KR101146907B1 - 모바일 로봇을 위한 충전 시스템 - Google Patents

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강정석
이우준
이성용
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주식회사 에스엠이씨
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Abstract

본 발명은 모바일 로봇을 위한 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 모바일 로봇이 충전을 위해 충전 스테이션에 도킹하는 과정에서 안정적인 도킹을 보장하는 동시에 충전 스테이션의 노출된 단자로 인해 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템에 대한 것이다. 본 발명은 모바일 로봇이 어떤 이동방향으로 충전 스테이션에 충전을 위해 도킹하더라도 이동방향으로 충전단자를 회동하여 안정적으로 상기 모바일 로봇의 충전 접점과 도킹하도록 보장하며, 이상전원을 감지하거나 상기 모바일 로봇의 도킹시 소정의 시간간격 이후에 전원을 인가하여 도킹시 발생하는 스파크를 차단함으로써 모바일 로봇과 충전 스테이션의 내부 회로손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

모바일 로봇을 위한 충전 시스템{Charging system for mobile robot}
본 발명은 모바일 로봇을 위한 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 모바일 로봇이 충전을 위해 충전 스테이션에 도킹하는 과정에서 안정적인 도킹을 보장하는 동시에 충전 스테이션의 노출된 단자로 인해 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템에 대한 것이다.
급격한 과학기술의 발전과 더불어, 최근 다양한 역학 구조를 반영한 기계에 각종 센서를 구비한 제어장치를 연동시키고, 이에 상기 기계의 역할에 맞게 프로그래밍된 소프트웨어를 반영하여 인간이 하는 일을 상기 기계를 통해 작업하도록 하는 로봇공학 분야가 크게 대두되고 있다.
이러한 로봇공학 분야는 폭발물 제거 작업과 같은 인간이 작업하기 어려운 군사분야로부터 시작하였으나, 삶의 질을 향상시키고자 하는 욕구와 함께 각종 첨단 기술의 발전에 따라 로봇을 생산하기 위해 필요한 각종 부품들의 단가가 저렴해지면서, 산업 및 의료용 분야를 거쳐 최근 실생활에 적용될 수 있도록 가정용에서 활용될 수 있는 로봇의 개발이 이루어지고 있다.
이와 같이 일반인이 가장 쉽게 접할 수 있는 가정용 로봇의 예로 로봇청소기가 있다. 모바일 로봇(또는 이동 로봇, 이하 모바일 로봇으로 통칭)의 하나인 로봇청소기는 일반적으로 납작하고 동글동글한 원형의 디스크 형상에 바퀴가 달려 있어, 집안 구석구석을 돌아다니며 오물이나 먼지를 흡입하도록 구성되며 센서를 통해 장애물을 감지하여 벽면과의 충돌을 회피하는 동시에 최근에는 바퀴 구조를 개선하여 둔턱을 자유로이 넘을 수 있는 구조의 로봇으로 점진적으로 개선되고 있어 가정용 로봇 분야의 대표적인 예라고 할 수 있다.
이러한, 모바일 로봇은 동작 전원을 제공하는 내부 배터리의 충전상태를 감시하여 배터리의 충전이 필요하게 되면, 상기 모바일 로봇은 자신의 충전 커넥터에 대응되는 충전 단자를 구비한 충전 스테이션으로 이동하여 배터리를 충전시킨 후 다시 작업을 수행하도록 구성되어 있다.
그런데, 현재 상기 모바일 로봇은 상기 충전 스테이션의 충전 단자에 자신의 충전 커넥터를 연결하는 과정에서 이동방향이 틀어지도록 접근하여 상기 충전 커넥터와 충전 단자가 정확히 연결되지 않아 충전에 실패하는 경우가 빈번히 발생한다.
또한, 상기 모바일 로봇의 충전시 사용되는 전압은 고전압으로, 모바일 로봇이 충전장치의 충전단자에 접촉하는 순간 고전압이 인가되어 스파크가 발생할 수 있고, 이로 인해 배터리 충전과 관련된 회로가 손상될 수 있으며, 충전 단자가 노출된 상태로 있어 사람이 무의식적으로 상기 충전 단자를 건드리게 되는 경우 감전사고가 우려된다.
