(57)【要約】【課題】円錐形ミラーを使用して均一なライン光を形成することによって、全方向に対する障害物の感知が可能な障害物感知装置及びそれを備えるロボット掃除機を提供すること。【解決手段】障害物感知装置は、発光部、前記発光部を駆動させるための発光駆動部、及び前記発光部の光照射方向に、その頂点が前記発光部に向かうように配置され、前記発光部から発生された光を全方向に照射されるライン光に変換する第１円錐形ミラーを有するライン光発信部と；前記第１円錐形ミラーから照射された後、障害物に反射されて戻ってくる反射光を集光する第２円錐形ミラー、前記第２円錐形ミラーの頂点から所定の距離だけ離間するように配置され、前記反射光を通過させるレンズ、前記レンズを通過した反射光を撮像する撮像部、及び画像処理部を含む反射光受信部と；障害物感知制御部と；を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部、及び前記発光部の光照射方向に、その頂点が前記発光部に向かうように配置され、前記発光部から発生された光を全方向に照射されるライン光に変換する第１円錐形ミラーを有するライン光発信部と、
前記第１円錐形ミラーから照射された後、障害物に反射されて戻ってくる反射光を集光する第２円錐形ミラー、前記第２円錐形ミラーの頂点から所定の距離だけ離間するように配置され、前記反射光を通過させるレンズ、及び前記レンズを通過した反射光を撮像する撮像部を含む反射光受信部と、を含む、障害物感知装置。
【請求項２】
前記ライン光発信部は、
前記発光部と前記第１円錐形ミラーとの間に配置され、前記発光部から照射される光をリング形状にするためのスリット又はアキシコンレンズをさらに含む、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項３】
前記ライン光発信部は、
前記発光部と前記第１円錐形ミラーとの間に配置され、少なくとも一つの溝が形成されたスリットをさらに含む、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項４】
前記スリットには、
リング形状、十字（＋）形状、円形状、または一字（−）形状の溝が形成されている、請求項３に記載の障害物感知装置。
【請求項５】
前記第１円錐形ミラーは、
底面の直径が互いに異なる２個以上の円錐片が結合されてなる、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項６】
前記第１円錐形ミラーを回転させる回転装置をさらに含む、請求項５に記載の障害物感知装置。
【請求項７】
前記第１円錐形ミラーの垂直断面上の頂点でなされる二辺の角度は、８８度ないし９０度であるものとする、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項８】
前記反射光受信部のレンズは、前記第２円錐形ミラーの頂点から前記レンズの焦点距離だけ離間するように配置される、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項９】
前記反射光受信部のレンズまたは前記第２円錐形ミラーの表面には、前記反射光の波長のみを通過させるバンドパスフィルターが設置される、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項１０】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに反対方向に向かうように配置される、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項１１】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに同じ方向に向かうように配置される、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項１２】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに対向するように配置される、請求項１０に記載の障害物感知装置。
【請求項１３】
前記反射光受信部のレンズは、広角レンズであるものとする、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項１４】
前記発光部から照射される光の照射断面積よりも小さいホールが形成されており、前記発光部と前記第１円錐形ミラーとの間には、前記ホールが前記発光部の光照射経路に位置するように配置される構造物をさらに含む、請求項１に記載の障害物感知装置。
【請求項１５】
前記ライン光発信部または前記発光部は、
地面と垂直をなす垂直線から一定角度傾斜したものとする、請求項１に記載の障害物感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全方向の障害物を感知できる障害物感知センサ及びそれを備えたロボット掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、障害物感知センサは、光又は超音波などを照射し、障害物に反射されて戻ってくる光又は超音波を感知して、感知された信号の時間差、位相差、強度差などに基づいて障害物の有無及び距離を判別したり、または反射される角度などを用いて距離を判別したりすることもある。
【０００３】
最近では、点光源、ライン光などの光を使用して、センサと障害物との間の距離を測定する方法が開発された。しかし、点光源を使用する場合には、点光源が放射される方向にある障害物のみ検出されるという問題があり、これを克服するために点光源センサを回転させる場合には、別途のサーボメカニズムが必要であり、ある程度のスキャニング時間が必要となり、効率が低下するという問題がある。
【０００４】
ライン光を使用する場合、一点ではなく多くの領域にわたって障害物を同時に検出できるが、既存の円筒形レンズを使用してライン光を形成する場合、検出範囲に制約があり、均一なライン光を形成しにくいという問題を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、円錐形ミラーを使用して均一なライン光を形成することによって、全方向に対する障害物の感知が可能な障害物感知装置及びそれを備えるロボット掃除機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例に係る障害物感知装置は、発光部、及び前記発光部の光照射方向に、その頂点が前記発光部に向かうように配置され、前記発光部から発生された光を全方向に照射されるライン光に変換する第１円錐形ミラーを有するライン光発信部と、前記第１円錐形ミラーから照射された後、障害物に反射されて戻ってくる反射光を集光する第２円錐形ミラー、前記第２円錐形ミラーの頂点から所定の距離だけ離間するように配置され、前記反射光を通過させるレンズ、前記レンズを通過した反射光を撮像する撮像部、及び前記撮像部で撮像した画像を画像処理する画像処理部を含む反射光受信部と、を含む。
【０００７】
前記ライン光発信部は、前記発光部と前記第１円錐形ミラーとの間に配置され、前記発光部から照射される光をリング形状にするためのスリット又はアキシコンレンズをさらに含むことができる。
