KR100842962B1 - 능동 구동 청소기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 청소기의 흡입모듈, 구체적으로는 청소기의 흡입노즐의 위치와 운동상태를 청소기의 본체위치 및 운동상태와 비교 감지하여 자동으로 최적의 위치로 본체를 이동시키는 능동구동 청소기에 관한 것으로서 본체와 흡입모듈에 장착된 감지부가 각 감지부 사이의 현재 상대위치 또는 현재 상대속도에 관한 감지정보를 본체에 내장된 마이컴에 전달하고 마이컴은 상기 본체와 흡입모듈의 현재 속도 및 상대위치 정보로부터 최적의 본체 이동방향 및 이동속도 정보를 도출하여 이를 제어부에 구동정보로 전달하고 상기 제어부는 상기 구동정보를 구동신호로 변환하여 구동부를 제어함으로써 본체를 원하는 위치로 이동시킨다.

상기 구성에 따른 본 발명의 청소기는 흡입노즐의 움직임과 현재위치로부터 사용자의 다음 예상행위를 미리 예측하는 효과를 얻게 되어 청소행위 외에 별도로 청소기 이동에 필요한 사용자의 노력을 크게 절감시킬 수 있다.

청소기, 상대속도, 상대운동, 상대위치, 구동, 제어

Description

능동 구동 청소기{An active type driving vacuum cleaner}

도 1은 사용자가 전후진 이동행위 또는 전후진 방식의 청소행위를 할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 평면 그림.

도 2는 사용자가 청소행위를 하면서 조금씩 왼쪽으로 이동할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 평면 그림.

도 3은 사용자가 청소행위를 하면서 왼쪽으로 크게 선회할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 평면 그림.

도 4는 사용자가 청소행위를 하면서 오른쪽으로 크게 선회할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 평면 그림.

도 5는 사용자가 청소 대기중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 그림.

도 6은 사용자가 청소중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 그림.

도 7은 사용자가 전진 이동중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 그림.

도 8은 사용자가 후진 이동중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 그림.

도 9는 본 발명의 청소기 본체 내부 측면도.

도 10은 본 발명의 청소기 본체 내부 사시도.

도 11은 본 발명의 청소기 흡입노즐의 외형 사시도.

[도면의 주요부분에 대한 도면부호의 설명]

10: 본체 11: 무게중심 12: 제2회전중심

14: 스프링 15: 연결부재 16: 제2연결부재

20: 바퀴 21: 바퀴회전축 1: 사용자

30: 흡입호스결합부 31: 흡입호스결합부중심

40: 흡입모듈 41: 흡입노즐 42:흡입관 43:흡입관손잡이

50: 흡입호스 51: 흡입모듈결합부중심

61: 흡입모터 62: 흡입팬

63: 흡입먼지통 64: 코드릴

70: 구동모터 71: 기어박스 72: 변압 정류모듈

101: 본체수평운동감지부

102: 노즐수평운동감지부 103: 노즐수직운동감지부

113: RF발신부 114: 노즐운동신호전달선

본 발명은 청소기의 본체와, 본체를 제외한 나머지 부분의 상대운동을 감지하여 청소기 본체의 구동을 제어하는 능동구동 방식 청소기에 관한 것이다.

진공 청소기{이하 청소기로 통칭한다}는 본체 내부에 장착되는 팬에 의하여 발생되는 진공압을 이용하여, 청소면 근처의 공기를 흡입한 다음, 본체 내부에서 필터 등을 이용하여 흡입된 공기 속의 이물질을 걸러내는 장치이다.

일반적으로 청소기는 먼지 흡입구 역할을 하는 흡입노즐이 본체와는 별도로 구비되어 흡입관과 호스에 의해 연결되는 캐니스터 방식(Canister type)과, 흡입노즐이 본체와 일체로 형성되는 업라이트 방식(Upright type)으로 크게 나눌 수 있다.

근래에 들어 사용상의 편리함을 바탕으로 점차 보급이 확대되고 있는 청소기는 호텔 등 숙박업소 외에 각 가정에서도 카페트나 소파 등 단순한 쓸고 닦기로 청소하기 힘든 청소면이 늘어나고 있어 오늘날 전 세계적으로 확고한 수요 기반을 갖고 있다.

상기 두 가지 방식의 청소기 중, 캐니스터 방식 청소기의 구조를 간단히 살펴보면, 내부에 진공압 발생용 모터와 먼지 포집구 및 이동용 바퀴 등이 구비되는 본체와 흡입모듈{이하 흡입노즐, 흡입관, 흡입관손잡이의 3부분을 합해서 흡입모듈로 정의한다} 및 상기 본체와 상기 흡입모듈을 연결하는 유연성 있는 호스(hose)로 나눌 수 있으며, 기본적인 동작 방식으로는 사용자가 청소면을 따라 상기 흡입모듈을 조작하면 호스로 연결된 본체가 사용자에 의해 끌려다니면서 장착된 모터로 흡입압력을 제공하고 호스를 통해 포집된 먼지를 본체 또는 흡입모듈에 장착된 캐니스터 내부에 저장하게 된다.

