KR101345528B1 - 자동 로봇 - Google Patents

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KR101345528B1
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KR20120115417A (ko
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듀에인 엘. 길버트
마커스 알. 윌리암스
안드레아 엠. 오커홀름
엘레인 에이치. 크리스탄트
쉐일라 에이. 롱고
다이엘 이. 키
마크 디. 스트라우스
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아이로보트 코퍼레이션
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Abstract

본 발명의 표면 처리 로봇(10; 11)은 전방 및 후방 단부를 갖는 섀시(100)와 섀시에 탑재되는 구동 시스템(1600)을 포함한다. 구동 시스템(1600)은 우측 및 좌측 휠(504, 505)을 포함하고, 세척 표면 위에서 로봇(10; 11)을 조종하도록 구성된다. 로봇은 진공 조립체(1300), 수집 체적부(W), 공급 체적부(S), 어플리케이터(202) 및 침액 요소(204)를 포함하고, 이들 각각은 섀시(100)에 탑재된다. 침액 요소(204)는 어플리케이터(202)에 의해 표면에 가해지는 세척액을 분배하기 위해 세척 표면과 결합한다. 침액 요소(204)는 로봇(10; 11)이 전방으로 구동될 때 세척 표면의 적어도 일부를 따라 세척액을 분배한다. 침액 요소(204)는 우측 및 좌측 구동 휠(504, 505)에 의해 형성되는 횡축(24)의 사실상 전방에 배열되고 침액 요소(204)는 세척 표면 위에 로봇(10; 11)의 질량의 10% 이상을 활주 가능하게 지지한다.

Description

자동 로봇 {AUTONOMOUS ROBOT}
본원은 자동 세척 작업을 수행하도록 구성된 로봇과 같은 표면 세척 로봇에 관한 것이다.
집안 표면(household surface)의 습식 세척(wet cleaning)은 젖은 자루걸레 또는 스펀지를 이용하여 수동으로 수행되어 왔다. 자루걸레 또는 스펀지는 소정량의 세척 유체를 흡수할 수 있도록 세척 유체로 충전된 용기에 침지된다. 그 후, 자루걸레 또는 스펀지는 표면상에 세척 유체를 가하기 위해 표면 위에서 이동된다. 세척 유체는 표면상의 오염물과 상호 반응하여 오염물을 세척 유체 내로 용해 또는 유화시킬 수 있다. 그 결과, 세척 유체는 세척 유체 내에서 현탁액에 보유되는 세척 유체 및 오염물을 포함하는 오수(waste water)로 변환된다. 따라서, 스펀지 또는 자루걸레는 표면으로부터 오수를 흡수하는데 사용된다. 깨끗한 물이 집안 표면에 사용되는 세척 유체로 사용하기에 어느 정도 효과적이지만, 대부분의 세척은 오염물과 반응하여 오염물을 물 내로 유화하는 비누 또는 세제와 깨끗한 물의 혼합물인 세척 유체에 의해 수행된다. 또한, 세척 프로세스의 효과를 증진하기 위해 집안 표면을 용매(solvent), 방향제, 살균제, 건조 용제, 연마 미립자(abrasive particulate) 등과 같은 다른 작용제와 혼합된 세제와 물로 세척하는 것이 공지되어 있다.
또한, 스펀지 또는 자루걸레는 특히, 오염물을 집안 표면으로부터 제거하는 것이 특히 곤란한 영역에서, 집안 바닥 표면을 문지르기 위한 문지름 요소로 사용될 수 있다. 문지름 작용은 오염물과의 혼합을 위해 세척 유체를 휘젓고 오염물을 바닥 표면으로부터 떨어뜨리기 위해 마찰력을 가하는 역할을 한다. 휘저음은 세척 유체의 용해 작용 및 유화 작용(emulsifying action)을 강화하고, 마찰력은 표면과 오염물 사이의 접착을 파괴하는데 도움이 된다.
소정 영역의 바닥 표면을 세척한 후, 오수는 자루걸레 또는 스펀지로부터 헹궈져야 한다. 이는 통상적으로 세척 유체로 충전된 용기에 자루걸레 또는 스펀지를 침지시켜 수행된다. 헹굼 단계는 세척 유체를 오수로 오염시켜서 세척 유체는 자루걸레 또는 스펀지를 헹굴 때마다 더욱 오염된다. 그 결과, 더 많은 바닥 표면 영역이 세척됨에 따라 세척 유체의 효과가 열화된다.
일부 수동 바닥 세척 장치는 세척 유체 공급 용기를 지지하는 손잡이와 손잡이의 일 단부에 문지름 스펀지를 갖는다. 이러한 장치는 바닥 상으로 세척 유체를 분사하기 위해 손잡이에 지지되는 세척 유체 분배 노즐을 포함한다. 또한, 이러한 장치는 오수를 문지름 스펀지로부터 폐기물 용기 내로 짜내기 위한 기계적 장치를 포함한다.
바닥을 세척하는 수동 방법은 많은 노동과 많은 시간을 필요로 할 수 있다. 따라서, 병원, 대형 소매점, 카페테리아 등과 같은 매우 큰 건물에서는, 바닥이 매일 낮 또는 매일 밤마다 습식 세척된다. 바닥을 습식 세척할 수 있는 산업용 바닥 세척 "로봇"이 개발되었다. 대형 산업 현장에서 요구되는 습식 세척 기술을 개선하기 위해, 이러한 로봇들은 통상적으로 크고, 고가이며 복잡하다. 이러한 로봇들은 세척 경로를 따라 습식 세척 장치를 자동으로 이동시키기 위한 원동력을 제공하는 구동 조립체를 갖는다. 하지만, 이러한 산업용 크기의 습식 세척 장치의 중량은 수백 파운드에 달하기 때문에, 통상적으로 운전자를 필요로 한다. 예컨대, 운전자는 장치를 중지시킬 수 있어, 예기치 않은 제어 변수 또는 센서 고장의 경우에 발생할 수 있는 심각한 손상을 방지할 수 있다. 다른 예로서, 운전자는 한정된 면적 또는 장애물들 사이를 통과하거나 또는 물리적으로 탈출하도록 습식 세척 장치를 이동시키는 것을 보조할 수 있다.
많은 가정에서 발견되는 좁은 공간에서의 세척을 용이하게 하는 폼 팩터를 갖는, 바닥 및 주방 조리대와 같은 표면을 처리하기 위한 자동 로봇이 개시된다. 일 실시예에서, 로봇은 세척 프로세스 전체에 걸쳐 사실상 일정하게 유지되는 중량 분포를 포함할 수 있으며, 중량은 세척 요소, 스퀴지 및 구동 휠 사이에 분포된다. 중량 분포는 침액 요소 및 스퀴지에 충분한 압력을 제공할 수 있으며, 동시에 중량 분포로 인해 구동 휠에 충분한 추력이 가해질 수 있다. 장점으로서, 로봇은 좁은 공간에서 내비게이팅이 요구되는 작은 체적을 가질 수 있으며, 동시에 습식 세척 표면에 적합하게 구성된 중량 분포를 갖는다.
일 양태에서, 표면 처리 로봇은 전방 및 후방 단부를 갖는 섀시와, 섀시에 탑재된 구동 시스템을 포함한다. 구동 시스템은 세척 표면 위에서 로봇을 조종하도록 구성되고, 우측 및 좌측 차동 구동 휠을 포함한다. 로봇은 섀시에 탑재되는 진공 조립체를 포함한다. 진공 조립체는 세척 표면과 결합하는 수집 구역 및 수집 구역과 유체 소통하는 흡입 구역을 포함한다. 흡입 구역은 수집 구역을 통해 세척 표면으로부터 폐기물을 흡입하도록 구성된다. 로봇은 섀시에 탑재되고 진공 조립체에 의해 제거되는 폐기물을 수집하기 위해 진공 조립체와 유체 소통하는 수집 체적부를 포함한다. 로봇은 섀시에 탑재되고 세척액을 보유하도록 구성되는 공급 체적부를 포함한다. 어플리케이터는 섀시에 탑재되고 공급 체적부와 유체 소통한다. 어플리케이터는 섀시의 사실상의 전방 단부 부근에서 세척 표면상으로 세척액을 분배하도록 구성된다. 로봇은 섀시에 탑재되고 로봇이 전방으로 구동될 때 세척 표면의 적어도 일부를 따라 세척액을 분포시키도록 세척 표면과 결합하는 침액 요소를 포함한다. 침액 요소는 우측 및 좌측 구동 휠에 의해 형성되는 횡축의 사실상의 전방에 배열되고, 침액 요소는 세척 표면 위에서 로봇 질량의 약 10% 이상을 활주 가능하게 지지한다.
본원의 이 양태의 실시예는 후속하는 구성 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 진공 조립체의 수집 구역은 우측 및 좌측 구동 휠에 의해 형성되는 횡축의 사실상의 후방에 배열되고, 진공 조립체는 세척 표면 위에서 로봇 질량의 약 20% 이상을 활주 가능하게 지지한다. 특정 실시예에서, 진공 조립체의 수집 구역의 전방 부분은 로봇이 최대 속도로 전방으로 구동될 때 어플리케이터의 전방 부분이 세척 표면상의 일 지점을 통과한 후 약 0.25초 내지 0.6초에 세척 표면상의 상기 지점을 통과하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 로봇은 구동 시스템과 통신하고 로봇을 내비게이팅하도록 구성되는 내비게이션 시스템을 포함한다. 진공 조립체는 세척 표면상으로 분배된 세척액의 일부를 수집하도록 구성되고, 내비게이션 시스템은 표면상에 잔류하는 세척액을 수집하기 위해 복귀하도록 로봇을 내비게이팅하게 구성된다. 특정 실시예에서, 내비게이션 시스템은 표면상에 잔류하는 세척액을 수집하기 위해 복귀하도록 의사 난수 경로를 따라 로봇을 내비게이팅하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 진공 조립체의 수집 구역은 스퀴지와 진공 챔버를 포함한다. 스퀴지는 섀시에 부착되고 종방향 리지가 세척 표면에 인접하게 배치되고 리지의 전방 에지에 액체 수집 체적부를 제공하도록 세척 폭을 가로질러 연장하도록 형성된다. 진공 챔버는 스퀴지에 의해 부분적으로 형성되고 진공 챔버는 세척폭을 가로질러 연장하는 종방향 리지에 인접하게 배치된다. 진공 챔버는 사실상 종방향 리지 위에서 스퀴지에 의해 형성되는 복수의 흡입 포트에 의해 액체 수집 체적부와 유체 소통한다.
일부 실시예에서, 구동 시스템은 약 3L 미만의 체적 내에서 로봇을 조종하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 공급 체적부는 약 600mL 이상의 세척액을 보유하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 구동 시스템은 약 200mm/s 내지 약 400mm/s의 최대 전향 속도로 로봇을 추진하기 위해, 각 휠(504, 505)에 약 100gf 내지 약 700gf을 제공하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 로봇의 무게 중심은 사실상 우측 및 좌측 차동 구동 휠에 의해 형성되는 횡축을 따라 존재한다.
일부 실시예에서, 로봇은 섀시에 탑재되고 섀시로부터 횡으로 연장하는 연장 요소를 포함한다. 연장 요소는 섀시를 향해 부스러기를 안내하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 연장 요소는, 장애물과 접촉할 때 연장 요소를 만곡시킬 수 있고 장애물로부터 결합 해제될 때 연장 요소를 사실상 원래 위치로 복귀시킬 수 있도록 구성되는 스프링 멈춤쇠(spring detent)를 포함한다. 일부 실시예에서, 연장 요소는 진공 조립체와 유체 소통하고 진공 조립체를 향해 부스러기를 흡입하도록 구성된다.
다른 양태에서, 표면 처리 로봇은 전방 및 후방 단부를 갖는 섀시와, 섀시에 탑재되고 세척 표면 위에서 로봇을 조종하도록 구성된 구동 시스템을 포함한다. 구동 시스템은 우측 및 좌측 차동 구동 휠을 포함한다. 로봇은 섀시에 탑재되고 수집 구역 및 흡입 구역을 포함하는 진공 조립체를 포함한다. 수집 구역은 세척 표면과 결합하고 흡입 구역은 수집 구역과 유체 소통한다. 흡입 구역은 수집 구역을 통해 세척 표면으로부터 폐기물을 흡입하도록 구성된다. 로봇은 섀시에 탑재되고 진공 조립체에 의해 제거되는 폐기물을 수집하기 위해 진공 조립체와 유체 소통하는 수집 체적부를 포함한다. 로봇은 섀시에 탑재되고 세척액을 보유하도록 구성된 공급 체적부를 포함한다. 어플리케이터는 섀시에 탑재되고 공급 체적부와 유체 소통한다. 어플리케이터는 섀시의 사실상의 전방 단부 부근에서 세척 표면상으로 세척액을 분배하도록 구성된다. 세척액이 어플리케이터로부터 분배되고 폐기물이 진공 조립체에 의해 수집될 때 로봇의 총 체적의 25% 이상이 공급 체적부 내의 세척액으로부터 수집 체적부의 폐기물로 이동하는 상태에서 공급 체적부 및 수집 체적부는 우측 및 좌측 차동 구동 휠에 의해 형성되는 횡축을 따라 사실상 일정한 무게 중심을 유지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 공급 체적부의 적어도 일부는 수집 체적부 내에 사실상 배치되는 블래더를 포함한다. 블래더는 로봇의 총 체적의 약 25% 이상인 세척액의 체적을 보유하도록 팽창 가능하고, 블래더는 수축 가능하여 수집 체적부는 로봇의 총 체적의 약 25% 이상인 폐기물 체적을 보유할 수 있다.
일부 실시예에서, 침액 요소는 사실상 아치 형상을 가지며, 세척 표면과 결합하도록 침액 요소로부터 연장하는 강모를 포함한다. 강모는 로봇의 구동시 침액 요소가 장애물과 접촉할 때 생성되는 힘을 소산시키기 위해 사실상 서로로부터 개별적으로 변형되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 진공 조립체의 수집 구역은 침액 요소의 횡 치수와 사실상 동일한 횡 치수를 가지며, 우측 및 좌측 차동 구동 휠은 침액 요소의 횡 치수 이하의 횡 치수를 형성한다.
일부 실시예에서, 진공 조립체의 흡입 구역은 팬과, 팬과 유체 소통하고 진공 챔버와 유체 소통하는 흡입 도관을 포함한다. 팬은 수집 구역으로부터 진공 챔버로 오수를 인입하기 위해 진공 챔버 내에 부의 기압을 발생시키도록 흡인 도관을 통해 진공 챔버로부터 공기를 인입하도록 구성된다. 흡인 도관의 적어도 일부는 팬으로의 상당한 양의 오수 유동을 차단하기 위해 진공 챔버 내로의 오수 유동의 방향에 대해 약 90도로 배열된다.
특정 실시예에서, 공급 체적부는 제1 포트를 형성하고 수집 체적부는 제2 포트를 형성한다. 제1 포트는 제2 포트와 사실상 반대로 배열되어, 로봇은 세척액이 공급 체적부에 추가될 때 폐기물이 수집 체적부로부터 비워질 때와 사실상 동일한 배향을 유지할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇은 섀시에 탑재되고 섀시의 전방 단부를 따라 사실상 배열되는 범퍼를 포함한다. 범퍼는 공급 체적부의 제1 포트에 접근할 수 있는 개방부를 형성한다.
다른 양태에서, 자동 커버리지 로봇은 전방 및 후방 단부를 갖는 본체와, 주연부와, 상부 구역을 포함한다. 로봇은 본체에 탑재되고 세척 표면 위에서 로봇을 조종하도록 구성되는 구동 시스템을 포함하고, 구동 시스템은 우측 및 좌측 차동 구동 휠을 포함한다. 로봇은 사실상 상부 구역 아래와 우측 및 좌측 차동 구동 휠에 의해 형성되는 횡축의 사실상 전방에서 본체에 탑재되는 광학 수용기를 포함한다. 로봇은 광학 수용기와 광학적으로 소통(optical communication)하는 신호 채널러를 포함한다. 신호 채널러는 본체의 상부 구역을 따라 배열되고 본체의 전체 주연부 주위를 사실상 연장한다. 신호 채널러는 본체의 주연부 주위에서 사실상 임의의 방향으로 원격 전송기로부터의 광학 신호를 수신하도록 구성된다. 신호 채널러는 수용기를 향해 광학 신호를 안내하도록 내부적으로 반사되고, 구동 시스템은 수용기에 의해 수신되는 광학 신호에 반응하여 진로 설정(heading setting)을 변경하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 로봇은 로봇에 의해 표면으로부터 제거되는 폐기물을 수집하기 위해 본체에 탑재되는 수집 체적부를 포함하다. 신호 채널러는 수집 체적부의 상부 표면의 적어도 일부를 형성한다.
특정 실시예에서, 신호 채널러의 신호 채널러 내에서 사실상 내부 전반사가 가능하도록 적어도 일부는 약 1.4 이상의 굴절률을 갖는 재료로 형성된다. 일부 실시예에서, 신호 채널러는 제1 표면을 따라 배치되는 제1 거울과 제1 표면과 대향하는 제2 표면을 따라 배치되는 제2 거울을 포함한다. 제1 거울 및 제2 거울은 신호 채널러 내에서 내부적으로 광을 반사하도록 구성된다.
다른 양태에서, 자동 로봇은 섀시와 섀시에 커플링되는 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템을 포함한다. 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템은 상부 위치 및 바닥 위치를 갖는다. 로봇은 섀시에 탑재되고 세척 표면으로부터 폐기물을 흡입하도록 구성되는 진공 조립체를 포함한다. 수집 체적부는 섀시에 탑재되고 진공 조립체에 의해 흡입된 폐기물을 수집하기 위해 진공 조립체와 유체 소통한다. 로봇은 진공 조립체와 수집 체적부 사이의 유체 소통의 적어도 일부를 차단하도록 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동 가능한 시일을 포함한다. 시일은 서스펜션 시스템에 커플링되고 바이어스드-투-서스펜션 시스템이 상부 위치로부터 바닥 위치로 이동할 때 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 진공 조립체는 팬을 포함하고, 시일은 팬과 수집 체적부 사이의 유체 소통의 적어도 일부를 차단하도록 구성된다.
다른 양태에서, 로봇 정체 검출 시스템은 표면 위에서 이동하도록 구성된 본체와 본체에 탑재되는 정체 센서를 포함한다. 정체 센서는 유도된 빔을 방사하도록 구성된 광학 방사기와 유도된 빔을 검출하도록 작동하는 광자 검출기를 포함한다. 정체 센서는 광학 방사기와 광자 검출기 사이의 실질적인 광학적 소통을 차단하도록 유도된 빔과 광자 센서 사이에 위치된 물체를 포함한다. 물체는 광학 방사기와 광자 검출기 사이의 실질적인 광학적 소통을 가능하게 하기 위해 본체의 모션 시퀀스(motion sequence)에 반응하여 이동할 수 있다. 로봇 정체 검출 시스템은 정체 센서와 전기적으로 소통(electrical communication)하고 광학 방사기와 광자 검출기 사이의 광학적으로 소통의 레벨을 적어도 부분적으로 기초로 하여 정체 상태를 결정하도록 구성되는 제어기를 포함한다.
일부 실시예에서, 제어기는 본체의 모션 시퀀스를 유발하기 위해 본체를 조종하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 로봇 정체 검출 시스템은 본체에 탑재되는 2개의 구동 휠을 포함하고, 제어기는 본체의 모션 시퀀스를 유발하도록 2개의 휠을 차동 구동하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 로봇 정체 검출 시스템은 본체에 탑재되어 표면과 접촉하는 침액 요소를 포함한다. 침액 요소는 본체의 모션 시퀀스 도중 표면상에 세척액을 살포하도록 구성된다.
다른 양태에서, 자동 로봇의 정체 검출 방법은 로봇에 탑재되는 광학 방사기로부터 유도된 빔을 방사하는 단계를 포함한다. 방법은 로봇의 모션 시퀀스를 제공하도록 로봇의 구동 시스템을 제어하는 단계를 포함한다. 로봇에 탑재된 물체가 로봇의 모션 시퀀스에 반응하여 이동하기 때문에, 상기 방법은 로봇에 탑재된 광자 검출기에서 유도된 빔을 검출하는 단계를 더 포함한다. 로봇의 정체 상태는 광학 방사기와 광자 검출기 사이의 광학적으로 소통의 레벨을 적어도 부분적으로 기초로 하여 결정된다.
일부 실시예에서, 로봇의 구동 시스템을 제어하는 단계는 로봇의 모션 시퀀스를 제공하도록 로봇에 탑재된 2개의 휠을 차동 구동하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 로봇은 표면과 접촉하는 세척 요소를 탑재하도록 구성되고 로봇의 모션 시퀀스는 로봇의 세척 절차의 일부이다. 일부 실시예에서, 로봇은 중심 수직축을 형성하고 로봇의 모션 시퀀스를 제공하기 위해 로봇의 구동 시스템을 제어하는 단계는 중심 수직축을 중심으로 로봇을 회전시키도록 구성된 구동 기구의 시퀀스를 포함한다.
다른 양태에서, 자동 로봇의 정체를 검출하는 방법은 표면 위에서 로봇을 조종하는 단계와, 광학 방사기로부터 유도된 빔을 로봇에 탑재된 광학 방사기로부터 방사하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 표면으로부터 유도된 빔의 반사를 로봇에 탑재된 광자 검출기에서 검출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 광자 검출기에 의해 검출된 반사 세기의 변화를 적어도 부분적으로 기초로 하여 로봇의 정체 상태를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 표면 위에서 로봇을 조종하는 단계는 로봇에 탑재된 패시브 세척 요소를 표면 위에서 이동시키도록 2개의 휠을 차동 구동하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 표면을 향해 유도된 빔을 방사하는 단계는 패시브 세척 요소의 전방에서 표면을 향해 유도된 빔을 방사하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 로봇에 탑재된 제2 센서에 의해 결정된 제2 정체 상태와 로봇의 결정된 정체 상태를 비교하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 표면 위에서 로봇을 조종하는 단계는 약 200m/s 내지 약 400m/s의 전향 속도로 표면 위에서 로봇을 이동시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 광자 검출기에 의해 검출되는 신호의 세기를 기초로 로봇 전방의 클리프의 존재를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 로봇 벽 검출 시스템은 표면 위를 이동하도록 구성된 본체와, 벽의 존재를 검출하기 위한 본체에 탑재된 센서를 포함한다. 센서는 본체의 사실상의 전방으로 벽을 향해 규정된 방사장을 갖는 유도된 빔을 방사하는 방사기를 포함한다. 센서는 로봇의 사실상의 전방 방향으로 벽을 향해 연장하는 규정된 시야를 갖는 검출기를 포함한다. 규정된 시야는 규정된 방사장에 거의 평행하고 센서의 사실상의 전방의 유한 구역에서 규정된 방사장과 교차한다. 검출기와 통신하는 회로는 본체와 벽 사이의 거리를 제어한다.
일부 실시예에서, 본체는 약 200mm/s 내지 약 400mm/s로 검출기를 전방으로 이동시키도록 구성된다. 특정 실시예에서, 제어기는 벽으로부터 사실상 일정한 거리에서 본체를 이동시키기 위해 검출기의 일정한 아날로그 값을 유지하도록 구성된다. 규정된 방사장은 검출기에 의해 검출되는 신호의 세기와 벽으로부터의 거리 사이에 사실상 선형인 관계를 제공하기 위해 규정된 시야에 대해 배열된다. 규정된 방사장과 규정된 시야 사이의 경사 각도는 약 10도 내지 약 30도이다.
다른 양태, 구성 및 장점은 상세한 설명 및 도면과 청구항으로부터 명확해질 것이다
본 발명에 따르면 많은 가정에서 발견되는 좁은 공간에서의 세척을 용이하게 하는 폼 팩터를 갖는, 바닥 및 주방 조리대와 같은 표면을 처리하기 위한 자동 로봇이 제공된다.
도 1은 자동 세척 로봇의 하부 시스템의 상호 관계를 도시한 개략적 블록 선도이다.
도 2는 자동 세척 로봇의 사시도이다.
도 3은 도 1의 자동 세척 로봇의 저면도이다.
도 4는 도 1의 자동 세척 로봇의 측면도이다.
도 5는 도 1의 자동 세척 로봇의 정면도이다.
도 6은 도 1의 자동 세척 로봇의 후면도이다.
도 7은 도 1의 자동 세척 로봇의 분해 사시도이다(사용자 인터페이스는 제거되어 도시된다).
도 8은 도 1의 자동 세척 로봇의 액체 어플리케이터 모듈의 개략적 대표도이다.
도 9는 도 1의 자동 세척 로봇의 침액 요소의 사시도이다.
도 10은 자동 세척 로봇의 침액 요소의 평면도이다.
도 11은 액티브 브러시 요소의 사시도이다.
도 12는 자동 세척 로봇의 평면도이다.
도 13은 자동 세척 로봇의 진공 모듈의 개략적 대표도이다.
도 14는 자동 세척 로봇의 진공 모듈의 일부의 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 자동 세척 로봇의 액티브 밀봉 시스템의 개략적 대표도이다.
도 16은 자동 세척 로봇의 팬의 분해 사시도이다.
도 17은 도 1의 자동 세척 로봇의 스퀴지의 사시도이다.
도 18은 도 1의 자동 세척 로봇의 스퀴지의 측면도이다.
도 19는 도 1의 자동 세척 로봇의 스퀴지의 저면도이다.
도 20은 도 1의 자동 세척 로봇의 휠의 분해 사시도이다.
도 21은 자동 세척 로봇의 와이어 시일의 사시도이다.
도 22는 자동 세척 로봇의 신호 채널러 및 전방향 수신기의 분해 사시도이다.
도 23a는 도 1의 자동 세척 로봇의 범퍼에 장착된 벽 추종기 센서의 부분적인 상부 단면도이다.
도 23b는 자동 세척 로봇의 벽 추종기 센서의 개략적 대표도이다.
도 24는 벽 추종기를 포함하는 자동 세척 로봇의 로직과 관련된 단계를 도시한 순서도이다.
도 25는 자동 세척 로봇의 범프 센서의 사시도이다.
도 26은 선 26-26을 따라 취해진 도 25의 범프 센서의 단면도이다.
도 27은 도 1의 자동 세척 로봇의 범퍼의 후면도이다.
도 28은 자동 세척 로봇의 휠과 정렬된 범퍼의 개략적 대표도이다.
도 29는 자동 세척 로봇의 클리프 센서의 개략적 대표도이다.
도 30은 클리프 검출기를 포함하는 자동 세척 로봇의 로직과 관련된 단계를 도시한 순서도이다.
도 31은 섀시에 장착된 정체 센서를 구비한, 도 1의 자동 세척 로봇의 섀시의 측면도이다.
도 32는 도 1의 자동 세척 로봇의 정체 센서의 분해 사시도이다.