【０００８】
前記ライン光発信部は、前記発光部と前記第１円錐形ミラーとの間に配置され、少なくとも一つの溝が形成されたスリットをさらに含むことができる。
【０００９】
前記スリットには、リング形状、十字（＋）形状、円形状、または一字（−）形状の溝が形成されている。
【００１０】
前記第１円錐形ミラーは、底面の直径が互いに異なる２個以上の円錐片が結合されてなることができる。
【００１１】
前記障害物感知装置は、前記第１円錐形ミラーを回転させる回転装置をさらに含むことができる。
【００１２】
前記第１円錐形ミラーの垂直断面上の頂点でなされる二辺の角度は、８８度ないし９０度であってもよい。
【００１３】
前記反射光受信部のレンズは、前記第２円錐形ミラーの頂点から前記レンズの焦点距離だけ離間するように配置されることができる。
【００１４】
前記反射光受信部のレンズまたは前記第２円錐形ミラーの表面には、前記反射光の波長のみを通過させるバンドパスフィルターが設置されることができる。
【００１５】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに反対方向に向かうように配置されることができる。
【００１６】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに同じ方向に向かうように配置されることができる。
【００１７】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに対向するように配置されることができる。
【００１８】
前記障害物感知装置には、発光部から照射される光の照射断面積よりも小さいホール（ｈｏｌｅ）が形成されており、前記発光部と前記第１円錐形ミラーとの間には、前記ホールが前記発光部の光照射経路に位置するように配置される構造物をさらに含むことができる。
【００１９】
前記ライン光発信部または前記発光部は、地面と垂直をなす垂直線から一定角度傾斜したものとすることができる。
【００２０】
前記撮像部に記録されたイメージを分析して、前記障害物との距離または前記障害物の形状を抽出する障害物感知制御部をさらに含むことができる。
【００２１】
前記ライン光発信部は、地面から互いに異なる高さに２個以上設けられ、前記障害物感知制御部は、前記撮像部に記録されたイメージを分析して障害物の高さを判断することができる。
【００２２】
前記反射光受信部のレンズは、広角レンズであってもよい。
【００２３】
障害物を感知する障害物感知装置、及び前記障害物感知装置の感知結果に基づいて駆動を制御する駆動制御部を含むロボット掃除機において、前記障害物感知装置は、発光部、前記発光部を駆動させるための発光駆動部、及び前記発光部の光照射方向に、その頂点が前記発光部に向かうように配置され、前記発光部から発生された光を全方向に照射されるライン光に変換する第１円錐形ミラーを有するライン光発信部と、前記第１円錐形ミラーから照射された後、障害物に反射されて戻ってくる反射光を集光する第２円錐形ミラー、前記第２円錐形ミラーの頂点から所定の距離だけ離間するように配置され、前記反射光を通過させるレンズ、及び前記レンズを通過した反射光を撮像する撮像部を含む反射光受信部と、前記撮像部に記録されたイメージを分析して、前記障害物との距離または障害物の形状を抽出する障害物感知制御部と、を含む。
【００２４】
前記ライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂点と前記反射光受信部の第２円錐形ミラーの頂点とが互いに反対方向に向かうように配置されることができる。
【００２５】
前記ライン光発信部は、前記ロボット掃除機の前面部の下端に設置され、前記反射光受信部は、前記ロボット掃除機の前面部の上端に設置されることができる。
【００２６】
前記駆動制御部は、前記障害物感知装置から、障害物の形状または障害物までの距離の伝送を受け、これに基づいて走行経路を設定することができる。
【００２７】
前記ライン光発信部は、地面から互いに異なる高さに２個以上設けられ、前記障害物感知制御部は、前記撮像部に記録されたイメージを分析して障害物の高さを判断することができる。
【００２８】
前記障害物感知制御部は、前記ロボット掃除機が地面から持ち上げられた状態であると判断する場合、前記発光駆動部に制御信号を伝送して前記発光部をオフさせるようにすることができる。
【００２９】
前記障害物感知制御部は、前記ロボット掃除機のセンサ窓が離脱したと判断する場合、前記発光駆動部に制御信号を伝送して前記発光部をオフさせるようにすることができる。
【００３０】
前記センサ窓と隣接した位置に装着されるセンサ窓感知部をさらに含み、前記障害物感知制御部は、前記スイッチまたは前記フォトインタラプタから出力される信号を分析して、前記センサ窓が離脱したか否かを判断することができる。
【００３１】
前記発光駆動部は、前記ロボット掃除機が走行を始めると、前記発光部をオンさせ、前記ロボット掃除機が走行を完了すると、前記発光部をオフさせるようにすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る障害物感知装置を用いると、均一なライン光を形成できるので、障害物感知の精度を向上させることができ、前記ライン光を用いて全方向に存在する障害物を感知できるので、複数のセンサを装着したり、別途のサーボメカニズムを装着したりする必要がないので、経済的、構造的効率も向上する。
【００３３】
また、前記障害物感知装置を備えたロボット掃除機は、全方位の障害物を正確に感知することによって効率的に走行できるようになる。
【００３４】
また、前記障害物感知装置を含むロボット掃除機は、ロボット掃除機の状態によって障害物感知装置を効率的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例に係る障害物感知装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る障害物感知装置のライン光発信部及び反射光受信部の構成を概略的に示す側面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例において、レーザダイオードと第１円錐形ミラーとの間にスリットをさらに含む障害物感知装置の概略的な構成に関する側面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例において、レーザダイオードと第１円錐形ミラーとの間にスリットをさらに含む障害物感知装置の概略的な構成に関する側面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例において、レーザダイオードと第１円錐形ミラーとの間にスリットをさらに含む障害物感知装置の概略的な構成に関する側面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施例において、レーザダイオードと第１円錐形ミラーとの間にスリットをさらに含む障害物感知装置の概略的な構成に関する側面図である。
【図４Ａ】光の広がり角を減少させることで、ライン光の厚さを調節できるスリット及び構造物に関する図である。
