(57)【要約】【課題】  赤外線信号と超音波信号との時間差に基づいて移動ロボットの位置を正確且つ精密に検出し得る移動ロボットの位置を検出する方法及びその装置の提供。【解決手段】  赤外線信号及び複数の超音波信号を受信し、それら受信された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算する段階と、それら計算された時間差値及び予め保存された前記超音波信号を発振する複数の超音波発振部間の距離値に基づいて移動ロボットの位置を検出する段階と、を順次行って移動ロボットの位置を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線信号及び複数の超音波信号を受信し、それら受信された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算する段階と、
それら計算された時間差値及び予め保存された前記超音波信号を発振する複数の超音波発振部間の距離値に基づいて移動ロボットの位置を検出する段階と、
を順次行うことを特徴とする移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項２】
前記時間差を計算する段階は、
前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記各超音波信号が受信された時間を測定することを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項３】
前記移動ロボットの位置を検出する段階は、
前記計算された時間差値に音速をかけて前記各超音波発振部と前記移動ロボット間の距離を計算する段階と、
それら計算された距離値及び予め保存された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する段階と、
からなることを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項４】
前記移動ロボットの位置を検出する段階は、
前記計算された距離値及び予め保存された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて、三角測量法により前記移動ロボットの位置を検出することを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項５】
前記各超音波信号は、
互いに異なる周波数を有することを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項６】
固定された赤外線発生部から発生される赤外線信号及び固定された複数の超音波発振部から発振される超音波信号を移動ロボットに伝送する段階と、
それら伝送された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算する段階と、
それら計算された時間差値に基づいて前記移動ロボットと前記各超音波発振部間の距離を計算する段階と、
それら計算された距離値及び予め設定された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する段階と、
を順次行うことを特徴とする移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項７】
前記時間差を計算する段階は、
前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記各超音波信号が受信された時間を測定することを特徴とする請求項６記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項８】
前記移動ロボットと前記各超音波発振部間の距離を計算する段階は、
前記計算された時間差値に音速をかけることで計算されることを特徴とする請求項６記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項９】
前記移動ロボットの位置を検出する段階は、
前記計算された距離値及び予め設定された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出することを特徴とする請求項６記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１０】
前記移動ロボットの位置を検出する段階は、
前記計算された距離値及び予め設定された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて、三角測量法により前記移動ロボットの位置を検出することを特徴とする請求項６記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１１】
前記各超音波信号は、
互いに異なる周波数を有することを特徴とする請求項６記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１２】
移動ロボットと充電部間の距離を計算して前記移動ロボットの位置を検出する方法であって、
前記充電部に設置された赤外線発生部及び第１超音波発振部からそれぞれ同時に発生される赤外線信号及び第１超音波信号を受信する段階と、
それら赤外線信号及び第１超音波信号に基づいて前記移動ロボットと前記第１超音波発振部間の距離を計算する段階と、
前記充電部に設置された第２超音波発振部から第２超音波信号を受信する段階と、
該第２超音波信号に基づいて前記移動ロボットと前記第２超音波発振部間の距離を計算する段階と、
