KR100761997B1 - 청소로봇용 휠 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 청소로봇 본체의 하측에 결합되며 구동모터가 설치된 지지체와, 상기 지지체에 회전 가능하게 결합되며 청소될 바닥과 접촉된 상태로 상기 구동모터에 의해 일방향으로 회전될 때 상기 청소로봇 본체 본체가 전방으로 이동되도록 하는 휠을 포함하는 청소로봇 본체용 휠 어셈블리에 있어서, 상기 지지체는 상기 청소로봇 본체에 대해 상기 휠이 상기 바닥에 접촉되는 방향 및 이격되는 방향으로 회동 가능하게 힌지결합되어 있고, 상기 지지체를 상기 휠이 상기 바닥에 접촉되는 방향으로 탄성적으로 가압하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 청소로봇용 휠 어셈블리를 제공한다.

Description

청소로봇용 휠 어셈블리 {Wheel Assembly for Automatic Robot Cleaner}

도 1은 청소로봇의 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 청소로봇용 휠 어셈블리의 사시도.

도 3a는 바닥이 평평한 경우 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리의 스프링이 인장된 상태로 휠과 바닥이 접촉된 상태를 나타낸 도면.

도 3b는 바닥에 굴곡이 있는 경우 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리의 스프링이 일정정도 복원된 상태에서 휠과 바닥이 접촉된 상태를 나타낸 도면.

도 3c는 바닥에 굴곡이 심하여 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리의 스프링이 복원되어 안전스위치가 접속된 상태를 나타낸 도면.

도 4는 도 1에 도시된 청소로봇에 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리가 결합된 상태를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 지지체 11 : 구동모터

12 : 힌지결합 13a : 가이드부

13b : 가이드홈판 14a : 안전스위치

14b : 스위치누름부 15 : 접속부

20 : 휠 30 : 스프링

본 발명은 청소로봇용 휠 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휠의 접지력이 상승되도록 하여, 굴곡이 있는 바닥에서도 구동이 원활하게 이루어질수 있도록 구조가 개선된 청소로봇용 휠 어셈블리에 관한 것이다.

청소로봇이란 잘 알려진 바와 같이, 미리 입력된 프로그램에 의하여 사용자의 간단한 조작만으로도 청소기 스스로 청소를 하고자 하는 바닥 예를 들어 아파트의 거실바닥이나 방바닥 등을 청소하는 청소기를 말한다. 이렇게 스스로 청소를 한다는 의미에서 사람이 직접 청소를 하는 방식에 비하여 매우 편리한 청소기인 것이다.

이러한 청소로봇은 본체에 장착된 각종 센서와 그 센서에 수신된 신호를 처리하는 신호처리부 등을 구비하여 장애물이나 벽면 등을 스스로 감지하여 청소영역을 결정하여 최적경로를 계산한 후, 그 계산된 최적경로를 따라 이동하면서 청소를 실시한다. 이 과정에서 청소로봇은 휠의 회전수를 검출하여 자신의 위치를 파악하고 계산된 경로를 이동하는 것이다.

일반적으로 이러한 청소로봇에는 한 쌍의 휠이 이용되는데, 바닥면에 굴곡이 있어서 일측의 휠이 바닥으로부터 이탈되거나, 휠가 바닥사이가 좁아져 휠이 바닥에 미치는 수직항력이 줄어들게 되어 그로 인해 휠과 바닥사이의 마찰력이 감소하는 경우에는 그 휠은 공회전을 하게 되고, 나머지 하나의 휠만이 계속해서 바닥과 접촉된 상태로 회전하게 되므로, 청소로봇은 바닥으로부터 이탈한 휠을 축으로 회전을 하게된다. 이러한 회전에 의하여 미리 계산된 경로를 벗어나게 되는데 이 경우 미리 계산된 효율적인 청소가 불가능하지게 되는 문제점이 있다..