【図４Ｂ】光の広がり角を減少させることで、ライン光の厚さを調節できるスリット及び構造物に関する図である。
【図５】第１円錐形ミラー１１１の頂角を８９度とし、第２円錐形ミラー１２１の頂角を１５０度とした場合の障害物感知範囲を示す模式図である。
【図６Ａ】第２円錐形ミラー１２１の頂角及びレンズ１２２のＦＯＶを異なるようにして、測定距離を示したグラフである。
【図６Ｂ】第２円錐形ミラー１２１の頂角及びレンズ１２２のＦＯＶを異なるようにして、分解能を示したグラフである。
【図６Ｃ】第２円錐形ミラー１２１の頂角及びレンズ１２２のＦＯＶを異なるようにして、測定距離を示したグラフである。
【図６Ｄ】第２円錐形ミラー１２１の頂角及びレンズ１２２のＦＯＶを異なるようにして、測定距離を示したグラフである。
【図６Ｅ】第２円錐形ミラー１２１の頂角及びレンズ１２２のＦＯＶを異なるようにして、測定距離を示したグラフである。
【図７Ａ】ライン光が照射される照射角を調節できるライン光発信部の構造を示す図である。
【図７Ｂ】ライン光が照射される照射角を調節できるライン光発信部の構造を示す図である。
【図８Ａ】一つのライン光発信部から複数の照射角で照射されるライン光を生成するライン光発信部の構造を示す図である。
【図８Ｂ】一つのライン光発信部から複数の照射角で照射されるライン光を生成するライン光発信部の構造を示す図である。
【図９】複数のライン光発信部を備えて、互いに異なる高さの障害物を感知できる障害物感知装置の構造を示す図である。
【図１０】画像処理部から障害物感知制御部１３０へ伝送された映像情報の一実施例を示す図である。
【図１１】距離の計算のために、障害物感知装置の各構成要素と障害物間の関係を簡略に図式化した図である。
【図１２】本発明の一実施例に係る障害物感知装置の光学モジュール（ライン光発信部、反射光受信部）の外観を示す側面図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００を上から見た平面図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施例に係るロボット掃除機が走行する姿を示す図である。
【図１４】ライン光発信部と反射光受信部が互いに異なる位置に装着されたロボット掃除機４００を上から見た平面図である。
【図１５】本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００の制御ブロック図である。
【図１６】センサ窓を備えたロボット掃除機の側断面図である。
【図１７】本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００の前部に装着された障害物感知装置の構成を概略的に示す側断面図である。
【図１８】本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００に装着される障害物感知装置のセンサモジュールの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３７】
図１には、本発明の一実施例に係る障害物感知装置の制御ブロック図が示されている。
【００３８】
図１を参照すると、本発明の一実施例に係る障害物感知装置は、発光部１１２、前記発光部１１２を駆動させるための発光駆動部１１３、及び前記発光部１１２の光照射方向に、その頂点が前記発光部１１２に向かうように配置され、前記発光部１１２から発生された光を全方向に照射されるライン光に変換する第１円錐形ミラー１１１を有するライン光発信部１１０と、前記第１円錐形ミラー１１１から照射された後、障害物に反射されて戻ってくる反射光を集光する第２円錐形ミラー１２１、前記第２円錐形ミラー１２１の頂点から所定の距離だけ離間するように配置され、前記反射光を通過させるレンズ１２２、前記レンズ１２２を通過した反射光を撮像する撮像部１２３、及び前記撮像部１２３で撮像した画像を画像処理する画像処理部１２４を含む反射光受信部１２０と、前記撮像部に記録されたイメージを分析して、前記障害物との距離または障害物の形状を抽出する障害物感知制御部１３０と、を含む。
【００３９】
発光部１１２は、光を発生させて照射する光源に該当するもので、レーザダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤなどを使用することができる。発光部１１２の種類に制限はないが、以下に説明する実施例では、説明の便宜上、レーザダイオードを使用するものとする。レーザダイオード１１２で発生させるレーザの波長及び光量などは発光駆動部により制御され、レーザの波長は、人の目に見えない赤外線領域を使用してもよく、可視光線領域を使用することも可能である。使用される波長の領域に制限はない。
【００４０】
発光駆動部１１３は、障害物感知制御部１３０の制御信号によって発光部１１２を駆動し、フォト検出器などを用いて、照射された光の強度を障害物感知制御部１３０にフィードバックすることができる。
【００４１】
第１円錐形ミラー１１１は、発光部１１２から照射される光が第１円錐形ミラー１１１の表面に反射されるようにすることで、３６０度全方向へのライン光を生成する。
【００４２】
第２円錐形ミラー１２１は、第１円錐形ミラー１１１で反射された後に障害物に当たって戻ってくる光を、その表面で反射させてレンズ１２２に集光する役割をし、第２円錐形ミラー１２１の頂点の前面に配置されるレンズ１２２は、反射された光が生成する画像を撮像部１２３に結像させる。
【００４３】
撮像部１２３は、撮像対象から反射された光がレンズ１２２を通過して撮像部１２３に当たって結像された画像を、光の強弱を電気信号の強弱に変え、デジタル信号に変換して記録する装置であって、本発明では、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサ、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサなどを使用できるが、以下に説明する実施例では、ＣＭＯＳイメージセンサを使用するものとする。
【００４４】
ライン光発信部１１０から照射された後、障害物に当たって戻ってくる光が、第２円錐形ミラー１２１及びレンズ１２２を経てＣＭＯＳイメージセンサ１２３に結像され、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３により変換されたデジタル信号は、画像処理部１２４により画像処理された後、障害物感知制御部１３０に伝送される。
【００４５】
上述したライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０は、障害物感知装置１００の光学モジュールを構成する。
【００４６】
障害物感知制御部１３０は、画像処理されたイメージを分析して、障害物感知装置と障害物との間の距離、障害物の形状または障害物の位置を抽出する。
【００４７】
また、障害物感知制御部１３０は、フィードバックされたレーザの強度に基づいて周波数、デューティ比及び強度をモジュレーションし、発光駆動部に制御信号を伝送することによって、使用者が望む強度を有するレーザを照射できるようにする。
【００４８】
