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전자제품의 작동원리를 알기 쉽고! 재미있게!
그저 애니메이션을 봤을 뿐인데.. 어느새 전자제품 작동원리가 내 머릿속에…?!
북극여우의 호기심을 자극한 네 번째 전자제품! 바로 로봇청소기!
“다른 전자제품들은 다 제자리에서 가만히 있는데… 어떻게 이 로봇청소기만 이렇게 자동으로 움직이는 거지? 부딪치지도 않고 말이야…”
고민하지 말고, 지금 바로 북극여우와 함께 로봇청소기 작동원리에 대해 알아보러 ‘직접’ 들어가 보자구! (feat. 먼지보이)
Chapter1. 장애물 피하는 일을 하는 자화자찬 3D센서와의 만남! 그가 3D카메라를 장착하면 놀라운 일이?! ‘이 정도면.. 자화자찬할만한데?’ (02:14)
Chapter2. ‘빙글빙글~ 저건 혹시 훌라후프?’ 놉! 라이다센서가 360도로 빛을 발사하는 이유, 그리고 지도를 만드는 이유까지! 전격 공개! (05:19)
Chapter3. ‘내 눈은 못 속이지’ 한눈에 딱! 장애물의 정체를 파악하는 똑똑한 사물인식센서와의 만남! 그리고 목적지로 가는 정확한 길 안내까지! (06:55)
Chapter4. 마지막 관문, 근육질 흡입 모터! ‘으럇차!’ 강력한 힘으로 먼지를 빨아들이고! ‘돌리고 돌리고~’ 사이클론 작동까지! (09:39)
+) Special Chapter. (점점 랩 실력이 늘고 있는)북극여우의 로봇청소기 작동원리 완벽정리 랩! (12:20)
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KR20070108618A – 로봇 청소기의 위치 인식 구조 및 이를 …
본 발명은 로봇 청소기의 위치 인식 구조로서, 상기 로봇 청소기의 지지를 위한 보조 바퀴로서 상기 보조 바퀴의 외주에 대응하여 미리 지정된 개수의 감지 기준 수단 …
Source: patents.google.com
Date Published: 2/6/2021
View: 9586
로봇 청소기 분해하기 – 삽질창고
수명이 다 되서인지 타이어가 갈려서 청소를 시키면 오히려 바닥을 더럽히고 다닌다. 로봇 청소기를 분해하면, 각종 센서류나, 모터 등을 재활용할 수 …
Source: viewise.tistory.com
Date Published: 9/10/2021
View: 3831
로봇청소기용 BLDC 모터
진공으로 빨아들이기 위해서, 임펠러(impeller) 모터가. 필수적으로 요구된다. 기존의 로봇청소기에 적용되는 DC 모. 터의 경우, 모터의 기계적인 구조와 전자계의 구조적 …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 9/6/2022
View: 1089
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주제에 대한 기사 평가 로봇 청소기 구조
- Author: 삼성전자 뉴스룸 [Samsung Newsroom]
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- Date Published: 2021. 2. 2.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=RDyy8U7U4SY
KR20070108618A – 로봇 청소기의 위치 인식 구조 및 이를 이용한 로봇 청소기 – Google Patents
A47L9/00
Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
로봇 청소기 분해하기
아두이노로 아직 뭘 할수 있을지 정한바가 없어 몇 주 째 방치 중이다.
스마트콘센트를 무선형으로 만들 수도 있겠고,
센서등을 만들 수도 있겠지만,
뭔가 더 재미있는게 없을까 고민중이다.
그러다가 눈에 띄는 물건이 하나 있었으니..
이제는 회사가 문을 닫아 AS로 어려워진, 모뉴엘 클링클링 로봇청소기이다.
수명이 다 되서인지 타이어가 갈려서 청소를 시키면 오히려 바닥을 더럽히고 다닌다.
로봇 청소기를 분해하면, 각종 센서류나, 모터 등을 재활용할 수 있지 않을까 싶어 분해해보기로 했다.
그리고 어떤식으로 만들어졌는지도 살짝 궁금…
우선 뒤집어 보면..
이래뵈도 타이어 외에는 모두 멀쩡하다.
배터리도 하나 더 구입해서 대용량으로 개조하여 사용 중이었다.
우선 배터리를 분리하고,
겉에서 보이는 모든 나사를 풀었다.
그리고 앞 범퍼를 잡아 당기니 쉽게 빠진다.
