KR101648348B1 - 무선 전력 충전 기능을 구비한 로봇 청소 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 충전 기능을 구비한 로봇 청소 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

로봇 청소 시스템에서 무선으로 충전하는 로봇 청소기 및 제어 방법이 제공된다. 일 측면에 따른 무선으로 충전하는 로봇 청소기는 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 공진 전력을 수신하는 타겟 공진기와, 수신한 상기 공진 전력을 필요한 정격 전압으로 변환하는 무선 전력 수신부 및 배터리의 상태를 체크하고, 상기 배터리의 상태에 따라 상기 전격 전압을 이용해서 상기 배터리를 충전하는 배터리 제어부를 포함해서 충전 필요 시 무선으로 충전할 수 있다.

Description

무선 전력 충전 기능을 구비한 로봇 청소 시스템 및 제어 방법{Robot cleaning system and control method that equip wireless electric power charge function}
기술분야는 로봇 청소 시스템에 관한 것이다. 로봇 청소 시스템은 로봇 청소기의 배터리를 실시간으로 확인하고 무선으로 충전할 수 있다.
로봇 청소기는 실내의 이물질을 제거하여 청결하게 하는 기구로서, 저압부의 흡입력을 이용하여 이물질을 빨아들이는 진공청소기가 일반적으로 사용된다. 근래에는 사용자의 노동력 없이도 자동 주행 기능을 통해 스스로 이동하면서 바닥의 이물질을 제거하는 로봇청소기가 개발되고 있다.
일반적으로 로봇 청소기는 실내의 특정 장소에 위치되어 로봇 청소기의 충전이나 로봇 청소기 내에 저장된 먼지를 비우는 기능을 담당하는 스테이션(이하 '도킹 스테이션'이라 한다)과 함께 하나의 시스템을 이루어 사용된다.
위와 같은 로봇 청소 시스템에서는 로봇 청소기와 도킹 스테이션을 연결하여 충전하게 된다. 이 경우 충전을 위해서 정확한 도킹이 이루어져야 하며, 도킹이 잘 이루어지지 않으면 충전이 잘 되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같이, 종래의 로봇 청소기는 배터리 충전을 위해 도킹 스테이션과 같은 장치에 직접 연결되어 충전하거나, 충전기를 교체하는 등의 작업을 수행해야만 한다.
일 측면에 있어서, 전원을 인가 받아 전력을 발생시키고, 상기 생성된 전력을 무선으로 송신하는 무선 전력 송신 장치 및 기 설정된 청소 영역의 크기를 고려하여 청소 모드를 수행하고, 상기 무선으로 송신된 전력을 수신하여 정격 전압으로 변환하고, 상기 정격 전압을 이용하여 배터리를 충전하는 로봇 청소기를 포함하는 로봇 청소 시스템이 제공된다.
이때, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 생성된 전력을 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식 또는 공진 방식 중에서 적어도 하나로 송신할 수 있다.
이때, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 로봇 청소기와의 거리에 따라 전파 수신 방식 또는 공진 방식 중 하나를 선택해서 상기 생성된 전력을 무선으로 송신할 수 있다.
이때, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 생성된 전력을 상기 전파 수신 방식으로 송신하는 경우 50 MHz~2.6 GHz의 주파수 대역을 사용하고, 상기 생성된 전력을 상기 공진 방식으로 송신하는 경우 80KHz~15MHz의 주파수 대역을 사용할 수 있다.
이때, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 교류 전원을 인가 받아 무선으로 송신할 상기 전력을 발생시키는 무선 전력 송신부 및 상기 로봇 청소기의 상기 타겟 공진기와의 에너지 커플링을 통해 상기 전력을 상기 타겟 공진기로 송신하는 상기 소스 공진기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 로봇 청소기는, 상기 소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 상기 전력을 수신하는 상기 타겟 공진기와, 수신한 상기 전력을 필요한 상기 정격 전압으로 변환하는 무선 전력 수신부 및 기 설정된 청소 영역의 크기에 기초하여 배터리의 상태를 체크하고, 상기 배터리의 상태에 따라 상기 전격 전압을 이용해서 상기 배터리를 충전하는 배터리 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 무선 전력 수신부는, 교류 신호인 상기 전력을 직류 신호로 변환하는 AC-DC 변환부 및 상기 AC-DC 변환부에서 변환한 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 상기 정격 전압을 출력하는 DC 변환부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 배터리 제어부는, 상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 미만이면, 충전하도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 배터리 제어부는, 충전 필요 시 상기 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 거리가 충전 가능한 거리가 아니면, 상기 무선 전력 송신 장치의 위치를 파악해서 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하도록 제어할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 공진 전력을 수신하는 타겟 공진기와, 수신한 상기 공진 전력을 필요한 정격 전압으로 변환하는 무선 전력 수신부 및 기 설정된 청소 영역의 크기에 기초하여 배터리의 상태를 체크하고, 상기 배터리의 상태에 따라 상기 전격 전압을 이용해서 상기 배터리를 충전하는 배터리 제어부를 포함하는 무선으로 충전하는 로봇 청소기가 제공된다.