障害物感知制御部１３０は、ライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０と物理的に結合された一つのモジュールでなければならないわけではなく、障害物感知装置１００が装着される他の装置、例えば、移動ロボットやロボット掃除機などに備えられた中央処理装置（ＣＰＵ）やマイクロコントローラ（ＭＣＵ）などの制御部も障害物感知制御部１３０になることができる。障害物感知制御部１３０は、ライン光発信部１１０を制御し、反射光受信部１２０から取得した情報を分析できるものであればその構成に制限がない。
【００４９】
図２には、本発明の一実施例に係る障害物感知装置のライン光発信部及び反射光受信部の構成を概略的に示す側面図が示されている。
【００５０】
以下、図２を参照して、本発明の一実施例に係る障害物感知装置の動作について詳細に説明する。
【００５１】
図２に示されたように、当該実施例に係る障害物感知装置は、第１円錐形ミラー１１１の頂点と第２円錐形ミラー１２１の頂点とが互いに反対方向に向かう形態で構成される。ライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０の位置は、切り替わる（反対にする）ことができる。
【００５２】
まず、ライン光発信部１１０の構成及び動作を説明すると、レーザダイオード１１２のレーザ照射方向に第１円錐形ミラー１１１が配置される。第１円錐形ミラー１１１の頂点がレーザダイオード１１２に向かうようにすれば、レーザダイオード１１２から照射されたレーザが第１円錐形ミラー１１１の表面に当たって反射されながら、３６０度全方向へ照射されるライン光が生成される。
【００５３】
このとき、レーザダイオード１１２と第１円錐形ミラー１１１との間にコリメータレンズ（図示せず）を配置して、レーザダイオード１１２から照射されるレーザを点光源（ｐｏｉｎｔ  ｌｉｇｈｔ）に変換することができる。レーザダイオード１１２自体にコリメータレンズが備えられたものを使用してもよく、コリメータレンズを使用せずに、レーザが円錐形ミラーの表面に直接反射されるようにしてもよい。
【００５４】
次に、反射光受信部１２０の構成を説明すると、第２円錐形ミラー１２１は、その頂点が下方に向かうように配置され、レンズ１２２は、第２円錐形ミラー１２１の頂点の下部に位置し、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３は、レンズ１２２の下部に位置する。
【００５５】
ライン光発信部１１０から照射されて障害物に当たって戻ってくるレーザは、第２円錐形ミラー１２１の表面に当たってレンズ１２２に集められ、レンズ１２２を通過したレーザがＣＭＯＳイメージセンサ１２３に画像を結像すると、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３は、これをデジタル信号に変換して記録する。このとき、レンズ１２２の表面や第２円錐形ミラー１２１の表面に、照射されたレーザの波長のみを通過させるバンドパスフィルターを設置して、他の信号は除去されるようにすることができる。
【００５６】
画像が正確にＣＭＯＳイメージセンサ１２３に結像されるようにするためには、第２円錐形ミラー１２１の頂点にレンズ１２２が位置することが好ましいが、このような配置が物理的に困難な場合には、第２円錐形ミラー１２１の頂点からレンズ１２２の焦点距離だけ離れた位置にレンズ１２２が位置するようにする。
【００５７】
ここでレンズ１２２は光学レンズを意味し、その種類に制限はないが、一般のレンズよりも焦点距離が短い広角レンズを使用すると、第２円錐形ミラー１２１とレンズ１２２との間の距離が短縮されるので、障害物感知装置を小型化させることができる。
【００５８】
図３Ａには、本発明の一実施例において、レーザダイオードと第１円錐形ミラーとの間にスリットをさらに含む障害物感知装置の概略的な構成に関する側面図が示されている。
【００５９】
図３Ａを参照すると、本発明の一実施例に係る障害物感知装置１００は、ライン光発信部１１０のレーザダイオード１１２と第１円錐形ミラー１１１との間に、一定形状の溝を有するスリット１１４をさらに含むことができる。レーザダイオード１１２と第１円錐形ミラー１１１との間に位置するスリット１１４は、レーザダイオード１１２から照射されるレーザビームを、溝の形状によって多様な形態に変形して第１円錐形ミラー１１１に入射させることができる。
【００６０】
図３Ｂに示されたように、スリット１１４にリング又はドーナツ形状の溝が形成されている場合、スリット１１４は、レーザダイオード１１２から照射されるレーザビームをドーナツ又はリング（ｒｉｎｇ）形状に変形させ、ドーナツ又はリング形状に変形したレーザビームは、第１円錐形ミラー１１１の表面に入射されて均一なライン光を生成する。レーザビームをドーナツ又はリング形状に変形させるために、当該実施例ではスリットを使用したが、スリットの代りにアキシコンレンズ（ａｘｉｃｏｎ  ｌｅｎｓ）を使用してもよい。
【００６１】
一方、スリット１１４に互いに異なる大きさのリング形状を有する複数の溝を形成すれば、互いに異なる複数の高さにライン光を照射することができる。
【００６２】
図３Ｃに示されたように、スリット１１４に十字（＋）形状の溝が形成されている場合、スリット１１４は、レーザダイオード１１２から照射されるレーザビームを十字（＋）形状に変形させる。十字（＋）形状に変形したレーザビームは、第１円錐形ミラー１１１に入射されて全方向へのライン光を生成し、特定方向に向かう光の強度が他の方向に比べて強くなる。具体的に、十字（＋）形状のレーザビームが第１円錐形ミラー１１１の表面に反射されると、ａ、ｂ、ｃ、ｄ方向に向かう光の強度が他の方向に向かう光の強度よりも相対的に強くなる。ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄ方向は互いに直角をなす任意の方向である。
【００６３】
障害物を感知することにおいて、均一なライン光を生成することが有利な場合もあるが、方向によって光の強度を異なるようにすることが必要な場合もある。このような場合には、図３Ｃに示されたように、十字（＋）形状の溝が形成されたスリット１１４を用いることができ、画数を必要によって調節して使用してもよい。
【００６４】
図３Ｄに示されたように、十字（＋）形状から一つの画を除去して、一字（−）形状の溝が形成されたスリット１１４を用いる場合には、全方向へのライン光が生成され、ｄ、ｂ方向に向かう光の強度が他の方向に向かう光の強度よりも相対的に強くなる。
【００６５】
前記図３Ｂ乃至図３Ｄに示されたレーザビームの形態は例示に過ぎず、その他にもスリット１１４に形成される溝の形状を変更して、必要によって多様な形態のレーザビームを第１円錐形ミラー１１１に入射させることによって、均一なライン光を生成したり、または特定方向に強度が集中したライン光を生成したりすることができる。
【００６６】
一般的に、発光部１１２から照射された光が第１円錐形ミラー１１１に直接入射される場合には、生成されるライン光が一定の厚さを有することになる。障害物感知装置１００の用途によっては、シャープ（ｓｈａｒｐ）なライン光又は薄いライン光が生成されなければならない場合があるので、このような場合には、下記の図４Ａ及び図４Ｂの実施例を適用できる。