원형의 본체 모양을 따라 PCB를 아크형으로 만들었다.
Bumper Board 라고 명명한 듯…
앞범퍼만 떼어내도 내부가 제법 잘 보인다.
분해의 주 목적인 모터도 살짝~
보이는 나사를 다 풀었는데도 윗판이 단단히 고정되어 있다.
뭔가 가운데에서 강하게 잡아주는게 있어서 살펴보니.
바닥에 먼지 흡입구가 살짝 들린다.
옳거니~
나사를 풀어주고,
이제 뒷 범퍼.
뒷 범퍼는 잡아당기면 빠진다. (사실 방법을 몰라 한참을 더듬거렸다.)
뒷범퍼를 제거하면 윗 판을 잡아주는 두개의 나사가 더 보인다.
윗판 분리 완료.
게딱지 같다.
메인보드는 내장 같고.
이제 살펴보자.
메인보드, 부품 배치, 배선상태를 아주 보기 편하게 해놓았다.
개발자 만세!
우선 전원 부.
기기 후면에 아답터를 바로 꽂을 수 있는 소켓이 있고, 전원 스위치가 있다. (위 빨간색 원)
그런데 배선이 배터리 충전소켓(아래 빨간색 원) 쪽으로 바로 가지 않고, 메인보드로 들어갔다가 나온다.
아마도 S/W로 배터리 충방전 관리를 하는 듯..
기기 전면 바닥에는 로봇청소기가 스스로 충전할 때 사용하는 충전단자가 넓게 배치되어 있다.
후면과 전면의 충전단자 배선을 따라가보면 메인보드에 친절하게 씌어 있다.
옆에 GYRO 라는 단자는 비어있는데, 자이로 센서도 탑재 계획에 있었던 듯..
아쉽다.
그 다음 모터
가장 확인이 쉬운건 역시 바퀴 구동부의 모터이다.
좌우에 1바퀴 1모터이다, 모터-기어박스-바퀴로 연결되어 있다.
그리고 바퀴 기어박스가 힌지와 스프링으로 연결되어 로봇청소기를 들어올렸을 때에 바퀴가 아래로 쳐지도록 해 놓았는데, 여기에 센서가 붙어 있어 현재 상태를 알 수 있도록 되어 있다.
그리고 특이한 건,
모터하나에 배선이 6가닥이라는 점.
이건 뭐 랜선도 아니고…
모터 지식은 전무하니 공부가 필요할 듯하다.
그 다음, 로봇청소기의 주기능인 흡입용 팬 모터.
위에서 보면 동그란 팬 모양이 눈에 띈다.
흡입력과 직결되므로 출력이 좋을 것으로 예상했는데, 생각보다 작다.
역시나 메인보드는 친절하다.
이번엔, 전면아래에 살짝 보이는 쓰레받이 모터.
메인보드에는 Main Motor 라고 프린팅되어 있으나, 기능은 흡입구에서 고무날을 회전시키며 먼지를 쓸어담는 역할을 한다. (아래의 빨간색 사각형)
왜 그래야하는지 모르겠으나, 메인모터와 고무날은 타이밍밸트와 같이 홈이 파여진 밸트로 직결되어 있다.
이런 밸트는 회전수를 정확히 알아야 하거나, 큰 힘이 필요할 때에 사용하는게 아닌가?
그리고 없을 줄 알았는데, 마지막에 발견한 모터.
로봇청소기 좌 우에서, 먼지를 모아오는 역할을 하는, 마치 수염같이 생긴 솔을 회전시키는 모터이다.
메인보드에는 Side Motor 라고 씌여 있다.
크기도 작을 뿐더러, 별도의 모터가 연결되어 있을 거라고는 생각하지 않았던 부위이다.
이동할때에만 돌아가는거 같던데, 그냥 바퀴 구동축과 연동해놓으면 되지 않았을까?
흠흠, 나야 좋지만..
이렇게 로봇청소기에 총 6개의 모터가 사용되고 있었다.
아주 유용하게 쓰일 듯 하다.
그리고 이제 센서류
다양한 센서가 있을 것으로 예상했지만, 의외로 간단했다.
아니면 아직 못찾은 걸수도…
후면 양측에 IR 리시버 2개, 리모콘 수신용이겠지.
