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KR20230056647A - 청소 로봇 및 그 제어 방법 - Google Patents

청소 로봇 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20230056647A
KR20230056647A KR1020230051623A KR20230051623A KR20230056647A KR 20230056647 A KR20230056647 A KR 20230056647A KR 1020230051623 A KR1020230051623 A KR 1020230051623A KR 20230051623 A KR20230051623 A KR 20230051623A KR 20230056647 A KR20230056647 A KR 20230056647A
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KR
South Korea
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floor
cleaning
suction
cleaning robot
suction force
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KR1020230051623A
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소제윤
정연규
윤상식
김신
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Abstract

바닥 상태에 따라 청소 로봇의 흡입력 또는 주행 경로를 제어함으로써, 효율적인 청소를 수행할 수 있는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 바닥 상태 판단의 신뢰도 및 정확도를 향상시키기 위해 청소 로봇의 주행 휠에 걸리는 부하를 감지하여 바닥의 상태를 판단할 수 있는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 청소 로봇의 주행 휠에 걸리는 부하, 브러시에 걸리는 부하 및 청소 로봇의 가속도 정보를 상호 보완적으로 결합하여 바닥 상태를 판단함으로써 판단의 정확도를 더 향상시킬 수 있는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.

Description

청소 로봇 및 그 제어 방법{CLEANING ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
개시된 발명은 바닥 상태를 감지하는 청소 로봇 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
청소 로봇은 사용자의 조작 없이도 자동으로 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 주행 영역을 자동으로 청소하는 장치이다.
청소 로봇은 도킹 스테이션에서 배터리가 충전된 뒤에 무선으로 주행하면서 청소를 수행하기 때문에, 일반 청소기에 비해 흡입력이 약하다. 최근에는 최대 흡입력을 향상시킨 청소 로봇들이 출시되고 있으나, 흡입력이 높아질수록 배터리 소모량도 커지기 때문에 청소 로봇의 사용 시간을 늘리기 위해서는 청소 로봇의 흡입력을 상황에 따라 적절하게 제어하는 것이 필요하다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 바닥 상태에 따라 청소 로봇의 흡입력 또는 주행 경로를 제어함으로써, 효율적인 청소를 수행할 수 있는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 바닥 상태 판단의 신뢰도 및 정확도를 향상시키기 위해 청소 로봇의 주행 휠에 걸리는 부하를 감지하여 바닥의 상태를 판단할 수 있는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 청소 로봇의 주행 휠에 걸리는 부하, 브러시에 걸리는 부하 및 청소 로봇의 가속도 정보를 상호 보완적으로 결합하여 바닥 상태를 판단함으로써 판단의 정확도를 더 향상시킬 수 있는 청소 로봇 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 청소 로봇은, 본체를 이동시키는 주행 휠(wheel) 및 상기 주행 휠에 동력을 제공하는 휠 모터를 포함하는 주행부; 상기 본체의 하부에 형성되어 상기 본체가 주행하는 바닥의 이물질을 비산시키는 브러시 모듈 및 상기 비산된 이물질을 흡입하는 흡입 모듈을 포함하는 클리닝부; 상기 바닥의 상태를 판단하고, 상기 바닥의 상태에 따라 상기 흡입 모듈의 흡입력 및 상기 본체의 주행 경로를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 경우에 상기 바닥의 상태가 하드 플로어인 경우보다 상기 흡입력을 더 세게 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 청소 주행 중 상기 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소를 수행하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 청소 주행 중 상기 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 전체 청소 영역에 대한 청소 주행 완료 후 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 반복 청소를 수행하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 청소 주행 중 상기 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 전체 청소 영역 중 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외하고 청소를 수행하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되고 벽면 추종을 통한 청소 주행 중인 경우에, 벽면 추종이 아닌 경우보다 상기 흡입력을 더 세게 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 바닥에 형성된 광 스팟을 따라 주행하면서 청소를 수행하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 광 스팟에 따른 주행 중에 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소를 수행한 뒤에 다시 광 스팟에 따른 주행으로 복귀하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 주행 휠에 가해지는 부하를 감지하는 감지부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 휠 모터의 회전수를 감지하는 휠 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 휠 모터의 회전수 및 상기 휠 모터의 듀티비(duty ratio)에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 아래 [수학식 1]에 의해 계산되는 △D와 미리 설정된 기준값을 비교하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
*[수학식 1]
△D = E-g*△w,
E는 상기 휠 모터의 회전수이고, g는 상기 휠 모터의 회전수를 상기 휠 모터의 듀티비로 나눈 값이며, △w는 선속도 값에 따른 가중치이다.
상기 제어부는, 상기 휠 모터에 전원을 공급하는 배터리의 전압 감소에 따라 상기 듀티비를 제어하고, 상기 배터리의 전압 감소에 따라 제어된 듀티비를 반영하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하가 미리 설정된 기준값 이상이면, 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하가 미리 설정된 기준값 미만이면, 상기 바닥의상태가 하드 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
상기 브러시 모듈은, 상기 본체의 하부에 마련되어 상기 이물질을 비산시키는 브러시; 및 상기 브러시를 회전시키는 브러시 모터; 를 포함하고, 상기 감지부는, 상기 브러시에 가해지는 부하를 더 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 브러시에 가해지는 부하 및 상기 주행 휠에 가해지는 부하에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 브러시 모터의 전류를 측정하는 전류 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 브러시에 가해지는 부하가 제1기준값 이상이거나, 상기 주행 휠에 가해지는 부하가 제2기준값 이상이면 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
상기 본체의 가속도를 감지하는 가속도 센서;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 브러시에 가해지는 부하, 상기 주행 휠에 가해지는 부하 및 상기 본체의 가속도에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 본체가 상기 장애물을 승월 또는 하강하는 경우에는 상기 바닥 상태가 소프트 플로어가 아닌 것으로 판단할 수 있다.
상기 본체에 마련되는 디스플레이부;를 더 포함하고, 상기 디스플레이부는, 상기 바닥 상태가 소프트 플로어임을 표시할 수 있다.
상기 상기 본체의 하부 및 상부 중 적어도 하나에 마련되어 발광하는 광원;을 더 포함하고, 상기 광원은, 상기 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에 발광할 수 있다.
상기 브러시 모듈에 의해 비산된 이물질을 상기 본체 내부에 형성된 먼지 저장함으로 가이드하는 블레이드;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 상기 블레이드를 다운시킬 수 있다.
상기 제어부는, 전방에 추락 위험이 감지되면, 상기 본체가 후진하도록 상기 주행부를 제어하되, 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 경우에는 상기 바닥의 상태가 하드 플로어인 경우보다 후진 거리를 길게 제어할 수 있다.
청소 영역 중 소프트 플로어에 해당하는 영역의 위치와 하드 플로어에 해당하는 영역의 위치에 관한 정보를 포함하는 청소맵을 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저장된 소프트 플로어에 해당하는 영역의 위치와 하드 플로어에 해당하는 영역의 위치에 관한 정보, 상기 소프트 플로어에 대응되는 흡입력 및 상기 하드 플로어에 대응되는 흡입력에 기초하여 배터리의 최소 충전 비율을 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리가 상기 최소 충전 비율만큼 충전되면, 상기 청소 영역에 대해 재청소를 수행하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 재청소 시에 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역의 위치에서 바닥 상태를 감지하고, 상기 제어부는, 상기 감지된 바닥 상태가 소프트 플로어가 아닌 경우, 상기 재청소를 수행하지 않거나 또는 상기 청소 영역 전체에 대한 재청소를 수행하도록 상기 주행부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역과 상기 하드 플로어에 해당하는 영역의 경계 구간의 길이가 미리 설정된 거리 미만이면 상기 흡입력을 상기 경계 구간 진입 전의 흡입력으로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 청소 영역에 대한 청소 완료 후, 상기 청소 영역 중 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역의 비율이 미리 설정된 비율 이상이면, 먼지 저장함의 비움 알림을 출력할 수 있다.
본체를 이동시키는 주행 휠(wheel) 및 상기 주행 휠에 동력을 제공하는 휠 모터를 포함하는 주행부; 상기 본체의 하부에 마련되는 브러시 및 상기 브러시를 회전시키는 브러시 모터를 포함하는 클리닝부; 상기 주행 휠에 가해지는 부하를 감지하는 감지부; 및 상기 주행 휠에 가해지는 부하에 기초하여 상기 본체가 이동하는 바닥의 상태를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하가 미리 설정된 기준값 이상이면, 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하가 미리 설정된 기준값 미만이면, 상기 바닥의 상태가 하드 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 휠 모터의 회전수를 감지하는 휠 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 휠 모터의 회전수 및 상기 휠 모터의 듀티비(duty ratio)에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 아래 [수학식 1]에 의해 계산되는 △D와 미리 설정된 기준값을 비교하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
[수학식 1]
△D = E-g*△w,
E는 상기 휠 모터의 회전수이고, g는 상기 휠 모터의 회전수를 상기 휠 모터의 듀티비로 나눈 값이며, △w는 선속도 값에 따른 가중치이다.
상기 제어부는, 상기 휠 모터에 전원을 공급하는 배터리의 전압 감소에 따라 상기 듀티비를 제어하고, 상기 배터리의 전압 감소에 따라 제어된 듀티비를 반영하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 브러시에 가해지는 부하를 더 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하 및 상기 브러시에 가해지는 부하에 기초하여상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하가 제1기준값 이상이거나 또는 상기 브러시에 가해지는 부하가 제2기준값 이상인 경우에, 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 휠 모터의 회전수를 측정하는 휠 센서 및 상기 브러시 모터의 전류를 측정하는 전류 센서를 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 본체의 가속도를 더 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주행 휠에 가해지는 부하, 상기 브러시에 가해지는 부하 및 상기 본체의 가속도에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
바닥을 주행하면서 청소를 수행하는 청소 로봇에 있어서, 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어인지 또는 하드 플로어인지 여부를 판단하고; 상기 바닥의 상태가 소프트 플로어이면 상기 바닥의 상태가 하드 플로어인 경우보다 흡입력을 세게 제어하고; 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 우선 청소, 반복 청소 및 생략 청소 중 하나를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 우선 청소를 수행하는 것은, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역을 우선적으로 청소하고, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소가 완료되면 전체 청소 영역 중 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외한 나머지 영역을 청소하는 것을 포함할 수 있다.
