KR20130034573A - Fencing sense apparatus and robot cleaner having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전방향으로 라인광을 조사하는 장애물 감지 장치 및 이를 구비한 로봇 청소기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 발광부, 상기 발광부를 구동시키기 위한 발광 구동부 및 상기 발광부의 광 조사 방향에, 그 첨점이 상기 발광부를 향하도록 배치되어 상기 발광부에서 발생된 광을 전방향으로 조사되는 라인광으로 변환하는 제1원뿔형 미러를 가지는 라인광 발신부; 및 상기 제1원뿔형 미러에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광을 집광하는 제2원뿔형 미러, 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 소정의 거리만큼 이격 되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 렌즈, 및 상기 렌즈를 통과한 반사광을 촬상하는 촬상부를 포함하는 반사광 수신부를 포함하고 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기는 상기 장애물 감지 장치를 구비하고 장애물 감지 장치의 감지 결과에 기초하여 로봇 청소기의 구동을 제어한다.The present invention relates to an obstacle detecting apparatus for irradiating line light in all directions and a robot cleaner having the same. The obstacle detecting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light emitting unit, a light emitting driver for driving the light emitting unit, and the light emitting unit. A line light transmitting unit having a first conical mirror in the negative light irradiation direction, the peak of which is directed toward the light emitting unit to convert light generated in the light emitting unit into line light irradiated in all directions; And a second conical mirror that collects the reflected light that is reflected from the first conical mirror and then returns to the obstacle, a lens disposed to be spaced apart from a peak of the second conical mirror by a predetermined distance, and to pass the reflected light. The robot cleaner according to an embodiment of the present invention includes a reflection light receiver including an imaging unit configured to capture the reflected light passing through the lens, and the robot cleaner includes the obstacle detecting device and controls the driving of the robot cleaner based on the detection result of the obstacle detecting device. do.
Description
본 발명은 전방향의 장애물을 감지할 수 있는 장애물 감지 센서 및 이를 구비한 로봇 청소기에 관한 것이다.
The present invention relates to an obstacle detecting sensor capable of detecting obstacles in all directions and a robot cleaner having the same.
일반적으로 장애물 감지 센서는 빛 또는 초음파 등을 조사하고, 장애물에 반사되어 돌아오는 빛 또는 초음파를 감지하여 감지된 신호의 시간차, 위상차, 세기차 등을 기초로 장애물의 유무 및 거리를 판별하거나 반사되는 각도 등을 이용하여 거리를 판별하기도 한다.In general, the obstacle detecting sensor irradiates light or ultrasonic waves and detects the light or ultrasonic wave reflected by the obstacle and determines the presence or distance of the obstacle and the distance based on the time difference, phase difference, intensity difference, etc. of the detected signal. The distance may be determined using an angle or the like.
최근에는 점광원, 라인광 등의 구조광을 사용하여 센서와 장애물 사이의 거리를 측정하는 방법이 적용되고 있으나, 점광원을 사용할 경우에는 점광원이 방사되는 광속 방향에 있는 장애물만이 검출되는 문제가 있고 이를 극복하기 위해 점광원 센서를 회전시키는 경우에는 별도의 서보 메커니즘이 필요하며 어느 정도의 스캐닝 시간이 필요하게 되어 효율성이 떨어진다는 문제가 있다. Recently, a method of measuring a distance between a sensor and an obstacle using a structured light such as a point light source or a line light has been applied. However, when using a point light source, only an obstacle in the direction of the light beam from which the point light source is radiated is detected. In order to overcome this problem, when the point light source sensor is rotated, a separate servo mechanism is required, and a certain scanning time is required, thereby reducing the efficiency.
라인광을 사용하는 경우 한 점이 아니라 다수의 영역에 걸쳐 있는 장애물을 동시에 검출할 수 있으나 기존의 원통형 렌즈를 사용하여 라인광을 형성하는 경우 검출범위에 제약이 있으며 균일한 라인광을 형성하기 어려운 문제를 가지고 있다.
In the case of using the line light, obstacles covering a plurality of areas can be detected at the same time instead of one point. However, when the line light is formed using a conventional cylindrical lens, the detection range is limited and it is difficult to form uniform line light. Have
본 발명은 원뿔형 미러를 사용하여 균일한 라인광을 형성함으로써 전방향에 대한 장애물 감지가 가능한 장애물 감지 장치 및 이를 구비하는 로봇 청소기를 제공한다.The present invention provides an obstacle detecting apparatus capable of detecting obstacles in all directions by forming a uniform line light using a conical mirror and a robot cleaner having the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 발광부 및 상기 발광부의 광 조사 방향에, 그 첨점이 상기 발광부를 향하도록 배치되어 상기 발광부에서 발생된 광을 전방향으로 조사되는 라인광으로 변환하는 제1원뿔형 미러를 가지는 라인광 발신부 및 상기 제1원뿔형 미러에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광을 집광하는 제2원뿔형 미러, 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 소정의 거리만큼 이격 되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 렌즈, 상기 렌즈를 통과한 반사광을 촬상하는 촬상부 및 상기 촬상부에서 촬상한 화상을 화상처리하는 화상처리부를 포함하는 반사광 수신부를 포함한다.Obstacle detecting apparatus according to an embodiment of the present invention is disposed in the light emitting unit and the light irradiation direction of the light emitting unit, its peak is directed toward the light emitting unit to convert the light generated from the light emitting unit into line light irradiated in all directions A line light transmitter having a first conical mirror, a second conical mirror that collects reflected light that is reflected from an obstacle after being irradiated from the first conical mirror, and spaced apart from a peak of the second conical mirror by a predetermined distance And a reflection light receiver including a lens disposed to pass the reflected light, an image pickup unit for picking up the reflected light passing through the lens, and an image processing unit for image processing the image picked up by the image pickup unit.
상기 라인광 발신부는, 상기 발광부와 상기 제1원뿔형 미러 사이에 배치되어 상기 발광부로부터 조사되는 광을 링 형상으로 만들기 위한 슬릿 또는 액시콘 렌즈를 더 포함할 수 있다.The line light transmitting unit may further include a slit or axicon lens disposed between the light emitting unit and the first conical mirror to make the light emitted from the light emitting unit into a ring shape.
상기 라인광 발신부는, 상기 발광부와 상기 제1원뿔형 미러 사이에 배치되고, 적어도 하나의 홈이 형성된 슬릿을 더 포함할 수 있다.The line light transmitting unit may further include a slit disposed between the light emitting unit and the first conical mirror and having at least one groove formed therein.
상기 슬릿은, 링 형상, 십자(+) 형상, 원 형상 또는 일자(-) 형상의 홈이 형성되어 있다.The slit is formed with a ring, cross (+), circle or straight (-) groove.
상기 제1원뿔형 미러는, 바닥면의 직경이 서로 다른 2개 이상의 원뿔 조각이 결합되어 이루어질 수 있다.The first conical mirror may be formed by combining two or more cone pieces having different diameters of the bottom surface.
상기 장애물 감지 장치는 상기 제1원뿔형 미러를 회전시키는 회전장치를 더 포함할 수 있다.The obstacle sensing device may further include a rotating device for rotating the first conical mirror.
상기 제1원뿔형 미러의 수직 단면 상의 첨점에서 이루어지는 두 변의 각도는 88도 내지 90도인 것으로 할 수 있다.The angles of the two sides formed at the peaks on the vertical cross section of the first conical mirror may be 88 to 90 degrees.
상기 반사광 수신부의 렌즈는 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 상기 렌즈의 초점거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다.The lens of the reflected light receiving unit may be arranged to be spaced apart from the tip of the second conical mirror by the focal length of the lens.
상기 반사광 수신부의 렌즈 또는 상기 제2원뿔형 미러의 표면은 상기 반사광의 파장만을 통과시키는 밴드 패스 필터가 코팅될 수 있다..The lens of the reflected light receiving unit or the surface of the second conical mirror may be coated with a band pass filter that passes only the wavelength of the reflected light.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.The first point of the first conical mirror of the line light transmitting unit and the second point of the second conical mirror of the reflected light receiving unit may be disposed to face in opposite directions.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 같은 방향을 향하도록 배치될 수 있다.The first point of the first conical mirror of the line light transmitting unit and the second point of the second conical mirror of the reflected light receiving unit may be disposed to face in the same direction.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.The tip of the first conical mirror of the line light transmitting unit and the point of the second conical mirror of the reflected light receiving unit may be disposed to face each other.
상기 장애물 감지 장치는 발광부에서 조사되는 광의 조사 단면적보다 작은 홀(hole)이 형성되어 있고, 상기 발광부와 상기 제1원뿔형 미러 사이에 상기 홀이 상기 발광부의 광 조사 경로에 위치하도록 배치되는 구조물을 더 포함할 수 있다.The obstacle sensing device has a structure in which a hole is formed which is smaller than the irradiation cross-sectional area of the light emitted from the light emitting part, and the hole is disposed in the light irradiation path between the light emitting part and the first conical mirror. It may further include.
상기 라인광 발신부 또는 상기 발광부는, 지면과 수직을 이루는 수직선으로부터 일정 각도 기울어진 것으로 할 수 있다.The line light transmitting unit or the light emitting unit may be inclined at an angle from a vertical line perpendicular to the ground.
상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 상기 장애물과의 거리 또는 상기 장애물의 형상을 추출하는 장애물 감지 제어부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an obstacle detection controller configured to analyze the image recorded in the imaging unit and extract a distance from the obstacle or the shape of the obstacle.
상기 라인광 발신부는, 지면으로부터 서로 다른 높이에 두 개 이상 마련되고,Two or more line light transmitting units are provided at different heights from the ground,
상기 장애물 감지 제어부는, 상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 장애물의 높이를 판단할 수 있다.The obstacle detecting controller may determine the height of the obstacle by analyzing the image recorded in the imaging unit.
상기 반사광 수신부의 렌즈는 광각 렌즈인 것으로 할 수 있다.The lens of the reflection light receiving unit may be a wide-angle lens.