뚜껑에 IR 리시버가 있지만, 침대나 쇼파 아래에 들어갔을때에 원활하게 신호를 받으려면 필요했을 듯…
전면 중앙, 좌, 우에 바닥을 향한 IR 송신부 3개
엣지를 판단해서 로봇청소기가 절벽에서 떨어지는걸 방지해 주는 역할을 하는 듯 하다.
자세히 보면 IR LED가 방향을 달리해서 세개씩 배치되어 있다. 라인트레이서에 사용하는 센서와 매우 유사하다.
상단 IR 리시버
리모콘 수신용..
휠 카운터?
로봇청소기 바닥을 보면 구동축 바퀴와 달리 수동바퀴가 총 3개 있는데, 그 중 전면의 바퀴가 센서로 보이는 쪽보드에 연결되어 있다.
쪽보드를 떼어봐야 알겠지만, 메인보드 프린팅이 Wheel Counter 임을 보아, 이동거리를 계산하거나 구동축 바퀴가 제자리에서 헛도는지를 판단해주지 않을까 싶다.
청소기이니 먼지센서가 있을 법도 한데.. 저건가보다.
배선에 가려졌지만 DUST_BOX 라고 씌여져 있다.
전면 범퍼 센서
스위치 센서의 일종으로, 저 두개의 블록 사이에 뭔가가 들어오면 전위차가 생겨 트리거를 발생 시키는 듯 하다.
범퍼에서 안쪽으로 돌출된 날이 범퍼 충돌이 발생할 때마다 저 사이로 들어가게 되어 있다.
메인보드 MCU는 STM32F103
스펙을 찾아보니 72MHz 짜리.
기대 이하지만 어차피 사용도 못한다. 뭘로 어떻게 만든줄 알고…
정리
현재까지 파악된 건 모터 6개, IR 리시버 3개, IR 셋트 3개, 스위치 센서 4개, 휠 카운터 1개, 먼지센서 추정 1개이다.
거기에 범퍼에 아크형으로 부착된 보드에도 추가로 센서류들이 배치되어 있는 듯 하다.
부품만 취하려다가 뭔 어줍잖은 분석을 하고 앉았는지 모르겠지만, 아직 완전분해는 하지 않았다.
왜냐하면,
디버그 포트로 보이는 USB단자를 발견..
USB로 사용한다면 드라이버 없이는 불가능하지만, 시리얼이면 한번 연결이나 해볼까 하는 생각에 완전 해체는 잠시 보류하기로 했다.
물론 가능성은 희박하다.
개발보드가 아닌 이상 상용으로 나갈때 Disable 하거나, 최소한 패스워드라도 걸어놓기 때문…
그리고 연결된다 한들, 뭘 어쩔려고? 어떻게 만든줄 알고?
그래도 혹시나 하여 지금 충전 중이다. ㅋㅋ
[그렇구나! 생생과학] 로봇청소기, 실내에서 어떻게 길 찾을까
30대 회사원 강모씨는 올해 초 결혼을 하면서 삼성전자 로봇청소기 ‘파워봇’을 구매했다. 맞벌이 부부라 청소 부담을 덜 목적이었다. 부부가 집을 비운 사이 눈에 보이는 바닥 먼지만이라도 제거해주면 좋겠다는 생각이었다. 그런데 로봇청소기가 움직이는 모습을 지켜보고 있으면 신기하기만 하다. 입구가 다른 방 3곳을 눈이 달린 듯 훑고 다녔고, 배터리가 떨어지면 거실 구석에 있는 충전장소(도킹 스테이션)로 되돌아가 저절로 충전했다. 배터리가 완충되면 다시 집 안을 쓸고 다녔다. 강씨는 “첨단과학 기술이 다 들어간 것 같다”며 “덕분에 직접 청소를 하는 횟수가 많이 줄었다”고 말했다.
로봇청소기의 과학, ‘슬램’
크루즈(순항) 미사일을 만들 때 가장 중요한 기술은 주변 지형지물을 회피하면서 목표지점까지 정확히 도달하게 유도하는 것이다. 로봇공학에선 이를 ‘슬램’(Slam)이라고 말한다. 임의 공간에서 이동하면서 주변을 탐색, 현재 공간의 지도 및 위치를 추정하는 기술이다. 1970년대 순항 미사일을 위한 군사용으로 개발되기 시작했다. 바닥을 기어 다니는 조그만 로봇청소기에는 하늘을 활공하는 첨단 순항 미사일의 작동 기술이 담겨 있다.