상기와 같은 캐니스터 방식 청소기는 흡입노즐과 본체를 연결하는 유연성 있는 흡입호스 때문에 사용자가 흡입모듈을 통해 전달하는 운동동작이 본체에 직접적으로 즉시 전달되지 않는다는 단점이 있는데 이 때문에 사용자가 청소기 본체를 특정방향으로 이동시킬 때에는 흡입호스가 팽팽해질 때까지 죽 잡아당긴다든지 원하는 방향으로의 회전모멘트를 흡입호스가 청소기 본체에 전달할 때까지 흡입모듈을 계속 이동시켜야 했다.

위의 경우는 특히 좁은 공간에서 청소작업을 하거나 청소기 흡입모듈과 청소기 본체가 서로 반대방향으로 향하면서 사용자를 중심으로 맴도는 위치에 있을 때 매우 빈발하는 상황으로서 그때마다 사용자는 청소기를 일일이 밀쳐내거나 들어서 옮겨야 하는 청소 외의 이중작업을 수행해야 하는 단점이 있었다.

위의 단점을 해결하기 위하여 흡입노즐이 본체와 일체로 형성되는 업라이트 방식을 생각해 볼 수 있다. 그러나 업라이트(Upright) 방식은 무거운 모터를 탑재한 본체가 마치 잔디깎기 기계처럼 흡입면 위를 직접 지나가면서 청소하는 것이어서 단순한 청소 동작만으로 가능한 넓은 공간에만 사용이 가능하였고 세밀한 청소 동작을 위해서는 별도의 도구를 호스에 연결하여 사용해야 했다. 따라서 흡입모듈이 작고 가벼워서 작은 힘으로도 세밀한 동작을 할 수 있는 캐니스터 방식의 고유한 장점은 따라가기 어려웠다.

그리고 상기 업라이트 방식에서 모터를 소형화하여 흡입모듈에 직접 탑재한 막대형 청소기가 경우에 따라 사용되어 왔으나 이 경우에도 탑재모터의 용량이 작아 만족스러운 흡입 성능을 기대할 수 없었다.

또한, 청소기 본체를 이동시킬 때 거추장스러웠던 존재인 전원코드를 없애고자 충전식 청소기도 추가 등장하였으나 이 역시 작은 용량의 모터를 탑재하여 흡입력이 만족스럽지 못함과 동시에 사용 가능시간도 짧았으며 배터리의 수명 주기에 따라 배터리 교체를 하지 않으면 청소기 자체의 수명도 짧아지는 결과를 낳았으므로 결과적으로는 만족스러운 해결책이 될 수 없었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 청소기 흡입모듈, 바람직하게는 청소기의 흡입노즐과 청소기 본체의 상대운동과 그로부터 도출되는 상대위치 및 상대지향각도를 감지하여 사용자가 다음 청소행위 또는 이동행위를 하고자 흡입모듈을 조작할 때 청소기 본체가 방해되지 않도록 상기 본체가 최적위치로 스스로 이동하는 self-driving 기능을 달성하고자 한다.

상기한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명 청소기는 먼저 다음과 같은 주요 기술적 특징부를 갖는다.

먼저 본 발명은 제1운동감지부를 구비한 본체와 흡입노즐과 흡입관과 흡입손잡이를 포함하고 적어도 하나의 제2운동감지부를 구비한 흡입모듈과 상기 본체를 구동시키는 구동부와 상기 제1 및 제2운동감지부의 감지정보를 전달하는 송수신부를 포함하여 구성되고, 이때 상기 송수신부로부터 전달되는 감지정보를 바탕으로 본체가 최적 위치로 이동할 수 있는 구동정보를 산출하는 마이크로 컴퓨터(마이컴)와 상기 구동정보에 의하여 상기 구동부를 제어하는 제어부로 구성된다.

위에서 상기 제2운동감지부는 상기 흡입모듈에서 청소면과 평행한 방향으로 가장 넓은 운동범위를 갖는 지점에 배치될 수 있고, 청소면과 평행한 면에서의 전후좌우 운동을 감지하는 운동감지부와 청소면과 수직 방향으로의 운동을 감지하는 운동감지부로 각각 나누어 구성될 수 있다.

그리고 상기 운동감지부 들은 가속도센서를 탑재하여 1~3축방향의 선형가속도를 감지하거나 자이로센서를 탑재하여 3축의 각가속도를 운동정보로 감지할 수 있으며, 각 감지위치의 기울기 변화에 따른 중력가속도의 추가 유입량을 감지하는 보조운동감지부를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 마이컴은 상기 제1 및 제2 운동감지부 중 어느 하나의 운동감지부를 기준으로 나머지 운동감지부의 상대운동정보 변화량을 산출하여 구동정보를 산출하게 되며 이때 상기 보조운동감지부로부터의 중력가속도의 추가유입량 정보를 감안하여 구동정보 산출에 반영할 수 있다.

상기 본 발명의 기술적 특징을 보다 구체적으로 표현하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일례를 참조하여 아래에 보다 상세히 설명한다.

다만 아래에 기술하는 본 발명의 구현예(embodiment of invention), 혹은 구체적인 실시예(specific example)는 단지 하나의 예 일 뿐이며, 그것을 이루는 구성요소들과 결합구조가 본 발명의 기술적 특징에 내재한 사상을 제한하는 것은 아님을 밝혀둔다.

도 1은 사용자(1)가 청소기의 흡입모듈, 구체적으로는 흡입관(42)과 흡입손잡이를 파지한 상태에서 전후진 이동행위 또는 전후진 방식의 청소행위를 하는 것을 위에서 바라본 모습이다.