도 33은 자동 세척 로봇의 요동 센서의 평면도이다.
자동 로봇이 바닥을 세척하도록 설계될 수 있다. 예컨대, 자동 로봇은 카펫 표면 또는 단단한 표면을 진공 청소기로 청소할 수 있으며, 타일, 비닐 또는 이러한 기타 표면의 액체 보조 세척 및/또는 훔치기(wiping) 및/또는 정전기적 훔치기를 통해 바닥을 세척할 수 있다. 발명의 명칭이 습식 및 건식 세척을 위한 자동 표면 세척 로봇(AUTONOMOUS SURFACE CLEANING ROBOT FOR WET AND DRY CLEANING)인 지글러(Ziegler) 등의 미국 특허 출원 제11/359,961호는 자동 세척 로봇을 개시하고 있으며, 그 전체가 본원에 참조로서 포함되었다.
자동 로봇은 표면상에 이동 가능하게 지지되고 표면을 횡단하면서 표면을 세척하는데 사용된다. 로봇은 세척액을 표면에 가하고, 세척액을 표면상에 살포하고(예컨대, 도포하고 문지르고), 표면으로부터 폐기물(예컨대, 사실상 모든 세척액 및 세척액 내에 혼합된 부스러기)을 수집함으로써 표면을 습식 세척할 수 있다. 유사한 크기의 자동 건식 세척 로봇에 비해, 자동 습식 세척 로봇은 더 많은 부스러기(debris)를 표면으로부터 제거할 수 있다.
도 1은 자동 세척 로봇의 하부 시스템의 상호 관계를 도시하는 개략적 블럭선도이다. 제어기(100)는 파워 모듈(1200)에 의해 동력을 공급받고 센서 모듈(1100) 및 인터페이스 모듈(1700)로부터 입력을 수용한다. 제어기(1000)는 센서 모듈(1100)로부터의 입력과 제어기(1000)에 프로그래밍된 정보[예컨대, 거동(behavior)]를 조합하여, 액체 저장 모듈(1500), 액체 어플리케이터 모듈(1400) 및 진공 모듈(1300)(예컨대, 습식-건식 진공 모듈)을 제어하면서 동시에 세척 표면(이하, "표면"으로 지칭됨)을 가로질러 세척 로봇을 조종하도록 이송 구동부(1600)를 제어한다.
제어기(1000)(예컨대, 로봇 상의 제어기)는 표면을 가로지르도록 로봇을 추진하는데 사용되는 구동 휠의 운동을 지시함으로써 표면을 가로지르는 로봇의 자동 이동을 제어한다. 제어기(1000)는 센서[예컨대, 내비게이션 비콘(navigation beacon)과 같은 로봇에 탑재되는 센서]로부터의 임의의 다양한 신호에 반응하여 로봇의 운동을 재지시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기는 로봇에 의해 제공되는 세척 커버리지(cleaning coverage)를 개선하기 위해 로봇을 사실상의 무작위 패턴으로 표면을 가로지르도록 지시할 수 있다.
세척 작동 전에, 세척액이 세척액의 외부 공급부를 통해 액체 저장 모듈(1500)에 추가될 수 있다. 그 후, 로봇은 세척될 표면에 설치될 수 있으며, 세척은 인터페이스 모듈(1700)(예컨대, 로봇에 탑재된 사용자 인터페이스)을 통해 개시될 수 있다. 제어기(1000)는 표면을 가로지르는 소정의 패턴으로 로봇을 조종하도록 운송 구동부(1600)를 제어한다. 제어기(1000)가 표면을 가로지르는 로봇의 이동을 제어할 때, 제어기는 또한 세척 액체를 공급하기 위한 액체 어플리케이터 모듈(1400)을 제어하고 표면으로부터의 폐기물을 수집하기 위한 진공 모듈(1300)을 제어한다.
세척 작동이 완료된 후(예컨대, 모든 세척액이 로봇으로부터 분배된 후, 로봇이 절차(routine)를 완료한 후, 소정의 시간 경과 후), 폐기물이 로봇으로부터 제거된다. 로봇은 경량이며 소형 폼 팩터(compact form factor)를 구비하며, 이와 같이 로봇이 경량인 것과 소형 폼 팩터 구비하는 것은 각각 로봇의 취급 등을 용이하게 하여, 로봇은 세척될 다른 영역으로 이동될 수 있거나 이후에 사용될 때까지 저장소에 수납될 수 있다. 로봇이 사용 중에 있을 때 또는 로봇이 조종되고 있을 때, 로봇으로부터의 세척액 및/또는 폐기물의 유출을 최소화하기 위해, 로봇은 사실상 밀봉 가능[예컨대, 패시브 밀봉(passively sealable), 액티브 밀봉(actively sealable)]하다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 로봇(10)은 기부판(200), 범퍼(300), 사용자 인터페이스(400) 및 휠 모듈(500, 501)을 지지하는 섀시(100)를 포함한다. 휠 모듈들(500, 501)은 섀시(100)에 의해 형성되는 횡축을 따라 사실상 대향된다. 기부판(200)은 사실상 섀시(100)의 바닥 부분 상에 지지되고 표면 위에서 섀시(100)의 전방 부분을 적어도 부분적으로 지지한다. 휠 모듈(500, 501)이 세척 절차 도중 표면을 가로지르도록 로봇(10)을 추진할 때, 기부판(200)은 표면과 활주 가능하게 접촉하여, 표면으로의 세척액 전달, 표면상에서의 세척액 살포, 및 표면으로부터 수집 로봇(10)에 의해 형성되는 체적부(volume) 내로의 폐기물 수집에 의해 표면을 습식 진공 청소한다. 사용자 인터페이스(400)는 섀시(100)의 사실상의 상부 부분에 탑재되어 하나 이상의 사용자 명령을 수신하고 그리고/또는 로봇(10)의 상태를 표시하도록 구성된다. 사용자 인터페이스(400)는 로봇(10)에 탑재된 제어기(상세하게 후술됨)와 통신하여, 사용자 인터페이스(400)에 대한 하나 이상의 명령이 로봇(10)에 의해 수행되는 세척 절차를 개시할 수 있다. 범퍼(300)는 섀시(100)의 전방 부분에 탑재되어 [예컨대, 휠 모듈(500, 501)이 세척 절차 도중 로봇(10)을 표면을 가로질러 추진할 때] 로봇(10)의 경로 내에 있는 하나 이상의 이벤트를 검출하도록 구성된다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 로봇(10)은 이벤트에 반응하여 (예컨대, 이벤트로부터 멀리) 로봇(10)을 조종하기 위해 휠 모듈(500, 501)을 제어함으로써 범퍼(300)에 의해 검출되는 이벤트[예컨대, 장애물, 클리프(cliff), 벽]에 반응할 수 있다. 본원에서는 일부 센서가 범퍼 상에 배열되는 것으로 개시되었지만, 이러한 센서들은 추가적으로 또는 대안적으로 로봇(10) 상의 임의의 다양한 다른 위치에 배열될 수도 있다.
로봇(10)은 세척 유체 및 폐기물을 저장하기 때문에, 사실상 전체 전기 시스템은 로봇(10)에 저장되는 세척액 및/또는 폐기물로부터 유밀 및/또는 격리된다. 세척액 및/또는 폐기물로부터 로봇(10)의 전기 구성 요소를 분리하는데 사용될 수 있는 밀봉부의 예는 커버, 플라스틱 또는 수지 모듈, 포팅(potting), 슈링크 피트(shrink fit), 개스킷 등을 포함한다. 회로 보드, PCB, 검출기 또는 센서와 같은 본원에 개시된 요소들 중 임의의 요소 또는 전체 요소들은 임의의 다양한 다른 방법을 이용하여 일정 비율로 제작될 수 있다.
로봇(10)은 섀시, 즉 중심 수직축(20), 전후축(22, fore-aft axis) 및 횡축(24)에 의해 형성되는 3개의 서로 수직인 축들에 대한 이동의 임의의 다양한 다른 조합을 통해 표면을 가로지를 수 있다. 전후축(22)을 따르는 전방 이동 방향은 F(이후, 종종 "전방"으로 지칭됨)로 지정되고, 전후축(22)을 따르는 후미 이동 방향은 A(이후, 종종 "후방"으로 지칭됨)로 지정된다. 횡축은 R로 지정된 로봇(10)의 우측과 L로 지정된 로봇(10)의 좌측 사이에서 사실상 휠 모듈(500, 501)의 중심 지점에 의해 형성되는 축을 따라 연장한다. 후속하는 도면에 있어서, R 및 L 방향은 평면도와는 일치되도록 유지되지만, 인쇄된 면에서는 역전될 수 있다.
사용시, 사용자는 범퍼(300)를 따라 배치된 충전 도어(304)를 개방하고 로봇(10) 내의 체적부에 세척 유체를 추가한다. 로봇(10)에 세척 유체를 추가한 후, 사용자는 충전 도어(304)를 폐쇄하여, 충전 도어(304)는 범퍼(300)와 함께 사실상의 수밀 시일을 형성하거나 또는 일부 실시예에서는 범퍼(300)를 통해 연장하는 포트와 함께 사실상의 수밀 시일을 형성한다. 그 후, 사용자는 세척될 표면상에 로봇(10)을 배치하고 사용자 인터페이스(400)에 하나 이상의 명령을 제공함으로써 세척을 개시한다.
로봇(10)에 탑재된 제어기는 휠 모듈(500, 501)의 운동을 지시한다. 제어기는 각각의 휠 모듈(500, 501)의 회전 속도 및 방향을 개별적으로 제어할 수 있어, 제어기는 로봇(10)을 임의의 다양한 다른 방향으로 조종할 수 있다. 예컨대, 제어기는 로봇(10)을 전방, 후방, 우측 및 좌측 방향으로 조종할 수 있다. 예컨대, 로봇(10)이 사실상 전후축(22)을 따라 이동할 때, 로봇(10)은 반복적인 교호식 좌우 회전을 할 수 있어, 로봇(10)은 중심 수직축(20) 주위를 전후로 회전한다(이하에서 요동 운동으로 지칭됨). 상세하게 후술되는 바와 같이, 로봇(10)의 이러한 요동 운동(wiggle motion)으로 인해, 로봇(10)은 세척 작동 도중 걸레(scrubber)로서 작동할 수 있다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 로봇(10)의 요동 운동은 로봇(10)의 정체를 검출하기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기는 사실상 제자리에서(in place) 회전하도록 로봇(10)을 조정하여, 예컨대 로봇은 모퉁이에서 빠져나오거나 또는 장애물로부터 떨어지도록 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 세척될 표면을 횡단하는 사실상의 무작위[예컨대, 의사 난수(pseudo-rando)] 경로에 위로 로봇(10)을 안내한다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 제어기는 로봇(10) 주위에 배치되는 임의의 다양한 다른 센서들(예컨대, 범프 센서, 근접 센서, 벽, 정체 상태 및 단차부)에 반응한다. 제어기는 센서로부터의 신호에 반응하여 휠 모듈(500, 501)을 재지시할 수 있어, 로봇(10)은 장애물 및 어질러진 물품(clutter)을 피하면서 표면을 습식 진공 청소한다. 로봇(10)이 사용 도중 고착되거나 또는 뒤얽힌 경우, 제어기는 일련의 탈출 거동을 통해 휠 모듈(500, 501)을 안내하도록 구성되어, 로봇(10)은 표면의 정상 세척을 재개할 수 있다.
로봇(10)은 세척 작동 도중 일반적으로 전방으로 전진된다. 로봇(10)은 세척 작동 도중 일반적으로 후미 방향으로 전진하지 않지만, 물체를 피하거나 또는 모퉁이 등으로부터 빠져나오기 위해 후미 방향으로 전진될 수도 있다. 세척 작업은 후미 이송 도중 계속되거나 또는 일시 중지될 수 있다.
습식 진공 청소 도중, 세척액은 (예컨대, 와이어를 숨기고 그리고/또는 범퍼를 위한 부착 지점으로서 사용되는) 섀시에 직접 장착되는 어플리케이터를 통해 표면에 분배될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세척액은 기부판에 장착되는 어플리케이터를 통해 표면에 분배될 수 있다. 예컨대, 세척액은 로봇(10)의 사실상의 전방 부분을 따라 기부판(200)에 탑재된 홈통(202, trough)을 통해 분배될 수 있다. 홈통(202)은 세척 유체의 스프레이 패턴을 생성하도록 홈통(202)의 길이를 따라 형성된 분사 오리피스(210, injection orifice)를 형성한다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 홈통(202) 상류의 펌프는 분사 오리피스(210)를 통해 세척액을 가압하여, 표면에 세척액을 전달한다. 일부 실시예에서, 분사 오리피스(210)들은 홈통(202)의 길이를 따라 사실상 동일하게 이격되어, 사실상 균일한 세척액의 스프레이 패턴을 생성한다. 일부 실시예에서, 분사 오리피스(210)는 세척액이 분사 오리피스(210)로부터 적하될 수 있도록 구성된다.
침액 요소(204, wetting element)는 홈통(202)의 사실상 후방에서 기부판(200)에 탑재된다. 침액 요소(204)의 단부는 로봇(10)의 사실상의 전체 폭(예컨대, 직경)에 걸쳐 횡방향으로 연장된다. 사용시, 침액 요소(204)는 세척 표면 위에서 로봇(10)의 전방 부분을 지지하도록 표면과 활주 가능하게 접촉한다. 로봇(10)이 사실상 전방으로 이동할 때, 침액 요소(204)와 표면 사이의 활주 접촉이 표면상에 세척액을 살포한다. 일부 실시예에서, 제2 침액 요소(206)가 표면상에 세척액을 추가로 살포하고 그리고/또는 표면상에서 세척액을 휘젓도록 침액 요소(204)의 사실상 후방에서 기부판(200)에 탑재된다.
로봇이 전방으로 계속 이동할 때, 휠 모듈(500, 501)은 표면상에 살포된 세척액을 통과한다. 로봇(10)의 중량 분포(weight distribution)[예컨대, 드래그(drag)], 휠 모듈(500, 501)의 타이어에 대한 재료 선택 및 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템(biased-to-drop suspension system)의 조합이 세척액을 통과하는 휠 모듈(500, 501)의 트랙션(traction)을 개선하여, 휠 모듈(500, 501)은 사실상 미끄러지지 않고 세척액 위를 통과할 수 있다.
스퀴지(208, squeegee)가 기부판(200)에 탑재되고, 사용 도중 표면과 이동 가능하게 접촉되도록 기부판(200)으로부터 연장된다. 스퀴지(208)는 휠 모듈(500, 501)의 사실상 후방에 위치 설정된다. 더 전방 위치에 스퀴지를 포함하는 로봇에 비해, 이와 같이 스퀴지(208)를 후방에 위치 설정하는 것은 표면상에서의 세척액의 드웰 타임(dwell time)을 증가시킬 수 있어서, 세척 작동의 효율을 증가시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이와 같은 스퀴지(208)의 후방 위치 설정은 전방으로 로봇(10)을 추진하는 휠 모듈(500, 501)에 의해 생성되는 추력(thrust)에 반응하는 로봇(10)의 후방 뒤집힘(tipping)을 감소시킬 수 있다.
상세하게 후술되는 바와 같이, 스퀴지(208) 사이의 이동 가능한 접촉은 로봇(10)이 전방으로 추진될 때 세척 표면으로부터 폐기물(예컨대, 세척액 및 부스러기의 혼합물)을 들어올리는 작용을 한다. 스퀴지(208)는 대체로 스퀴지(208)에 의해 형성되는 흡입 구멍(212)의 부근에서 폐기물을 모으도록 구성된다. 로봇(10)에 탑재된 진공 조립체가 세척 표면으로부터 로봇(10) 내로 폐기물을 흡입하여, 뒤로는 습식 진공 청소된 표면이 남겨진다.
모든 세척 유체가 로봇(10)으로부터 분배된 후, 제어기는 로봇(10)의 이동을 정지시키고 사용자 인터페이스(400)를 통해 사용자에게 경보(예컨대, 시각적 경보 또는 청각적 경보)를 제공한다. 그 후, 사용자는 폐기물 수집 체적부에 의해 형성되는 폐기물 포트를 노출시키도록 비움 도어(104, empty door)를 개방하고 로봇(10)으로부터 수집된 폐기물을 제거할 수 있다. 충전 도어(304) 및 비움 도어(104)는 사실상 섀시의 대향측을 따라 배치되기 때문에, 충전 도어(304)와 비움 도어(104)는 세척액이 로봇(10)에 추가됨과 동시에 폐기물을 로봇(10)으로부터 배출시킬 수 있도록 동시에 개방될 수 있다.
사용자가 사용 간에 로봇(10)을 이동하기를 희망하는 경우, 사용자는 섀시(100)로부터 원격에 위치된 손잡이(401)를 이동(예컨대, 회전)시킬 수 있으며, 이 손잡이(401)를 이용하여 로봇(10)을 들어올릴 수 있다. 손잡이(401)는 로봇(10)의 무게 중심을 포함하는 횡축(예컨대, 중심 횡축) 주위를 피벗하여, 손잡이(401)는 들통(pail)과 사실상 유사한 로봇(10)을 운반하는데 사용될 수 있다. 로봇(10)은 패시브 밀봉 시스템 및/또는 액티브 밀봉 시스템을 포함하여, 로봇(10)은 이송 도중 사실상 수밀을 유지한다. 액티브 및/또는 패시브 밀봉 시스템은 로봇(10)이 일 영역에서 다른 영역으로 이동될 때 로봇(10)으로부터 폐기물 및/또는 세척액의 탈출을 감소시킬 수 있다. 따라서, 로봇(10)은 로봇으로부터 적하하는 액체로 인한 위험하고 미끄러운 상태를 발생시킬 위험이 거의 없이 이동 및 보관될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇(10)은 이미 세척된 표면상에 또는 사용자에게 액체를 적하할 위험이 거의 없이 이동 및 보관될 수 있다.
사용자는 로봇(10)을 이동시킨 후, 로봇(10)이 사용 중일 때 손잡이(401)가 대상물과 뒤얽히게 될 가능성을 줄이기 위해 손잡이를 로봇의 상부 부분과 사실상 동일 평면상의 위치로 재위치 설정할 수 있다. 일부 실시예에서, 손잡이(401)는 로봇의 상부 부분과 동일한 평면상의 위치를 행해 손잡이(401)를 편의시키는 자성 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 손잡이(401)는 로봇(10)의 상부 부분과 사실상 동일한 평면상의 위치를 행해 손잡이(401)를 편의시키는 스프링을 포함한다. 사용 간에, 사용자는 로봇(10)에 매설 탑재된 파워 공급부를 재충전할 수 있다.
사용 간에, 사용자는 로봇(10)에 온보드 탑재된 파워 공급부를 재충전할 수 있다. 파워 공급부를 충전하기 위해, 사용자는 섀시(100)의 후방 부분 상의 충전 포트 도어(106)를 개방할 수 있다. 충전 포트 도어(106)가 개방된 상태에서, 사용자는 벽 충전기를 충전 포트 도어(106) 뒤의 대전 포트에 연결할 수 있다. 벽 충전기는 표준 가정용 전기 콘센트(standard household electrical outlet)에 플러그 결합되도록 구성된다. 충전 프로세스 도중, 사용자 인터페이스(400) 상의 하나 이상의 표기부(예컨대, 시각적 표시부, 청각적 표시부)가 사용자에게 파워 공급부의 충전 상태를 경보할 수 있다. 파워 공급부가 재충전되었을 때[예컨대, 사용자 인터페이스(400)에 의해 표시되었을 때], 사용자는 벽 충전기로부터 로봇(10)을 연결 해제하고 충전 포트 도어(106)를 폐쇄할 수 있다. 충전 포트 도어(106)는 섀시(100)와 함께 사실상의 수밀 시일을 형성하여, 충전 포트 도어(106)가 폐쇄되면 충전 포트는 사실상 액체 없이 유지된다. 일부 실시예에서, 파워 공급부는 로봇(10)으로부터 제거되고 로봇(10)으로부터 개별적으로 충전된다. 일부 실시예에서, 파워 공급부는 제거되어 새로운 파워 공급부로 교체된다. 일부 실시예에서, 로봇(10)은 로봇(10)과 유도 전송기(inductive transmitter) 사이의 유도 결합(inductive coupling)을 통해 재충전된다. 이러한 유동 결합은 로봇(10)의 전기 구성 요소에 대한 물리적 접근의 필요성을 감소시켜서 로봇(10)의 안전성을 개선할 수 있다.
폼 팩터
로봇(10)이 상부 표면과 상부 표면에 사실상 평행하며 대향되는 바닥 표면을 갖는 사실상의 원통 형상을 갖도록, 섀시(100), 기부판(200), 범퍼(300), 사용자 인터페이스(400) 및 휠 모듈(500, 501)은 함께 끼워 맞춤 된다. 이러한 사실상의 원통 형상은 로봇(10)이 표면을 횡단할 때 장애물과 얽히게 되고 그리고/또는 장애물에 파손될 가능성을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇(10)의 사실상의 원통 형상은 사용자로 하여금 도보 여행자(hiker)가 휴대하는 통상적인 수통(canteen)의 조작(manipulation)과 유사한 방식으로 로봇(10)을 들어올리고 조작할 수 있게 하는 폼 팩터를 갖는다. 예컨대, 사용자는 통상적인 욕실 또는 부엌 수도 꼭지 아래 로봇(10)을 배치함으로써 세척액으로 로봇(10)을 충전할 수 있다. 로봇(10)이 세척액으로 로봇을 충전하는데 사용되는 동일한 배향으로, 로봇은 욕실 또는 부엌 싱크대 내로 비워질 수 있다. 로봇(10)은 전방면(302) 및 후방면(102)을 포함하고, 상기 전방면 및 후방면 각각은 사실상 편평하고 계속적으로 로봇(10)의 균형을 유지하도록 구성된다. 예컨대, 사용자는 사실상 편평한 표면[예컨대, 주방용 조리대(countertop), 부엌 싱크대 바닥, 욕조 바닥]에 후방면(102)을 배치시킬 수 있어서, 로봇(10)은 전방면(302)이 사용자를 향해 상향 대면하는 주방용 조리대 상에서 균형을 유지한다. 이러한 배향으로 인해 사용자는 로봇을 잡지 않고도 로봇(10)을 세척액으로 충전할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 사실상 편평한 표면상에 전방면(302)을 배치시킬 수 있어, 사용자는 더욱 용이하게 로봇(10)의 구성 요소(예컨대, 배터리 구획부, 충전 포트)에 접근할 수 있다.
로봇(10)은 좁은 영역에서 세척 작동을 수행한다. 일부 실시예에서, 로봇(10)은 표면을 습식 진공 청소하면서 어질러진 물품 또는 장애물을 피하기 위해 소형 폼 팩터를 구비할 수 있다. 예컨대, 로봇(10)은 집안 문간(household doorways)과, 언더 토킥(under toe kick)과, 많은 통상적인 의자, 테이블, 휴대용 아일랜드(portable island) 및 발판 의자(stool)와, 일부 변기, 싱크대 스탠드(sink stand)의 후방 및 측면과, 다른 자성 설치물(porcelain fixture)을 내비게이팅하도록 치수가 결정될 수 있다. 특정 실시예에서, 로봇(10)의 전체 높이는 표준 북미 욕실 배너티(bathroom vanity)의 토킥 패널의 표준 높이보다 작다. 예컨대, 로봇(10)의 전체 높이는 약 18㎝보다 작을 수 있다(예컨대, 약 15㎝, 약 12㎝, 약 9㎝). 특정 실시예에서, 로봇(10)의 전체 직경은 욕실 벽과 설치된 변기의 기부 사이의 표준 거리와 대략적으로 동일하다. 더 큰 직경 로봇에 비해, 이러한 로봇(10)의 직경은 사실상의 변기와 벽 사이와 같은 변기의 기부 주변 세척을 개선할 수 있다. 예컨대, 로봇(10)의 전체 직경은 약 26㎝보다 작을 수 있다(예컨대, 약 20㎝, 약 15㎝, 약 10㎝). 특정 실시예에서, 휠 모듈(500, 501)은 이러한 좁은 공간(예컨대, 약 3L보다 작은 체적)에서 로봇(10)을 조종하도록 구성된다.
로봇(10)은 전술된 치수 범위에서 사실상의 원통 형상을 갖는 것으로 설명되었지만, 로봇(10)은 접근하기에 좁거나 어려운 표면의 습식 세척을 용이하게 하기 위해 다른 단면 직경 및 높이 치수뿐만 아니라 다른 단면 형상(예컨대, 사각형, 장방형 및 삼각형, 및 입방체, 바 및 피라미드와 같은 체적 형상)을 가질 수도 있다.
예컨대, 로봇(10)의 다른 기능(예컨대, 액체 펌핑, 진공 청소)에 요구되는 체적을 감소시킴으로써, 더 큰 체적의 세척액이 주어진 크기의 외피 내에 보관될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇(10)은 로봇(10)의 체적의 약 20% 이상(예컨대, 약 30% 이상, 약 40% 이상)인 세척 유체의 체적을 수용한다.
물리적 현상 및 이동성
로봇(10)은 한 번의 세척 작동시 대략 13.94㎡(150ft2)의 세척 표면을 세척하도록 구성된다. 더 크거나 또는 더 작은 탱크가 9.29㎡(100ft2) 내지 37.16㎡(400ft2)의 범위에 대해 표면 세척을 가능하게 할 수 있다. 세척 작동의 기간은 약 45분이다. 더 작은 배터리, 더 큰 배터리 또는 2개 이상의 배터리가 장착된 실시예에서, 세척 시간은 20분까지 줄어들거나 또는 2시간까지 늘어날 수 있다. 따라서, 로봇(10)은 파워 공급부를 재충전하거나 세척 유체의 공급품을 재충전하거나 또는 로봇에 의해 수집된 폐기 물질을 비울 필요없이 45분 이상동안 무인 자동 세척하도록 (물리적으로 그리고 프로그래밍되어) 구성된다.
로봇(10)이 한 번의 통과로 표면에 전달되는 사실상의 모든 세척 유체를 수집하도록 구성되는 실시예에서, 로봇(10)의 평균 전방 이동 속도는 주어진 실시에 요구되는 표면 커버리지 영역 및/또는 세척 품질의 함수일 수 있다. 예컨대, 더 느린 전방 이동 속도는 표면상의 부스러기와 세척 유체 간의 더 긴 침투 시간(soak time)(예컨대, 더 긴 접촉 시간)을 가능하게 할 수 있어, 부스러기가 스퀴지(208)에 의한 흡입을 통해 표면으로부터 더욱 쉽게 제거될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 더 빠른 전방 이동 속도는 로봇(10)으로 하여금 세척액의 재충전 및/또는 파워 공급부의 재충전을 필요로 하기 전에 더 넓은 표면적을 세척할 수 있게 할 수 있다. 따라서, 소비자에게 만족스러운 표면 커버리지 및 세척 품질은 세척액이 스퀴지(208)를 통해 로봇(10) 내로 수집되기 전에, 세척액과 표면이 약 0.3초 내지 약 0.7초 동안 접촉할 수 있도록 로봇(10)을 구성함으로써 달성된다. 예컨대, 로봇(10)이 약 17㎝의 직경을 가지며 약 25㎝/s의 전향 속도로 이동하는 경우, 세척액과 표면과의 접촉 시간은 약 0.25초 내지 약 0.6초이며, 이러한 접촉 시간의 변경은 로봇(10)의 전방 에지에 대한 세척 유체의 분포의 위치 설정 및 로봇의 후방 에지에 대한 진공 조립체의 위치 설정에 따라 결정된다.