이때, 상기 무선 전력 수신부는, 교류 신호인 상기 공진 전력을 직류 신호로 변환하는 AC-DC 변환부 및 상기 AC-DC 변환부에서 변환한 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 상기 정격 전압을 출력하는 DC 변환부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 배터리 제어부는, 상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 미만이면, 충전하도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 배터리 제어부는, 충전 필요 시 상기 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 거리가 충전 가능한 거리가 아니면, 상기 무선 전력 송신 장치의 위치를 파악해서 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하도록 제어할 수 있다.
이때, 청소 이벤트의 발생을 감지하고, 상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 이상이면, 청소 모드로 동작하여 기설정된 동작의 청소를 수행하도록 제어하는 청소기 제어부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 배터리 제어부는, 상기 청소 모드로 동작 중에 상기 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하로 떨어지면 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하도록 제어할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 공진 전력을 수신하는 단계와, 수신한 상기 공진 전력을 필요한 정격 전압으로 변환하는 단계 및 상기 전격 전압을 이용해서 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법이 제공된다.
이때, 수신한 상기 공진 전력을 필요한 상기 정격 전압으로 변환하는 단계는, 교류 신호인 상기 공진 전력을 직류 신호로 변환하는 단계 및 변환한 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 상기 정격 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 공진 전력을 수신하는 단계는, 상기 배터리의 잔량이 청소 영역의 크기에 기초하여 기 설정된 잔량 미만이면, 상기 공진 전력을 수신할 수 있다.
이때, 상기 공진 전력을 수신하는 단계 이전에, 충전 필요 시 상기 무선 전력 송신 장치의 거리가 충전 가능한 거리가 아니면, 상기 무선 전력 송신 장치의 위치를 파악해서 상기 무선 전력 송신 장치로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 청소 이벤트의 발생을 감지하고, 상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 이상이면, 청소 모드로 동작하여 기설정된 동작의 청소를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 청소 모드로 동작 중에 상기 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하로 떨어지면 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
공진기를 이용해서 무선 전력 송신 장치로부터 공진 전력을 무선으로 수신하고, 공진 전력을 필요한 정격 전압으로 변환해서 배터리를 충전하는 로봇 청소기에 관한 것으로 배터리 충전을 위해 도킹 스테이션과 같은 장치에 직접 연결되어 충전하거나, 충전기를 교체하는 등의 작업을 수행해야만 하는 종래의 로봇 청소기와는 달리 무선으로 충전하기 때문에 종래의 로봇 청소기의 충전 실패 또는 충전의 불편함을 해소하였다.
도 1은 무선 전력 전송을 위한 공진기들을 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 무선으로 전력을 충전하는 로봇 청소 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 3은 로봇 청소 시스템에서 소스 공진기와 타겟 공진기의 배치를 간략하게 도시한 도면,
도 4는 로봇 청소기가 충전하면서 청소모드로 동작하는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 로봇 청소 시스템의 무선 전력 송신 장치의 구성을 도시한 도면,
도 6은 로봇 청소 시스템의 로봇 청소기의 구성을 도시한 도면,
도 7은 로봇 청소기의 동작을 도시한 흐름도
도 8은 로봇 청소기의 청소 모드로 동작 중 충전하는 과정을 도시한 흐름도,
도 9는 로봇 청소기에서 충전 효율에 따라 충전하면서 청소하는 과정을 도시한 흐름도 및,
도 10은 로봇 청소기가 동작하는 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선전력전송 기술은 크게 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식 및 자장의 공진 방식으로 나뉠 수 있다.
첫째, 전자기 유도 방식은 서로 다른 두 개의 코일을 가까이 접근시킨 후 한쪽 코일에 교류전류를 흐르게 하면 자속이 발생하게 되고 이를 통해 다른 코일 한쪽에도 기전력이 발생하는 현상을 이용한 것이다. 전자기 유도방식은 전력 이용 효율이 대략 60~98%에 이르는 고효율 및 실용화가 가장 많이 진행되어 있다.
둘째, 전파 수신 방식은 전파 에너지를 안테나로 수신하여 이용하는 것으로 교류 전파 파형을 정류회로를 통해 직류로 변환하여 전력을 얻는다. 두번째 전파수신방식은 가장 긴 거리간(수 m 이상) 무선전력전송이 가능하다는 장점이 존재하나, 전자기파 방사로 인해, 송신기가 출력하는 대부분의 전력을 전파로 낭비하게 되어 전송효율이 매우 낮아진다는 단점이 존재한다.