도면에서, 흡입노즐(41)에는 흡입노즐이 청소면과 평행한 방향으로 움직일 때의 가속도, 즉 (x,y)방향 가속도를 감지하는 청소면 평행면 수평 가속도감지부(102){이하 노즐수평운동감지부(102)라 한다}와, 흡입노즐이 청소면과 수직한 방향으로 움직일 때의 가속도, 즉 z방향 가속도를 감지하는 청소면 직교면 수직 가속도감지부(103){이하 노즐수직운동감지부(103)이라 한다}가 배치되어 흡입노즐의 현재 운동을 감지한다.

또한 청소기 본체(10)에는 본체가 청소면과 평행한 방향으로 움직일 때의 가속도, 즉 (x,y)방향 가속도를 감지하는 청소면 평행면 수평 가속도감지부(101){이 하 본체수평운동감지부(101)이라 한다}가 배치되어 본체의 현재 운동을 감지한다.

상기 흡입노즐 및 본체의 두 운동체의 운동은 각각 위치절대값과 가속도절대값으로 감지되거나, 어느 한 운동체를 기준으로 하여 가속도의 상대값 차이로 감지될 수 있다.

예컨대 상기 본체수평운동감지부(101)와 노즐수평운동감지부(102)가 둘 다 정지상태에 있을 때 상기 두 감지부의 감지신호를 초기화하고, 사용자(1)의 청소행위 또는 이동행위에 의하여 상기 두 운동체가 운동을 시작한다면 이때 상기 두 감지부로부터의 감지정보는 서로 달라질 것이다. 만약 상기 본체가 거의 정지상태에 있고, 사용자가 흡입노즐을 전후로 움직여가며 청소를 하고 있다면, 본체수평운동감지부(101)는 미소한 전후가속도 변화를 감지할 것이고, 노즐수평운동감지부(102)는 크고 주기적인 전후가속도 변화를 감지할 것이다.

상기와 같은 가속도 변화의 차이를 마이크로컴퓨터(80: 이하 마이컴)에 전달하면 마이컴(80)은 각각의 가속도 감지정보를 시간에 따라 적분 연산하여 각각의 현재속도정보를 얻어낼 수 있고, 다시 현재속도정보를 시간에 따라 적분 연산하여 각각의 현재상대위치정보를 얻어낼 수 있다.

위에서 주목할 만한 사실은 상기 본체(10)에 장착된 가속도 감지부, 즉 본체수평운동감지부(101)가 상기 노즐수평운동감지부(102)의 기준가속도 또는 기준위치 역할을 한다는 점이다.

관성항법장치(INS)등으로 널리 알려져 있는 가속도 적분장치, 다시 말해서 현재 위치의 가속도를 지속적으로 시간에 따라 누적시켜 이로부터 현재위치의 속도 및 위치를 파악하는 장치는 유도미사일이나 로봇, 자동차 등에 널리 사용되고 있는 계측장치이다.

상기 가속도 적분장치는 1방향~3방향으로의 가속도 감지센서를 갖고 감지부의 운동에 따른 가속도 변화를 감지하여 이를 컴퓨터로 적분 처리하여 현재 속도 내지 현재위치를 구하는 것인데, 감지부의 정확한 절대위치를 파악하기 위해서는 현재의 각도정보를 정확히 파악해야 한다.

왜냐하면 지구상에 존재하는 모든 물체는 중력과 지구자전의 영향을 받으므로 어느 한 방향으로 운동을 하여도 중력과 지구자전방향과의 차이에 따른 힘(코리올리의 힘)을 추가로 받기 때문이다.

따라서 어떤 물체의 정확한 현재위치와 현재속도(벡터의 개념이다)를 파악하기 위해서는 3축의 각가속도를 모두 측정할 수 있는 가속도센서, 즉 자이로센서가 요구되며 이는 상기 열거된 유도미사일 등 정밀한 위치정보와 속도정보를 요구하는 것일수록 더욱 그 필요성이 증대된다.

위와 같은 가속도 적분장치는 구성상의 한계를 내포하고 있는데, 그 한계란 최초 기준위치에서 출발하여 시간이 흐를수록 오차가 누적된다는 것이다.

예컨대 현재 개발중인 로봇청소기 등은 최초에 방 한구석에서 출발하였을 때 시간이 많이 흐르거나 이동거리가 많이 누적되었을 경우 가속도의 시간적분에 따른 미소한 오차가 계속 누적되어 나중에는 자신의 현재위치를 잘못 파악하고 있는 오류를 보이기도 한다.

따라서 자이로센서 등을 사용하는 관성항법장치는 자이로센서의 탑재수를 늘 려서 서로 계속 비교하도록 하여 오차를 최소화하거나 주기적으로 GPS위성과 교신하여 전 지구적인 정확한 자신의 위치를 새로 업데이트 하기도 한다.

위 모든 구성들은 운동체가 운동을 할 때 특정기준점으로 삼을 만한 것이 운동체의 출발점밖에 없다는 한계에 기인하는데, 반면 본 발명은 이 점에서 통상의 3축가속도센서나 자이로센서를 이용하는 관성항법장치와 큰 차이가 있다.

일반적인 캐니스터형 청소기는 본체와 흡입모듈의 두 곳에 가속도센서를 배치하고 상기 두 곳 중 어느 한 곳을 기준점으로 할 수 있다.