장애물을 감지하는 장애물 감지 장치 및 상기 장애물 감지 장치의 감지 결과에 기초하여 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함하는 로봇 청소기에 있어서, 상기 장애물 감지 장치는, 발광부, 상기 발광부를 구동시키기 위한 발광 구동부 및 상기 발광부의 광 조사 방향에, 그 첨점이 상기 발광부를 향하도록 배치되어 상기 발광부에서 발생된 광을 전방향으로 조사되는 라인광으로 변환하는 제1원뿔형 미러를 가지는 라인광 발신부, 상기 제1원뿔형 미러에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광을 집광하는 제2원뿔형 미러, 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 소정의 거리만큼 이격 되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 렌즈, 및 상기 렌즈를 통과한 반사광을 촬상하는 촬상부를 포함하는 반사광 수신부; 및 상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 상기 장애물과의 거리 또는 장애물의 형상을 추출하는 장애물 감지 제어부를 포함한다.A robot cleaner comprising an obstacle sensing device for detecting an obstacle and a driving control unit for controlling driving based on a detection result of the obstacle sensing device, wherein the obstacle detecting device comprises: a light emitting unit, a light emitting driving unit for driving the light emitting unit; A line light transmitting unit having a first conical mirror disposed in the light irradiation direction of the light emitting unit so that its peaks are directed toward the light emitting unit and converting the light generated in the light emitting unit into line light irradiated in all directions; A second conical mirror that collects the reflected light that is reflected back from the obstacle after being irradiated from the conical mirror, a lens disposed to be spaced apart from a peak of the second conical mirror by a predetermined distance to pass the reflected light, and passing through the lens A reflected light receiver including an image pickup unit for picking up the reflected light; And an obstacle detection controller configured to analyze the image recorded in the imaging unit and extract a distance from the obstacle or the shape of the obstacle.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 반대방향을 향하도록 배치될 수 있다.The tip of the first conical mirror of the line light transmitting unit and the tip of the second conical mirror of the reflected light receiving unit may be disposed to face in opposite directions.
상기 라인광 발신부는 상기 로봇 청소기 전면부의 하단에 설치되고, 상기 반사광 수신부는 상기 로봇 청소기 전면부의 상단에 설치될 수 있다.The line light transmitter may be installed at a lower end of the robot cleaner front part, and the reflected light receiver may be installed at an upper end of the robot cleaner front part.
상기 구동 제어부는 상기 장애물 감지 장치로부터 장애물의 형상 또는 장애물까지의 거리를 전송받고 이에 기초하여 주행 경로를 설정할 수 있다.The driving controller may receive the shape of the obstacle or the distance to the obstacle from the obstacle sensing device and set a driving route based on the obstacle.
상기 라인광 발신부는, 지면으로부터 서로 다른 높이에 두 개 이상 마련되고,Two or more line light transmitting units are provided at different heights from the ground,
상기 장애물 감지 제어부는, 상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 장애물의 높이를 판단할 수 있다.The obstacle detecting controller may determine the height of the obstacle by analyzing the image recorded in the imaging unit.
상기 장애물 감지 제어부는, 상기 로봇 청소기가 지면으로부터 들어올려진 상태인 것으로 판단하는 경우, 상기 발광 구동부에 제어신호를 전송하여 상기 발광부를 off시키도록 할 수 있다.The obstacle detecting controller may turn off the light emitting unit by transmitting a control signal to the light emitting driving unit when it is determined that the robot cleaner is lifted from the ground.
상기 장애물 감지 제어부는, 상기 로봇 청소기의 센서창이 이탈된 것으로 판단하는 경우, 상기 발광 구동부에 제어신호를 전송하여 상기 발광부를 off시키도록 할 수 있다.When determining that the sensor window of the robot cleaner is detached, the obstacle detecting controller may transmit a control signal to the light emitting driving unit to turn off the light emitting unit.
상기 센서창과 인접한 위치에 장착되는 센서창 감지부를 더 포함하고, 상기 장애물 감지 제어부는, 상기 스위치 또는 상기 포토 인터럽터로부터 출력되는 신호를 분석하여 상기 센서창의 이탈 여부를 판단할 수 있다.The apparatus may further include a sensor window detecting unit mounted at a position adjacent to the sensor window, and the obstacle detecting controller may determine whether the sensor window is separated by analyzing a signal output from the switch or the photo interrupter.
상기 발광 구동부는, 상기 로봇 청소기가 주행을 시작하면 상기 발광부를 on시키고, 상기 로봇 청소기가 주행을 완료하면 상기 발광부를 off시키도록 할 수 있다.The light emission driving unit may turn on the light emitting unit when the robot cleaner starts to run and turn off the light emitting unit when the robot cleaner finishes driving.
본 발명에 따른 장애물 감지 장치를 이용하면 균일한 라인광을 형성할 수 있어 장애물 감지의 정확도를 향상시킬 수 있고, 상기 라인광을 이용하여 전방향에 존재하는 장애물을 감지할 수 있으므로 복수개의 센서를 장착하거나 별도의 서보 메커니즘을 장착할 필요가 없어 경제적, 구조적 효율성도 향상된다.By using the obstacle detecting apparatus according to the present invention, it is possible to form uniform line light, thereby improving the accuracy of obstacle detection, and detecting the obstacles in all directions by using the line light. There is no need for mounting or a separate servo mechanism, which also improves economic and structural efficiency.
또한, 상기 장애물 감지 장치를 구비한 로봇 청소기는 전방위의 장애물을 정확하게 감지함으로써 효율적으로 주행할 수 있게 된다.In addition, the robot cleaner equipped with the obstacle detecting apparatus may efficiently travel by accurately detecting obstacles in all directions.
또한, 상기 장애물 감지 장치를 포함하는 로봇 청소기는 로봇 청소기의 상태에 따라 장애물 감지 장치를 효율적으로 제어할 수 있다.
In addition, the robot cleaner including the obstacle detecting device may efficiently control the obstacle detecting device according to the state of the robot cleaner.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 라인광 발신부 및 반사광 수신부의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도가 도시되어 있다.
도 3a, 3b, 3c및 3d에는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 레이저 다이오드와 제1원뿔형 미러 사이에 슬릿을 더 포함하는 장애물 감지 장치의 개략적인 구성에 관한 측면도가 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b에는 광의 확산각을 감소시켜 라인광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿 및 구조물에 관한 도면이 도시되어 있다.
도 5에 제1원뿔형 미러(111)의 첨점의 각도를 89도로, 제2원뿔형 미러(121)의 첨점의 각도를 150도로 한 경우의 장애물 감지범위를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 6a 내지 도 6e에 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도 및 렌즈(122)의 FOV를 달리하여 측정거리와 분해능을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 7a 및 도 7b에는 라인광이 조사되는 조사각을 조절할 수 있는 라인광 발신부의 구조가 도시되어 있다.
도 8a 및 도 8b에는 하나의 라인광 발신부에서 복수의 조사각으로 조사되는 라인광을 생성하는 라인광 발신부의 구조가 도시되어 있다.
도 9에는 복수의 라인광 발신부를 구비하여 서로 다른 높이의 장애물을 감지할 수 있는 장애물 감지장치의 구조가 도시되어 있다.
도 10에 화상처리부로부터 장애물 감지 제어부(130)로 전송된 영상 정보의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 11에는 거리 계산을 위해 장애물 감지 장치의 각 구성요소와 장애물 사이의 관계를 간략하게 도식화한 도면이 도시되어 있다.
도 12에 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 광학모듈(라인광 발신부, 반사광 수신부)의 외관을 측면에서 나타낸 측면도가 도시되어 있다.
도 13a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)를 위에서 내려다 본 평면도가 도시되어 있다.
도 13b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기가 주행하는 모습을 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 14에는 라인광 발신부와 반사광 수신부가 서로 다른 위치에 장착된 로봇 청소기(400)를 위에서 내려다 본 평면도가 도시되어 있다.
도 15에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)의 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 16에는 센서창을 구비한 로봇 청소기의 측단면도가 도시되어 있다.
도 17에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)의 앞부분에 장착된 장애물 감지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 측단면도가 도시되어 있다.
도 18에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)에 장착되는 장애물 감지 장치의 센서모듈의 구성도가 도시되어 있다.1 is a control block diagram of an obstacle sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view schematically showing the configuration of the line light transmitter and the reflected light receiver of the obstacle sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3A, 3B, 3C, and 3D show side views of a schematic configuration of an obstacle sensing apparatus further including a slit between a laser diode and a first conical mirror in one embodiment of the present invention.
4A and 4B are views of slits and structures that can adjust the thickness of line light by reducing the diffusion angle of light.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an obstacle detection range when the angle of the peak of the first
6A to 6E illustrate graphs showing measurement distances and resolutions by varying the peak angle of the second
7A and 7B illustrate a structure of a line light transmitting unit capable of adjusting an irradiation angle at which line light is radiated.
8A and 8B show a structure of a line light transmitter for generating line light irradiated at a plurality of irradiation angles from one line light transmitter.
9 illustrates a structure of an obstacle detecting apparatus including a plurality of line light transmitters to detect obstacles having different heights.
FIG. 10 illustrates an embodiment of image information transmitted from the image processing unit to the
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a relationship between each component of an obstacle sensing device and an obstacle for calculating a distance.
12 is a side view showing the external appearance of an optical module (line light transmitter, reflected light receiver) of the obstacle detection apparatus according to an embodiment of the present invention from the side.
FIG. 13A illustrates a top view of the
FIG. 13B is a view illustrating a robot cleaner driving according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view of the
15 is a control block diagram of the
16 is a side cross-sectional view of the robot cleaner with a sensor window.
