KR101773157B1 - 이동형 로봇용 도킹 스테이션 - Google Patents

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Abstract

이동형 로봇용 도킹 스테이션은 바닥면 상에 위치가능한 베이스부 및 베이스부에 대하여 피벗가능한 후면부를 포함하고, 이를 통하여 사용자가 도킹 스테이션을 펼침된 구성에서 마루 위에 놓아두지만 도킹 스테이션을 접힌 구성에서 보관하도록 하는 도킹 스테이션.

Description

이동형 로봇용 도킹 스테이션{DOCKING STATION FOR A MOBILE ROBOT}
본 발명은, 어떤 기능을 획득하기 위하여, 예를 들어 이동형 로봇의 재충전가능 전력원을 보충하기 위하여 이동형 로봇이 협력하는 데에 사용할 수도 있는 도킹 스테이션에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이동형 로봇 및 연관된 도킹 스테이션을 포함하는 로봇식 시스템에 관한 것이다.
이동형 로봇이 가정 여기저기에서 사용되는 것은 점점 흔해지고 있다. 예를 들어, 특히 진공 청소용으로 설계된 이동형 로봇과 바닥 걸레질용으로 설계된 이동형 로봇도 존재한다. 또한, 이동형 로봇은 가정에서 모바일 감시 장치로서 사용될 수도 있다. 이러한 모바일 감시 장치에는 이들이 독자적으로 가정이나 사무 공간을 둘러보고 급상승하는 온도 수준이나 그 구역으로의 침입자와 같은 비정상적 상태를 검출하게 하는 적합한 센서 조합이 탑재된다.
이러한 이동형 로봇에 공통적으로 적용되는 것은 이들이 독자적으로 이동해야 한다는 요구 사항이고, 따라서 이들에는 로봇을 벽에 설치된 전원 소켓으로부터 분리하기 위한 배터리 팩 형태의 재충전가능 전력원이 통상적으로 탑재된다. 통상적으로 이러한 로봇에는 내부 전력 모니터링 루틴이 구성되어 잔여 전력의 레벨에 관련된 일정 레벨의 자가 인식 능력을 가지게 된다. 전력 레벨이 낮은 경우, 로봇은 도킹 스테이션으로 다시 되돌아갈 수 있으며, 자신의 배터리 팩을 보충하기 위하여 로봇은 도킹 스테이션에 연결할 수 있다.
이동형 로봇 도킹 스테이션에는 이론적으로 콘택 세트를 가지는 전기 충전 시스템이 제공된다. 콘택은 충전 전류를 로봇으로 제공하기 위하여 로봇에 있는 상보적 콘택과 결속가능하다. 그러나, 도킹 스테이션은 또한 로봇이 도킹 스테이션의 위치를 찾는 것을 보조하기 위하여 무선 신호 또는 다른 방사를 제공하기 위한 설비를 가질 수도 있다. 한층 더 나아가, 몇몇 로봇식 진공 청소기 애플리케이션에서는, 도킹 스테이션에 먼지 추출 디바이스가 탑재되는데, 이것은 이동형 로봇의 먼지통이 가득 차게 되면 이것을 비울 수 있어서, 로봇의 독자성을 증가시키기 위하여 이러한 빈번한 작업을 사용자로부터 제거한다.
그러나, 이러한 복잡성과 함께 단점들도 발견된다. 흔히, 모바일 도킹 스테이션은 가정의 방 내의 전원 소켓에 근접하게 배치될 필요가 있는 커다란 대형 아이템이다. 이들의 물리적 존재는 커다란 시각적 영향을 가지며, 이것이 이동형 로봇이 사용자에 대한 영향을 최소화해야 한다는 중요한 원칙을 방해한다.
본 발명이 고안된 것은 이러한 문제점들을 염두에 두고 이루어졌다.
제 1 양태에서 본 발명은 이동형 로봇용 도킹 스테이션으로서, 바닥면에 위치가능한 베이스부 및 상기 베이스부에 대하여 피벗가능한 후면부를 포함하는, 도킹 스테이션을 제공한다. 그러므로 도킹 스테이션은 휴대용이 되고 낮은 프로파일이 되므로 이것이 사용되는 환경에 방해가 되지 않게 돕는다. 이것은 가정 거주 환경, 예를 들어 최소한의 잡동사니가 보통 바람직한 환경에서 특히 중요하다. 또한, 힌지 동작은 도킹 스테이션이 필요할 경우 콤팩트한 적재된(stowed) 구성으로 접혀 들어갈 수 있게 한다.