위와 같이 구성할 때 사용자에 의해 조작되는 청소기의 특성상 상기 특정기준점 또는 출발점의 절대위치는 무의미하며 사용자가 불편을 느끼는 주된 원인인 상기 두 곳의 상대위치 차이는 어느 한 곳을 기준으로 할 때 양쪽에 간단한 가속도 센서를 장착하는 것만으로도 쉽게 파악될 수 있기 때문이다.

청소기의 청소작업 특성상, 청소기 본체가 어느 한 곳에 머물러 있는 시간은 아무리 길어도 1~2분 이내이며, 청소기의 흡입노즐과 본체의 상대 운동범위 또한 반경 2미터 내외이다. 그리고, 본체와 흡입노즐 모두 매우 빠르게 운동하는 물체가 아니므로 지구자전에 따른 코리올리의 힘 또한 무시 가능하다.

위와 같은 사실에 기초하여 청소기 본체에는 본체의 청소면{이하 편의상 x축과 y축이 이루는 평면으로 정의한다}상 운동가속도를 감지하는 2축 가속도센서를 장착하고, 흡입노즐에는 노즐의 청소면상 운동가속도를 감지하는 2축 가속도센서에다 노즐의 청소면과 수직한 방향{이하 편의상 z축 방향으로 정의한다}의 운동가속도를 감지하는 1축 가속도센서를 장착하는 간단한 구성으로부터 상기 본체를 기준 으로 한 상기 흡입노즐의 상대 가속도 정보를 알아낼 수 있다.

물론 상기 구성에서, 본체가 만약 2바퀴로 지지되는 불안정지지구조라면 본체의 기울어짐 방향으로 수평가속도를 보정하는 수직가속도센서가 추가되어야 한다. 왜냐하면 지구중력 1g가 청소기에 항상 작용하고 있으므로, 본체에 수평으로 배치된 가속도 센서가 기울어지면 기울어지는 방향으로 중력가속도가 추가되어 마치 그 방향으로 가속이 되는 것처럼 판단할 수도 있기 때문이다.

이때 별도의 기울기 측정용 센서를 달아서 상기 수평가속도에서 기울어짐 성분을 걸러낼 수도 있으며, 또는 본체 자체에 기울기에 따른 능동적인 자세보정 구동시스템을 도입하여 본체를 항상 직립상태(청소면과 평행하게 배치된 수평가속도계에 중력가속도 성분이 작용하지 않는 상태)로 유지할 수도 있다.

반면에 상기 흡입노즐에는 청소면 상의 수평가속도를 감지하는 2축 가속도 센서외에 z방향의 가속도감지센서를 추가할 필요가 있는데, 그 이유는 사용자가 청소기를 이동하거나 선회할 때 흡입노즐을 청소면에서 들고 이동하기 때문이며 이때의 초기 수직상승 가속도를 감지하기 위함이다.

물론 상기 2축 가속도 센서와 z방향 (1축)가속도 센서를 합쳐서 3축 가속도 을 동시에 감지하는 하나의 감지부를 흡입노즐에 탑재할 수도 있을 것이며 이러한 문제는 설계의 용이성과 제품의 신뢰성, 제조단가 등에 의하여 결정될 문제이다.

상기 3축 가속도에서 z방향의 수직상승 가속도를 무시할 수도 있으며, 그렇게 하여도 청소면 평면상에서의 본체(10)와 흡입노즐(41) 사이의 상대 수평가속도 및 그에 따른 상대속도와 상대위치를 마이컴으로 적분 연산하여 구하는 데에는 어 려움이 없다. 그러나 예를 들어 사용자가 이동을 위하여 흡입노즐을 높이 치켜들었을 때, 치켜드는 행위를 z방향 가속도 센서로 감지하여 본체의 마이컴에 미리 전달할 수 있다면 편리한 청소를 위하여 멀찌감치 떨어져 있었던 본체가 미리 사용자 쪽으로 접근하는 등의 추가적인 능동구동을 실행할 수 있는 좋은 사전 감지정보가 된다.

그리고 상기 흡입노즐에 장착된 가속도 감지부(센서)들은 청소행위와 이동행위를 막론하고 수평/수직 움직임이 가장 커질 수 있는 곳이 흡입노즐부 이어서 그 곳에 배치된 것이며, 기타 추가적인 설계 필요에 따라 흡입관(42)의 어느 한 곳, 또는 흡입손잡이 등에 배치되거나 중복 배치될 수 있음은 당연하다.

도 1을 참조하면, 흡입노즐의 운동을 노즐수평운동감지부(102)가 RF발신부(113) 또는 노즐운동신호전달선(114)을 통해 본체(10)의 마이컴(80)에 전달하고 본체수평운동감지부(101)가 본체의 운동을 상기 마이컴(80)에 전달하면, 마이컴은 이로부터 양쪽의 수평가속도를 적분하여 현재 상대속도와 현재 상대위치 정보에 따른 구동정보를 제어부(81: PCB기판의 형태로 표시)에 전달한다.

도 1에서는 사용자(1)가 청소기의 흡입모듈, 구체적으로는 흡입관(42)과 흡입손잡이를 파지한 상태에서 전후진 이동행위 또는 전후진 방식의 청소행위를 하는 상황이므로, 흡입노즐의 전후방향 가속도 변화(201)를 통한 청소사이클을 감지하여 이를 본체의 전후방향 가속도 변화(202)와 비교하고 본체가 흡입노즐 쪽으로 지나치게 전진하여 사용자(1)의 청소에 방해가 되지 않도록 적절한 거리를 유지하거나 약간씩 후진할 수 있도록 구동부를 제어할 필요가 있다.