FIG. 17 is a side cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an obstacle detecting apparatus mounted at the front of the
18 is a block diagram of a sensor module of an obstacle detecting apparatus mounted to the
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 제어 블록도가 도시되어 있다.1 is a control block diagram of an obstacle sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 발광부(112), 상기 발광부(112)를 구동시키기 위한 발광 구동부(113) 및 상기 발광부(112)의 광 조사 방향에, 그 첨점이 상기 발광부(112)를 향하도록 배치되어 상기 발광부(112)에서 발생된 광을 전방향으로 조사되는 라인광으로 변환하는 제1원뿔형 미러(111)를 가지는 라인광 발신부(110), 상기 제1원뿔형 미러(111)에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광을 집광하는 제2원뿔형 미러(121), 상기 제2원뿔형 미러(121)의 첨점으로부터 소정의 거리만큼 이격 되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 렌즈(122), 상기 렌즈(122)를 통과한 반사광을 촬상하는 촬상부(123) 및 상기 촬상부(123)에서 촬상한 화상을 화상처리하는 화상처리부(124)를 포함하는 반사광 수신부(120) 및 상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 상기 장애물과의 거리 또는 장애물의 형상을 추출하는 장애물 감지 제어부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an obstacle detecting apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a
발광부(112)는 빛을 발생시켜 조사하는 광원에 해당하는 것으로서 레이저 다이오드(LD), LED 등을 사용할 수 있는 바, 발광부(112)의 종류에 제한은 없으나 이하 설명할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 레이저 다이오드를 사용하는 것으로 한다. 레이저 다이오드(112)에서 발생시키는 레이저의 파장 및 광량 등은 발광 구동부에 의해 제어되며, 레이저의 파장은 사람의 눈에 보이지 않는 적외선 영역을 사용할 수도 있고 가시광선 영역을 사용하는 것도 가능하다. 사용되는 파장의 영역에 제한은 없다. The
발광 구동부(113)는 장애물 감지 제어부(130)의 제어 신호에 따라 발광부(112)를 구동하되, 포토 검출기 등을 이용하여 조사된 빛의 세기를 장애물 감지 제어부(130)로 피드백할 수 있다.The
제1원뿔형 미러(111)는 발광부(112)로부터 조사되는 광이 제1원뿔형 미러(111)의 표면에 반사되게 함으로써 360도 전방향 라인광을 생성한다.The first
제2원뿔형 미러(121)는 제1원뿔형 미러(111)에서 반사된 후 장애물에 부딪혀 돌아오는 빛을 그 표면에서 반사시켜 렌즈(122)로 집광하는 역할을 하고, 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 전면에 배치되는 렌즈(122)는 반사된 빛이 생성하는 화상을 촬상부(123)에 맺히게 한다. The second
촬상부(123)는 촬상 대상으로부터 반사되어 나온 빛이 렌즈(122)를 통과해 촬상부(123)에 닿아 맺게 된 화상을 빛의 강약에 따라 전기신호의 강약으로 바꿔 디지털 신호로 변환하여 기록하는 장치로서, 본 발명에서는 CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서 등이 사용될 수 있으나 이하 설명할 실시예에서는 CMOS 이미지 센서를 사용하는 것으로 한다. The
라인광 발신부(110)에서 조사된 후 장애물에 부딪혀 돌아오는 빛이 제2원뿔형 미러(121) 및 렌즈(122)를 거쳐 CMOS 이미지 센서(123)에 화상을 맺게 되고 CMOS 이미지 센서(123)에 의해 변환된 디지털 신호는 화상처리부(124)에 의해 화상처리 된 후 장애물 감지 제어부(130)로 전송된다. Light emitted from the line
상술한 라인광 발신부(110) 및 반사광 수신부(120)는 장애물 감지 장치(100)의 광학 모듈을 구성한다.The above-described line
장애물 감지 제어부(130)는 화상처리된 이미지를 분석하여 장애물 감지 장치와 장애물 사이의 거리, 장애물의 형상 또는 장애물의 위치를 추출한다. The
또한, 장애물 감지 제어부(130)는 피드백된 레이저의 세기에 기초하여 주파수, duty 비와 세기를 모듈레이션 하여 발광 구동부에 제어신호를 전송함으로써 사용자가 원하는 세기를 갖는 레이저를 조사할 수 있도록 한다.In addition, the
장애물 감지 제어부(130)는 라인광 발신부(110) 및 반사광 수신부(120)와 물리적으로 결합된 하나의 모듈이어야 하는 것은 아니고, 장애물 감지 장치(100)가 장착되는 다른 장치, 예를 들어 이동 로봇이나 로봇 청소기 등에 구비된 CPU나 MCU 등의 제어부도 장애물 감지 제어부(130)가 될 수 있다. 장애물 감지 제어부(130)는 라인광 발신부(110)를 제어하고, 반사광 수신부(120)로부터 획득한 정보를 분석할 수 있는 것이면 그 구성에 제한이 없다. The
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 라인광 발신부 및 반사광 수신부의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도가 도시되어 있다. 2 is a side view schematically showing the configuration of the line light transmitter and the reflected light receiver of the obstacle sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 동작에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, an operation of the obstacle detecting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
도 2에 도시된 바와 같이, 당해 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 제1원뿔형 미러(111)의 첨점(꼭지점)과 제2원뿔형 미러(121)의 첨점이 서로 반대 방향을 향하는 형태로 구성된다. 라인광 발신부(110) 및 반사광 수신부(120)의 위치는 바뀔 수 있다. As shown in FIG. 2, the obstacle detecting apparatus according to the present exemplary embodiment has a shape in which the peaks (vertexes) of the first
먼저 라인광 발신부(110)의 구성 및 동작을 설명하면, 레이저 다이오드(112)의 레이저 조사 방향에 제1원뿔형 미러(111)가 배치되는 바, 제1원뿔형 미러(111)의 첨점(꼭지점)이 레이저 다이오드(112)를 향하게 하면 레이저 다이오드(112)에서 조사된 레이저가 제1원뿔형 미러(111)의 표면에 부딪혀 반사되면서 360도 전방향으로 조사되는 라인광이 생성된다. First, the configuration and operation of the line
이 때 레이저 다이오드(112)와 제1원뿔형 미러(111) 사이에 콜리메이터 렌즈(미도시)를 배치하여 레이저 다이오드(112)로부터 조사되는 레이저를 점광(point light)으로 만들 수 있는데, 레이저 다이오드(112) 자체에 콜리메이터 렌즈가 구비된 것을 사용할 수도 있고 콜리메이터 렌즈를 사용하지 않고 레이저가 곧바로 원뿔형 미러의 표면에 반사되도록 하는 것도 무방하다.In this case, a collimator lens (not shown) may be disposed between the
다음으로 반사광 수신부(120)의 구성을 설명하면, 제2원뿔형 미러(121)는 그 첨점이 아래쪽을 향하도록 배치되고 렌즈(122)는 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 하부에 위치하며, CMOS 이미지 센서(123)는 렌즈(122)의 하부에 위치한다. Next, the configuration of the reflected
라인광 발신부(110)에서 조사되어 장애물에 부딪혀 돌아오는 레이저는 제2원뿔형 미러(121)의 표면에 부딪혀 렌즈(122)로 모아지고 렌즈(122)를 통과한 레이저가 CMOS 이미지 센서(123)에 화상을 맺게 되면 CMOS 이미지 센서(123)는 이를 디지털 신호로 변환하여 기록한다. 이 때 렌즈(122)의 표면이나 제2원뿔형 미러(121)의 표면에, 조사된 레이저의 파장만을 통과시키는 밴드 패스 필터를 코팅하여 다른 신호는 제거되도록 할 수 있다. The laser irradiated by the line
화상이 정확히 CMOS 이미지 센서(123)에 맺히도록 하기 위해서는 제2원뿔형 미러(121)의 첨점에 렌즈(122)가 위치하는 것이 바람직하나, 이와 같은 배치가 물리적으로 어려운 경우에는 제2원뿔형 미러(121)의 첨점으로부터 렌즈(122)의 초점거리만큼 떨어진 위치에 렌즈(122)가 위치하도록 한다. In order to ensure that the image is accurately formed on the
여기서 렌즈(122)는 광학렌즈를 의미하는 것으로 그 종류에 제한이 없으나 일반 렌즈보다 초점거리가 짧은 광각렌즈를 사용하면 제2원뿔형 미러(121)와 렌즈(122) 사이의 거리가 축소되어 장애물 감지 장치를 소형화시킬 수 있다.Here, the
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 레이저 다이오드와 제1원뿔형 미러 사이에 슬릿을 더 포함하는 장애물 감지 장치의 개략적인 구성에 관한 측면도가 도시되어 있다.3 is a side view of a schematic configuration of an obstacle detecting apparatus further including a slit between a laser diode and a first conical mirror in an embodiment of the present invention.
