(57)【要約】【課題】掃除機の現在位置をより正確に認識できるようにし、指示された作業を効率的に行えるロボット掃除機とそのシステム位置認識方法を提供する。【解決手段】ロボット掃除機は、複数の車輪を駆動する駆動と、走行方向に垂直な上方のイメージを撮像できるよう本体上に設けられた上方カメラと、作業領域の天井に設けられた認識用マークに対し上方カメラによって撮像されたイメージ情報を利用して位置を認識し、認識された位置情報を利用して目的する作業に対応するよう駆動部を制御する制御部とを備える。【選択図】　　　図２
2004057798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置と無線で通信しながら作業を行うロボット掃除機であって、
複数の車輪を駆動する駆動部と、
走行方向に垂直な上方のイメージを撮像できるよう本体上に設けられた上方カメラと、
作業領域の天井に設けられた認識用マークに対し当該上方カメラによって撮像されたイメージ情報を利用して位置を認識し、認識された位置情報を利用して目的する作業に対応するよう当該駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とするロボット掃除機。
【請求項２】
前記認識用マークは少なくとも２つ以上が互いに離隔するように設けられ、
前記制御部は、前記上方カメラによって撮像された現在のイメージ内における前記認識用マークの座標情報と予め前記上方カメラによって記憶された座標情報とを比較して位置を判断することを特徴とする請求項１に記載のロボット掃除機。
【請求項３】
前記認識用マークそれぞれは、識別できるよう互いに異なる形状を有することを特徴とする請求項２に記載のロボット掃除機。
【請求項４】
前記認識用マークは黒色で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のロボット掃除機。
【請求項５】
前記認識用マークは、所定の中心点から放射方向に応じて互いに異なる長さを有する複数の方向指示部が一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット掃除機。
【請求項６】
複数の車輪を駆動する駆動部と、走行方向に垂直な上方のイメージを撮像できるよう本体上に設けられた上方カメラを備えたロボット掃除機、及び前記ロボット掃除機と無線で交信する遠隔制御機を備えるロボット掃除機システムであって、
前記遠隔制御機は、前記ロボット掃除機の作業領域の天井に設けられた認識用マークに対し前記上方カメラによって撮像されたイメージ情報を利用して位置を認識し、認識された位置から目的する作業が行えるよう前記ロボット掃除機の作業経路を制御することを特徴とするロボット掃除機システム。
【請求項７】
前記認識用マークは少なくとも２つ以上が互いに離隔するよう設けられ、
前記遠隔制御機は、前記上方カメラによって撮像された現在のイメージ内の前記認識用マークの座標と予め前記上方カメラによって記憶された座標情報とを比較して位置を判断することを特徴とする請求項６に記載のロボット掃除機システム。
【請求項８】
前記認識用マークそれぞれは、識別できるよう互いに異なる形状を有していることを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機システム。
【請求項９】
前記認識用マークは黒色で形成されていることを特徴とする請求項８に記載のロボット掃除機システム。
【請求項１０】
前記認識用マークは、所定の中心点から放射方向に応じて互いに異なる長さを有する複数の方向指示部が一体に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のロボット掃除機システム。
【請求項１１】
上方カメラを備えたロボット掃除機の制御方法において、
作業指令信号が入力されると、前記上方カメラによって撮像された上方イメージ内の認識用マークの初期位置値を保存する段階と、
作業に対応する目的位置までの走行経路を算出する段階と、
算出された走行経路に沿って前記ロボット掃除機を走行させる段階と、