도 2는 사용자가 청소행위를 하면서 조금씩 왼쪽으로 이동할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 모습으로서, 이때 흡입노즐(41)에 작용하는 전후방향 가속도(205)는 크고, 상대적으로 흡입노즐에 작용하는 좌우방향 가속도(206)는 작은 경우이다.

위와 같은 움직임이 수행될 때 흡입노즐(41)은 전후방향으로 청소운동(203)을 하면서 조금씩 왼쪽으로 움직이는(204) 자취를 그리게 되며, 이때 본체(10)와 상기 흡입노즐(41) 각각의 현재지향각도 정보는 큰 변화가 없으므로 본체(10)는 다음 추종단계를 대비하기 위하여 오른쪽 바퀴는 앞으로 약간 전진회전(207)하고 왼쪽 바퀴는 뒤로 약간 후진회전(208)하여 제자리 선회를 하게 된다.

다시 말하면 상기 흡입노즐에 설치된 노즐수평운동감지부(102)의 가속도 감지정보가 큰 폭의 전후진 이동(205)과 작은 폭의 좌측이동 누적(206)의 정보를 마이컴에 전달하고, 본체에 설치된 본체수평운동감지부(101)가 특정 범위 이상의 가속도 정보를 감지하여 마이컴에 전달하지 않을 때에 상기 마이컴(80)은 이들 전달된 이동정보를 분석하여 흡입노즐의 좌우방향 중 어느 한 방향으로의 이동이 누적되는 방향으로 선회할 것을 (구동)제어부에 전달하게 된다.

도 3은 사용자가 청소행위를 하면서 왼쪽으로 크게 선회할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 모습으로, 도 2와는 달리 흡입노즐(41)에 작용하는 전후방향 가속도(212)는 작고, 상대적으로 흡입노즐에 작용하는 좌우방향 가속도(211)는 큰 경우이다.

위와 같이 움직임이 수행될 때, 흡입노즐(41)은 청소운동보다는 좌우방향(도 3에서는 좌측방향)으로의 움직임이 큰 청소(209)+이동(210)의 자취를 그리게 되며, 이때 본체와 흡입노즐 각각의 현재지향각도 정보는 큰 변화를 일으키게 되고 더욱 급격한 선회가 일어날 경우, 도면에서와 마찬가지로 흡입노즐과 본체가 서로 반대방향으로 서게 될 수 있다. 이 경우 본체는 흡입노즐과 같은 방향으로 지향하되 흡입노즐의 뒤에 위치하기 위해서 오른쪽 바퀴는 빠른 전진회전(213)하고, 왼쪽 바퀴는 상대적으로 느린 전진회전(214)하여 본체를 전진 좌회전시킨다.

다시 말해서, 상기 흡입노즐에 설치된 노즐수평운동감지부(102)의 가속도 감지정보가 작은 폭의 전후진 이동(209)과 큰 폭의 좌측이동 누적(210)의 정보를 마이컴에 전달하고, 본체에 설치된 본체수평운동감지부(101)가 특정 범위 이상의 가속도 정보를 감지하여 마이컴에 전달하지 않을 때에 상기 마이컴(80)은 이들 전달된 이동정보를 분석하여 흡입노즐의 좌우방향 중 어느 한 방향(도면에서는 좌측방향)으로의 이동이 누적되는 방향으로 선회하되 빠른 속도로 전진할 것을 (구동)제어부에 전달하게 된다.

도 4는 사용자가 청소행위를 하면서 오른쪽으로 크게 선회할 때의 가속도 성분과 흡입노즐 및 본체의 위치를 나타낸 모습이며, 전체적으로는 상기 도 3과 반대되는 경우이다.

도면에 따르면 흡입노즐에 설치된 노즐수평운동감지부(102)의 가속도 감지정 보가 작은 폭의 전후진 이동(215)과 큰 폭의 우측이동 누적(216)의 정보를 마이컴에 전달하고, 본체에 설치된 본체수평운동감지부(101)가 특정 범위 이상의 가속도 정보를 감지하여 마이컴에 전달하지 않을 때에 상기 마이컴(80)은 이들 전달된 운동정보를 분석하여 흡입노즐의 좌우방향 중 어느 한 방향(도면에서는 우측방향)으로의 이동이 누적되는 방향으로 선회하되 빠른 속도로 전진할 것을 (구동)제어부에 전달하게 된다.

도 5는 사용자가 청소 대기중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 모습을 나타낸 것이다.

도면에서, 흡입노즐(41)과 본체(10)는 공히 정지상태이며 노즐 쪽 전후 및 수직방향 가속도는 0 (a_y=a_z=0)이고 본체에 위치한 본체수평운동감지부(101)의 전후방향 가속도도 0이다.

상기 노즐 쪽 가속도 감지정보는 노즐운동신호전달선(114)을 통해 본체 내 마이컴에 유선으로 전달되거나 별도의 고주파 무선통신 장치인 RF 발신부(113)를 노즐 쪽에 부착하고 RF 수신부(111)를 본체에 부착하여 가속도 신호를 벽이나 천정을 통해 반사되는 RF신호로 바꾸어 전달할 수도 있다.

