종 구성 요소들을 이용하여, 청소 로봇(1)은 특정 장소(예컨대, 공항 등) 내의 영역을 자유롭게 이동하면서 청소 동작을 수행할 수 있다.

이하 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇에 포함된 각종 센서 및 카메라의 배치 및 동작에 대해 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 전방, 후방, 및 양 측방에 각각 배치되는 센서의 예를 보여주는 도면들이다.

도 4를 참조하면, 청소 로봇(1)의 전방에는 적어도 하나의 센서(111_1~111_2, 112_1~112_5), 제1 라이다 센서(25_1), 및 적어도 하나의 적외선 센서(116_1~116_5)가 배치될 수 있다.

도 1에서 상술한 바와 같이, 적어도 하나의 센서(111_1, 111_2, 112_1~112_5)는 초음파 센서로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 오브젝트를 감지할 수 있는 각종 센서로 구현될 수 있다.

예컨대, 적어도 하나의 센서(111_1~111_2, 112_1~112_5)는 탑 커버(10a)의 전방, 및 바텀 커버(10c)의 전방에 서로 이격되어 구비될 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 센서(112_1~112_5)는 바텀 커버(10c)의 전방 하단 둘레를 따라 이격 배치될 수 있다. 따라서, 제2 센서(112_1~112_5)는 청소 로봇(1) 전방의 다양한 방향에 대한 오브젝트를 감지할 수 있다. 적어도 하나의 센서(111_1~111_2, 112_1~112_5)의 배치 형태가 이에 한정되는 것은 아니므로, 적어도 하나의 센서(111_1~111_2, 112_1~112_5)는 청소 로봇(1) 전방의 다양한 위치에 구비될 수 있다.

제1 라이다 센서(25_1)는 제1 함몰부(13) 내에 위치할 수 있다. 본체(20)에 구비되는 제1 라이다 센서(25_1)는 제1 함몰부(13)를 통해 외부에 수평 방면으로 노출될 수 있다. 즉, 제1 라이다 센서(25_1)는 레이저 광을 방출하기 위해 필요한 만큼만 노출되므로, 제1 라이다 센서(25_1)가 외부와의 충돌에 의해 파손될 가능성이 낮아질 수 있다.

적어도 하나의 적외선 센서(116_1~116_5)는, 바텀 커버(10c)의 전방 하단 둘레를 따라 이격 배치될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 적외선 센서(116_1~116_5)는 일정 각도 하측을 향하도록 배치될 수 있다. 적어도 하나의 적외선 센서(116_1~116_5)는, 지면에 고정되어 존재하는 문턱 등과 같은 낮은 높이의 장애물을 감지할 수 있다. 이에 따라, 주행 중 청소 로봇(1)의 하단에 구비된 구성 요소들이 장애물과 충돌하여 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 적외선 센서(116_1~116_5)는 PSD(position sensitive device) 센서로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 청소 로봇(1)은 적어도 하나의 센서(111_1, 111_2, 112_1~112_5), 제1 라이다 센서(25_1), 및 적어도 하나의 적외선 센서(116_1~116_5)를 이용하여 청소 로봇(1)의 전방에 존재하는 장애물을 감지할 수 있다. 상기 센서들을 통해 장애물이 감지되는 경우, 청소 로봇(1)에 구비된 컨트롤러는 감지된 장애물을 회피하여 주행하도록 주행 바퀴(26) 또는 주행 바퀴(26)의 구동부를 제어할 수 있다.

도 5를 참조하면, 청소 로봇(1)의 후방에는 적어도 하나의 센서(117, 118)와 제2 라이다 센서(25_2)가 구비되어 있을 수 있다. 도 4에서 상술한 바와 유사하게, 센서(117, 118)는 초음파 센서로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 센서(117)는 탑 커버(10a)의 후방에 구비될 수 있고, 제4 센서(118)는 바텀 커버(10c)의 후방에 구비될 수 있다.