予め保存された前記第１超音波発振部と前記第２超音波発振部間の距離値、前記第１超音波発振部と前記移動ロボット間の距離値及び前記第２超音波発振部と前記移動ロボット間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する段階と、
を順次行うことを特徴とする移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１３】
前記移動ロボットと前記第１超音波発振部間の距離を計算する段階は、
前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記第１超音波信号が受信された時間を測定する段階と、
該測定された時間に音速をかける段階と、
からなることを特徴とする請求項１２記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１４】
前記第２超音波信号は、
予め決定された時間が経過すると発振されることを特徴とする請求項１２記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１５】
前記移動ロボットと前記第２超音波発振部間の距離を計算する段階は、
前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記第２超音波信号が受信された時間を測定する段階と、
前記第２超音波信号が受信された時間から前記予め決定された時間を減算し、該減算された時間値に音速をかける段階と、
からなることを特徴とする請求項１４記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１６】
前記第１超音波信号と前記第２超音波信号とは、
互いに異なる周波数を有することを特徴とする請求項１２記載の移動ロボットの位置を検出する方法。
【請求項１７】
赤外線信号及び複数の超音波信号を受信し、それら受信された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算し、それら計算された時間差値及び前記超音波信号を発振する複数の超音波発振部間の距離値に基づいて移動ロボットの位置を検出することを特徴とする移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項１８】
前記移動ロボットの位置を検出する装置は、
前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記各超音波信号が受信された時間を測定する手段を更に包含して構成されることを特徴とする請求項１７記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項１９】
前記移動ロボットの位置を検出する装置は、
前記計算された時間差値に音速をかけて前記各超音波発振部と前記移動ロボット間の距離を計算する手段と、
それら計算された距離値及び予め保存された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する手段と、
を更に包含して構成されることを特徴とする請求項１７記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２０】
前記移動ロボットの位置を検出する装置は、
前記計算された距離値及び予め保存された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて、三角測量法により前記移動ロボットの位置を検出する手段を更に包含して構成されることを特徴とする請求項１７記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２１】
前記各超音波信号は、
互いに異なる周波数を有することを特徴とする請求項１７記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２２】
移動ロボットと充電部間の距離を計算して前記移動ロボットの位置を検出する装置であって、
前記充電部に設置され、赤外線信号を発生する赤外線信号発生部と、
前記充電部に設置され、前記赤外線信号と同時に第１超音波信号を発振する第１超音波発振部と、
前記充電部に設置され、前記第１超音波信号が発生された後第２超音波信号を発振する第２超音波発振部と、
前記赤外線信号が受信された時間を基準に、前記第１超音波信号との時間差及び前記第２超音波信号との時間差をそれぞれ計算し、それら計算された時間差に基づいて前記移動ロボットと前記第１及び第２超音波発振部間の距離を計算し、それら計算された距離値及び予め設定された前記第１超音波発振部と前記第２超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する位置検出部と、
を包含して構成されることを特徴とする移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２３】
前記位置検出部は、
前記赤外線信号及び前記第１超音波信号を受信し、前記赤外線信号が受信された時点を基準に前記第１超音波信号が受信された時間を測定する第１測定部と、
該第１測定部２１１により測定された時間に基づいて前記移動ロボットと前記第１超音波発振部間の距離を演算する第１距離演算部と、
前記赤外線信号が受信された時点を基準に前記第２超音波信号が受信された時間を測定する第２測定部と、
該第２測定部により測定された時間に基づいて前記移動ロボットと前記第２超音波発振部間の距離を演算する第２距離演算部と、
前記第１超音波発振部と前記第２超音波発振部間の距離値、前記第１超音波発振部と前記移動ロボット間の距離値及び前記第２超音波発振部と前記移動ロボット間の距離値に基づいて前記移動ロボットと前記充電部間の距離及び角度を検出する距離及び角度演算部と、