상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 반복 청소를 수행하는 것은, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역을 포함하는 전체 청소 영역에 대한 청소가 완료되면, 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 반복 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 생략 청소를 수행하는 것은, 전체 청소 영역 중 상기 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외한 나머지 영역에 대해서 청소를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
청소 로봇 및 그 제어 방법의 실시예에 따르면, 바닥 상태에 따라 청소 로봇의 흡입력 또는 주행 경로를 제어함으로써, 효율적인 청소를 수행할 수 있다.
또한, 바닥 상태 판단의 신뢰도 및 정확도를 향상시키기 위해 청소 로봇의 주행 휠에 걸리는 부하를 감지하여 바닥의 상태를 판단할 수 있다.
또한, 청소 로봇의 주행 휠에 걸리는 부하, 브러시에 걸리는 부하 및 청소 로봇의 가속도 정보를 상호 보완적으로 결합하여 바닥 상태를 판단함으로써 판단의 정확도를 더 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 외관도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도를 구체화한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 내부를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 저면을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 바닥 상태에 따른 흡입력 제어를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 바닥 상태에 따라 주행 경로를 제어하는 다양한 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 청소 로봇이 추락을 감지한 경우에 대한 제어를 나타낸 도면이다.
도 11은 청소맵에 저장된 환경이 변경된 경우에 대한 제어를 나타낸 도면이다
도 12는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 포인트 클리닝 동작에 따라 이동하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 청소 로봇이 포인트 클리닝 동작에 따라 이동 중 소프트 플로어를 판단하는 경우의 주행 경로를 나타낸 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 벽면을 추종하면서 청소 주행을 수행하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 바닥 상태 및 벽면 추종 여부에 따른 흡입력 제어를 나타낸 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 19는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 소프트 플로어가 감지되었음을 사용자에게 알려주는 예시를 나타낸 도면이다.
도 20은 바닥 상태에 따른 엔코더 출력과 듀티비의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 21은 바닥 상태가 하드 플로어인 경우에 엔코더 출력과 제어부의 계산값을 나타낸 그래프이다.
도 22는 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에 인코더 출력과 제어부의 계산값을 나타낸 그래프이다.
도 23은 바닥 상태 및 배터리 전압 별 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 24는 배터리 전압 별 듀티비의 편차를 나타낸 그래프이다.
도 25는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 소프트 플로어에 해당하는 영역과 하드 플로어에 해당하는 영역의 경계에 위치하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 26은 전류 센서를 더 포함하는 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 27은 전류 센서가 측정한 전류의 예시를 나타낸 그래프이다.
도 28은 바닥 상태 별로 측정된 전류를 나타내는 그래프이다.
도 29는 가속도 센서를 더 포함하는 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 30은 소프트 플로어 영역과 하드 플로어 영역의 경계 영역이 짧은 경우에 대한 제어를 나타낸 도면이다.
도 31은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 32는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 소프트 플로어에 대한 우선 청소를 수행하는 경우에 관한 순서도이다.
도 33은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 소프트 플로어에 대한 반복 청소를 수행하는 경우에 관한 순서도이다.
도 34는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 소프트 플로어에 대한 생략 청소를 수행하는 경우에 관한 순서도이다.
도 35는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 있어서, 벽면을 추종하면서 청소 주행을 수행하는 경우에 관한 순서도이다.
도 36은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 바닥 상태를 판단하는 과정을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 개시된 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 외관도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)은 청소 로봇(100)이 주행하는 바닥의 상태를 판단하는데 사용되는 정보를 획득하는 감지부(140), 본체(101)를 이동시키는 주행부(120), 청소 로봇(100)의 주행 중 바닥의 먼지를 비산시키고 비산된 먼지를 흡입함으로써 청소를 수행하는 클리닝부(130), 청소 로봇(100)의 주행 경로에 관한 정보를 저장하는 저장부(150), 사용자로부터 제어 명령을 입력 받고, 청소 로봇(100)의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스(160) 및 감지부(140)의 감지 결과 또는 사용자 인터페이스(160)에 입력된 제어 명령에 기초하여 주행부(120) 및 클리닝부(130)의 동작을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.
주행부(120)는 본체(101)의 좌우에 각각 마련되는 주행 휠(122a,122b)을 포함하며, 제어부(110)는 주행 휠(122a,122b)의 회전에 의해 본체(101)를 이동시키고 본체(101)의 이동 중 클리닝부(130)를 제어하여 바닥에 대한 청소를 수행한다.
후술할 실시예에서, 본체(101)의 이동은 곧 청소 로봇(100)의 주행을 의미하며, 청소 로봇(100)이 주행하면서 바닥에 대한 청소를 수행하는 것을 청소 주행이라 하기로 한다.
제어부(110)는 감지부(140)의 감지 결과에 기초하여 바닥 상태를 판단하고, 바닥 상태에 기초하여 클리닝부(130)의 흡입력과 주행 경로를 제어할 수 있다.
제어부(110)가 판단하는 바닥 상태는 하드 플로어(hard floor) 및 소프트 플로어(soft floor)를 포함할 수 있다. 하드 플로어는 마루, 타일, 장판 등 표면이 매끈하고 딱딱한 바닥 상태를 나타내며, 소프트 플로어는 청소 로봇(100)의 주행 및 흡입에 영향을 미치는 카펫 등의 직물이 존재하는 바닥 상태를 나타낼 수 있다.
카펫은 파일(pile) 실을 직물의 편면 또는 양면으로 짜 넣은 입체적인 조직을의미한다. 모(毛)의 일 단부만 직물에 심은 형태를 커트 파일(cut pile)이라 하며, 고리 형태로 심은 형태를 루프 파일(loop pile)이라 한다. 바닥 상태가 소프트 플로어에 해당하는 경우에, 카펫의 형태에 따라 제어부(110)의 판단 결과가 달라질 수도 있다.
바닥에 카펫이 존재하는 경우 카펫의 모(毛) 사이에 먼지 등의 이물질이 끼어 있어 바닥에 카펫이 존재하지 않는 경우에 비하여 더 높은 흡입력이 요구된다. 따라서, 제어부(110)는 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에 클리닝부(130)의 흡입력을, 하드 플로어인 경우에 비하여 더 높게 제어함으로써 청소 효율을 증가시킬 수 있다. 반대로, 바닥 상태가 하드 플로어인 경우에는 상대적으로 흡입력을 낮게 제어하여 불필요한 전력 소비를 줄여 청소 로봇(100)의 사용시간을 증가시킬 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 블록도를 구체화한 도면이고, 도 4는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 내부를 나타낸 도면이며, 도 5는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 저면을 나타낸 도면이다.
도 3, 도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 주행부(120)는 본체(101)의 좌우 양단에 마련되는 주행 휠(122:122a,122b), 본체(101)의 저면에 마련되는 캐스터 휠(123) 및 주행 휠(122) 및 캐스터 휠(123)에 동력을 제공하는 휠 모터(121)를 포함할 수 있다.
주행 휠(122)은 회전에 의하여 본체(101)를 이동시키며, 본체(101)의 전방(x축 방향)을 기준으로 본체(101)의 좌측에 마련되는 좌측 주행 휠(122a)와 본체(101)의 우측에 마련되는 우측 주행 휠(122b)를 포함한다.
주행 휠(122)의 회전에 의해 본체(101)가 전진, 후진 또는 회전할 수 있다. 예를 들어, 좌우측 주행 휠(121a,121b) 모두가 전방을 향하여 회전하면 본체(101)는 전방으로 직선 이동하고, 좌우측 주행 휠(121a, 121b) 모두가 후방을 향하여 회전하면 본체(101)는 후방으로 직선 이동할 수 있다.
또한, 좌우측 주행 휠(121a, 121b)이 같은 방향으로 회전하되, 서로 다른 속도로 회전하면 본체(101)는 우측 또는 좌측으로 곡선 이동하며. 좌우측 주행 휠(121a, 121b)이 서로 다른 방향으로 회전하면 본체(101)는 제자리에서 좌측 또는 우측으로 회전할 수 있다.
휠 모터(121)는 주행 휠(122)을 회전시키기 위한 회전력을 생성한다. 휠 모터(121)로는 DC 모터 또는 BLDC 모터가 채용될 수 있으나, 청소 로봇(100)의 실시예는 휠 모터(121)의 종류에 제한을 두지 않는다. 휠 모터(121) 뿐만 아니라 청소 로봇(100)에 포함되는 다른 모터들도 마찬가지이다.
좌측 주행 휠(121a)을 회전시키는 좌측 휠 모터(121a)와 우측 주행 휠(122b)을 회전시키는 우측 휠 모터(121b)를 포함할 수 있다.
좌우측 휠 모터(121a, 121b) 각각은 제어부(110)의 제어 신호에 따라 서로 독립적으로 동작할 수 있으며, 좌우측 휠 모터(121a, 121b)의 동작에 따라 본체(101)가 전진, 후진 또는 회전할 수 있다.
캐스터 휠(123)은 본체(101)의 저면에 설치되어 본체(101)의 이동 방향에 따라 회전하며, 본체(101)가 안정된 자세를 유지하며 이동할 수 있도록 한다.