또한, 청소로봇이 문턱을 지나는 경우 청소로봇의 주행관성에 의하여 문턱에 부딪히게 되고 부딪히면서 청소로봇의 본체가 바닥면에 대해 들어올려지게 되는 경우도 발생하게 되는데 이러한 경우에는 휠 역시 바닥으로부터 이탈하게 되어 공회전만 하게 되는 문제도 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 굴곡이 있는 면에서도 휠이 바닥면에 항상 접지될 수 있도록 해주는 청소로봇용 휠 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

청소로봇 본체의 하측에 결합되며 구동모터가 설치된 지지체와, 상기 지지체에 회전 가능하게 결합되며 청소될 바닥과 접촉된 상태로 상기 구동모터에 의해 일방향으로 회전될 때 상기 청소로봇 본체 본체가 전방으로 이동되도록 하는 휠을 포함하는 청소로봇 본체용 휠 어셈블리에 있어서,

상기 지지체는 상기 청소로봇 본체에 대해 상기 휠이 상기 바닥에 접촉되는 방향 및 이격되는 방향으로 회동 가능하게 힌지결합되어 있고,

상기 지지체를 상기 휠이 상기 바닥에 접촉되는 방향으로 탄성적으로 가압하 는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 청소로봇용 휠 어셈블리를 제공한다.

상기 지지체는 상기 휠의 전방으로 일정거리 이격된 지점에서 상기 청소로봇 본체에 힌지결합되어 있는 것이 바람직하다.

상기 청소로봇 본체에는 가이드부가 구비되어 있고,

상기 지지체에는, 상기 청소로봇 본체에 대한 회동이 가이드되도록, 상기 가이드부가 슬라이딩 가능하게 끼워지는 가이드홈이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 가이드부에는 상기 구동모터로 공급되는 전원을 차단할 수 있는 안전스위치가 마련되어 있고,

상기 지지체에는, 그 지지체가 미리 설정된 각도만큼 회동하는 경우 상기 안전스위치를 눌러서 상기 구동모터로의 전원공급을 차단하는 스위치누름부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 청소로봇의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 청소로봇용 휠 어셈블리의 사시도, 도 3a는 바닥이 평평한 경우 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리의 스프링이 인장된 상태로 휠과 바닥이 접촉된 상태를 나타낸 도면, 도 3b는 바닥에 굴곡이 있는 경우 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리의 스프링이 일정정도 복원된 상태에서 휠과 바닥이 접촉된 상태를 나타낸 도면, 도 3c는 바닥에 굴곡이 심하여 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리의 스프링이 복원되어 안전스위치가 접속된 상태를 나타낸 도면, 도 4는 도 1에 도시된 청소로봇에 도 2에 도시된 청소로봇용 휠 어셈블리가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 청소로봇용 휠 어셈블리는 청소로봇 본체(1)를 청소될 바닥(2) 위에서 전방으로 이동하도록 하기 위한 것으로서 지지체(10)와 휠(20)과 스프링(30)으로 구성되어 있다.

상기 지지체(10)는 상기 휠(20)을 회전가능하게 지지한다. 상기 지지체(10)에는 구동모터(11)가 설치되어 있으며, 그 내부에는 상기 구동모터(11)의 회전을 상기 휠(20)에 전달하는 기어열(미도시)이 내장되어 있다.

상기 지지체(10)는 상기 청소로봇 본체(1)의 하측에 결합되어 있는데, 상기 휠(20)의 전방으로 일정거리 이격된 지점에서 상기 청소로봇 본체(10)에 대해 상기 휠이 바닥(2)에 접촉되는 방향 및 이격되는 방향으로 회동 가능하게 힌지결합(12)되어 있다. 즉 상기 지지체(10)는 일측이 고정된 상태로 상하방향으로 회동가능하게 힌지결합(12)되어 있는 것이다.

상기 지지체(10)의 상측에는 상기 지지체(10)의 상측으로부터 연장되어 상기 청소로봇 본체(1)의 후방으로 절곡된 접속부(15)가 마련되어 있다.

한편 상기 청소로봇 본체(1)에는 상기 청소로봇 본체(1)의 내부의 하면으로 부터 상방으로 돌출되도록 형성된 가이드부(13a)가 마련되어 있고, 상기 지지체(10)에는 상기 가이드부(13a)가 슬라이딩가능하게 끼워지는 가이드홈이 마련되어 있어서, 상기 지지체(10)의 상기 청소로봇 본체(1)에 대한 회동이 가이드 되도록 한다. 이때 상기 가이드홈은 상기 지지체(10)에 서로 일정거리만큼 이격된 상태로 나란하게 형성되어 있는 한 쌍의 가이드홈판(13b)에 의해 형성된다.