셋째, 공진 방식은 전장 혹은 자장의 공명을 이용한 것이다. 공진 방식은 사용 주파수의 파장에 비해 짧은 거리에서의 근접장(near field)효과를 이용하는 방식이다. 공진 방식은 전파 수신 방식과는 달리 비방사형(non-radiative) 에너지 전송이며, 송수신부의 공진주파수를 일치시켜 전력을 전송하게 된다. 공진 방식을 통해 전력 이용 효율은 약 50~60% 정도로 높아지며 이는 전자파 방사를 통한 전파 수신 방식보다 상대적으로 높다. 공진 방식의 전력 송수신기간 거리는 약 수 m로써, 비록 전파 수신 방식보다는 근거리에서 사용되는 기술이나, 전자 유도형 방식보다는 매우 먼 거리에서도 전력 전송이 가능하다. 더욱이 송신부와 동일한 공진주파수를 가진 기기에만 전력이 전달되게 되므로 주변의 다른 기기나 인체에는 거의 영향을 미치지 않는다.
도 1은 무선 전력 전송을 위한 공진기들을 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 공명 특성을 이용하는 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 데스티네이션(120)을 포함한다. 여기서, 소스(110)는 헬릭스(helix) 코일 구조의 공진기 또는 스파이럴(spiral) 코일 구조의 공진기, 또는 meta-structured 공진기를 이용하여 를 이용하여 데스티네이션(120)으로 전력을 공급한다고 가정한다.
이러한 헬릭스(helix) 코일 구조의 공명기 또는 스파이럴(spiral) 코일 구조의 공명기와 같이 루프 코일 구조의 공명기의 물리적인 사이즈는 원하는 공진 주파수에 의존한다.
예를 들어, 원하는 공진 주파수가 10Mhz인 경우, 헬릭스 코일 구조의 공명기의 직경은 0.6m이고, 스파이럴 코일 구조의 공명기의 직경 역시 0.6m 이다. 이 때, 원하는 공진 주파수가 감소함에 따라 헬릭스 코일 구조의 공명기 및 스파이럴 코일 구조의 공명기의 직경은 증가해야 한다.
도 2는 무선으로 전력을 충전하는 로봇 청소 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면 로봇 청소 시스템은 무선 전력 송신 장치(210)와 로봇 청소기(220)를 포함한다.
무선 전력 송신부(214)는 전원을 인가 받아 전력을 발생시키고, 생성된 전력을 무선으로 송신한다. 그리고, 로봇 청소기(220)는 기 설정된 청소 영역의 크기를 고려하여 청소 모드를 수행하고, 무선으로 송신된 전력을 수신하여 정격 전압으로 변환하고, 정격 전압을 이용하여 배터리를 충전한다.
무선 전력 송신부(214)는 로봇 청소기(220)로 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식 또는 공진 방식 중에서 적어도 하나로 전력을 무선으로 송신할 수 있다.
그러면 도 2에서 무선 전력 송신 장치(210)와 로봇 청소기(220)의 세부 구성을 통해 공진 방식으로 전력을 무선으로 송신하는 구성을 설명하고자 한다.
무선 전력 송신 장치(210)는 소스 공진기(212)와 무선 전력 송신부(214)를 포함하여 구성된다.
무선 전력 송신부(214)는 교류 전원을 인가 받아, 공진 전력을 발생시키고, 공진 전력 전송을 위한 소스 공진기(212)로 송신한다.
소스 공진기(212)는 무선 전력 송신부(214)에서 발생하는 공진 전력을 로봇 청소기(220)로 제공한다. 무선 전력 송신 장치(210)의 구체적인 구성 예는 도 4에 도시된 바와 같다.
로봇 청소기(220)는 타겟 공진기(222), 무선 전력 수신부(224), 배터리 제어부(226) 및 청소부(228)를 포함하여 구성된다. 이때, 로봇 청소기(220)는 기 설정된 청소 영역의 크기를 고려하여 청소 모드를 수행할 수 있다.
타겟 공진기(222)는 무선 전력 송신 장치(210)의 소스 공진기(212)와의 에너지 커플링을 통해 무선 전력 송신 장치(210)에서 송신하는 공진 전력을 수신하고, 수신한 공진 전력을 무선 전력 수신부(224)로 송신한다.
무선 전력 수신부(224)는 타겟 공진기(222)를 통해 수신하는 공진 전력을 구동하기 위한 전류와 전압으로 변환한다.
배터리 제어부(226)는 배터리(미도시)의 상태를 체크하고 배터리의 상태에 따라 무선 전력 수신부(224)에서 변환한 전류와 전압을 이용해서 배터리를 충전한다.
청소부(228)는 로봇 청소기(220)의 고유 기능으로 청소기 제어부(미도시)의 제어에 따라 기설정된 동작으로 청소를 수행한다.