を包含して構成されることを特徴とする請求項２２記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２４】
前記充電部は、
複数の超音波発振部を更に包含して構成されることを特徴とする請求項２２記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２５】
前記第１超音波信号と前記第２超音波信号とは、
互いに異なる周波数を有することを特徴とする請求項２２記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【請求項２６】
前記第２超音波発振部は、
前記第１超音波発振部から前記第１超音波信号が発振された後予め決定された時間が経過すると前記第２超音波信号を発振することを特徴とする請求項２２記載の移動ロボットの位置を検出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動ロボット(mobile  robot)に係るもので、詳しくは、移動ロボットの位置を検出する方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動ロボット、特に、ロボット清掃機とは、使用者の操作なしに、部屋(例えば、居間、奥の部屋など)の壁面に沿って自走しながら底面上の埃及び異質物を吸入することで、清掃しようとする区域を自動に清掃する機器をいう。
【０００３】
且つ、前記ロボット清掃機は、距離センサ(distance  sensor)により清掃区域内に配置されている家具、事務用品又は壁などの障害物までの距離を検出し、該検出された距離に応じて自分の両輪中、左側輪を駆動するためのモータと、右側輪を駆動するためのモータとを選択的に駆動させることで、自ら方向を転換しながら清掃区域を清掃する。このとき、前記ロボット清掃機は、内部の保存装置に保存されているマップ情報(Map  Information)に基づいて清掃領域を走行しながら清掃作業を行う。
【０００４】
以下、前記マップ情報を生成するためのマッピング(Mapping)動作に対し説明する。
【０００５】
まず、前記ロボット清掃機は、作業空間の側面(例えば、居間の壁面)に沿って移動しながら自分と充電部との距離及び方向を演算し、それら演算された距離値及び方向値に基づいて自分の位置を判断することで作業空間をスキャンする。このとき、前記ロボット清掃機は、自分の現在位置を自分の両輪に設置されたエンコーダ(Encoder)を利用して検出する。
【０００６】
また、前記ロボット清掃機は、自分と前記充電部との間に障害物が存在するかを判断し、障害物がないと前記充電部と送信/受信して作業空間をスキャンし、障害物があると他の作業空間を先にスキャンし、障害物がなくなると前記充電部と送信/受信しながら障害物がなくなった作業空間をスキャンする。
【０００７】
然し、前記エンコーダを利用してロボット清掃機の位置を検出する方法においては、ロボット清掃機の現在位置を輪に設置されたエンコーダを利用して探索するため、輪の滑りや空回転により誤差が発生するという欠点があった。
【０００８】
一方、他の従来のロボット清掃機の位置を検出する方法においては、作業領域(例えば、居間の壁面)に所定間隔で同形状のステッカー又は反射板が付着され、前記ロボット清掃機はCCDカメラを利用して前記ステッカー又は前記反射板を認識することで輪の滑りや空回転により発生された誤差を補正して、自分と充電部間の距離を認識する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第5,440,216号
【特許文献２】米国特許第5,646,494号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
然るに、このような従来のステッカー又は反射板を利用したロボット清掃機の位置を検出する方法においては、清掃作業領域の照明の明るさが変わったり、前記ステッカー又は前記反射板と類似した形状の事物が認識されると、かえって距離の誤差を累積させるという不都合な点があった。
【００１１】
また、従来の他のロボット清掃機に関する技術が、特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、赤外線信号と超音波信号との時間差に基づいて移動ロボットの位置を正確且つ精密に検出し得る移動ロボットの位置を検出する方法及びその装置を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するため、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する方法においては、赤外線信号及び複数の超音波信号を受信し、それら受信された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算する段階と、それら計算された時間差値及び予め保存された前記超音波信号を発振する複数の超音波発振部間の距離値に基づいて移動ロボットの位置を検出する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する方法においては、固定された赤外線発生部から発生される赤外線信号及び固定された複数の超音波発振部から発振される超音波信号を移動ロボットに伝送する段階と、それら伝送された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算する段階と、それら計算された時間差値に基づいて前記移動ロボットと前記各超音波発振部間の距