【００６７】
図４Ａ及び図４Ｂには、光の広がり角を減少させてライン光の厚さを調節できるスリット及び構造物が示されている。
【００６８】
図４Ａを参照すると、発光部１１２と第１円錐形ミラー１１１との間に、小さなホール（ｈｏｌｅ）が形成されているスリット１１４を位置させると、発光部１１２から照射された光が、スリット１１４を通過しながらその広がり角が減少し、広がり角が減少された光は、第１円錐形ミラー１１１に入射されて薄い厚さのライン光を生成する。
【００６９】
図４Ｂを参照すると、天井に小さなホール（ｈｏｌｅ）が形成されているキャップ（ｃａｐ）形状の構造物１１５を発光部１１２にかぶせると、前記図４Ａでのように、発光部１１２から照射された光が、構造物１１５に形成されたホールを通過しながらその広がり角が減少し、広がり角が減少された光は、第１円錐形ミラー１１１に入射されて薄い厚さのライン光を生成する。
【００７０】
図４Ａ及び図４Ｂで言及した小さなホールの基準は、発光部１１２から放射される光の放射面積であり、光の広がり角を減少させるためには、放射された光が放射面積よりも小さいホールを通過しなければならない。スリット１１４及び構造物１１５に形成されたホールの大きさを調節することによって広がり角を調節でき、所望の厚さのライン光を生成することができる。
【００７１】
本発明に係る障害物感知装置は、第１円錐形ミラー１１１及び第２円錐形ミラー１２１の垂直断面において２辺がなす角度（以下、頂角という）によって障害物の感知範囲が決定される。
【００７２】
図５には、第１円錐形ミラー１１１の頂角を８９度とし、第２円錐形ミラー１２１の頂角を１５０度とした場合の障害物感知範囲を示す模式図が示されている。
【００７３】
第１円錐形ミラー１１１の頂角によってライン光の高度角が決定され、上下方向の障害物感知範囲を知ることができる。第１円錐形ミラー１１１の頂角を９０度とすると、ライン光が障害物感知装置から地面と略平行に照射され、第１円錐形ミラー１１１と同じ高さにある障害物を感知することができる。
【００７４】
ただし、障害物感知装置をロボット掃除機に装着する場合のように、ライン光が上方へ照射されると、使用者の目に直接当たる場合がある。このときには、図４に示されたように、第１円錐形ミラー１１１の頂角を９０度より少し小さい８７度〜８９度程度とすることで、レーザビームが使用者の目に直接当たることを防止できる。
【００７５】
第２円錐形ミラー１２１の頂角は、障害物感知装置が感知できる最も近い障害物の位置、すなわち、感知できる障害物までの最小距離（以下、‘最小感知距離’という）を決定する。第２円錐形ミラー１２１の頂角が大きくなるほど最小感知距離が減少し、頂角が小さくなるほど最小感知距離が増加する。
【００７６】
本発明の一実施例に係る障害物感知装置が、図４に示されたような配置を有する場合、最小感知角度（θ_ｌｏｗｅｒ）は、下記の数学式１により得られる。
【００７７】
α＝１８０−θ_ｌｏｗｅｒ
【００７８】
第２円錐形ミラー１２１の頂角（α）を１５０度とし、光源と第２円錐形ミラー１２１との間の距離（ｂ）を５０ｍｍとする場合、数学式１に変数の値を代入して計算すると、図５の実施例において最小感知角度は３０度である。そして、最小感知角度に基づいて下記の数学式２を用いると、最小感知距離を求めることができる。
【００７９】
ｔａｎθ_ｌｏｗｅｒ＝ｄ_ｍｉｎ／ｂ
【００８０】
θ_ｌｏｗｅｒは３０度で、ｂは５０ｍｍであるので、ｄ_ｍｉｎは、約３０ｍｍとなる。すなわち、図５による障害物感知装置が感知できる最も近い距離にある障害物の位置は、障害物感知装置から約３０ｍｍ離れた地点である。
【００８１】
障害物感知装置が感知できる最も遠くにある障害物の位置、すなわち、感知できる障害物までの最大距離（以下、‘最大感知距離’という）は、光学レンズ１２２及びイメージセンサ１２３からなるカメラモジュールのＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｖｉｅｗ）により決定される。図５の実施例で１００度のＦＯＶを有するカメラモジュールを使用する場合、θ_ｕｐｐｅｒは、８０度となり、最大感知距離（ｄ_ｍａｘ）は２７０ｍｍとなる。
【００８２】
本発明に係る障害物感知装置は、イメージセンサ１２３に記録された映像を用いて障害物までの距離を測定し、測定距離によって分解能が変わる。また、前述したように、カメラモジュールのＦＯＶによって最大感知距離が変わり、第２円錐形ミラー１２１の頂角によって最小感知距離が変わる。図６Ａ〜図６Ｅに、第２円錐形ミラー１２１の頂角及びレンズ１２２のＦＯＶを異なるようにして、測定距離及び分解能を示したグラフが示されている。
【００８３】
図６Ａは、第２円錐形ミラー１２１の頂角を１３５度とし、光学レンズ１２２の焦点距離は２．８ｍｍ、カメラモジュールのＦＯＶは５０度である障害物感知装置を使用する場合の障害物感知可能距離を示したグラフであり、図６Ｂは、同じケースにおいて分解能を測定した結果を示したグラフである。
【００８４】
図６Ｃは、第２円錐形ミラー１２１の頂角を１５０度とし、光学レンズ１２２の焦点距離は２．８ｍｍ、カメラモジュールのＦＯＶは５０度である障害物感知装置を使用する場合の障害物感知可能距離を示したグラフで、図６Ｄは、第２円錐形ミラー１２１の頂角を１３５度とし、光学レンズ１２２の焦点距離は２．８ｍｍ、カメラモジュールのＦＯＶは１００度である障害物感知装置を使用する場合の障害物感知可能距離を示したグラフで、図６Ｅは、同じケースにおいて分解能を示したグラフである。
【００８５】
図６Ｄ及び図６Ｅから見ると、第２円錐形ミラー１２１の頂角を１３５度とし、光学レンズ１２２の焦点距離は２．８ｍｍ、カメラモジュールのＦＯＶは１００度である障害物感知装置を使用する場合、３ｃｍ〜３０ｃｍの距離に平均４ｍｍ／ｐｉｘｅｌ程度の分解能で障害物までの距離を測定できるということが分かり、図６Ａ及び図６Ｃから見ると、同じ条件下で、第２円錐形ミラー１２１の頂角のみを大きくした場合、最小感知距離が減少することが分かる。
【００８６】
上述したように、障害物の感知範囲が、第１，第２円錐形ミラーの頂角及びカメラモジュールのＦＯＶにより決定されるので、これらの値を適切に調節して、本発明の一実施例に係る障害物感知装置を用途に合わせて使用することができる。
【００８７】
前述したように、第１円錐形ミラー１１１の頂角によってライン光の高度角または照射角が変わるが、第１円錐形ミラー１１１の頂角は、第１円錐形ミラーの製造時に決定されるため、第１円錐形ミラー１１１の頂角を用いて高度角を調節することには、時間及びコスト面において限界が生じ得る。以下、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第１円錐形ミラー１１１の頂角を変更しなくとも、ライン光が照射される高度角を異なるようにすることができる実施例を説明する。
【００８８】
図７Ａ及び図７Ｂには、ライン光が照射される高度角を調節できるライン光発信部の構造が示されている。
【００８９】