제2 라이다 센서(25_2)는 제2 함몰부(14) 내에 위치할 수 있다. 본체(20)에 구비되는 제2 라이다 센서(25_2)는 제2 함몰부(14)를 통해 외부에 수평 방면으로 노출될 수 있다. 즉, 제2 라이다 센서(25_2)는 레이저 광을 방출하기 위해 필요한 만큼만 노출되므로, 제2 라이다 센서(25_2)가 외부와의 충돌에 의해 파손될 가능성이 낮아질 수 있다.

도 6과 도 7을 참조하면, 청소 로봇(1)의 양 측방에는 적어도 하나의 센서(113_1~113_2, 114_1~114_2, 115_1~115_3)가 구비될 수 있다. 도 4에서 상술한 바와 마찬가지로, 적어도 하나의 센서(113_1~113_2, 114_1~114_2, 115_1~115_3)는 초음파 센서로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 제5 센서(113_1, 113_2)는 탑 커버(10a)의 양 측방에 구비될 수 있다. 실시 예에 따라, 제1 함몰부(13) 및 제2 함몰부(14)가 청소 로봇(1)의 양 측방으로도 연장 형성되어 있는 경우, 제6 센서(114_1, 114_2)는 양 측방으로 연장된 전방 함몰부(13) 내에 구비될 수 있다. 이 경우, 청소 로봇(1)의 전방 및 후방에 구비된 라이다 센서(25_1~25_2)는 제1 함몰부(13) 및 제2 함몰부(14)에 의해 측방으로도 수평 방향으로 노출될 수 있다. 제7 센서(115_1~115_3)는 바텀 커버(10c) 또는 바텀 커버(10c)에 포함된 주행부 커버(10d, 10f)에 구비될 수 있다.

도 1에서 상술한 바와 같이, 바텀 커버(10c)는 탑 커버(10a) 및 미들 커버(10b)보다 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 청소 로봇(1)의 상부에 비해 하부가 넓게 형성됨으로써, 청소 로봇(1)의 주행 시 전도 가능성이 낮아질 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇(1)의 주행 중 안정성이 보다 향상될 수 있다.

한편, 청소 로봇(1)은 일반적으로 전방으로 주행하면서 동작을 수행하므로, 바텀 커버(10c)의 전방으로 장애물이 충돌할 가능성이 높을 수 있다. 이에 따라, 바텀 커버(10c)는 전방이 후방에 비해 돌출된 형태로 구비되어, 전방으로 장애물이 충돌하는 경우나 전방으로 인가되는 충격으로부터 청소 로봇(1)의 내부에 포함된 구성들을 보다 효과적으로 보호할 수 있다.

바텀 커버(10c)에 구비되는 주행부 커버(10d, 10f)는 바텀 커버(10c)의 측방 중앙 측으로 구비될 수 있다. 이 경우, 본체(20)에 포함된 주행부(26) 또한 바텀 커버(10c)의 측방 중앙의 내부에 구비될 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇(1)이 주행할 때, 전방과 후방 사이의 균형을 유지하면서 주행할 수 있다.

제1 함몰부(13) 및 제2 함몰부(14)는 본체(20)에 구비된 제1 라이다 센서(25_1)와 제2 라이다 센서(25_2)를 외부에 수평 방향으로 노출시키도록 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)는 지면으로부터의 높이가 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 함몰부(13)는 제2 함몰부(14) 보다 하측에 위치할 수 있다. 일례로, 제1 함몰부(13)는 지면으로부터 약 48cm 정도의 높이에 형성되고, 제2 함몰부(14)는 지면으로부터 약 55cm 정도의 높이에 형성되어, 청소 로봇(1) 주변에 존재하는 장애물을 효과적으로 감지할 수 있다.

제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 높이가 다르게 구현됨에 따라, 라이다 센서(25_1 또는 25_2)가 다른 청소 로봇의 라이다 센서로부터 방출되는 레이저 광을 수신하여 장애물을 오 감지하는 현상을 감소시킬 수 있다.