상기 가이드부(13a)의 상측에는 상기 구동모터(11)로 공급되는 전원을 차단할 수 있는 안전스위치(14a)가 마련되어 있다. 또한 상기 지지체(10)의 접속부(15)에는 그 지지체가 미리 설정된 각도(θ, 도 3a참조)만큼 회동하는 경우에 상기 안전스위치를 눌러 상기 구동모터로의 전원공급을 차단하는 스위치누름부(14b)가 마련되어 있다.

상기 휠(20)은 지지체(10)에 의해 회전가능하게 결합되어 있으며, 청소될 바닥(2)과 접촉된 상태로 구동모터(11)로부터 전달된 회전력에 의해 회전되어 청소로봇 본체(1)을 전방으로 이동시킨다. 또한 상기 휠(20)은 지지체(10)에 결합되어 있으므로, 상기 지지체(10)가 상하방향으로 회동함에 따라 바닥(2)에 접촉되는 방향 및 이격되는 방향으로 함께 회동하게 된다.

상기 휠(20)의 외주부분은 바닥(2)과의 마찰력을 증가시키고, 바닥(2)과의 사이에서 발생하는 충격을 흡수할 수 있도록 위하여 고무재료를 이용하여 제작하는 것이 일반적이며, 요철을 형성하기도 한다.

상기 스프링(30)은 상기 지지체(10)를 상기 휠(20)이 상기 바닥(2)에 바닥에 접촉되는 방향으로 탄성적으로 가압하는 것으로서, 일단부는 휠(20)의 후방으로 일정거리 이격된 지점에 고정되어 있고, 타단부는 상기 지지체(10)의 접속부(15)에 고정되어 있다. 본 실시예에서는 인장스프링(30)이 하나 사용되고 있으나, 경우에 따라서 복수개의 인장스프링 또는 압축스프링이 사용될 수 있으며, 그 장착 위치 역시 제작하고자 하는 청소로봇의 내부 사정이나 스프링의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.

이하에서는 상술한 청소로봇용 휠 어셈블리의 일 실시예에 대한 구조 및 작용, 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예엔 휠 어셈블리는 청소로봇 본체(1)를 이동시키기 위한 구조로서, 지지체(10)에 결합되어 있는 구동모터(11)가 일방향으로 회전하면 그 회전이 상기 지지체(10)에 내장된 기어열에 의해 휠(20)에 전달되고, 그 회전력에 의해 휠(20)이 청소될 바닥(2)과 접촉된 상태로 회전함으로써 청소로봇 본체(1)가 미리 입력된 혹은 스스로 계산된 방향으로 이동하게 된다. 일반적으로 청소로봇 본체(1)에는 한 쌍의 휠 어셈블리가 사용된다.

바닥(2)이 평평한 경우에는 도 3a에 도시된 바와 같이 청소로봇 본체(1)의 자중에 의해 스프링(30)이 인장된 상태로 청소로봇이 주행하게 된다. 이러한 상태에서는 휠(20)이 바닥(2)과 접촉된 상태가 유지되므로 우수한 주행성능을 유지한 상태에서 청소를 수행하게 된다.

그러나 바닥(2)에 굴곡이 형성되어 있어 움푹패인 상태에서는 도 3b에 도시된 바와 같이 스프링(30)의 복원력에 의해 지지체(10)가 휠(20)이 바닥(2)에 접촉되는 방향으로 회동하게 되고 그에 따라 휠(20)도 바닥(2)에 접촉되는 방향으로 회동하게 되어 바닥(2)에 홈이 있는 경우에도 휠(20)과 바닥(2)의 접촉상태가 유지된다.

청소로봇이 바닥(2)에 홈이 있는 상태를 주행하다 다시 평평한 바닥(2)을 주행하게 되는 경우에는 다시 청소로봇의 자중에 의해 도 3a에 도시된 상태로 돌아가게 된다.

이때 상기 지지체(10)의 회동은 가이드부(13a)와 가이드홈에 의해 지지체(10)의 회동이 가이드 되는데, 상기 가이드부(13a)와 가이드홈에 의해 지지체(10)의 회동과정이 보다 정밀하게 이루어지도록 하며, 회동과정에서 생길 수 있는 지지체(10)의 좌우방향의 비틀림 등을 방지하는 효과도 발생한다.