이러한, 스파크 발생 및 감전 사고를 방지하기 위하여 이동로봇이 충전장치에 접촉하여 충전단자를 안쪽으로 미는 경우에만 내부 스위치가 접촉하여 충전단자로 충전전압이 공급되는 방식이 흔히 사용되고 있다. 즉, 이동로봇이 충전단자를 안쪽으로 미는 경우에만 충전전압이 충전단자에 공급되도록 하고, 이동로봇이 충전장치에 접촉하고 있지 않을 경우에는 충전단자에 충전전압이 인가되지 않도록 하여 안전도를 높이는 방식이다.
그러나, 이러한 방식 역시 상기 모바일 로봇이 충분히 상기 충전단자를 미는 경우에 전압이 제공되므로 상기 충전단자를 미는 방향과 정확히 일직선상에 위치하도록 이동하는 것이 필요하다, 따라서, 상술한 이동방향 오차와 마찬가지로 충전 단자를 미는 정도에 대한 오차가 발생할 수 있어 충전 실패율에 대한 확실한 개선책으로 보기 힘든 문제점이 있다.
더하여, 사람이나 애완동물 등이 충전단자를 누르게 되는 경우가 발생할 수 있고, 이 경우 충전단자로 충전전압이 인가되어 감전의 위험이 존재하고 충전단자로 충전전압 인가시 순간적으로 충전단자에 러쉬전류가 흐르게 되므로 스파크 방지에 대한 개선책으로 보기 힘드므로, 안정성 확보에는 미흡한 점이 존재한다.
한국등록특허 제0632436호
본 발명은 모바일 로봇이 어떤 이동방향으로 충전 스테이션에 충전을 위해 도킹하더라도 안정적인 충전을 보장하며, 충전시 발생하는 스파크를 차단하여 회로손상을 방지할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모바일 로봇이 충전 스테이션에 도킹시에만 충전 전원을 제공하도록 하여, 사람이나 동물이 충전단자를 동작하여 발생하는 감전사고를 미연에 방지할 수 있는 충전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 충전전원을 제공받기 위한 모바일 로봇의 접점부와 도킹하여 상기 모바일 로봇을 충전하는 충전 스테이션에 적용되는 충전 시스템은, 상기 접점부의 단자와 연결되어 상기 모바일 로봇의 배터리 충전을 위한 전원을 제공하는 충전단자부와 상기 접점부에 구성된 자성체의 접근에 따라 온으로 스위칭되는 마그네틱 스위치 및 전원 인가에 따라 자계를 발생시켜 모바일 로봇을 고정하기 위한 전자석 잠금부를 포함하는 도킹부와, 상기 도킹부와 힌지 연결되어, 상기 접점부와 접촉시 상기 접점부와 맞닿는 방향으로 상기 도킹부를 회동시켜 모바일 로봇의 측면 접촉에 대응하도록 구성된 힌지 연결부와, 상기 모바일 로봇의 상기 도킹부와 힌지 연결부에 대한 푸싱(pushing)에 따라 온으로 스위칭되는 물리적 스위치를 구비한 연결부와, 상기 연결부의 물리적 스위치와 도킹부의 마그네틱 스위치의 온 신호에 따라 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가하여 상기 모바일 로봇의 이탈을 방지하고 상기 충전단자부를 통해 상기 모바일 로봇의 접점부로 충전전원을 인가하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어모듈은 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가한 시점부터 소정이 시간이 경과한 후에 상기 충전 단자부로 충전전원을 인가할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은 상기 물리적 스위치와 상기 마그네틱 스위치의 온신호에 따라 온으로 스위칭되며, 온으로 스위칭되는 경우 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가하여 상기 도킹부와 접점부를 인력으로 결합시키며, 상기 전원제공부로부터 제공받은 충전전원을 상기 충전단자로 제공하는 릴레이부를 포함할 수 있다.