실시 예에 따라, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 높이가 다르게 구현되는 경우, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 측방 경계에서 미들 커버(10b)와 바텀 커버(10c)가 서로 접할 수 있다.

라이다 센서(25_1, 25_2)는 직진성이 큰 레이저 광을 방출하여 장애물을 감지하거나 현재 위치를 감지할 수 있다. 즉, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 상하 폭은, 라이다 센서(25_1, 25_2)가 외부에 수평 방향으로 레이저 광을 방출 가능한 정도로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 상하 폭은 4cm에 해당할 수 있다. 즉, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)는 라이다 센서(25_1, 25_2)를 외부에 최소한으로 노출시킴으로써, 라이다 센서(25_1, 25_2)의 파손이나 손상을 방지할 수 있다.

도 6 및 도 7을 계속 참조하면, 제1 라이다 센서(25_1)는 바텀 커버(10c)의 수직 중심 축을 기준으로 전방에 위치하고, 제2 라이다 센서(25_2)는 바텀 커버(10c)의 수직 중심 축을 기준으로 후방에 위치할 수 있다. 제1 라이다 센서(25_1)는 제2 라이다 센서(25_2)에 비해 수직 중심 축과 가깝도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 청소 로봇(1)은 주로 전방으로 주행하므로, 제1 라이다 센서(25_1)를 전방의 충격으로부터 보호할 필요가 있다. 이에 따라, 제1 라이다 센서(25_1)는 제2 라이다 센서(25_2)에 비해 청소 로봇(1)의 내측으로 구비될 수 있다. 다만, 제1 라이다 센서(25_1)와 제2 라이다 센서(25_2) 사이에는 청소 로봇(1)의 내부에 구비되는 각종 구성 요소들이 배치되는 공간이 요구되므로, 제1 라이다 센서(25_1)는 바텀 커버(10c)의 수직 중심 축으로부터 일정 정도 전방에 배치된다.

제1 라이다 센서(25_1)는 청소 로봇(1)의 전방을 중심으로 180˚를 초과하는 각도 범위(예컨대, 270˚)에 존재하는 장애물이나 오브젝트를 감지할 수 있다. 이 경우, 제1 라이다 센서(25_1)가 바텀 커버(10c)의 수직 중심 축에 형성되는 경우, 내부에 구비되는 구성 요소들의 배치 공간이 부족할 수 있다. 따라서, 제1 라이다 센서(25_1)는 수직 중심 축으로부터 소정 정도 전방에 형성될 수 있다.

제1 함몰부(13)는 제1 라이다 센서(25_1)가 180˚를 초과하는 각도 범위로 레이저 광을 방출시키도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 함몰부(13)는 청소 로봇(1)의 전방으로부터 양 측방으로 수평 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 라이다 센서(25_1)가 바텀 커버(10c)의 전방에서 소정 정도 내측으로 형성되므로, 이 경우 제1 함몰부(13)는 바텀 커버(10c)의 측면 중심을 지나 측면 후방으로까지 수평 연장되어 형성될 수 있다.

한편, 제2 라이다 센서(25_2)는 제1 라이다 센서(25_2)의 감지 각도 범위보다 작은 각도 범위를 가질 수 있다(예컨대, 180˚). 또한, 제2 라이다 센서(25_2)는 제1 라이다 센서(25_1)에 비해 청소 로봇(1)의 외측으로 형성되므로, 제2 함몰부(130는 바텀 커버(10c)의 후면으로부터 측면 중심을 지나지 않도록 수평 연장되어 형성될 수 있다.

즉, 청소 로봇(1)의 측면을 바라볼 때, 제1 함몰부(13)의 길이는 제2 함몰부(14)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 다르게 말하면, 제1 함몰부(13)의 수평 방향 길이는, 제2 함몰부(14)의 수평 방향 길이보다 길게 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 저면에 배치된 센서들을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 청소 로봇(1)의 저면에는 복수의 클리프 센서들(119_1~119_8)이 구비될 수 있다. 복수의 클리프 센서들(119_1~119_8)은 청소 로봇(1)의 저면에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예컨대, 콕수의 클리프 센서들(119_1~119_8)은 바텀 커버(10c)의 저면 내측 가장자리를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.