원리는 간단하다. 로봇청소기 상단에 장착된 카메라가 천장이나 벽면을 찍은 이후 밝고 어두움, 또는 무늬가 있는 등의 특징을 구별해낸다. 밋밋해 보이는 실내 벽면을 각각의 특징을 갖춘 수많은 구획으로 구분, 좌표 구간을 설정해 지도를 만든다(mapping). 로봇청소기는 거실과 방을 여러 차례 돌아다니면서 같은 행위를 반복하는 동안 지도가 점점 정교해진다. 이후 로봇청소기는 구체적인 좌표를 바탕으로 자신의 위치를 정확히 유추해낸다. 방과 거실, 부엌을 자유롭게 오가는 로봇청소기를 보고 있으면, 눈이 달린 것 아닌가 하는 착각을 하게 되는 이유가 여기에 숨어있다. 그래서 로봇청소기를 실외공간에서 작동하면 길을 잃고 헤매게 된다. 좌표를 형성할 천장이나 벽이 없어서다.
로봇청소기의 길 찾기엔 한 가지 더 중요한 과학 원리가 첨부되는데 바로 ‘자이로스코프’(gyroscope)다. 역사적으로 최초의 자이로스코프는 독일의 수학자이자 천문학자인 요한 보넨베르거가 1817년에 만든 것으로 알려져 있다. 자이로스코프는 위아래가 완전히 대칭인 팽이를 고리를 이용해 팽이 축에 직각인 방향으로 만들고 다시 그것을 제2의 고리를 써서 앞의 것과 직각 방향으로 만든 후에, 다시 제3의 고리에 의해 앞의 둘에 직각 되는 방향으로 지탱해 팽이의 회전이 어떠한 방향으로도 일어날 수 있도록 한 장치이다. 자이로스코프를 이용하면 물체가 이동하거나 회전했을 때 그 사이 각도를 측정할 수 있다. 휴대폰에서 위성위치확인장치(GPS)로 자신이 지도에서 어느 방향을 바라보고 있는지 알 수 있는 이유도 자이로스코프가 적용됐기 때문이다. 로봇청소기도 이 장치를 통해 실내에서 길을 찾아가려면 자신이 어느 방향을 가리키고 있는지를 실시간으로 확인한다.
장애물 회피는 ‘적외선’ 감지
로봇청소기의 관점에서 집 안은 식탁과 의자 다리, 화분, 어질러진 장난감 등 장애물투성이다. 과거엔 앞쪽 범퍼가 장애물에 부딪히면 다른 방향으로 회전하는 방식이었지만 이럴 경우 지나가지 않는 구간이 많아져 깨끗한 청소가 어렵다. 이 때문에 요즘엔 적외선을 통해 장애물을 탐지한다. 과학계에서 적외선을 이용하는 방식엔 크게 세 가지가 있다. 광량, 시간, 삼각측정이다. 광량은 돌아오는 적외선량을 측정하는 것으로 장애물이 적외선 센서로부터 멀리 떨어져 있을수록 반사돼 돌아오는 적외선 양은 감소한다. 이를 측정해 장애물과의 거리를 측정할 수 있다. 적외선이 장애물에 반사돼 돌아오는 시간을 측정해도 거리를 구할 수 있다. 삼각측정은 적외선을 전방에 수평으로 쏜 후, 장애물에 맞고 반사되는 적외선이 로봇청소기의 거울 센서에 맺히는 거리로 위치를 추적하는 기술이다. 삼성전자 관계자는 “광량이나 시간 방식엔 사각이 생기지만 삼각측정 방식은 그렇지 않아 장애물을 훨씬 잘 피할 수 있다”고 설명했다.
배터리가 떨어진 로봇청소기가 도킹 스테이션으로 되돌아오는 데에도 적외선이 활용된다. 도킹 스테이션은 로봇청소기를 불러들이기 위한 적외선을 쏜다. 로봇청소기의 감지센서는 보통 900~1,000 나노미터(㎚) 파장의 적외선에 반응한다. 감지센서는 가시광선에선 아무런 동작을 취하지 않다가, 특정 파장을 지닌 적외선을 인식하면 신호를 출력하기 시작한다. 평상시엔 ‘0’이라는 신호를, 적외선을 만나면 ‘1’이라는 신호를 보낸다. 도킹스테이션은 이후 3개 정도의 다른 패턴을 지닌 적외선을 쏘는데, 로봇청소기는 이를 길잡이로 도킹스테이션 위치를 찾아가게 된다. 도킹스테이션의 적외선이 왼쪽에서 감지되면, 왼쪽으로 방향을 회전하는 식이다.