일부 실시예에서, 로봇(10)은 로봇(10)으로 하여금 표면상에 세척액을 적층한 후 다중 통로를 통해 표면으로부터 세척액을 수집하도록 복귀할 수 있게 하는 내비게이션 시스템을 포함한다. 전술된 단일 통로 구성에 비해, 이러한 구성으로 인해 로봇(10)이 더 빠른 속도로 이동하면서도 세척액이 더 오랜 시간 동안 표면상에 남아 있을 수 있다. 내비게이션 시스템으로 인해 로봇(10)은 세척액이 표면상에 적층되었지만, 아직 수집되지는 않은 위치로 복귀할 수 있다. 내비게이션 시스템은 표면을 의사 난수 패턴으로 가로지르도록 로봇을 조종할 수 있어, 로봇은 세척액이 남아 있는 표면의 부분으로 복귀할 것이다.
전술된 바와 같이, 휠 모듈들(500, 501) 사이의 횡 거리[예컨대, 로봇(10)의 휠 기부]는 횡 세척 폭[예컨대, 침액 요소(204)의 횡 폭]과 사실상 동일하다. 따라서, 세척 작동 도중, 휠 모듈(500, 501)은 세척액으로 덮이는 표면의 일부를 파지하도록 구성된다. 견인력(traction force)이 충분한 경우, 휠 모듈(500, 501)은 세척액을 통해 로봇(10)을 추진할 수 있다. 하지만, 견인력이 불충분한 경우, 휠 모듈(500, 501)은 세척액 위에서 미끄러질 수 있으며 로봇(10)은 한 장소에 고착될 수 있다.
무거운 로봇은 휠에 충분한 압력을 가하여, 휠이 세척액 위를 통과할 때 미끄러짐을 방지한다. 하지만, 더 가벼운 로봇에 비해 무거운 로봇은 (예컨대, 싱크대에서의 재충전 및 보관을 위한 운반에 대해) 조종하기가 더 어렵다. 따라서, 로봇(10)은 휠 모듈(500, 501)이 표면상에 분포된 세척액을 통해 로봇(10)을 추진할 수 있는 충분한 트랙션을 제공하면서도 (세척액을 완전히 적재한 경우) 중량이 3㎏ 미만이도록 구성된다.
일부 실시예에서, 로봇(10)의 무게 중심은 사실상 횡축(23)을 따라 존재하여, 로봇(10)의 중량의 대부분은 세척 작동 도중 휠 모듈(500, 501) 위에 존재한다. 이러한 로봇(10)의 중량 분포는 휠 모듈(500, 501) 상에 충분한 하향력을 가할 수 있어, 미끄러짐을 극복하는 동시에, 침액 요소(204) 및 스퀴지(208)가 표면과 이동 가능하게 접촉할 때 생성되는 휠 모듈(500, 501)로 하여금 드래그 힘(drag force)을 극복할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 로봇의 중량은 표면에 충분한 세척 압력[예컨대, 침액 요소(204) 및 스퀴지(208)에 대한 충분한 압력]을 제공하면서 이러한 드래그 힘을 극복하도록 분포된다. 예컨대, 휠 모듈(500, 501)은 표면 위에서 로봇(10)의 중량의 약 50% 내지 약 70%를 지지할 수 있다. 침액 요소(204)는 로봇의 전방 부분을 따라 표면 위 로봇 중량의 약 10% 이상을 지지할 수 있다. 스퀴지(208)는 로봇의 후방 부분을 따라 표면 위 로봇 중량의 약 20% 이상을 지지할 수 있다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 공급 체적부 및 수집 체적부는 사실상 횡축(24) 위에 로봇의 무게 중심을 유지하도록 구성되고, 동시에 세척 사이클이 개시에서 종료까지 진행됨에 따라 로봇의 총 체적의 약 25% 이상이 공급 체적부 내의 세척액으로부터 수집 체적부 내의 폐기물까지 이동한다.
특정 실시예에서, 로봇은 가득 찬 경우 약 1㎏ 내지 약 5㎏이다. 가정용일 경우, 로봇은 가득 찬 경우 7㎏ 정도의 중량을 가질 수 있다. 로봇의 물리적 치수의 예시적 범위는 총 질량(full mass)이 1㎏ 내지 10㎏이고, 10㎝ 내지 50㎝의 직경 내에서 세척 폭이 5㎝ 내지 40㎝이고, 휠 직경이 1.5㎝ 내지 20㎝이고, 모든 구동 휠(2개, 3개, 4개의 구동 휠)에 대해 구동 휠 접촉선이 2㎝ 내지 10㎝이고, 모든 구동 휠에 대해 구동 휠 접촉 패치(patch)가 2㎠ 이상이다.
로봇(10)은 비였을 경우 약 1.5㎏ 미만일 수 있고 가득 찬 경우 대략 3㎏ 미만일 수 있으며, (로봇이 유체를 사용할 뿐만 아니라 유체를 수거(pick-up)하는 경우에) 약 0.5㎏ 내지 약 1㎏(400mL 내지 1200mL)의 깨끗한 유체 또는 더러운 유체를 수용할 수 있다. 폐기물 탱크는 수거 프로세스의 효율에 따라 크기가 결정될 수 있다. 예컨대, (세척 유체가 얼룩(stain) 또는 건조된 음식 패치 위에 잔류하여 점진적으로 작동할 수 있도록) 소정량의 습윤 유체(wet fluid)를 각 통로 상에 남기도록 설계 및 배열된 비교적 비효율적인 스퀴지의 경우, 폐기물 탱크는 세척 탱크와 크기가 동일하거나 작도록 설계될 수 있다. 적층되는 유체의 일정 부분은 절대 수거되지 않을 것이며, 나머지 부분은 수거될 수 있기 전에 증발될 것이다. 효율적인 스퀴지가 사용되는 실시예에서(예컨대, 실리콘), 따라서 폐기물 탱크의 크기가 세척 유체 탱크 이상일 필요가 있다. 탱크 체적의 일부, 예컨대 5%는 폼 수용 또는 제어(foam accommodation or control)에 전용될 수 있으며, 이는 폐기물 탱크의 크기를 증가시킬 수 있다.
표면을 효율적으로 솔질하고(brush), 훔치고(wipe), 문지르기 위해, 침액 요소(204) 및 스퀴지(208)는 드래그를 생성하고, 10㎏ 아래의 로봇에 대해 로봇(10) 중량의 약 40% 미만(예컨대, 로봇 중량의 약 25% 미만)인 평균 드래그 생성해야만 한다. 드래그 힘[임의의 블레이드, 스퀴지, 드래깅 구성 요소(dragging component)와 관련된 총 드래그]은 액티브 서스펜션/항중식 시스템(constant weight system)이 없을 때 양호한 이동성을 보장하기 위해 로봇 중량의 25%를 초과해서는 안 되는데, 이는 그렇지 않은 경우 장애물을 들어올리는 것이 타이어로부터 중량을 제거하여 원동력(motive force)에 나쁜 영향을 미치기 때문이다. 통상적으로, 가능한 최대 트랙션은 (표면 장력이 낮은) 계면 활성제계(surfactant based) 세척 유체의 경우 매끄러운 표면에서 최대 40% 이하이며, 최상의 상태에서 최대 50% 정도이고, 트랙션/추력은 드래그 힘/기생력(parasitic force)을 초과해야만 한다. 하지만, 성공적으로 자동 내비게이팅하고, 작은 위험 및 장애물(minor hazards and obstacles)을 극복하기에 충분한 추력을 갖고, 휠과는 다른 문지름 또는 솔질 부재 개수와 조우할 수 있도록 경계값(threshold)에 도달하고, 잼(jam) 및 다른 패닉 환경을 탈출하기 위해, 로봇(10)은 평균 드래그 힘/기생력의 약 150% 이상의 추력/트랙션을 가질 수 있으며, 이는 구동 휠에 의해 주로 제공된다. 회전 방향에 따른 회전 브러시를 포함하는 실시예에서, 회전 브러시는 드래그 또는 추력을 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇(10)은 완전히 적재되었을 때 약 1.4㎏의 중량을 가지며, 이때 (약 0.38의 정지마찰계수를 갖는 표면상에서) 침액 요소(204)에 의해 유발되는 드래그는 약 100gf(gram-force)이고, (약 0.77의 정지마찰계수를 갖는 표면상에서) 스퀴지(208)에 의해 유발되는 드래그는 약 320gf이지만, 약 200㎜/s 내지 약 400㎜/s의 최대 전향 속도로 로봇(10)을 추진하기 위해 휠 모듈(500, 501)에 의해 제공되는 추력은 1100gf 이상이다. 특정 실시예에서, 휠에 더 많은 중량[예컨대, 본 장치의 일 실시예에서는 금속 손잡이, 클레비스형 피벗 장착부(clevis-like pivot mount), 요구되는 것보다 큰 모터 및/또는 밸라스트(ballast)] 을 추가시킴으로써, 휠 모듈(500, 501)의 트랙션을 개선하도록 로봇(10)에 중량이 추가된다. 일부 실시예에서, 로봇은 중량이 추가되거나 또는 추가되지 않은 상태에서 회전 브러시를 포함할 수 있으며 전방으로 회전하는 브러쉬(통상적으로 역으로는 꺼짐)로부터 추력의 함수적 백분율을 유도할 수 있는데, 이는 대형 산업 클리너에 필요한 특징이 아니다.
10㎏ 이하(또는 20㎏ 이하)의 가정용 세척 로봇의 질량에 대한 세척 헤드의 폭은 산업용 자가 추진식 클리너와는 다르다. 이는 습식 세척의 경우 특히 그러하다. 일부 실시예에서, 로봇(10)은 로봇 질량의 매 1㎏마다 약 1㎝ 이상의 (습식) 세척 폭(예컨대, 로봇 질량의 매 1㎏마다 4㎝, 5㎝ 또는 6㎝의 세척 폭)을 가지며, 로봇 질량의 매 ㎏마다 약 20㎝ 이하의 세척 폭을 갖는다(통상적으로, 더 높은 비율이 더 낮은 질량에 사용된다). 예컨대, 로봇(10)은 세척액이 완전히 적재되었을 때, 중량이 대략 1.5㎏일 수 있으며, 약 16.5㎝의 습식 세척 폭을 가질 수 있어서, 로봇(10)은 로봇 질량의 매 1㎏에 대해 약 11㎝의 습식 세척 폭을 가질 수 있다.
로봇 질량의 매 ㎏에 대해 더 큰 세척 폭으로 충분한 훔치는 힘 또는 문지르는 힘을 가하는 것이 곤란할 수 있으며, 로봇 질량의 1㎏당 더 낮은 세척 폭은 비효율적인 세척 폭을 초래하거나 또는 소비자용으로 부적합한, 즉 일반적인(허약한) 사람에 의해 쉽게 취급될 수 없는 매우 무거운 로봇을 초래할 수 있다. 자가 추진식 산업용 세척 기계는 통상적으로 기계 질량 ㎏당 세척 폭이 1/3㎝ 이하이다
이러한 특성 및 치수의 비율이 5㎏ 아래의 로봇 및 일부 실시예에서 10㎏ 아래의 로봇이 일반적인 가정용으로 효율적일 것인가를 결정한다. 일부 이러한 비율이 명시적으로 전술되었지만, 이러한 비율[예컨대, 로봇 질량의 ㎏당 휠 접촉의 ㎠ 면적, 드래그의 ㎏-힘(㎏-force) 당 휠 접촉선의 ㎝ 등]은 본원에 개시된 다른 로봇 구성의 세트에 제한되기는 하지만, 본원에 내재적으로 개시되는 것으로 명백히 고려된다.
특정 실시예에서, 로봇(10)은 딥 시프(deep sipe)가 2mm이며 3mm 폼 타이어(foam tire) 두께를 갖는 타이어를 포함한다. 이러한 구성은 타이어당 3kg 내지 4kg 이하를 지지할 때 가장 잘 작동된다. 타이어에 대한 흡수성(absorbency), 셀 구조(cell structure) 및 시프의 이상적인 조합은 로봇 중량에 영향을 받는다. 일부 실시예에서, 고무 또는 비닐 타이어는 미끄러짐을 감소시키기 위한 표면 형상을 갖도록 구성된다.
로봇(10)은 하나 이상의 침액 요소(204)와 하나의 스퀴지(208)를 포함한다. 예컨대, 수거(pick-up)를 위한 적층된 수막(water film)의 두께를 축적하기 위해 스퀴지는 습식 진공 부분에 밀접하게 후속될 수 있다. 스퀴지(208)는 2mm보다 큰 임의의 장애물을 세척하기 위한, 하지만 이상적으로는 로봇의 최저 지상고(ground clearance)를 세척하기 위한 충분한 가요성 및 운동 범위를 가질 수 있다(예컨대, 약 4 1/2mm 최소 높이 또는 로봇의 최저 지상고).
중력과 반대 방향, 즉 상향하는, 스퀴지에 의해 나타내어지는 임의의 반동력은 가용 트랙션으로부터 감산되고 로봇 중량의 약 20% 미만(예컨대, 로봇 중량의 약 10% 미만)일 수 있다. 동일한 반동력을 갖는 특정량의 에지 압력은 스퀴지가 유체를 훔치고 수집하는데 필요하다. 유체 수집, 반동력, 마모 및 장애물에 대한 가요성 반응의 효과적인 조합을 얻기 위해, 스퀴지의 물리적 파라미터가 제어되고 균형을 이룬다. 특정 실시예에서, 스퀴지(208)는 300mm 미만의 스퀴지에 대해 3/10mm의 작업 에지 반경(working edge radius)을 포함한다. 일부 실시예에서, 스퀴지(208)는 약 1/10mm 내지 5/10mm의 작업 에지를 가질 수 있다. 스퀴지 성능 및 드래그 힘은 사실상의 장방형 단면(선택적으로는 사다리꼴 단면) 및/또는 1mm(선택적으로는 약 1/2mm 내지 1 1/2mm) 두께를 가지며, 모퉁이가 90도(선택적으로는 약 60도 내지 120도)이고, 그 작업 길이 위 1/2mm 내에서(선택적으로는 3/4mm 내에서) 바닥과 평행하고, 단위 길이당 1/500mm 내에서(선택적으로 1/100까지 내에서) 직선인 스퀴지에 의해 개선될 수 있으며, 이때 작업 에지는 전술된 바와 같이 3/10mm 이하이다. 상기 파라미터로부터의 편차는 보정하기 위한 더 큰 에지 압력(중력에 반대되는 힘)을 요구할 수 있어서, 가용 트랙션을 감소시킨다.
침액 요소(204) 및 스퀴지(208)는 (예컨대, 습식 세척 시나리오에서 타일식 바닥, 편평한 바닥, 나무 바닥, 팁 그라우트 바닥을 포함하는) 광범위한 표면 변화부 위에서 바닥과 접촉하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 침액 요소(204) 및/또는 스퀴지(208)는 광범위한 표면 변화부와의 접촉을 개선하기 위해 부유 장착부(floating mount)[예컨대, 온 스프링(on spring), 엘라스토머, 안내부 등)를 사용하여 장착된다. 특정 실시예에서, 침액 요소(204) 및 스퀴지(208)는 표면에 대한 침액 요소(204) 및/또는 스퀴지(208)의 간섭(interference) 또는 결합의 설계량(designed amount)에 대해 충분한 가요성을 갖도록 섀시(100)에 장착된다. 전술된 바와 같이, 중력에 반대되는(상향), 브러시/문지름 장치에 의해 나타나는 임의의 반동력은 가용 트랙션으로부터 감산되고 로봇 중량의 10%를 초과할 수 없다.
특정 실시예에서, 로봇은 하나 이상의 브러시, 예컨대 로봇의 중심선의 앞쪽 또는 뒤쪽에 하나 이상의 브러시를 갖는 2개의 반회전(counter-rotating) 브러시를 포함한다. 또한, 로봇은 각각이 회전 직경에서 로봇 폭의 대체로 절반인 2개의 브러시가 상기 직경을 절반을 따라 각각 연장하는 전후축(22)의 양측에 배치된다. 각 브러시는 개별 구동부 및 모터에 연결될 수 있으며 반대 방향 또는 동일 방향으로 회전할 수 있거나, 또는 각 방향에서 상이한 속도로 동일한 방향으로 회전할 수 있으며, 이는 로봇에 대한 회전 및 병진적 운동력을 제공할 것이다.
로봇(10)의 무게 중심은 클리너 및 폐기물 탱크가 동일한 무게 중심 위치를 계속 유지하도록 균형을 이룬다. (탱크 구획 설계에 의해) 동일한 무게 중심 위치를 유지함으로써 패시브 서스펜션 시스템은 최대 가용 트랙션을 전달할 수 있다. 로봇(10)은 비었을 때 구획 무게 중심의 위치를 사실상 유지하는 프로파일을 갖는 제1 구획과, 충전되었을 때 구획 무게 중심의 위치를 사실상 유지하는 프로파일을 갖는 제2 구획을 포함하는 탱크 설계를 포함하며, 이때 조합된 탱크의 무게 중심은 휠 직경 내에서 그리고 휠 위에서 사실상 유지된다. 일부 실시예에서, 로봇(10)은 사실상 수직한 방향으로 적층되고 로봇(10)의 무게 중심의 동일 위치를 유지하도록 구성되는 탱크를 포함한다.
특정 실시예에서, 액티브 서스펜션 또는 완전 유체 회수(perfect fluid recovery) 부재시, 우수한 이동성은 모든 표면을 가로질러 회수되는 유체의 최소 백분율(예컨대, 뿌려진 액체의 70%)을 모델링하거나 또는 추정하고 이러한 추정/모델에 따라 구획 및 무게 중심 위치의 프로파일을 설계함으로써 달성된다. 대안으로서 또는 추가적으로 최대 비적재(빈 탱크) 상태와 동일한 스프링 힘을 설정하는 것은 우수한 트랙션 및 이동성에 기여할 수 있다. 일부 실시예에서, 서스펜션 이동은 로봇 아래에서 이동하는 범퍼(및 다른 에지 차단부)에 의해 허용되는 최대 장애물과 적어도 동일하다.
로봇의 휠 직경을 최대화하는 것은 소정의 장애물 또는 만입부에 대한 에너지 및 트랙션 요구 조건을 감소시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 최대 설계된 장애물 등반 성능은 휠 직경이 10% 미만이어야 한다. 4.5mm 장애물 또는 만입부는 45mm 직경 휠에 의해 극복되거나 또는 다루어져야 한다. 특정 실시예에서, 로봇은 몇 가지 이유로 인해 낮다. 범퍼는 카펫, 경계(threshold), 및 단단한 바닥을 구별하도록 낮게 설정되어, 지면으로부터 3mm의 범퍼는 로봇이 대부분의 카펫(2mm 내지 5mm이며 양호하게는 3mm인 범퍼 최저 지상고)에 오르는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 진공 조립체와 같은, 로봇 작업 표면의 나머지 부분은 더 낮은 최저 지상고에 의해 더욱 효과적이 되는 바닥을 향해 연장하는 부재도 갖는다. 일 실시예에서, 최저 지상고가 3mm 내지 6mm 사이이기 때문에, 휠은 단지 30mm 내지 60mm만을 필요로 한다. 다른 휠 크기도 사용될 수 있다.
조립체
도 7을 참조하면, 섀시(100)는 사실상 섀시(100)의 내부 부분을 따라 액체 체적부(600)를 탑재한다. 상세하게 후술되는 바와 같이 액체 체적부(600)의 부분은 섀시(100)에 탑재된 액체 전달 및 공기 조종 시스템과 유체 소통하여, 세척 유체가 액체 체적부(600)로부터 펌핑될 수 있으며, 폐기물이 액체 체적부(600) 내로 흡인될 수 있다. 세척액의 추가 및 폐기물의 제거를 가능하게 하기 위해, 액체 체적부(600)는 충전 도어(304) 및 비움 도어(104)(도 7에는 도시 생략)를 통해 접근될 수 있다.
휠 모듈(500, 501)은 각 구동 모터(502, 503) 및 휠(504, 505)을 포함한다. 구동 모터(502, 503)는 구동 모터(502, 503)가 사실상 각 휠(504, 505) 위에 위치 설정되도록 액체 체적부(600)의 양측에서 섀시(100)에 해제 가능하게 연결된다. 일부 실시예에서, 구동 모터(502, 503)는 섀시(100)에 탑재되는 액체 체적부(600)의 크기를 증가시키기 위해 각 휠(504, 505)에 사실상 수평하게 위치 설정된다. 일부 실시예에서, 휠 모듈(500, 501)은 예컨대, 휠 모듈(500, 501)의 수리, 교체 및 세척을 용이하도록, 섀시(100)에 해제 가능하게 연결되고 도구를 사용하지 않고 제거될 수 있다.
신호 채널러(402, signal channeler)가 섀시(100)의 상부 부분에 연결되고 액체 체적부(600)를 사실상 덮음으로써, 구성 요소들은 로봇(10)의 사실상의 상부 부분을 따라 부착될 수 있다. 신호 채널러(404)의 에지가 로봇(10)의 사실상의 전체 외부 주연으로부터 가시적이어서, 신호 채널러(404)는 사실상 모든 방향으로부터 광 신호(예컨대, 적외선 광 신호)를 수신할 수 있다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 신호 채널러(402)는 광원(예컨대, 내비게이션 비콘)으로부터 광을 수광하고 신호 채널러(402) 내에 배치되는 수용기를 향해 광을 내부적으로 반사한다. 예컨대, 신호 채널러(402)는 약 1.4 이상의 굴절율(index of refraction)을 갖는 재료(예컨대, 열경화성인 폴리카보네이트 수지)로 적어도 부분적으로 형성될 수 있어서, 신호 채널러 내에서 사실상의 전반사(internal reflection)를 가능하게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 신호 채널러(402)는 신호 채널러(402)의 상부 표면을 따라 배치되는 제1 거울과, 제1 거울과 대면하며 신호 채널러(402)의 바닥 표면을 따라 배치되는 제2 거울을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 및 제2 거울은 신호 채널러(402) 내에서 광을 내부적으로 반사할 수 있다.
신호 채널러(402)는 사용자 인터페이스(400)의 적어도 일부분을 지지할 수 있는 리세스 부분(406)을 포함한다. 사용자 인터페이스 인쇄 회로 보드(PCB)는 리세스 부분(406) 내에 배열되고 멤브레인에 의해 덮일 수 있어, 사실상 수밀인 사용자 인터페이스(400)를 형성한다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 신호 채널러(402)의 바닥 부분은 액체 체적부(600)의 상부 부분을 형성할 수 있다.
범퍼(300)는 사실상 섀시(100)의 전방 부분을 따라 배열되는 힌지(110)에 연결된다. 범퍼(300)와 섀시(100) 사이의 힌지식 연결로 인해, 범퍼(300)가 장애물과 접촉했을 때 범퍼가 섀시(100)에 대해 짧은 거리를 이동할 수 있다. 범퍼(300)는 액체 체적부(600)의 충전 포트(602)에 가요적으로 연결되어, 범퍼(300)가 장애물과 접촉하여 섀시(100)에 대해 이동할 때, 범퍼(300) 및 충전 포트(602)는 서로에 대해 만곡 가능하다.
범퍼(300)는 범퍼의 상부 부분 근처에 사실상 투명한 섹션(306)을 포함한다. 투명한 섹션(306)은 사실상 범퍼(300)의 전체 주변으로 따라 연장할 수 있다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 투명한 섹션(306)은 사실상 신호 채널러(402)의 중심 부분 부근에 배치되는 전방향 수신기(omni-directional receiver)에 의해 수신 가능한 신호가 사실상 투과될 수 있어서, 전방향 수신기는 범퍼(300)의 사실상 전방에 위치 설정되는 송신기로부터 신호를 수신할 수 있다.
기부판(200)은 섀시(100)의 사실상 바닥 부분에 탑재된다. 기부판(200)은, 기부판(200)의 전방 부분으로부터 연장하는 피벗 힌지부를 포함하고, 이 피벗 힌지부로 인해, 기부판(200)은 섀시(100) 상의 상보적인 힌지 형상부에 스냅 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 도구를 사용하지 않고 섀시(100)로부터 기부판(200)의 힌지를 해제할 수 있다. 기부판(200)은 로봇(10)의 전방 부근에 홈통(202)을 탑재하고 사실상 홈통(202)의 후방에 침액 요소(204)를 탑재한다. 기부판(200)은 각 휠 모듈(500, 501)의 일부 주위를 연장하여 사실상 침액 요소(204)의 후방에 휠(504, 505)을 위한 휠 벽 부분을 형성한다. 휠(504, 505)의 후방에서, 기부판(200)은 스퀴지(208)와 표면 사이의 접촉 에지 부근에 폐기물을 모으기 위해 표면과 활주 가능하게 접촉하도록 구성되는 스퀴지(208)를 포함하는 진공 조립체를 탑재한다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 스퀴지(208)는 사실상 스퀴지(208)와 표면 사이의 접촉 에지 부근에 복수의 오리피스를 형성한다. 진공 조립체(1300)가 흡입을 생성할 때, 폐기물은 스퀴지(208)에 의해 형성되는 복수의 오리피스를 통해 표면으로부터 로봇 내로 들어올려 진다.
일부 실시예에서, 사용자는 기부판(200)을 세척하기 위해 섀시(100)로부터 기부판(200)의 힌지를 해제할 수 있다. 특정 실시예에서, 사용자는 이러한 구성 요소들을 수리 또는 교체하기 위해 홈통(202), 침액 요소(204) 및/또는 스퀴지(208)를 기부판(200)으로부터 제거할 수 있다.