주행부(120)는 캐스터 휠(123)에 제공되는 회전력을 생성하는 캐스터 휠 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
클리닝부(130)는 청소 영역 바닥에 존재하는 먼지 등의 이물질을 비산시키는 브러시 모듈(131) 및 비산된 이물질을 흡입하는 흡입 모듈(132)을 포함할 수 있다.
브러시 모듈(131)은 청소 영역 바닥의 이물질을 비산시키기 위해 회전하는 브러시(131b) 및 브러시(131b)에 제공되는 회전력을 생성하는 브러시 모터(131a)를 포함한다. 여기서, 브러시(131b)는 드럼 브러시(drum brush)라고도 한다.
브러시(131b)는 본체(101)의 저면에 형성된 흡입구(103)에 마련되며, 본체(101)의 전방(x축 방향)과 수직인 회전축(y축과 평행)을 중심으로 회전하면서 청소 영역 바닥의 이물질을 흡입구(103) 내부로 비산시킨다.
흡입 모듈(132)은 브러시(131b)에 의하여 비산된 이물질을 먼지 저장함(105) 내부로 흡입하며, 이물질을 먼지 저장함(105)으로 흡입하기 위한 흡입력을 발생시키는 흡입 팬(132b)과 흡입 팬(132b)을 회전시키는 동력을 생성하는 흡입 모터(132a)를 포함할 수 있다.
감지부(140)는 청소 영역에 존재하는 장애물을 감지하는 장애물 센서(141), 청소 영역 주변의 영상을 획득하는 영상 센서(142) 및 휠 모터(121)의 회전수를 감지하는 휠 센서(143)를 포함할 수 있다.
장애물 센서(141)는 청소 로봇(100)의 주행을 방해하는 장애물을 감지한다. 장애물은 청소 영역의 바닥으로부터 돌출되어 청소 로봇(100)의 주행을 방해하는 모든 물체를 의미할 수 있다. 예를 들어, 청소 영역에 위치하는 테이블, 소파 등의 가부 뿐만 아니라 공간을 구획하는 벽도 장애물에 해당할 수 있고, 문턱이나 환봉과 같이 청소 로봇(100)이 승월 및 하강할 수 있는 물체도 장애물에 해당할 수 있다.
구체적으로, 장애물 센서(141)는 적외선, 가시광선 또는 초음파 등의 전자기파를 이용하여 비접촉식으로 장애물을 감지할 수 있다. 예를 들어, 장애물 감지부(141)는 적외선을 조사한 뒤 장애물로부터 반사되는 적외선을 검출하고, 검출된 적외선의 세기, 또는 적외선을 조사한 이후 반사된 적외선이 검출되기까지 시간 간격(Time Of Flight: TOF)을 제어부(110)에 출력할 수 있다.
제어부(110)는 장애물 센서(141)의 출력값에 기초하여 장애물의 존부 또는 장애물과 청소 로봇(100) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
장애물 센서(141)는 전자기파를 조사하는 발신부(141a) 및 장애물로부터 반사된 전자기파를 수신하는 수신부(141b)를 포함할 수 있다.
발신부(141a)는 본체(101)의 전방에 마련되어 본체(101)의 전방을 향하여 전자기파를 발신할 수 있다. 또한, 실시 형태에 따라 발신부(141a)는 전자기파를 생성하는 LED와 발신된 전자기파를 굴절시킴으로써 전자기파를 사방으로 확산시키는 광각 렌즈를 포함할 수도 있다.
사용자 인터페이스(160)는 사용자의 제어 명령을 입력 받는 입력부(161) 및 청소 로봇(100)의 상태를 나타내는 화면 또는 제어 명령의 입력을 가이드하기 위한 화면을 표시하는 디스플레이부(162)를 포함한다.
입력부(161)를 통해 입력되는 사용자의 제어 명령은 자동 청소 모드와 수동 청소 모드를 포함하는 청소 모드의 선택과 흡입 모드의 선택을 포함할 수 있다. 일 예로, 흡입 모드는 제1모드, 제2모드 및 제3모드의 3단계로 이루어질 수 있고, 제1모드에서 제3모드로 갈수록 흡입력이 높아질 수 있다. 구체적으로, 제1모드는 정음 모드, 제2모드는 일반 모드, 제3모드는 터보 모드에 대응될 수 있다.
입력부(161)는 사용자의 가압을 통해 입력신호를 발생시키는 방식의 푸시 스위치(push switch), 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 터치를 통해 입력신호를 발생시키는 터치 스위치(touch switch)를 포함할 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 입력부(161)는 청소 로봇(100)을 원격으로 제어할 수 있는 리모트 컨트롤러를 더 포함하는 것도 가능하다.
디스플레이부(162)는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 디스플레이 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 디스플레이 등의 디스플레이 패널로 구현될 수 있고, 디스플레이부(162)와 입력부(161)가 터치 스크린으로서 기능하는 것도 가능하다.
제어부(110)는 사용자의 제어 명령 및 감지부(140)의 감지 결과 또는 출력값에 기초하여 주행부(120) 및 클리닝부(130)를 제어할 수 있다. 제어부(110)의 구체적인 제어 동작에 대해서는 후술하도록 한다.
제어부(110)는 청소 로봇(100)에 포함된 각종 구성 요소와 제어부(110) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 인터페이스(114), 프로그램 및 데이터를 기억하는 메모리(113), 영상 처리를 수행하는 그래픽 프로세서(112) 및 메모리(113)에 기억된 프로그램 및 데이터에 따라 연산 동작을 수행하는 메인 프로세서(111), 입출력 인터페이스(114), 메모리(113), 그래픽 프로세서(112) 및 메인 프로세서(111) 사이의 데이터 송수신의 통로가 되는 시스템 버스(115)를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(114)는 감지부(140)의 감지 결과 즉, 감지부(140)의 출력값을 수신하고, 이를 시스템 버스(115)를 통하여 메인 프로세서(111), 그래픽 프로세서(112) 및 메모리(113)로 전송한다.
또한, 입출력 인터페이스(114)는 메인 프로세서(111)가 출력하는 제어 신호를 주행부(120) 또는 클리닝부(130)에 전달할 수 있다.
메모리(113)는 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 저장부(150)로부터 불러와 기억하거나, 감지부(140)의 감지 결과 등을 임시로 기억할 수 있다.
메모리(113)는 S램(S-RAM), D램(D-RAM) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 메모리(113)는 플래시 메모리, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다.
그래픽 프로세서(112)는 영상 센서(142)가 획득한 영상을 메모리(113) 또는 저장부(150)에 저장할 수 있는 포맷으로 변환하거나, 영상 센서(142)가 획득한 영상의 해상도 또는 크기를 변경할 수 있다.
메인 프로세서(111)는 메모리(113)에 저장된 프로그램 및 데이터에 따라 감지부(140)의 감지 결과를 처리하거나, 주행부(120) 및 클리닝부(130)를 제어하기 위한 연산 동작을 수행한다.
예를 들어, 메인 프로세서(111)는 감지부(140)의 감지 결과에 기초하여 바닥상태를 판단할 수 있고, 바닥 상태에 기초하여 흡입 모듈(132)의 흡입력을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 영상 센서(142)가 획득한 영상에 기초하여 청소 로봇(100)의 위치를 산출하거나, 장애물 센서(141)의 출력값에 기초하여 장애물의 방향, 거리 또는 크기를 산출할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 장애물의 방향, 거리 또는 크기에 따라 장애물을 회피할지 또는 장애물과 접촉할지를 판단하기 위한 연산을 수행할 수 있다. 장애물을 회피할 것으로 판단되면 메인 프로세서(111)는 장애물을 회피하기 위한 주행 경로를 산출하고, 장애물과 접촉할 것으로 판단되면 메인 프로세서(111)는 장애물과 청소 로봇(100)을 정렬시키기 위한 주행 경로를 산출할 수 있다.
또한, 메인 프로세서(111)는 산출된 주행 경로를 따라 청소 로봇(100)이 이동하도록 주행부(120)에 제공할 제어 신호를 생성할 수 있다.
저장부(150)는 자기 디스크(magnetic disc), 반도체 디스크(solid state disk), 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있고, 경우에 따라 전술한 휘발성 메모리를 더 포함하는 것도 가능하다.
저장부(150)는 청소 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 영구적으로 저장할 수 있고, 영상 센서(142)가 획득한 영상에 기초하여 생성된 청소맵도 저장할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 바닥 상태에 따른 흡입력 제어를 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이, 제어부(110)는 바닥 상태에 따라 흡입 모듈(132)의 흡입력을 다르게 제어할 수 있다. 예를 들어, 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에 바닥 상태가 하드 플로어인 경우보다 흡입력을 더 높게 제어할 수 있는바, 구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에는 흡입력을 70퍼센트로 제어하고, 바닥 상태가 하드 플로어인 경우에는 흡입력을 20퍼센트로 제어할 수 있다. 아울러, 바닥에 먼지가 많은 것으로 판단된 경우에는 흡입력을 100퍼센트로 제어할 수 있다.
여기서, 흡입력을 나타내는 기준은 흡입 모터(132a)의 최대 출력일 수 있다. 예를 들어, 흡입 모터(132a)의 최대 출력이 70와트(W)인 경우, 바닥 상태가 소프트 플로어일 때에는 흡입 모듈(132)이 49W의 출력으로 이물질을 흡입하도록 제어하고, 바닥 상태가 하드 플로어일 때에는 흡입 모듈(132)이 14W의 출력으로 이물질을 흡입하도록 제어할 수 있다. 또한, 바닥에 먼지가 많은 것으로 판단된 경우에는 70W의 출력으로 이물질을 흡입하도록 제어할 수 있다.
다만, 도 6에 나타낸 바닥 상태 별 흡입력은 청소 로봇(100)에 적용될 수 있는 예시에 불과할 뿐, 청소 로봇(100)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
각각의 바닥 상태에 대응되는 흡입력은 미리 설정될 수 있고, 설정된 이후 사용자에 의해 변경되는 것도 가능하다.