前記認識用マークの初期位置値と現在前記上方カメラによって撮像された上方イメージ内の認識用マークの位置値とを比較して前記走行経路を調整する段階と、を含むことを特徴とするロボット掃除機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット掃除機とそのシステム及び制御方法に係り、より詳細には掃除機が走行しながら撮像されたイメージ情報を利用して現在位置を認識するロボット掃除機とそのシステム及び位置認識方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ロボット掃除機は、本体上に設けられた超音波センサーを利用し壁や障害物で囲まれた掃除領域の外郭を走行して掃除する領域を決め、決められた掃除領域を掃除するための掃除経路を計画する。次いで、車輪の回転数及び回転角度を検出するセンサーを通じて検出された信号から走行距離及び現在位置を算出しつつ計画された掃除経路を走行できるよう車輪を駆動させる。ところが、このような位置認識方式は、掃除機が走行する間、車輪の滑り、底面の屈曲等によってセンサーで検出された信号から算出された走行距離及び移動位置と実際の走行距離及び位置とは誤差が生じる。このような位置認識の誤差は、掃除機が走行すればするほど累積され、それによって累積された位置認識の誤差によって走行する掃除機が計画された掃除経路を離脱し得る。その結果、掃除作業が行われない領域ができたり、同じ領域を数回繰り返して掃除したりして作業の効率が落ちてしまう問題点がある。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，９６３，６６３号公報
【特許文献２】
韓国特開２００２−３９８０６号公報
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出され、掃除機の現在位置をより正確に認識できるようにし、指示された作業を効率的に行えるロボット掃除機とそのシステム位置認識方法を提供することをその目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすために、本発明に係るロボット掃除機は、外部装置と無線で通信しながら作業を行うロボット掃除機において、複数の車輪を駆動する駆動部と、走行方向に垂直な上方のイメージを撮像できるよう本体上に設けられた上方カメラと、作業領域の天井に設けられた認識用マークに対し、当該上方カメラによって撮像されたイメージ情報を利用して位置を認識し、認識された位置情報を利用して目的する作業に対応するよう当該駆動部を制御する制御部とを備える。
【０００５】
前記認識用マークは少なくとも２つ以上が互いに離隔するように設けられ、前記制御部は、前記上方カメラによって撮像された現在のイメージ内における前記認識用マークの座標情報と予め前記上方カメラによって記憶された座標情報とを比較して位置を判断する。
【０００６】
望ましくは、前記認識用マークそれぞれは、識別できるよう互いに異なる形状を有する。又、前記認識用マークは黒色で形成される。
【０００７】
本発明の他の側面によると、前記認識用マークは、所定の中心点から放射方向に応じて互いに異なる長さを有する複数の方向指示部が一体に形成される。
【０００８】
又、上記の目的を果たすために、本発明に係るロボット掃除機システムは、複数の車輪を駆動する駆動部と、走行方向に垂直な上方のイメージを撮像できるよう本体上に設けられた上方カメラを備えたロボット掃除機、及び前記ロボット掃除機と無線で交信する遠隔制御機を備えるロボット掃除機システムにおいて、前記遠隔制御機は、前記ロボット掃除機の作業領域の天井に設けられた認識用マークに対し前記上方カメラによって撮像されたイメージ情報を利用して位置を認識し、認識された位置から目的する作業が行えるよう前記ロボット掃除機の作業経路を制御する。
【０００９】