도 6은 도 5에서 사용자가 흡입모듈을 앞으로 죽 밀었을 때, 즉 청소행위르 막 시작하였을 때의 각 감지부의 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 모습인데, 흡입노즐(41) 쪽의 가속도는 a_y＞0, a_z=0 이나 청소행위와 같은 짧은 거리의 반복동작일 경우 유연성 있는 흡입호스(50)가 흡입노즐의 전후운동을 흡수하여 본체쪽으로의 전후운동의 전달을 대부분 막게 되므로 본체의 가속도는 a_y≥0으로 미미하게 발생한다.

위와 같은 상황에서 노즐수평운동감지부와 본체수평운동감지부의 시간에 따른 누적 감지정보는 차이가 나게 되며 본체에 내장된 마이컴이 이들 감지정보의 시간에 따른 누적량을 분석하여 현재 흡입모듈이 청소중인지 이동중인지(또는 선회중인지) 파악할 수 있는 것이다.

예컨대 상기 도6과 같은 청소중인 상황이라면 사용자가 청소하는데 방해되지 않도록 마이컴에서 제어부에 미약한 전진명령을 전달하여 청소기 본체를 흡입모듈과 일정거리 유지할 수 있도록 구동부를 제어(미소 회전력 T≥0 부여)할 수 있다.

도 7은 사용자가 전진 이동중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 모습을 나타낸 것으로서, 사용자는 이동을 위해 흡입노즐을 치켜드는 동작, 즉 초기 수직가속도(a_z＞0)를 흡입모듈에 전달하며 곧이어 전방으로 향한 수평가속도(a_y＞0)도 흡입모듈에 전달하게 된다.

이때 흡입호스(50)의 잡아당김에 따라 본체(10)가 앞으로 기울어지거나 앞으로 끌려갈 수 있으며 본체수평운동감지부(101)에 감지되는 수평가속도는 a_y＞0으로 흡입노즐의 수평가속도에 따라서 같이 양의 방향으로 증가하게 된다.

상기와 같은 상황이라면 마이컴에서 제어부에 전진명령을 전달하여 청소기 본체가 흡입모듈을 따라 움직일 수 있게 구동부를 제어(회전력 T＞0부여)할 수 있다.

그리고 위와 같이 노즐이 들어 올려졌을 때, 천정이나 벽을 통한 반사가 아닌 바닥면을 통한 반사로도 RF신호가 송수신될 수 있으므로 본체 아래쪽에 추가 위치한 RF수신부(111)을 통해 신호를 보다 확실히 수신할 수 있다.

도 8은 사용자가 후진 이동중일 때 전후진 방향과 수직방향의 가속도성분을 나타낸 측면 모습을 나타낸 것으로서, 상기 도7과 마찬가지로 사용자는 이동을 위해 흡입노즐을 치켜드는 동작, 즉 초기 수직가속도(a_z＞0)를 흡입모듈에 전달하며 곧이어 후방으로 향한 수평가속도(a_y〈0)도 흡입모듈에 전달하게 된다.

이때 흡입호스(50)가 뒤로 밀림에 따라 본체(10)가 뒤로 기울어지거나 뒤로 밀릴 수 있으며 본체수평운동감지부(101)에 감지되는 수평가속도는 a_y〈0으로 흡입노즐의 수평가속도에 따라서 같이 음의 방향으로 증가하게 된다.

위와 같은 상황이라면 마이컴에서 제어부에 후진명령을 전달하여 청소기 본체가 흡입모듈을 따라 움직일 수 있게 구동부를 제어(회전력 T〈0부여)할 수 있다.

이상에서 설명하였던 도1~도4의 평면도와 도5~도8의 측면도를 종합하여 고찰 하면, 대략 다음과 같은 결과를 표로 얻을 수 있다.

현재 상대운동 상태	노즐ax(좌우 방향)	노즐ay (전후 방향)	노즐az (수직 방향)	본체ay (전후 방향)	구동부 제어 내용
전후진청소	작다	크다	없다	없다	본체와 흡입노즐 거리유지
수평이동청소	중간	크다	없다	작다	본체 선회
맴돌이청소	크다	크다	없다	없다	본체 전진 선회
선회	크다	작다	크다	작다	본체 전후진 선회
이동	작다	크다	크다	크다	본체 전후진

상기 [표1] 과 같이 가속도 발생의 초기-중기-말기의 시간개념을 도입하지 않은 대략적인 상대운동 외에도 추가 실험을 거쳐 더욱 자세한 운동 프로파일을 제작할 수 있으며, 이를 본체내의 마이컴에 입력시켜 보다 정교하고 빠른 구동부 제어를 달성할 수 있다.

예를 들면 가속도 정보량을 단위 행위(+방향 또는 -방향의 1방향 운동행위)에서 초기-중기-말기로 시간에 따라 나누어 각각 세부 분석을 추가 진행하여 보다 자세한 운동테이블을 마이컴에 입력하여 구동신호 발생 기초자료로 활용할 수 있다.

도 9 ~ 도 10은 상기 도1 ~ 도8의 구동제어를 수행하는 본 발명의 청소기 본체의 내부 측면도와 사시도를 도시한 것인데, 도면을 살펴보면, 흡입노즐 쪽에 장착된 노즐수평,수직운동감지부로부터의 감지신호(예컨대 가속도신호)를 유선의 노즐운동신호전달선(114)으로 전달하거나 RF수신부(111)로 수신하여 내부연결선을 거쳐 마이컴(80)에 전달하는 구성을 볼 수 있다.