図７Ａの左側に示されたライン光発信部１１０を用いると、地面と平行なライン光が生成され、前記ライン光が、地面からｈ１だけ離れた高さに生成されると仮定する。図７Ａの右側に示されたように、ライン光発信部１１０全体を、地面と平行な水平線から一定角度に傾けると、前記角度だけ傾斜したライン光が生成される。したがって、ライン光発信部１１０が傾斜した方向ではｈ１よりも低い障害物を感知でき、その反対方向ではｈ１よりも高い障害物を感知することができる。
【００９０】
または、図７Ｂの右側に示されたように、発光部１１２を、地面と平行な水平線から一定角度傾斜させると、該角度だけ傾斜したライン光が生成され、発光部１１２が傾斜した方向ではｈ１よりも高い障害物を感知でき、その反対方向ではｈ１よりも低い障害物を感知することができる。
【００９１】
ライン光発信部１１０又は発光部１１２が傾斜する角度を調節して、所望の高さの障害物を感知するようにすることができる。
【００９２】
図８Ａ及び図８Ｂには、一つのライン光発信部から複数の照射角で照射されるライン光を生成するライン光発信部の構造が示されている。
【００９３】
図８Ａを参照すると、第１円錐形ミラー１１１が、少なくても二つの互いに異なる直径を有する円錐形ミラーの断片を含む。具体的に、図８Ａの実施例では、直径Ｄ１を有する円錐形ミラーを垂直方向に二等分した断片１１１ａ、及び直径Ｄ２を有する円錐形ミラーを垂直方向に二等分した断片１１１ｂの断面が互いに対向するようにして第１円錐形ミラー１１１を構成する。前記第１円錐形ミラー１１１を上から見た形状は、図８Ａの右側に示した通りである。
【００９４】
図８Ａに示された第１円錐形ミラー１１１は、それ自体のみでライン光発信部１１０に適用されることができ、図８Ｂに示されたように、第１円錐形ミラー１１１に回転装置を連結して前記第１円錐形ミラー１１１を回転させることも可能である。
【００９５】
回転装置は、障害物感知制御部１３０により制御され、障害物感知制御部１３０から回転装置へ送る制御信号は、反射光受信部１２０と同期化されるようにすることができる。
【００９６】
図９には、複数のライン光発信部を備えて、互いに異なる高さの障害物を感知できる障害物感知装置の構造が示されている。
【００９７】
図９を参照すると、本発明の一実施例に係る障害物感知装置１００は、互いに異なる高さに光を照射する複数のライン光発信部を含むことができる。当該実施例では、３個のライン光発信部１１０ａ乃至１１０ｃを含むものとする。
【００９８】
図９に示されたように、ライン光発信部１乃至３（１１０ａ乃至１１０ｃ）を互いに異なる高さに位置させると、ライン光発信部２（１１０ｂ）を基準として、ライン光発信部１（１１０ａ）は、障害物の上部を感知し、ライン光発信部３（１１０ｃ）は、障害物の下部を感知するようになる。
【００９９】
図９には、障害物がライン光発信部１（１１０ａ）よりも高い場合が示されているが、障害物がライン光発信部１（１１０ａ）よりも低く、ライン光発信部２（１１０ｂ）よりも高い場合には、ライン光発信部２（１１０ｂ）及び３（１１０ｃ）から発信された光が反射光受信部１２０で受信され、障害物がライン光発信部２（１１０ｂ）よりも低く、ライン光発信部３（１１０ｃ）よりも高い場合には、ライン光発信部３（１１０ｃ）から発信された光のみが反射光受信部１２０で受信される。
【０１００】
反射光受信部１２０によって受信される光が、どのライン光発信部から発信されたのかを判断するために、各ライン光発信部の光照射の時点を異なるようにすることができ、同時に光を照射する場合には、各ライン光発信部から照射される光の色を異なるようにすることができる。
【０１０１】
図９の実施例では、ライン光発信部が垂直線上に一列に整列された場合が示されているが、ライン光発信部は、互いに独立的に分離されてもよい。したがって、ライン光発信部１乃至３が互いに異なる水平的位置に設置されることができ、この場合には、光学モジュールの高さを減少できるようになる。
【０１０２】
また、図９の実施例では、ライン光発信部から発信される全ての光が地面と平行に照射されるものとしたが、一部のライン光発信部の第１円錐形ミラーの頂角を９０度よりも大きくしたり小さくしたりして、水平線から一定角度傾いた方向に光が照射されるものとしてもよい。
【０１０３】
または、上記図７Ａ及び７Ｂで説明したように、ライン光発信部自体を傾けたり、発光部を傾けたりして水平線から一定角度傾いた方向に光を照射してもよい。
【０１０４】
したがって、複数のライン光発信部が互いに異なる垂直的位置を有さなくても、すなわち、互いに異なる高さに装着しなくても、第１円錐形ミラーの頂角を調節したり、ライン光発信部または発光部を傾けたりすることによって、多様な高さに存在する障害物を感知するようにすることができる。
【０１０５】
図１０には、画像処理部から障害物感知制御部１３０へ伝送された映像情報の一実施例が示されている。
【０１０６】
映像情報は、２次元の映像平面で示すことができ、図１０を参照すると、映像平面での任意の点をｐ（ｕ、ｖ）とし、水平軸をＵ軸、垂直軸をＶ軸とすると、映像平面でのｐ点とＵ軸との角度ｘは、実際の３次元空間上において障害物感知装置とｐ点に該当する特定位置との間の方位角となり、映像平面において原点とｐ点との間の距離ｙは、実際の３次元空間上において障害物感知装置と特定位置との間の距離となる。
【０１０７】
仮に、障害物感知装置が感知できる範囲内に障害物がない場合、ライン光発信部から照射されたライン光は、無限に進行し、障害物に反射されて戻ってくるライン光がないため、映像平面上に、受信されたライン光のラインは示されない。しかし、障害物感知装置の全方位角に対して同じ距離上に障害物が存在すれば、その距離に相当する半径を有する円形のイメージｚが形成される。角度を変化させながら、その角度に該当する照射されたライン光の反射地点までの距離を計算し、これに対応する値を計算すれば、方位角全体に対する距離情報を得ることができる。
【０１０８】
実際の障害物感知装置と障害物との間の距離の計算は、図１１及び数学式３、数学式４を用いて説明する。
【０１０９】
図１１には、距離の計算のために、障害物感知装置の各構成要素と障害物との間の関係を簡略に図式化した図が示されている。
【０１１０】
まず、第１円錐形ミラー１１１に反射されたレーザが障害物に当たって戻ってくる時、入射光と反射光とがなす角度θｉを、下記の数学式３を用いて整理すると、次の通りである。
【０１１１】
【数１】
2013072878.tif 000003
【０１１２】
そして、θｉ及び下記の数学式４を用いて、障害物感知装置と障害物との間の距離ｄｉを求めることができる。
【０１１３】
【数２】
2013072878.tif 000004
【０１１４】
図１２には、本発明の一実施例に係る障害物感知装置の光学モジュール（ライン光発信部、反射光受信部）の外観を側面から示した側面図が示されている。
【０１１５】
本発明の実施例に係る障害物感知装置は、障害物の感知及び障害物との距離の測定を必要とする多様な装置に備えられることができ、特に、自律歩行又は走行が可能な移動ロボットに装着できる。このとき、障害物感知装置の光学モジュールを、図１２に示された外観の形態とし、それをロボットに装着することができ、ロボットの大きさ及び用途に応じて光学モジュールの大きさを小型化させることができ、ライン光発信部１１０と反射光受信部１２０との位置が切り替わって（反対となって）もよく、図１２とは異なり、第２円錐形ミラー１２１の頂点と第１円錐形ミラー１１１の頂点とが対向するようにしたり、これらが同じ方向に向かうようにしたりすることも可能である。