액체 보관
도 8을 참조하면, 일부 실시예에서, 액체 체적부(600)는 액체 공급 체적부(S) 및 폐기물 수집 체적부(W) 모두로 기능할 수 있다. 액체 체적부(600)는 액체가 액체 공급 체적부(S)로부터 표면으로 이동한 후 수거되어 폐기물 수집 체적부(W)로 복귀하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 세척액이 어플리케이터로부터 분배되고 폐기물이 진공 조립체에 의해 수집될 때 공급 체적부(S) 내의 세척액으로부터 수집 체적부(W) 내의 폐기물로 로봇(10)의 총 체적의 25% 이상이 이동하는 상태에서, 공급 체적부(S) 및 폐기물 수집 체적부(W)는 횡축(24)을 따라 사실상 일정한 무게 중심을 유지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 공급 체적부(S)의 전부 또는 일부는 폐기물 수집 체적부(W) 내에서 폐기물 수집 체적부(W)에 의해 둘러싸인 가요성 블래더(bladder)이며, 그 결과 이러한 블래더는 세척액이 블래더를 빠져나갈 때 압축되고 폐기물 수집 체적부(W)를 충전하고 있는 폐기물이 블래더를 빠져나간 세척액을 대체한다. 이러한 시스템은 사실상 적소[예컨대, 횡축(24) 위]에 로봇(10)의 무게 중심을 유지할 수 있는 자가 조절 시스템일 수 있다. 예컨대, 블래더는 세척 절차를 개시할 때 가득 찰 수 있어, 블래더는 폐기물 수집 체적부(W)를 사실상 충전하도록 팽창된다. 세척액이 로봇(10)으로부터 분배됨에 따라, 블래더의 체적은 감소되어, 폐기물 수집 체적부(W)에 진입하는 폐기물이 가요성 블래더를 빠져나간 배출된 세척액을 대체한다. 세척 절차의 말미로 갈수록, 가요성 블래더는 폐기물 수집 체적부(W) 내에서 사실상 수축되고(collapsed) 폐기물 수집 체적부는 폐기물로 사실상 가득 채워진다.
일부 실시예에서, 가요성 블래더의 최대 체적(예컨대, 세척액의 최대 보관 체적)은 폐기물 수집 체적부(W)의 체적과 사실상 동일하다. 특정 실시예에서, 폐기물 수집 체적부(W)의 체적은 가요성 블래더의 최대 체적보다 크다(예컨대, 약 10% 내지 약 20% 더 크다). 이와 같이 더 큰 폐기물 수집 체적부(W)로 인해 수집되는 폐기물의 체적이 분배되는 세척액의 체적보다 큰 환경에서[예컨대, 로봇(10)이 상당한 유출량에 대해 조정될 때] 로봇(10)이 작동될 수 있다.
공급 체적부(S)는 폐기물 수집 체적부(W)에 의해 사실상 둘러싸인 가요성 블래더로 개시되었지만, 다른 구성도 가능하다. 예컨대, 공급 체적(S) 및 폐기물 수집 체적(W)은 서로의 10cm 내에 그들의 구획부 전체 무게 중심을 갖도록 서로의 상부에 적층 또는 부분적으로 적층되는 구획부일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 공급 체적부(S) 및 폐기물 수집 체적부(W)는 동심일 수 있거나(하나가 측방향에서 다른 하나 내측에 존재하도록 동심일 수 있거나) 또는 개재될 수 있다(예컨대, 측방향으로 L형상 또는 손가락이 개재될 수 있다).
액체 어플리케이터
도 8을 참조하면, 액체 어플리케이터 모듈(1400)은 일부 실시예에서 사실상 로봇(10)의 전체 폭(예컨대, 직경)에 연장되는 침액 요소(204)의 폭을 가로질러 표면상에 소정량의 세척액을 가한다. 액체 어플리케이터 모듈은 바닥에 직접 분사할 수 있거나, 유체 담지(fluid-bearing) 브러시 또는 롤러에 분사할 수 있거나, 또는 바닥, 브러시, 롤러 또는 패드에 적하 또는 모세관 작용에 의해 유체를 가할 수 있다. 액체 어플리케이터 모듈(1400)은 섀시(100)에 탑재되는 액체 체적부(600) 내에 공급 체적부(S)로부터 세척액의 공급을 수용한다. 펌프(240)[예컨대, 연동 펌프(peristaltic pump)]는 기부판(200)의 전방 부분을 따라 연장하는 홈통(202)에 의해 형성되는 하나 이상의 분사 오리피스(210)를 거쳐 액체 어플리케이터 모듈을 통해 세척 유체를 펌핑한다(도 2 참조). 각 주입 오리피스(210)는 세척 표면을 향해 세척액을 분사하도록 배향된다. 예컨대, 분사 오리피스(210)의 적어도 일부는 사실상 로봇(10) 이동의 전방 방향을 향하는 방향으로 세척 표면을 향해 세척액을 분사하도록 배향될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 분사 오리피스(210)의 적어도 일부는 사실상 로봇(10) 이동의 후방 방향을 향하는 방향으로 세척 표면을 향해 세척액을 분사하도록 배향될 수 있다.
액체 어플리케이터 모듈(1400)은 상세하게 후술되는 바와 같이 액체 체적부(600) 내의 구획부인 공급 체적(S)을 포함한다. 하지만, 일부 실시예에서 공급 체적부(S)는 섀시(100)에 탑재되는 개별 체적부이다. 공급 체적부(S)는 유체 도관(70)과 유체 소통하는 출구 개구(604)를 형성한다. 사용 도중, 유체 도관(606)은 세척액의 공급을 펌프 조립체(240)(예컨대, 연동 펌프 조립체)에 전달한다. 펌프 조립체(240)에 의해 생성된 압력은 액체를 홈통(202)으로 그리고 분사 오리피스(210)를 통해 표면으로 가압한다.
액체 어플리케이터 모듈(1400)은 제곱 피트당 0.1mL 내지 제곱 피트당 6.0mL 범위의 용적 비율(volumetric rate)(예컨대, 제곱 피트당 3mL)로 표면에 세척액을 가한다. 하지만, 용례에 따라, 액체 어플리케이터 모듈(1400)은 표면상으로 임의의 바람직한 양의 세척액을 가할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 액체 어플리케이터(1400)는 표면상으로 물, 살균제, 화학적 코팅 등과 같은 다른 액체를 가하는데 사용될 수도 있다.
액체 어플리케이터 모듈(1400)이 로봇(10)의 다른 구성 요소(예컨대, 시일)를 손상하지 않으면서 용액을 포함하는 광범위한 세척 용액을 전달하는데 사용될 수 있도록 액체 어플리케이터 모듈(1400)은 [예컨대, 펌프(240)가 연동 펌프일 때] 폐쇄식 시스템일 수 있다.
사용자는 계측된 양의 깨끗한 물과 대응하여 계측된 양의 세척 작용제로 공급 용기(S)를 충전할 수 있다. 물과 세척 작용제는 범퍼(300) 내의 충전 도어(304)를 통해 접근 가능한 충전 포트(602)를 통해 공급 체적부(S) 내로 부어질 수 있다. 충전 포트(602)는 깔때기부를 포함할 수 있어, 공급 체적부(S) 내로 세척액을 붓는 것을 더욱 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 필터가 충전 포트(602)와 공급 체적부(S) 사이에 배치되어, 이물질이 공급 체적부(S)에 진입하는 것을 방지하고 액체 어플리케이터 모듈(1400)의 잠재적 손상을 방지한다. 공급 체적부(S)는 약 500mL 내지 약 2000mL의 액체 체적 용량(volume capacity)을 갖는다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 침액 요소(204)는 표면과 활주 가능하게 접촉할 수 있어, 로봇(10)이 표면을 가로지르는 이동하면 침액 요소(204)는 표면을 가로질러 세척액을 살포한다. 침액 요소(204)는 홈통(202)에 사실상 평행하게 배열되고 홈통(202)의 각 단부를 통과해 연장하여, 예컨대 홈통(202)의 에지 부근에 적절한 도포(smearing)를 가능하게 한다. 침액 요소(204)의 단부(215, 216)는 사실상 각 휠(504, 505)의 전방에서 연장한다. 세척액을 휠(504,505)의 전방에 직접 도포함으로써, 침액 요소(204)는 휠(504, 505)과 표면 사이의 트랙션을 개선할 수 있다.
침액 요소(204)는 표면과 활주 가능하게 접촉하도록 구성된 제1 에지와 섀시(100)에 커플링하도록 구성된 제2 에지를 포함하는 가요성인 유연한 블레이드이다. 침액 요소(204)는 로봇(10)의 전방 주연에 사실상 평행하게 연장하는 사실상의 아치 형상을 갖는다. 침액 요소(204)가 로봇(10)의 작동 도중 바닥과 활주 가능하게 접촉하기 때문에, 사실상의 아치 형상은 표면을 가로지르는 로봇(10)의 이동을 용이하게 할 수 있다. 예컨대, 사실상 직선인 침액 요소에 비해, 사실상의 아치 형상인 침액 요소(204)는 (예컨대, 타일식 바닥의) 그라우트 선(grout line)과 점차적으로 결합할 수 있어, 로봇(10)은 그라우트 선을 횡단하는데 요구되는 힘에 대해 조절될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 침액 요소(204)의 사실상의 아치 형상으로 인해, 섀시(100) 내의 구성 요소의 더욱 효과적인 패키징이 가능할 수 있다. 예컨대, 침액 요소(204)의 적어도 일부는 섀시 내로 연장하기 때문에, 침액 요소(204)의 사실상의 아치 형상은 하나 이상의 구성 요소[예컨대, 인쇄 회로 보드(PCB)]가 침액 요소에 의해 형성되는 경계 내에 위치 설정될 수 있게 할 수 있다.
침액 요소(204)는 중심이 사실상 침액 요소(204)를 따라 위치되는 선형 영역(218)을 포함한다. 선형 구역(218)은 기부판(200)의 상보적인 선형 구역을 따르며, 피벗 힌지 등에 기부판(200)을 장착하기 위한 피벗식 선단 에지로 기능할 수 있다. 일부 실시예에서, 침액 요소(200)는 [예컨대, 침액 요소(204)에 장착되는 피벗 힌지를 사용하여] 기부판(200)으로부터 개별적으로 장착 및 장착 해제될 수 있다.
도 10을 참조하면, 일부 실시예에서 기부판(200)은 사실상 기부판(200)의 전방 부분을 따라 연장하는 문지름 브러시(220)를 포함한다. 문지름 브러시(220)는 문지름 브러시(220)로부터 세척 표면 쪽으로 연장하는 복수의 강모군(bristle cluster)을 포함한다. 강모군(222)은 문지름 브러시(220)를 따라 이격된다(예컨대, 사실상 균일하게 이격된다). 강모군(222)은 각 강모의 제1 단부가 주름진 금속 채널(crimped metal channel) 또는 다른 적절한 고정 요소와 같은 홀더 내에 고정되는 복수의 부드럽고 유연한 강모(soft compliant bristle)를 각각 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 강모군(222)은 문지름 브러시(220)에 프레스 끼움(press fit)된 개별적인 플러그이다. 각 강모의 제2 단부는 각 강모가 세척 표면과 접촉할 때 자유롭게 만곡된다. 문지름 브러시(220)와 표면 사이의 다중 접촉점으로 인해 로봇(10)은 표면 내의 변동부(perturbation)(예컨대, 그라우트 선) 위를 부드럽게 횡단할 수 있다.
강모군(222)의 강모의 길이 및 직경뿐만 아니라 도포 강모(smearing bristle)가 세척 표면과 관련하여 만드는 공칭 간섭 치수(nominal interference dimension)는 강모의 강성을 조절하여 도포 작용에 영향을 미치도록 변경될 수 있다. 특정 실시예에서, 문지름 브러시(220)는 평균 강모 직경이 약 0.05mm 내지 0.2 mm(0.002인치 내지 0.008인치) 범위 내에 있는 나일론 강모를 포함한다. 각 강모의 공칭 길이는 홀더와 세척 표면 사이에서 대략 16mm(0.62인치)이고, 강모는 대략 0.75mm(0.03인치)의 간섭 치수를 갖도록 구성된다.
강모가 개시되었지만, 다른 실시예도 추가적으로 또는 대안적으로 가능하다. 예컨대, 문지름 브러시(220)는 예컨대, 표면과 접촉하도록 구성되는 문지름 패드 또는 시트 재료와 같은 직포 또는 부직포 재료를 포함할 수 있다.
세척액은 다양한 다른 방식으로 문지름 브러시(220)에 주입될 수 있다. 예컨대, 세척액은 문지름 브러시 바로 앞에 있는 표면에 분사 또는 적하될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세척액은 강모군(222)을 통해 주입될 수 있어, 강모군(222)은 사실상 표면으로의 심지 역할을 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기부판(200)은 표면상에 세척액을 살포하도록 구성되는 다른 요소를 탑재할 수 있다. 예컨대, 기부판(200)은 표면과 접촉하는 스펀지 또는 롤링 부재를 탑재할 수 있다.
일부 실시예에서, 기부판(200)은 로봇 섀시에 대해 그리고 세척 표면에 대해 이동 가능한 하나 이상의 액티브 문지름 요소를 탑재한다. 액티브 문지름 요소의 이동은 문지름 요소와 세척 표면 사이에서 수행되는 작업을 증가시킬 수 있다. 각 액티브 문지름 요소는 역시 섀시(100)에 부착된 구동 모듈에 의해 섀시(100)에 대해 이동하도록 구동될 수 있다. 또한, 액티브 문지름 요소는 세척 표면과 접촉 유지하는 문지름 패드 또는 시트 재료, 또는 진동식 지지 요소(vibrated backing element)에 의해 진동되고 표면과 접촉 유지되는 스펀지와 같은 유연한 고형 요소(compliant solid element) 또는 다른 유연한 다공성 고형 폼 요소(compliant porous solid foam element)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 액티브 문지름 요소는 복수의 문지름 강모 및/또는 문지름에 사용되는, 임의의 이동 가능하게 지지되는 종래의 문지름 브러시, 스펀지 또는 문지름 패드를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 초음파 방사체(ultrasound emitter)가 문지름 작용을 발생시키기 위해 사용된다. 액티브 문지름 요소와 섀시 사이의 상대 운동은 선형 및/또는 회전 운동을 포함할 수 있으며, 액티브 문지름 요소는 사용자에 의해 교체 또는 세척될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 일부 실시예에서 액티브 문지름 요소는 세척 유체가 표면에 가해진 후 표면을 액티브하게 문지르기 위해 분사 오리피스(210)의 후방에서 세척 폭을 가로질러 배치되는 회전 가능한 브러시 조립체(604)를 포함한다. 회전 가능한 브러시 조립체(604)는 종축(629)을 형성하는 원통형 강모 홀더 요소(618)를 포함한다. 강모 홀더 요소(618)는 그로부터 반경방향으로 외향 연장하는 문지름 강모(616)를 지지한다. 회전 가능한 강모 조립체(604)는 세척 폭과 사실상 평행하게 연장하는 회전축을 중심으로 회전하도록 섀시(100) 상에 지지될 수 있다. 문지름 강모(616)는 회전 도중 세척 표면과 간섭할 만큼 충분히 길어서, 문지름 강모(616)는 세척 표면과의 접촉에 의해 만곡될 수 있다. 추가적인 강모가 수용 구멍(620) 내로 도입될 수 있다. 인접한 강모군[예컨대, 강모군(622, 624)] 사이의 간격은 문지름 강도를 증가시키기 위해 감소될 수 있다.
문지름 강모(616)는 그룹 또는 집단으로 브러시 조립체 내에 설치될 수 있으며, 이때 각 집단은 단일 부착 장치 또는 홀더에 의해 고정되는 복수의 강모를 포함한다. 집단의 위치는 하나 이상의 패턴(626, 628) 내에 강모 홀더 요소(618)의 종방향 길이를 따라 배치될 수 있다. 하나 이상의 패턴(626, 628)은 회전 가능한 브러시 요소(604)의 각각의 회전 도중 세척 폭에 걸쳐 세척 표면과 접촉하도록 적어도 하나의 강모 집단을 배치한다. 브러시 요소(604)의 회전은 우측으로부터 볼 때 시계 방향이어서, 문지름 강모(616)와 세척 표면 사이의 상대 운동은 떨어져 나온 오염물과 오수를 후방으로 이동시키는 경향이 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 브러시 요소(604)의 시계 방향 회전에 의해 발생되는 마찰력은 로봇을 전방으로 구동할 수 있어, 로봇 이송 구동 시스템의 전방 구동력을 추가할 수 있다. 원통형 홀더(618)로부터 연장되는 각 문지름 강모(616)의 공칭 치수로 인해 강모는 세척 표면과 간섭하게 되어 강모가 표면과 접촉할 때 만곡된다. 간섭 치수는 세척 표면과 접촉하는데 필요한 길이를 초과하는 강모의 길이다. 문지름 브러시(616)의 공칭 직경과 함께 이러한 치수 각각은 강모 강성에 영향을 미쳐서 최종 문지름 작용에 영향을 주도록 변경될 수 있다. 예컨대, 문지름 브러시 요소(604)는 많은 집안 문지름 용례에 적합한 문지름 성능을 제공하기 위해, 대략 16mm 내지 40 mm(0.62인치 내지 1.6인치)의 만곡 직경과, 대략 0.15mm(0.006인치)의 강모 직경과, 대략 0.75 mm(0.03인치)의 간섭 직경을 포함하는 나일론 강모를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 일부 실시예에서 자동 세척 로봇(11)은 로봇(11)의 사실상 전방 부분을 따라 로봇(11)에 탑재되는 연장 요소(230)를 포함한다. 연장 요소(230)는 로봇(11)의 사실상의 원형 단면 뒤로 연장한다. 사용시, 연장 요소(230)는 표면과 접촉하고 부스러기를 로봇을 향해 뒤로 밀어내도록 배향되어, 부스러기는 로봇(11)에 탑재되는 다른 구성 요소(예컨대, 습식 진공 구성 요소)에 의해 수집될 수 있다. 연장 요소(230)는 연장 요소가 없었다면 원형 단면을 갖는 자동 세척 로봇이 사실상 접근할 수 없는 영역(예컨대, 모퉁이)에 도달할 수 있다. 스프링(도시 생략)은 로봇(11)에 대한 원래 배향으로 연장 요소(230)를 고정하도록(detent) 로봇(11) 상의 연장 요소(230)를 지지할 수 있다. 일부 실시예에서, 연장 요소(230)는 가요성인 유연한 블레이드를 포함한다.
연장 요소가 로봇의 사실상의 전방 부분을 따라 로봇에 탑재되는 것으로 개시되었지만, 다른 실시예도 가능하다. 예컨대, 연장요소는 로봇의 사실상의 후방 부분을 따라 로봇에 탑재될 수 있다. 이러한 구성에서, 연장 요소는 진공 모듈(예컨대, 스퀴지)과 유체 소통할 수 있어, 연장 요소가 표면상의 부스러기와 조우할 때 부스러기는 섀시를 행해 흡입된다. 로봇의 사실상의 후방 부분을 따라 장착되는 연장 요소는 스프링 장착되어, 장애물과의 접촉에 반응하여 만곡될 수 있고 연장 요소가 장애물로부터 결합 해제되면 원래 위치로 복귀할 수 있다.
공기 이동
도 13을 참조하면, 진공 모듈(1300)은 표면과 접촉하는 스퀴지(208) 및 폐기물 수집 체적부(W)와 유체 소통하는 팬(112, fan)을 포함한다. 사용시, 팬(112)은 스퀴지(208) 및 폐기물 수집 체적부(W)를 포함하는 유체 소통 경로를 따라 저압 구역을 생성한다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 팬(112)은 스퀴지(208)를 가로질러 압력차를 생성하여, 폐기물이 표면으로부터 스퀴지(208)를 통해 흡입된다. 팬(112)에 의해 생성되는 흡입력은 폐기물 수집 체적부(W)의 상부 부분을 향해 하나 이상의 흡인 도관(232)[예컨대, 스퀴지(208)의 양단부에 배치되는 도관]을 통해 폐기물을 추가로 흡입한다.
폐기물 수집 체적부(W)의 상부 부분은 팬 흡인 도관(114)의 입구 개구(115)와 폐기물 입구 도관(232)의 출구 개구(234) 사이에 플리넘(608)을 형성한다. 팬(112)이 작동 중일 때, 플리넘(608)을 통한 공기 및 폐기물의 유동은 일반적으로 출구 개구(234)로부터 입구 개구(115)를 향해 이동한다. 일부 실시예에서, 플리넘(608)은 하나 이상의 흡인 도관(232)의 조합된 유동 영역보다 큰 유동 영역을 구비하여, 폐기물 수집 체적부(W)의 상부 부분에서 팽창할 때, 이동하는 폐기물의 속도를 감속시킨다. 이러한 낮은 속도에서, 이동하는 폐기물 중 더 무거운 부분들(예컨대, 물과 부스러기)은 중력에 의해 폐기물 수집 체적부(W) 내로 낙하될 것이며, 반면에 이동하는 폐기물 중 더 가벼운 부분(예컨대, 공기)은 하나 이상의 팬 입구 도관(114)을 향해 계속 이동할 것이다. 공기의 유동은 팬 입구 도관(114)을 통해 그리고 팬(112)을 통해 계속되어 팬 출구 개구(116)를 통해 로봇(10)을 빠져나간다.
진공 모듈(1300)은 로봇(10)이 사용되지 않을 때(예컨대, 사용자가 표면으로부터 로봇(10)을 들어올렸을 때) 폐기물이 폐기물 수집 체적부(W)를 빠져나가는 것을 사실상 방지하는 패시브 유출 방지 시스템(passive anti-spill system) 및/또는 액티브 유출 방지 시스템(ctive anti-spill system)을 포함할 수 있다. 폐기물이 로봇으로부터 유출될 가능성을 줄임으로써, 이러한 유출 방지 시스템은 조종 도중 사용자를 폐기물과의 접촉으로부터 보호할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 유출 방지 시스템은 폐기물이 팬과 접촉하여 시간이 경과함에 따라 팬의 성능을 잠재적으로 손상시킬 가능성을 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 패시브 유출 방지 시스템은 유출이 정상 조종 상태 하에서 가능하지 않도록 진공 모듈(1300)의 유동 경로를 배향한다. 패시브 유출 방지 시스템에서, 팬(112)은 폐기물 수집 체적부(W)로부터의 폐기물이 조종 도중 팬(112)에 도달하는 가능성을 줄이기 위해 폐기물 수집 체적부(W) 내의 폐기물로부터 이격되어 위치 설정될 수 있다. 예컨대, 패시브 유출 방지 시스템에서, 팬 입구 도관(114)의 적어도 일부는 플리넘(608) 내로의 오수의 유동 방향에 대해 약 90도로 배열될 수 있다. 따라서, 패시브 유출 방지 시스템은 진공 모듈(1300)을 따라 직선이 아닌(예컨대, 만곡된) 유동 경로를 포함할 수 있다. 이러한 유동 경로 단면의 팽창 및 수축으로 인한 유동 손실을 최소화하기 위해, 패시브 유출 방지 시스템은 단면적이 사실상 균일한 유동 경로를 포함할 수 있다. 일반적으로, 액티브 유출 방지 시스템은 진공 모듈(1300)의 유동 경로의 적어도 일부를 밀봉하도록 이동하는 하나 이상의 이동 부품을 포함한다. 패시브 유출 방지 시스템에 비해, 액티브 유출 방지 시스템은 진공 모듈(1300)을 따라[예컨대, 플리넘(608)을 따라] 더 짧고 더 곧은 유동 경로를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 패시브 유출 방지 시스템 및 액티브 유출 방지 시스템은 정상 조종 도중 유출의 가능성을 감소시키기 위해 진공 모듈(1300) 전체에 시일을 포함할 수 있다. 유출 방지 시스템에 사용될 수 있는 시일의 예는 에폭시, 초음파 용접, 플러그, 개스킷 및 폴리머 멤브레인을 포함한다.
도 14를 참조하면, 신호 채널러(402)는 액체 체적부(600)의 상부 부분을 따라 탑재될 수 있어, 신호 채널러(402)의 바닥 부분은 패시브 유출 방지 시스템 내의 플리넘(608)의 일부를 형성한다. 개별 신호 채널러 및 플리넘을 갖는 구성에 비해, 이러한 구성은 로봇(10)의 내부 구성 요소의 요구되는 체적량을 감소시킬 수 있어, 액체 체적부(600)를 위한 가용 체적을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 채널러(402)는 팬 흡인 도관(114)의 적어도 일부와 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(232)의 적어도 일부를 탑재한다. 팬(112)은 액체 체적부(600) 아래에서 섀시(100)에 탑재되어, 팬(112)은 플리넘(608)을 통과하는 유동 방향에 대해 사실상 90도로 배향된다. 이러한 배향은 폐기물이 플리넘(608)을 가로질러 팬 입구 도관(114)에 진입하여 팬(112)에 도달할 가능성을 감소시킬 수 있다.
패시브 유출 방지 시스템의 일부 실시예에서, 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(232) 및 팬 흡인 도관(114)은 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(232)의 각 출구 개구(234)가 팬 입구 개구(115)에 사실상 수직이도록 서로에 대해 배향된다. 이러한 수직 배향은 폐기물이 플리넘(608)을 가로질러 팬 흡인 도관(114)의 말단에 있는 팬(112)에 도달할 가능성을 감소시킬 수 있다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 액티브 유출 방지 시스템(610)은 전방 시일(682)과 하나 이상의 후방 시일(684) 사이에서 연장하는 연동 장치(680)를 포함할 수 있다. 전방 시일(682)은 팬 흡인 도관(118) 위에 사실상의 수밀 시일을 형성하도록 구성된다. 하나 이상의 후방 시일(684)은 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(244) 위에 사실상의 수밀 시일을 형성하도록 구성된다. 커플러(686)가 휠 모듈(500)과 연동 장치(680) 사이에서 연장하여, 커플러는 휠 모듈(500)의 수직 운동의 적어도 일부를 연동 장치(680)에 전달할 수 있다.
휠 모듈(500)은 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템의 일부이며, 그 결과 표면(685) 상의 휠(500)의 배치는 사실상 수직 방향으로 상향 이동하도록 휠 모듈(500)의 적어도 일부를 강제한다. 휠 모듈(500)이 사실상 수직 방향으로 상향 이동하면, 커플러(686)는 휠 모듈(500)과 함께 이동하여, 연동 장치(680)를 개방 위치로 가압한다. 개방 위치에서, 연동 장치(680)는 각각의 팬 흡인 도관(118) 및 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(224)으로부터 원격에 하나 이상의 후방 시일(684) 및 전방 시일(682)을 고정한다. 연동 장치(680)가 개방 위치에 있을 때, 팬 흡인 도관(118) 및 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(224)은 폐기물이 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(224)을 통해 플리넘(608)을 향해 인출될 수 있도록 유체 소통하며, 이때 폐기물은 폐기물 수집 체적부(W)(도 15a 및 도 15b에는 도시되지 않음) 내로 낙하될 수 있고 공기는 팬 흡인 도관(118)을 향해 유동할 수 있다.