又、上記の目的を果たすため、本発明に係るロボット掃除機の制御方法は、作業指令信号が入力されると、前記上方カメラによって撮像された上方イメージ内の認識用マークの初期位置値を保存する段階と、作業に対応する目的位置までの走行経路を算出する段階と、算出された走行経路に沿って前記ロボット掃除機を走行させる段階と、前記認識用マークの初期位置値と現在前記上方カメラによって撮像された上方イメージ内の認識用マークの位置値とを比較して前記走行経路を調整する段階と、を含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るロボット掃除機のカバーを分離した状態を示す斜視図であり、図２は、図１の本発明に係るロボット掃除機システムを示すブロック図である。
【００１１】
図面を参照すると、ロボット掃除機１０は、吸塵部１１、センサー部１２、前方カメラ１３、上方カメラ１４、駆動部１５、記憶装置１６、送／受信部１７、及び制御部１８を備える。参照符号１９はバッテリーである。
【００１２】
吸塵部１１は、空気を吸入しながら対向する底面の塵を集塵できるよう本体１０ａ上に設けられている。このような吸塵部１１は、一般に知られている多様な方式によって構成できる。一例として、吸塵部１１は、吸入モーター（図示せず）と、吸入モーターの駆動によって底面と対向するよう形成された吸入口又は吸入管を通じて吸入された塵を集塵する集塵室を備える。
【００１３】
センサー部１２は、外部に信号を送出し、反射された信号を受信できるよう胴体の側面まわりに所定間隔に配置されている障害物検出センサー１２ａと、走行距離を測定することができる走行距離検出センサー１２ｂとを備える。
【００１４】
障害物検出センサー１２ａは、赤外線を出射する赤外線発光素子１２ａ１と、反射された光を受信する受光素子１２ａ２が垂直に対を成して外周面に沿って多数配列されている。又、他の形としては、障害物検出センサー１２ａは超音波を出射し、反射された超音波を受信できるようになっている超音波センサーが適用され得る。障害物検出センサー１２ａは障害物又は壁との距離を測定するのにも利用される。
【００１５】
走行距離検出センサー１２ｂは、車輪（１５ａ乃至１５ｄ）の回転数を検出する回転検出センサーが適用され得る。たとえば、回転検出センサーは、モーター１５ｅ、１５ｆの回転数を検出できるよう設けられたエンコーダーが適用され得る。
【００１６】
前方カメラ１３は、前方のイメージを撮像できるよう本体１０ａ上に設けられ撮像されたイメージを制御部１８に出力する。
【００１７】
上方カメラ１４は、上方のイメージを撮像できるよう本体１０ａ上に設けられ撮像されたイメージを制御部１８に出力する、望ましくは、上方カメラ１４には魚眼レンズ（図示せず）が適用される。　魚眼レンズは、撮像視野角が魚眼のように広く、たとえば１８０°程度まで提供できるよう設計された少なくとも１つ以上のレンズから成っている。魚眼レンズは、所望の視野角度範囲又は許容歪曲量に合わせて適切に設計される。魚眼レンズの構造は、大韓民国公開特許１９９６−７００５２４５号、大韓民国公開特許１９９７−４８６６９号、大韓民国公開特許１９９４−２２１１２号などに開示されており、多くのレンズ製造会社が市販しているのでその詳細な説明は省略する。
【００１８】
駆動部１５は、前方の両側に設けられた２つの車輪１５ａ，１５ｂと、後方の両側に設けられた２つの車輪１５ｃ，１５ｄと、後方の２つの車輪１５ｃ，１５ｄを各々回転駆動させるモーター１５ｅ，１５ｆ、及び後方の車輪１５ｃ，１５ｄで発生する動力を前方の車輪に伝達できるよう設けられたタイミングベルト１５ｇを備える。駆動部１５は、制御部１８の制御信号に応じて各モーター１５ｅ，１５ｆを独立的に正方向／逆方向に回転駆動させる。方向回転は各モーターの回転数が異なるように駆動させるとよい。
【００１９】
送／受信部１７は、送信対象データをアンテナー１７ａを通じて送出し、アンテナー１７ａを通じて受信された信号を制御部１８に伝送する。
【００２０】
制御部１８は、送／受信部１７を通じて受信された信号を処理し、各要素を制御する。本体１０ａ上に機器の機能設定を操作するための多数のキーが設けられたキー入力装置（図示せず）を更に備えた場合制御部１８はキー入力装置から入力されたキー信号を処理する。
【００２１】
制御部１８は、上方カメラ１４によって撮像された上方イメージ内に位置認識用に利用するために作業領域の天井に設けられた認識用マーク３１ａ、３１ｂ（図３参照）の位置情報を利用して現在位置を認識し、認識された位置情報を利用して目的する作業を行うよう各要素を制御する。