도 3a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치(100)는 라인광 발신부(110)의 레이저 다이오드(112)와 제1원뿔형 미러(111) 사이에 일정 형상의 홈이 패인 슬릿(114)을 더 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(112)와 제1원뿔형 미러(111) 사이에 위치하는 슬릿(114)은 레이저 다이오드(112)에서 조사되는 레이저 빔을 홈의 형상에 따라 다양한 형태로 바꾸어 제1원뿔형 미러(111)에 입사시킬 수 있다. Referring to FIG. 3A, in the
도 3b에 도시된 바와 같이, 슬릿(114)에 링 또는 도넛 형상의 홈이 형성되어 있는 경우, 슬릿(114)은 레이저 다이오드(112)에서 조사되는 레이저 빔을 도넛 또는 링(ring)의 형태로 바꿔 주고 도넛 또는 링의 형태로 바뀐 레이저 빔은 제1원뿔형 미러(111)의 표면에 입사되어 균일한 라인광을 생성한다. 레이저 빔을 도넛 또는 링의 형태로 바꾸기 위해 당해 실시예에서는 슬릿을 사용하였으나 슬릿 대신에 액시콘 렌즈(axicon lens)를 사용할 수도 있다.As shown in FIG. 3B, when a ring or donut-shaped groove is formed in the
한편, 슬릿(114)에 서로 다른 크기의 링 형상을 갖는 복수의 홈을 형성하면, 서로 다른 복수의 높이에 라인광을 조사할 수 있다. On the other hand, when a plurality of grooves having ring shapes having different sizes are formed in the
도 3c에 도시된 바와 같이, 슬릿(114)에 십자(+) 형상의 홈이 형성되어 있는 경우, 슬릿(114)은 레이저 다이오드(112)에서 조사되는 레이저 빔을 십자(+) 형태로 바꾸어 준다. 십자(+) 형태로 바뀐 레이저 빔은 제1원뿔형 미러(111)에 입사되어 전방향 라인광을 생성하되, 특정 방향으로 향하는 광의 세기가 다른 방향에 비해 강해진다. 구체적으로, 십자(+) 형태의 레이저 빔이 제1원뿔형 미러(111)에 표면에 반사되면, a, b, c, d 방향으로 향하는 광의 세기가 다른 방향으로 향하는 광의 세기보다 상대적으로 강해진다. 여기서, a, b, c, d 방향은 서로 직각을 이루는 임의의 방향들이다. As shown in FIG. 3C, when the grooves having a cross shape (+) are formed in the
장애물을 감지함에 있어서 균일한 라인광을 생성하는 것이 유리한 경우도 있으나, 방향에 따라 광의 세기를 다르게 하는 것이 필요한 경우도 있는바, 이러한 경우에는 도 3c에 도시된 바와 같이 십자(+) 형상의 홈이 형성된 슬릿(114)을 이용할 수 있고, 획의 개수를 필요에 따라 조절하여 사용할 수도 있다.In some cases, it is advantageous to generate a uniform line light in detecting an obstacle, but it may be necessary to vary the intensity of light depending on a direction. In this case, a cross-shaped groove as shown in FIG. This formed slit 114 can be used, and the number of strokes can be adjusted and used as needed.
도 3d에 도시된 바와 같이, 십자(+) 형상에서 획을 하나 제거하여 일자(-) 형상의 홈이 형성된 슬릿(114)을 이용하는 경우에는 전방향 라인광을 생성되고, d, b 방향으로 향하는 광의 세기가 다른 방향으로 향하는 광의 세기보다 상대적으로 강해진다. As shown in FIG. 3D, when a
상기 도 3b 내지 도 3d에 도시된 레이저 빔의 형태는 예시에 불과하며, 이 외에도 슬릿(114)에 형성되는 홈의 형상을 변경하여 필요에 따라 다양한 형태의 레이저 빔을 제1원뿔형 미러(111)에 입사시킴으로써 균일한 라인광을 생성하거나 특정 방향으로 세기가 집중된 라인광을 생성할 수 있다.The shape of the laser beam shown in FIGS. 3B to 3D is merely an example, and in addition, the shape of the groove formed in the
일반적으로, 발광부(112)에서 조사된 광이 제1원뿔형 미러(111)로 곧장 입사되는 경우에는 생성되는 라인광이 일정 두께를 갖게 된다. 장애물 감지 장치(100)의 용도에 따라 샤프(sharp)한 라인광 또는 얇은 라인광이 생성되어야 하는 경우가 있는바, 이러한 경우에는 하기 도 4의 실시예를 적용할 수 있다.In general, when the light irradiated from the
도 4a 및 도 4b에는 광의 확산각을 감소시켜 라인광의 두께를 조절할 수 있는 슬릿 및 구조물에 관한 도면이 도시되어 있다.4A and 4B are views of slits and structures that can adjust the thickness of line light by reducing the diffusion angle of light.
도 4a를 참조하면, 발광부(112)와 제1원뿔형 미러(111) 사이에 작은 홀(hole)이 형성되어 있는 슬릿(114)을 위치시키면 발광부(112)에서 조사된 광이 슬릿(114)을 통과하면서 그 확산각이 감소되고, 확산각이 감소된 광은 제1원뿔형 미러(111)에 입사되어 얇은 두께의 라인광을 생성한다.Referring to FIG. 4A, when the
도 4b를 참조하면, 천정에 작은 홀(hole)이 형성되어 있는 캡(cap) 형상의 구조물(115)을 발광부(112)에 씌우면 상기 도 4a에서와 마찬가지로 발광부(112)에서 조사된 광이 구조물(115)에 형성된 홀을 통과하면서 그 확산각이 감소되고, 확산각이 감소된 광은 제1원뿔형 미러(111)에 입사되어 얇은 두께의 라인광을 생성한다.Referring to FIG. 4B, when a cap-shaped
도 4a 및 도 4b에서 언급한 작은 홀의 기준은 발광부(112)에서 방사되는 광의 방사면적이며, 방사된 광이 방사면적보다 작은 홀을 통과해야 광의 확산각이 감소될 수 있다. 슬릿(114) 및 구조물(115)에 형성된 홀의 크기를 조절함으로써 확산각을 조절할 수 있고, 원하는 두께의 라인광을 생성할 수 있다. .The reference for the small hole in FIGS. 4A and 4B is the emission area of the light emitted from the
본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 제1원뿔형 미러(111) 및 제2원뿔형 미러(121)의 수직 단면에서 두 변이 이루는 각도(이하 첨점의 각도라 함)에 따라 장애물 감지 범위가 결정된다. In the obstacle detecting apparatus according to the present invention, the obstacle detecting range is determined according to an angle formed by two sides in a vertical section of the first
도 5에 제1원뿔형 미러(111)의 첨점의 각도를 89도로, 제2원뿔형 미러(121)의 첨점의 각도를 150도로 한 경우의 장애물 감지범위를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.FIG. 5 is a schematic diagram showing an obstacle detection range when the angle of the peak of the first
제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도에 따라 라인광의 고도각이 결정되고 상하 방향의 장애물 감지 범위를 알 수 있다. 제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도를 90도로 하면 라인광이 장애물 감지 장치로부터 지면과 거의 평행하게 조사되고 제1원뿔형 미러(111)와 같은 고도에 있는 장애물을 감지할 수 있다. The altitude angle of the line light is determined according to the sharpness angle of the first
다만, 장애물 감지 장치를 로봇 청소기에 장착하는 경우와 같이 라인광이 위쪽으로 조사되면 사용자의 눈에 직접 닿게 되는 경우가 있다. 이 때에는 도 4에 도시된 바와 같이 제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도를 90보다 약간 작은 87도~89도 정도로 함으로써 레이저 빔이 사용자의 눈에 직접 닿는 것을 방지할 수 있다. However, when the line light is irradiated upward, such as when the obstacle detecting device is mounted on the robot cleaner, the eyes may directly come into contact with the user. In this case, as shown in FIG. 4, the peak angle of the first
제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도는 장애물 감지 장치가 감지할 수 있는 가장 가까운 장애물의 위치, 즉 감지할 수 있는 장애물까지의 최소거리(이하 '최소감지거리'라 함)를 결정하는 바, 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도가 증가할수록 최소감지거리가 줄어들고 첨점 각도가 감소할수록 최소감지거리가 늘어난다. The tip angle of the second
본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치가 도 4에 도시된 바와 같은 배치를 갖는 경우, 최소감지각도(θ_lower)는 아래의 [수학식 1]에 의해 얻어진다.
When the obstacle detecting apparatus according to the embodiment has the arrangement as shown in FIG. 4, the minimum sensing angle θ_lower is obtained by
[수학식 1][Equation 1]
ρ = 180 - θ_lower
ρ = 180-θ_lower
제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도(ρ)를 150도로 하고 광원과 제2원뿔형 미러(121) 사이의 거리(b)를 50mm로 하는 경우, [수학식 1]에 변수의 값을 대입하여 계산하면 도 5의 실시예에서 최소감지각도는 30도이다. 그리고 최소감지각도에 기초하여 아래의 [수학식 2]를 이용하면 최소감지거리를 구할 수 있다.
In the case where the peak angle ρ of the second
[수학식 2]&Quot; (2) "
tan θ_lower = d_min/b
tan θ_lower = d_min / b
θ_lower는 30도이고 b는 50mm이므로 d_min는 약 30mm가 된다. 즉, 도 5에 따른 장애물 감지 장치가 감지할 수 있는 가장 가까운 거리에 있는 장애물의 위치는 장애물 감지 장치로부터 약 30mm 떨어진 지점이다. θ_lower is 30 degrees and b is 50mm, so d_min is about 30mm. That is, the position of the obstacle at the closest distance that can be detected by the obstacle detecting apparatus according to FIG. 5 is about 30 mm away from the obstacle detecting apparatus.
장애물 감지 장치가 감지할 수 있는 가장 멀리 있는 장애물의 위치, 즉 감지할 수 있는 장애물까지의 최대거리(이하 '최대감지거리'라 함)는 광학 렌즈(122) 및 이미지 센서(123)로 이루어지는 카메라 모듈의 FOV(Field Of View)에 의해 결정된다. 도 5의 실시예에서 100도의 FOV를 갖는 카메라 모듈을 사용하는 경우 θ_upper는 80도가 되고 최대감지거리(d_max)는 270mm가 된다. The position of the farthest obstacle that the obstacle detection device can detect, that is, the maximum distance to the obstacle that can be detected (hereinafter referred to as the 'maximum detection distance') is a camera composed of the
본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 이미지 센서(123)에 기록된 영상을 이용하여 장애물까지의 거리를 측정하는 바, 측정거리에 따라 분해능이 달라진다. 또한, 앞에서 살펴본 바와 같이 카메라 모듈의 FOV에 따라 최대감지거리가 달라지고 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도에 따라 최소감지거리가 달라지는 바, 도 6에 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도 및 렌즈(122)의 FOV를 달리하여 측정거리 와 분해능을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.In the obstacle detecting apparatus according to the present invention, the distance to the obstacle is measured using the image recorded in the
도 6a는 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도를 135도로 하고, 광학 렌즈(122)의 초점거리는 2.8mm, 카메라 모듈의 FOV는 50도인 장애물 감지 장치를 사용하는 경우의 장애물 감지 가능 거리를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 같은 경우에 분해능을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 6A shows the point of view angle of the second
도 6c는 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도를 150도로 하고, 광학 렌즈(122)의 초점거리는 2.8mm, 카메라 모듈의 FOV는 50도인 장애물 감지 장치를 사용하는 경우의 장애물 감지 가능 거리를 나타낸 그래프이고, 도 6d는 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도를 135도로 하고, 광학 렌즈(122)의 초점거리는 2.8mm, 카메라 모듈의 FOV는 100도인 장애물 감지 장치를 사용하는 경우의 장애물 감지 가능 거리를 나타낸 그래프, 도 6e는 같은 경우에 분해능을 나타낸 그래프이다. FIG. 6C illustrates an obstacle detection distance in the case of using an obstacle detection device in which the sharp angle of the second
도 6d 및 도 6e를 함께 보면 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도를 135도로 하고, 광학 렌즈(122)의 초점거리는 2.8mm, 카메라 모듈의 FOV는 100도인 장애물 감지 장치를 사용하는 경우 3cm~30cm의 거리에 평균 4mm/pixel 정도의 분해능으로 장애물까지의 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있고, 도 6a와 도 6c를 함께 보면 같은 조건에서 제2원뿔형 미러(121)의 첨점 각도만 증가시킨 경우 최소감지거리가 줄어든다는 것을 알 수 있다. 6D and 6E together, the peak angle of the second
상술한 바와 같이 장애물의 감지 범위가 제1,2원뿔형 첨점의 각도 및 카메라 모듈의 FOV에 의해 결정되므로 이들 값들을 적절하게 조절하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치를 용도에 맞게 사용할 수 있다. As described above, since the detection range of the obstacle is determined by the angles of the first and second conical peaks and the FOV of the camera module, these values can be appropriately adjusted so that the obstacle detection device according to the embodiment of the present invention can be used according to the purpose. have.