먼지 흡입은 ‘기압 차’ 이용
진공청소기의 원리는 내부에 있는 팬을 강하게 회전, 들어오는 공기를 밖으로 뿜어내 내부를 진공상태로 만드는 것이다. 기계 안의 압력이 줄어들면 흡입력이 생기는데, 대기의 무게 때문에 생기는 바깥쪽의 공기 압력은 기계 안의 압력보다 높게 되고 이로 인해 먼지가 공기와 함께 대기압이 낮은 기계 안쪽으로 빨려들게 된다.
로봇청소기엔 여기에 한 가지 과학기술이 더 적용되는 데 바로 ‘원심분리’다. 혼합물을 원심분리기에 넣고 돌리면 구성하는 물질의 질량에 따라 받는 원심력이 달라지는데, 그 구성물질의 질량이 클수록 가해지는 원심력도 커져 바깥쪽으로 침전된다. 로봇청소기 안으로 들어오는 먼지엔 머리카락부터 미세먼지까지 다양하다. 로봇청소기는 깨끗한 공기는 밖으로 뿜어내고 먼지만 포집해야 한다. 이를 위해 진공청소기 내부에 원심분리기가 달려 있다. 먼지가 들어오면 내부에서 강하게 회전시켜서 무거운 먼지는 바깥의 저장장치로 보내고, 안쪽으로 모여드는 가볍고 깨끗한 공기는 밖으로 분출하는 것이다. 삼성전자 관계자는 “해당 방식은 원래 공장에서 배기가스를 내보내기 위해 처음 착안했다가 로봇청소기에 적용된 것”이라고 말했다.
김현우기자 [email protected]
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로봇청소기의 진화는 어디까지? – Sciencetimes
회사원인 홍 모(38) 씨는 7살짜리 아들을 두고 있는 맞벌이 여성이다. 과다한 업무로 인해 퇴근하고 나면 파김치가 되는 경우가 한두 번이 아닌데, 그러다 보니 집안이 어질러져 있어도 제대로 치우지 못할 때가 많다. 그럴 때마다 가사도우미를 부르고 싶은 생각이 간절하지만, 아직 갚지 못한 대출금을 떠올리면 당장 실행에 옮길 수가 없다.
오늘도 지친 몸을 이끌고 출근한 홍 씨는 직장 동료에게 집안일의 어려움을 호소하다가 로봇청소기를 한 번 사용해 보라는 권유를 받았다. 로봇청소기에 대해 듣기는 했지만, 로봇이 청소를 해봐야 얼마나 하겠냐는 생각에 그냥 무시를 했던 홍 씨다.
그런데 동료로부터 최근의 로봇청소기 성능을 듣고는 눈이 휘둥그레졌다. 거실이나 방을 먼지 하나 없이 청소하는 것은 물론, 물걸레질까지 완벽하게 수행한다는 말에 믿기지가 않았기 때문이다. 홍 씨는 업무를 시작하면서 퇴근길에 백화점에 들러 로봇청소기의 성능을 직접 눈으로 확인해 봐야겠다고 마음먹었다.
초기 제품은 기대에 미치지 못해 보급 확대에 실패
먼지가 쌓일 때마다 청소기를 꺼냈다가 집어넣어야 하고, 전기선이 닿지 않는 곳을 청소하기 위해서는 코드를 이리저리 꼈다 뺐다 해야 한다. 그럴 때 마다 주부들은 누가 알아서 청소 좀 해줬으면 좋겠다는 푸념을 하게 되는데, 그런 주부들의 소망을 조금이라도 이뤄주기 위해 탄생한 가전제품이 바로 로봇청소기다.
로봇청소기의 역사는 지금으로부터 17년 전인 지난 2001년으로 거슬러 올라간다. 스웨덴의 글로벌 가전사인 일렉트로룩스가 세계 최초로 ‘트릴로바이트(Trilobite)’라는 이름의 로봇청소기를 출시하면서 전 세계의 주목을 끌었다. 하지만 비싼 가격과 기대에 미치지 못하는 성능으로 인해 널리 보급되지는 못했다.