【００２２】
制御部１８が上方カメラ１４によって撮像されたイメージ内で認識用マークを探せるよう比較用認識用マークに対する基本イメージ情報は記憶装置１６に保存されている。
【００２３】
撮像されたイメージから認識用マークを抽出する映像処理方式は、一般に知られている多様な方式が適用できる。たとえば、撮像されたイメージに対しグレーレベルに変換した後、認識用マークと類似する値を有するピクセル点を繋げた領域に対し類似程度を比較して判断する方式が適用できる。また、認識用マークに対するイメージデータの分布形態を予め記憶させておいた後、記憶されたデータ値と類似する分布を有するイメージ領域を認識用マークとして決定するようにしてもよい。
【００２４】
認識用マークは、ロボット掃除機１０の移動方向及び移動距離の測定が容易な多様な形が適用できる。
【００２５】
認識用マークの一例が適用された作業空間が図３に示されている。ロボット掃除機１０の作業空間上方の天井３３に２つの認識用マーク３１ａ，３１ｂが設けられている。参照符号３５は施設物の一つである蛍光燈である。
【００２６】
このような認識用マーク３１ａ、３１ｂが設けられた上方領域に対し魚眼レンズが採用された上方カメラ１４によって撮像されたイメージを補正処理した後の映像のイメージの例が図４に示されている。ここで、映像イメージの補正処理は、広角用魚眼レンズによって撮像された映像が半球の表面にマッピングされたように歪んで提供されるため、これを実際の空間情報に対応する線形状にイメージを補正処理することをいう。
【００２７】
したがって、このようなイメージの補正処理を行う映像補正部（図示せず）が制御部１８又は制御部１８によって実行できるよう記憶装置１６に設けられていることが望ましい。
【００２８】
ここで、映像補正部は、半球状に歪んだ映像を平面形態の線形状に補正するよう処理するところであり、多様な方式が知られている。たとえば、大韓民国登録特許１６３９１５号に開示された魚眼レンズの歪曲率に対応する逆加重値を受信された映像に適用して補償する方式があり、その他歪曲率を補償するための多様な方式が知られている。
【００２９】
一方、このような認識用マーク３１ａ、３１ｂを利用する制御部１８は、上方カメラ１４によって撮像された現在イメージ内にある認識用マーク３１ａ、３１ｂの座標情報及び認識用マーク３１ａ、３１ｂを互いに連結する直線の傾き及び認識用マーク相互間の離隔距離情報などを予め上方カメラ１４によって記憶された情報と比較して位置変動量を算出して現在位置を把握する。
【００３０】
これを図５を参照して更に詳細に説明する。現在上方カメラ１４に沿って撮像され補正処理されたイメージの全体画面３７内にある任意のイメージに対し座標値及びその他パラメーターを算出する過程を説明するために基準点（０，０）から直交する軸（Ｘ，Ｙ）に全体画面３７を対応付けた図である。図面で参照符号３９で示されたマークは、上方カメラ１４の中心位置を表示し、現在のロボット掃除機１０の位置に対応する。
【００３１】
図面によって理解できるように、制御部１８は、上方カメラ１４によって撮像されたイメージ内にある認識用マーク３１ａ，３１ｂ各々のイメージ内における座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）、離隔距離Ｄ及び認識用マーク３１ａ、３１ｂを繋ぐ線の傾きに当たる角度Ａデータなどと予め記憶しておいたデータとを比較して位置変動量及び現位置を算出する。
【００３２】
一方、望ましくは、このような位置認識に用いられる認識用マークは互いに区別できるよう形状が異なるのが適用される。
【００３３】
又、電灯から出射される光及び通常的室内が明るい素材で仕上げ処理される点などを考慮し、イメージ処理時認識用マーク３１ａ、３１ｂの識別が用意になるよう認識用マーク３１ａ、３１ｂは黒色で形成することが望ましい。
【００３４】
また、２つの認識用マーク３１ａ、３１ｂを適用する方式以外にも図６に示したような一体型認識用マークを適用することができる。
【００３５】