로봇(10)이 표면으로부터 들어올려 지면, 휠 모듈(500)은 사실상 수직 방향으로 하향 이동한다. 휠 모듈(500)이 사실상 수직 방향으로 하향 이동하면, 커플러(686)는 휠 모듈(500)과 함께 이동하여 연동 장치(680)를 폐쇄 위치로 당긴다. 폐쇄 위치에서, 연동 장치(680)는 전방 시일(682) 및 하나 이상의 후방 시일(684)을 적소에 고정하여, 각 팬 흡인 도관(118) 및 하나 이상의 폐기물 연동 도관(244)을 덮는다(예컨대, 사실상의 수밀 시일을 형성한다). 연동 장치(680)가 폐쇄 위치에 있을 때, 팬 흡인 도관(118) 및 하나 이상의 폐기물 흡인 도관(244)은 유체 소통하지 않으며, 따라서, 폐기물은 팬 흡인 도관(118)에 진입하고 팬(112)에 도달할 가능성이 작다.
커플러(686)는 휠 모듈(500)과 연동 장치(680) 사이에서 연장하는 것으로 되시되었다. 일부 실시예에서, 유사한 커플러가 연동 장치(680)를 이동시켜서 시일(682, 684)을 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 휠 모듈(501)과 연동 장치(680) 사이에서 연장한다.
유출 방지 시스템(610)이 커플러(686)를 포함하는 것으로 개시되었지만, 커플러(686)는 특정 실시예에서 생략될 수도 있다. 예컨대, 휠 모듈(500)의 이동은 연동 장치(680)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 구성되는 액추에이터와 전기적으로 소통하는 스위치(예컨대, 접촉 스위치)에 의해 검출될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 휠 모듈(500)의 이동은 [hydraulic switch)(예컨대, 유압 유체로서 폐기물 수집 체적부(W) 내의 오수를 사용하는] 유압 스위치에 의해 검출될 수 있다.
도 16을 참조하면, 팬(112)은 고정된 하우징(706) 및 상기 하우징으로부터 연장하는 회전 샤프트(708)를 갖는 회전식 팬 모터(704)를 포함한다. 고정된 모터 하우징(706)은 팬 스크롤(710)의 중심 부분(709) 내에 배치된다. 팬 스크롤(710)의 중심 부분(709) 내에 사실상 배치되는 팬 모터(704)를 사실상 덮도록, 팬 시일(711)이 팬 스크롤(710)과 결합하도록 구성된다. 팬 시일(711)과 팬 스크롤(710)은 함께 습기 및 부스러기로부터 팬 모터(704)를 보호할 수 있는 보호 하우징을 형성한다. 팬 모터(704)의 회전 샤프트(708)는 임펠러(712)에 연결되도록 팬 시일(711)을 통해 외향 돌출한다. 사용시, 팬 모터(704)는 회전 샤프트(708)를 회전시켜, 임펠러(712)를 회전시킴으로써 공기를 이동시킨다.
팬 임펠러(712)는 중심 회전축을 중심으로 배열되는 복수의 블레이드 요소를 포함하고, 임펠러(718)가 회전될 때 공기를 회전축을 따라 축방향 내측으로 인입하고 공기를 방사상 외측으로 배출하도록 구성된다. 임펠러(712)의 회전은 입력 측에 부의 기압 구역을 생성하고 출력 측에 양의 기압 구역을 생성한다. 팬 모터(704)는 사실상 정속인 회전 속도, 예컨대 14,000RPM으로 임펠러(712)를 회전시키도록 구성되고, 이는 진공 클리너 또는 습식 진공을 위해 종래의 팬보다 더 빠른 공기 유동 속도를 발생시킨다. 약 1,000RPM 정도로 낮은 속도와 약 25,000RPM 정도로 높은 속도가 팬의 구성에 따라 고려된다.
스크롤(710)은 동일한 패키지 크기를 유지하면서 스크롤 체적의 손실 없이 30% 더 큰 임펠러가 가능하도록 자신 위에 절첩될 수 있다. 유도기(inducer)는 입구 유동에만 전용되는 팬 블레이드의 부분이다. "해자(moat)"(즉, 채널 또는 벽)가 임펠러의 전방에 위치 설정될 수 있어, 물이 임펠러에 진입할 가능성을 감소시킨다. 공기 조종에 사용되는 임펠러는 공기를 상당한 속도로 시스템을 통해 이동시키는데, 이는 물을 더티 탱크(dirty tank)로부터 인출하여 임펠러를 통해 다시 바닥으로 복귀시킬 수 있다. 해자는 이러한 현상을 방지 또는 제한하도록 구성된다.
팬의 공기 유동 속도는 자유 대기에서 약 60 내지 100CFM이며 로봇 내에서 60CFM이 될 것이다. 일부 실시예에서, 진공 모듈(1300)은 습식 진공 하부 시스템 및 건식 진공 하부 시스템 모두를 포함하고, 팬의 공기 유동 속도는 습식 진공 하부 시스템과 건식 진공 하부 시스템 사이에 분리 가능하다(예컨대, 수동으로 조정될 수 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 다중 스테이지 펜 설계가 유동을 유지하는데 도움이 될 수 있는 더 높은 정압(static pressure) 및 속도를 제외하면, 유사한 공기 유동 속도를 생성할 수 있다. 또한, 더 높은 속도로 인해 장치는 건조 입자들을 비말 동반할 수 있으며 유체(예컨대, 세척액과 혼합되는 부스러기)를 들어올려 당길 수 있다.
도 3 및 도 13을 참조하면, 팬(112)으로부터의 배기는 펌프 출구 도관(242)을 통해 이동하여 횡축(24)의 사실상의 전방 및 침액 요소의 사실상의 후방의 팬 배기 포트(116)를 통해 기부판(200)을 빠져나간다. 팬 배기 포트(116)의 이러한 위치 설정으로 인해 예컨대, 배기 유동은 스퀴지(208)에 의해 수집되기 전에 표면상에 배치된 세척액을 휘저을 수 있다. 일부 실시예에서, 팬 배기 포트(116)로부터의 배기는 사실상 휠 모듈(500, 501)의 전방으로 유도되어, 표면 위에서의 로봇(10)의 트랙선을 개선한다.
다시 도 3을 참조하면, 스퀴지(208)는 로봇(10)이 운동 중일 때 표면과 활주 가능하게 접촉하도록 구성된다. 스퀴지(208)를 사실상 휠(504, 505)의 후방에 위치 설정함으로써 로봇(10)의 운동을 안정화할 수 있다. 예컨대, 로봇(10)의 급가속 도중, 스퀴지(208)는 로봇이 횡축(24)을 중심으로 사실상 회전하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 안정화를 제공함으로써, 스퀴지(208)는 로봇(10)의 전방 부분에 탑재되는 침액 요소(204)가 표면으로부터 사실상 들어올려 지는 것을 방지할 수 있다. 로봇(10)의 전체 중량이 3.6kg 미만일 때, 예컨대 스퀴지(208)의 이러한 위치 설정은 안정화를 제공하는데 특히 유용하다. 이러한 경량 로봇에 대해, 로봇(10)의 무게 중심은 사실상 로봇의 횡축(24) 위에 위치 설정될 수 있어, 상당한 중량이 트랙션을 위해 휠(504, 505) 위에 배치되고 동시에 스퀴지(208)는 이동의 전방에 안정성을 제공하고 침액 요소(204)는 이동의 후방에 안정성을 제공한다.
도 3 및 도 17 내지 도 19를 참조하면, 스퀴지(208)는 사실상 기부판(200)의 전체 폭에 연장되는 기부(250)를 포함한다. 사실상 수평인 하위 섹션(252)은 기부로부터 표면을 향해 하향 연장한다. 에지 안내부(253, 254)는 기부(250)의 횡방향 단부 각각에 인접하게 배치되고 기부(250)로부터 하향 연장한다. 복수의 체결구 요소(256)는 기부(250)로부터 상향 연장하고 로봇(10)이 표면 주위를 이동할 때 스퀴지(208)를 적소에 고정적으로 보유하도록 기부판(200) 상의 대응 개구 내에 끼워지도록[예컨대, 억지 끼움(interference fit)] 구성된다.
수평인 하위 섹션(252)은 흡인 섹션(260)으로부터 사실상 하향 연장하는 스크레이퍼 섹션(258)을 포함한다. 스크레이퍼 섹션(258)은 수평인 하위 섹션(252)의 사실상의 후방 에지를 형성한다. 사용 도중, 스크레이퍼 섹션(258)은 스퀴지(208)와 표면 사이에 활주 가능한 접촉 이제를 형성한다. 스크레이퍼 섹션(258)은 사실상 얇으며 사실상 유연한 재료(compliant material)로 형성되어, 표면과 활주 가능하게 접촉하는 도중 스크레이퍼 섹션(258)을 만곡시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 스크레이퍼 섹션(258)은 표면으로부터의 폐기물 수집을 개선하기 위해 약간 전방으로 경사진다. 특정 실시예에서, 스크레이퍼 섹션(258)은 로봇(10)을 전방으로 추진하는데 필요한 마찰력을 감소시키도록 약간 후방으로 경사진다.
흡인 섹션(260)은 횡축(24)의 방향으로 사실상 균일하게 이격된 복수의 흡입 포트(262)를 형성하여, 예컨대 로봇(10)이 세척 작동을 수행할 때 횡축(24)의 방향으로 사실상의 균일한 흡입을 가능하게 한다. 흡입 포트(262)는 [예컨대, 수평인 하위 섹션(252)의 하위 부분으로부터 기부(250)의 상부 부분으로] 스퀴지(208)를 통해 각각 연장한다. 흡입 포트(262)는 기부를 통해 연장하여, 각 흡입 포트(262)의 하위 부분은 사실상 스크레이퍼 섹션(258)의 전방 에지 부근에 위치된다. 부의 기압이 팬(112)에 의해 발생되면, 폐기물은 (예컨대, 전술된 바와 같이) 스크레이퍼 섹션(258)의 전방 에지로부터 흡입 포트(262)를 통해 폐기물 수집 체적부(W)로 흡입된다.
에지 안내부(253, 254)는 스퀴지(208)의 각 단부에 배열되어 세척 작동 도중 표면과 접촉하도록 기부(250)로부터 하향 연장한다. 에지 안내부(253, 254)는 로봇(10)의 전후축(22)을 향해 폐기물을 가압하도록 구성될 수 있다. 스퀴지(208)의 중심 부분을 향해 폐기물을 안내함으로써, 에지 안내부(253, 254)는 로봇(10)의 횡방향 에지에서 폐기물 수집 효율을 개선할 수 있다. 예컨대, 에지 안내부(253, 254)가 없는 로봇과 비교하면, 에지 안내부(253, 254)는 로봇(10)에 의해 뒤에 남겨지는 스트릭(streak)을 감소시킬 수 있다.
에지 안내부(253, 254)는 에지 안내부(253, 254)로부터 기부(250)를 통해 상향 연장하는 개별 체결구(263, 264)를 포함한다. 에지 안내부 체결구(263, 264)는 체결구 요소(256)보다 기부로부터 더 연장하고, 일부 실시예에서는 기부판(200)에 고정되어, 스퀴지(250)가 세척 작동 도중 로봇(10)으로부터 탈착될 가능성을 감소시킨다. 일부 실시예에서, 체결구(263, 264)는 기부판(200) 내로 가압되어 억지 끼움을 통해 적소에 보유된다. 특정 실시예에서, 체결구(263, 264)는 섀시(100) 내로 나사 결합된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에지 안내 체결구(263)는 섀시(100)에 체결될 수 있다.
체결구 요소(256)는 기부(250)의 전방 및 후방을 따라 기부(250)로부터 상향 연장한다. 각 체결구 요소(256)는 횡축(24)을 따라 사실상 긴 형상이고 스템 부분(265)과 헤드 부분(266)을 포함한다. 스퀴지(208)는 기부판(200) 상의 대응 개구 내로 체결구 요소(256)를 가압함으로써 기부판(200)에 고정된다. 체결구 요소(256)가 기부판(200) 상의 개구 내로 가압될 때, 헤드 부분(266)은 개구를 통과하도록 변형된다. 개구를 통과할 때, 각 헤드 부분(266)은 사실상 원래 형상으로 팽창하여 헤드 부분(266)가 사실상 반대 방향으로 개구를 통과하는 것이 저지된다. 따라서, 체결구 요소(256)는 스퀴지(208)를 기부판에 사실상 고정한다.
스퀴지(208)가 기부판(200)에 대해 고정되는 것으로 개시되었지만, 다른 실시예도 가능하다. 일부 실시예에서, 스퀴지는 기부판(200)에 대해 피벗 가능하다. 예컨대, 스퀴지는 스퀴지의 하위 에지가 세척 표면 내의 범프(bump) 또는 불연속부와 조우할 때 중심 수직축(20)을 중심으로 피벗할 수 있다. 스퀴지의 하위 에지가 범프 또는 불연속부로부터 자유로울 때, 스퀴지는 정상 작동 위치로 복귀할 수 있다.
일부 실시예에서, 스퀴지는 분리 스퀴지(split squeegee)이다. 예컨대, 스퀴지는 수리 및 교체를 위해 기부판으로부터 개별적으로 제거될 수 있는 2개의 개별 부품인 전방 부분 및 후방 부분을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 스퀴지는 좌측 부분 및 우측 부분으로 분리된다. 로봇이 제자리에서 돌거나 회전할 때, 스퀴지는 일측은 후방으로 만곡되고 일측은 전방으로 만곡되는 형상을 취할 수 있다. 비분리 스퀴지에 대해, 만곡이 후방으로부터 전방으로 절환하는 지점은 로봇 아래 다소 단단한 칼럼으로 작용할 수 있어, 스퀴지를 높게 중심 설정하여 이동성을 간섭하는 경향이 있다. 스퀴지의 중심에 분리부를 제공함으로써, 이러한 경향은 완화되거나 제거될 수 있어 이동성이 개선된다.
이송 구동 시스템
도 2 내지 도 7을 다시 참조하면, 로봇(10)은 이송 시스템(1600)에 의해 표면 위의 이송이 지지된다. 이송 시스템(1600)은 섀시의 우측 및 좌측에 각각 배열되는 한 쌍의 독립적인 휠 모듈(500, 501)을 포함한다. 침액 요소(204) 및 스퀴지(208)는 표면과 활주 가능하게 접촉하고 이송 시스템(1600)의 일부를 형성한다. 일부 실시예에서, 이송 시스템(1600)은 휠 모듈(500, 501)의 사실상의 전방 및/또는 사실상의 후방에 위치 설정되는 캐스터(caster)를 포함한다. 휠 모듈(500, 501)은 로봇(10)의 횡축(24)을 따라 사실상 정렬된다. 휠 모듈(500, 501)은 로봇(10)을 표면을 따라 임의 방향으로 전진시키도록 제어기(1000)에 의해 독립적으로 구동 및 제어된다. 휠 모듈(500, 501)은 모터를 각각 포함하고 기어 조립체에 각각 커플링된다. 개별적인 기어 조립체의 출력은 개별적인 휠(504, 505)을 구동한다.
제어기(1000)는 각 모터에 대한 전압 및 전류를 계측하고 각 모터에 대해 계측된 전류의 파생값(derivative)을 계산한다. 제어기(1000)는 계측된 전압, 계측된 전류 및 계측된 전류의 계산된 파생값을 이용하여 모터의 속도를 결정한다. 예컨대, 제어기(100)는 수학 모델[예컨대, DC 모터 방정식(DC motor equation)]을 사용하여 계측된 전압, 계측된 전류 및 계산된 파생값으로부터 모터 속도를 결정할 수 있다. 특정 실시예에서, 동일한 수학 모델이 각 구동 모터에 대해 사용될 수 있다. 수학 모델은 주어진 모터에 대해 조정되는 하나 이상의 상수[예컨대, 기계 상수(mechanical constant)]를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 상수는 다양한 다른 방법을 이용하여 조정될 수 있다. 예컨대, 모터는 동일한 상수를 갖도록 공장에서 부합될 수 있다. 다른 예로서, 상수는 공장에서 조정될 수 있으며 로봇(10) 내에[예컨대, 제어기(1000) 상에] 저장될 수 있다. 또 다른 예로서, 모터 상수의 변화가 용인 가능한 범위 내에 있는 경우, 상수는 동일한 유형의 다수의 모터에 대해 조정될 수 있으며, 상수의 대표 값(예컨대, 평균)이 각각의 모터에 사용될 수 있다. 다른 예로서, 제어기(1000)는 시간에 대한 모터 상수를 [예컨대, 신경망(neural network)을 이용하여] 습득하는 코드를 포함할 수 있다.
휠 모듈(500, 501)은 섀시(100)에 해제 가능하게 부착되어 개별 스프링에 의해 표면과 결합되도록 가압된다. 휠 모듈(500, 501)은 에폭시, 초음파 용접, 포팅 용접(potting weld), 용접식 인터페이스, 플러그 및 멤브레인 중 하나 이상을 사용하여 물과 접촉으로부터 사실상 밀봉된다.
스프링은 서스펜션 이동의 전체 거리를 따라 휠에 사실상 균일한 힘을 가하도록 조정된다. 휠 모듈(500, 501) 각각은 수직 방향으로 독립적으로 이동할 수 있어, 서스펜션 시스템으로 작용한다. 예컨대, 휠 모듈(500, 501)은 로봇(10)이 표면상의 장애물 위로는 진행할 수 있지만 깨끗한 영역의 분리부를 표시하는(예컨대, 부엌 바닥과 거실 바닥 사이에 분리부를 표시하는) 더 큰 경계를 횡단하는 것은 방지하도록, 약 4mm의 서스펜션 이동 내지 약 8mm의 서스펜션 이동(예컨대, 약 5mm의 서스펜션 이동을 허용할 수 있다. 로봇(10)이 표면으로부터 들어올려 지면, 휠 모듈(500, 501)의 각 서스펜션 시스템은 각 서스펜션 시스템 이동의 최저 지점으로 휠 모듈(500, 501)을 강하시킨다. 이러한 구성은 종종 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템으로도 지칭된다. 일부 실시예에서, 휠 모듈(500, 501)은 휠 모듈(500, 501)의 휠(504, 505)이 하향 이동하는 때를 감지하고 제어기(1000)에 신호를 송신하는 휠 강하 센서를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(1000)는 로봇(10)을 표면상의 더 안정적인 위치를 향해 진행 가능하게 할 수 있는 거동을 개시할 수 있다.
로봇(10)의 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템은 상향력 및 하향력을 고려하여 설계된 활주 높이(ride height)를 갖는, 탄성 및/또는 댐핑을 포함하는 피벗식 휠 조립체를 포함한다. 일부 실시예에서, 서스펜션 시스템은 로봇(10)의 최소 하향력의 1% 내지 5%(예컨대, 약 2%)(즉, 브러시/스퀴지 등과 같은 탄성 또는 유연한 접촉 부재로부터 상향력을 뺀 로봇 질량 또는 중량)를 전달한다. 즉, 서스펜션은 가해지는 가용 하향력의 단지 2%만을 갖는 "하드 스톱(hard stop)"에 대해 안착되어[스프링 스톱(spring stop)이 나머지 98%, 선택적으로는 99% 내지 95%를 갖는다], 상향력을 발생시킬 수 있는 대부분의 임의의 장애물 또는 변동부로 인해 서스펜션은 타이어 접촉 패치 상에 최대 가용력을 유지하면서 장애물 위로 로봇을 들어올리거나 또는 부유시키게 된다. 이러한 스프링 힘(및 그에 따른 로봇 트랙션)은 변화하는 로봇 패이로드(payload)에 대해(클린 탱크 및 더티 탱크 레벨에 대해) 힘을 변경하는 액티브 시스템을 구비함으로써 최대화될 수 있다. 일부 실시예에서, 액티브 서스펜션에 대한 작동은 적절한 댐핑 및 스프링 저항을 갖는 전기 액추에이터 또는 솔레노이드, 유압(fluid power) 등을 사용하여 제공된다. 피벗식 휠 조립체가 전술되었지만, 다른 실시예도 가능하다. 예컨대, 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템은 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템을 생성하는 원추형 스프링을 포함하는 수직 이동 휠 모듈을 포함할 수 있다.
휠(504, 505)은 세제가 제공된 습윤한 표면을 가로질러 로봇(10)을 추진하도록 구성된다. 도 20을 참조하면, 휠(504)은 휠 모듈(500)에 커플링되도록 구성된 림(512)을 포함한다. 구동 휠 모듈은 이송을 위해 휠을 구동하는 구동열 트랜스미션 및 구동 모터를 포함한다. 또한, 구동 휠 모듈은 표면에 대해 미끄러지는 휠을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
림(512)은 휠 형상을 유지하고 강성을 제공하기 위해 단단하게 몰딩된 플라스틱과 같은 강성 재료로 형성된다. 림(512)은 그 위에 환형 타이어(516)를 수용할 수 있는 크기를 갖는 외경을 갖는다. 환형 타이어(516)는 세제가 제공된 표면상에서 트랙션을 유지하고 표면과 접촉하도록 미끄러지지 않는 고마찰 구동 표면을 제공하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 환형 타이어(516)의 내경은 대략 37mm이며, 림(512)의 외경(514) 위로 적절하게 끼워질 수 있는 크기를 갖는다. 환형 타이어(516)는 림(512)의 외경(514)과 환형 타이어(516)의 내경 사이의 미끄러짐을 방지하기 위해, 외경(514)에 대해 접착, 테이핑 또는 억지 끼움될 수 있다. 타이어의 방사상 두께는 약 3mm일 수 있다. 타이어 재료는 셀 크기가 0.1mm±0.02mm로 폼 형성된 224.26kg/㎥ 내지 256.29kg/㎥(입방 피트당 14 내지 16 파운드) 또는 240kg/㎥(입방 피트당 약 15 파운드)의 밀도를 갖는 티우람 디설파이드 블랙(thiuram disulfide black)에 의해 안정화되는 클로로플렌 호모폴리머(chloroprene homopolymer)이다. 타이어는 약 69 내지 75 Shore 00의 포스트 폼 경도(post-foamed hardness)를 갖는다. 타이어 재료는 상표명을 DURAFOAM DK5151HD하여 Monmouth Rubber and Plastics Corporation에 의해 판매된다.
다른 타이어 재료가 특정 용례에 따라 고려되며, 이는 예컨대, 네오프렌 및 클로로프렌으로 이루어진 것과 다른 폐쇄식 셀 고무 스펀지 재료를 포함한다. [예컨대, 사출 성형되거나(injection molded) 압출 성형된(extruded)] 폴리비닐 클로라이드(PVC) 및 [다른 추출물, 하이드로카본, 카본 블랙 및 애쉬를 갖거나 갖지 않는] 아크릴로니트릴-부타디엔(ABS)으로 이루어진 타이어도 사용될 수 있다. 또한, 타이어가 세척 중인 표면 위를 구동할 때 쉬레드식 폼 구조(shredded foam construction)의 타이어가 약간의 스퀴지 유사 기능을 제공할 수 있다. 상표명 RUBATEX R411, R421, R428, R451 및 R4261(Rubatex International, LLC에 의해 제조 및 판매됨)과, 상표명 ENSOLITE(Armacell LLC에 의해 제조 및 판매됨)와, American Converters/VAS, Inc.에 의해 제조 및 판매되는 제품으로 이루어진 타이어도 전술된 DURAFOAM DK5151 HD를 기능적으로 대체할 수 있다.
특정 실시예에서, 타이어 재료는 천연 고무 및/또는 예컨대, 니트릴 고무(아크로니트릴), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM), 실리콘 고무, 플루오로카본 고무, 라텍스 고무, 실리콘 고무, 부틸 고무, 스티렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 수소화 니트릴 고무(HNBR, hydrogenated nitrile rubber), 네오프렌(폴리클로로프렌) 및 이들의 혼합물과 같은 합성 고무를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 타이어 재료는 예컨대, 폴리아크릴(polyacrylics)[즉, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)], 폴리클로로카본(즉, PVC), 폴리플루오로카본(즉, 폴리테트라플루오로메틸렌), 폴리올레핀(즉, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌), 폴리에스테르(즉, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트), 폴라카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리술폰 및 이들의 혼합물 및/또는 코폴리머와 같은 하나 이상의 엘라스토머를 포함할 수 있다. 엘라스토머는 호모폴리머, 코폴리머, 폴리머 혼합물, 상호침투성 네트워크(interpenetrating network), 화학적으로 조절된 폴리머, 융합식 폴리머(grafted polymer), 표면 코팅 폴리머(surface-coated polymer) 및/또는 표면 처리 폴리머(surface-treated polymer)를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 타이어 재료는 예컨대, 카본 블랙 및 실리카와 같은 강화 작용제, 비강화 필터(non-reinforcing fillers), 황, 교차 결합제, 커플링 작용제, 클레이, 실리케이트, 칼슘 카보네이트, 왁스, 오일, 산화방지제[즉, 파라-페닐렌 디아민 안티오조난트(para-phenylene diamine antiozonant)(PPDA), 옥틸레이티드 디페닐아민 및 폴리머 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린] 및 다른 첨가제와 같은 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 타이어 재료는 예컨대, 소정의 트랙션, 강성, 계수(modulus), 경도, 인장 강도, 충격 강도, 밀도, 인열 강도(tear strength), 파단 에너지(rupture energy), 균열 저항성, 탄성, 동적 특성(dynamic property), 만곡 수명(flex life), 내부식성, 내마모성, 색보지력 및/또는 화학 저항성[즉, 약산, 약알칼리, 오일 및 그리스, 앨리패틱 하이드로카본(aliphatic hydrocarbon), 아로마틱 하이드로카본, 할로게네이트 하이드로카본, 및/또는 알코올과 같은, 세척될 표면 및 세척 용액 내에 존재하는 물질에 대한 저항성]과 같은 유리한 특성을 갖도록 형성될 수 있다.
폐쇄식 셀 폼 타이어의 셀 크기는 트랙션, 오염에 대한 저항성, 내구성 및 다른 인자와 관련된 기능성에 영향을 줄 수 있다. 셀은 대략 20㎛ 내지 대략 400㎛의 범위의 크기를 가지며, 로봇의 중량 및 세척될 표면의 상태에 따라 용인 가능한 성능을 제공할 수 있다. 평균 셀 크기가 60㎛일 때 특정한 범위는 다양한 표면 및 오염 상태를 가로지르는 용인 가능한 트랙션을 위해, 20㎛ 내지 120㎛, 특히 20㎛ 내지 40㎛이다.
특정 실시예에서, 타이어의 폭은 대략 13mm이지만, 더 넓은 타이어가 추가적인 트랙션을 제공할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 타이어의 두께는 대략 3mm일 수 있지만, 두께가 4mm 내지 5mm 이상인 타이어가 트랙션을 증가시키기 위해 사용될 수도 있다. 대략 1.5mm인 얇은 타이어와 대략 4.5mm인 두꺼운 타이어는 로봇의 중량, 작동 속도, 이동 패턴 및 표면 구조에 따라 유리할 수 있다. 더 두꺼운 타이어는 압축 세트가 가해질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 세척 로봇이 더 무거운 경우, 더 큰 타이어가 바람직할 수 있다. 또한, 외측 에지가 둥글거나 사각인 타이어가 채용될 수도 있다.