그리고 본체에 장착된 본체수평운동감지부(101)도 상기 노즐운동감지부와 마찬가지로 상기 마이컴에 연결되며 이때 만약 본체가 기울어지게 설계된 것이라면 기울어짐에 따른 수직방향 가속도의 수평운동감지부 유입을 막기 위해 별도의 기울기 센서 등을 추가하여 마이컴에서 이를 걸러낼 수 있다.

상기 감지부를 탑재하는 도면상 청소기의 일 구현예는 하나의 회전축과 한 쌍의 바퀴를 가진 청소기구조를 구현하였을 경우로서 본체(10)의 하부에 코드릴(64)이 배치되어 전원 코드를 하방으로 360°회전 가능하게 뽑아낼 경우, 자체 구동력을 지닌 바퀴(20)가 상기 코드를 자유롭게 타고 넘어갈 수 있다.(일반적인 청소기는 바퀴가 사용자에 의해 끌려다녀야 하므로 위와 같이 바퀴가 전원코드를 타고 넘어가기 어렵다.)

그리고 가장 무거운 흡입모터(61)와 그 밖에 무거운 부품들인 구동모터(70), 기어박스(71), 구동모터를 위한 변압 정류모듈(72), 코드릴(64) 등은 본체(11)의 무게중심 위치를 고려하여 바퀴회전축(21)에 근접하게 배치될 수 있다.

도 9 및 도 10에서 흡입모터(61)는 흡입팬(62)에 회전력을 전달 가능하게 연결되어있고, 상기 흡입팬(62)에는 흡입호스결합부(30)으로부터 연장된 내부 흡입관이 연결된다.

또한 상기 흡입팬(62)의 회전 원주상으로 연장되는 흡입먼지통(63)이 추가 배치될 수 있다.

도면에서, 수평운동을 감지하는 본체수평운동감지부(101)는 상기 본체(10)의 기울기에 따른 움직임이 가장 덜한 바퀴회전축(21) 상에 배치되어 있으며 이로 인해 외부 교란움직임으로 인한 수평가속도신호의 불안정을 최소화할 수 있다.

상기 본체수평운동감지부(101)가 장착된 제어부(81)는 마이컴(80)(micro computer)이 장착된 회로기판이며, 상기 마이컴(80)이 전달하는 구동정보를 구동신호화 하여 구동모터(71)를 제어한다.

그리고 상기 구동모터(71)는 바퀴가 회전하거나 정지한 상태에서 회전력 또는 회전속도를 미세하고 신속하게 조절할 수 있도록 전압 또는 계자(field)저항을 변화시켜 속도를 제어하는 모터, 즉 직류모터로 장착될 수 있으며, 따라서 가정용 전원을 상기 구동모터에 직류로 변환하여 전달할 수 있도록 변압정류모듈(72)이 제어부와 구동모터 사이에 배치된다.

도 11은 본 발명의 청소기 흡입노즐의 외형 사시도로서, 앞서 도 1에서 설명한 바와 마찬가지로 노즐수평운동감지부(102)와 노즐수직운동감지부(103)이 각각 나누어서 배치되거나, 혹은 일체로 배치될 수 있으며 감지부의 종류는 1축 가속도 센서부터 자이로센서 등에 이르기까지 다양한 종류가 적용될 수 있다.

그리고 상기 감지부 들이 감지하는 운동신호는 완충부(115)가 구비된 노즐운동신호전달선(114)을 통해 유선으로 전달되거나, 고주파 무선통신인 RF발신부(113)를 통해서 무선으로 송출될 수 있다.

그리고 상기 본체에 추가 탑재가능한 기울기 센서의 정보로부터 마이컴이 수행하는 기능과 마찬가지로 흡입노즐(41)이 기울어질 때, 상기 노즐수직운동감지부(103)에서 감지하는 중력가속도의 변화량과 상기 노즐수평운동감지부(102)에서 추가 감지되는 중력가속도를 마이컴에 전달하여 흡입노즐의 3차원 공간상 운동정보에서 기울기 정보를 걸러낼 수 있다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 포함되지 않은 다양한 변경 및 확장 실시예를 추가로 구현(예컨대 앞으로 감지기술의 발달과 보다 간단하고 저렴한 소형의 운동감지센서가 생산됨에 따라 상기 운동감지부를 가속도센서가 아닌 초소형의 자이로센서나 다른 형태의 속도 및 위치감지센서로 대체 가능하고, 그에 따라 마이크로 컴퓨터나 송수신 장치도 같이 개량될 수 있다)할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명이 고유하게 보유하는 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 청소기는 다음과 같은 탁월한 효과를 발휘한다.

먼저 본체와 흡입모듈에 장착된 수평,수직 운동감지부가 서로의 상대속도와 상대방향 및 그에 따른 상대위치를 파악하여, 이를 통해 본체를 적절히 구동시킴으로써 사용자의 흡입모듈 조작시 흡입호스가 겹쳐지거나 꼬이지 않게 하며, 청소기운동 의도가 흡입모듈에 장착된 감지부를 통해 입력될 때 더 이상의 견인력을 필요로 하지 않고 내부에 장착된 구동모터로 청소기를 구동함으로써 청소행위 외에 별도로 청소기 이동에 필요한 사용자의 노력을 절감시켜 준다.