처음 출시될 때만 하더라도 로봇청소기를 사면 더 이상 청소기를 돌릴 일은 없을 것이라 생각했지만, 현실은 그렇지 못했다. 시끄러운 소음과 짧은 배터리 시간이야 그렇다 쳐도, 가장 기본적 기능인 청소 기능부터 허술한 부분이 너무 많았기 때문이다. 청소를 한 공간보다 하지 않은 공간이 더 많았던 것.
이런 이유 때문에 고객들은 한동안 로봇청소기를 외면했지만, 이후 수많은 가전사들이 시장에 뛰어들면서 과거와는 전혀 다른 모습으로 다시 고객들에게 나타났다. 일반적인 진공청소기보다 흡입력이 약하다거나 물걸레 기능이 없는 것 같은 하드웨어적 문제가 개선된 것은 물론, 예전에는 볼 수 없었던 ‘똑똑한’ 모습으로 재탄생한 것이다.
로봇청소기가 똑똑해진 대표적 사례로는 방향 전환 방식을 들 수 있다. 탄생 초기의 로봇청소기는 주행을 하다가 장애물을 만나면 방향을 트는 것이 고작이었다. 그러다 보니 폭이 좁은 곳에 들어가면 빠져나오지 못하고 헤매는 경우가 많았다.
하지만 최근 제품들은 탑재된 여러 개의 카메라를 이용하여 집안의 구조를 미리 파악한 후, 이를 저장장치에 기억해 두었다가 필요할 때마다 정보를 꺼내어 좀 더 효율적으로 움직이는 모습으로 까지 진화한 상태다.
이 뿐만이 아니다. 요즘 출시되는 로봇청소기들은 집에 사람이 없어도 예약한 시간에 청소를 시작하거나, 배터리가 부족하게 되면 스스로 충전기를 찾아가서 충전을 하는 기능도 내장되어 있어 사람이 신경 쓸 필요가 전혀 없도록 설계되어 있다.
소프트웨어의 발전으로 로봇청소기도 새롭게 진화
로봇청소기가 과거에는 볼 수 없었던 스마트한 모습으로 변신한 까닭은 바로 두뇌 역할을 하는 소프트웨어의 진화 덕분이다.
초창기만 하더라도 로봇청소기의 움직임을 결정하는 소프트웨어는 ‘랜덤(random) 방식’이었다. 주행을 하다가 장애물을 만나면 정해진 각도로 방향을 회전하는 방식이다. 하지만 이 방식은 이미 청소한 곳을 다시 청소하는 등의 비효율적 움직임이 문제가 되어 개선의 여지를 남겼다.
랜덤 방식이 선을 보인 이후 이를 보완하기 위해 나온 것이 ‘매핑(mapping) 방식’이다. 매핑방식이란 지그재그 형태로 이동하며 이동한 영역의 정보를 기억하기 때문에 중복되는 청소영역을 줄이고 효율적으로 이동할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 이 방식도 완벽한 것은 아니어서 실내의 장애물 위치에 따라 특정 부분은 아예 청소가 되지 않는다는 단점이 나타났다. 뿐만 아니라 이미 청소한 곳은 다시 어지럽혀지더라도 다시 가지 않는다는 문제도 드러났다.
따라서 최근 들어서는 로봇청소기 제조사들이 매핑방식에 카메라 센서를 추가한 ‘비전(vision 방식’을 많이 적용하고 있다. 탑재된 카메라 센서가 주변에 대한 사진을 찍어 집안 구조에 대한 정보를 기억하는 방식이다.
비전 방식으로 작동하는 로봇청소기는 이동 중에 이미 찍은 사진과 동일한 이미지가 나타나면 그 정보들을 기준으로 이동방향을 다시 결정한다. 중복 청소를 방지한다는 면에서는 상당히 효율적인 방식이지만, 이 경우에도 장애물의 위치가 이동하는 경우 청소를 해야 하는 공간임에도 불구하고 그냥 지나치게 된다는 점에서 보완이 필요하다.
이 외에도 로봇청소기의 원리를 설명함에 있어 소프트웨어만큼이나 중요한 것이 바로 센서다. 대부분의 로봇청소기에는 장애물을 파악하는 ‘장애물인식센서’는 물론 ‘추락방지 센서’와 ‘주행 센서’, 그리도 ‘빛감지 센서’ 등이 장착되어 있어서 스스로 안전과 청소작업, 충전 등의 기능을 동시에 수행할 수 있는 수준에까지 이르렀다.