離を計算する段階と、それら計算された距離値及び予め設定された前記各超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する方法においては、移動ロボットと充電部間の距離を計算して前記移動ロボットの位置を検出する方法であって、前記充電部に設置された赤外線発生部及び第１超音波発振部からそれぞれ同時に発生される赤外線信号及び第１超音波信号を受信する段階と、それら赤外線信号及び第１超音波信号に基づいて前記移動ロボットと前記第１超音波発振部間の距離を計算する段階と、前記充電部に設置された第２超音波発振部から第２超音波信号を受信する段階と、該第２超音波信号に基づいて前記移動ロボットと前記第２超音波発振部間の距離を計算する段階と、予め保存された前記第１超音波発振部と前記第２超音波発振部間の距離値、前記第１超音波発振部と前記移動ロボット間の距離値及び前記第２超音波発振部と前記移動ロボット間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する装置においては、赤外線信号及び複数の超音波信号を受信し、それら受信された赤外線信号と各超音波信号との時間差を計算し、それら計算された時間差値及び前記超音波信号を発振する複数の超音波発振部間の距離値に基づいて移動ロボットの位置を検出することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する装置においては、移動ロボットと充電部間の距離を計算して前記移動ロボットの位置を検出する装置であって、前記充電部に設置され、赤外線信号を発生する赤外線信号発生部と、前記充電部に設置され、前記赤外線信号と同時に第１超音波信号を発振する第１超音波発振部と、前記充電部に設置され、前記第１超音波信号が発生された後第２超音波信号を発振する第２超音波発振部と、前記赤外線信号が受信された時間を基準に、前記第１超音波信号との時間差及び前記第２超音波信号との時間差を計算し、それら計算された時間差に基づいて前記移動ロボットと前記第１及び第２超音波発振部間の距離を計算し、それら計算された距離値及び予め設定された前記第１超音波発振部と前記第２超音波発振部間の距離値に基づいて前記移動ロボットの位置を検出する位置検出部と、を包含して構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する方法及びその装置においては、赤外線信号と超音波信号との時間差に基づいて移動ロボットの位置を正確且つ精密に検出し得るという効果がある。
【００１９】
例えば、本発明に係る位置を検出する装置がロボット清掃機に設置されると、前記ロボット清掃機は、正確に計算された自分の位置及び予め保存されたマップ情報に基づいて正確且つ精密に清掃作業を行うことができるし、前記充電部に正確に移動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する装置を示した概略ブロック図で、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する装置は、ロボット清掃機又は移動玩具に設置される。即ち、本発明は、自走可能なロボット、玩具などの位置を正確且つ精密に検出し得る装置及びその方法に関するものである。
【００２２】
図１に示したように、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する装置においては、移動ロボット２００のバッテリー(図示せず)を充電する充電部１００に設置され、赤外線信号を発生する赤外線信号発生部１０１と、前記充電部１００に設置され、前記赤外線信号発生部１０１から発生される赤外線信号と同時に第１超音波信号を発振する第１超音波発振部(ultrasonic  wave  oscillating  unit)１０２と、前記充電部１００に設置され、前記第１超音波発振部１０２から第１超音波信号が発生された後予め決定された時間(例えば、０.５秒、前記第１超音波が消滅される時間)が経過すると第２超音波信号を発振する第２超音波発振部１０３と、前記移動ロボット２００の内部に設置され、前記赤外線信号と前記第１超音波信号及び前記第２超音波信号との時間差に基づいて前記移動ロボット２００の位置を検出する位置検出部２１０と、を包含して構成されている。ここで、前記充電部１００には、１８０°及び３６０°又は３次元空間内で前記移動ロボット２００と前記充電部１００間の距離を検出し得るように、二つ以上又は複数の超音波発振部を設置することが好ましい。且つ、前記第１及び第２超音波発振部１０２、１０３は、前記充電部１００の両側に設置され、それら第１超音波発振部１０２と第２超音波発振部１０３間の距離値は、前記位置検出部２１０に予め保存される。
【００２３】
以下、前記位置検出部２１０の詳細な構成を図２に基づいて説明する。
【００２４】
図２は、図１の位置検出部の構成を示した詳細ブロック図で、図示されたように、前記位置検出部２１０は、前記赤外線信号及び前記第１超音波信号を受信し、前記赤外線信号が受信された時点を基準に前記第１超音波信号が受信された時間を測定する第１測定部２１１と、該第１測定部２１１により測定された時間に基づいて前記移動ロボット２００と前記第１超音波発振部１０２間の距離を演算する第１距離演算部２１２と、前記赤外線信号が受信された時点を基準に前記第２超音波信号が受信された時間を測定する第２測定部２１３と、該第２測定部２１３により測定された時間に基づいて前記移動ロボット２００と前記第２超音波発振部１０３間の距離を演算する第２距離演算部２１４と、前記第１超音波発振部１０２と前記第２超音波発振部１０３間の距離値、前記第１超音波発振部１０２と前記移動ロボット２００間の距離値及び前記第２超音波発振部１０３と前記移動ロボット２００間の距離値に基づいて前記移動ロボット２００と前記充電部１００間の距離及び角度を演算する距離及び角度演算部２１５と、を包含して構成されている。ここで、前記移動ロボット２００と前記充電部１００間の距離及び角度は、前記移動ロボット２００の位置を示す。
