KR100876693B1 - Active driven cleaner - Google Patents
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도 1은 하나의 회전축과 한 쌍의 바퀴를 가진 청소기가 청소 준비자세에 있을 때의 측면도.1 is a side view of a cleaner having one rotating shaft and a pair of wheels when ready for cleaning;
도 2는 도 1의 준비자세에서 청소행위가 막 시작되었을 때의 측면도.Figure 2 is a side view when the cleaning operation has just started in the ready position of FIG.
도 3은 도 1 또는 도 2의 자세에서 이동행위 중일 때의 측면도.FIG. 3 is a side view when the movement is performed in the posture of FIG. 1 or FIG.
도 4는 도 1 ~ 도 3의 자세에서 반대방향으로 이동행위 중일 때의 측면도.Figure 4 is a side view when moving in the opposite direction in the posture of Figures 1-3.
도 5 ~ 도 7은 바퀴의 구동축과 본체의 회전중심이 일치하는 1축의 회전중심과 높은 무게중심을 갖는 본체의 측면도.5 to 7 are side views of a main body having a high center of gravity and a rotational center of one axis in which the rotational center of the body and the drive shaft of the wheel coincide.
도 8 ~ 도 10은 바퀴의 구동축과 본체의 회전중심이 일치하는 1축의 회전중심과 낮은 무게중심을 갖는 본체의 측면도.8 to 10 are side views of a main body having a low center of gravity and a rotational center of one axis in which the rotational center of the body and the drive shaft of the wheel coincide.
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도 21은 하나의 회전축과 한 쌍의 바퀴를 가진 청소기구조를 구현하였을 경우의 측단면도.Figure 21 is a side cross-sectional view when implementing a cleaner structure having a rotating shaft and a pair of wheels.
도 22는 도 21에 도시된 청소기 구조의 정면도.22 is a front view of the cleaner structure shown in FIG. 21.
도 23은 도 21에 도시된 청소기 구조의 상면도.FIG. 23 is a top view of the cleaner structure shown in FIG. 21.
도 24는 도 21에 도시된 청소기 구조의 외형 사시도.24 is an external perspective view of the cleaner structure illustrated in FIG. 21.
[도면의 주요부분에 대한 도면부호의 설명][Description of reference numerals for the main parts of the drawings]
10: 본체 11: 무게중심 10: main body 11: center of gravity
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20: 바퀴 21: 바퀴회전축20: wheel 21: wheel rotation shaft
30: 흡입호스결합부 31: 흡입호스결합부중심30: suction hose coupling portion 31: suction hose coupling center
40: 흡입모듈 41: 흡입노즐 42:흡입관 43:흡입관손잡이40: suction module 41: suction nozzle 42: suction pipe 43: suction pipe handle
50: 흡입호스 51: 흡입모듈결합부중심50: suction hose 51: suction module coupling center
61: 흡입모터 62: 먼지분리부61: suction motor 62: dust separation unit
63: 흡입먼지통 64: 코드릴63: suction dust box 64: cord reel
70: 구동모터 71: 기어박스 72: 변압 정류모듈70: drive motor 71: gearbox 72: transformer rectifier module
80: 감지부 81: 제어부80: detection unit 81: control unit
본 발명은 청소기 호스를 통해 입력되는 사용자의 조작의도를 감지하여 청소기 본체를 제어하는 능동구동 방식 청소기에 관한 것이다.The present invention relates to an active driving type cleaner for controlling a cleaner body by sensing an operation intention of a user input through a cleaner hose.
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.A vacuum cleaner (hereinafter referred to as a vacuum cleaner) uses air pressure generated by a fan mounted inside the main body to suck air near the cleaning surface, and then filter out foreign substances in the sucked air using a filter or the like inside the main body. Is a device.
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.In general, the vacuum cleaner has a canister type in which a suction nozzle serving as a dust suction port is provided separately from the main body and connected by a suction pipe and a hose, and an upright type in which the suction nozzle is integrally formed with the main body. Can be divided.
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 전세계적으로 확고한 수요 기반을 가지고 있다.In recent years, vacuum cleaners, which are gradually being spread based on the convenience of use, are becoming more difficult to clean with simple wiping such as carpets and sofas at homes other than hotels and hotels. .
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.Among the two types of vacuum cleaners, the structure of the canister vacuum cleaner will be described briefly. A main body and a suction module including a vacuum generating motor, a dust collecting port, and a moving wheel therein (hereinafter, referred to as a suction nozzle, a suction pipe, and a suction pipe handle) And a flexible hose connecting the main body and the suction module, and the basic operation method is a main body connected with a hose when the user operates the suction module along a cleaning surface. It is attracted by the user to provide suction pressure to the mounted motor and to store the dust collected through the hose inside the canister mounted on the main body or the suction module.
상기와 같은 캐니스터 방식 청소기는 보통 전원코드를 길게 뽑아내어 가정 내의 콘센트에 연결하여 모터에 전원을 공급하게 되나, 이 경우에 호스에 연결되어 위치 이동이 쉽지 않은 (무거운 모터를 탑재한)본체를 끌고 다녀야 하는 어려움이 있으며, 부가적으로 거추장스러운 전원코드 때문에 사용자의 불편이 가중되는 단점이 있다.The canister cleaner like the above usually draws a long power cord and connects it to an outlet in the home to supply power to the motor, but in this case, it is connected to a hose and drags a main body (heavy motor mounted) that is not easily moved. There is a difficulty in carrying, and additionally, the inconvenience of the user increases due to the cumbersome power cord.