청소 로봇(1)은 클리프 센서들(119_1~119_8)을 이용하여, 계단의 존재 여부 등과 같은 지면의 단차를 감지할 수 있다.

클리프 센서들(119_1~119_8) 각각은 주기적으로 적외선을 방출하고 방출된 적외선을 수신할 수 있다. 클리프 센서들(119_1~119_8) 각각은, 적외선의 방출 시점과 수신 시점 사이의 시간에 기초하여, 청소 로봇(1)의 저면과 지면 사이의 높이를 감지할 수 있다.

감지 결과에 기초하여, 청소 로봇(1)은 청소 로봇(1)이 계단 또는 단차가 존재하는 전방 지면으로 주행하지 않도록 주행 방향을 변경할 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇(1)이 계단 아래로 떨어져 파손되거나, 단차가 존재하는 전방 지면으로 주행하여 넘어지는 현상을 방지할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇에 배치된 카메라들을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 청소 로봇(1)은 적어도 하나의 카메라(241~244)를 구비할 수 있다. 적어도 하나의 카메라(241~244)는 탑 커버(10a)의 내부에 수용될 수 있다. 이 경우, 카메라부(24)는 고정부(21)의 상측으로 형성된 상방 고정부(21a)에 연결될 수 있다. 예컨대, 청소 로봇(1)은 SLAM 카메라(Simultaneous Localization And Mapping Camera; 241), RGBD 카메라(Red, Green, Blue, Distance Camera; 242), 및 스테레오 카메라(또는 스테레오스코픽 (stereoscopic) 카메라; 243, 244)를 포함할 수 있다.

SLAM 카메라(241)는 동시간 위치 추적 및 지도 작성 기술을 구현할 수 있다. 청소 로봇(1)은 SLAM 카메라(183)를 이용하여 주변 환경 정보를 검출하고 얻어진 정보를 가공하여 임무 수행 공간에 대응되는 지도를 작성함과 동시에 자신의 절대 위치를 추정할 수 있다.

RGBD 카메라(242) 및 스테레오 카메라(243, 244)는 청소 로봇(1) 전방의 사람 또는 사물을 검출하기 위한 장치에 해당할 수 있다. 스테레오 카메라(243)는 입체 영상을 이용하여 사람 또는 사물을 검출하기 위한 카메라에 해당한다. RGBD 카메라(242)는, RGBD 센서들을 갖는 카메라로부터 획득되는 깊이(Depth) 데이터를 갖는 이미지들을 이용하여 사람 또는 사물을 검출하기 위한 카메라에 해당한다.

청소 로봇(1)은 일반적으로 전진 주행하면서 청소 동작을 수행하는 바, 카메라들(241~244)은 청소 로봇(1)의 전방에 배치되어 청소 로봇(1)의 전방을 촬영할 수 있다. 또한, 카메라들(241~244)은 사람의 얼굴을 인식하거나 현재 위치를 보다 정확히 인식하기 위해, 탑 커버(10a)의 내부에 수용될 수 있다.

특히, SLAM 카메라(241)는, 청소 로봇(1)이 공항 등 사람이 많은 장소나 장애물이 많은 장소에 배치되는 경우, 사람 또는 장애물에 의한 영향을 최소화하면서 현재 위치를 감지하거나 지도 작성 동작을 수행 가능하다. 예컨대, SLAM 카메라(241)는 일정 각도 상측을 향하도록 배치되어, 사람이나 장애물이 촬영되어 현재 위치의 감지 정확도를 떨어뜨리는 것을 최소화할 수 있다. SLAM 카메라(241)가 일정 각도 상측을 향하도록 배치됨에 따라, SLAM 카메라(241)는 청소 로봇(1)의 전방 상측의 오브젝트(예컨대, 천장, 높은 위치의 구조물 등)를 촬영하여 현재 위치 감지 및 지도 작성 동작을 수행할 수 있다.