로봇 청소기(220)의 구체적인 구성 예는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 2의 실시 예에서는 로봇 청소 시스템에서 무선으로 전력을 송신하는 방법으로 공진기를 이용한 공진 방식을 사용하였다. 하지만, 그 외의 무선 전력 송신 방식을 사용할 수도 있다.
한편, 무선 전력 송신부(214)에서 로봇 청소기(220)로 공진 전력의 송신 효율을 높이기 위해서 소스 공진기(212)와 타겟 공진기(222)는 서로 마주보는 형태로 가능한 인접할수록 공진 전력의 송신 효율을 높일 수 있다.
공진 전력의 송신 효율을 높일 수 있는 소스 공진기(212)와 타겟 공진기(222)의 위치의 실시 예는 아래 도 3과 같다.
도 3은 로봇 청소 시스템에서 소스 공진기와 타겟 공진기의 배치를 간략하게 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면 소스 공진기(212)는 가능한 무선 전력 송신부(214)에 위치하고, 타겟 공진기(222)는 로봇 청소기(220)의 하단에 위치하도록 설계된다. 즉, 도 3의 실시 예에 따르면 소스 공진기(212)와 타겟 공진기(222)는 서로 마주보고, 서로 인접한 상태에서 공진 전력을 송신하도록 설계되어 있다. 도 3의 설명에서는 효율을 고려해서 무선 전력 송신부(214)와 로봇 청소기(220)가 인접한 상태로 충전하고 있으나, 충전 방식에 따라 무선 전력 송신부(214)와 로봇 청소기(220)가 수 m 떨어진 상태로 충전이 가능하다.
로봇 청소기(220)는 타겟 공진기(222)를 통해 수신하는 공진전력을 무선 전력 수신부(224)를 통해 전력을 구동하기 위한 전류와 전압으로 변환해서 배터리 제어부(226)의 제어를 통해 배터리(310)를 충전한다.
무선 전력 송신부(214)는 로봇 청소기(220)와의 거리에 따라 무선으로 전력을 송신하는 방식인 전파 수신 방식 또는 공진 방식 중 하나를 동적으로 선택해서 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 예를 들어 로봇 청소기(220)가 무선 전력 송신부(214)에 근접한 경우 무선 전력 송신부(214)는 공진 방식을 이용해서 전력을 송신하고, 기설정 거리 이상 떨어진 경우 무선 전력 송신부(214)는 전파 수신 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 이때, 전파 수신 방식은 50 MHz~2.6 GHz의 주파수 대역을 사용해서 전력을 송신하고, 공진 방식으로 송신하는 경우 80KHz~15MHz의 주파수 대역을 사용해서 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신부(214)가 전파 수신 방식으로 전력을 로봇 청소기(220)로 송신하는 경우 로봇 청소기(220)는 수 m 내에서 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 따라서, 로봇 청소기(220)는 전파 수신 방식으로 전력을 수신하는 경우 충전과 동시에 청소를 수행할 수 있다.
하지만, 무선 전력 송신부(214)에서 전파 수신 방식으로 전력을 송신하는 경우에도 거리에 따라 전력의 송신 효율이 달라짐으로 효율이 좋은 영역에서 무선으로 충전하는 것이 바람직하다.
로봇 청소기(220)는 전파 수신 방식으로 전력을 수신하는 경우 아래 도 4와 같이 효율이 좋은 특정영역에서만 충전하면서 청소를 수행하도록 할 수 있다.
도 4는 로봇 청소기가 충전하면서 청소모드로 동작하는 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면 로봇 청소기(220)는 전파 수신 방식으로 전력을 수신하는 경우, 음영으로 표시한 전력 수신 효율이 좋은 영역에서 청소 시에 충전하면서 청소할 수 있다.
도 5는 로봇 청소 시스템의 무선 전력 송신 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(210)는 AC-AC 변환부(510), 전력 변환부(512), 소스 공진기(212), 소스 제어부(514) 및 통신부(516)를 포함할 수 있다.
AC-AC 변환부(510)는 교류 전원을 입력 받아 85VAC ~ 265VAC/60Hz의 교류 전원으로 변환해서 전력 변환부(512)로 송신한다.
전력 변환부(512)는 60Hz의 교류전원을 필요한 주파수(예를 들어 2~15MHz) 의 교류로 변환해서 소스 공진기(212)로 송신한다.
보다 상세하게는 전력 변환부(512)는 60Hz의 교류전원을 포함하는 AC-DC 변환부(미도시)를 통해 직류로 먼저 변환한 후, 변환된 직류 전원을 DC-AC 변환부(미도시)를 통해 필요한 주파수의 교류로 다시 변환한다. 이때, AC-DC 변환부는 Diode를 사용한 AC-DC 변환부를 사용하는 경우 diode의 Ron 저항과 VD 전압으로 인한 전력 손실이 발생할 수 있기 때문에, 전력 손실을 줄이기 위해 shottky diode를 사용할 수 있다.