一体型認識用マーク３１ａ、３１ｂは、中央部１３１ａから方位別に４つの方向指示部１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅが形成されている。各方向指示部１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅは、中央部１３１ａから水平方向に延びた方向指示部１３１ｂ，１３１ｄの長さが互いに異なっている。このような認識用マーク１３１は、以前に撮像したものと現在撮像したものとの比較により回転方向及び移動距離情報を容易に算出することができる。図示された例において、４つの方向指示部１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅのうちどれか１つ省略されてもよい。
【００３６】
制御部１８は、キー入力装置または外部から無線で作業要請信号が入力されると、記憶された認識用マークと上方カメラ１４から入力された現在のイメージ内にある認識用マーク３１ａ、３１ｂとの位置情報を比較しつつロボット掃除機１０の現位置を認識し、認識された位置から目的する走行経路に対応するよう駆動部１５を制御する。ここで、作業要請信号は、掃除作業又はカメラを通じた監視作業等を含む。制御部１８は、目的する走行経路に沿って移動するときは、エンコーダーから測定された走行距離と現在撮像されたイメージ内の認識用マーク３１ａ、３１ｂの位置情報と予め記憶された認識用マークの位置情報との比較によって認識された現位置を利用して走行誤差を算出し、誤差を補正して目的する走行経路を追跡するよう駆動部１５を制御する。また、障害物を通過する過程において、認識用マーク３１ａ、３１ｂが捉えられない場合は、制御部１８はエンコーダーから算出された移動距離及び方向情報を利用して限時的に走行を制御する。
【００３７】
以上では、制御部１８が直接上方カメラによって撮像された認識用マークの情報を利用して自体的に位置認識処理を行う例を説明した。
【００３８】
本発明の更なる他の側面によると、ロボット掃除機の位置認識時に必要な演算処理負担を減らすためにロボット掃除機の位置認識を外部で処理するようロボット掃除機システムが構築される。
【００３９】
このため、ロボット掃除機１０は、撮像された映像情報を外部に無線で送出し、外部から受信された制御信号に応じて動作するよう構成され、遠隔制御機４０は、ロボット掃除機１０の駆動を無線で制御しつつロボット掃除機の走行を制御する。
【００４０】
遠隔制御機４０は無線中継機４１と中央制御装置５０とを備える。
【００４１】
無線中継機４１は、ロボット掃除機１０から受信された無線信号を処理し、有線を通じて中央制御装置５０に伝送し、中央制御装置５０から受信された信号をアンテナー４２を通じて無線でロボット掃除機１０に送出する。
【００４２】
中央制御装置５０は、通常コンピュータで構築され、その一例が図７に示されている。図面を参照すると、中央制御装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）５１、ロム（ＲＯＭ）５２、ラム（ＲＡＭ）５３、表示装置５４、入力装置５５、記憶装置５６、及び通信装置５７を備える。
【００４３】
記憶装置５６には、ロボット掃除機１０を制御し、ロボット掃除機１０から伝送された信号を処理するロボット掃除機ドライバー５６ａが設けられている。
【００４４】
ロボット掃除機ドライバー５６ａが実行されると、ロボット掃除機１０の制御を設定できるメニューを表示装置５４を通して提供し、提供されたメニューに対しユーザから選択されたメニュー項目がロボット掃除機によって実行できるよう処理する。前記メニューは、大分類として掃除作業遂行、監視作業遂行を含み、大分類に対するサブ選択メニューとして作業対象領域選択リスト、作業方式など適用される機器で支援できる多数のメニューが提供されることが望ましい。
【００４５】
ロボット掃除機ドライバー５６ａは、ロボット掃除機１０を制御して、受信された上方イメージと記憶された認識用マークを利用して前で説明した方式によりロボット掃除機１０の位置を判断する。
【００４６】