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.In order to solve the above disadvantages, an upright method in which the suction nozzle is formed integrally with the main body can be considered. However, the Upright method uses a heavy motor to clean the body by passing directly on the suction surface like a lawn mower, so it can be used only in a large space with a simple cleaning operation. I had to connect it to a hose to use Therefore, the inherent advantage of the canister method, which can operate finely with small force due to the small and light suction module, was difficult to follow.
그리고 상기 업라이트 방식에서 모터를 소형화하여 흡입모듈에 직접 탑재한 막대형 청소기가 경우에 따라 사용되어 왔으나 이 경우에도 탑재모터의 용량이 작 아 만족스러운 흡입 성능을 기대할 수 없었다.In addition, the rod-type cleaner mounted directly on the suction module by miniaturizing the motor in the upright method has been used in some cases, but in this case, the capacity of the mounted motor is small, and thus satisfactory suction performance cannot be expected.
또한, 가장 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.In addition, a rechargeable vacuum cleaner has been added to remove the power cord, which is the most cumbersome, but it also has a small capacity motor, which is not satisfactory in suction power and has a short usable time and does not replace the battery according to the life cycle of the battery. Otherwise, the life of the cleaner itself would be shortened, and as a result, it could not be a satisfactory solution.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 청소기를 움직이는 견인력을 최소화하고, 사용자가 의도하는 대로 청소기가 이동 및 방향전환이 쉽도록 사용자의 흡입모듈 조작행위를 감지하여 스스로 이동하는 self-driving 기능을 달성하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention minimizes the traction force of moving the cleaner, and achieves a self-driving function that detects a user's suction module manipulation so that the cleaner is easily moved and changed as the user intended. I would like to.
그리고 청소면 위의 각종 장애물과 거추장스러운 전원코드를 쉽게 넘어다닐 수 있도록 청소기 본체를 고 기동성(high maneuverable)화 하고, 경우에 따라 본체가 불안정 상태에 있더라도 스스로 중심을 잡을 수 있는 self-balancing 기능을 부여하고자 한다.In addition, the cleaner body is highly maneuverable so that it can easily cross various obstacles and cumbersome power cords on the cleaning surface, and in some cases, it provides a self-balancing function that can center itself even when the body is in an unstable state. I would like to.
상기한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명 청소기는 먼저 다음과 같은 주요 기술적 특징부를 갖는다.In order to achieve the object of the invention as described above, the present invention cleaner first has the following main technical features.
먼저 본 발명은 적어도 하나의 회전중심을 갖는 본체; 상기 본체를 이동시키기 위한 바퀴; 상기 바퀴를 구동시키기 위한 구동부; 상기 회전중심에서 떨어져서 상기 본체에 결합 되는 흡입호스 결합부; 상기 흡입호스 결합부의 움직임에 의한 상기 본체의 기울기(slope)를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부의 감지정보에 의하여 상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함한다.First, the present invention is a main body having at least one center of rotation; Wheels for moving the body; A driving unit for driving the wheels; A suction hose coupler coupled to the main body at a distance from the rotation center; A detector configured to detect a slope of the main body due to the movement of the suction hose coupler; And a controller configured to control the driver by the sensing information of the detector. It includes.
또한 상기 본체의 움직임 또는 기울어짐을 좌우하는 상기 흡입호스는 호스무게와 호스유연성의 두 가지 설계요소를 상기 본체의 무게중심위치, 회전중심위치 및 무게를 고려하여 설계될 수 있으며, 이때 청소행위와 이동행위의 구별이 쉽도록 호스의 무게대비 유연성이 최적화될 수 있다.In addition, the suction hose, which influences the movement or inclination of the main body, may be designed in consideration of the weight center position, the rotation center position, and the weight of the two design elements of the hose weight and the hose flexibility. The hose's weight-to-weight flexibility can be optimized to make the behavior easier to distinguish.
상기 구성에 추가하여 상기 흡입호스 결합부는 청소면을 기준으로 상기 회전중심과 서로 다른 높이에 위치할 수 있고, 흡입호스와 마찬가지로 상기 본체에 가하게 되는 회전모멘트를 고려하여 그 위치가 변동될 수 있다.In addition to the above configuration, the suction hose coupling portion may be positioned at a different height from the rotation center with respect to the cleaning surface, and the position thereof may be changed in consideration of the rotation moment applied to the main body as in the suction hose.
또한 상기 감지부는, 상기 기울기의 변화속도 또는 변화가속도를 상기 감지정보 중 하나로서 감지하는 구성을 더 포함할 수 있다.The sensing unit may further include a configuration for sensing the change speed or the change acceleration of the slope as one of the sensing information.
보다 구체적으로, 상기 감지부는 최상의 감지정보를 얻기 위하여 배치위치가 선택될 수 있고, 예컨대 본 발명에서와 같이 각도를 감지하는 구성일 경우, 회전축과 최대한 가까운 위치(또는 축선 상)에 각도센서가 배치될 수 있으며 이 경우 각도정보를 교란하는 수평, 수직 속도 및 진동 등이 최소화될 수 있다.More specifically, the sensing unit may be selected from the arrangement position in order to obtain the best sensing information, for example, in the case of the configuration of detecting the angle as in the present invention, the angle sensor is disposed at the position (or on the axis) as close as possible to the axis of rotation In this case, horizontal, vertical speed, vibration, etc. disturbing the angle information can be minimized.