더하여, 상기 제어모듈은 상기 릴레이부로 제공되는 전원을 감지하는 센싱부와, 상기 센싱부의 이상전원 감지에 따라 상기 릴레이부를 오프시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 센싱부는 전류측정 센서로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 모바일 로봇의 구동에 대한 제어신호를 수신하거나 상기 센싱부를 통한 전원 감지에 따라 충전이 완료된 경우 상기 릴레이부를 통해 상기 전자석 잠금부에 역방향 전원을 인가하여 상기 전자석 잠금부와 상기 접점부 사이에 척력이 작용하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 릴레이부를 제어하여 상기 전자석 잠금부에 전원이 인가된 시점부터 소정의 시간이 경과된 이후 상기 충전 단자부로 전원을 인가하도록 할 수 있다.
본 발명은 모바일 로봇이 어떤 이동방향으로 충전 스테이션에 충전을 위해 도킹하더라도 이동방향으로 충전단자를 회동하여 안정적으로 상기 모바일 로봇의 충전 접점과 도킹하도록 보장하며, 이상전원을 감지하거나 상기 모바일 로봇의 도킹시 소정의 시간간격 이후에 전원을 인가하여 도킹시 발생하는 스파크를 차단함으로써 모바일 로봇과 충전 스테이션의 내부 회로손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 물리적 스위치를 통해 모바일 로봇의 접근을 인지하고 마그네틱 스위치를 통해 상기 모바일 로봇을 사람이나 동물과 구분하여 인지하는 복수 확인 과정을 거쳐 모바일 로봇이 충전 스테이션에 도킹시에만 충전 전원을 제공하도록 하여, 사람이나 동물이 충전단자를 동작하여 발생하는 감전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
더하여, 본 발명에 따른 충전 시스템은 모바일 로봇을 이동시키기 위한 외부 제어신호에 따라 전자석 잠금부를 통해 충전스테이션과 모바일 로봇을 안정적으로 분리하여 수작업이 요구되지 않아 편의성을 보장하며, 충전 완료시에도 상기 모바일 로봇을 상기 충전 스테이션으로부터 분리하여 불필요한 전력소비를 방지하여 전력비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템이 적용되는 충전 스테이션의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 도킹부 및 힌지 연결부의 구성도에 대한 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 충전전원 제공에 대한 구성의 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 도킹부 구성에 대한 상세 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 상세 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 충전 스테이션과 모바일 로봇의 도킹 및 분리 과정을 도시한 도면.
본 발명은 자체적인 연산에 의해 이동하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템에 관한 것으로, 기존의 충전 시스템들에서 모바일 로봇의 이동방향의 틀어짐에 따라 충전단자와의 결합 오차에 의해 발생하는 충전실패율을 개선하고, 충전단자에 결합하는 모바일 로봇의 접점부와 충전단자의 접촉시 발생하는 스파크에 의한 충전 스테이션의 내부회로 손상 및 감전사고를 방지할 수 있는 충전 시스템을 제안한다.
이하, 도면을 통해 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 상세 구성에 대한 실시예를 설명하기로 한다.
우선, 도 1(a) 및 도 1(b)는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템이 적용되는 대상에 대한 구성도로서, 도시된 바와 같이 소정 높이를 갖는 모바일 로봇(200)과, 상기 모바일 로봇(200)이 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하기 위한 안내신호를 송출하고, 모바일 로봇(200) 도킹시 모바일 로봇(200)으로 동작 전원을 제공하여 상기 모바일 로봇(200)의 배터리를 충전시키는 충전 스테이션(100)이 도시되어 있다.
즉, 상기 모바일 로봇(200)은 주행 및 동작 중, 배터리 전원의 부족을 감지하면 충전 스테이션(100)으로 복귀하며, 상기 충전 스테이션(100)으로부터 수신되는 안내신호에 따라, 충전장치(100)까지의 거리 및 방향을 판단하여 진행방향을 설정하고, 현재 위치를 보정하면서 충전 스테이션(100)으로 복귀하게 된다.
이때, 상기 충전 스테이션(100)은 모바일 로봇(200)의 복귀를 유도하기 위한 안내신호를 송출하고, 상기 모바일 로봇(200)의 도킹 여부를 판단하고 배터리 충전을 위한 충전전원을 제공하는 제어모듈이 내부에 구성되며, 상기 모바일 로봇(200)과 물리적으로 도킹하여 상기 제어모듈로부터 제공되는 충전전원을 상기 모바일 로봇(200)으로 제공하는 도킹부(110)가 외부로 노출되도록 구성된다.