ロボット掃除機１０の制御部１８は、ロボット掃除機ドライバー５６ａから無線中継機４１を通して受信された制御情報に応じて駆動部１５を制御し、位置認識のためのイメージ演算処理負担は省略される。また、制御部１８は、走行中に一定のサイクルで撮像された上方イメージを無線中継機４１を通じて中央制御装置５０に伝送する。
【００４７】
以下、ロボット掃除機の制御過程を図９を参照して更に詳細に説明する。まず、作業指令が受信されたか否か判断する（段階１００）。
【００４８】
作業指令が受信されたと判断すると、上方カメラによって撮像された上方イメージ内の認識用マークの初期位置値を保存する（段階１１０）。
【００４９】
その後、受信された作業指令に対応する目的位置である作業場所又は作業経路に移動するための走行経路を算出する（段階１２０）。
【００５０】
次いで、算出された走行経路に沿ってロボット掃除機１０を走行させる（段階１３０）。
【００５１】
走行過程で現在上方カメラ１４から受信された上方イメージ内の認識用マークの位置情報と記憶された初期位置値とを比較して掃除機の位置変動量を算出する（段階１４０）。
【００５２】
算出された位置変動量を分析して走行補正が必要であるか否か判断する（段階１５０）。
【００５３】
段階１５０で走行経路の補正が必要だと判断すると、認識された現位置情報を利用して走行経路を補正する（段階１６０）。
【００５４】
その後、作業が完了したか否か判断する（段階１７０）。ここで、作業は走行が行われる作業、たとえば目的地への移動、又は掃除対象経路を走行しながら行う掃除作業をいう。作業が完了していなと判断すると、作業が完了するまで段階１３０乃至１７０を繰り返す。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロボット掃除機及びシステム及びその制御方法によると、施設物の変更が相対的に少ない天井に設けた認識用マークに対し撮像したイメージ内の認識用マークの位置情報を利用して位置を認識することにより、位置認識がより精密になり、目的地への移動又は掃除作業を一層円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロボット掃除機のカバーを分離した状態を示した斜視図である。
【図２】本発明に係るロボット掃除機システムを示したブロック図である。
【図３】図１のロボット掃除機が部屋内に位置された状態を示す図である。
【図４】図３の天井に対し上方カメラによって撮像されたイメージを示す図である。
【図５】図３の認識用マークのイメージ内の位置情報を利用してロボット掃除機の位置を算出する過程を説明するための図である。
【図６】本発明の更なる他の実施例に係る認識用マークを示す底面図である。
【図７】図２の中央制御装置を示すブロック図である。
【図８】本発明に係るロボット掃除機の作業遂行過程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　　ロボット掃除機
１０ａ　本体
１１　　吸塵部
１２　　センサー部
１２ａ　障害物検出センサー
１２ａ１　赤外線発光素子
１２ａ２　受光素子
１２ｂ　走行距離検出センサー
１３　　前方カメラ
１４　　上方カメラ
１５　　駆動部
１５ａ〜１５ｄ　車輪
１５ｅ〜ｆ　モーター
１５ｇ　タイミングベルト
１６、５６　記憶装置
１７　　送／受信部
１７ａ、４２　アンテナ
１８　　制御部
３１ａ、３１ｂ、１３１　認識用マーク
３３　　天井
３５　　蛍光燈
３７　　全体画面
４０　　遠隔制御機
４１　　無線中継機
５０　　中央制御装置
５１　　中央処理装置（ＣＰＵ）
５２　　ロム（ＲＯＭ）
５３　　ラム（ＲＡＭ）
５４　　表示装置
５５　　入力装置
５６ａ　ロボット掃除機ドライバー
５７　　通信装置
１３１ａ　中央部
１３１ｂ〜１３１ｅ　方向指示部
【図１】
2004057798.tif 000003
【図２】
2004057798.tif 000004
【図３】
2004057798.tif 000005
【図４】
2004057798.tif 000006
【図５】
2004057798.tif 000007
【図６】
2004057798.tif 000008
【図７】
2004057798.tif 000009
【図８】
2004057798.tif 000010