소스 제어부(514)는 타겟 공진기(222)에서 필요한 전압 및 전력을 발생시키도록 AC-AC 변환부(510), 전력 변환부(512) 및 소스 공진기(212)를 제어한다.
통신부(516)는 로봇 청소기(220)와 통신을 수행하며, 로봇 청소기(220)에서 필요한 전력량 등의 정보를 수신한다. 또한, 통신부(516)는 로봇 청소기(220)의 요청에 따라 무선 전력 송신 장치(210)의 위치를 제공할 수 있다.
도 6을 로봇 청소 시스템의 로봇 청소기의 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 로봇 청소기(220)는 타겟 공진기(222), AC-DC 변환부(610), DC 변환부(612), 청소기 제어부(614), 청소부(228), 배터리 제어부(226), 배터리(310) 및 통신부(616)를 포함할 수 있다.
AC-DC 변환부(610)는 타겟 공진기(222)를 통해 수신되는 교류 신호를 직류 신호로 변환한다. 이때, AC-DC 변환부(610)는 외부의 EMI나 surge를 그대로 출력으로 통과시킬 경우 회로가 파괴될 수 있으므로 EMI filter나 ESD 등이 추가될 수 있다.
DC 변환부(612)는 직류 신호의 레벨을 조정하여 로봇 청소기(220)에서 필요한 정격 전압을 생성한다. DC 변환부(612)에 의하여 레벨 조정된 직류 전압은 배터리 제어부(226)의 제어에 따라 배터리(310)에 충전되거나, 로봇 청소기(220에 의하여 소비될 수 있다.
청소기 제어부(614)는 청소 이벤트의 발생을 감지한다. 청소기 제어부(614)는 청소 이벤트 발생 감지 시에 사용자로부터 청소 영역의 범위 또는 청소 동작을 입력 받을 수 있다. 입력받는 청소 영역에는 큰(large) 영역, 중간(medium) 영역, 작은(small) 영역 등이 존재 할 수 있다.
그리고, 입력받는 청소 동작으로 청소 경로, 청소 시간 등이 가능하다. 여기서, 청소 경로는 청소 영역의 외각에서 원을 그리며 중심으로 청소하는 경로, 청소 영역 중앙에서 외각으로 원을 그리며 청소하는 경로 청소 영역을 지그재그로 청소하는 경로 등이 존재할 수 있다.
청소기 제어부(614)는 청소 이벤트의 발생을 감지하고, 배터리(310)의 잔량이 기설정된 잔량 이상이면, 청소 모드로 동작하여 청소부(228)를 제어해서 기설정된 동작의 청소를 수행하도록 한다. 이때, 기설정된 잔량은 청소 이벤트 발생 때 입력받는 청소 영역의 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다.
또한, 청소기 제어부(614)는 배터리 제어부(226)에서 배터리(310)의 충전이 필요하다고 판단하는 경우 청소 모드를 충전 모드로 전환하여 배터리 제어부(226)의 제어에 따라 충전이 되도록 할 수 있다. 이때, 청소 모드의 기설정된 동작에는 청소 시 청소 경로에 따른 이동 및 낭떠러지나 장애물 감지 시 회피 기동 등이 존재 할 수 있다.
청소기 제어부(614)는 배터리 제어부(226)에서 배터리(310)의 충전이 필요하다고 판단하는 경우 설정에 따라 무선 충전이 가능한 거리 안에서 청소모드로 동작하면서 무선 충전을 수행하도록 할 수도 있다.
통신부(616)는 무선 전력 송신 장치(210)와 통신을 수행하며, 필요로 하는 전력량 등의 정보를 송신한다. 그리고, 통신부(616)는 무선 전력 송신 장치(210)의 위치를 요청하고, 무선 전력 송신 장치(210)의 위치를 수신할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 로봇 청소기의 동작을 도시한 흐름도이다. 도 7을 참조하면 로봇 청소기는 710단계에서 청소 이벤트 발생을 감지하면, 712단계로 진행하여 배터리의 잔량을 체크한다. 로봇 청소기는 청소 이벤트 발생 감지시에 사용자로부터 청소 영역의 범위를 입력 받을 수 있다. 입력받는 청소 영역에는 큰(large) 영역, 중간(medium) 영역, 작은(small) 영역 등이 존재 할 수 있다. 또한, 로봇 청소기는 청소 이벤트 발생 감지시에 청소기의 청소 동작을 입력 받을 수도 있다. 청소기에 청소 동작에는 청소 경로, 청소 시간 등이 가능하다. 여기서, 청소 경로는 청소 영역의 외각에서 원을 그리며 중심으로 청소하는 경로, 청소 영역 중앙에서 외각으로 원을 그리며 청소하는 경로 청소 영역을 지그재그로 청소하는 경로 등이 존재할 수 있다.
그리고, 로봇 청소기는 714단계에서 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 이상 충전되었는지 확인한다. 이때, 기설정된 잔량은 610단계에서 청소 이벤트 발생 때 입력받는 청소 영역의 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다.