한편, 청소로봇 본체(1)가 이동하는 과정에서 방향을 바꾸기 위해 하나의 휠(20)을 축으로 회전하는 경우가 생기는데 이때 축이 되는 휠(20)은 그 휠(20)과 바닥(2)의 접점으로부터 그 바닥(2)에 대하여 수직으로 연장된 직선을 축으로 회전하게 되는데 바닥(2)과 휠(20)은 면접촉을 하고 있으므로, 바닥(2)과 휠(20)의 마찰력에 의해 비틀림 모멘트를 받게 되고 이에 의해 휠(20)과 지지체(10)의 결합에 문제가 생길수도 있고, 휠(20)과 지지체(10)의 결합축에 변형이 생기게 될 수도 있는데 휠(20)은 지지체(10)에 고정되어 있고, 상기 지지체(10)는 가이드부(13a)와 가이드홈에 의해 비틀림에 대하여 저항할 수 있도록 되어 있으므로, 청소로봇 본체(1)의 방향전환과정에서 발생할 수 있는 휠(20)에 대한 비틀림 역시 제어될 수 있는 장점이 생기게 된다.

바닥(2)의 굴곡이 아주 심해 청소로봇이 청소를 제대로 할 수 없는 경우나, 청소로봇이 문턱에 걸려서 휠(20)이 지면으로부터 이탈되게 되는 경우에는 휠(20)의 회전을 멈추어 불필요한 휠(20)의 공회전을 제어할 필요가 발생하게 되는데, 이러한 목적을 달성하기 위해 지지체(10)가 미리 설정된 각도(θ)이상으로 회동하게 되는 경우에는 가이드부(13a)에 마련된 안전스위치가 상기 지지체(10)의 연장부(15)에 마련된 스위치누름부에 의해 눌러짐으로써 구동모터(11)로 공급되는 전원을 차단하여 구동모터(11)를 멈춤으로써 휠(20)의 공회전을 방지하게 된다.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이 지지체(10)가 휠(20)의 전방에서 일정거리 이격된 부분에 힌지결합(12)되어 있는데, 이러한 구조를 취하는 경우 바닥(2)에 작은 돌맹이 등의 장애물이 있는 경우에도 그 장애물을 효과적으로 타넘어가면서 주행이 가능한 장점이 생기게 된다. 장애물을 넘어서 주행하기 위해서는 장애물이 있는 방향으로의 진행을 위한 구동력도 중요하지만, 그 장애물과 휠(20) 사이의 마찰력도 매우 중요한 요소이다. 일정정도의 마찰력이 작용하지 않는 경우에는 휠(20)이 헛바퀴되는 경우가 발생하게 되고, 그러한 경우에는 장애물을 넘을 수 없게 되는 것이다. 마찰력은 수직항력과 마찰계수를 곱한 값으로 정의되는데, 마찰계수는 휠의 외주면의 재질이나 형상, 장애물의 표면의 재질 등에 의해 결정되는 물질고유의 성질이고, 수직항력은 휠(20)과 장애물의 접점에서 휠(20)이 장애물에 대하여 수직으로 가하는 힘으로서 주로 청소로봇의 자중에 의한 중력 가운데 휠(20)이 장애물에 대해 수직으로 가하는 힘의 성분이다. 본 실시예에서 지지체(10)는 휠(20)의 전방에 힌지결합(12)되어 있고, 지지체(20)에 고정된 스프링은 휠(20)의 후방으로 일정거리 이격된 지점에 고정되어 있으므로, 휠을 중심으로 청소로봇 본체(1)의 전방측으로 회전시키려는 힘이 작용하게 되는 효과가 생기는데 이러한 힘에 의해 수직항력이 증가되는 효과가 생기게 된다. 휠(20)이 장애물에 대해 작용하는 수직항력이 증가함에 따라 휠(20)과 장애물 사이의 마찰력 역시 비례해서 증가하게 되므로, 장애물을 효율적으로 넘어갈 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 지지체가 휠의 전방으로 일정거리 이격된 지점에서 청소로봇 본 체에 힌지결합된 실시예에 대하여 설명하고, 그러한 구성을 취하는 것이 바람직하지만 반드시 지지체가 휠의 전방으로 일정거리 이격된 지점에서 힌지결합되어야 하는 것은 아니며 휠의 후방으로 일정거리 이격된 지점에서 청소로봇 본체에 힌지결합되거나 다른 적절한 위치에 힌지결합될 수도 있으며, 그러한 구성 역시 본 발명의 기술적 사상에 위배되는 것이 아니라 오히려 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.