또한 상기 구동부는 본체가 흡입호스결합부에 의해 기울어질 수 있도록, 3개 혹은 4개의 바퀴로 된 것이 아니라 직립상태에서 하나의 회전중심으로 상기 본체를 지지 및 구동하는, 다시 말해 바퀴를 동축 회전식으로 배치한 세그웨이(segway)와 비슷한 구조로 설계될 수 있다.In addition, the drive unit is not made of three or four wheels so that the main body can be inclined by the suction hose coupling portion, but in the upright state to support and drive the main body with one rotation center, that is, the wheel coaxially It can be designed in a structure similar to the arranged segway.
보다 구체적으로, 상기 구동부는 바퀴가 회전하거나 정지한 상태에서 회전력 또는 회전속도를 미세하고 신속하게 조절할 수 있도록 설계되며 전기모터일 경우, 전압 또는 계자(field)저항을 변화시켜 속도를 제어하는 모터, 즉 직류모터를 탑재하여 바퀴에 동력을 전달한다.More specifically, the drive unit is designed to adjust the rotational force or rotational speed finely and quickly while the wheel is rotated or stopped, and in the case of an electric motor, a motor for controlling the speed by changing the voltage or field resistance, In other words, it is equipped with a DC motor to transfer power to the wheels.
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상기와 같은 구조의 본 발명은 흡입모듈의 이동동작과 청소동작을 선택적으로 구별할 수 있고, 이동동작에 따른 본체(10)에 외력 P가 가해질 경우 구동부에서 그에 상응하는 회전력 T을 발생시켜 능동적으로 상기 본체(10)를 자세 유지하거나 이동시킬 수 있다.The present invention having the above structure can selectively distinguish between the moving operation and the cleaning operation of the suction module, and when the external force P is applied to the
상기 본 발명의 기술적 특징을 보다 구체적으로 표현하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일례를 참조하여 아래에 보다 상세히 설명한다.In order to represent the technical features of the present invention in more detail with reference to an example of the present invention included in the drawings will be described in more detail below.
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.However, the embodiments of the present invention or specific examples described below are just one example, and the components and coupling structures constituting the same are inherent in the technical features of the present invention. Note that it is not limiting.
도 1은 하나의 회전/지지 축과 한 쌍의 바퀴를 가진 청소기가 청소 준비자세에 있는 모습을 옆에서 바라본 것이다.1 shows a side view of a cleaner with one rotary / support shaft and a pair of wheels in a cleaning ready position.
상기 도면에서, 흡입노즐(41), 흡입관(42) 및 흡입손잡이(43)를 포함하여 구성되는 흡입모듈(40)은 사용자의 청소행위가 직접 전달되는 부분이며 이러한 청소동작은 흡입호스(50)를 통해서 흡입호스결합부(30)로 전달된다.In the drawing, the
상기 흡입호스결합부(30)는 강체(rigid body)가 아닌 흡입호스(50)의 움직임을 본체(10)에 효율적으로 전달하기 위한 중간 매개체 역할을 하는 것으로, 만약 상기 흡입호스(50)가 본체(10)에 가까워질수록 점점 강성이 커지는 구조를 가졌다면 상기 흡입호스결합부(30)의 돌출길이가 짧거나 혹은 존재하지 않더라도 그 자신의 전체적인 움직임을 본체(10)에 효과적으로 전달 가능할 것이다.The suction
그러나 통상의 흡입호스(50)는 유연성 있는 구조로 만들어지며, 사용자의 이 동행위와 청소행위가 구별될 수 있도록 적절한 완충역할을 해야 하므로 흡입호스(50)의 전체 유연성이 일정하게 설계된다면 흡입호스결합부(30)는 일정부분 돌출길이를 갖는 것이 효과적인 움직임 전달에 바람직하다.However, the
본 발명에서 상기 흡입호스(50)의 유연성(flexibility)과 자체무게는 상기 흡입호스결합부(30)로 전달되는 움직임에 영향을 끼치는 변수로 작용하게 되는데, 아래에 상기 두 가지 변수를 나누어서 그 기술적 의미를 고찰해 보고자 한다.In the present invention, the flexibility (flexibility) and the weight of the