한편, 제어부(110)는 바닥 상태에 기초하여 흡입 모듈(132)의 흡입력 뿐만 아니라 청소 로봇(100)의 주행 경로를 제어하는 것도 가능하다. 이하, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 7 내지 도 9는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 바닥 상태에 따라 주행 경로를 제어하는 다양한 예시를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 7은 소프트 플로어에 대한 우선 청소를 나타낸 도면이고, 도 8은 소프트 플로어에 대한 반복 청소를 나타낸 도면이며, 도 9는 소프트 플로어에 대한 생략 청소를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9의 예시에서는 청소 로봇(100)이 자동 청소 모드에 따라 청소 주행을 수행하는 것으로 가정한다.
도 7의 예시를 참조하면, 제어부(110)는 청소 영역(R)에 대한 청소 주행을 수행하던 중 바닥 상태가 소프트 플로어(SF)인 것으로 판단되면, 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 우선 청소를 수행하도록 청소 로봇(100)의 주행 경로를 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어부(110)는 실시간 또는 일정 주기에 따라 바닥 상태를 판단할 수 있다.
구체적으로, 청소 로봇(100)이 하드 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소 주행 중 하드 플로어에 해당하는 영역과 소프트 플로어에 해당하는 영역의 경계(B)를 넘어가면, 제어부(110)는 바닥 상태가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 바뀌었음을 판단할 수 있다.
제어부(110)는 흡입 모듈(132)의 흡입력을 소프트 플로어에 대응되는 흡입력으로 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 흡입 모터(132a)의 출력을 높여 흡입 모듈(132)의 흡입력을 증가시킬 수 있다.
청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소 주행 중 다시 하드 플로어에 해당하는 영역과 소프트 플로어에 해당하는 영역의 경계(B)를 넘어가면, 제어부(110)는 바닥 상태가 소프트 플로어에서 하드 플로어로 바뀌었음을 판단할 수 있다.
이 때, 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 주행 방향을 180도 회전하여 다시 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 주행부(120)에 제어 신호를 전송함으로써 주행 방향을 제어할 수 있다.
이와 같이, 청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역에서 하드 플로어에 해당하는 영역으로 넘어가면 제어부(110)가 이를 판단하고 청소 로봇(100)을 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 재진입시키는 과정을 반복하여 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 우선적으로 수행할 수 있다.
제어부(110)는 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소가 완료되면, 전체 청소 영역(R) 중 나머지 하드 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 수행한다. 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소 완료 후, 다시 하드 플로어에 해당하는 영역으로 진입하면, 제어부(110)는 흡입 모듈(132)의 흡입력을 다시 감소시킬 수 있다.
청소 로봇(100)이 청소 주행을 하는 동안 영상 센서(142)가 청소 영역(R)에 대한 영상을 획득할 수 있고, 제어부(110)는 획득된 영상에 기초하여 청소맵을 생성한다. 생성된 청소맵은 저장부(150)에 저장될 수 있다.
또는, 도 8의 예시에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 청소 영역(R)에 대한 청소 주행을 수행하던 중 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 원래 주행 경로에 따라 청소 주행을 완료한 뒤에 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 반복 청소를 수행할 수 있다.
제어부(110)는 전체 청소 영역(R)에 대해 하드 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어할 수도 있고, 전체 청소 영역(R)에 대한 청소 주행 중 하드 플로어에 해당하는 영역을 청소할 때에는 하드 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키고 소프트 플로어에 해당하는 영역을 청소할 때에는 소프트 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어하는 것도 가능하다.
전술한 예시에서와 같이, 청소 로봇(100)이 청소 주행을 하는 동안 영상 센서(142)가 전체 청소 영역(R)에 대한 영상을 획득할 수 있고, 제어부(110)는 획득된 영상에 기초하여 청소맵을 생성한다. 생성된 청소맵은 저장부(150)에 저장될 수 있고, 청소맵에는 청소 영역(R)의 바닥 상태에 관한 정보가 포함될 수 있다.
전체 청소 영역(R)에 대한 청소 주행이 완료되면, 제어부(110)는 주행부(120)를 제어하여 청소 로봇(100)을 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 재이동시킨다. 이 때, 저장부(150)에 저장된 청소맵을 사용할 수 있다.
청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역에 진입하면, 제어부(110)는 소프트 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어할 수 있다.
도 8의 예시에 따르면, 먼지 등의 이물질의 흡입이 더 어려운 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 청소를 반복적으로 수행함으로써, 청소 효율을 더 높일 수 있다.
또는, 도 9의 예시에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 청소 영역(R)에 대한 청소 주행을 수행하던 중 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외하고 청소하는 생략 청소를 수행할 수 있다.
청소 로봇(100)이 하드 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소 주행 중 하드 플로어에 해당하는 영역과 소프트 플로어에 해당하는 영역의 경계(B)를 넘어 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입하면, 제어부(110)는 바닥 상태가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 바뀌었음을 판단할 수 있다.
이 때, 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 주행 방향을 180도 회전하여 다시 하드 플로어에 해당하는 영역으로 진입할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 주행부(120)에 제어 신호를 전송함으로써 주행 방향을 제어할 수 있다.
이와 같이, 청소 로봇(100)이 하드 플로어에 해당하는 영역에서 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입하면 제어부(110)가 이를 판단하고 청소 로봇(100)을 하드 플로어에 해당하는 영역으로 재진입시키는 과정을 반복하여 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 생략할 수 있다.
소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해서는 청소를 수행하지 않으므로, 흡입 모듈(132)의 흡입력은 하드 플로어에 대응되는 흡입력으로 제어될 수 있다.
도 9의 예시에 따르면, 청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외하고 하드 플로어에 해당하는 영역에 대해서만 저흡입력으로 신속하게 청소를 수행하고, 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해서는 사용자가 수동으로 청소를 수행하게 함으로써 청소 로봇(100)의 배터리를 절약하고 효율적인 청소를 수행할 수 있다.
도 10은 청소 로봇이 추락을 감지한 경우에 대한 제어를 나타낸 도면이고, 도 11은 청소맵에 저장된 환경이 변경된 경우에 대한 제어를 나타낸 도면이다.
감지부(140)는 주행 중 바닥에 단차가 있는 곳에서 추락하지 않도록 방향을 잡아주기 위한 추락 감지 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 추락 감지 센서의 일 예시로 적외선 센서가 채용될 수 있으며, 추락 감지 센서가 바닥면을 향하여 적외선을 조사하고, 바닥면에 반사되어 돌아오는 적외선을 수신함으로써 바닥면과의 거리를 감지할 수 있다.
감지된 거리가 미리 설정된 거리 이상이 되면, 도 10에 도시된 바와 같이 추락 위험이 감지된 것으로 판단하여 제어부(110)에 추락 위험 감지 신호를 전달할 수 있고, 제어부(110)는 본체(101)를 후진시켜 추락을 방지할 수 있다.
이 경우, 청소 로봇(100)이 주행 중인 바닥면의 상태에 따라 후진 이동 거리를 다르게 제어할 수 있다. 구체적으로, 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에, 바닥 상태가 하드 플로어인 경우보다 후진 이동 거리를 더 길게 제어할 수 있다. 예를 들어, 바닥 상태가 하드 플로어인 경우에는 추락 위험 감지 시에 3cm 후진 이동시키고, 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에는 5cm 후진 이동시킬 수 있다.
이로써, 소프트 플로어 환경에서 주행 휠(122)의 슬립이 발생하더라도 안전하게 후진할 수 있게 된다.
도 11을 참조하면, 청소 로봇(100)은 청소 영역(R)에 대한 청소가 완료되면, 도킹 스테이션(400)으로 복귀하여 충전을 수행한다. 이후, 청소맵에 기초하여 소프트 플로어 영역에 대한 재청소를 수행할 때, 청소맵에 소프트 플로어 영역으로 저장된 위치가 소프트 플로어 영역이 아닌 경우에는 청소를 수행하지 않고 다시 도킹 스테이션(400)으로 복귀하거나, 청소 영역(R) 전체에 대해 청소를 수행할 수 있다.
구체적으로, 청소 영역(R)에 대한 청소 수행 후에 사용자가 카펫을 청소 영역(R) 외부로 옮기는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 청소 로봇(100)이 청소맵에 소프트 플로어 영역으로 저장된 위치에 도달하면, 감지부(140)가 바닥 상태를 감지하고, 감지된 바닥 상태가 소프트 플로어가 아닌 경우에는 다시 도킹 스테이션(400)으로 복귀하거나 전체 청소 영역(R)에 대한 청소를 수행한 후에 복귀할 수 있다. 감지된 바닥 상태가 소프트 플로어이면 해당 영역에 대한 청소를 수행한다.
전술한 바와 같이, 전체 청소 영역(R)에 대한 청소가 완료되면 청소 로봇(100)은 도킹 스테이션(400)으로 복귀하여 충전을 수행한다. 기존에는 배터리가 완전 충전된 이후에 재청소를 수행하였으나, 청소 로봇(100)의 일 예시에 따르면, 배터리가 필요한 만큼만 충전되면 청소 영역(R)으로 이동하여 재청소를 수행할 수 있다.