【０１１６】
本発明の一実施例に係る障害物感知装置は、光学モジュールの小型化又は障害物感知の効率のために、ライン光発信部及び反射光受信部が、前述したように垂直線上に一列に配置されるのではなく、互いに独立的に異なる位置に配置されることも可能である。これに関する説明は後述する。
【０１１７】
また、本発明の実施例に係る障害物感知装置は、自律走行をしながら掃除動作を行うロボット掃除機に装着され、ロボット掃除機が障害物と衝突せずに走行できるようにするのに利用可能である。
【０１１８】
以下、本発明の一側面に係る障害物感知装置を備えるロボット掃除機の実施例を、図面を参照して説明する。
【０１１９】
図１３Ａには、本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００を上から見た平面図が示されており、図１３Ｂには、本発明の一実施例に係るロボット掃除機が走行する姿が示されている。
【０１２０】
図１３Ａの左側に示されたように、従来ではロボット掃除機の周囲の様々な方向に位置する障害物を感知するために、ロボット掃除機の前面に多数のセンサを装着しなければならなかった。しかし、図１３Ａの右側に示されたように、本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００は、前面に障害物感知装置１００を装着して全方向にライン光を照射することによって、多数のセンサまたは別途のサーボモータがなくても、全方向に存在する障害物を感知できる。
【０１２１】
図１３Ｂを参照すると、本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００は、部屋の中を走行しながらライン光を照射し、そのライン光が照射される位置に存在する障害物が感知される。このとき、ライン光が照射される位置よりも低い所に又はさらに高い所に位置する障害物は感知できない。具体的に、ライン光の高度角によって感知できない区間が存在するため、低い障害物を感知できなかったり、上部が挟まる現象が生じたりするという問題がある。このような問題は、前述したように、レーザダイオード１１２と第１円錐形ミラー１１１との間に互いに異なる大きさのリング状の複数の溝を有するスリットを配置して解決できる。
【０１２２】
図１４には、ライン光発信部及び反射光受信部が互いに異なる位置に装着されたロボット掃除機４００を上から見た平面図が示されている。
【０１２３】
上記の図１２で言及したように、ライン光発信部１１０と反射光受信部１２０とが互いに独立的に異なる位置に配置されることも可能である。図１４を参照すると、ライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０をロボット掃除機内の互いに異なる位置に配置でき、複数のライン光発信部１１０ａ及び１１０ｂを含むことができる。このとき、各ライン光発信部１１０ａ及び１１０ｂの高さを異なるようにして配置したり、ライン光発信部１１０自体を傾けたり、発光部を傾けたり、第１円錐形ミラーの頂角を調節したりすることによって、多様な高さの障害物を感知するようにすることができる。
【０１２４】
前記図１４に示されたように、ライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０を同じ垂直線上に一列に配置せずに、互いに異なる位置に配置すれば、光学モジュールの高さを高くすることなく、多様な高さの障害物を感知できるようになる。
【０１２５】
図１５には、本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００の制御ブロック図が示されている。
【０１２６】
図１５を参照すると、障害物感知制御部１３０は、障害物の位置、障害物までの距離を計算して駆動制御部２００へ伝送し、駆動制御部２００は、障害物の位置及び距離に基づいてロボット掃除機４００を、旋回するか、どの方向に旋回するか、走行を停止するかを決定し、これに関する駆動信号を駆動部３００へ伝送する。そして、駆動部３００は、駆動信号によってロボット掃除機４００を駆動する。
【０１２７】
また、レーザダイオード１１２と第１円錐形ミラー１１１との間に配置されるスリットが多数のリング形状の溝を備えるようにしたり、図１３に示されたように複数のライン光発信部１１０を備えるようにしたりすることによって、ロボット掃除機から障害物までの距離だけでなく、障害物の高さ及び障害物のおおよその形状も抽出できる。
【０１２８】
そして、駆動制御部２００は、障害物感知制御部１３０から伝送された障害物までの距離及び障害物の形状など、ロボット掃除機４００の周辺環境に関する情報に基づいて走行経路を設定し、設定された走行経路によってロボット掃除機４００の走行または掃除動作を制御するようにすることができる。
【０１２９】
また、障害物感知制御部１３０は、反射光受信部１２０から取得した情報に基づいてロボット掃除機の状態を判断し、ロボット掃除機の状態によって障害物感知装置をオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）することができる。
【０１３０】
具体的に、障害物感知制御部１３０は、反射光受信部１２０から取得した情報、すなわち、ロボット掃除機の周辺に関する映像情報を分析して、ロボット掃除機のセンサ窓が離脱したか否かを判断できる。ロボット掃除機には、発光部から生成される光が外部へ直接放出されないようにするセンサ窓が備えられており、ライン光発信部１１０から発信される光は、センサ窓を通じて外部へ放出される。
【０１３１】
図１６には、センサ窓を備えたロボット掃除機の側断面図が示されている。
【０１３２】
図１６を参照すると、ライン光発信部１１０から発信される光の一部は、センサ窓４１０に反射されて反射光受信部１２０へ入る。障害物感知制御部１３０は、反射光受信部１２０から伝送された映像情報を分析して、センサ窓４１０の存在を認識できる。映像情報の分析結果、センサ窓４１０が離脱したと判断されると、障害物感知制御部１３０は、発光駆動部１１３に制御信号を送信し、発光部１１２の動作をオフさせることができる。
【０１３３】
センサ窓４１０が離脱したか否かを確認する他の実施例として、センサ窓４１０がロボット掃除機に装着されるとき、センサ窓４１０と接触したり、隣接する部分にスイッチまたはフォトインタラプタなどのセンサ窓感知部を設置したりし、障害物感知制御部１３０でセンサ窓感知部から出力される信号を分析して、センサ窓が離脱したか否かを確認することができる。
【０１３４】
再び図１５を参照すると、障害物感知制御部１３０は、ロボット掃除機４００が地面から持ち上げられた状態を認識し、発光部の動作をオフさせることも可能である。ロボット掃除機４００には、加速度センサ、ジャイロセンサ、ビジョンセンサ（またはカメラ）などのロボット掃除機４００の状態を感知する各種装置が装着される。障害物感知制御部１３０は、これらの装置から出力される信号を分析して、現在、ロボット掃除機が地面から持ち上げられたか否かを判断できる。
【０１３５】