앞서 설명한 바와 같이, 제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도에 따라 라인광의 고도각 또는 조사각이 달라지나, 제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도는 제1원뿔형 미러의 제조 시에 결정되는 것이므로 제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도를 이용하여 고도각을 조절하는 것에는 시간 및 비용의 측면에서 한계가 발생할 수 있다. 이하 도 7을 참조하여 제1원뿔형 미러(111)의 첨점 각도를 바꾸지 않더라도 라인광이 조사되는 고도각을 다르게 할 수 있는 실시예를 설명하도록 한다.As described above, the altitude or irradiation angle of the line light varies depending on the point angle of the first
도 7a 및 도 7b에는 라인광이 조사되는 고도각을 조절할 수 있는 라인광 발신부의 구조가 도시되어 있다.7A and 7B illustrate a structure of a line light transmitting unit capable of adjusting an elevation angle at which line light is radiated.
도 7a의 좌측에 도시된 라인광 발신부(110)를 이용하면 지면과 수평한 라인광이 생성되는바, 상기 라인광이 지면으로부터 h1 떨어진 높이에 생성되는 것으로 가정한다. 도 7a의 우측에 도시된 바와 같이 라인광 발신부(110) 전체를 지면과 수평인 수평선으로부터 일정 각도 기울이면 상기 각도 만큼 기울어진 라인광이 생성된다. 따라서, 라인광 발신부(110)가 기울어진 방향으로는 h1보다 낮은 장애물을 감지할 수 있고, 그 반대 방향으로는 h1보다 높은 장애물을 감지할 수 있다.When the line
또는, 도 7b의 우측에 도시된 바와 같이 발광부(112)를 지면과 수평인 수평선으로부터 일정 각도 기울이면 상기 각도만큼 기울어진 라인광이 생성되고, 발광부(112)가 기울어진 방향으로는 h1보다 높은 장애물을 감지할 수 있고, 그 반대 방향으로는 h1보다 낮은 장애물을 감지할 수 있다.Alternatively, as shown in the right side of FIG. 7B, when the
라인광 발신부(110) 또는 발광부(112)가 기울어진 각도를 조절하여 원하는 높이의 장애물을 감지하도록 할 수 있다.The
도 8a 및 도 8b에는 하나의 라인광 발신부에서 복수의 조사각으로 조사되는 라인광을 생성하는 라인광 발신부의 구조가 도시되어 있다.8A and 8B show a structure of a line light transmitter for generating line light irradiated at a plurality of irradiation angles from one line light transmitter.
도 8a를 참조하면, 제1원뿔형 미러(111)가 적어도 두 개의 서로 다른 직경을 갖는 원뿔형 미러의 조각을 포함한다. 구체적으로, 도 7a의 실시예에서는 직경 D1을 갖는 원뿔형 미러를 수직 방향으로 이등분한 조각(111a) 및 직경 D2를 갖는 원뿔형 미러를 수직 방향으로 이등분한 조각(111b)의 단면이 서로 마주보도록 하여 제1원뿔형 미러(111)를 구성한다. 상기 제1원뿔형 미러(111)를 위에서 내려다 본 형상은 도 8a의 우측에 도시된 바와 같다.Referring to FIG. 8A, the first
도 8a에 도시된 제1원뿔형 미러(111)는 그 자체만으로 라인광 발신부(110)에 적용될 수 있고, 도 8b에 도시된 바와 같이 제1원뿔형 미러(111)에 회전장치(117)를 연결하여 상기 제1원뿔형 미러(111)를 회전시키는 것도 가능하다. The first
회전장치(117)는 장애물 감지 제어부(130)에 의해 제어되며, 장애물 감지 제어부(130)에서 회전장치(117)로 보내는 제어신호는 반사광 수신부(120)와 동기화되도록 할 수 있다.The rotating device 117 may be controlled by the
도 9에는 복수의 라인광 발신부를 구비하여 서로 다른 높이의 장애물을 감지할 수 있는 장애물 감지장치의 구조가 도시되어 있다.9 illustrates a structure of an obstacle detecting apparatus including a plurality of line light transmitters to detect obstacles having different heights.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지장치(100)는 서로 다른 높이에 광을 조사하는 복수의 라인광 발신부를 포함할 수 있다. 당해 실시예에서는 3개의 라인광 발신부(110a 내지 110c)를 포함하는 것으로 한다. 9, the
도 9에 도시된 바와 같이, 라인광 발신부 1 내지 3(110a 내지 110c)을 서로 다른 높이에 위치시키면, 라인광 발신부 2(110b)를 기준으로 라인광 발신부 1(110a)은 장애물의 상부를 감지하고, 라인광 발신부 3(110c)은 장애물의 하부를 감지하게 된다. As shown in FIG. 9, when the
도 9에는 장애물이 라인광 발신부 1(110a)보다 높은 경우가 도시되어 있으나, 장애물이 라인광 발신부 1(110a)보다 낮고 라인광 발신부 2(110b)보다 높은 경우에는 라인광 발신부 2(110b) 및 3(110c)에서 발신된 광이 반사광 수신부(120)로 수신되고, 장애물이 라인광 발신부 2(110b)보다 낮고 라인광 발신부 3(110c)보다 높은 경우에는 라인광 발신부 3(110c)에서 발신된 광 만이 반사광 수신부(120)로 수신된다. 9 illustrates a case where the obstacle is higher than the
반사광 수신부(120)로 수신되는 광이 어느 라인광 발신부로부터 발신된 것인지 판단하기 위하여, 각 라인광 발신부의 광 조사 시점을 다르게 할 수 있고, 동시에 광을 조사하는 경우에는 각 라인광 발신부에서 조사되는 광의 색을 다르게 할 수 있다.In order to determine from which line light transmitters the light received by the reflected
도 9의 실시예에서는 라인광 발신부가 수직선 상에 일렬로 정렬된 경우가 도시되어 있으나, 라인광 발신부는 서로 독립적으로 분리될 수 있다. 따라서, 라인광 발신부 1 내지 3이 서로 다른 수평적 위치를 가질 수 있고, 이 경우에는 광학 모듈의 높이를 줄일 수 있게 된다.In the embodiment of FIG. 9, the line light transmitters are arranged in a line on a vertical line, but the line light transmitters may be independently separated from each other. Therefore, the line
또한, 도 9의 실시예에서는 라인광 발신부에서 발신되는 광이 모두 지면과 평행하게 조사되는 것으로 하였으나, 일부 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점 각도를 90도보다 크게 하거나 작게 하여 수평선으로부터 일정 각도 기울어진 방향으로 광이 조사되는 것으로 하는 것도 가능하다. In addition, in the embodiment of FIG. 9, all the light emitted from the line light transmitter is irradiated in parallel with the ground. It is also possible to irradiate light in the direction of the angle inclination.
또는, 상기 도 7에서 설명한 바와 같이, 라인광 발신부 자체를 기울이거나 발광부를 기울여서 수평선으로부터 일정 각도 기울어진 방향으로 광을 조사할 수 있다.Alternatively, as described with reference to FIG. 7, the light may be irradiated in a direction tilted at an angle from the horizontal line by tilting the line light transmitting unit itself or tilting the light emitting unit.
따라서 복수의 라인광 발신부가 서로 다른 수직적 위치를 갖지 않더라도, 즉 서로 다른 높이에 장착하지 않더라도 제1원뿔형 미러의 첨점 각도를 조절하거나, 라인광 발신부 또는 발광부를 기울이므로써 다양한 높이에 있는 장애물을 감지하도록 할 수 있다. Therefore, even if the plurality of line light transmitters do not have different vertical positions, that is, they are not mounted at different heights, obstacles at various heights may be removed by adjusting the peak angle of the first conical mirror or by tilting the line light transmitter or the light emitter. Can be detected.
도 10에 화상처리부로부터 장애물 감지 제어부(130)로 전송된 영상 정보의 일 실시예가 도시되어 있다. FIG. 10 illustrates an embodiment of image information transmitted from the image processing unit to the
영상 정보는 2차원의 영상 평면으로 나타낼 수 있는 바, 도 6을 참조하면, 영상 평면에서의 임의의 점을 p(u,v)라 하고, 수평축을 U축, 수직축을 V축이라 하면, 영상 평면에서의 p점과 U축과의 각도(x)는 실제 3차원 공간 상에서 장애물 감지 장치와 p점에 해당하는 특정위치 사이의 방위각이 되고, 영상 평면에서 원점과 p점까지의 거리(y)는 실제 3차원 공간 상에서 장애물 감지 장치와 특정위치 사이의 거리가 된다. The image information may be represented by a two-dimensional image plane. Referring to FIG. 6, when an arbitrary point in the image plane is p (u, v), the horizontal axis is a U axis, and the vertical axis is a V axis, The angle x between the p point and the U axis in the plane becomes the azimuth angle between the obstacle sensing device and the specific point corresponding to the p point in the actual three-dimensional space, and the distance y between the origin point and the p point in the image plane. Is the distance between the obstacle sensing device and the specific position in the actual three-dimensional space.