또한, 상기 모바일 로봇(200)은 상기 도킹부(110)에 도킹하기 위한 접점부(210)가 구성되며, 상기 접점부(210)는 내부적으로 상기 모바일 로봇(200)의 배터리와 연결되도록 구성되어 배터리에 상기 충전전원을 제공하여 축전시킨다.
더하여, 상기 도킹부(110)는 상기 모바일 로봇(200)의 접점부(210)에 구성되며 상기 모바일 로봇의 배터리와 전기적으로 연결된 접점단자부와 상호 접속되어 충전전원을 제공하는 충전단자부(111, 112)를 포함한다.
이와 같은 구성에 따라, 상기 모바일 로봇(200)이 상기 충전 스테이션(100)으로 복귀하여 자신의 접점부(210)를 상기 충전 스테이션의 도킹부(110)에 도킹시켜 상기 모바일 로봇의 내부 배터리와 연결된 접점단자부와 상기 충전단자부(111, 112)를 접속시키게 되며, 이후 상기 충전 스테이션은 도킹부와 접점부의 도킹이 완료되면 상기 충전단자부(111, 112)로 충전전원을 제공하게 된다.
이때, 상기 모바일 로봇의 진행방향 연산에 오차가 발생하여 상기 접점부(210)가 상기 도킹부(110)에 틀어지게 접근하는 경우 도킹부(110)와 접점부(210)의 도킹이 정확히 이루어지기 어렵다.
이를 해결하기 위한 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템의 구성에 대한 실시예를 도 2를 참고로 설명하기로 한다.
도 2(a)는 상기 충전 스테이션(100)에 구성된 도킹부(110)와 힌지 연결부(140)의 배면도이며, 상기 도 2(b)는 상기 도킹부(110)와 힌지 연결부(140)의 정면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모바일 로봇을 위한 충전 시스템은 상기 충전 스테이션(100)의 내부에 구성되며 제어모듈을 포함하는 지지부(300)와 상기 도킹부(110) 사이를 상호 연결하며, 상기 도킹부(110)와 힌지연결되어 상기 도킹부(110)가 회동되도록 하는 힌지 연결부(140)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 모바일 로봇(200)이 상기 충전 스테이션(100)으로 이동하여, 상기 모바일 로봇(200)의 접점부(210)가 상기 도킹부(110)를 미는 경우 도 3(a)에 도시된 바와 같이 상기 도킹부(110)가 상기 접점부(210)와 맞닿는 방향으로 회동될 수 있다.
즉, 상기 모바일 로봇(200)의 접근방향이 상기 충전 스테이션(100)의 도킹부(110)에 대하여 틀어지더라도, 상기 도킹부(110)가 모바일 로봇(200)의 접근방향으로 회동하여 상기 도킹부(110)와 상기 모바일 로봇의 접점부(210)가 서로 맞닿도록 함으로써, 안정적인 도킹이 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 상기 모바일 로봇(200)의 접점부(210)가 상기 충전 스테이션(100)의 도킹부(110)에 도킹하는 경우, 상기 도킹부(110)에 구성된 충전단자부(111, 112)가 상기 모바일 로봇(110)의 접점부(210)에 구성된 접점단자부와 상호 접속하며, 상기 충전 스테이션(100)으로부터 제공되는 충전전원을 상기 충전 단자부(111, 112)를 통해 안정적으로 상기 모바일 로봇(200)의 접점부(210)에 구성된 접점단자부로 제공할 수 있다. 또한, 상기 접점부의 접점단자부는 상기 모바일 로봇의 배터리와 연결되어 상기 충전전원이 상기 배터리에 축전되도록 할 수 있다.