例えば、ビジョンセンサからロボット掃除機の上部の映像情報を取得し、取得した映像情報を分析して、ロボット掃除機が地面から持ち上げられたか否かを判断できる。具体的に、ロボット掃除機が床に置かれている時の天井との距離を基準値に設定し、ビジョンセンサから取得された映像情報を分析して、算出された天井との距離が基準値未満である場合、ロボット掃除機が地面から持ち上げられたと判断できる。
【０１３６】
または、ロボット掃除機の上部に、天井に向かう方向の物体を感知する超音波センサなどを装着して、天井との距離の変化を感知したり、縦加速度センサを装着して縦方向の加速度を感知したりすることによって、ロボット掃除機が地面から持ち上げられる状態を判断できる。
【０１３７】
または、反射光受信部１２０から取得した映像情報を分析して、ロボット掃除機が地面から持ち上げられる状態を判断することも可能である。
【０１３８】
また、障害物感知制御部１３０は、ロボット掃除機の走行が始まった後に、発光駆動部１１３に制御信号を伝送して発光部１１２をオンさせ、ロボット掃除機の走行が完了した後には、発光部１１２をオフさせることによって電力消耗を低減し、光が不要に放出されることを防止できる。
【０１３９】
図１７には、本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００の前部に装着された障害物感知装置の構成を概略的に示した側断面図が示されている。
【０１４０】
図１７を参照すると、障害物感知装置１００は、ロボット掃除機４００の走行方向、すなわち、前面に装着される。ライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０の位置は、上、下が切り替わっても（反対となっても）よいが、当該実施例でのように、ライン光発信部１１０をロボット掃除機４００の下端に配置すると、ロボット掃除機４００の走行に邪魔になる障害物を容易に感知できる。
【０１４１】
また、第１円錐形ミラー１１１を底面から一定距離以上離間するように配置することによって、ロボット掃除機４００が走行中に越えられる高さの障害物は認識しないようにすることができる。一実施例として、第１円錐形ミラー１１１に反射されるレーザが、底面から２０ｍｍの高さ上で照射されるように第１円錐形ミラー１１１の位置を調節すれば、ロボット掃除機４００は、高さが２０ｍｍにならない障害物は感知せずに越えることができる。
【０１４２】
しかし、図１７は、障害物感知装置１００がロボット掃除機に装着される構造の一実施例に過ぎず、必要によっては、障害物感知装置を９０度傾けて、地面と垂直方向に光を照射するようにする実施例も可能である。
【０１４３】
図１８には、本発明の一実施例に係るロボット掃除機４００に装着される障害物感知装置の光学モジュールの構成図が示されている。
【０１４４】
前述したように、ライン光発信部１１０及び反射光受信部１２０の位置には制限がない。図１８に示されたように、ライン光発信部１１０の第１円錐形ミラー１１１の頂点は下方に向かうように、反射光受信部１２０の第２円錐形ミラー１２１の頂点は上方に向かうように配置することも可能である。図１８に示されたようにライン光発信部１１０及び反射光受信部を配置する場合、イメージセンサ１２３が上から下を見下ろす形態で配置され、イメージセンサ１２３に対する外部光の直接照射を防止することができる。
【０１４５】
障害物感知装置がロボット掃除機４００に装着されるときには、その大きさを極力小さくすることが重要である。従って、本発明の他の実施例では、図１８の右側に示されたように、ライン光発信部１１０及び反射光受信部を上下方向に整列して配置するのではなく、これらを別々に分離してライン光発信部１１０を前方に配置させることによって、障害物感知装置の高さを低くすることができる。
【０１４６】
また、上記図１４に示されたように、ライン光発信部１１０及び反射光受信部を互いに独立的な位置に配置することによって、障害物感知装置の大きさを小型化させることも可能である。
【０１４７】
上述したように、本発明の一側面に係る障害物感知装置によれば、ライン光を均一に照射させることによって全方向にある障害物を感知することができ、高度角による障害物を感知できない区間を減らし、障害物の形状を抽出することも可能である。
【０１４８】
また、前記障害物感知装置を備えた本発明のロボット掃除機４００は、全方向の障害物を感知し、それを駆動制御に用いることによって、効率的な掃除及び走行が可能になる。
【０１４９】
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して図示及び説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求の範囲とそれと均等なものにより規定されるような本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲内で、多様に修正及び変更可能であることを理解できるだろう。
【符号の説明】
【０１５０】
１００    障害物感知装置
１１０    ライン光発信部
１１１    第１円錐形ミラー
１１２    発光部
１１３    発光駆動部
１２０    反射光受信部
１２１    第２円錐形ミラー
１２２    レンズ
１２３    撮像部
１３０    障害物感知制御部
【図１】
2013072878.tif 000005
【図２】
2013072878.tif 000006
【図３Ａ】
2013072878.tif 000007
【図３Ｂ】
2013072878.tif 000008
【図３Ｃ】
2013072878.tif 000009
【図３Ｄ】
2013072878.tif 000010
【図４Ａ】
2013072878.tif 000011
【図４Ｂ】
2013072878.tif 000012
【図５】
2013072878.tif 000013
【図６Ａ】
2013072878.tif 000014
【図６Ｂ】
2013072878.tif 000015
【図６Ｃ】
2013072878.tif 000016
【図６Ｄ】
2013072878.tif 000017
【図６Ｅ】
2013072878.tif 000018
【図７Ａ】
2013072878.tif 000019
【図７Ｂ】
2013072878.tif 000020
【図８Ａ】
2013072878.tif 000021
【図８Ｂ】
2013072878.tif 000022
【図９】
2013072878.tif 000023
【図１０】
2013072878.tif 000024
【図１１】
2013072878.tif 000025
【図１２】
2013072878.tif 000026
【図１３Ａ】
2013072878.tif 000027
【図１３Ｂ】
2013072878.tif 000028
【図１４】
2013072878.tif 000029
【図１５】
2013072878.tif 000030
【図１６】
2013072878.tif 000031
【図１７】
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【図１８】
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