트랙션을 증가시키기 위해, 타이어의 외경은 시핑(siping)될 수 있다. 일반적으로 시핑은 (a) 유체가 진입할 공간을 제공함으로써 접촉 패치로부터 유체 제거를 위한 이송 거리를 감소시키고, (b) 더 많은 타이어를 바닥과 일치시켜 접지면 이동성을 증가시키고, (c) 유체 제거에 도움이 되는 훔침 기구를 제공함으로써 트랙션을 제공한다. 하나 이상의 예에서, 용어 "시핑된"은 타이어 외경에 얇은 홈(1110)의 패턴을 제공하도록 재료를 얇게 자른 것을 의미한다. 일 실시예에서, 각 홈은 깊이가 대략 1.5mm이고 폭이 대략 20㎛ 내지 300㎛이다. 시핑은 예컨대, 4mm 두께 타이어 상의 3.5mm 딥 시핑과 같이, 1/2mm 정도의 타이어 기부를 남길 수 있다. 홈 패턴은 인접한 홈들 사이에 대략 2mm 내지 200mm 공간을 갖도록 사실상 균일하게 이격된 홈들을 제공할 수 있다. "균일하게 이격된"은 일 예에서 반복 패턴을 갖고 이격된 것을 의미하며, 모든 시핑된 절단부가 다음 절단부와 동일한 거리에 있어야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 홈 절단 축은 타이어의 종축과 각도(G)를 형성한다. 각도(G)는 특정 실시예에서 약 10도 내지 50도의 범위를 갖는다.
다른 실시예에서, 시핑 패턴은 3.5mm 간격을 갖는 다이아몬드형 망상선(cross hatch)이며, 이는 회전축으로부터 교호식 45도 각도(± 10도)로 절단될 수 있다. 사실상, 주연 시핑과, 채널을 통해 액체를 멀리 가압하는 시핑과 다른 시핑 패턴도 고려된다. 시핑의 깊이와 각도는 특정 용례에 따라 변경될 수 있다. 또한, 스프링의 깊이 또는 폭이 증가하면 트랙션이 증가할 수 있지만, 이러한 이득은 타이어 폼의 구조적 완전성에 영향을 미치지 않는 것에 대항하여 균형을 이루어야만 한다. 예컨대, 특정 실시예에서 7mm 간격의 다이아몬드 교차 시핑을 갖는 3mm 내지 4mm 두께의 타이어가 양호한 타이어 트랙션을 제공한다는 것이 결정되었다. 더 큰 타이어는 더 얇은 패턴, 더 깊은 시핑 및/또는 더 넓은 시핑을 수용할 수도 있다. 또한, 특정 재료로 제조된 특히 넓은 타이어 또는 타이어들은 효과적인 트랙션을 위한 임의의 시핑을 요구하지 않을 수도 있다. 특정 시핑 패턴이 습식 또는 건식 표면, 또는 다른 유형의 표면에 더 유용할 수 있지만, 다양한 용례에 대해 일관된 트랙션을 제공하는 시핑이 일반적인 목적의 로봇 클리너에 대해 가장 바람직할 수도 있다.
타이어는 시핑된 외경을 포함하는 것으로 개시되었지만, 다른 실시예도 가능하다. 예컨대, 타이어는 어그레시브 대각 V-립 패턴(aggressive diagonal V-rib pattern)을 갖는 천연 고무 타이어일 수 있다.
다양한 타이어 재료, 크기, 구성, 시핑 등이 사용 도중 로봇의 트랙션에 영향을 미친다. 특정 실시예에서, 로봇의 휠은 세척 용액의 스프레이를 통해 직접 롤링하며, 이는 세척 도중 비말 동반되는 오염물이 그러하듯이 트랙션에 악영향을 미친다. 휠의 트랙선 손실은 휠 미끄러짐 형태의 작동 비효율을 유발할 수 있어, 로봇이 계획된 경로에서 이탈되게 할 수 있다. 이러한 이탈은 세척 시간을 증가시키고 배터리 수명을 감소시킨다. 따라서, 로봇의 휠은 가장 작은 대응 모터 크기를 구비한 상태에서 모든 표면상에 우수한 트랙션을 제공하도록 구성되어야 한다.
세척 도중 비말 동반되는 통상적인 오염물은 로봇 등에 의해 배출되는 화학 물질을 포함한다. 액체 상태[예컨대, 송근유(pine oil), 핸드 소프(hand soap), 암모늄 클로라이드 등]이거나 또는 건조 상태[예컨대, 가루 비누(laundry powder), 활석 가루(talcum powder) 등]일 때, 이러한 화학 물질들은 타이어 재료를 파손시킬 수 있다. 또한, 로봇 타이어는 습성이거나 또는 습윤한 음식물형 오염물(예컨대, 소다, 우유, 꿀, 머스터드, 계란 등), 건조 오염물(예컨대, 빵부스러기, 쌀, 밀가루, 설탕 등) 및 오일(예컨대, 옥수수 기름, 버터, 마요네즈, 등)과 조우할 수 있다. 이러한 오염물들은 모두 잔류물, 풀(pool) 또는 유막(slick), 또는 건조된 패치로서 조우될 수 있다. 전술된 타이어 재료는 이러한 다양한 화학 물질 및 오일에 의해 유발되는 재료 파손에 대한 저항에 효과적이라는 것이 입증되었다. 또한, 개시된 셀 크기 및 타이어 시핑은 습윤 또는 건조 오염물 양자 모두, 또는 화학 물질 등과 조우하는 상태에서 트랙션을 유지하는데 유리하다는 것이 입증되었다. 하지만, 특정 농도의 건조 오염물은 시핑 내에 박히게 될 수 있다. 장치에 사용되는 화학적 클리너(후술된)는 특정 오염물을 유화시키는 것을 돕는데, 이로 인해 이러한 화학 물질을 희석함으로써 다른 화학 오염물에 의해 유발되는 잠재적 손상을 감소시킬 수 있다.
사용 도중 조우될 수 있는 오염물에 부가하여, 장치의 다양한 세척 부속물(예컨대, 브러시, 스퀴지 등)이 장치의 트랙션에 영향을 미친다. 이러한 장치에 의해 유발되는 드래그, 장치의 접촉 특성(즉, 둥글기, 날카로움, 부드러움, 가요성, 거침 등), 및 오염물에 의해 유발되는 잠재적 미끄러짐은 세척되는 표면에 따라 변경된다. 로봇과 세척되는 표면 사이의 접촉 영역을 제한함으로써 수반되는 마찰이 감소되어, 트래킹 및 운동을 개선한다. 0.68kgf(1과 1/2 파운드)의 드래그 힘 대 1.51.36kgf 내지 2.27kgf(3 내지 5 파운드)의 추력이 대략 2.27kg 내지 6.80kg(5 내지 15 파운드)의 중량을 갖는 로봇에 효과적이라는 것이 입증되었다. 로봇 클리너의 중량에 따라, 이러한 숫자들은 변경될 수 있지만, 용인될 수 있는 성능은 약 50% 드래그 미만에서 발생하며 약 30% 드래그 미만에서 개선된다.
타이어 재료(및 대응하는 셀 크기, 밀도, 경도 등), 시핑, 로봇 중량, 조우되는 오염물, 로봇 자율성(robot autonomy), 바닥 재료 등 모두는 로봇 타이어의 총 마찰 계수에 영향을 미친다. 특정 로봇 클리너에 대해, 최소 이동성 경계값(minimum mobility threshold)에 대한 트랙션 계수(COT)는 (스퀴지 시험 도중 계측된) 0.9kgf 드래그를 타이어에 가해지는 2.7kgf의 수직력으로 제산하여 설정되었다. 따라서, 이러한 최소 이동성 경계값은 대략 0.33이다. 쉬레드식 블랙 폼 타이어(shredded black foam tire)의 성능을 계측하여 0.50의 목표 경계값이 결정되었다. 상술된 많은 재료들의 트랙션 계수는 0.25 내지 0.47의 COT 범위 내에 있어서, 이동성 경계값과 목표 경계값 사이의 용인 가능한 범위 내에 있다. 또한, 세척 로봇이 다양한 작업 상태에 노출되는 경우, 습윤 표면과 건조 표면 사이의 트랙션 계수가 거의 변동하지 않는 타이어가 바람직하다.
또한, 로봇 세척 장치는 타이어를 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싸는 덮개 또는 부츠를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 면직물, 리넨, 실크, 다공성 가죽, 섀미(chamois) 등과 같은 흡수성 재료가 트랙션을 증가시키기 위해 타이어와 조합되어 사용될 수 있다. 대안적으로, 이러한 덮개들은 컵 형상의 휠 요소(1102)의 외경(1104)에 단순히 장착됨으로써 고무 가공된 휠을 완전히 대체할 수 있다. 고무 타이어용 덮개로 사용되거나 또는 고무 타이어에 대한 완전한 대체품으로 사용될 때, 재료들은 사용자에 의해 상호 교환될 수 있거나 또는 기부 또는 충전 스테이션에서 자동 제어 방식을 통해 제거 및 교체될 수도 있다. 또한, 로봇은 다양한 재료의 타이어 세트 및 특정 바닥 표면에 특정 타이어를 사용하라는 사용 설명서와 함께 최종 소비자에게 제공될 수 있다.
로봇 클리너 내에서 사용되는 세척 용액은 로봇 또는 표면 자체에 손상을 주지 않으면서 오염물을 쉽게 유화하고 표면으로부터 건조된 폐기물을 탈착시킬 수 있어야 한다. 로봇 타이어 및 특정 화학 물질에 대한 전술된 역효과가 주어지면, 세척 용액의 공격성(aggressiveness)은 타이어 및 다른 로봇 구성 요소에 대한 짧고 긴 기간의 부정적인 영향에 대항하여 균형을 유지해야 한다. 이러한 문제들을 고려하여, 특정 세척 요구 조건을 만족하는 사실상 임의의 세척 재료가 세척 로봇과 함께 사용될 수 있다. 예컨대, 일반적으로는 계면 활성제 및 킬레이트 시약 모두를 포함하는 용액이 사용될 수 있다. 또한, 구연산(citric acid)과 같은 pH 균형 작용제(pH balancing agent)가 추가될 수 있다. 유칼립투스, 라벤더 및/또는 라임과 같은 방향제를 추가함으로써 이러한 클리너의 시장성(marketability)을 개선할 수 있으며, 장치가 효과적으로 세척한다는 소비자의 인식 일부에 기여할 수 있다. 또한, 블루, 그린 또는 다른 현저한 색상이 안전성 또는 다른 이유에 대해 클리너를 차별화하는 것을 도울 수 있다. 또한, 용액은 로봇 클리너와 함께 사용될 때 희석될 수 있으며 여전히 효과적으로 세척할 수 있다. 작동 도중, 로봇 클리너가 특정 바닥 영역을 수차례 통과할 가능성이 매우 높아서, 최대로 클리너를 사용할 필요가 줄어든다. 또한, 희석된 클리너는 전술된 바와 같이 타이어 및 다른 구성 요소 상의 마모 문제를 감소시킬 수 있다. 로봇 구성요소에 손상을 유발하지 않으면서도 세척에 효과적인 것으로 입증된 이러한 클리너 중 하나는 알킬 폴리글루코사이드(예컨대, 1% 내지 3% 농도) 및 테트라포타슘 에틸렌에네디아민-테트라아세테이트(테트라포타슘 EDTA)(예컨대, 0.5% 내지 1.5% 농도)를 포함한다. 사용 도중, 이러한 세척 용액은 물로 희석되어 예컨대, 대략 3% 내지 6%의 클리너와 대략 94% 내지 97%의 물을 갖는 세척 용액을 생성한다. 따라서, 이 경우, 바닥에 실질적으로 가해지는 세척 용액은 0.01% 내지 0.1%의 킬레이트 시약 및 0.03% 내지 0.18%의 계면 활성제 정도일 수 있다. 물론, 다른 클리너 및 클리너의 농도가 개시된 로봇 클리너와 함께 사용될 수 있다.
예컨대, 그 전체가 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 제6,774,098호에 개시된 계면 활성제 및 킬레이트 시약류는 개시된 타이어 재료 및 구성을 갖는 로봇에서 사용하기에도 적합할 수 있다. 하지만, 기계 구성 요소에 마모가 유발되는 '098 특허에 개시된 클리너의 공격성의 균형을 이루기 위해, 세척 작용제는 (i) 용매를 포함하지 않거나, 또는 알코올 용매의 킬레이트 시약보다 낮은 퍼센트로 용매를 포함하거나, 또는 1/2 내지 1/100 농도로 개시된 용매를 구비해야 하며 그리고/또한 (ii) 로봇 내의 결정적 단일 통로, 결정적 반복 통로 또는 무작위 다중 통로 사용을 위해 각각 개시된 농도의 20%±15%(단일 통로), 10%±8%(반복 통로) 및 5% 내지 0.1%(무작위 다중 통로)만큼 추가로 희석되어야 하며, 그리고/또한, (iii) 예컨대, 5% 미만의 실리콘 유제와 같이, 상업용 카펫 클리너와 동일하거나 낮은 백분율로 선택된 계면 활성제 및 킬레이트 시약과 함께 사용될 수 있는 공지된 폼 형성 억제제(anti-foaming agent)와 추가로 조합되어야하며, 그리고/또한, (iv) 활성균(viable bacterial culture)의 방향 제거제(odor remover)와 대체되거나 또는 양립적으로 혼합되어야 한다.
특정 실시예에서, 로봇 클리너에 사용되는 세척 용액은, 바람직하게는 전술된 (i), (ii), (iii) 및/또는 (iv)을 조건으로 하여, 미국 특허 제6,774,098호에 개시된 "경질 표면 클리너(hard surface cleaner)"의 하나 이상의 실시예를 포함하거나 또는 이러한 하나 이상의 실시예이다. 미국 특허 제6,774,098호의 "경질 표면 클리너"의 특정 실시예가 후술된다.
일 실시예에서, 경질 표면 클리너는 (a) 일반식 (I)[general formula (I)] 내의 아민 옥사이드: 또는 일반식 (II) 내의 4기 아민 염(quaternary amine salt): 또는 전술된 아민 옥사이드 및 4기 아민 염의 조합으로 구성되는 계면 활성제 시스템, 및 (b) 매우 적은 수용성 극성 유기 화합물(water-soluble polar organic compound)로서, 0.1 내지 1.0 중량% 범위의 수용성을 가지며, 매우 적은 수용성 극성 유기 화합물 대 계면 활성제 시스템의 중량비가 약 0.1:1 내지 약 1:1의 범위를 갖는 매우 적은 수용성 극성 유기 화합물을 포함하며, 이때 R1 및 R2는 동일하거나 또는 상이하며, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 하이드록시에틸 및 하이드록시프로필로 구성된 그룹으로부터 선택되고, R3는 각각이 10 내지 20 카본 원자를 갖는 직선 체인 알킬(straight chain alkyl), 분기 체인 알킬(branched chain alkyl), 직선 체인 헤레트로알킬(heretroalkyl), 분기 체인 헤테로알킬 및 알킬 에테르로 구성된 그룹으로부터 선택되고, R4는 1 내지 5 카본 원자를 갖는 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택되고, X는 할로겐 원자이다.
다른 실시예에서, 경질 표면 클리너는 (a) (i) 비이온 계면 활성제 및 4기 암모늄 계면 활성제의 조합 또는 (ii) 총량이 약 0.001% 내지 10% 존재하는 양성 계면 활성제(amphoteric surfactant) 중 하나로서, 알콕시레이티드 알킬페놀 에테르, 알콕시레이티드 알코올, 또는 자체가 모노-롱-체인 알킬(mono-long-chain alkyl), 디-숏-체인 트리알킬 아민 옥사이드(di-short-chain trialkyl amine oxide), 알킬아미도디알킬 아민 옥사이드(alkylamidodialkyl amine oxide), 포스핀 옥사이드(phosphine oxide) 및 설프옥사이드(sulfoxide)로 구성된 그룹으로부터 선택된 반극성 비이온 계면 활성제(semi-polar nonionic surfactant)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 계면 활성제와, (b) 25℃에서 최소 0.001mmHg의 증기압을 갖는 50% 이하의 적어도 하나의 수용성 또는 분산성(dispersible) 유기 용매와, (c) 킬레이트 시약으로 0.01% 내지 25%의 테트라암모늄 에틸렌디아민-테트라아세테이트(테트라암모늄 DETA)와, (d) 물을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 경질 표면 클리너는 (a) 음이온 계면 활성제, 비이온 계면 활성제 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되며, 선택적으로 4기 암모늄 계면 활성제를 가지며 계면 활성제의 총량이 중량의 약 0.001% 내지 10%인 계면 활성제와 (b) 25℃에서 적어도 0.001mmHg의 증기압을 가지며, 클리너 중량의 1% 내지 50%의 양이 존재하는 알카놀, 디올, 글리콜 에테르 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매와 (c) 킬레이트 시약이며 클리너 중량의 약 0.01% 내지 25%가 존재하는 테트라포타슘 에틸렌디아민-테트라아세테이트(포타슘 EDTA)와 (d) 물을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 경질 표면 클리너는 (a) 선택적으로 4기 암모늄 계면 활성제를 가지며, 총량이 0.001% 내지 10% 존재하고, 알콕시레이티드 알킬페놀 에테르, 알콕시레이티드 알코올, 또는 자체가 모노-롱-체인 알킬, 디-숏-체인 트리알킬 아민 옥사이드, 알킬아미도디알킬 아민 옥사이드, 포스핀 옥사이드 및 설프옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 반극성 비이온 계면 활성제로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 계면 활성제와, (b) 25℃에서 최소 0.001mmHg의 증기압을 갖는 50% 이하의 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매와, (c) 킬레이트 시약으로 0.01% 내지 25%의 테트라암모늄 에틸렌디아민-테트라아세테이트(테트라암모늄 DETA)와, (d) 물을 포함한다.
특정 실시예에서, 경질 표면 클리너는 약 100cps 미만의 점도를 가지며, (a) 용해된 상태에서 적어도 약 85%의 물과, (b) 칼슘 이온과 조합될 때 25℃에서 0.2g/100g 물 이하의 용해성을 갖는 염을 형성하는, 카보네이트, 플루오라이드 또는 메타실리콘 이온과 같은 음이온 또는 이러한 음이온들의 혼합인 무기 음이온(anion)의 kg당 적어도 약 0,45의 당량(equivalent)과, (c) 복합물(composition)의 중량을 기초로 중량이 적어도 0.3%인 식 RR1R2N→ O의 아민 옥사이드를 포함하는 세척성 계면 활성제제로서, R은 C6- C12 알킬이고 R1 및 R2는 독립적으로 C1 -4 알킬 또는 C1 -4 하이드록시알킬인, 세척성 계면 활성제와, (d) 복합물의 중량을 기초로 적어도 약 0.5 중량%인 표백제(bleach)로서, 세척 복합물은 알칼리성으로서 킬레이트 시안, 포스포러스 함유 염 및 연마제가 본질적으로 포함하지 않는다.
특정 실시예에서, 로봇 클리너에 사용되는 세척 용액은 모두가 본원에 참조로서 포함되는, 미국 특허 제5,573,710호, 제5,814,591호, 제5,972,876호, 제6,004,916호, 제6,200,941호 및 제6,214,784호에 개시된 경질 표면 클리너의 하나 이상의 실시예를 포함하거나 또는 이러한 하나 이상의 예이다.
미국 특허 제5,573,710호는 카펫 및 실내 장식품(upholstery)과 같은 경질 표면 또는 경질 섬유 물질로부터 그리스 및 얼룩을 제거하기 위해 사용될 수 있는 수성 다중 표면 세척 복합물을 개시한다. 이러한 복합물은 (a) 일반식 (I)[general formula (I)] 내의 아민 옥사이드: 또는 일반식 (II) 내의 4기 아민 염: 또는 전술된 아민 옥사이드 및 4기 아민 염의 조합으로 구성되는 계면 활성제 시스템, 및 (b) 매우 적은 수용성 극성 유기 화합물을 포함한다. 매우 적은 수용성 극성 유기 화합물은 0.1 내지 1.0 중량% 범위의 수용성을 가질 수 있으며, 매우 적은 수용성 극성 유기 화합물 대 계면 활성제 시스템의 중량비는 약 0.1:1 내지 약 1:1의 범위를 가지며, R1 및 R2는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 하이드록시에틸 및 하이드록시프로필로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있다. R3는 각각이 10 내지 20 카본 원자를 갖는 직선 체인 알킬(straight chain alkyl), 분기 체인 알킬(branched chain alkyl), 직선 체인 헤레트로알킬(heretroalkyl), 분기 체인 헤테로알킬 및 알킬 에테르로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. R4는 1 내지 5 카본 원자를 갖는 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. X는 할로겐 원자이다.
특정한 경우에, 복합물은 스트리킹(streaking)을 감소시키는데 효과적인 양의 수용성 유기 화합물을 더 포함한다. 수용성 유기 화합물은 수용성 글리콜 에테르 및 수용성 알킬 알코올로부터 선택될 수 있다. 수용성 유기 화합물은 적어도 14.5 중량%의 수용성을 가질 수 있다. 계면 활성제 시스템 대 수용성 유기 화합물의 중량비는 약 0.033:1 내지 약 0.2:1이다.
미국 특허 제5,814,591호는 흙 제거가 개선된 수성인 경질 표면 클리너를 개시한다. 이 클리너는 (a) (i) 계면 활성제가 세척에 효과적인 양만큼 존재하는, 비이온 계면 활성제, 양성 계면 활성제 또는 이들의 조합이나 또는 (ii) 4기 암모늄 계면 활성제 중 하나와, (b) 25℃에서 적어도 0.001mmHg의 증기압을 가지며, 가용화 양(solubilizing-amount) 또는 분산에 효과적인 양(dispersion-effective amount)이 존재하는 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매와, (c) 킬레이트 시약이며, 클리너 내의 흙 제거를 강화하는데 효과적인 양이 존재하는 암모늄 에틸렌디아민-테트라아세테이트(암모늄 EDTA)와 (d) 물을 포함한다. 총 계면 활성제는 약 0.001% 내지 10%의 양이 존재할 수 있다. 농축 제품에서(concentrated product), 계면 활성제는 중량의 20%까지 존재할 수 있다. 비이온 계면 활성제는 알콕시레이티드 알킬페놀 에테르, 알콕시레이티드 알코올, 또는 자체가 모노-롱-체인 알킬, 디-숏-체인 트리알킬 아민 옥사이드, 알킬아미도디알킬 아민 옥사이드, 포스피닉 옥사이드 및 설프옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 반극성 비이온 계면 활성제로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매는 클리너 중량의 50% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 암모늄 EDTA는 테트라암모늄 EDTA일 수 있으며, 총 클리너 중량의 약 0.01% 내지 25%의 양으로 존재할 수 있다.
미국 특허 제5,972,876호는 수성인 경질 표면 클리너를 개시하며, 이러한 클리너는 (a) 음이온 계면 활성제, 비이온 계면 활성제, 및 이들의 혼합물로부터 구성되는 그룹으로부터 선택되고 선택적으로 4기 암모늄 계면 활성제를 가지며, 그 총량이 세척에 효과적인 양만큼 존재하는 계면 활성제와, (b) 25℃에서 적어도 0.001mmHg의 증기압을 가지며, 가용화 양 또는 분산에 효과적인 양이 존재하는 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매와, (c) 킬레이트 시약이며, 클리너 내의 흙 제거를 강화하는데 효과적인 양이 존재하는 암모늄 에틸렌디아민-테트라아세테이트(암모늄 EDTA)와 (d) 물을 포함한다. 총 계면 활성제는 약 0.001% 내지 10%의 양이 존재할 수 있다. 상기 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매는 알카놀, 디올, 글리콜 에테르 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 클리너 중량의 1% 내지 50%의 양으로 존재할 수 있다. 암모늄 EDTA는 테트라암모늄 EDTA일 수 있으며, 총 클리너 중량의 약 0.01% 내지 25%의 양으로 존재할 수 있다.
미국 특허 제6,004,916호는 수성인 경질 표면 클리너를 개시하면, 상기 클리너는 (a) 선택적으로 4기 암모늄 계면 활성제를 갖는 비이온 계면 활성제 또는 양성 계면 활성제 중 하나와, (b) 25℃에서 적어도 0.001mmHg의 증기압을 가지며, 가용화 양 또는 분산에 효과적인 양이 존재하는 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매와, (c) 킬레이트 시약이며, 클리너 내의 흙 제거를 강화하는데 효과적인 양이 존재하는 암모늄 에틸렌디아민-테트라아세테이트(암모늄 EDTA)와 (d) 물을 포함한다. 계면 활성제는 비이온 계면 활성제일 수 있으며 선택적으로 4기 암모늄 계면 활성제를 가질 수 있다. 비이온 계면 활성제는 알콕시레이티드 알킬페놀 에테르, 알콕시레이티드 알코올, 또는 자체가 모노-롱-체인 알킬, 디-숏-체인 트리알킬 아민 옥사이드, 알킬아미도디알킬 아민 옥사이드, 포스핀 옥사이드 및 설프옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 반극성 비이온 계면 활성제로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 계면 활성제의 총량은 약 0.001% 내지 10% 존재할 수 있다. 상기 적어도 하나의 수용성 또는 분산성 유기 용매는 클리너 중량의 50% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 암모늄 EDTA는 총 클리너 중량의 약 0.01% 내지 25%의 양으로 존재할 수 있는 테트라암모늄 EDTA일 수 있다.
미국 특허 제6,200,941호는 희석식 경질 표면 세척 복합물을 개시한다. 세척 복합물은 (a) 용해된 상태에서 적어도 약 85%의 물과, (b) 칼슘 이온과 조합될 때 25℃에서 0.2g/100g 물 이하의 용해성을 갖는 염을 형성하는 무기 음이온(anion)의 kg당 적어도 약 0,45의 당량(equivalent)과, (c) 복합물(composition)의 중량을 기초로 중량이 적어도 0.3%인 세척성 계면 활성제를 포함한다. 복합물은 약 100cps 미만의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 음이온은 카보네이트, 플루오라이드, 또는 메타실리콘 이온 또는 이러한 음이온의 혼합물일 수 있다. 세척성 계면 활성제는 식 RR1R2N→ O의 아민 옥사이드를 포함할 수 있으며, 이때 R은 C6- C12 알킬이고 R1 및 R2는 독립적으로 C1 -4 알킬 또는 C1 -4 하이드록시알킬이다. 복합물은 복합물의 중량을 기초로 적어도 약 0.5 중량%인 표백제를 더 포함할 수 있다. 임의의 경우에, 세척 복합물은 알칼리성으로서 킬레이트 시안, 포스포러스 함유 염 및 연마제가 본질적으로 포함하지 않는다.