이를 위해, 제어부(110)는 저장부(150)에 저장된 청소맵에 기초하여 청소 영역(R)을 청소하는데 필요한 충전 비율을 계산할 수 있다. 구체적으로, 청소맵에는 청소 영역(R)의 소프트 플로어 영역의 비율과 하드 플로어 영역의 비율에 관한 정보가 포함되는바, 소프트 플로어 영역에 대응되는 흡입력, 하드 플로어 영역에 대응되는 흡입력 및 두 영역의 비율을 이용하여 청소 영역(R)을 청소하는데 필요한 충전 비율을 계산할 수 있다. 일 예로, 계산 결과가 70%의 충전 비율을 나타내는 경우에는, 제어부(110)는 도킹 스테이션(400)에 복귀한 청소 로봇(100)이 70% 내지 75% 정도만 충전되어도 다시 청소 영역(R)으로 이동하여 재청소를 수행하도록 제어할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 포인트 클리닝 동작에 따라 이동하는 동작을 나타낸 도면이고, 도 13은 일 실시예에 따른 청소 로봇이 포인트 클리닝 동작에 따라 이동 중 소프트 플로어를 판단하는 경우의 주행 경로를 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이, 청소 로봇(100)의 입력부(161)는 리모트 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 리모트 컨트롤러(200)는 사용자의 제어 명령을 입력 받는 입력부(210) 및 사용자의 제어 명령에 따라 가시광선 및 적외선을 발신하는 발신부(220)를 포함한다.
발신부(220)에서 조사된 가시광선은 사용자가 지시하는 위치 광 스팟(LS)을 형성함으로써, 사용자에게 자신이 지시한 위치에 대한 피드백을 제공한다.
발신부(220)에서 조사된 적외선은 청소 로봇(100)에게 사용자가 지시하는 위치 정보 및 사용자의 제어 명령을 전달한다.
청소 로봇(100)에는 리모트 컨트롤러(200)의 발신부(220)로부터 조사된 적외선을 수신하는 광 수신부(미도시)가 마련될 수 있고, 제어부(110)는 광 수신부가 수신한 적외선에 기초하여 청소 로봇(100)이 광 스팟(LS)의 이동 경로를 따라 주행하도록 제어할 수 있다.
도 13을 참조하면, 청소 로봇(100)이 포인트 클리닝을 수행하기 위해 광 스팟(LS)을 따라 이동하는 중에 소프트 플로어에 해당하는 영역에 진입하면, 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소를 수행한 후에 다시 광 스팟(LS)의 이동 경로에 복귀할 수 있다.
청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역에 진입하면, 제어부(110)는 소프트 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어할 수 있다. 또한, 청소 로봇(100)이 다시 하드 플로어에 해당하는 영역에 진압하면, 제어부(110)는 하드 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어할 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 벽면을 추종하면서 청소 주행을 수행하는 경우를 나타낸 도면이고, 도 15는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 바닥 상태 및 벽면 추종 여부에 따른 흡입력 제어를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 청소 로봇(100)은 벽면(W)을 추종하면서 청소 주행을 수행할 수 있다. 구체적으로, 청소 로봇(100)이 청소 주행 중 벽면(W)을 감지하면 감지된 벽면(W)을 따라 주행하면서 청소를 수행할 수 있다.
청소 로봇(100)이 벽면 추종에 따른 청소 주행 중 하드 플로어에 해당하는 영역에서 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입하면, 제어부(110)는 이를 감지하고 도 15에 도시된 바와 같이 흡입 모듈(132)의 흡입력을 벽면 및 소프트 플로어에 대응되는 흡입력으로 제어할 수 있다. 다시 말해, 청소 로봇(100)이 벽면을 추종하면서 소프트 플로어에 해당하는 영역을 청소 주행하는 경우에는 흡입 모듈(132)의 흡입력을 제3레벨의 흡입력으로 제어할 수 있다. 소프트 플로어에 대응되는 흡입력을 제2레벨의 흡입력이라 하고, 하드 플로어에 대응되는 흡입력을 제1레벨의 흡입력이라 하면, 제1레벨 < 제2레벨 < 제3레벨로 흡입력의 크기를 나타낼 수 있다. 일 예로, 제3레벨의 흡입력은 100 퍼센트로 설정될 수 있다.
도 14 및 도 15의 예시와 같이 청소 로봇(100)이 벽면 추종 중 소프트 플로어에 해당하는 영역에 진입하면 흡입력을 최대치로 증가시킴으로써 벽면(W)과 바닥이 접하면서 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소 효율을 향상시킬 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 흡입구(103)에는 브러시(131b)가 비산시킨 먼지를 먼지 저장함(105)으로 유도하는 블레이드(107)가 마련될 수 있다. 블레이드(107)는 브러시(131b)의 후방에 설치될 수 있고, 고무 등의 플렉서블한 재질로 형성될 수 있다.
블레이드(107)는 다운 시에 그 단부가 바닥에 밀착될 수 있도록 바닥 측으로 하향 경사지게 설치될 수 있고, 업 되면 바닥과의 밀착이 해제된다.
블레이드(107)가 업/다운할 수 있는 동력을 제공하는 모터(미도시)가 마련될 수 있고, 제어부(110)는 모터에 제어 신호를 전달하여 블레이드(107)를 업/다운시킬 수 있다.
청소 로봇(100)의 청소 주행 중 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면, 제어부(110)는 블레이드(107)를 다운시켜 흡입 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 함께, 제어부(110)는 흡입 모듈(132)의 흡입력을 소프트 플로어에 대응되는 흡입력으로 제어할 수 있다.
한편, 소프트 플로어 영역은 보풀이 발생하고 카펫 모의 사이사이에 먼지가 끼기 쉽기 때문에, 청소 로봇(100)의 청소 수행 시에 하드 플로어 영역에 비해 상대적으로 많은 양의 먼지가 발생하는 것이 일반적이다. 따라서, 제어부(110)는 청소 영역(R)에 대한 청소 완료 후, 청소 영역(R)의 소프트 플로어 영역의 비율이 일정 기준 이상이면 먼지 저장함(105)에 대한 비움 알림을 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(162)를 통해 알림을 출력하는 것이 가능하다.
도 17 내지 도 19는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 소프트 플로어가 감지되었음을 사용자에게 알려주는 예시를 나타낸 도면이다.
청소 로봇(100)은 소프트 플로어가 감지되었음을 시각적으로 나타낼 수 있다. 소프트 플로어가 감지되었음을 나타내는 것은 고흡입력의 청소 수행을 나타내는 것일 수 있다. 일 예로, 도 17에 도시된 바와 같이 디스플레이부(162)에 바(bar)를 진하게 표시하는 방식으로 소프트 플로어의 감지를 나타낼 수도 있고, 다른 예로, 도 18에 도시된 바와 같이 바닥에 가시광선을 조사함으로써 소프트 플로어의 감지를 나타낼 수도 있으며, 도 19에 도시된 바와 같이 로봇 청소기(100)의 상면에 장착된 광원(172)을 발광시킴으로써 소프트 플로어의 감지를 나타낼 수도 있다.
바닥에 가시광선을 조사하기 위해 장애물 센서(141)의 전자기파 발신부(141a)를 사용하는 것도 가능하고, 도 18에 도시된 바와 같이 청소 로봇(100)의 하부에 장착되는 별도의 광원(171)을 채용하는 것도 가능하다. 일 예로, 광원(171,172)은 LED로 구현될 수 있다.
또한, 소프트 플로어가 감지되었음을 청소 로봇(100)에 마련된 스피커(미도시)를 통해 청각적으로 나타내는 것도 가능하다.
사용자는 시각적 또는 청각적으로 제공되는 정보를 통해 청소 로봇(100)의 현재 흡입력을 파악할 수 있고, 이와 더불어 청소 로봇(100)이제대로 동작하고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이를 통해, 효율적인 청소를 수행하기 위한 조치를 취할 수도 있다.
예를 들어, 청소 로봇(100)이 카펫에 진입했음에도 소프트 플로어를 감지했다는 정보가 제공되지 않으면, 사용자는 청소 로봇(100)이 카펫을 감지하지 못했음을 인지하고 카펫에 대해서는 별도의 수동 청소를 수행하는 등의 조치를 취할 수 있다.
지금까지 청소 로봇(100)이 청소하는 바닥 상태에 따라 흡입력과 주행 경로를 제어하는 실시예를 설명하였다. 이하, 청소 로봇(100)이 바닥 상태를 판단하는 동작에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
다시 도 3을 참조하면, 감지부(140)는 주행 휠(122)에 가해지는 부하를 감지하기 위한 휠 센서(143)를 포함할 수 있다.
주행 휠(122)에 부하가 가해지면 휠 모터(121)의 회전수가 증가하는바, 휠 센서(143)는 모터의 회전수를 측정하는 엔코더(encoder)로 구현될 수 있다.
또한, 휠 센서(143)는 좌측 휠 모터(122a)와 우측 휠 모터(122b)의 회전수를 독립적으로 감지할 수 있도록 좌측 휠 모터(122a)에 마련되는 좌측 휠 센서와 우측 휠 모터(122b)에 마련되는 우측 휠 센서를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초하여 바닥 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 주행 휠(122)에 가해지는 부하가 미리 설정된 기준값 이상이면 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단할 수 있고, 주행 휠(122)에 가해지는 부하가 미리 설정된 기준값 미만이면 바닥 상태가 하드 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
도 20은 바닥 상태에 따른 엔코더 출력과 듀티비의 관계를 나타낸 그래프이다.
바닥 상태에 따라 주행 휠(122)에 부하가 가해지면 휠 모터(121)의 회전수가 감소되고, 감소된 회전수를 보상하기 위해 PID(Proportional integral derivative) 제어에 의해 휠 모터(121)의 듀티비(duty rate)를 증가시킬 수 있다. 즉, 바닥 상태가 소프트 플로어에 해당하여 주행 휠(122)에 가해지는 부하가 커지면 엔코더 출력은 감소되고 듀티비는 증가된다.