먼저 흡입호스(50)의 유연성 측면에서, ① 만일 흡입호스(50)가 완전한 강체라면, 청소동작이나 이동동작의 움직임이 전혀 구별 없이 흡입호스결합부(30)에 그대로 전달되므로 실질적으로는 업라이트 방식 또는 일체형 청소기인 것이나 마찬가지며, 반면에 ② 흡입호스(50)가 가느다란 줄과 같이 완벽한 유연체라면, 청소행위에 따른 출렁임은 없을 것이나 반면 이동동작이 완전히 진행된 이후(즉 흡입호스(50)가 팽팽하게 잡아 당겨지고 난 이후)까지는 흡입호스결합부(30)에 전달될 움직임이 전혀 없을 것이다.First, in terms of flexibility of the
다음으로 흡입호스(50)의 자체무게 측면에서 볼 때, 어느 정도의 유연성을 보유했다는 전제하에서 ③ 상기 흡입호스(50)의 무게가 아주 무겁다면 흡입호스(50)의 일부분은 항상 지면에 닿아있게 되며 청소행위 시 지면에 닿은 부분은 거의 움직이지 않고 지면에서 흡입모듈결합부중심(51)까지 연결된 부분(도 1에서 V2=0 지점의 좌측부분)만 움직일 것이다. 이 경우 청소동작은 전혀 전달되지 않으나, 반면 지면에서 상기 흡입호스결합부중심(31)까지 연결된 부분(V2=0 지점의 우측부분) 역시 상기 흡입호스(50)의 무게로 인해 항상 기울어져 있게 된다. 따라서 상기 ②와 마찬가지로 청소동작의 입력 여부와 무관하게 상기 흡입호스결합부(30)의 기울기는 변하지 않는다.Next, in terms of the weight of the
반면에, ④ 상기 흡입호스(50)의 무게가 아주 가볍다면 이 경우에도 상기 ①과 마찬가지로 무게 대비 유연성이 실질적인 강체수준이 되므로 청소동작이나 이동동작이 전혀 구별 없이 상기 흡입호스결합부(30)에 전부 그대로 전달될 것이다.On the other hand, if the weight of the
그러므로 본 발명에서 목표로 하는 바와 같이 사용자가 의도하는 대로 청소기가 이동 및 방향전환이 쉽도록 흡입호스결합부(30)가 사용자의 흡입모듈 조작행위를 본체(10)에 전달하려면 청소동작이 일정부분 걸러져야 하며 그 중에서도 주로 이동동작에 관한 움직임이 상기 흡입호스결합부(30)에 전달하기 위해서는, 상기 흡입호스(50)의 유연성과 무게를 실험을 거쳐 상기 본체(10)의 무게와 안정도에 알맞게 조절할 필요가 있다.Therefore, as the object of the present invention, if the suction
또한 상기 흡입호스(50)의 무게뿐 아니라 흡입호스결합부(30)와 상기 본체의 무게도 같이 조절될 필요가 있다.In addition, the weight of the suction
따라서 이하 도면에서는 상기 흡입호스(50) 등의 설계 인자가 바람직하게 조절되었다는 점을 전제로 하여 추가 설명한다.Accordingly, the following description will be further provided on the assumption that design factors such as the
상기 도1의 경우, 청소기가 이동도 청소도 하지 않는 대기 상태이므로 흡입호스(50)는 별도의 움직임이 없으며 본체(10)도 θ=0인 직립상태에 있다.In the case of FIG. 1, since the cleaner does not move or clean, the
도 2는 도1의 준비자세에서 사용자가 청소행위를 막 시작했을 때의 모습을 옆에서 바라본 것이다.FIG. 2 is a side view of the user when he or she has just started the cleaning operation in the ready position of FIG. 1.
상기 도면에서, 흡입모듈(40)은 청소면을 따라 전진을 하고 있으며, 그에 따라 흡입모듈결합부중심(51)도 V1>0으로 움직임이 생기게 되나, 상기 움직임은 흡입호스(50)에서 지면에 닿아있는 지점에서 V2≒0으로 상당량 흡수되어 흡입호스결합부중심(31)에는 P≥0으로 미량만이 전달되게 된다.In this figure, the
이때 본체(10)의 기울기는 θ≥0으로 약간 변동하게 되며, 상기 변동신호를 보정하고자 한다면 바퀴(20)에 미소한 회전력(torque = 토크) T≥0을 인가하면 된다. 그런데 이 경우 실제 바퀴는 거의 회전하지 않으므로 본체(10)는 전진하거나 후진하지 않고 직립자세, 다시 말해서 흡입호스(50)의 청소동작 움직임에 대하여 버티는 자세를 유지하게 된다.At this time, the inclination of the
도 3은 상기 도1 또는 도2의 자세에서 사용자가 이동행위를 할 때의 모습을 옆에서 바라본 것이다.3 is a side view of the user when the user moves in the posture of FIG. 1 or FIG. 2.
상기 도면에서, 흡입모듈(40)은 청소면에서 높이 떨어져서 이동중이며, 이에 흡입모듈결합부중심(51)은 V1≫0의 큰 움직임이 유발되며, 따라서 흡입호스(50)는 지면에서 떨어지게 된다.In this figure, the
지면에서 떨어진 상기 흡입호스(50)의 최저점 속도는 0보다 증가한 V2>0의 이동상태이며 이와 같은 흡입호스(50) 전체의 이동움직임으로 인해 흡입호스결합 부(30) 또는 흡입호스결합부중심(31)은 P>0의 힘을 받게 된다.The minimum speed of the
물론 상기 P>0의 힘은 본체(10)의 기울기 변화, 즉 θ>0을 유발하게 되는바, 이에 상기 본체(10)가 균형을 유지하고 흡입모듈(40)을 추종(following)하기 위해선 바퀴(20)에 일정 이상의 회전력 T>0을 인가해 주어야 한다.Of course, the force of P> 0 causes a change in the inclination of the
상기 회전력 T로 인해 바퀴(20)가 회전하면서 전진하고, 본체(10)는 균형상태가 크게 무너지지 않고 자기 스스로 흡입모듈(40) 또는 흡입호스(50)를 따라가게 되므로 사용자는 본체(10)를 견인하기 위해 별도의 큰 힘을 들일 필요가 없다.Due to the rotational force T, the
도 4는 상기 도1 내지 도3의 자세에서 사용자가 반대방향으로 이동행위를 할 때의 모습을 옆에서 바라본 것이다.4 is a side view of the user when the user moves in the opposite direction in the postures of FIGS. 1 to 3.