만약 장애물 감지 장치가 감지할 수 있는 있는 범위 안에 장애물이 없는 경우, 라인광 발신부에서 조사된 라인광은 무한히 진행할 것이고 장애물에 반사되어 돌아오는 라인광이 없기 때문에 영상 평면 상에 수신된 라인광의 라인은 나타나지 않을 것이다. 그러나 장애물 감지 장치의 전 방위각에 대하여 같은 거리 상에 장애물이 존재하면 그 거리에 비례하는 반지름을 갖는 원형의 이미지(z)가 형성될 것이다. 각도를 변화시켜가며 그 각도에 해당하는 조사된 라인광의 반사지점까지의 거리를 계산하고 이에 대응하는 값을 계산하면 전체 방위각에 대한 거리 정보를 얻을 수 있다. If there are no obstacles within the range that the obstacle sensing device can detect, the line light emitted from the line light transmitter will proceed indefinitely and there will be no line light reflected back to the obstacle, so the line of line light received on the image plane Will not appear. However, if there is an obstacle on the same distance with respect to the full azimuth of the obstacle detecting device, a circular image z having a radius proportional to the distance will be formed. By varying the angle and calculating the distance to the reflection point of the irradiated line light corresponding to the angle and calculating the corresponding value, the distance information for the entire azimuth angle can be obtained.
실제 장애물 감지 장치와 장애물 사이의 거리의 계산은 도 11과 [수학식 3], [수학식 4]를 이용하여 설명하도록 한다. Calculation of the distance between the actual obstacle detecting device and the obstacle will be described with reference to FIG. 11 and Equation 3 and
도 11에는 거리 계산을 위해 장애물 감지 장치의 각 구성요소와 장애물 사이의 관계를 간략하게 도식화한 도면이 도시되어 있다. FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a relationship between each component of an obstacle sensing device and an obstacle for calculating a distance.
먼저, 제1원뿔형 미러(111)에 반사된 레이저가 장애물에 부딪혀 돌아올 때 입사광과 반사광이 이루는 각도(θi)를 아래 [수학식 3]를 사용하여 정리하면 다음과 같다.
First, when the laser reflected by the first
[수학식 3]&Quot; (3) "
그리고 θi 및 아래의 [수학식 4]을 이용하여 장애물 감지 장치와 장애물 사이의 거리(di)를 구할 수 있다.
The distance d i between the obstacle detecting device and the obstacle may be calculated using θ i and
[수학식 4]&Quot; (4) "
도 12에 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치의 광학모듈(라인광 발신부, 반사광 수신부)의 외관을 측면에서 나타낸 측면도가 도시되어 있다.12 is a side view showing the external appearance of an optical module (line light transmitter, reflected light receiver) of the obstacle detection apparatus according to an embodiment of the present invention from the side.
본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 장애물의 감지 및 장애물과의 거리 측정을 필요로 하는 다양한 장치에 구비될 수 있는 바, 특히 자가 보행 또는 주행이 가능한 이동 로봇에 장착될 수 있다. 이 때 장애물 감지 장치의 광학모듈을 도 12에 도시된 외관의 형태로 하여 이를 로봇에 장착할 수 있는 바, 로봇의 크기 및 용도에 따라 광학모듈의 크기를 소형화시킬 수 있고 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부(120)의 위치가 바뀔 수도 있으며, 도 12와 달리 제2원뿔형 미러(121)의 첨점과 제1원뿔형 미러(111)의 첨점이 마주보게 하거나 이들이 같은 방향을 향하게 하는 것도 가능하다. Obstacle sensing device according to an embodiment of the present invention can be provided in a variety of devices that require the detection of the obstacle and the distance measurement with the obstacle, in particular can be mounted on a mobile robot capable of self walking or driving. At this time, the optical module of the obstacle detection device in the form of the appearance shown in Figure 12 can be mounted on the robot, the size of the optical module according to the size and use of the robot can be miniaturized and the line light transmitting unit 110 ) And the position of the reflected
본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 광학모듈의 소형화 또는 장애물 감지의 효율성을 위해 라인광 발신부와 반사광 수신부가 지금까지 설명한 바와 같이 수직선 상에 일렬로 배치되는 것이 아니라, 서로 독립적으로 다른 위치에 배치되는 것도 가능하다. 이에 관한 설명은 후술하도록 한다. Obstacle detection device according to an embodiment of the present invention is not arranged in a line on the vertical line as described above so that the line light transmitter and the reflected light receiver for miniaturization of the optical module or the efficiency of obstacle detection, different from each other independently It is also possible to be placed in position. The description thereof will be described later.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 자가 주행을 하면서 청소 동작을 수행하는 로봇 청소기에 장착되어 로봇 청소기가 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있도록 하는데 이용될 수 있다. In addition, the obstacle detecting apparatus according to the embodiment of the present invention may be mounted on a robot cleaner that performs a cleaning operation while driving itself, and may be used to allow the robot cleaner to travel without colliding with an obstacle.
이하 본 발명의 일 측면에 따른 장애물 감지 장치를 구비하는 로봇 청소기의 실시예를 도면을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of a robot cleaner having an obstacle detecting apparatus according to an aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 13a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)를 위에서 내려다 본 평면도가 도시되어 있고, 도 13b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기의 주행 모습을 나타낸 도면이 도시되어 있다. 13A is a plan view of the
도 13a의 좌측에 도시된 바와 같이 종래에는 로봇 청소기 주위의 여러 방향에 위치하는 장애물을 감지하기 위해 로봇 청소기의 전면에 다수개의 센서를 장착해야 했으나 도 13a의 우측에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)는 전면에 장애물 감지 장치(100)를 장착하여 전방향 라인광을 조사함으로써 다수개의 센서 또는 별도의 서보모터 없이도 전방향에 존재하는 장애물을 감지할 수 있다. As shown on the left side of FIG. 13A, a plurality of sensors have to be mounted on the front of the robot cleaner in order to detect obstacles located in various directions around the robot cleaner, but as shown on the right side of FIG. The
도 13b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)는 방안을 주행하면서 라인광을 조사하고 그 라인광이 조사되는 위치에 존재하는 장애물들이 감지된다. 이 때 라인광이 조사되는 위치보다 낮은 곳에 위치하거나 더 높은 곳에 위치하는 장애물은 감지되지 않을 수 있는 바, 구체적으로 라인광의 고도각에 따라 사구간이 존재하여 낮은 장애물을 감지하지 못하거나 위쪽 끼임 현상이 나타날 수 있는 문제가 있다. 이러한 문제는 앞서 언급한 바와 같이, 레이저 다이오드(112)와 제1원뿔형 미러(111) 사이에 서로 크기가 다른 링 형상의 복수의 홈을 갖는 슬릿을 배치하여 해결할 수 있다.Referring to FIG. 13B, the
도 14에는 라인광 발신부와 반사광 수신부가 서로 다른 위치에 장착된 로봇 청소기(400)를 위에서 내려다 본 평면도가 도시되어 있다.FIG. 14 is a plan view of the
상기 도 12에서 언급한 바와 같이, 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부(120)(120)가 서로 독립적으로 다른 위치에 배치되는 것도 가능하다. 도 14를 참조하면, 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부(120)를 로봇 청소기 내의 서로 다른 위치에 배치할 수 있으며, 복수의 라인광 발신부(110)를 포함할 수 있다. 이 때, 각 라인광 발신부(110)의 높이를 다르게 하여 배치하거나, 라인광 발신부(110) 자체를 기울이거나, 발광부를 기울이거나, 제1원뿔형 미러의 첨점 각도를 조절함으로써, 다양한 높이의 장애물들을 감지하도록 할 수 있다. As mentioned in FIG. 12, the
상기 도 14에 도시된 바와 같이, 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부(120)를 동일한 수직선 상에 일렬로 배치하지 않고, 서로 다른 위치에 배치하게 되면 광학 모듈의 높이를 증가시키지 않으면서 다양한 높이의 장애물을 감지할 수 있게 된다.As shown in FIG. 14, when the line
도 15에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)의 제어 블록도가 도시되어 있다. 15 is a control block diagram of the
도 15를 참조하면, 장애물 감지 제어부(130)는 장애물의 위치, 장애물까지의 거리를 계산하여 구동 제어부(200)로 전송하고 구동 제어부(200)는 장애물의 위치 및 거리에 기초하여 로봇 청소기(400)의 방향을 선회할 것인지, 어느 방향으로 선회할 것인지, 주행을 정지할 것인지 등을 결정하고 이에 관한 구동 신호를 구동부(300)로 전송한다. 그리고 구동부(300)는 구동 신호에 따라 로봇 청소기(400)를 구동한다. Referring to FIG. 15, the obstacle detecting
또한, 레이저 다이오드(112)와 제1원뿔형 미러(111) 사이에 배치되는 슬릿이 다수개의 링 형상의 홈을 구비하도록 하거나, 도 13에 도시된 바와 같이 복수의 라인광 발신부(110)를 구비함으로써 로봇 청소기에서 장애물까지의 거리 뿐만 아니라 장애물의 높이 또는 장애물의 개략적인 형상도 추출할 수 있다. In addition, the slits disposed between the
그리고 구동 제어부(200)는 장애물 감지 제어부(130)로부터 전송받은 장애물까지의 거리, 장애물의 형상 등 로봇 청소기(400)의 주변환경에 관한 정보에 기초하여 주행 경로를 설정하고, 설정된 주행 경로에 따라 로봇 청소기(400)의 주행 또는 청소 동작을 제어하도록 할 수 있다. The driving
또한, 장애물 감지 제어부(130)는 반사광 수신부(120)로부터 획득한 정보에 기초하여 로봇 청소기의 상태를 판단하고, 로봇 청소기의 상태에 따라 장애물 감지 장치를 on/off 할 수 있다. In addition, the
구체적으로, 장애물 감지 제어부(130)는 반사광 수신부(120)로부터 획득한 정보, 즉 로봇 청소기 주변에 관한 영상 정보를 분석하여 로봇 청소기의 센서창 이탈 여부를 판단할 수 있다. 로봇 청소기에는 발광부에서 생성되는 광이 외부로 직접 방출되지 않도록 하는 센서창이 구비되어 있고, 라인광 발신부(110)에서 발신되는 광은 센서창을 통해서 외부로 방출된다. In detail, the
도 16에는 센서창을 구비한 로봇 청소기의 측단면도가 도시되어 있다. 16 is a side cross-sectional view of the robot cleaner with a sensor window.