엔코더 출력과 듀티비의 관계는 도 20에 도시된 그래프의 기울기(g)로 나타낼 수 있으며, 기울기(g)가 미리 설정된 기준값(Th1) 이상이면 바닥 상태가 하드 플로어인 것으로 판단할 수 있고, 기준값(Th1) 미만이면 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
한편, 제어부(110)는 선속도 값에 따른 가중치를 반영하기 위해 아래 [수학식 1]에 따라 기울기 변화량(△g)을 계산할 수 있고, [수학식 2]에 따라 측정값과 계산값의 차이를 나타내는 △Diff.를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
△g = g*△w
여기서, g=엔코더 출력/듀티비 이고, △w는 선속도 값에 따른 가중치로서 개발자에 의해 부여되는 값이다.
[수학식 2]
△Diff. = E-△g
여기서, E는 엔코더 출력을 나타낸다.
도 21은 바닥 상태가 하드 플로어인 경우에 엔코더 출력과 제어부의 계산값을 나타낸 그래프이고, 도 22는 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에 인코더 출력과 제어부의 계산값을 나타낸 그래프이다.
바닥 상태가 타일이나 마루와 같이 매끈한 하드 플로어인 경우에, 엔코더의 출력과 제어부(110)가 계산한 기울기 변화량(△g) 및 엔코더 출력과 기울기 변화량의 차이(△Diff.)는 도 21에 도시된 그래프와 같다.
바닥 상태가 카펫과 같은 소프트 플로어인 경우에, 엔코더의 출력과 제어부(110)가 계산한 기울기 변화량(△g) 및 엔코더 출력과 기울기 변화량의 차이(△Diff.)는 도 22에 도시된 그래프와 같다.
제어부(110)는 미리 설정된 기준값(Th2)과 △Diff.를 비교하여 바닥 상태를 판단할 수 있다. 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, △Diff.가 미리 설정된 기준값(Th2) 이상이면 바닥 상태를 소프트 플로어로 판단할 수 있고, △Diff.가 미리 설정된 기준값(Th2) 미만이면 바닥 상태를 하드 플로어로 판단할 수 있다.
여기서, 기준값(Th2)은 실험이나 시뮬레이션 등을 통해 미리 설정될 수 있다.
한편, 제어부(110)는 배터리 전압의 감소에 따른 듀티비 변화를 더 반영할 수 있다. 이하, 도 23 및 도 24를 참조하여 설명한다.
도 23은 바닥 상태 및 배터리 전압 별 듀티비를 나타낸 그래프이고, 도 24는 배터리 전압 별 듀티비의 편차를 나타낸 그래프이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)에 전원을 공급하는 배터리 전압(v)이 감소하면, 감소된 배터리 전압을 보상하기 위해 듀티비(d)를 증가시킨다. 또한, 전술한 바와 같이 바닥 상태에 따라 주행 휠(122)에 가해지는 부하가 증가할수록 듀티비(d)도 커진다.
배터리 전압 별 듀티비의 편차(△d)를 2차 방정식화하면 도 24에 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수 있다. 제어부(110)는 배터리 전압(v)에 따른 듀티비의 편차(△d)를 계산하고, 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 계산하기 위해 필요한 듀티비로 d-△d를 사용할 수 있다.
도 25는 일 실시예에 따른 청소 로봇이 소프트 플로어에 해당하는 영역과 하드 플로어에 해당하는 영역의 경계에 위치하는 경우를 나타낸 도면이다.
한편, 제어부(110)는 전술한 계산 및 판단을 좌측 주행 휠(122a) 및 우측 주행 휠(122b) 각각에 대해 수행할 수 있다. 양측에 대한 판단 결과가 모두 소프트 플로어를 나타내는 경우에는 청소 로봇(100)의 두 주행 휠(122a,122b)이 모두 소프트 플로어에 해당하는 영역에 위치하는 것으로 볼 수 있고, 모두 하드 플로어를 나타내는 경우에는 청소 로봇(100)의 두 주행 휠(122a,122b)이 모두 하드 플로어에 해당하는 영역에 위치하는 것으로 볼 수 있다.
그러나, 도 25에 도시된 바와 같이 두 주행 휠(122a,122b) 중 어느 하나(122a)는 소프트 플로어에 해당하는 영역에 위치하고 다른 하나(122b)는 하드 플로어에 해당하는 영역에 위치하는 경우도 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어부(110)는 두 주행 휠(122a,122b)에 대해 독립적으로 계산 및 판단을 수행하기 때문에 두 주행 휠(122a,122b)이 서로 다른 영역에 위치하는 경우에 대해서도 정확한 판단을 수행할 수 있다.
제어부(110)는 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과와 함께 브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과를 결합하여 상호 보완적으로 최종 판단을 도출해내는 것도 가능하다. 이하 도 26내지 도 29를을 참조하여 설명한다.
도 26은 전류 센서를 더 포함하는 청소 로봇의 제어 블록도이고, 도 27은 전류 센서가 측정한 전류의 예시를 나타낸 그래프이다.
도 26을 참조하면, 일 실시예에 따른 청소 로봇(100)은 브러시 모터(131a)의 전류를 측정하는 전류 센서(144)를 더 포함할 수 있다.
바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에는 주행 휠(122) 뿐만 아니라 브러시(131b)에도 부하가 가해지는바, 브러시(131b)에 부하가 가해지면 브러시 모터(131a)에 흐르는 전류가 증가한다.
따라서, 제어부(110)는 전류 센서(144)가 측정한 전류와 미리 설정된 기준값(Th3)을 비교하여 바닥 상태를 판단할 수 있는바, 도 27에 도시된 바와 같이, 전류 센서(144)가 측정한 전류가 미리 설정된 기준값(Th3) 이상이면 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단하고, 미리 설정된 기준값(Th3) 미만이면 바닥 상태가 하드 플로어인 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 기준값(Th3)은 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 미리 설정될 수 있다.
도 28은 바닥 상태 별로 측정된 전류를 나타내는 그래프이다.
도 28에 도시된 바와 같이, 서로 다른 바닥 상태임에도 불구하고 측정된 전류값이 오버랩되어 구별이 되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 청소 로봇(100)에 피칭(pitching)이 발생하여 브러시(131b)가 바닥으로부터 이격되어 있으면 바닥 상태가 반영된 전류가 측정될 수 없다.
구체적으로, 청소 로봇(100)이 문턱과 같은 장애물(5)을 승월하는 경우에, 청소 로봇(100)의 전방 하부에 장착된 브러시(131b)는 바닥으로부터 떠있는 상태가 된다. 따라서, 브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초한 바닥 상태의 판단 결과에는 오류가 포함될 수 있다.
다른 예로서, 바닥에 깔린 카펫이 커트 파일 형태이고, 모의 길이가 3mm에서 7mm의 범위인 경우, 양쪽 주행 휠(122a,122b)이 카펫 모의 영향을 받아 바닥면으로부터의 높이가 서로 달라지는 경우 또는 청소 로봇(100)의 주행 방향으로 카펫 모가 눕혀져 있고 브러시(131b)가 주행 방향과 같은 방향으로 회전하는 경우에는 브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초한 바닥 상태의 판단 결과에는 오류가 포함될 수 있으나, 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과는 신뢰할 수 있다.
반대로, 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과에 오류가 포함되고 브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과는 신뢰할 수 있는 경우가 있다.
예를 들어, 바닥에 깔린 카펫이 루프 파일 형태인 경우에는 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과에 오류가 포함될 가능성이 있다.
제어부(110)는 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과와 브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과 중 적어도 하나가 소프트 플로어를 나타내면 최종적으로 바닥 상태를 소프트 플로어로 판단할 수 있다.
다시 말해, 제어부(110)는 주행 휠(122)에 가해지는 부하 및 브러시(131b)에 가해지는 부하 중 적어도 하나가 그에 대응되는 기준값(제1기준값 및 제2기준값) 이상이면 바닥 상태를 소프트 플로어로 판단할 수 있다.
도 29는 가속도 센서를 더 포함하는 청소 로봇의 제어 블록도이다.
도 29를 참조하면, 청소 로봇(100)의 감지부(140)는 본체(101)의 가속도를 측정하는 가속도 센서(145)를 더 포함할 수 있다. 가속도 센서(145)는 본체(101)의 전방에 대응되는 x축에 대한 가속도 dx 및 본체(101)의 높이 방향에 대응되는 z축에 대한 가속도 dz를 측정할 수 있다.
제어부(110)는 가속도 센서(145)의 출력을 실시간으로 모니터링할 수 있고, dx 및 dz 가 순간적으로 급상승하면 청소 로봇(100)이 급출발 또는 급정지한 것으로 판단할 수 있다.
또한, dx 및 dz 가 순간적으로 급상승했다가 다시 하강한 뒤에 일정 시간 간격을 두고 다시 순간적으로 급상승하면 문턱 등의 장애물을 승월한 뒤 하강한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 청소 로봇(100)이 장애물을 승월하는 경우, 하드 플로어에 해당하는 영역에서 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입하는 경우와 비슷한 부하가 주행 휠(122)에 가해질 수 있다. 따라서, 주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초한 판단 결과는 이 두 경우를 구분하지 못할 가능성이 있다.
그러나, 이 두 경우에 가속도 센서의 출력은 다른 결과를 나타내기 때문에, 제어부(110)는 가속도 센서(145)의 출력에 기초하여 청소 로봇(100)이 장애물을 승월하는 경우를 필터링할 수 있다.
구체적으로, 제어부(110)는 x 축 방향과 z축 방향으로의 가속도가 순간적으로 급상승하는 경우에는 청소 로봇(100)이 장애물을 승월하고 있는 것으로 판단하여 휠 센서(143)를 오프시키거나, 휠 센서(143)의 출력에 기초한 판단 결과가 소프트 플로어를 나타내더라도 소프트 플로어에 대응되는 흡입력 제어 및 주행 경로 제어를 수행하지 않을 수 있다.