도4는 상기 도3의 경우와 모든 면에서 반대가 되며, 다만 이 경우에서 도면과 달리 때로는 흡입호스(50)가 지면에 붙어있을 경우도 존재할 것이나, 어떤 경우에도 상기 흡입호스(50)의 최저점의 속도 V2<0인 것은 변함이 없다.4 is opposite in all respects to the case of FIG. 3, except that in this case, unlike the drawing, sometimes the
따라서 본체(10)는 도3의 경우와 반대로 동작하며 균형을 잡게 된다.Therefore, the
상기 도4의 경우에 흡입모듈(40) 또는 흡입호스(50)가 후퇴하여 상기 본체에 겹쳐지기 전에 상기 본체(10)는 스스로 선행(leading)하여 후진할 것임은 물론이며 사용자는 상기 본체(10)를 뒤로 밀쳐내기 위해 별도의 동작을 가할 필요가 없다.In the case of FIG. 4, before the
상기 도1~도4의 경우를 고찰하면 흡입모듈(40) 및 흡입호스(50)의 '청소동 작'움직임은 일정무게를 지니고 유연성을 갖는 호스가 땅에 닿아 늘어뜨려져 있는 것으로 무시 또는 상쇄될 수 있고, 본체(10)에 가해지는 외부입력정보는 '호스결합부에 작용하는 힘의 벡터량(P)'으로 근사화 수 있다는 점을 의미한다.Considering the case of FIGS. 1 to 4, the 'cleaning movement' movement of the
따라서 전체 제어과정에 중요한 요소를 미치는 것은 본체(10)의 중심축 기울기인 θ가 되며, 이때 상기 θ는 여러 가지 방법으로 측정 및 분석될 수 있다.Therefore, an important factor in the overall control process is θ, which is the central axis inclination of the
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도 5 ~ 도 7은 바퀴의 구동축과 본체의 회전중심이 일치하는 1축의 회전중심과 높은 무게중심(11)을 갖고 있는 본체(10)의 역학적 관계를 도시한 것으로서, 먼저, 도6에서와 같이 무게중심(11)이 바퀴회전축(21)보다 높은 불안정 평형의 역진자 형태일 경우에는 P=0이라 하여 회전력 T는 항상 0을 유지하는 것이 아니라 본체(10) 내부에 장착된 감지부가 θ의 변화량을 감지하여 좌우로 미량의 회전력 T를 인가하므로 불안정 평형상태에서도 넘어지지 않도록 한다.5 to 7 illustrate a mechanical relationship between the
물론 이때 상기 θ는 편의상 힘 P가 작용하는 작용 중심점인 흡입호스 결합부중심(31)과, 바퀴회전축(21) 사이를 연결한 선과, 중력작용선(수직선) 사이의 상대각도를 기본 값으로 정하였지만 상기 θ를 측정하기 위하여 반드시 상기 흡입호 스 결합부중심(31)과 바퀴회전축(21) 사이를 연결한 선을 선정할 필요는 없으며 필요에 따라 장착된 감지부가 중력에 대해 감지하는 절대각도를 기본 값으로 할 수도 있음은 당연하다.Of course, at this time, θ is set as a default value for the relative angle between the suction
상기 도6의 불안정 평형상태가 좌우로 흐트러지는 상태가 도5 및 도7인데 이 경우 상기 무게중심(11)이 넘어지는 쪽으로 이동하므로 중심이 무너지는 속도는 더욱 빠르게 되며, 따라서 회전력 T는 더욱 큰 변동량을 가지고 빠르고 정확하게 인가될 필요가 있다.5 and 7 in which the unstable equilibrium state of FIG. 6 is displaced from side to side. In this case, since the center of
상기 도5 및 도7의 경우에서와 같이 중심이 높은 불안정 제어를 채택할 경우 본체(10)의 기동성이 크게 높아지고 사용시간 전반에 걸쳐 좌우로 흔들리면서 우아한 움직임을 연출하게 되어 사용자의 만족도가 높아지게 되나, 자세유지에 필요한 구동에너지가 증가하며, 미소한 외력 P에도 대응해야 하므로 청소동작과 이동동작을 효과적으로 구별하기 어려운 단점이 상존한다.5 and 7 when the high center of instability control is adopted, the mobility of the
도 8 ~ 도 10은 바퀴의 구동축과 본체의 회전중심이 일치하는 1축의 회전중심과 낮은 무게중심(11)을 갖고 있는 본체(10)의 역학적 관계를 도시한 것이다.8 to 10 show the mechanical relationship between the
먼저 도9에서와 같이 무게중심(11)이 바퀴회전축(21)보다 낮은 안정 평형 상태일 경우에는 상기 도6과는 달리 P=0일 때 회전력 T도 0으로 유지 가능하며, 이때 상기 본체(10)는 마치 오뚜기와 흡사한 안정상태를 유지하게 된다.First, as shown in FIG. 9, when the center of
물론 이때에도 상기 θ는 편의상 힘 P가 작용하는 작용 중심점인 흡입호스 결합부중심(31)과 바퀴회전축(21) 사이를 연결한 선과, 중력작용선(수직선) 사이의 상대각도를 기본 값으로 정하였지만 반드시 상기 흡입호스 결합부중심(31)과 바퀴회전축(21) 사이를 연결한 선을 선정할 필요는 없으며 만약 (각도)감지부가 중력을 감지하는 방식으로서 수평방향으로 장착되어야 하는 센서라면 수직선을 기준으로 하여 상기 θ=0으로 설정할 수도 있음은 물론이다.Of course, at this time, the θ is set as a default value for the relative angle between the line connecting the suction
상기 도9의 안정 평형상태가 좌우로 흐트러지는 상태가 도8 및 도10 이며, 이 경우 상기 무게중심(11)은 넘어지는 쪽의 반대쪽으로 이동하므로 복원력이 발생하여 중심이 잘 무너지지 않게 되고 따라서 θ가 미소 변동할 경우에 별도의 회전력 T는 인가하지 않아도 된다.The stable equilibrium state of FIG. 9 is left and right in FIG. 8 and FIG. 10. In this case, since the center of