상기에서는 청소로봇 본체에 가이드부가 구비되어 있고, 상기 지지체에는 가이드홈이 마련된 실시예에 대하여 설명하였으나, 반드시 그러한 구성을 취해야 하는 것은 아니며, 지지체에 가이드부가 형성되고, 청소로봇 본체에 가이드홈이 마련되어 있어도 본 발명의 기술적 사상에 포함되며, 가이드부와 가이드홈을 구비하지 아니한 구성 역시 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야한다.

한편, 상기에서는 한 쌍의 가이드홈판에 의해 가이드홈이 형성되는 실시예에 대하여 설명하였으나 반드시 한 쌍의 가이드 홈판을 구비해야하는 것은 아니며 가이드홈을 형성할 수 있는 적절한 구성을 선택할 수 있으며, 그러한 자유로은 선택에 의한 구성도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

상기에서는 안전스위치와 스위치누름부를 구비한 실시예에 대하여 설명하였으나 반드시 안전스위치와 스위치누름부를 포함해야 하는 것은 아니며 안전스위치와 스위치누름부를 포함하지 아니하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

상기에서 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상 이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 위배되지 아니하는 범위내에서 다양한 형태의 청소로봇용 휠 어셈블리로 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 청소로봇용 휠 어셈블리는 다음과 같은 효과를 발생시키게 된다.

첫째, 바닥에 굴곡이 있는 경우에도 휠이 바닥과 접촉된 상태로 청소로봇을 주행시키는 것이 가능하므로, 효율적인 청소가 가능하는 장점이 있다.

둘째, 바닥에 장애물이 있는 경우에도 비교적 효율적으로 장애물을 극복하고 청소로봇을 진행시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 바닥의 굴곡이 심하거나 다른 이유로 휠이 바닥으로부터 이탈되는 경우 전원공급을 차단함으로써 불필요한 휠의 공회전을 방지할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 청소로봇이 방향전환을 위하여 하나의 휠을 축으로 회전하는 경우에 그 축이 되는 휠에 발생하는 비틀림을 효율적으로 제어할 수 있어 휠의 변형이나 휠축의 변형 등을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 청소로봇 본체의 하측에 결합되며 구동모터가 설치된 지지체와, 상기 지지체에 회전 가능하게 결합되며 청소될 바닥과 접촉된 상태로 상기 구동모터에 의해 일방향으로 회전될 때 상기 청소로봇 본체 본체가 전방으로 이동되도록 하는 휠을 포함하는 청소로봇 본체용 휠 어셈블리에 있어서,

   상기 지지체는 상기 청소로봇 본체에 대해 상기 휠이 상기 바닥에 접촉되는 방향 및 이격되는 방향으로 회동 가능하게 힌지결합되어 있고,

   상기 지지체를 상기 휠이 상기 바닥에 접촉되는 방향으로 탄성적으로 가압하는 스프링을 포함하며,

   상기 지지체는 상기 휠의 전방으로 일정거리 이격된 지점에서 상기 청소로봇 본체에 힌지결합되어 있고,

   상기 청소로봇 본체에는 가이드부가 구비되어 있고,

   상기 지지체에는, 상기 청소로봇 본체에 대한 회동이 가이드되도록, 상기 가이드부가 슬라이딩 가능하게 끼워지는 가이드홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 청소로봇 본체용 휠 어셈블리.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 가이드부에는 상기 구동모터로 공급되는 전원을 차단할 수 있는 안전스위치가 마련되어 있고,

   상기 지지체에는, 그 지지체가 미리 설정된 각도만큼 회동하는 경우 상기 안전스위치를 눌러서 상기 구동모터로의 전원공급을 차단하는 스위치누름부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 청소로봇 본체용 휠 어셈블리.

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