또한, 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 주행 속도가 미리 설정된 속도 이상인 경우에만 휠 센서(143)의 출력을 흡입력 제어에 이용함으로써, 감지 결과 또는 흡입력 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 일 에로, 미리 설정된 속도는 200mm/s일 수 있다. 구체적으로, 청소 로봇(100)의 주행 속도가 미리 설정된 기준 속도 이상인 경우에만 휠 센서(143)를 이용하여 주행 휠(122)에 가해지는 부하를 감지하여 흡입력 제어에 이용하고, 기준 속도 미만인 경우에는 브러시(131b)에 가해지는 부하를 감지하여 흡입력 제어에 이용하거나, 흡입력 제어를 수행하지 않는 것도 가능하다.
또한, 제어부(110)는 청소 로봇(100)이 제자리에서 주행 방향을 변경하기 위해 회전하거나, 제자리에 멈추어 있는 경우에는 흡입 모듈(132)의 흡입력을 변경하지 않는 것으로 할 수도 있다. 구체적으로, 주행 휠(122)이 회전하더라도 청소 로봇(100)의 위치가 변경되지 않는 경우에는 휠 센서(143)가 부하를 감지하지 않거나, 휠 센서(143)의 감지 결과를 이용하지 않음으로써 흡입력을 그대로 유지할 수 있다. 이로써, 제자리에서 회전하는 주행 휠(122)의 부하 감지 결과에 오류가 발생하더라도, 그로 인한 흡입력 제어의 오류는 방지할 수 있다.
도 30은 소프트 플로어 영역과 하드 플로어 영역의 경계 영역이 짧은 경우에 대한 제어를 나타낸 도면이다.
도 30에 도시된 바와 같이, 청소 로봇(100)이 소프트 플로어(SF) 영역과 하드 플로어(HF) 영역의 경계(B)를 지나 하드 플로어 영역에 진입한 후 일정 거리를 이동하기 전에 벽이나 장애물(O)을 만나 더 이상 앞으로 주행할 수 없는 경우에는 흡입 모듈(132)의 흡입력을 소프트 플로어에 대응되는 흡입력으로 유지할 수 있다.
구체적으로, 두 영역의 경계(B)로부터 주행 방향에 존재하는 벽이나 장애물 사이의 구간을 경계 구간이라 하면, 경계 구간의 거리(d)가 미리 설정된 거리 미만으로 짧은 경우에는 바닥 상태 변화에 따른 흡입력 제어를 수행하지 않고 이전 영역에 대응되는 흡입력으로 유지할 수 있다.
도 30의 예시에서는 소프트 플로어 영역에서 하드 플로어 영역으로 전환되는 경우를 예로 들었으나, 그 반대의 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
이로써, 일정 거리 이상 주행한 이후에 감지된 결과에 대해서만 흡입력 제어를 수행함으로써, 감지 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 청소 로봇(100)은 주행 휠(122)에 가해지는 부하, 브러시(131b)에 가해지는 부하 및 본체(101)의 가속도를 상호 보완적으로 결합하여 바닥 상태를 판단함으로써 판단의 정확도를 향상시킬 수 있고, 나아가 바닥 상태에 따른 흡입력 제어를 통해 배터리를 효율적으로 소비하여 사용 시간을 극대화하고 바닥 상태에 따른 주행 경로 제어를 통해 청소 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법을 설명한다. 후술하는 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에는 전술한 실시예에 따른 청소 로봇(100)이 사용될 수 있다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 청소 로봇의 제어 방법에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 31은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 31을 참조하면, 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법은, 감지부(140)의 감지 결과에 기초하여 바닥 상태를 판단한다(312). 바닥 상태는 소프트 플로어와 하드 플로어를 포함할 수 있으며, 소프트 플로어는 카펫과 같이 거칠기가 있는 직물이 깔린 상태를 나타낼 수 있고 하드 플로어는 마루, 타일 등의 단단하고 매끈한 바닥을 나타낼 수 있다. 바닥 상태의 판단은 제어부(110)에 의해 수행될 수 있고, 청소 로봇(100)의 바닥면 위를 주행하면서 청소를 수행하는 청소 주행 중인 것으로 가정한다.
바닥 상태에 기초하여 흡입력 및 주행 경로를 제어한다(312). 예를 들어, 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에는 그에 대응되는 흡입력이 미리 설정되고 하드 플로어인 경우에는 그에 대응되는 흡입력이 미리 설정될 수 있다. 소프트 플로어에 대응되는 흡입력은 하드 플로어에 대응되는 흡입력보다 더 큰 값으로 설정될 수 있다. 주행 경로의 제어는 바닥 상태에 따라 효율적인 청소를 수행하기 위한 것이다.
한편, 바닥 상태의 판단 및 판단 결과에 따른 제어는 청소 주행 중 실시간 또는 일정 주기에 따라 반복적으로 이루어진다. 다만, 도 27의 순서도 및 후술할 순서도에서는 바닥 상태의 판단 및 판단 결과에 따른 제어로 이루어지는 한 주기에 대해서 설명하는 것으로 한다. 이하, 구체적인 주행 경로의 제어 동작에 관해 설명한다.
도 32는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 소프트 플로어에 대한 우선 청소를 수행하는 경우에 관한 순서도이고, 도 33은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 소프트 플로어에 대한 반복 청소를 수행하는 경우에 관한 순서도이며, 도 34는 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 소프트 플로어에 대한 생략 청소를 수행하는 경우에 관한 순서도이다. 도 32 내지 도 34의 예시에서는 청소 로봇(100)이 하드 플로어에 해당하는 영역을 청소 주행하고 있는 것을 기본 상태로 가정한다.
도 32를 참조하면, 감지부(140)의 감지 결과에 기초하여 바닥 상태를 판단한다(321).
바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면(322의 예), 흡입력을 증가시킨다(323). 즉, 소프트 플로어에 대응되는 흡입력으로 제어한다.
이와 함께, 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소를 수행한다(324). 일 예로, 청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역에서 하드 플로어에 해당하는 영역으로 넘어가면 제어부(110)가 이를 판단하고 청소 로봇(100)을 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 재진입시키는 과정을 반복하여 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 우선적으로 수행할 수 있다.
소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 우선 청소가 완료되면(325의 예), 다시 흡입력을 감소시키고(326), 전체 청소 영역(R) 중 나머지 하드 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 수행한다(327).
도 33을 참조하면, 바닥 상태를 판단하고(331), 일단 전체 청소 영역(R)에 대한 청소를 수행힌다(332). 제어부(110)는 전체 청소 영역(R)에 대해 하드 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어할 수도 있고, 전체 청소 영역(R)에 대한 청소 주행 중 하드 플로어에 해당하는 영역을 청소할 때에는 하드 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키고 소프트 플로어에 해당하는 영역을 청소할 때에는 소프트 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어하는 것도 가능하다.
청소 로봇(100)의 청소 주행 중 영상 센서(142)는 청소 영역에 관한 영상을 획득하고, 획득된 영상에 기초하여 생성된 청소 맵은 저장부(150)에 저장될 수 있다(333). 청소맵에는 청소 영역(R)의 바닥 상태에 관한 정보가 포함될 수 있다.
전체 청소 영역(R)에 대한 청소 주행이 완료되면, 소프트 플로어에 해당하는 해당하는 영역에 대한 반복 청소를 수행할 수 있다(334). 구체적으로, 제어부(110)는 주행부(120)를 제어하여 청소 로봇(100)을 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 재이동시킬 수 있고, 청소 로봇(100)이 소프트 플로어에 해당하는 영역에 진입하면, 제어부(110)는 소프트 플로어에 대응되는 흡입력을 발생시키도록 흡입 모듈(132)을 제어할 수 있다.
도 33의 예시에 따르면, 먼지 등의 이물질의 흡입이 더 어려운 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해 청소를 반복적으로 수행함으로써, 청소 효율을 더 높일 수 있다.
도 34를 참조하면, 감지부(140)의 감지 결과에 기초하여 바닥 상태를 판단한다(341).
바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단되면(342의 예), 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외하고 생략 청소를 수행한다(343). 즉, 하드 플로어에 해당하는 영역에 대해서만 청소를 수행한다.
예를 들어, 청소 로봇(100)이 하드 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소 주행 중 하드 플로어에 해당하는 영역과 소프트 플로어에 해당하는 영역의 경계(B)를 넘어 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입하면, 제어부(110)는 바닥 상태가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 바뀌었음을 판단할 수 있다.
이 때, 제어부(110)는 청소 로봇(100)의 주행 방향을 180도 회전하여 다시 하드 플로어에 해당하는 영역으로 진입할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 주행부(120)에 제어 신호를 전송함으로써 주행 방향을 제어할 수 있다.
이와 같이, 청소 로봇(100)이 하드 플로어에 해당하는 영역에서 소프트 플로어에 해당하는 영역으로 진입하면 제어부(110)가 이를 판단하고 청소 로봇(100)을 하드 플로어에 해당하는 영역으로 재진입시키는 과정을 반복하여 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대한 청소를 생략할 수 있다.
도 34의 예시에 따르면, 소프트 플로어에 해당하는 영역을 제외하고 하드 플로어에 해당하는 영역에 대해서만 저흡입력으로 신속하게 청소를 수행하고, 소프트 플로어에 해당하는 영역에 대해서는 사용자가 수동으로 청소를 수행하게 함으로써 청소 로봇(100)의 배터리를 절약하고 효율적인 청소를 수행할 수 있다.
도 35는 일 실시예에 따른 청소 로봇에 있어서, 벽면을 추종하면서 청소 주행을 수행하는 경우에 관한 순서도이다.
도 35를 참조하면, 감지부(140)의 감지 결과에 기초하여 바닥 상태를 판단한다(351).
바닥 상태가 소프트 플로어에 해당하고(352의 예), 청소 로봇이 벽면을 추종 중인 경우에는(353의 예), 흡입 모듈(132)의 흡입력을 제3레벨의 흡입력으로 제어한다(354).