위와 같은 사실은 중요한 의미를 갖는데, 무게중심(11)을 낮게 설계할수록 작고 단속적인 θ의 변동, 즉 청소행위에 대한 인식이 높아지며 작은 변동으로부터 시작하여 중간 이상으로 확장되는 θ의 연속적 변동, 다시 말해 이동행위에 대한 인식이 낮아지게 된다.The above facts have a significant meaning: the lower the center of gravity (11) is designed, the smaller and intermittent fluctuations in θ, the perception of cleaning behavior, and the continuous fluctuations of θ starting from the small fluctuations and extending beyond the middle. The awareness of the movement is lowered.
따라서 상기 도1~도4의 내용을 상기 도5~도10에서 도출된 기술적 의미와 결합해 볼 때, 흡입호스(50)의 무게가 무겁고 유연성이 작다면 상기 도8~도10과 같이 무게중심(11)이 낮은 안정평형의 본체(10)로 설계할 수 있으며, 흡입호스(50)의 무게가 가볍고 유연성이 크다면 상기 도5~도7과 같이 무게중심(11)이 높은 불안정평형의 본체(10)로 설계할 수 있을 것이다.Accordingly, when the contents of FIGS. 1 to 4 are combined with the technical meanings derived from FIGS. 5 to 10, the weight of the
위와 같은 설계요소는, 내장된 흡입모터의 용량등급, 흡입먼지통(캐니스터:canister)의 크기와 무게 및 판매대상 목표인 소비자의 연령대에 따른 조작력 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있으며 실제 사용시험을 거쳐, 더욱 완벽하게 조절될 수 있다.The above design factors can be variously adjusted in consideration of the capacity rating of the built-in suction motor, the size and weight of the suction dust canister, and the operating force according to the age group of the target consumer. Can be adjusted more fully.
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상기 도5 ~ 도10에 표현된 운동 메커니즘을 갖는 청소기 본체(10)를 흡입호스결합부(30)의 움직임에 따라 구동 또는 제어하기 위해서는, 상기 θ를 감지하는 감지부와, 상기 감지부의 감지정보를 처리하여 구동신호로 출력하는 제어부 및 상기 제어부로부터의 구동신호에 의해 바퀴(20)를 원하는 회전력 또는 회전속도로 구동하는 구동부의 구성이 필요하다.In order to drive or control the
먼저 상기 감지부의 구성을 살펴보면, 통상의 각도센서(inclinometer) 또는 기울기 센서(tilt sensor) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 현재 각도뿐 아니라, 현재 각속도 및 각가속도를 감지할 수 있는 센서가 사용될 수 있다.Looking at the configuration of the first detection unit, a conventional angle sensor (inclinometer) or a tilt sensor (tilt sensor), etc. may be used, preferably a sensor that can detect the current angular velocity and angular acceleration as well as the current angle. .
그러나 상기 각속도 또는 각가속도는 상기 제어부에서 내부연산에 의해 구해질 수도 있으므로 반드시 감지부의 구성으로 필요한 것은 아니며, 다만 상기 제어부는 내부에 자체시계를 가지며 추가로 감지부의 감지정보에 맞는 내부 미분회로, 또는 적분회로를 보유함으로서 시간적 변화에 따른 각도정보로부터 각속도를 구하고, 각속도를 미분하여 각가속도를 구할 수 있다.However, since the angular velocity or angular acceleration may be obtained by the internal operation in the controller, the angular velocity or the angular acceleration is not necessarily required as the configuration of the sensing unit. However, the control unit has its own clock therein, and additionally, an internal differential circuit, or an integral part suitable for sensing information of the sensing unit. By holding the circuit, the angular velocity can be obtained from the angle information according to the time change, and the angular acceleration can be obtained by differentiating the angular velocity.
마찬가지로 상기 감지부가 F=ma의 운동방정식을 따르는 (힘에 기반한) 감지정보를 측정하는 종류의 것이라면 가속도정보도 감지할 수 있으므로 감지된 각가속도를 적분하여 각속도, 재차 적분하여 현재 각도를 산출할 수 있고, 이를 제어부에 내장된 마이컴으로 연산하여 원하는 회전방향과 원하는 회전력을 상기 구동부에 인가할 수 있다.Similarly, if the sensing unit is a kind of measuring the sensing information (force-based) according to the equation of motion of F = ma, it can also detect the acceleration information, so it is possible to calculate the current angle by integrating the detected angular acceleration and angular velocity again. By using the microcomputer embedded in the control unit, a desired rotation direction and a desired rotation force may be applied to the driving unit.