또한 상기 청소기 본체를 항상 흡입모듈과 일정거리 내외에서 유지하게 하고 일정범위 내에서 지향각도를 유지하게 하여 사용자에게 편리한 청소공간, 선회공간 및 여유선회각도를 부여함으로써 청소작업의 만족도를 크게 높이고 청소시간을 절약할 수 있다.

Claims (13)

1. 제1운동감지부를 구비한 본체;

   흡입노즐과 흡입관과 흡입손잡이를 포함하고 적어도 하나의 제2운동감지부를 구비한 흡입모듈;

   상기 본체를 구동시키는 구동부;

   상기 제1 및 제2운동감지부의 운동정보를 전달하는 송수신부;

   상기 송수신부로부터 전달되는 운동정보를 바탕으로 상기 운동감지부 들의 상대운동정보를 산출하는 마이컴; 및

   상기 구동정보에 의하여 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 청소기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2운동감지부는,

   상기 흡입모듈에서 청소면과 평행한 방향으로 가장 넓은 운동범위를 갖는 지점에 배치되며 청소면과 평행한 면에서의 전후좌우 운동을 감지하는 운동감지부와, 청소면과 수직 방향으로의 운동을 감지하는 운동감지부로 나누어질 수 있는 것을 특징으로 하는 청소기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2운동감지부는,

   각각의 운동감지 방향으로의 선형가속도 또는 각각의 운동감지 방향과 수직방향으로의 각가속도를 운동정보 중 하나로서 감지하는 것을 특징으로 하는 청소기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2운동감지부는,

   각 감지위치의 기울기 변화에 따른 중력가속도의 추가 유입량을 감지하는 보조운동감지부를 더 포함하는 청소기.
5. 제1항에 있어서, 상기 마이컴은,

   상기 제1 및 제2 운동감지부 중 어느 하나의 운동감지부를 기준으로 나머지 운동감지부의 상대운동정보 변화량을 산출하여 구동정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 청소기.
6. 제4항에 있어서, 상기 마이컴은,

   상기 제1 및 제2 운동감지부 중 어느 하나의 운동감지부를 기준으로 나머지 운동감지부의 상대운동정보 변화량에 상기 보조운동감지부로부터의 중력가속도의 추가유입량 정보를 포함시켜 구동정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 청소기.
7. 청소면 상 제1전후 운동감지부를 구비한 본체;

   청소면 상 좌우 운동감지부를 구비한 흡입모듈;

   상기 본체를 구동시키는 구동부;

   상기 운동감지부 들의 운동정보가 입력되는 마이컴; 및

   상기 마이컴에 의하여 상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되고,

   상기 마이컴은 상기 좌우운동감지부로부터 전달되는 운동정보와 상기 제1전후 운동감지부로부터 전달되는 운동정보를 서로 비교하여 상기 본체의 전후좌우 구동정보를 산출하는 구성을 더 포함하는 청소기.
8. 청소면 상 제1전후 운동감지부를 구비한 본체;

   청소면 상 제2전후 운동감지부를 구비한 흡입모듈;

   상기 본체를 구동시키는 구동부;

   상기 운동감지부 들의 운동정보가 입력되는 마이컴; 및

   상기 마이컴에 의하여 상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되고,

   상기 마이컴은 상기 제2전후 운동감지부로부터 전달되는 운동정보와 상기 제1전후 운동감지부로부터 전달되는 운동정보를 서로 비교하여 상기 본체의 전후좌우 구동정보를 산출하는 구성을 더 포함하는 청소기.
9. 청소면 상 제1전후 운동감지부를 구비한 본체;

   청소면과 수직방향의 상하 운동감지부를 구비한 흡입모듈;

   상기 본체를 구동시키는 구동부;

   상기 운동감지부 들의 운동정보가 입력되는 마이컴; 및

   상기 마이컴에 의하여 상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되고,

   상기 마이컴은 상기 상하 운동감지부로부터 전달되는 운동정보와 상기 제1전후 운동감지부로부터 전달되는 운동정보를 서로 비교하여 상기 본체의 전후좌우 구동정보를 산출하는 구성을 더 포함하는 청소기.
10. 제7항 내지 제9항에 있어서, 상기 운동감지부 들은,

    각각의 운동감지 방향으로의 선형가속도 또는 각각의 운동감지 방향과 수직방향으로의 각가속도를 운동정보 중 하나로서 감지하는 것을 특징으로 하는 청소기.
11. 제7항 내지 제9항에 있어서 상기 운동감지부들은,

    각 감지위치의 기울기 변화에 따른 중력가속도의 추가 유입량을 감지하는 보조운동감지부를 더 포함하는 청소기.
12. 제11항에 있어서, 상기 마이컴은,

    상기 보조운동감지부로부터의 중력가속도의 추가유입량 정보를 포함시켜 상기 운동감지부들로부터 전달되는 운동정보를 서로 비교하는 구성을 더 포함하는 청소기.
13. 제7항 내지 제9항에 있어서 상기 운동감지부 들은,

    상기 마이컴에 운동정보를 전달하기 위한 유선 신호전달구성 또는 고주파 무선통신 신호전달구성을 더 포함하여 구성되는 청소기.

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