한편, 도 3은 상기 충전 시스템의 충전전원 제공에 대한 구성의 실시예를 도시한 도면으로서, 우선 도 3(a)를 참고하면 도시된 바와 같이 상기 모바일 로봇(200)의 접점부(210)와 도킹하는 도킹부(110)와, 상기 도킹부(110)와 힌지 연결되어 상기 도킹부(110)가 상기 접점부(210)와 맞닿도록 회동시키는 힌지 연결부(140)의 구성은 상술한 바와 같으며, 상기 도킹부(110)와 상기 힌지 연결부(140)에 탄성력을 제공하는 탄성체(151)가 구비된 탄성부(150)와 연결되어 전방 및 후방으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 충전 스테이션(100)의 제어모듈은 상기 도킹부(110)와 힌지 연결부(140)의 전방 및 후방 이동에 따라 온오프(ON/OFF) 스위칭되는 물리적 스위치(160)와 연결될 수 있으며, 상기 모바일 로봇(200)은 자신의 접점부(210)와 상기 도킹부(110)가 도킹한 이후 상기 도킹부(110)와 힌지 연결부(140)를 푸싱하여 상기 도킹부(110)와 힌지 연결부(140)를 후방으로 이동시켜 상기 물리적 스위치를 온(ON)으로 스위칭되도록 한다.
즉, 상기 모바일 로봇(200)이 이동하여 상기 도킹부(110)를 푸싱하게 되면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 상기 도킹부(110)와 힌지 연결된 상기 힌지 연결부(140)가 후방으로 밀리게 되며, 상기 힌지 연결부(140)는 상기 물리적 스위치를 푸싱하여 온으로 스위칭 시킬 수 있으며, 상기 물리적 스위치(160)의 온신호에 따라 상기 제어모듈이 상기 모바일 로봇(200)의 충전 스테이션(100)에 대한 도킹 완료여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 모바일 로봇(200)이 상기 충전 스테이션(100)으로부터 이탈하여 이동하게 되면, 상기 탄성부(150)에 구비된 탄성체(151)가 상기 힌지 연결부(140)를 원위치로 복귀시키며, 상기 힌지 연결부(140)에 연결된 도킹부(110) 역시 원위치로 복귀하게 된다. 이에 따라, 상기 물리적 스위치(160)는 다시 오프(OFF)로 스위칭되며, 상기 제어모듈은 상기 물리적 스위치(160)의 오프신호에 따라 상기 모바일 로봇의 이탈여부를 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 충전 시스템은 물리적 스위치의 온오프에 따라 용이하게 모바일 로봇의 도킹완료 여부를 판단할 수 있다.
그러나, 이와 같은 구성에서 상기 물리적 스위치만으로 상기 모바일 로봇(200)의 접속여부를 판단하는 경우 기존 충전 시스템에서와 마찬가지로 사람이나 동물이 상기 도킹부(110)를 푸싱하여 물리적 스위치를 온시키는 경우 감전사고가 우려되므로 이를 방지하기 위한 구성이 요구된다.
따라서, 이를 보완하기 위한 구성을 포함하는 본 발명에 따른 충전시스템의 상세 구성을 도 4를 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 도킹부(110)는 상기 접점부(210)의 접점단자부와 연결되어 상기 모바일 로봇의 배터리 충전을 위한 전원을 제공하는 충전단자부(111, 112)와, 상기 접점부(210)에 구성된 제 1 자성체의 접근에 따라 온으로 스위칭되는 마그네틱 스위치(120)와, 전원 인가에 따라 상기 접점부(210)에 구성된 제 2 자성체에 자력을 작용하는 전자석 잠금부(130)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 모바일 로봇(200)의 접점부(210)에는 자성체가 구성될 수 있으며, 상기 모바일 로봇의 접근에 따른 상기 제 1 자성체의 자력선에 따라 상기 마그네틱 스위치(120)가 온으로 스위칭도록 구성될 수 있으며, 상기 마그네틱 스위치(120)는 상기 제어모듈로 온오프 신호를 전송할 수 있다.
이에 따라, 상기 제어모듈은 상기 마그네틱 스위치(120)와 상기 물리적 스위치(160)의 온오프 신호를 모두 고려하여 상기 도킹부(110)의 상기 충전단자부(111, 112)에 선택적으로 충전전원을 제공하도록 구성된다.