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믿고 보는 로봇청소기 구매가이드 (2022)
센서(매핑) 로봇의 핵심! 센서의 종류와 특징
Tip 01 레이저센서(LDS) 방이 2개 이상이라면
LDS가 포함된 제품을 추천
로봇청소기는 각자 다양한 센서를 탑재하고 있습니다. 이 중 SLAM 기술이 적용되어 있는지를 확인하는 것이 중요합니다.
*SLAM(Simultaneous Localization And Map-Building) : 로봇에 부착된 센서로 주변 환경에 대한 지도를 작성하는 작업
현재 판매되는 로봇청소기에서 이런 매핑이 가능한 센서는 LDS(레이저 센서), 자이로 센서, 카메라 센서인데, 이중 가장 똑똑한 고성능의 센서가 LDS입니다.
LDS는 청소 초반에 미리 위치를
파악하여 지도를 그림
LDS(Laser Distance Sensor)는 레이저로 거리를 측정하는 센서로, 이 방식을 설명하는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 센서라고 하기도 합니다.
로봇청소기 위에 부착된 센서가 360도로 회전하며 레이저를 쏴서 벽이나 장애물에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 방식입니다.
이 방식은 청소를 시작할 때 미리 지도를 그릴 수 있는 것이 특징으로, 지도의 정확도 또한 매우 높습니다. LDS가 없는 제품은 지도를 그리지 못하거나, 이동하면서 지도를 그리게 됩니다.
LDS는 청소시간을 줄여주며
청소구역의 중복과 누락을 최소화함
이렇게 청소 초반에 지도를 그리는 것은 매우 큰 장점이 있습니다.
먼저, 빠른 청소가 가능합니다. 가장 효율적인 청소 경로를 계획하고 이동하기 때문에 제품과 공간에 따라 다르지만 청소 시간을 절약할 수 있습니다.
또한, 이런 계획적인 움직임은 로봇청소기가 이미 청소한 곳을 반복하거나, 특정 구역은 청소하지 않는 것을 최소화시킬 수 있으며, 실시간으로 이동 동선을 확인하여 청소가 된 곳과 아닌 곳을 구분해 주기도 합니다.
단, 가격이 비싸고 고장후기가
비교적 많은 편
하지만 LDS는 타 센서 대비 가격이 비싸서 저가형에는 탑재되어 있지 않습니다.
또한 회전하며 레이저를 쏘기 위해 위로 돌출되어 있는데, 내구성이 낮아 충격에 고장 나는 경우가 종종 있으며, 내부 회전 모터나 레이저 모듈도 고장 후기도 있는 편입니다.
물론, 잘 사용하는 경우 고장 없이 오랜 기간 사용하는 분들도 많습니다.
Tip 02 자이로센서 & 카메라센서 가성비가 좋은 자이로센서
국내제품들이 채택한 카메라 센서
LDS가 포함된 제품 가격이 부담된다면 자이로 센서나 카메라 센서를 고려해도 좋습니다.
LDS 대비 공간 구분 및 매핑 성능은 떨어지지만 센서가 없는 제품에 비하면 훨씬 낫습니다. 위치센서나 카메라가 없는 제품은 직접 부딪히며 청소하기 때문에 꼼꼼한 청소가 어려워 답답함을 느낄 수 있습니다.
단위시간에 얼마나 움직이는지를
측정하는 자이로센서
자이로센서는 각속도라는 개념을 사용하여 출발 지점으로부터 로봇청소기가 어느 방향으로 얼마나 움직였는지에 대한 정보로 위치를 기억하는 방식입니다.
LDS 대비 저렴한 가격으로 비교적 정확한 매핑이 가능하지만, 한번 움직인 동선에 새로운 장애물이 나타나거나, 출발 지점이 달라지면 처음부터 다시 매핑을 하기 때문에 LDS 보다 확실히 매핑 성능이 부족하게 느껴집니다.
주변지형을 찍어서 기억하는
카메라센서
로봇청소기에 탑재된 한 개 이상의 카메라를 통해 벽, 천장, 문, 가구 등의 사진을 찍어서 그 위치정보를 조합하고 기억해서 전체 지도를 그리는 방식입니다.
하지만, 공간의 밝기가 달라지거나 장애물의 위치가 이동되면 매핑의 오류가 발생하는 등 현재의 기술력으로는 자이로센서와 마찬가지로 LDS 대비 성능이 떨어집니다.