미국 특허 제6,214,784호는 미국 특허 제5,972,876호에 개시된 것과 유사한 복합물을 개시한다. 복합물은 버터와 같은 디포타슘 카보네이트를 포함할 수 있다.
제어기 모듈
제어기 모듈(1000)은 복수의 다른 로봇 하부 시스템의 각각과 2방향 통신하도록 상호 연결된다. 로봇 하부 시스템의 상호 연결은 공지된 바와 같이 집적 인쇄 회로 보드 등에 형성되는 전도성 경로와 같은 전도성 소자 및/또는 상호 연결 와이어의 네트워크를 통해 제공된다. 일부 실시예에서, 제어기 모듈(1000)과 하나 이상의 로봇 하부 시스템 사이의 2방향 통신은 무선 통신 경로를 통해 발생한다. 제어 모듈(1000)은 요구될 수 있는 프로그램 단계, 알고리즘 및/또는 수학적이고 논리적 작동을 수행하기 위한 마이크로프로세서와 같은 프로그래밍 가능한 또는 프로그래밍된 디지털 데이터를 적어도 포함한다. 또한, 제어 모듈(1000)은 프로그램 단계 및 내부의 다른 디지털 데이터를 저장하기 위해 데이터 프로세서와 통신하는 디지털 데이터 메모리를 포함한다. 또한, 제어 모듈(1000)은 요구될 수 있는 타이밍 신호를 발생시키기 위한 하나 이상의 시계 요소를 포함한다.
일반적으로, 로봇(10)은 타일, 나무, 비닐, 리놀늄, 매끄러운 돌 또는 콘크리트 및 과도하게 연마되지 않으며 쉽게 액체를 흡수하지 않는 다른 제조된 바닥 커버링 층과 같은 카펫이 없는 실내 경질 바닥 표면을 세척하도록 구성된다. 하지만, 다른 실시예는 세척, 프로세싱, 처리 또는 횡 연마(traverse abrasive)하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇(10)은 요양 시설(residential home) 및 더 작은 상업용 시설(commercial establishment)로 대표되는 작은 수납식 가구를 구비한 방(small enclosed furnished rooms)의 바닥 위를 자동으로 이동하도록 구성될 수 있다. 로봇(10)은 사전에 한정된 세척 경로 위에서 작동될 필요가 없지만, 장애물 분포 또는 인클로저 형상에 상관없이 작동하도록 설계된 다양한 이송 알고리즘의 제어 하에서 사실상 모든 세척 표면 영역 위를 이동할 수 있다. 예컨대, 로봇(10)은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합 내에 제공되는 사전에 프로그래밍된 절차에 따라 세척 경로 위를 이동할 수 있어, 3가지 기본 작동 모드, 즉 이동 패턴과 같은 다양한 모드를 실행하며, 이러한 이동 패턴은 (1) "스폿-범위(spot-coverage)" 모드, (2) "벽/장애물 후속(wall/obstacle following)" 모드 및 (3) "튐(bounce)" 모드로 구별될 수 있다. 또한, 로봇(10)은 내부에 합체된 센서로부터 수신된 신호를 기초로 작동을 개시하도록 프로그래밍되고, 이때 이러한 작동은 상기 이동 패턴, 로봇(10)의 긴급 제동 또는 가청 경고 발생 중 하나를 수행하는 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 로봇의 이러한 작동 모드는 존스(Jones) 등에 허여되었으며 그 전체가 참조로서 본원에 포함된, 발명의 명칭이 "자동 로봇을 위한 다중 모드 커버리지용 방법 및 시스템(Method and System for Multi-Mode Coverage for an Autonomous Robot)"인 미국 특허 제6,809,490호에 상세하게 개시된다. 하지만, 본원은 대안적인 작동 모드 역시 개시하고 있다.
로봇(10)은 사용자 인터페이스(400)도 포함한다. 사용자 인터페이스(400)는 사용자 입력에 반응하여 전기 신호를 발생시키고 제어기(1000)에 신호를 통신하는 하나 이상의 사용자 입력 인터페이스를 제공한다. 사용자는 파워 온/오프, 시동, 정지 또는 세척 모드 변경과 같은 작동을 개시하고, 세척 지속 시간을 설정하고, 개시 시간 및 지속 시간과 같은 세척 파라미터를 프로그래밍하고, 그리고/또는 다른 많은 사용자 개시 명령(many other user initiated command)을 위해 사용자 명령을 입력할 수 있다. 사용자 인터페이스(400)는 로봇(10)에 탑재된 사용자 인터페이스로 개시되었지만, 다른 실시예도 추가적으로 또는 대안적으로 가능하다. 예컨대, 사용자 인터페이스는 로봇(10)에 지시를 전송하도록 구성된 원격 제어 장치[예컨대, 소형 장치(hand held device)]를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자 인터페이스는 로봇(10)에 지시를 전송하도록 구성된 프로그래밍 가능한 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇은 음성 인식 모듈을 포함할 수 있으며 사용자에 의해 제공되는 음성 명령에 반응할 수 있다. 본 발명과 함께 사용되는 것으로 예상되는 사용자 입력 명령, 기능 및 구성 요소는 그 전체가 본원에 참조로서 포함되었으며, 발명의 명칭을 "자동 로봇 장치를 위한 방법 및 원격 제어 스케줄러(Remote Control Scheduler and Method for Autonomous Robotic Device)"로 하여 2005년 6월 24일 출원된 두브로프스키(Dubrovsky) 등의 미국 특허 출원 제11/166,891호에 상세하게 개시되어 있다. 사용자 상호 작용의 특정 모드도 여기 개시된다.
센서 모듈
로봇(10)은 센서 모듈(1100)을 포함한다. 센서 모듈(1100)은 외부 상태를 감지하고 내부 상태를 감지하기 위해 로봇 시스템과 합체되고 섀시에 부착된 복수의 센서를 포함한다. 다양한 상태 감지에 반응하여, 센서 모듈(1100)은 전기 신호를 발생시키고 제어기(1100)에 전기 신호를 통신할 수 있다. 개별 센서들을 벽 및 다른 장애물을 검출하고, 표면 내의 단차부(drop-off)(종종 클리프로도 지칭됨)를 검출하고, 표면상의 부스러기를 검출하고, 배터리 파워가 낮은 것을 검출하고, 세척 유체 용기가 빈 것을 검출하고, 폐기물 용기가 가득 찬 것을 검출하고, 미끄러짐 또는 이동된 구동 휠 속도 거리를 검출하고, 단차 형성된 클리프를 검출하고, 회전 브러시 멈춤 또는 진공 시스템 막힘 또는 펌프 고장과 같은 세척 시스템 문제를 검출하고, 비효율적인 세척, 세척 표면 유형, 시스템 상태, 온도 및 많은 다른 상태를 검출하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 다른 기능들을 수행할 수 있다. 특히, 외부 요소들 및 상태를 감지하는 것과 관련된 센서 모듈(1100) 및 그 작동의 일부 양태는 존스에게 허여된 발명의 명칭이 "이동 로봇용 장애물 추종 센서 스켐(Obstacle Following Sensor Scheme for a Mobile Robot)"인 미국 특허 제6,594,844호와, 발명의 명칭을 "이동 로봇용 장애물 추종 센서 스켐(Obstacle Following Sensor Scheme for a Mobile Robot)"으로 하여 2005년 6월 24일 출원된 케세이(Casey) 등의 미국 특허 출원 제11/166,986호에 상세하게 개시되어 있으며, 두 문헌은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
로봇(10)은 습식 세척 구성 요소에 매우 밀접하게 제어 및 센서 구성 요소를 포함한다. 전술된 바와 같이, 로봇(10)은 집안 세척 용례에서 통상적으로 조우하는 임의의 다양한 다른 제한된 공간 내에 알맞은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 로봇(10)의 대부분의 체적은 액체 보관부(1500), 액체 어플리케이터(1400) 및 진공 하부 시스템(1300)이 차지하며, 이들 각각은 로봇(10) 도처에 물, 용매 및/또는 폐기물의 이송부를 포함할 수 있다. 습식 클리너를 사용하지 않고 폐기물을 발생하지 않는 많은 건식 진공 로봇과 달리, 로봇(10)의 일부 센서 및 제어 요소가 물에 대한 노출을 최소화하거나 또는 세척 유체 또는 용매를 더 많이 손상하는 것을 최소화하도록 밀봉되고 그리고/또는 위치 설정된다. 많은 산업용 클리너와 달리, 로봇(10)의 일부 센서 및 제어 요소는 세척 요소, 세척 유체 및/또는 폐기물에 매우 밀접하게(예컨대, 1인치 이내에) 패키징된다.
제어기(1000)는 섀시(100)에 탑재된 PCB를 이용하여 제공될 수 있으며 섀시를 따라 임의의 다양한 다른 위치에 고정된다. 예컨대, PCB는 리세스된 부분(406) 내의 신호 채널러(402)의 상부 부분에 탑재될 수 있다.
전체 주 제어 PCB는 적어도 JIS 등급 3(부드러운 스프레이) 물/유체 저항성을 갖는 내수성 또는 방수 하우징 내에 유체 밀봉되지만, 등급 5(강한 스프레이), 등급 7(일시적 침지) 및 등가의 침수 보호(equivalent water ingress protection)를 위한 ANS1/IEC 60529-2004 표준도 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 주 제어 PCB는 (1) 주 하우징 위의 하향 나사식 및 개스킷식 커버에 의해 (2) 주 하우징에 고정된 접착된 커버, 밀봉된 커버, 코킹된(caulked) 커버, 또는 용접된 커버에 의해 (3) 내수, 수밀, 방수 또는 밀폐식 밀봉 구획부 또는 모듈 내에 사전 조립됨으로써, 또는 (4) 수지 등에 포팅 또는 사전 포팅되기에 적합한 체적 내에 위치 설정됨으로써 JIS 등급 3 내지 7의 하우징 내에 밀봉된다.
많은 센서 요소들이 종종 국부 마이크로프로세서 및/또는 A/D 컨버터 등을 구비하는 국부 소형 회로 보드를 가지며, 이들 구성 요소들은 종종 유체 및 부식에 민감하다. 일부 실시예에서, 로봇(10)의 본체 도처에 분포된 센서 회로 보드는 유사한 방식으로 JIS 등급 3 내지 7 하우징 내에 밀봉된다. 일부 실시예에서, 적어도 주 회로 보드와, 주 회로 보드로부터 수 센티미터 떨어진 하나의 원격 회로 보드(예컨대, 사용자 인터페이스 회로 보드)를 포함하는 다중 회로 보드는 단일 정합 하우징 또는 커버에 의해 밀봉될 수 있다. 예컨대, 모든 회로 보드 또는 일부 회로 보드는 국부 센서 부위에 도달하는 연장부를 갖는 단일 플라스틱 또는 수지 모듈 내에 배열될 수 있다. 추가적으로 또는 부가적으로, 분포된 커버는 모든 회로 보드 위에 고정될 수 있다. 노출된 전기 연결부와 센서, 모터 또는 통신선의 단자는 커버, 모듈, 포팅, 슈링크 피트, 개스킷 등에 의해 유사한 방식으로 밀봉될 수 있다. 이러한 방식에서, 사실상 전체 전기 시스템은 세척액 및/또는 폐기물로부터 유체 밀봉되고 그리고/또는 격리된다. 회로 보드, PCB, 검출기, 센서 등으로 본원에서 정의된 임의의 그리고 모든 전기 또는 전자 요소들은 이러한 밀봉을 위한 후보들이다.
도 21을 참조하면, 로봇(10)의 전기 구성 요소[예컨대, PCB, 팬(112)]는 와이어 시일(120)을 사용하여 습기 및/또는 폐기물로부터 사실상 격리될 수 있다. 와이어 시일(120)은 와이어 시일(120)을 통해 연장하는 하나 이상의 개구(122)를 형성하여, 전기 구성 요소의 리드 와이어는 상기 하나 이상의 개구(122)를 통해 와이어 시일(120)의 일측으로부터 타측으로 통과될 수 있다. 리드 와이어가 하나 이상의 개구(122)를 통해 연장하면, 밀봉제(예컨대, 포팅 재료)가 리드 와이어를 적소에 고정하도록 하나 이상의 개구(122) 내로 도입될 수 있다. 사용시, 와이어 시일(120)은 로봇(10) 상에 위치 설정될 수 있어, 전기 구성 요소는 로봇(10)의 사실상 건조한 부분 내에 장착되는 반면에, 리드 와이어는 와이어 시일(120)을 통해 로봇(10)의 젖은 부분을 향해 연장한다. 와이어 시일(120)에 의해 제공되는 밀봉은 전기 구성 요소를 습기 및/또는 폐기물로 인한 손상으로부터 보호할 수 있다.
전방향 수신기(Omni-Directional Receiver)
도 22를 참조하면, 로봇(10)은 신호 채널러(402)의 바닥 부분을 따라 배치되는 전방향 수신기(410)를 포함한다. 도시를 목적으로, 도 22는 폐기물 흡인 도관(234)과 부착된 팬 흡인 도관(114)이 생략된 신호 채널러(402)를 도시한다. 특히 로봇(10)의 내비게이션 및 지시(direction)와 관련될 때, 전방향 센서(410)와 그 작동의 일부 양태가 발명의 명칭을 "자동 커버리지 로봇 내비게이션 시스템(AUTONOMOUS COVERAGE ROBOT NAVIGATION SYSTEM)"으로 하여 오지크(Ozick) 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 제11/633869호에 상세하게 개시되며, 이 문헌은 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
전방향 수신기(410)는 로봇(10)의 중심 수직축(20)(예컨대, 중심 수직축의 사실상 전방)으로부터 사실상 중심을 벗어나도록 신호 채널러(402) 상에 위치된다. 전방향 수신기(410)를 중심을 벗어나도록 위치 설정함으로써 제어 모듈(1000)은 한쪽 방향에 대해 더욱 민감할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 민감도로 인해 로봇(10)은 조정 도중 방향성을 인지할 수 있다. 예컨대, 전방향 수신기(410)가 신호를 수신하면, 제어 모듈(1000)은 전방향 수신기(410)에 의해 수신된 신호가 취약해지고 그리고/또는 사라질 때까지 로봇(10)이 제자리에서 회전하도록 지시할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 모듈(1000)은 로봇(10)이 취약한 신호가 검출되고 그리고/또는 신호가 검출되지 않는 방향으로 구동하도록 지시하며, 로봇(10)이 360도 회전해도 여전히 빔 내에 고착되는 경우, 로봇(10)은 자유롭게 되기 위한 마지막 시도록 180도 회전하고 전방으로 구동할 것이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 전방향 수신기(410)는 섀시(100)를 향해 대면하는 신호 채널러(402)의 바닥 부분(403)을 따라 사실상 배치될 수 있다. 전방향 수신기가 (예컨대, 로봇의 가장 높은 지점을 형성하는) 신호 채널러의 상부 표면으로부터 연장하는 구성에 비해, 전방향 수신기(410)를 신호 채널러(402)의 바닥 부분(403)을 따라 배치하는 것은 로봇(10)의 전체 높이 프로파일을 낮출 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 구성은 로봇(10)이 좁은 공간을 통해 조종되고 그리고/또는 위쪽 장애물과 충돌할 때의 손상으로부터 전방향 수신기(410)를 보호할 수 있다.
일부 실시예에서, 전방향 수신기(410)는 적외선광(IR)의 투과(transmission)를 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 안내부(예컨대, 광 파이프)가 원추형 반사기에서 방사된 광을 안내하여 방사광 수용기로 전달한다.
전방향 수신기(410)는 하우징(412)에 의해 형성되는 공동(414) 내에 사실상 배치된다. 커버(416)는 공동(414) 위로 연장하고 하우징(412)과 함께 사실상의 수밀 시일을 형성하여, 전방향 수신기(410)를 둘러싼다. 일부 실시예에서, 커버(416)는 하우징(412)에 해제 가능하게 부착되어, 예컨대 전방향 수신기(410)의 교체 및/또는 수리를 가능하게 한다. 하우징(412)과 커버(414) 사이의 사실상의 수밀 시일은 임의의 다양한 다른 시일을 포함할 수 있다. 시일의 예는 에폭시, 초음파 용접, 포팅 웰(potting well), 용접식 인터페이스, 플러그, 개스킷 및 폴리머 멤브레인을 포함한다.
사용 도중, 액티브 외부 장치(예컨대, 내비게이션 비콘)가 신호 채널러(402)를 향해 신호를 송신할 수 있다. 신호 채널러(402)는 입사 신호의 내부 전반사를 위해 구성되어, 신호는 신호 채널러(402) 내에서(예컨대, 신호 채널러를 형성하는 재료 내에서) 사실상 열화되지 않고 이동한다. 일부 실시예에서, 신호 채널러(402)는 연마된 폴리카보네이트 열 경화성 수지(polished polycarbonate resin thermoplastic)의 사실상 균일한 층이다. 신호 채널러(402)를 통해 이동하는 신호는 신호 채널러(402)를 통해 내부적으로 반사된다. 전방향 수신기(410)는 신호 채널러를 통해 반사되는 신호를 검출하도록 배열된다. 전방향 수신기(416)는 제어 모듈(1000)과 통신(예컨대, 전기 통신)한다. 신호 채널러(402)를 통해 이동하는 신호가 검출되면, 전방향 수신기(416)는 신호를 제어 모듈(1000)로 송신한다.
일부 실시예에서, 제어 모듈(1000)은 신호 공급부에서 멀리 떨어진 로봇(10)을 내비게이팅하기 위해 휠 모듈(500, 501)을 제어함으로써 전방향 수신기(416)로부터의 신호에 반응한다. 예컨대, 초기 탈출 절차로서, 제어 모듈(1000)은 로봇(10)을 후방으로 이동시키도록 휠 모듈(500, 501)에 지시할 수 있다. 후방으로의 이러한 이동은 로봇(10)을 빔으로부터 더 멀리 위치 설정할 수 있어, 로봇(10)은 사실상 제자리에서 회전함으로써 방향성[예컨대, 빔의 스핀 아웃(spin out)]을 결정할 수 있다. 후속하는 탈출 절차에서, 제어기(1000)는 신호로부터 먼 방향으로 로봇(10)을 지시할 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇이 수직 벽 패턴을 통과하지 못하도록, 로봇(10)은 수직 벽 패턴을 검출하도록 구성되고 방 벽과 같은 수직 벽 패턴을 처리하도록 프로그래밍된다.
일부 실시예에서, 로봇(10)은 포켓 라디오 네트워크에 의해 전송된 명령을 통해 내비게이션 빔의 상태를 제어하는 라디오를 포함한다.
제어기 모듈(1000)은 로봇(10)이 세척 모드인 상태에서 제1 영역 주위로 로봇(10)을 조종하도록 구성될 수 있다. 세척 모드에서, 로봇(10)은 (예컨대, 비콘으로부터의) 게이트웨이 표시 방사(gateway marking emission) 검출에 반응하여 재지시될 수 있다. 또한, 제어 모듈(1000)은 이동 모드인 상태에서 제2 경계 영역(bounded area) 내로 게이트웨이를 통해 로봇(10)을 조종하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 모듈(1000)은 사전에 설정된 시간 간격 동안 세척 모드로 제1 경계 영역 내에서 로봇(10)을 이동하도록 구성된다. 현재 시간 간격이 경과하면, 제어 모듈(1000)은 로봇(10)을 이동 모드로 이동시킬 수 있다. 이동 모드 중, 제어기(1000)는 습식 세척 프로세스를 사실상 중지한 상태에서 로봇을 조종하도록 휠 모듈(500, 501)에 지시할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방향 수신기(410)가 미리 설정된 횟수의 게이트웨이 표시 방사와 조우할 때 이동 모드가 개시될 수 있다.
벽 추종기
티끌 및 먼지는 방 에지에 축적되는 경향이 있다. 세척 완결성 및 내비게이션을 개선하기 위해, 로봇(10)은 벽을 따라 이동할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇(10)은 내비게이션 전략(예컨대, 전체 커버리지를 증진하기 위한 전략)의 일부로서 벽을 따라 이동할 수 있다. 이러한 전략을 사용하면, 로봇은 좁은 영역에 갇히게 될 가능성이 적어질 수 있다. 그렇지 않다면, 이러한 인트랩먼트(entrapment)로 인해 로봇은 더 클 수도 있는 다른 영역을 무시하게 된다.
벽 추종기를 사용할 때, 로봇과 벽 사이의 거리는 벽의 반사력(reflectivity)과 사실상 무관하다. 이러한 일관된 위치 설정으로 인해 로봇(10)은 어두운 색상의 벽과 밝은 색상의 벽 모두의 부근에서 사실상 동일한 효과를 갖는 세척을 수행할 수 있다. 벽 추종기는 적외선 방사기 및 검출기를 포함하는 이중 시준 시스템을 포함한다. 이러한 시준 시스템에서, 적외선 방사기 및 검출기의 시야(field of view)는 가시성의 원추들(cones of visibility)이 교차하는 선택 가능한 제한된 체적이 존재하도록 제한될 수 있다. 기하학적으로, 센서는 발산 반사(diffuse reflection) 및 정 반사(specular reflection) 모두를 검출할 수 있도록 배열될 수 있다. 이러한 배열로 인해 로봇(10)의 벽 추종 거리는 벽의 반사력과 사실상 무관하게 정밀하게 제어될 수 있다. 로봇(10)이 로봇과 벽 사이에서 유지하는 거리는 벽의 반사력과 무관하다.
도 4 및 도 23a 내지 도 23b를 참조하면, 로봇(10)은 범퍼(300)의 우측을 따라 사실상 배치되는 벽 추종기 센서(310)를 포함한다. 벽 추종기 센서(310)는 광자 검출기(314)의 사실상 전방에 광학 방사기(312)를 포함한다. 일부 실시예에서, 벽 추종기 센서(310) 및 광학 방사기(312)의 위치는 벽 추종기 센서(310)가 광 방사기(312)의 사실상 전방에 위치되도록 역전될 수 있다.
방사기(312) 및 검출기(314)는 범퍼(300)에 의해 형성될 수 있거나 또는 범퍼(300)에 장착 가능한 하우징에 의해 형성될 수 있는 개별 시준기 튜브(316, 318) 내에 배열된다. 시준기 튜브(316, 318)는 거의 평행한 배향으로 서로 밀접하게 이격되어, 방사기(312)의 방사장(field of emission)은 벽 추종기 센서의 전방의 소정 거리(예컨대, 약 1cm 내지 약 10cm)에서 검출기(314)의 시야와 교차한다. 방사기 및 검출기가 벽에 직접 조준된 일부 더 느리게 이동하는 로봇에 사용되는 벽 추종기 센서에 비해, 방사기(312)와 검출기(314)의 거의 평행한 배향은 방사기(312)와 검출기(314) 사이의 소정의 분리를 위한 더 멀리 떨어지고 더 깊은 교차 구역을 초래한다. 일부 실시예에서, 방사기(312)의 방사장과 검출기(314)의 시야 사이에 형성되는 각도는 약 10도 내지 30도(예컨대, 약 20도)이다. 이러한 범위 내의 각도는 신호 세기(signal strength)와 벽에 대한 각도 사이의 단조로운 관계(monotonic relationship)를 초래한다. 일부 실시예에서, 검출기와 방사기의 각 시준기는 서로를 향해 경사진다. 일부 실시예에서, 각 시준기의 각도는 로봇의 전향 속도가 변함에 따라 변경될 수 있다.
광자 검출기(314) 및 광학 방사기(312)의 거의 평행한 배향으로 인해, 로봇(10)은 벽의 짧은 거리 내에서 벽을 따라 이동할 수 있다. 검출기의 시준기와 방사기의 시준기가 사실상 서로를 향해 경사진 배향에 비해, 광학 방사기(312)와 광자 검출기(314)의 거의 평행한 배향은 신호 세기와 벽으로부터의 거리 사이의 더욱 선형인 관계를 초래한다.
도 23b는 벽 추종기 센서(310)의 배향을 개략적으로 도시한다. 방사기(312)는 벽(319)을 향해 신호(320)를 방사할 수 있다. 벽(319)은 신호를 반사하여, 반사된 신호(320')는 벽으로부터 다양한 다른 방향들로 확산된다. 반사된 신호(320')의 적어도 일부는 검출기(314)의 시야를 향해 다시 반사된다. 검출기의 시야 내에서 반사된 신호(320')의 검출은 제어기(1000)로 신호를 발생시킨다. 일부 실시예에서, 제어기(1000)는 로봇(10)과 벽(319) 사이의 거리를 제어하는데 신호를 사용한다.
도 24를 참조하면, 제어 모듈(1000)은 벽으로부터의 사실상 평행하게 고정된 거리에서 로봇(10)의 이동을 제어하도록 벽 추종기 센서(310)에 의해 검출된 신호에 반응하여 휠 모듈(500, 501)을 제어하는 로직을 포함할 수 있다. 벽 추종기 센서(310)는 방사기로부터의 신호를 변조할 수 있고(350) 반사가 검출될 때까지(352) (예컨대, 전술된 바와 같이) 검출기로부터의 신호를 검출할 수 있다. 이후 벽이 로봇 옆에 존재하고, 제어기 모듈(1000)은 로봇을 벽으로부터 회전(turn away)시킨 후(354), 반사(벽)가 다시 검출될 때까지(358) 로봇을 회전 복귀시킨다(turn back). 로봇(360)의 곡률 반경을 연속적으로 감소시킴으로써, 벽을 따르는 로봇의 경로는 더 부드러워진다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(1000)는 로봇이 벽을 추종할 때 벽으로부터 사실상 일정한 거리에서 로봇을 유지할 수 있게 하는 검출된 신호의 사실상 일정한 아날로그 값을 유지하도록 로봇(10)을 조향할 수 있다.