도 16을 참조하면, 라인광 발신부(110)에서 발신되는 광 중 일부는 센서창(410)에 반사되어 반사광 수신부(120)로 들어가는바, 장애물 감지 제어부(130)는 반사광 수신부(120)로부터 전송받은 영상정보를 분석하여 센서창(410)의 존재를 인식할 수 있다. 영상정보의 분석 결과, 센서창(410)이 이탈된 것으로 판단되면, 장애물 감지 제어부(130)는 발광 구동부(113)에 제어신호를 보내 발광부(112)의 동작이 off 되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 16, some of the light transmitted from the
센서창(410)의 이탈 여부를 확인하는 다른 실시예로서, 센서창(410)이 로봇 청소기에 장착될 때 센서창(410)과 접촉되거나 인접하게 되는 부분에 스위치 또는 포토 인터럽터 등의 센서창 감지부를 설치하고, 장애물 감지 제어부(130)에서 센서창 감지부로부터 출력되는 신호를 분석하여 센서창의 이탈 여부를 확인할 수 있다.As another embodiment of checking whether the
다시 도 15를 참조하면, 장애물 감지 제어부(130)는 로봇 청소기(400)가 지면으로부터 들어올려진 상태를 인식하여 발광부의 동작을 off 시키는 것도 가능하다. 로봇 청소기(400)에는 가속도 센서, 자이로 센서, 비전 센서(또는 카메라) 등 로봇 청소기(400)의 상태를 감지하는 각종 장치가 장착되는바, 장애물 감지 제어부(130)는 이들 장치로부터 출력되는 신호를 분석하여 현재 로봇 청소기가 지면으로부터 들어 올려졌는지 여부를 판단할 수 있다. Referring back to FIG. 15, the
예를 들어, 비전 센서로부터 로봇 청소기의 상부 영상정보를 획득하고, 획득한 영상정보를 분석하여 로봇 청소기가 지면으로부터 들어 올려졌는지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 로봇 청소기가 바닥에 놓여있을 때의 천정과의 거리를 기준으로 설정하고, 비전 센서로부터 획득된 영상정보를 분석하여 산출된 천정과의 거리가 기준 값 미만이면 로봇 청소기가 지면으로부터 들어올려 진 것으로 판단할 수 있다. For example, the upper image information of the robot cleaner may be acquired from the vision sensor, and the acquired image information may be analyzed to determine whether the robot cleaner is lifted from the ground. Specifically, the robot cleaner is lifted from the ground when the distance from the ceiling is set based on the distance from the ceiling when the robot cleaner is placed on the floor and the image information obtained from the vision sensor is less than the reference value. It can be judged to be true.
또는, 로봇 청소기의 상부에 천정 방향의 물체를 감지하는 초음파 센서 등을 장착하여 천정과의 거리 변화를 감지하거나, 종가속도 센서를 장착하여 종방향 가속도를 감지함으로써 로봇 청소기가 지면으로부터 들어 올려지는 상태를 판단할 수 있다.Alternatively, the robot cleaner is lifted from the ground by mounting an ultrasonic sensor to detect an object in the ceiling direction on the upper part of the robot cleaner, or by detecting a longitudinal acceleration by mounting a longitudinal acceleration sensor. Can be determined.
또는, 반사광 수신부(120)로부터 획득한 영상정보를 분석하여 로봇 청소기가 지면으로부터 들어 올려지는 상태를 판단하는 것도 가능하다.Alternatively, the robot cleaner may be lifted from the ground by analyzing the image information acquired from the reflected
또한, 장애물 감지 제어부(130)는 로봇 청소기의 주행이 시작된 이후에 발광 구동부(113)에 제어신호를 전송하여 발광부(112)를 on 시키고, 로봇 청소기의 주행이 완료된 이후에는 발광부(112)를 off 시킴으로써 전력 소모를 절감하고, 광원이 불필요하게 방출되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the
도 17에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)의 앞부분에 장착된 장애물 감지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 측단면도가 도시되어 있다.FIG. 17 is a side cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an obstacle detecting apparatus mounted at the front of the
도 17을 참조하면, 장애물 감지 장치(100)는 로봇 청소기(400)의 주행방향 즉, 전면에 장착된다. 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부(120)의 위치는 위, 아래가 바뀌어도 무방하지만 당해 실시예에서와 같이 라인광 발신부(110)를 로봇 청소기(400)의 하단에 배치하면 로봇 청소기(400)의 주행에 방해가 되는 장애물을 용이하게 감지할 수 있다. Referring to FIG. 17, the
또한, 제1원뿔형 미러(111)를 바닥면으로부터 일정 거리 이상 이격되도록 배치함으로써 로봇 청소기(400)가 주행 중 넘어갈 수 있는 높이의 장애물은 인식하지 않도록 할 수 있다. 일 실시예로서 제1원뿔형 미러(111)에 반사되는 레이저가 바닥면으로부터 20mm 높이 상에서 조사되도록 제1원뿔형 미러(111)의 위치를 조절하면, 로봇 청소기(400)는 높이가 20mm가 되지 않는 장애물은 감지하지 않고 넘어갈 수 있다.In addition, by placing the first
그러나, 도 17은 장애물 감지 장치(100)가 로봇 청소기에 장착되는 구조의 일 실시예에 불과하고, 필요에 따라서는 장애물 감지 장치를 90도 방향으로 기울여 지면과 수직 방향으로 광을 조사하도록 하는 실시예도 가능하다.However, FIG. 17 is only an embodiment of a structure in which the
도 18에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 청소기(400)에 장착되는 장애물 감지 장치의 광학모듈의 구성도가 도시되어 있다.18 is a block diagram of an optical module of an obstacle detecting apparatus mounted to the
앞서 언급한 바와 같이 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부(120)의 위치에는 제한이 없으며 도 18에 도시된 바와 같이, 라인광 발신부(110)의 제1원뿔형 미러(111)의 첨점은 아래를 향하도록, 반사광 수신부(120)의 제2원뿔형 미러(121)의 첨점은 위를 향하도록 배치하는 것도 가능하다. 도 18에 도시된 바와 같이 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부를 배치할 경우 이미지 센서(123)가 위에서 아래를 내려다 보는 형태로 배치되어 이미지 센서(123)에 대한 외부광의 직접 조사를 방지할 수 있다. As mentioned above, the position of the
장애물 감지 장치가 로봇 청소기(400)에 장착될 때에는 그 크기를 최대한 작게 만드는 것이 중요하다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에서는 도 18의 우측에 도시된 바와 같이 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부를 상하 방향으로 정렬하여 배치하는 것이 아니라 이들을 따로 분리하여 라인광 발신부(110)를 앞쪽에 배치시킴으로써 장애물 감지 장치의 높이를 낮출 수 있다. When the obstacle detecting device is mounted on the
또한, 상기 도 14에 도시된 바와 같이, 라인광 발신부(110)와 반사광 수신부를 서로 독립적인 위치에 배치함으로써 장애물 감지 장치의 크기를 소형화시키는 것도 가능하다.In addition, as illustrated in FIG. 14, the size of the obstacle detecting apparatus may be reduced by arranging the line
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 장애물 감지 장치에 의하면 라인광을 균일하게 발생시킴으로써 전방향에 있는 장애물을 감지할 수 있고, 고도각에 따른 장애물 감지 사구간을 줄이고 장애물의 형상을 추출하는 것도 가능하다. As described above, according to the obstacle detecting apparatus according to an aspect of the present invention, it is possible to detect the obstacle in all directions by generating the line light uniformly, reduce the obstacle detection dead zone according to the altitude angle and extract the shape of the obstacle. It is also possible.
또한, 상기 장애물 감지 장치를 구비한 본 발명의 로봇 청소기(400)는 전방향의 장애물을 감지하고 이를 구동 제어에 이용함으로써 더 효율적인 청소 및 주행이 가능하게 된다.
In addition, the
100 : 장애물 감지 장치 120 : 반사광 수신부
110 : 라인광 발신부 121 : 제2원뿔형 미러
111 : 제1원뿔형 미러 122 : 렌즈
112 : 발광부 123 : 촬상부
113 : 발광 구동부 130 : 장애물 감지 제어부100: obstacle detection device 120: reflected light receiving unit
110: line light transmission unit 121: second conical mirror
111: first conical mirror 122: lens
112: light emitting unit 123: imaging unit
113: light emission drive unit 130: obstacle detection control unit
Claims (26)
상기 제1원뿔형 미러에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광을 집광하는 제2원뿔형 미러, 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 소정의 거리만큼 이격 되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 렌즈, 상기 렌즈를 통과한 반사광을 촬상하는 촬상부를 포함하는 반사광 수신부를 포함하는 장애물 감지 장치.A line light transmitting unit having a light emitting unit and a first conical mirror disposed at a point in which light is emitted toward the light emitting unit and converting light generated by the light emitting unit into line light irradiated in all directions; And
A second conical mirror that collects the reflected light reflected from an obstacle after being irradiated from the first conical mirror, a lens disposed to be spaced apart from a peak of the second conical mirror by a predetermined distance, and passing the reflected light; Obstacle detection device comprising a reflected light receiving unit including an image pickup unit for imaging the passed light.