714단계의 확인결과 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 미만이면, 로봇 청소기는 716단계에서 무선 전력 송신 장치로부터 무선 충전이 가능한 상태인지 여부를 확인한다. 이때, 무선 충전이 가능한 상태는 무선 전력 송신 장치와의 거리에 따라 충전 가능 여부를 판단 할 수 있다. 무선 충전은 무선 전력 송신 장치와의 거리에 따라 충전효율이 달라짐으로 무선 전력 송신 장치에 근접해서 충전하는 것이 가장 바람직하다. 하지만, 설정에 따라 무선 충전이 가능한 거리에 위치한 경우 로봇 청소기는 무선 충전이 가능한 거리 안에서 청소모드로 동작하면서 무선 충전을 수행할 수도 있다.
716단계의 확인결과 무선 충전이 가능한 상태가 아니면, 로봇 청소기는 718단계에서 무선전력 송신 장치의 위치를 확인한다.
그리고, 로봇 청소기는 720단계에서 무선전력 송신 장치로 이동한다. 그리고, 로봇 청소기는 722단계에서 충전 모드로 동작해서 무선전력 송신 장치로부터 전력을 공진기를 통해 무선으로 공급받아 배터리를 충전한다. 그리고, 로봇 청소기는 714단계로 돌아간다.
하지만, 716단계의 확인결과 무선 충전이 가능한 상태가 아니면, 로봇 청소기는 722단계에서 충전 모드로 전환해서 무선전력 송신 장치로부터 전력을 공진기를 통해 무선으로 공급받아 배터리를 충전한다. 그리고, 로봇 청소기는 714단계로 돌아간다.
한편, 714단계의 확인결과 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 이상이면, 로봇 청소기는 724단계에서 청소 모드로 동작한다. 이때, 청소 모드의 기설정된 동작에는 청소 시 청소 경로에 따른 이동 및 낭떠러지나 장애물 감지 시 회피 기동 등이 존재 할 수 있다. 이때, 로봇 청소기는 청소 영역의 크기 또는 청소 동작을 입력받으면, 입력받은 청소 영역의 크기와 청소 동작에 따라 아래 도 7과 같이 청소 모드로 동작할 수 있다.
그리고, 로봇 청소기는 726단계에서 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하인지 확인한다.
726단계의 확인결과 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하이면, 로봇 청소기는 716단계로 돌아가서 722단계까지의 과정을 수행한다.
726단계의 확인결과 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량을 초과하면, 로봇 청소기는 728단계에서 청소가 완료되었는지 여부를 확인한다.
728단계의 확인결과 청소가 완료 되지 않았으면, 로봇 청소기는 724단계로 돌아가서 청소 모드로 동작한다.
728단계의 확인결과 청소가 완료 되었으면, 로봇 청소기는 730단계에서 무선전력 송신 장치의 위치를 확인하고, 732단계에서 무선전력 송신 장치로 이동한다. 그리고, 로봇 청소기는 734단계에서 충전 모드로 동작해서 무선전력 송신 장치로부터 전력을 공진기를 통해 무선으로 공급받아 배터리를 충전한다.
도 8은 로봇 청소기의 청소 모드로 동작 중 충전하는 과정을 도시한 흐름도 이다. 도 8을 참조하면 로봇 청소기는 810단계에서 청소 모드로 동작하고, 812단계에서 청소 완료 여부를 확인한다.
812단계의 확인결과 청소가 완료되지 않았으면, 로봇 청소기는 814단계에서 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하인지 확인한다. 814단계의 확인결과 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량보다 크면, 로봇 청소기는 810단계로 돌아가서 청소 모드로 동작을 계속한다.
814단계의 확인결과 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량보다 크면, 로봇 청소기는 816단계에서 무선전력 송신 장치와의 거리를 측정한다. 그리고, 로봇 청소기는 818단계에서 측정한 무선전력 송신 장치와의 거리가 무선 충전이 가능한 거리인지 확인한다.
818단계의 확인결과 무선 충전이 가능한 거리가 아니면, 로봇 청소기는 820단계에서 무선 충전이 가능한 거리 내의 청소 영역을 모두 청소하였는지 확인한다.
820단계의 확인결과 무선 충전이 가능한 거리 내의 청소 영역을 모두 청소하였으면, 로봇 청소기는 822단계에서 무선전력 송신 장치의 위치를 확인한다.
그리고, 로봇 청소기는 824단계에서 무선전력 송신 장치로 이동한다. 그리고, 로봇 청소기는 826단계에서 충전 모드로 동작해서 무선전력 송신 장치로부터 전력을 공진기를 통해 무선으로 공급받아 배터리를 충전한다. 그리고, 로봇 청소기는 810단계로 돌아가서 청소 모드로 동작을 계속한다. 이때, 로봇 청소기는 충전 전 마지막 청소 위치를 저장하였다가 충전 완료시 마지막 청소 위치부터 청소를 다시 수행 할 수 있다.