또는, 바닥 상태가 소프트 플로어에 해당하고(352의 예), 청소 로봇이 벽면을 추종 중이 아닌 경우에는(353의 아니오), 흡입 모듈(132)의 흡입력을 제2레벨의 흡입력으로 제어한다(355). 제3레벨의 흡입력이 제2레벨의 흡입력보다 높은 값으로 설정될 수 있다.
도 36은 일 실시예에 따른 청소 로봇의 제어 방법에 있어서, 바닥 상태를 판단하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 36을 참조하면, 주행 휠(122)에 가해지는 부하를 감지하고(361a), 브러시(131b)에 가해지는 부하를 감지한다(361b). 주행 휠(122)에 가해지는 부하는 휠 모터(121)의 회전수를 감지하는 휠 센서(143)에 의해 감지될 수 있고, 브러시(131b)에 가해지는 부하는 브러시 모터(131a)의 전류를 측정하는 전류센서(144)에 의해 감지될 수 있다.
주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초하여 바닥 상태를 판단하고(362a), 브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초하여 바닥 상태를 판단한다(362b).
주행 휠(122)에 가해지는 부하에 기초하여 바닥 상태를 판단하는 것은, 상기 휠 모터의 회전수 및 상기 휠 모터의 듀티비에 기초하여 상기 바닥의 상태를 판단하는 것을 포함할 수 있고, 더 구체적인 내용은 전술한 청소 로봇(100)의 실시예에서와 동일하므로 여기서는 설명을 생략하도록 한다.
브러시(131b)에 가해지는 부하에 기초하여 바닥 상태를 판단하는 것은 브러시 모터(131a)의 전류가 미리 설정된 기준값 이상인 여부를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
두 판단 결과 중 적어도 하나가 소프트 플로어를 나타내면(363의 예), 최종적으로 바닥 상태가 소프트 플로어인 것으로 판단하고(364), 그에 맞는 제어를 수행할 수 있다. 바닥 상태에 따라 흡입력을 다르게 제어할 수도 있고, 주행 경로를 제어할 수도 있으며, 바닥 상태의 판단 결과를 시각적 또는 청각적으로 사용자에게 제공할 수도 있다. 또한, 바닥 상태가 소프트 플로어인 경우에는 블레이드(107)를 다운시켜 이물질의 흡입 효율을 향상시키는 것도 가능하다.
100: 청소 로봇
110: 제어부
120: 주행부
130: 클리닝부
140: 감지부
150: 저장부
160: 사용자 인터페이스

Claims (17)

  1. 본체;
    동력을 제공하는 휠 모터;
    상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 본체가 표면에서 이동하도록 하는 휠;
    회전 가능하도록 구성되고, 상기 본체가 상기 표면에서 이동함에 따라 상기 표면 위의 이물질을 분산시키는 브러시;
    상기 브러시에 의해 분산된 이물질을 흡입할 수 있는 흡입력을 제공하는 흡입 팬; 및
    상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 휠이 구동되어 상기 본체가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 이동하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬에 의해 제공되는 흡입력이 증가하도록 하는 제어를 수행하고, 상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 휠이 구동되어 상기 본체가 상기 소프트 플로어에서 상기 하드 플로어로 이동하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬에 의해 제공되는 흡입력이 감소하도록 하는 제어를 수행하는 제어부;를 포함하는 청소 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 휠 모터의 회전수를 감지하는 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 상기 휠 모터의 회전수가 증가하여 상기 본체가 소프트 플로어에서 하드 플로어로 이동하는 것으로 결정된 것에 응답하여 상기 흡입 팬에 의해 제공되는 흡입력이 감소하도록 하는 제어를 수행하고,
    상기 감지된 상기 휠 모터의 회전수가 감소하여 상기 본체가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 이동하는 것으로 결정된 것에 응답하여 상기 흡입 팬에 의해 제공되는 흡입력이 증가하도록 하는 제어를 수행하는 청소 로봇.
  3. 제 1항에 있어서,
    자동 청소 모드에 대한 선택을 수신하는 사용자 인터페이스;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 사용자 인터페이스에 의해 상기 자동 청소 모드가 선택되고, 상기 본체가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 이동하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬에 의해 제공되는 흡입력이 증가하도록 하는 제어를 수행하고, 상기 사용자 인터페이스에 의해 상기 자동 청소 모드가 선택되고, 상기 본체가 소프트 플로어에서 하드 플로어로 이동하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬에 의해 제공되는 흡입력이 감소하도록 하는 제어를 수행하는 청소 로봇.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스는,
    상기 흡입력의 강도에 따라 구분되는 복수의 흡입 모드 중에서 어느 하나의 흡입 모드에 대한 선택을 수신하는 청소 로봇.
  5. 제 1항에 있어서,
    제 1모드, 제 2모드 및 제 3모드중 어느 하나의 모드에 대한 선택을 수신하는 사용자 인터페이스;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드의 순서로 상기 흡입력을 증가시키는 청소 로봇.
  6. 본체;
    동력을 제공하는 휠 모터;
    상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 본체가 표면 상에서 이동하도록 하는 휠;
    동력을 제공하는 브러시 모터;
    회전 가능하도록 구성되어 상기 본체가 상기 표면 상에서 이동함에 따라 상기 표면 위의 이물질을 분산시키는 브러시;
    상기 브러시에 의해 분산된 이물질을 흡입할 수 있는 흡입력을 제공하는 흡입 팬;
    상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 본체가 표면 상에서 이동함에 따라 상기 휠에 가해지는 부하를 감지하는 센서; 및
    상기 센서에 의해 감지된 부하에 기초하여 상기 흡입 팬의 흡입력을 제어하는 제어부;를 포함하는 청소 로봇.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체가 하드 플로어에서 소프트 플로어로 이동함에 따라 상기 감지된 부하가 증가하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬의 흡입력이 증가하도록 하는 제어를 수행하고,
    상기 본체가 소프트 플로어에서 하드 플로어로 이동함에 따라 상기 감지된 부하가 감소하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬의 흡입력이 감소하도록 하는 제어를 수행하는 청소 로봇.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 소프트 플로어는 카펫을 포함하는 청소 로봇.
  9. 제 6항에 있어서,
    자동 청소 모드에 대한 선택을 수신하는 사용자 인터페이스;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 사용자 인터페이스에 의해 상기 자동 청소 모드가 선택된 것에 응답하여, 상기 센서에 의해 감지된 부하에 기초하여 상기 흡입 팬의 흡입력을 제어하는 청소 로봇.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스는,
    상기 흡입력의 강도에 따라 구분되는 복수의 흡입 모드 중에서 어느 하나의 흡입 모드에 대한 선택을 수신하는 청소 로봇.
  11. 제 7항에 있어서,
    제 1모드, 제 2모드 및 제 3모드중 어느 하나의 모드에 대한 선택을 수신하는 사용자 인터페이스;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드의 순서로 상기 흡입력을 증가시키는 청소 로봇.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 센서는,
    상기 휠의 부하를 감지하기 위해 상기 휠 모터의 회전수를 감지하는 청소 로봇.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 흡입 팬에 구동력을 제공하는 흡입 모터;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서에 의해 감지된 회전수가 기준값 이상에서 상기 기준값 미만으로 감소하는 것에 응답하여 상기 흡입 모터의 출력 레벨을 증가시키는 청소 로봇.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 흡입 팬에 구동력을 제공하는 흡입 모터;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서에 의해 감지된 회전수가 기준값 미만에서 상기 기준값 이상으로 증가하는 것에 응답하여 상기 흡입 모터의 출력 레벨을 감소시키는 청소 로봇.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서에 의해 감지된 회전수가 증가하고, 상기 감지된 회전수의 증가를 보상하기 위해 상기 휠 모터의 듀티 비(duty ratio)가 감소하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬의 흡입력이 감소하도록 하는 제어를 수행하고,
    상기 센서에 의해 감지된 회전수가 감소하고, 상기 감지된 회전수의 감소를 보상하기 위해 상기 휠 모터의 듀티 비(duty ratio)가 증가하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬의 흡입력이 증가하도록 하는 제어를 수행하는 청소 로봇.
  16. 본체; 동력을 제공하는 휠 모터; 상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 본체가 표면 상에서 이동하도록 하는 휠; 회전 가능하도록 구성되어 상기 본체가 상기 표면 상에서 이동함에 따라 상기 표면 위의 이물질을 분산시키는 브러시; 및 상기 브러시에 의해 분산된 이물질을 흡입할 수 있는 흡입력을 제공하는 흡입 팬;을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법에 있어서,
    상기 휠 모터에 의해 제공되는 동력에 의해 상기 휠이 구동되어 상기 본체가 상기 표면에서 이동함에 따라 상기 휠 모터의 회전수를 감지하고;
    상기 감지된 회전수의 변화를 보상하기 위해 상기 휠 모터의 듀티 비를 조절하고;
    상기 감지된 회전수 및 상기 조정된 듀티 비에 기초하여 상기 흡입 팬의 흡입력을 제어하는 것;을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 감지된 회전수 및 상기 조정된 듀티 비에 기초하여 상기 흡입 팬의 흡입력을 제어하는 것은,
    상기 감지된 회전수가 증가하고, 상기 감지된 회전수의 증가를 보상하기 위해 상기 휠 모터의 듀티 비(duty ratio)가 감소하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬의 흡입력이 감소하도록 제어하고,
    상기 감지된 회전수가 감소하고, 상기 감지된 회전수의 감소를 보상하기 위해 상기 휠 모터의 듀티 비(duty ratio)가 증가하는 것에 응답하여 상기 흡입 팬의 흡입력이 증가하도록 제어하는 것을 포함하는 청소 로봇의 제어 방법.
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