그 다음으로 상기 구동부는, 흡입모터와 달리 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있는 모터, 예컨대 직류전동기를 탑재할 수 있으며 하나의 모터를 하나의 축에 장착하거나 본체 양쪽의 바퀴에 각각 장착하여 좌우바퀴의 회전력을 따로따로 조절할 수 있도록 구성할 수 있다.Next, unlike the intake motor, the driving unit may be equipped with a motor capable of freely adjusting the rotational speed, for example, a DC motor, and a single motor may be mounted on one shaft or on wheels on both sides of the main body, respectively. Can be configured to control separately.
본 발명의 청소기에 쉽게 적용가능한 상기 직류전동기를 가정에서 편리하게 사용하기 위하여 교류를 직류로 바꾸고 전압도 조정하여 주는 변압 정류모듈을 본체 내에 추가 설치할 필요가 있으며 상기 변압 정류모듈로부터 직류전원을 공급받는 직류전동기는 고정자의 계자권선(field winding) 저항을 변화시키거나 전기자(armature=회전자)에 가하는 전압을 변화시켜서 비교적 쉽게 속도를 바꿀 수 있다.In order to conveniently use the DC motor at home according to the present invention, it is necessary to additionally install a transformer rectifier module in the main body that converts AC into DC and adjusts voltage, and receives DC power from the transformer rectifier module. DC motors can change speed relatively easily by changing the field winding resistance of the stator or by changing the voltage applied to the armature.
또한 상기 직류전동기는 회전속도가 작을수록 회전력 T가 큰 특징을 보유하며 회전속도의 변화가 연속적이고 자유로우므로 경우에 따라 불안정하게 설계될 수 있는 본 발명 본체(10)의 자세제어 및 구동제어에 매우 적합하다.In addition, the DC motor has a characteristic that the larger the rotational speed T is smaller as the rotational speed is smaller and the change of rotational speed is continuous and free, which is very suitable for posture control and drive control of the
도 21은 본 발명의 일 구현예로서 하나의 회전축과 한 쌍의 바퀴를 가진 청소기구조를 구현하였을 경우의 내부 배치를 측면에서 도시한 것으로서, 도면에서와 같이 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.)FIG. 21 is a side view illustrating an internal arrangement in the case of implementing a cleaner structure having one rotating shaft and a pair of wheels as an embodiment of the present invention. 64) is arranged to pull the power cord to rotate 360 ° downwards, the
상기 도21에서, 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(도21에는 표시되지 않음) 위치를 고려하여 바퀴회전축(21)에 근접하게 배치될 수 있다.
상세히, 상술한 바와 같이 상기 본체의 무게 중심은 도 5 내지 도 7과 같이 바퀴 회전축 보다 높거나, 도 8 내지 도 10과 같이 바퀴 회전축 보다 낮을 수 있다.
먼저, 도 5 내지 도 7과 같이 상기 본체의 무게 중심이 상기 바퀴 회전축 보다 높게 위치하도록 하기 위해서는, 가장 무거운 흡입모터(61)와 그 밖에 무거운 부품들인 구동모터(70), 기어박스(71), 구동모터를 위한 변압 정류모듈(72), 코드릴(64) 등이 상기 본체의 저면에서 멀어지게 배치되도록 하면된다. 특히, 가장 무거운 흡입 모터(61)가 상기 구동모터(70), 기어박스(71), 구동모터를 위한 변압 정류모듈(72), 코드릴(64) 등 보다 높은 위치에 배치되도록 함으로써, 상기 본체의 무게 중심이 상기 바퀴 회전축 보다 높게 할 수 있다.
반면, 도 8 내지 도 10과 같이, 상기 본체의 무게 중심이 상기 바퀴 회전축 보다 낮게 위치하도록 하기 위해서는, 가장 무거운 흡입모터(61)와 그 밖에 무거운 부품들인 구동모터(70), 기어박스(71), 구동모터를 위한 변압 정류모듈(72), 코드릴(64) 등이 상기 본체의 저면에 인접하게 배치하면 된다. 특히, 가장 무거운 흡입모터(61)를 상기 본체의 내부의 최하측에 배치하여 상기 본체의 무게 중심이 상기 바퀴 회전축 보다 낮게 할 수 있다.
이러한 무게 중심의 위치는 상기 본체 내부에 구비되는 흡입모터(61), 구동모터(70), 기어박스(71), 구동모터를 위한 변압 정류모듈(72), 코드릴(64) 등의 배치 위치를 가변시킴으로써, 용이하게 변경할 수 있다.
도 21에서는 가장 무거운 흡입모터(61)가 상기 구동모터(70), 기어박스(71), 구동모터를 위한 변압 정류모듈(72), 코드릴(64) 등 보다 높은 위치에 배치되는 것이 개시되므로, 이러한 경우에는 상기 본체의 무게 중심이 상기 바퀴 회전축 보다 높게 위치하게 될 것이다. In FIG. 21, the
In detail, as described above, the center of gravity of the main body may be higher than the wheel rotation shaft as shown in FIGS. 5 to 7 or lower than the wheel rotation shaft as shown in FIGS. 8 to 10.