820단계의 확인결과 무선 충전이 가능한 거리 내의 청소 영역을 모두 청소하지 않았으면, 로봇 청소기는 828단계에서 무선 충전 가능 거리 내의 청소 영역 중에서 청소 되지 않은 영역으로 이동하고, 830단계로 진행한다.
한편, 818단계의 확인결과 무선 충전이 가능한 거리이면, 로봇 청소기는 830단계에서 무선전력 송신 장치와의 거리에 대응하는 충전 방식을 선택한다. 이때, 대응되는 충전 방식으로는 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식 또는 공진 방식이 가능하다.
그리고, 로봇 청소기는 832단계에서 충전과 동시에 무선 충전이 가능한 거리 내의 청소 영역을 청소한다. 그리고, 로봇 청소기는 834단계에서 청소 완료 여부를 확인한다.
824단계의 확인결과 청소가 완료되지 않았으면, 로봇 청소기는 836단계에서 충전이 완료되었는지 여부를 확인한다.
836단계의 확인결과 충전이 완료되지 않았으면 816단계로 돌아가고, 836단계의 확인결과 충전이 완료되었으면 810단계로 돌아가서 이후 일련의 과정을 반복 수행한다.
812단계 또는 834단계의 확인결과 청소가 완료되면, 로봇 청소기는 본 알고리즘을 종료한다.
도 9는 로봇 청소기에서 충전 효율에 따라 충전하면서 청소하는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 로봇 청소기는 910단계에서 청소 이벤트 발생을 감지하면, 912단계에서 무선전력 송신 장치와의 거리를 측정한다.
그리고, 로봇 청소기는 914단계에서 측정된 무선전력 송신 장치와의 거리가 기설정된 효율 좋은 청소 영역에 속하는 거리인지 확인한다.
914단계의 확인결과 무선전력 송신 장치와의 거리가 효율 좋은 청소 영역에 속하면, 로봇 청소기는 916단계에서 충전과 동시에 청소모드로 동작한다.
914단계의 확인결과 무선전력 송신 장치와의 거리가 효율 좋은 청소 영역에 속하지 않으면, 로봇 청소기는 918단계에서 충전하지 않는 일반적인 청소 모드로 동작한다.
그리고, 로봇 청소기는 920단계에서 청소 완료 여부를 확인한다. 920단계의 확인결과 청소가 완료되지 않았으면, 로봇 청소기는 912단계로 진행하여 이후 일련의 과정을 반복한다. 920단계의 확인결과 청소가 완료되었으면, 로봇 청소기는 본 알고리즘을 종료한다.
도 10은 로봇 청소기가 동작하는 예를 도시한 도면이다.
도 10은 입력받은 청소 영역이 큰 영역이고, 청소 경로가 외각에서 중심으로 청소하는 경로일 때의 로봇 청소기(220)의 동작으로 외각에서 중심으로 이동하는 경로로 큰 영역에 해당하는 청소를 수행한다. 이때, 큰 영역에 해당하는 청소는 큰 영역에 해당하는 청소 시간이 될 수 있고, 큰 영역에 해당하는 청소 경로의 반복 횟수 등이 될 수 있다.
로봇 청소기(220)는 청소 모드로 동작중 충전이 필요하면 무선 전력 송신 장치(210)로 이동해서 충전하거나 무선 충전이 가능한 거리 안에서 청소 모드로 동작하면서 충전할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
210; 무선 전력 송신 장치
212; 소스 공진기
214; 무선 전력 송신부
220; 로봇 청소기
222; 타겟 공진기
224; 무선 전력 수신부
226; 배터리 제어부
228; 청소부

Claims (23)

  1. 전원을 인가 받아 전력을 생성하고, 상기 생성된 전력을 무선으로 송신하는 무선 전력 송신 장치; 및
    상기 무선으로 송신된 전력을 수신하여 정격 전압으로 변환하고, 상기 정격 전압을 이용하여 배터리를 충전하는 로봇 청소기를 포함하고,
    상기 로봇 청소기가 무선 충전 영역에 있는 경우 상기 로봇 청소기는 송신된 상기 전력을 수신하면서 무선 충전 영역에 대응하는 청소 영역을 청소하는
    로봇 청소 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는 기 설정된 청소 영역의 크기를 고려하여 청소 모드를 수행하는
    로봇 청소 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는 송신된 상기 전력을 수신하는 동시에 상기 무선 충전 영역에 대응하는 청소 영역을 청소하는
    로봇 청소 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 생성된 전력을 전자기 유도 방식, 전파 수신 방식 또는 공진 방식 중에서 적어도 하나로 송신하는
    로봇 청소 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 로봇 청소기와의 거리에 따라 전파 수신 방식 또는 공진 방식 중 하나를 선택해서 상기 생성된 전력을 무선으로 송신하는
    로봇 청소 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 생성된 전력을 상기 전파 수신 방식으로 송신하는 경우 50 MHz~2.6 GHz의 주파수 대역을 사용하고, 상기 생성된 전력을 상기 공진 방식으로 송신하는 경우 80KHz~15MHz의 주파수 대역을 사용하는
    로봇 청소 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    교류 전원을 인가 받아 무선으로 송신할 상기 전력을 발생시키는 무선 전력 송신부; 및
    상기 로봇 청소기의 타겟 공진기와의 에너지 커플링을 통해 상기 전력을 상기 타겟 공진기로 송신하는 소스 공진기를 포함하는
    로봇 청소 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 청소기는,
    소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 상기 전력을 수신하는 타겟 공진기;
    수신한 상기 전력을 필요한 상기 정격 전압으로 변환하는 무선 전력 수신부; 및