특히 국내 대기업 로봇청소기는 카메라 센서를 채택하고 있는데, 집 내부를 원격으로 실시간 관찰할 수 있는 기능이 있는 제품도 있으며, 이 경우 오히려 LDS보다 가격이 비싼 제품이 많습니다.
방이 2개 이상 or
구조가 복잡하면 LDS를 추천
앞서 설명한 센서들은 길을 안내하는 내비게이션과 같은 역할을 합니다. 매핑 기능이 없으면 랜덤으로 움직이며 중복 청소를 하거나 누락하는 공간이 생기게 됩니다.
따라서, 사용하려는 공간이 방이 2개 이상이거나 구조가 복잡하다면 매핑 기능이 있는 자이로 센서나 카메라 센서 제품을 권장 드리며, 조금 더 똑똑한 로봇을 원한다면 LDS 제품을 추천합니다.
단, 면적이 작거나 공간 구분이 없는 원룸이라면 매핑 기능이 없는 제품을 사용해도 무방합니다.
Tip 03 이 외의 센서들 장애물센서, 추락센서, 벽센서 등은
대부분 탑재하고 있음
위치를 파악하고 지도를 그릴 수 있는 LDS, 자이로, 카메라 센서 외에 보편적으로 포함하고 있는 센서가 있습니다.
적외선과 범퍼를 활용한 장애물센서
로봇청소기는 장애물을 피하고 장애물 주변은 최대한 꼼꼼하게 청소를 해야 하는데, 이를 위해 적외선으로 탐지하거나 범퍼에 붙어있는 센서를 통해 직접 부딪혀 장애물을 인식합니다.
또한, 장애물이 나타나면 장애물 주변은 상대적으로 청소가 덜 될 수 있는데, 장애물과 가까워지면 속도를 줄이는 감속 센서가 있는 제품은 청소가 되지 않는 공간을 최소화하기도 합니다.
화장실이나 현관으로 떨어지는 것을
방지하는 추락센서
로봇청소기를 작동시킨 상태에서 외출하고 집에 돌아왔을 때, 로봇청소기가 화장실이나 현관에 떨어져 있는 경우가 있습니다.
이를 방지하기 위해 추락 센서는 바닥과 로봇청소기의 거리를 지속적으로 측정하여 일정 수준 이상이 되면 이동을 멈추고 방향을 전환합니다.
단, 현재의 기술로는 추락 센서의 반응속도와 로봇청소기의 움직임이 완벽하게 조화롭지 않아서 추락 센서가 있는 제품도 간혹 추락하는 경우가 있습니다.
따라서, 로봇청소기 작동 시에는 화장실 문은 닫아두거나 추락이 예상되는 곳은 막아 두는 것이 좋습니다.
특정구역의 이동을 막아주는 가상벽
장애물 센서나 추락 센서가 있지만 센서로 감지하기가 어려운 경우 마그네틱 소재의 가상벽으로 로봇청소기의 접근을 차단할 수 있는 제품이 있습니다.
최근에는 물리적인 가상벽보다 애플리케이션 지도 상에 가상벽을 세팅할 수 있는 제품이 많은데, 장애물을 옮길 필요도 없고 원하는 공간만 청소할 수 있어 매우 편리합니다.
Tip 04 지도 및 구역설정 지도가 저장되는 제품은
훨씬 편리하게 사용이 가능
청소시간이 단축되고
지도가 점점 정교해짐
지도를 저장할 수 있는 제품은 다음 청소 시에 지도를 처음부터 그리지 않아도 되기 때문에 청소시간이 단축됩니다.
또한 같은 장소를 반복해서 청소하면서 지도를 업데이트하기 때문에 사용하면서 더 정교하고 더욱 꼼꼼한 청소가 가능해집니다.
특정구역만 청소하거나
금지구역을 설정할 수도 있음
지도가 그려지면 집 전체를 청소할 수도 있지만 방 단위로 구분하여 청소할 수 있습니다.
예를 들어 잘 사용하지 않는 작은방은 청소하지 않고 먼지가 많은 거실과 안방만 청소하게 할 수가 있습니다.
또한 미리 그려진 애플리케이션의 지도 위에서 특정구역을 제외하거나, 가상벽으로 막을 수 있기 때문에 마그네틱 가상벽을 별도로 구매하지 않아도 됩니다.
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