RGBD 카메라(242) 및 스테레오 카메라(243, 244)는, 청소 로봇(1) 전방의 장애물, 예컨대 사물 또는 사람을 감지하도록 배치될 수 있다. 공항과 같은 장소의 경우, 장애물의 대다수는 사람에 해당할 수 있다. 따라서, RGBD 카메라(242) 및 스테레오 카메라(243, 244)는 청소 로봇(1)의 탑 커버(10a) 내에 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇(1)은 상단의 탑 커버(10a) 및 미들 커버(10b)에 비해 하단의 바텀 커버(10c)가 넓은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇(1)의 전도 가능성이 감소하므로, 청소 로봇(1)은 보다 안정적으로 주행할 수 있다.

또한, 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇(1)은, 다양한 위치에 센서들 및 카메라들을 구비함으로써, 다양한 방향에 존재하는 장애물을 감지하여 안정적으로 주행할 수 있다.

특히, 청소 로봇(1)의 전방에 구비되는 복수의 적외선 센서들(116_1~116_5)은 일정 각도 하측을 향하도록 배치되어, 문턱 등과 같은 낮은 높이의 장애물을 감지할 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇(1)의 주행 중 하단에 구비된 구성 요소들이 상기 장애물과 충돌하여 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 청소 로봇(1)의 저면에 구비되는 복수의 클리프 센서들(119_1~119_8)은 지면의 단차를 감지함으로써, 주행시 청소 로봇(1)이 단차에 의해 전도되거나 추락하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 청소 로봇(1)의 전면에 배치되는 SLAM용 카메라(241)는 일정 각도 상측을 향하도록 배치되어, 공항 내의 이용객 등에 의한 영향을 최소화하면서 현재 위치를 정확하게 확인할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇(1)의 센서 및 카메라 배치는 도 4 내지 도 9에서 상술한 내용에 한정되는 것만은 아니다.

예를 들어, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)가 서로 연결되어 하나의 함몰부를 형성하거나, 보다 많은 수의 함몰부가 형성될 수도 있다. 또한, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 위치가 변경될 수도 있다. 예컨대, 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)는 탑 커버(10a)와 미들 커버(10b) 사이에 위치할 수도 있다. 또한, 제1 함몰부(13)는 미들 커버(10b)와 바텀 커버 사이(10c)에 위치하고, 제2 함몰부(14)는 탑 커버(10a)와 미들 커버(10b) 사이에 위치할 수도 있다.

또한, 커버(10)에 배치되는 센서 및 카메라의 위치도 자유롭게 변경될 수 있다. 일 예로, 본 명세서에서는 미들 커버(10b)에는 센서가 배치되지 않은 형태로 도시되어 있으나, 센서가 미들 커버(10b)의 전방, 후방, 및/또는 양 측방에 배치되어 있을 수도 있다. 다른 예로, 바텀 커버(10c)의 전방 하단 둘레를 따라 서로 이격되는 센서들(초음파 센서, 적외선 센서)은, 바텀 커버(10c)의 전체 하단 둘레를 따라 서로 이격되어 배치될 수도 있다. 또 다른 예로, SLAM용 카메라(241)는 탑 커버(10a)의 최상단에 위치하고, 수직 상방을 향하도록 배치되어, 청소 로봇(1)의 상측에 존재하는 구조물, 천장 등을 이용하여 현재 위치를 인식할 수도 있다.