    기 설정된 청소 영역의 크기에 기초하여 배터리의 상태를 체크하고, 상기 배터리의 상태에 따라 상기 정격 전압을 이용해서 상기 배터리를 충전하는 배터리 제어부를 포함하는
    로봇 청소 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신부는,
    교류 신호인 상기 전력을 직류 신호로 변환하는 AC-DC 변환부; 및
    상기 AC-DC 변환부에서 변환한 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 상기 정격 전압을 출력하는 DC 변환부를 포함하는
    로봇 청소 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 미만이면, 충전하도록 제어하는
    로봇 청소 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    충전 필요 시 상기 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 거리가 충전 가능한 거리가 아니면, 상기 무선 전력 송신 장치의 위치를 파악해서 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하도록 제어하는
    로봇 청소 시스템.
  12. 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 공진 전력을 수신하는 타겟 공진기;
    수신한 상기 공진 전력을 필요한 정격 전압으로 변환하는 무선 전력 수신부; 및
    배터리의 상태를 체크하고, 상기 배터리의 상태에 따라 상기 정격 전압을 이용해서 상기 배터리를 충전하는 배터리 제어부를 포함하고,
    로봇 청소기가 무선 충전 영역에 있는 경우 상기 로봇 청소기는 상기 전력을 수신하면서 무선 충전 영역에 대응하는 청소 영역을 청소하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신부는,
    교류 신호인 상기 공진 전력을 직류 신호로 변환하는 AC-DC 변환부; 및
    상기 AC-DC 변환부에서 변환한 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 상기 정격 전압을 출력하는 DC 변환부를 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 미만이면, 충전하도록 제어하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    충전 필요 시 상기 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 거리가 충전 가능한 거리가 아니면, 상기 무선 전력 송신 장치의 위치를 파악해서 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하도록 제어하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기.
  16. 제12항에 있어서,
    청소 이벤트의 발생을 감지하고, 상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 이상이면, 청소 모드로 동작하여 기설정된 동작의 청소를 수행하도록 제어하는 청소기 제어부를 더 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 청소 모드로 동작 중에 상기 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하로 떨어지면 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하도록 제어하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기.
  18. 무선 전력 송신 장치의 소스 공진기와의 에너지 커플링을 통해 공진 전력을 수신하는 단계;
    수신한 상기 공진 전력을 필요한 정격 전압으로 변환하는 단계:
    상기 정격 전압을 이용해서 배터리를 충전하는 단계; 및
    로봇 청소기가 무선 충전 영역에 있는 경우 송신된 상기 전력을 수신하면서 무선 충전 영역에 대응하는 청소 영역을 청소하는 단계를 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    수신한 상기 공진 전력을 필요한 상기 정격 전압으로 변환하는 단계는,
    교류 신호인 상기 공진 전력을 직류 신호로 변환하는 단계; 및
    변환한 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 상기 정격 전압을 출력하는 단계를 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 공진 전력을 수신하는 단계는,
    상기 배터리의 잔량이 청소 영역의 크기에 기초하여 기 설정된 잔량 미만이면, 상기 공진 전력을 수신하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 공진 전력을 수신하는 단계 이전에,
    충전 필요 시 상기 무선 전력 송신 장치의 거리가 충전 가능한 거리가 아니면, 상기 무선 전력 송신 장치의 위치를 파악해서 상기 무선 전력 송신 장치로 이동하는 단계를 더 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    청소 이벤트의 발생을 감지하고, 상기 배터리의 잔량이 기설정된 잔량 이상이면, 청소 모드로 동작하여 기설정된 동작의 청소를 수행하는 단계를 더 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 청소 모드로 동작 중에 상기 배터리의 잔량이 기설정된 충전필요 잔량 이하로 떨어지면 상기 무선 전력 송신 장치로 이동해서 충전하는 단계를 더 포함하는
    무선으로 충전하는 로봇 청소기의 제어 방법.
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