상기 라인광 발신부는,
상기 발광부와 상기 제1원뿔형 미러 사이에 배치되어 상기 발광부로부터 조사되는 광을 링 형상으로 만들기 위한 슬릿 또는 액시콘 렌즈를 더 포함하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
The line light transmitting unit,
And a slit or axicon lens disposed between the light emitting unit and the first conical mirror to form a ring-shaped light emitted from the light emitting unit.
상기 라인광 발신부는,
상기 발광부와 상기 제1원뿔형 미러 사이에 배치되고, 적어도 하나의 홈이 형성된 슬릿을 더 포함하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
The line light transmitting unit,
And a slit disposed between the light emitting part and the first conical mirror and having at least one groove formed therein.
상기 슬릿은,
링 형상, 십자(+) 형상, 원 형상 또는 일자(-) 형상의 홈이 형성되어 있는 장애물 감지 장치.The method of claim 3, wherein
The slit
Obstacle sensing device is formed in the shape of a ring, cross (+), circular or straight (-) shape.
상기 제1원뿔형 미러는,
바닥면의 직경이 서로 다른 2개 이상의 원뿔 조각이 결합되어 이루어지는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
The first conical mirror,
Obstacle detection device that consists of two or more cone pieces having different diameters of the bottom surface.
상기 제1원뿔형 미러를 회전시키는 회전장치를 더 포함하는 장애물 감지 장치.The method of claim 5, wherein
Obstacle sensing device further comprises a rotating device for rotating the first conical mirror.
상기 제1원뿔형 미러의 수직 단면 상의 첨점에서 이루어지는 두 변의 각도는 88도 내지 90도인 것으로 하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
And an angle between the two sides of the first conical mirror at a sharp point on a vertical cross section is 88 to 90 degrees.
상기 반사광 수신부의 렌즈는 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 상기 렌즈의 초점거리만큼 이격되도록 배치되는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
The lens of the reflected light receiving unit is disposed so as to be spaced apart from the tip of the second conical mirror by the focal length of the lens.
상기 반사광 수신부의 렌즈 또는 상기 제2원뿔형 미러의 표면은 상기 반사광의 파장만을 통과시키는 밴드 패스 필터가 코팅되는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
The lens of the reflected light receiving unit or the surface of the second conical mirror is obstacle detection device is coated with a band pass filter that passes only the wavelength of the reflected light.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
And a sharp point of the first conical mirror of the line light transmitting unit and a sharp point of the second conical mirror of the reflected light receiving unit face each other in opposite directions.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 같은 방향을 향하도록 배치되는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
And a point of the first conical mirror of the line light transmitter and a point of the second conical mirror of the reflected light receiver face each other in the same direction.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 마주보도록 배치되는 장애물 감지 장치.11. The method of claim 10,
And a sharp point of the first conical mirror of the line light transmitter and a sharp point of the second conical mirror of the reflected light receiver face each other.
상기 반사광 수신부의 렌즈는 광각 렌즈인 것으로 하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
Obstacle sensing device that the lens of the reflected light receiving unit is a wide-angle lens.
상기 발광부에서 조사되는 광의 조사 단면적보다 작은 홀(hole)이 형성되어 있고, 상기 발광부와 상기 제1원뿔형 미러 사이에 상기 홀이 상기 발광부의 광 조사 경로에 위치하도록 배치되는 구조물을 더 포함하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
A hole is formed that is smaller than the irradiation cross-sectional area of the light emitted from the light emitting portion, and further comprising a structure disposed between the light emitting portion and the first conical mirror such that the hole is located in the light irradiation path of the light emitting portion. Obstacle detection device.
상기 라인광 발신부 또는 상기 발광부는,
지면과 수직을 이루는 수직선으로부터 일정 각도 기울어진 것으로 하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
The line light transmitting unit or the light emitting unit,
Obstacle sensing device inclined at an angle from a vertical line perpendicular to the ground.
상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 상기 장애물과의 거리 또는 상기 장애물의 형상을 추출하는 장애물 감지 제어부를 더 포함하는 장애물 감지 장치.The method of claim 1,
Obstacle detection device further comprises an obstacle detection control unit for analyzing the image recorded in the image pickup unit to extract the distance or the shape of the obstacle.
상기 라인광 발신부는,
지면으로부터 서로 다른 높이에 두 개 이상 마련되고,
상기 장애물 감지 제어부는,
상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 장애물의 높이를 판단하는 장애물 감지 장치. 17. The method of claim 16,
The line light transmitting unit,
Two or more at different heights from the ground,
The obstacle detection control unit,
Obstacle detection device for determining the height of the obstacle by analyzing the image recorded in the image pickup unit.
상기 장애물 감지 장치는,
발광부, 상기 발광부를 구동시키기 위한 발광 구동부 및 상기 발광부의 광 조사 방향에, 그 첨점이 상기 발광부를 향하도록 배치되어 상기 발광부에서 발생된 광을 전방향으로 조사되는 라인광으로 변환하는 제1원뿔형 미러를 가지는 라인광 발신부;
상기 제1원뿔형 미러에서 조사된 후 장애물에 반사되어 돌아오는 반사광을 집광하는 제2원뿔형 미러, 상기 제2원뿔형 미러의 첨점으로부터 소정의 거리만큼 이격 되도록 배치되어 상기 반사광을 통과시키는 렌즈, 및 상기 렌즈를 통과한 반사광을 촬상하는 촬상부를 포함하는 반사광 수신부; 및
상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 상기 장애물과의 거리 또는 장애물의 형상을 추출하는 장애물 감지 제어부를 포함하는 로봇 청소기.In the robot cleaner comprising an obstacle detecting device for detecting an obstacle and a driving control unit for controlling the driving based on a detection result of the obstacle detecting device,
The obstacle detecting device,
A first light emitting part, a light emitting driving part for driving the light emitting part, and a first point of the light emitting part, the peaks of which are disposed toward the light emitting part to convert light generated in the light emitting part into line light irradiated in all directions; A line light transmitting unit having a conical mirror;
A second conical mirror that collects the reflected light reflected from an obstacle after being irradiated from the first conical mirror, a lens disposed to be spaced apart from a sharp point of the second conical mirror by a predetermined distance, and the lens to pass the reflected light; A reflected light receiving unit including an image capturing unit configured to image the reflected light passing through the light; And
And an obstacle detecting controller configured to analyze the image recorded in the image pickup unit and extract a distance from the obstacle or the shape of the obstacle.
상기 라인광 발신부의 제1원뿔형 미러의 첨점과 상기 반사광 수신부의 제2원뿔형 미러의 첨점이 서로 반대방향을 향하도록 배치되는 로봇 청소기.17. The method of claim 16,
And a tip of the first conical mirror of the line light transmitting unit and a point of the second conical mirror of the reflected light receiving unit face each other in a direction opposite to each other.
상기 라인광 발신부는 상기 로봇 청소기 전면부의 하단에 설치되고, 상기 반사광 수신부는 상기 로봇 청소기 전면부의 상단에 설치되는 로봇 청소기.17. The method of claim 16,
The line light transmitting unit is installed at the lower end of the robot cleaner front part, the reflected light receiving unit is a robot cleaner installed at the top of the robot cleaner front part.
상기 구동 제어부는 상기 장애물 감지 장치로부터 장애물의 형상 또는 장애물까지의 거리를 전송받고 이에 기초하여 주행 경로를 설정하는 로봇 청소기.17. The method of claim 16,
The driving controller receives the shape of the obstacle or the distance to the obstacle from the obstacle sensing device and sets the driving path based on the obstacle.
상기 라인광 발신부는,
지면으로부터 서로 다른 높이에 두 개 이상 마련되고,
상기 장애물 감지 제어부는,
상기 촬상부에 기록된 이미지를 분석하여 장애물의 높이를 판단하는 로봇 청소기.17. The method of claim 16,
The line light transmitting unit,
Two or more at different heights from the ground,
The obstacle detection control unit,
And a robot cleaner for analyzing the image recorded in the image pickup unit to determine the height of the obstacle.
상기 장애물 감지 제어부는,
상기 로봇 청소기가 지면으로부터 들어올려진 상태인 것으로 판단하는 경우, 상기 발광 구동부에 제어신호를 전송하여 상기 발광부를 off시키는 로봇 청소기.The method of claim 16, wherein
The obstacle detection control unit,
And when the robot cleaner is determined to be lifted from the ground, transmits a control signal to the light emitting driver to turn off the light emitting unit.
상기 장애물 감지 제어부는,
상기 로봇 청소기의 센서창이 이탈된 것으로 판단하는 경우, 상기 발광 구동부에 제어신호를 전송하여 상기 발광부를 off시키는 로봇 청소기.The method of claim 16, wherein
The obstacle detection control unit,
And determining that the sensor window of the robot cleaner is detached, transmitting a control signal to the light emission driving unit to turn off the light emitting unit.
상기 센서창과 인접한 위치에 장착되는 스위치 또는 포토 인터럽터를 더 포함하고,
상기 장애물 감지 제어부는,
상기 스위치 또는 상기 포토 인터럽터로부터 출력되는 신호를 분석하여 상기 센서창의 이탈 여부를 판단하는 로봇 청소기.The method of claim 16, wherein
Further comprising a switch or photo interrupter mounted in a position adjacent to the sensor window,
The obstacle detection control unit,
The robot cleaner determines whether the sensor window is separated by analyzing a signal output from the switch or the photo interrupter.
상기 장애물 감지 제어부는,
상기 로봇 청소기가 주행을 시작하면 상기 발광부를 on시키고, 상기 로봇 청소기가 주행을 완료하면 상기 발광부를 off시키는 로봇 청소기.The method of claim 16, wherein
The obstacle detection control unit,
The robot cleaner turns on the light emitting part when the robot cleaner starts to run, and turns off the light emitting part when the robot cleaner finishes driving.
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