First, in order to make the center of gravity of the main body higher than the wheel rotation shaft as shown in FIGS. 5 to 7, the
On the other hand, as shown in Figures 8 to 10, in order to ensure that the center of gravity of the main body is lower than the wheel axis of rotation, the
The position of the center of gravity is an arrangement position of the
In FIG. 21, since the
상기 도21에서, 흡입모터(61)는 먼지분리부(62)와 연통되어 있고, 상기 먼지분리부(62)에는 흡입호스결합부(30)으로부터 연장된 내부 흡입관이 연결된다.In FIG. 21, the
또한 상기 먼지분리부(62)의 회전 원주상으로 연장되어, 먼지가 저장되는 흡입먼지통(63)이 추가 배치될 수 있다.In addition, the
도면에서, 각도를 감지하는 감지부(80)는 상기 본체(10)에서 가장 움직임이 덜한 바퀴회전축(21) 상에 배치되어 있으며 이로 인해 외부 교란움직임으로 인한 각도신호의 불안정을 최소화할 수 있다.In the figure, the
상기 감지부(80)가 장착된 제어부(81)는 마이컴(micro computer)을 내장한 콘트롤러가 장착된 회로기판이며, 상기 감지부(80) 센서의 감지정보를 바탕으로 내부 연산과정을 거쳐 구동모터(71)에 구동신호를 인가한다.
그리고, 상기 흡입호스결합부(30)는 상기 바퀴 회전축(21) 보다 높은 위치에 배치된다. The
In addition, the suction
도 22는 상기 도21에 도시된 청소기의 정면도이며 이때 흡입호스결합부(30)은 반드시 본체(10)의 중앙에만 배치되지는 않고, 경우에 따라 어느 한쪽 바퀴에 치우쳐서 설계될 수도 있다.FIG. 22 is a front view of the cleaner illustrated in FIG. 21, in which the suction
도 23 및 도 24는 각각 상기 도21에 도시된 청소기 구조의 상면도와 외형사시도를 나타낸 것이며, 도21~도24에 도시된 내부 구조는 청소기의 기동성과 안정성을 위해 필요에 따라 얼마든지 설계변경 가능함은 물론이다.23 and 24 show a top view and an external perspective view of the cleaner structure shown in FIG. 21, respectively, and the internal structure shown in FIGS. 21 to 24 can be changed as many as needed for maneuverability and stability of the cleaner. Of course.
이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발 명의 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 구현할 수 있을 것이나 이 또한 본 발명이 고유하게 보유하는 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.While the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the technical idea of the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art may include the present invention. Various modifications and extension embodiments which are not included in the specification and drawings of the present invention may be further implemented as necessary by utilizing the technical idea that is present, but it is also clearly included in the scope of the technical idea uniquely possessed by the present invention. .
상술한 바와 같은 본 발명의 청소기는 다음과 같은 탁월한 효과를 발휘한다.The cleaner of the present invention as described above exhibits the following excellent effects.
먼저 본체 내부에 장착된 감지부가 사용자의 청소행위 및 이동행위를 적절히 구별하여, 사용자의 청소기이동 의도가 흡입호스를 통해 입력될 때 더 이상의 견인력을 필요로 하지 않고 내부에 장착된 구동모터로 청소기를 구동함으로써 청소행위 외에 별도로 청소기 이동에 필요한 사용자의 노력을 절감시켜 준다.First, the detection unit mounted inside the main body properly distinguishes the user's cleaning and moving behavior, so that when the user's intention to move the vacuum cleaner is input through the suction hose, the cleaner does not need any more traction force and the cleaner is mounted inside the drive motor. By driving, it saves the user's effort to move the cleaner separately.
또한 상기 청소기 이동과정에서 겹쳐지고 꼬여진 전원코드나 바퀴가 파묻히는 두꺼운 카페트, 푹신한 이불 또는 방석 등과 같은 장애물에 부딪혔을 때, 일반적인 견인방식으로는 청소기를 들어서 옮겨야 하나 본 발명에서는 자체구동 능력을 갖춘 바퀴가 스스로 회전하므로 통상적인 청소면 상의 장애물을 쉽게 넘어서 이동할 수 있다.In addition, when hitting an obstacle such as a thick carpet, a soft blanket, a cushion, or a cushioned power cord or a wheel buried in the process of moving the cleaner, a general traction method should be carried by lifting the cleaner, but the wheel having self-driving ability in the present invention. Rotates by itself and can easily move over obstacles on conventional cleaning surfaces.
덧붙여서 상기 감지부 및 제어부가 사용자의 의도 외에 본체 자체의 기울어짐도 감지하여 청소기의 자세를 스스로 제어하므로 본체의 디자인을 중심이 높은 불안정 상태로 설계할 수 있다. 따라서 청소기의 기동성이 크게 상승하며, 그에 따른 셀프-밸런싱 움직임과 민첩한 능동추종 움직임을 우아하게 연출하므로 청소 작업도중 사용자의 심리적 만족감을 크게 높일 수 있다.In addition, since the sensing unit and the controller detect the inclination of the main body itself in addition to the intention of the user and control the posture of the cleaner by itself, the design of the main body can be designed in a highly unstable state. Therefore, the mobility of the cleaner greatly increases, and accordingly, the self-balancing movement and the agile active following movement are gracefully produced, thereby greatly increasing the psychological satisfaction of the user during the cleaning operation.
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