Claims (14)

1. 탑 커버;
   상기 탑 커버의 하부에 구비되는 바텀 커버;
   상기 바텀 커버의 내부에 구비되는 주행부;
   상기 바텀 커버의 내부에 구비되어, 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈;
   상기 탑 커버와 상기 바텀 커버 사이에서, 내부로 함몰 형성되는 함몰부; 및
   상기 함몰부의 내측에 위치하는 제1 센서를 포함하는 청소 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 함몰부는,
   상기 청소 로봇의 전방으로부터 내부로 함몰 형성되는 제1 함몰부; 및
   상기 청소 로봇의 후방으로부터 내부로 함몰 형성되는 제2 함몰부를 포함하고,
   상기 제1 센서는,
   상기 제1 함몰부의 내측에 위치하는 제1 라이다 센서; 및
   상기 제2 함몰부의 내측에 위치하는 제2 라이다 센서를 포함하는 청소 로봇.
3. 제1항에 있어서,
   상기 바텀 커버의 하단 둘레를 따라 이격되어 배치되는 적어도 하나의 제2 센서를 더 포함하고,
   상기 적어도 하나의 제2 센서는 소정 각도 하측을 향하도록 배치되는 청소 로봇.
4. 제3항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제2 센서는 적외선 센서를 포함하는 청소 로봇.
5. 제1항에 있어서,
   상기 청소 로봇의 저면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 클리프 센서들을 더 포함하는 청소 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 클리프 센서들은,
   상기 바텀 커버의 저면의 내측 가장자리를 따라 서로 이격되어 배치되는 청소 로봇.
7. 제1항에 있어서,
   상기 탑 커버의 내부에 형성되는 카메라를 더 포함하는 청소 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 카메라는 수평을 기준으로 일정 각도 상측을 향하도록 배치되는 청소 로봇.
9. 이동을 위한 주행부가 구비되는 본체;
   상기 본체의 외부를 감싸는 커버;
   상기 커버의 소정 위치에서 내부로 함몰 형성되어, 상기 커버를 상부 커버와 하부 커버로 구분하는 함몰부;
   상기 하부 커버의 내부에 구비되어, 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈; 및
   상기 함몰부의 내측에 위치하는 센서를 포함하는 청소 로봇.
10. 탑 커버;
    상기 탑 커버의 하부에 구비되는 바텀 커버;
    상기 바텀 커버의 내부에 구비되는 주행부;
    상기 바텀 커버의 내부에 구비되어, 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈;
    상기 탑 커버의 소정 위치에서 내부로 함몰 형성되는 함몰부; 및
    상기 함몰부의 내측에 위치하는 센서를 포함하는 청소 로봇.
11. 탑 커버;
    상기 탑 커버의 하부에 구비되는 바텀 커버;
    상기 바텀 커버의 내부에 구비되는 주행부;
    상기 바텀 커버의 내부에 구비되어, 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈;
    상기 바텀 커버의 소정 위치에서 내부로 함몰 형성되는 함몰부; 및
    상기 함몰부의 내측에 위치하는 센서를 포함하는 청소 로봇.
12. 탑 커버;
    상기 탑 커버의 하부에 구비되는 바텀 커버;
    상기 바텀 커버의 내부에 구비되는 주행부;
    상기 바텀 커버의 내부에 구비되어, 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈;
    상기 탑 커버의 소정 위치에서 내부로 함몰 형성되는 제1 함몰부;
    상기 바텀 커버의 소정 위치에서 내부로 함몰 형성되는 제2 함몰부; 및
    상기 제1 함몰부 및 상기 제2 함몰부 중 적어도 하나의 내측에 위치하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 청소 로봇.
13. 이동을 위한 주행부가 구비되는 본체;
    상기 본체의 상부를 감싸는 탑 커버;
    상기 탑 커버의 하부에 구비되는 바텀 커버;
    상기 탑 커버의 내부에 구비되는 카메라;
    상기 탑 커버와 상기 바텀 커버 사이에 위치하는 제1 센서; 및
    상기 바텀 커버의 하부에 형성되는 제2 센서를 포함하는 청소 로봇.
14. 제13항에 있어서,
    상기 탑 커버 및 상기 바텀 커버의 복수의 위치에 구비되는 적어도 하나의 제3 센서를 더 포함하는 청소 로봇.
    

Images