【００２５】
以下、このように構成された前記移動ロボット２００の位置を検出する装置の動作を図３に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図３は、本発明に係る移動ロボットの位置を検出する方法を示したフローチャートである。
【００２７】
まず、前記充電部１００に設置された赤外線信号発生部１０１は、前記移動ロボット２００のモードが位置検出モードの際、前記移動ロボット２００と前記充電部１００間の距離を計算し得るように赤外線信号を発生する。このとき、前記第１超音波発振部１０２は、前記赤外線信号発生部１０１から赤外線信号が発生されるとき、第１超音波信号を発振する。ここで、前記赤外線信号及び前記第１超音波信号は同時に発生される(Ｓ１１)。且つ、前記充電部１００は、清掃区域、例えば、居間、奥の部屋などの壁面に設置することができる。
【００２８】
次いで、前記移動ロボット２００の第１測定部２１１は、前記赤外線信号及び前記第１超音波信号を受信し、前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記第１超音波信号が受信された時間を測定し、該測定された時間を前記第１距離演算部２１２に出力する(Ｓ１２)。ここで、前記赤外線信号の速度は光と同様で、前記超音波信号の速度は３４０[m/sec］である。従って、それら赤外線信号と超音波信号とが同時に前記移動ロボット２００に放射されるとしても、前記赤外線信号が前記移動ロボット２００の第１測定部２１１に先に到達され、前記超音波信号は、前記赤外線信号が前記移動ロボットの第１測定部２１１に到達された後に前記移動ロボット２００の第１測定部２１１に到達されるため、前記赤外線信号と前記超音波信号間には時間差が発生するようになる。
【００２９】
次いで、前記第１距離演算部２１２は、前記第１測定部２１１により測定された時間値に基づいて前記第１超音波発振部１０２と前記移動ロボット２００間の距離を計算する。即ち、前記第１距離演算部２１２は、前記測定された時間値に音速(sound  velocity)(３４０m/sec)をかけて前記第１超音波発振部１０２と前記移動ロボット２００間の実際距離を計算する(Ｓ１３)。
【００３０】
その後、前記第２超音波発振部１０３は、前記第１超音波発振部１０２から第１超音波が発振された後予め決定された時間が経過すると、第２超音波信号を発振する(Ｓ１４)。前記第２超音波発振部１０３は、前記第１超音波発振部１０２から第１超音波信号が発振された後前記予め決定された時間が経過すると、第２超音波信号を発振するように予め設定される。ここで、前記第１超音波信号と前記第２超音波信号とは、互いに異なる周波数を有する。
【００３１】
次いで、前記移動ロボット２００の第２測定部２１３は、前記第２超音波信号を受信し、前記赤外線信号が受信された時間を基準に前記第２超音波信号が受信された時間を測定し、該測定された時間値を前記第２距離演算部２１４に出力する。即ち、前記第２測定部２１３は、前記赤外線信号が受信された時点を基準として前記第２超音波信号が受信された時間を検出し、該検出された時間から前記予め決定された時間(前記第１超音波信号と前記第２超音波信号との発振間隔時間)を減算し、該減算された時間値を前記第２距離演算部２１４に出力する(Ｓ１５)。
【００３２】
次いで、前記第２距離演算部２１４は、前記第２測定部２１３により減算された時間値に基づいて前記第２超音波発振部１０３と前記移動ロボット２００間の距離を計算する。即ち、前記第２距離演算部２１４は、前記第２測定部２１３により減算された時間値に音速をかけて前記第２超音波発振部１０３と前記移動ロボット２００間の距離を計算し、該計算された距離値を前記距離及び角度演算部２１５に出力する(Ｓ１６)。
【００３３】
次いで、前記移動ロボット２００の距離及び角度演算部２１５は、前記第１超音波発振部１０２と前記移動ロボット２００間の距離値、前記第２超音波発振部１０３と前記移動ロボット２００間の距離値及び前記第１超音波発振部１０２と前記第２超音波発振部１０３間の距離値に基づいて、三角測量法(triangulation)により前記移動ロボット２００と前記充電部１００(前記第１及び第２超音波発振部)間の距離及び角度を演算する(Ｓ１７)。ここで、前記演算された距離及び角度は、前記移動ロボット２００の現在位置を示し、前記第１超音波発振部１０２と前記第２超音波発振部１０３間の距離値は、前記距離及び角度演算部２１５に予め保存される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る移動ロボットの位置を検出する装置を示した概略ブロック図である。
【図２】図１の位置検出部の構成を示した詳細ブロック図である。
【図３】本発明に係る移動ロボットの位置を検出する方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１００…充電部
１０１…赤外線発生部
１０２…第１超音波発振部
１０３…第２超音波発振部
２００…移動ロボット
２１０…位置検出部
２１１…第１測定部
２１２…第１距離演算部
２１３…第２測定部
２１４…第２距離演算部
２１５…距離及び角度演算部
【図１】
2005043337.tif 000003
【図２】
2005043337.tif 000004
【図３】
2005043337.tif 000005