이와 같은 구성을 통해, 물리적 스위치(160)만으로 구분하기 힘든 모바일 로봇의 접근과 사람이나 동물의 접근을 상기 마그네틱 스위치(120)를 통해 용이하게 구분할 수 있으며, 사람이나 동물의 접근시 상기 충전단자부(111, 112)로 충전전원이 인가되지 않도록 하여 감전사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 전자석 잠금부(130)는 상기 접점부(210)에 구성된 제 2 자성체에 자력을 작용시켜 인력으로 상기 자성체를 끌어당기며, 이에 따라 상기 모바일 로봇의 접점부(210)가 안정적으로 상기 도킹부(110)에 고정되어 충전시에 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상기 모바일 로봇(200)의 점점부(210)에 구성된 제 1 및 제 2 자성체는 상기 마그네틱 스위치(120)에 대응하기 위한 것과 상기 전자석 잠금부(130)에 대응하는 것이 각각 별도로 구성되며, 상기 마그네틱 스위치 및 전자석 잠금부의 배치에 따라 제 1 및 제 2 자성체가 하나로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 전자석 잠금부에 대응되는 제 2 자성체는 금속체로 대체될 수도 있다.
도 5는 상기 충전 스테이션에 구성된 제어모듈의 상세 구성을 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 상기 제어모듈은 전원을 제공하는 전원제공부(340)와, 상기 물리적 스위치(160) 및 마그네틱 스위치(120)와 연결되며 상기 물리적 스위치(160) 및 상기 마그네틱 스위치(120)의 온오프 신호에 따라 스위칭되어 상기 전자석 잠금부(130)와 상기 충전단자부(111, 112)에 선택적으로 상기 전원제공부(340)의 전원을 인가하는 릴레이부(320)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 릴레이부(320)는 상기 물리적 스위치(160)와 마그네틱 스위치(120)가 모두 온되는 경우 상기 전원제공부(340)로부터 제공되는 전원을 상기 전자석 잠금부(130)와 상기 충전단자부(111, 112)로 인가하도록 한다.
즉, 상기 릴레이부(320)는 모바일 로봇(200)의 접점부(210)가 상기 도킹부(110)에 도킹이 완료된 경우에만 충전단자부(111, 112)에 전원을 인가하여, 사람이나 동물이 상기 도킹부(110)를 눌러 발생하는 감전사고를 방지하도록 할 수 있다.
또한, 상기 릴레이부(320)는 상기 전자석 잠금부(130)에 전원을 인가하여 상기 모바일 로봇의 접점부(210)에 구성된 제 2 자성체가 상기 전자석 잠금부(130)와 인력으로 결속되어 상기 모바일 로봇(200)이 외부 충격에 의해 충전시에 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 릴레이부(320)와 전원제공부(340) 사이에는 이상전원을 감지하는 센싱부(330)가 더 구성될 수 있으며, 상기 센싱부(330)의 이상전원 감지에 따라 상기 릴레이부(320)를 오프시켜 상기 전원제공부(340)의 전원을 차단하는 제어부(350)가 더 구성될 수 있다.
이에 따라, 고전압이 인가되어 상기 모바일 로봇(200) 또는 충전 스테이션(100)의 내부회로가 손상되는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 이때, 상기 센싱부(330)는 전류측정 센서로 구성되는 것이 바람직하다.
더하여, 상기 제어부(350)는 상기 릴레이부(320)를 제어하여 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가한 시점부터 소정이 시간이 경과한 후에 상기 충전단자부(111, 112)에 충전전원을 인가하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 상기 충전단자부(111, 112)로 러쉬전류가 발생하는 것을 방지할 수 있어 역시 내부회로 손상을 용이하게 방지할 수 있다.
한편, 상기 제어부(350)는 외부 제어신호 또는 상기 센싱부(330)의 감지신호에 따라 모바일 로봇(200)이 작업을 위하여 충전 스테이션(100)을 이탈하거나 충전이 완료된 경우 도 6에 도시된 바와 같이 상기 전원제공부(340)로부터 제공되는 전원을 상기 릴레이부(320)를 통해 순방향 또는 역방향으로 조절할 수 있으며, 순방향 및 역방향 전원을 상기 전자석 잠금부(130)에 인가하여 상기 전자석 잠금부를 S극 또는 N극으로 변환할 수 있다.