광학 방사기(312)에 의해 방사되는 신호를 검출하는 것에 부가하여 또는 그러한 검출의 대안으로서, 광자 검출기(314)는 다른 신호를 위한 수신기로 사용될 수 있다. 예컨대, 광자 검출기(314)는 몇 가지 데이터 전송을 수신하기 위한 적외선 포트로서 사용될 수 있다. 광자 검출기(314)를 통한 데이터의 이러한 전달은 밀봉을 어렵게 할 수 있으며 사용되지 않을 때 유수 경로로서 작용할 수 있는 케이블 포트에 대한 필요를 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 모듈(1000)은 벽 추종 모드와 데이터 전달 모드 사이에서 광자 검출기(314)를 교환할 수 있다. 예컨대, 로봇(10)이 [예컨대, 휠 모듈(500, 501)로부터 수신된 전압 및 전류 신호를 통해] 이동하지 않는다는 것을 제어 모듈(1000)이 검출하면, 제어 모듈(1000)은 데이터 전달 특성(data transfer character)을 위해 광자 검출기(314)를 모니터링할 수 있다. 데이터 전달 특성을 검출하면, 제어 모듈(1000)은 전술된 바와 같이 광자 검출기를 통해 전달될 수 있는 데이터 전달 모드로 광자 검출기(314)를 절환할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 데이터 전달 특성을 검출하면, 제어 모듈(1000)은 내부 무선 시리얼 포트(예컨대, 블루투스 무선 시리얼 포트) 사이에서 특정한 명령이나 스위치 버튼을 요구하지 않고 외부 벽 추종기 시리얼 포트로 절환할 수 있다. 제어 모듈(1000)은 데이터 전달이 완료될 때까지 로봇(10)이 이동하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 제어 모듈(1000)은 벽 추종기 센서(310)가 (예컨대, 로봇에 전력이 공급되었지만 세척을 수행하지 않을 때) 시리얼 포트로서 작동될 수 있는 상태 중에 휠 모듈(500, 501)을 이동하는 것을 거부할 수 있다. 특정 실시예에서, 로봇(10)이 이동하는 것을 제어 모듈(1000)이 검출하면, 제어 모듈(1000)은 데이터 전송 특성을 무시하여, 로봇(10)이 운동하는 상태에서 제어 모듈(1000)은 소프트웨어 업데이트를 수신하지 않을 것이다. 벽 추종기가 전술되었다.
범프 센서
범프 센서는 로봇이 물리적으로 장애물과 조우했는 지를 검출하는데 사용될 수 있다. 범프 센서는 로봇이 장애물과 조우했다는 것을 결정하기 위해 로봇 내의 물리적 변위 또는 전기 용량(capacitance)과 같은 물리적 성질을 사용할 수 있다.
도 7을 참조하면, 섀시(100)는 사실상 섀시(100)의 전방 부분을 따라 우측 범프 센서(330) 및 좌측 범프 센서(332)를 탑재한다. 범프 센서(330, 332)는 전후축(22)의 양측에 사실상 균일하게 위치 설정되고 중심 수직축(20)을 따라 사실상 동일한 높이에 위치 설정된다. 상술된 바와 같이, 범퍼(300)는 힌지(110)에 의해 섀시(100)에 부착되어, 범퍼(300)는 장애물과 조우한 경우 전후축(22)을 따라 후방으로 소정 거리를 이동할 수 있다. 범프가 없는 경우, 범퍼(300)는 각 범프 센서(330, 332)의 사실상 전방으로 짧은 거리에서 섀시(100) 상에 힌지식으로 지지된다. 범퍼(300)가 (예컨대, 장애물과 조우할 경우) 후방으로 이동하면, 범퍼(300)는 범프 센서(330, 332) 중 하나 또는 양자 모두를 가압하여 제어 모듈(1000)에 의해 검출 가능한 범프 신호를 생성한다.
검출된 범프 신호에 반응하여, 제어 모듈(1000)은 범프로부터 멀리 내비게이팅될 수 있다. 예컨대, 제어 모듈(1000)은 로봇(10)을 뒤쪽으로 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 범퍼(300)는 범프에 반응하여 횡으로 이동할 수 있어서, 범프 센서(330, 332)는 범프의 방향성을 결정하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 범퍼(300)가 우측의 장애물과 조우하면, 범퍼(300)는 좌측으로 횡 이동하여 우측 범프 센서(330)와 접촉할 수 있다. 제어 모듈(1000)이 우측 범프 센서(330)로부터 신호를 검출하고 좌측 범프 센서(332)로부터는 신호를 검출하지 않은 경우, 제어 모듈(1000)은 로봇을 감지된 범프 상태로부터 멀어지도록 좌측을 향해 이동시키는 탈출 거동을 개시할 수 있다. 유사한 예에서, 제어 모듈(1000)은 로봇(10)의 좌측에서 검출된 범프로부터 멀어지도록 로봇(10)을 내비게이팅할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 모듈(1000)은 범프 센서(330, 332) 중 하나 또는 양자 모두가 작동할 때 세척 절차를 중지할 수 있으며(예컨대, 세척 표면에 액체를 가하는 것을 중지할 수 있으며), 추가적으로 또는 대안적으로 탈출 절차가 완료되면 세척 절차를 재개할 수 있다. 특정 실시예에서, 범프 센서는 범퍼에 의해 조우되는 기계적 충격의 양을 검출할 수 있어서, 제어 모듈은 검출된 충격이 경계값(예컨대, 로봇이 표면으로부터 떨어진 것을 나타내는 충격) 이상인 경우 세척 절차를 정지할 수 있다.
도시 및 설명을 목적으로, 우측 범프 센서(330)가 상세하게 후술된다. 좌측 범프 센서(332)는 우측 범프 센서(330)와 유사한 구성을 포함하며, 별도로 지시되지 않는 한 우측 범프와 동일하다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 범프 센서(330)는 센서 본체(340), 센서 본체(340)의 표면에 지지되는 원추부(342) 및 원추부(342)를 지지하는 표면에 사실상 반대쪽의 센서 본체(340)의 표면에 고정된 범퍼 스위치 PCB(346)를 포함한다. 센서 본체(340)는 범퍼 스위치 PCB(346)를 사실상 적소에 고정하기 위해 범퍼 스위치 PCB(346)의 에지 구역 주위를 연장하도록 구성된 중첩 구역(347)을 포함한다. 중첩 구역(347)은 범퍼 스위치 PCB(346)를 적소에 고정하기 위해 소량의 접착제를 포함할 수 있다. 범퍼 스위치 PCB(346)는 전기 회로를 탑재하고 제어 모듈(1000)과 전기 통신하도록 구성된다.
원추부(342)는 넓은 단부(341)와 좁은 단부(343)를 포함하고 그 사이에 절두 원추형 공동을 형성한다. 넓은 단부(341)는 센서 본체(340)에서 원격에 지지된다. 사용시, 범퍼(300)는 장애물과 조우했을 때 넓은 단부(341)와 접촉한다. 전도성 필(345, pill)이 원추부(342)의 좁은 단부(343)를 따라 배치된다. 전도성 필(348)은 카본일 수 있으며, 추가적으로 또는 대안적으로 퍽의 형상으로 형성될 수 있다.
센서 본체(340)는 센서 본체(340)로부터 연장하는 돔 형상의 공동을 형성하는 탄성 구역(344)을 포함한다. 탄성 구역(344)은 원추부(342)의 좁은 단부를 지지하고, 원추부(342)의 넓은 단부는 탄성 구역(344)으로부터 멀리 연장한다. 전도성 필(348)의 적어도 일부는 범퍼 스위치 PCB로부터 소정의 거리(예컨대, 적어도 약 2mm)에서 탄성 구역(344)에 의해 형성된 돔 형상의 공동으로 연장한다.
탄성 구역(344)은 원추부(342)의 넓은 단부(341) 상에 가해지는 압력에 반응하여 센서 본체(340)를 향해 만곡되도록 구성되어, 전도성 필(348)은 범퍼 스위치 PCB(346)와 접촉하여 범퍼 스위치 PCB(346)에 탑재되는 회로를 완결하는 기계적 스위치로서 작용한다[예컨대, 제어기 모듈(1000)에 신호를 발생한다]. 일부 실시예에서, 원추부(342) 및/또는 탄성 구역(344)은 범퍼(300)와의 접촉에 의해 발생되는 기계적 충격의 일부를 흡수하여, 전도성 필(348)로부터 범퍼 스위치 PCB(346)로 전달되는 힘을 감소시킨다. 이러한 원추부(342)의 변형은 장애물과 조우하는 기계적 충격이 범퍼 스위치 PCB(346)를 손상시킬(예컨대, 균열시킬) 가능성을 감소시킬 수 있다.
원추부(342)의 넓은 단부로부터 압력을 제거하면, 탄성 구역(344)은 범퍼 스위치 PCB(346)로부터 이격되는 초기 배향으로 사실상 복귀한다. 전도성 필(348)이 범퍼 스위치 PCB(346)에서 원격에 위치 설정되면, 범퍼 스위치 PCB(346)에 탑재된 회로는 불안전해져서 신호는 제어 모듈(1000)로 전송되지 않는다.
일부 실시예에서, 기부(340) 및 원추부(342)는 실리콘으로 일체로 형성된다. 특정 실시예에서, 실리콘은 전도성 필(348) 위에 몰딩되어 원추부(342)의 좁은 단부(348) 상에서 사실상 적소에 전도성 필(348)을 고정한다.
클리프 센서
클리프 센서는 로봇의 일부(예컨대, 전방 부분)가 가장자리(예컨대, 클리프)와 조우했는지를 검출하는데 사용될 수 있다. 클리프 센서는 클리프의 존재를 검출하기 위해 광학 방사기 및 광자 검출기 쌍을 사용할 수 있다. 클리프 검출기로부터의 신호에 반응하여, 로봇은 임의의 다양한 다른 클리프 회피 거동을 개시할 수 있다.
도 27을 참조하면, 범퍼(300)는 각각이 범퍼(300)의 하위 부분을 따라 배치되는 좌측 클리프 센서(360), 중심 클리프 센서(362), 우측 클리프 센서(364)를 포함한다. 클리프 센서(360, 362, 364)는 사실상 서로로부터 균일하게 이격되고 각 센서(360, 362, 364)는 표면을 향해 하향 조준된다. 중심 클리프 센서(362)는 사실상 충전 도어(304) 아래에서 범퍼(300)의 중심 부근에 배열된다.
도 28을 참조하면, 좌측 및 우측 클리프 센서(360, 364)는 범퍼(300)의 각 우측 및 좌측 단부 부근에 배열되어 휠(504, 505)의 사실상 전방에서 사실상 휠(504, 505)과 각각 정렬되도록 위치 설정된다. 좌측 및 우측 클리프 센서(360, 364)의 이러한 위치 설정으로 인해, 로봇(10)은 빠른 전향 속도(예컨대, 약 200mm/s 내지 약 400mm/s)로 이동할 수 있으며, 동시에 로봇(10)에 클리프 이벤트를 검출하기에 충분한 시간이 허용되고 로봇은 검출된 클리프 이벤트에 성공적으로 반응할 수 있다[예컨대, 하나 이사의 휠이 클리프를 넘어가기 전에 정지하도록 전향 추진력(force of forward momentum)을 극복한다]. 예컨대, 클리프 이벤트가 클리프 센서(360)에서 검출되면, 휠(504)은 표면과 접촉을 유지할 수 있으며 탈출 절차 도중 트랙션 및 후방 추력을 제공할 수 있다. 로봇의 중량이 세척액으로 완전히 적재된 상태에서 2kg 미만이며 약 200mm/s 내지 약 400mm/s(예컨대, 약 300mm/s)의 최대 전향 속도로 이동하는 실시예에서, 클리프 센서(360, 364)는 각 휠(504, 505)의 사실상 전방으로 약 50mm 내지 약 100mm에 위치 설정된다.
도 29를 참조하면, 클리프 센서(360, 362, 364) 각각은 사실상 서로에 대해 경사진 방사기 시준기 튜브(368)와 검출기 시준기 튜브(370)를 형성하는 하우징을 포함한다. 광학 방사기(372)는 방사기 시준기 튜브(368) 내에 사실상 배열되고, 광자 검출기(374)는 검출기 시준기 튜브(370) 내에 사실상 배열된다. 광학 방사기(372)는 표면(378)을 향해 신호(376)를 발생한다. 신호(376')는 검출기 시준기튜브(370)를 향해 표면(378)으로부터 반사되고 광자 검출기(374)에 의해 검출된다.
도 30을 참조하면, 각 클리프 센서(360, 362, 364)는 수 kHz의 주파수에서 방사기를 변조하고 이러한 주파수로 동조된, 검출기로부터 임의의 신호를 검출한다(380). 신호가 검출기에 의해 출력되지 않으면(382), 예측 표면이 존재하지않으며 중첩이 검출되지 않는다. 반응시, 회피 알고리즘이 개시되어(384) 로봇이 클리프를 피한다. 반사된 신호가 검출되면, 처리가 계속된다(380).
일부 실시예에서, 클리프 센서(360, 362, 364)는 로봇(10)의 정체(stasis)를 검출하는데 사용될 수 있다. 로봇의 침액 요소(204)는 액티브 요소이며, 따라서 클리프 센서(360, 362, 364)의 신호 처리를 사실상 간섭하지 않는다. 따라서, 제어기(1000)는 로봇(10)이 표면을 따라 이동할 때 로봇(10)을 요동 운동(wiggle motion)하도록 전후로 이동시킬 수 있다. 로봇(10)의 다른 구성 요소로부터 사실상의 간섭 없이, 각 클리프 센서(360, 362, 364)는 반사된 신호(376')의 작은 변화를 감지할 수 있으며, 이러한 변화는 로봇(10)이 (예컨대, 직선 운동으로, 회전 운동으로, 요동 운동으로) 표면을 가로질러 이동할 때 표면 내의 변화에 대응한다. 반사된 신호(376')에 변화가 없는 것은 로봇(10)이 고착된 상태(stuck condition)에 있다는 것을 나타낸다.
정체 센서
정체 센서는 로봇이 사실상 이동하는지 또는 이동하지 않는지를 검출하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 정체 센서는 로봇이 장애물에 대해 잼 상태가 되었는지 또는 로봇이 물체 위에서 경사지거나 또는 좌초되었을 때와 같이 구동 휠이 바닥으로부터 결합 해제되었는지를 검출하는데 사용될 수 있다. 습식 세척 용례에서, 정체 센서는 휠이 표면에 가해진 세척액 위에서 미끄러지는 지를 검출할 수 있다. 이러한 환경에서, 구동 휠은 이동 로봇이 구동 휠에 파워를 가할 때 회전할 수 있지만, 로봇은 이동하지 않는다.
도 3 및 도 31을 참조하면, 정체 센서(540)는 우측 휠 모듈(500)의 내측에서 섀시(100)에 탑재된다. 정체 센서(540)는 횡축(500)과 사실상 정렬되고 표면과 비하중 베어링 접촉(non-load bearing contact)된다. 도 31은 휠 모듈(500)이 제거된, 섀시(100)에 탑재된 정체 센서(540)를 도시한다. 정체 센서(540)는 로봇(10)이 이동함에 따라 횡축(23)을 중심으로 회전한다.
도 32를 참조하면, 정체 센서(540)는 중심 보어(543)를 형성하고 중심 보어(543)로부터 오프셋된 자성 리세스(548)를 형성하는 정체 휠(542)을 포함한다. 허브(544)가 중심 보어(543)와 사실상 정렬되고 정체 휠(542)을 휠 하우징에 회전 가능하게 고정하도록 구성되어, 정체 휠(542)은 로봇 이동 도중 표면 또는 바닥과의 마찰 접촉에 반응하여 자유롭게 회전할 수 있다. 자석(546)은 자성 리세스(548) 내로 정렬(예컨대, 프레스 끼움)된다.
사용시, 정체 센서(540)는 회전하고 자석(546)은 로봇 내의 리드 스위치(reed switch)를 활성화한다. 리드 스위치의 활성화는 예컨대, 제어기(1000)에 의해 검출 가능한 신호를 생성한다. 이러한 구성에서, 정체 센서(540)는 정체 휠의 회전당 하나의 신호 펄스를 생성한다. 정체 센서(540)에 의해 생성된 신호는 정체 검출 및/또는 오도메트리(odometry)에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 각 구동 휠은 정체 센서를 포함한다. 이러한 구성에서, 제어기(1000)는 각 센서로부터의 출력 차이를 기초로 로봇의 운동을 결정할 수 있다. 예컨대, 제어기(1000)는 로봇이 회전할 것인가와 로봇이 회전하는 방향을 결정할 수 있다.
정체 센서가 리드 스위치를 활성화하는 자석을 포함하는 것으로 개시되었지만, 다른 실시예도 가능하다. 일부 실시예에서, 정체 센서는 광학 방사기 및 광자 검출기 쌍이 사실상 정체 센서를 가로질러 위치 설정되는 브레이크빔(breakbeam) 배열을 포함할 수 있다. 정체 센서가 회전하면, 방사기/검출기 쌍은 회전하는 정체 휠에 의해 유발되는 빔 내의 파손(break)을 검출할 수 있다.
일부 실시예에서, 정체 휠은 교호의 광 섹션 및 어두운 섹션(alternating light section and dark section)을 포함할 수 있다. 광 센서가 2색 휠이 회전할 때 광 섹션으로부터 어두운 섹션으로(그리고 그 반대로)의 전이(transition)를 검출하도록 정체 휠 부근에 위치 설정될 수 있다. 2색 휠의 광 섹션 및 어두운 섹션의 검출 사이의 대조(contrast)를 모니터링함으로써, 광 센서는 제어기에 신호를 출력하여, 2색 휠이 너무 더럽게 되거나 또는 불분명해져서 예컨대, 운동, 속도 또는 정체 검출에 유용하지 않다는 것을 나타낼 수 있다. 반응시, 제어기는 다른 정체 검출 시스템으로 전이될 수 있다.
특정 실시예에서, 정체 센서는 로봇을 추진하기 위해 하나 이상의 구동 휠을 회전시키는 구동 모터에 의해 인출되는 전류(이하 "구동 전류")를 모니터링하는 구동 모터 전류 센서를 포함한다. 구동 모터 전류 센서 및 구동 모터 모두는 구동 휠 모듈에 탑재될 수 있다. 구동 전류가 경계값보다 높으면, 정체 센서는 로봇이 정체 상태에 있다는 것을 결정한다. 구동 전류가 경계값보다 낮으면, 정체 센서는 휠 상의 하중이 너무 낮다(예컨대, 휠이 미끄러진다)는 것을 결정한다.
도 33을 참조하면, 특정 실시예에서 정체는 요동 센서(550)를 사용하여 검출될 수 있다. 요동 센서(550)는 서로를 향해 경사진 두 표면(556, 554)을 갖는 하우징(552)을 포함하고 상기 두 표면은 하우징(552) 내에 사실상의 V자형 공동(555)을 형성한다. 하우징(552)은 V자형 공동의 양측에 배열되는 광학 방사기(558) 및 광자 검출기(560)를 포함한다. 광학 방사기(558)는 광자 검출기(560)로 신호를 송신하도록 구성되고, 광자 검출기(560)는 신호를 감지하도록 구성된다. 제어기(1000)가 요동 운동으로 로봇(10)을 이동시키면, 볼(도시 생략)은 요동 운동에 반응하여 V자형 공동을 상하 이동시킨다. V자형 공동 내에서의 볼의 이동은 광학 방사기(558)와 광자 검출기(560) 사이의 신호 통과의 방해로서 검출된다. 이러한 방해는 로봇(10)이 요동 운동에 반응하여 이동하는 것을 나타낸다. 광학 방사기(558)와 광자 검출기(560) 사이를 통과하는 신호가 요동 운동 도중 방해받지 않고 유지되면, 제어기(1000)는 방해받지 않는 신호를 정체 상태로 해석한다.
제어기(1000)는 알고리즘을 사용하여 제1 정체 검출 시스템으로부터 제2 정체 검출 시스템으로 전이할 수 있다. 전이는 하나일 수 있거나(전체적이고 즉각적인 스위칭) 또는 (예컨대, 제1 정체 검출 시스템 및/도는 제2 정체 검출 시스템에 대한 신뢰 계수(confidence coefficient)를 가함으로써) 정도(degree) 및/또는 시간에 있어서 점진적일 수 있다. 제어기(1000)는 두 정체 검출 시스템으로부터의 입력을 동시에 구할 수 있어, 제1 및 제2 정체 검출 시스템의 특성에 따른 적분 방정식(integration equation)에 따라 구해진 입력을 적분할 수 있다.
파워 모듈/인터페이스 모듈
파워 모듈(1200)은 주요 로봇 하부 시스템 전부에 전력을 전달한다. 파워 모듈(1200)은 예컨대, 니켈 금속 수소화물 배터리 등과 같은 재충전식 배터리인, 섀시(100)에 해제 가능하게 부착된 자급식(self-contained) 파워 공급부를 포함한다. 또한, 파워 공급부는 임의의 다양한 다른 재충전 요소 및/또는 재충전 모드에 의해 재충전되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 배터리는 방전되거나 사용할 수 없게 되었을 때 사용자에 의해 교체될 수 있다. 또한, 제어기(1000)는 필요한 경우 파워 사용을 모니터링하고 파워 보존 모드를 개시하기 위해 파워의 분포를 제어하도록 파워 모듈(1200)과 인터페이싱될 수 있다.
로봇(10)은 하나 이상의 인터페이스 모듈(1700)을 포함할 수 있다. 각 인터페이스 모듈(1700)은 섀시(100)에 부착되고 하나 이상의 외부 장치와 상호 연결하기 위한 상호 연결 요소 또는 포트를 제공할 수 있다. 상호 연결 요소는 로봇(10)의 외부 표면에 쉽게 접근 가능하다. 또한, 제어기(1000)는 외부 장치와의 로봇(10)의 상호 작용을 제어하도록 인터페이스 모듈(1700)과 인터페이싱될 수 있다. 특히, 인터페이스 모듈 요소가 종래의 AC 또는 DC 파워 아웃렛과 같은 파워 공급부 또는 외부 파워 공급부를 통해 재충전식 배터리를 충전할 수 있다. 재충전식 배터리의 충전을 위한 인터페이스 모듈은 로봇(10)의 충전 포트 내에 물이 존재하는 경우 재충전식 배터리가 충전하는 것을 방지하는 단락-회로 루프를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 재충전식 배터리는 배터리 재충전 경로 내에 물이 존재하는 경우 시동하는(trip) 퓨즈를 포함한다.
다른 인터페이스 모듈 요소는 무선 네트워크를 통해 단방향 또는 양방향 통신하도록 구성될 수 있으며, 추가의 인터페이스 모듈 요소는 예컨대, 세척 유체 저장고를 충전하기 위해 액체 및 그 사이의 유리된 입자를 교환하기 위한 하나 이상의 기계 장치와 인터페이싱되도록 구성될 수 있다.
로봇(10)과 인터페이싱하기 위한 액티브 외부 장치는 바닥 직립형 도킹 스테이션(floor standing docking station), 소형 원격 제어 장치, 로컬 또는 원격 컴퓨터, 모뎀, 코드 및/또는 데이터를 로봇(10)과 교환하기 위한 휴대용 메모리 장치 및 로봇(10)을 네트워크에 연결된 임의의 장치와 인터페이싱하기 위한 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 인터페이스 모듈(1700)은 탑재 케이스 등에 로봇을 부착하거나 또는 보관하기 위해 로봇(100)을 벽에 부착하는 후크 또는 래칭 기구와 같은 패시브 요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 액티브 외부 장치는 가상 벽 패턴의 신호를 방사함으로써 방과 같은 세척 공간에 로봇(10)을 한정할 수 있다. 로봇(10)은 가성 벽 패턴을 통과하지 않도록, (예컨대, 전술된 바와 같이 전방향 수신기를 사용하여) 가상 벽 패턴을 검출하도록 구성될 수 있으며 방과 같은 가상 벽 패턴을 처리하도록 프로그래밍된다. 이러한 구성은 발명의 명칭이 "로봇 위치 설정 및 제한을 위한 방법 및 시스템(Method and System for Robot Localization and Confinement)"인 존스 등의 미국 특허 제6,690,134호에 개시되며, 상기 문헌은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
일부 실시예에서, 액티브 외부 장치는 로봇(10)과 인터페이싱하는데 사용되는 기부 스테이션을 포함한다. 기부 스테이션은 벽 AC 콘센트와 같은 집안 전원 공급부 및/또는 급수 파이프, 폐기물 배출 파이프 및 네트워크 인터페이스와 같은 다른 집안 설비와 연결되는 고정된 유닛을 포함할 수 있다. 로봇(10) 및 기부 스테이션 각각은 자동 도킹하도록 구성될 수 있으며 기부 스테이션은 로봇 파워 모듈(1200)을 충전하고 다른 방식으로 로봇을 수리하도록 추가로 구성될 수 있다. 자동 도킹하고 로봇 파워 모듈을 재충전하도록 구성된 자동 로봇 및 기부 스테이션은 발명의 명칭을 "자동 로봇 자동 도킹 및 에너지 관리 시스템 및 방법(Autonomous Robot Auto-Docking and Energy Management Systems and Methods)"으로 2004년 1월 21일 출원된 코헨(Cohen) 등의 미국 특허 출원 제10/762,219호에 개시되며, 이 문헌은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본원에 개시된 것과 조합될 수 있는 다른 로봇 상세 및 구성은 발명의 명칭을 "소형 자동 커버리지 로봇(COMPACT AUTONOMOUS COVERAGE ROBOT)"으로 하여 본원과 동시에 출원된 후속하는 미국 특허 출원 제 호에 개시되어 있으며, 당해 출원의 전체는 참조로서 본원에 포함된다.
100: 본체
W: 수집 체적부
402: 신호 채널러
410: 광학 수용기
504, 505: 우측 및 좌측 구동 휠
1000: 제어기
1300: 진공 조립체
1600: 구동 시스템

Claims (5)

  1. 자동 로봇이며,
    섀시(100)와,
    섀시(100)에 의해 지지되고, 세척 표면으로부터 폐기물을 흡입하도록 구성되는 진공 조립체(1300)와,
    섀시(100)에 의해 지지되고, 진공 조립체(1300)에 의해 흡입되는 액체 폐기물을 수집하기 위해 진공 조립체(1300)와 유체 소통하는 수집 체적부(W)와,
    진공 조립체(1300)와 수집 체적부(W) 사이의 유체 소통의 적어도 일부를 차단하도록 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동 가능한 시일(682; 684)을 포함하고,
    시일은 자동 로봇이 세척 표면으로부터 들어올려질 때에 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하여 수집 체적부로부터 액체 폐기물이 빠져나오지 못하도록 구성되는
    자동 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    섀시에 커플링되고, 상부 위치와 바닥 위치를 갖는 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템(500; 501)을 더 포함하고,
    시일은 바이어스드-투-드롭 서스펜션 시스템이 상부 위치로부터 바닥 위치로 이동할 때 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하도록 구성되는
    자동 로봇.
  3. 제1항에 있어서,
    섀시에 의해 지지되고, 세척 표면 위에서 자동 로봇을 조정하도록 구성된 휠 모듈(500, 501)과,
    휠 모듈과 시일에 커플링되는 연동 장치(680)를 포함하고,
    시일은 연동 장치를 통한 수직 방향으로의 휠 모듈의 이동에 응답하여 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하도록 구성되는
    자동 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    섀시에 의해 지지되고, 세척 표면 위에서 자동 로봇을 조정하도록 구성된 휠 모듈(500, 501)과,
    수직 방향으로의 휠 모듈의 이동을 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하고,
    시일은 검출 유닛의 검출 결과에 응답하여 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하도록 구성되는
    자동 로봇.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서
    진공 조립체(1300)는 팬(112)을 포함하고, 시일(682; 684)은 팬(112)과 수집 체적부(W) 사이의 유체 소통의 적어도 일부를 차단하도록 구성되는
    자동 로봇.
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