즉, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 상기 모바일 로봇이 충전을 위하여 접속하는 경우 상기 제어부(350)는 상기 릴레이부(320)를 통해 상기 전자석 잠금부에 순방향 전원을 인가하여 상기 접점부의 제 2 자성체와 인력이 작용하도록 하여 안정적으로 충전스테이션에 모바일 로봇이 접속되도록 할 수 있다.
또한, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 상기 모바일 로봇(200)이 충전 완료나 외부 제어신호에 의해 이탈하는 경우 상기 제어부(350)는 상기 전자석 잠금부(130)에 역방향 전원을 인가하여 상기 접점부(210)의 제 2 자성체와 척력이 작용하도록 하여 상기 도킹부(110)와 상기 접점부(210)를 용이하게 분리시킬 수 있다.
이때, 상기 도 6에서 충전단자부 및 그에 대응되는 점접부의 접점단자부에 대한 구성은 설명 편의를 위해 생략된 것이다.
이를 통해, 본 발명에 따른 충전 시스템은 외부 제어신호에 따라 충전스테이션과 모바일 로봇을 안정적으로 분리하여 수작업이 요구되지 않아 편의성을 보장하며, 충전 완료시에도 상기 모바일 로봇을 상기 충전 스테이션으로부터 분리하여 불필요한 전력소비를 방지하여 전력비용을 절감할 수 있다.
100: 충전 스테이션 110: 도킹부
111, 112: 충전단자부 120: 마그네틱 스위치
130: 전자석 잠금부 140: 힌지 연결부
150: 탄성부 151: 탄성체
160: 물리적 스위치 300: 지지부
320: 릴레이부 330: 센싱부
340: 전원제공부 350: 제어부

Claims (7)

  1. 충전전원을 제공받기 위한 모바일 로봇의 접점부와 도킹하여 상기 모바일 로봇을 충전하는 충전 스테이션에 적용되는 충전 시스템에 있어서,
    상기 접점부의 단자와 연결되어 상기 모바일 로봇의 배터리 충전을 위한 전원을 제공하는 충전단자부와 상기 접점부에 구성된 자성체의 접근에 따라 온으로 스위칭되는 마그네틱 스위치 및 전원 인가에 따라 자계를 발생시켜 모바일 로봇을 고정하기 위한 전자석 잠금부를 포함하는 도킹부;
    상기 도킹부와 힌지 연결되어, 상기 접점부와 접촉시 상기 접점부와 맞닿는 방향으로 상기 도킹부를 회동시켜 모바일 로봇의 측면 접촉에 대응하도록 구성된 힌지 연결부와, 상기 모바일 로봇의 상기 도킹부와 힌지 연결부에 대한 푸싱(pushing)에 따라 온으로 스위칭되는 물리적 스위치를 구비한 연결부; 및
    상기 연결부의 물리적 스위치와 도킹부의 마그네틱 스위치의 온 신호에 따라 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가하여 상기 모바일 로봇의 이탈을 방지하고 상기 충전단자부를 통해 상기 모바일 로봇의 접점부로 충전전원을 인가하는 제어 모듈
    을 포함하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가한 시점부터 소정이 시간이 경과한 후에 상기 충전 단자부로 충전전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈은
    상기 물리적 스위치와 상기 마그네틱 스위치의 온신호에 따라 온으로 스위칭되며, 온으로 스위칭되는 경우 상기 전자석 잠금부에 전원을 인가하여 상기 도킹부와 접점부를 인력으로 결합시키며, 전원제공부로부터 제공받은 충전전원을 상기 충전단자로 제공하는 릴레이부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어모듈은
    상기 릴레이부로 제공되는 전원을 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부의 이상전원 감지에 따라 상기 릴레이부를 오프시키는 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 센싱부는 전류측정 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모바일 로봇의 구동에 대한 제어신호를 수신하거나 상기 센싱부를 통한 전원 감지에 따라 충전이 완료된 경우 상기 릴레이부를 통해 상기 전자석 잠금부에 역방향 전원을 인가하여 상기 전자석 잠금부와 상기 접점부 사이에 척력이 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 상기 릴레이부를 제어하여 상기 전자석 잠금부에 전원이 인가된 시점부터 소정의 시간이 경과된 이후 상기 충전 단자부로 전원을 인가하도록 하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇을 위한 충전 시스템.
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