도킹 스테이션을 접거나 펼칠 때에 사용자에게 '감성적' 요소를 제공하기 위하여, 베이스부와 후면부 사이의 피벗가능 경계부는 후면부를 베이스부에 대하여 직립 포지션에서 해제가능하게 홀딩하는 디텐트 형성물(detent formation)을 포함할 수도 있다. 따라서, 도킹 스테이션은 사용자가 접힘 동작을 수행하기 위하여 소정의 힘을 줄 때까지 전개된 상태에서 홀딩된다.
비록 이론상으로는 후면부가 다양한 방식으로 베이스부에 피벗가능하게 탑재될 수 있지만, 일 실시예에서 후면부는 베이스부의 피벗 영역에 스냅-끼워맞춤된다. 바람직하게는, 피벗 영역은, 피벗 축에 상대적으로 슬라이딩될 수 있도록, 그 위에 후면부의 슬리브 부재가 수용될 수도 있는 피벗 축을 포함한다.
베이스부는 이동형 로봇이 도킹 스테이션에 도킹되면 이것으로의 전기적 접속을 구축하기 위한 충전 콘택 수단을 포함할 수도 있다. 콘택 수단은 서로 인접한 제 1 및 제 2 콘택을 포함할 수도 있고, 이들은 로봇과 도킹 스테이션 사이의 어느 정도의 측방향 및 각도 오정렬의 범위를 수용하는 형태로 신장될 수도 있다.
비록 콘택 수단으로 전력은 지속적으로 제공될 수도 있지만, 안전성 메커니즘으로서 도킹 스테이션은 로봇이 올바른 도킹 포지션으로 이동할 때에 이것에 의하여 트리거링되는 작동 메커니즘을 포함할 수도 있다. 비록 이것이 로봇과 도킹 스테이션 사이의 콘택 수단을 통한 핸드셰이크 프로토콜을 수반하는 전기적 인터록의 형태를 가질 수도 있지만, 일 실시예에서 작동 메커니즘은 도킹 스테이션의 베이스부 주위에서 피벗되는 가동 레버의 형태를 가지기 때문에 기계적으로 작동된다. 바람직한 실시예에서, 레버는 베이스 스테이션의 후면부 주위에서 피벗되고, 따라서 도킹 스테이션의 접힘 동작과 협력하여 이동할 수 있다.
도킹 스테이션은 방의 벽에 그리고 케이블을 통해 메인 전원 콘센트에 커플링되기에 충분히 근접하게 배치될 수도 있다. 사용자가 도킹 스테이션의 위치를 유연하게 결정할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 이동형 로봇용 도킹 스테이션으로서, 제 1 측면부 및 제 2 측면부를 포함하고 전력 입력 수단을 가지는 전기 시스템을 수납하며, 전력 입력 수단은 제 1 측면부에 제공되는 제 1 전력 입력 소켓 및 제 2 측면부에 제공되는 제 2 전력 입력 소켓을 포함하는, 도킹 스테이션을 제공한다.
전력 공급 플러그/잭을 도킹 스테이션의 어느 측면에도 연결하도록 선택할 수 있기 때문에, 사용자는 어디에 그들이 도킹 스테이션을 위치시킬 지에 대해서 더 유연하게 결정할 수 있다. 비록 측면부가 도킹 스테이션의 임의의 면일 수도 있지만, 일 실시예에서 제 1 및 제 2 측면부는 도킹 스테이션의 양측에 위치되고, 바람직하게는, 사용 시에 벽에 붙어서 위치될 수 있는 도킹 스테이션의 최후방 에지에 위치된다.
적어도 두 개의 소켓이 있기 때문에, 플러그를 각각의 소켓에 동시에 연결시키는 것의 역효과를 방지하기 위해서, 각각의 소켓은 한 플러그가 삽입되면 다른 소켓을 디스에이블하는 스위치를 보유할 수도 있다.
소켓은, 도킹 스테이션의 전기 콘택 수단으로의 에너지의 흐름을 제어하는, 도킹 스테이션 내에 수납된 제어 모듈과 전기적 통신한다. 이동형 로봇이 콘택 수단으로부터 전력을 수용하기 위하여, 스스로 도킹 스테이션의 적합한 포지션으로 기동하는 것이 요구된다. 수락가능한 포지션으로 스스로 기동하는 이동형 로봇의 능력은 많은 부분 이것의 네비게이션 시스템의 유용도에 의존한다. 이동형 로봇이 도킹 스테이션과 정확하게 도킹할 수 있는 이것의 능력에 있어서 견실하다고 보장하기 위해서, 도킹 스테이션과 이동형 로봇 사이의 측방향으로 그리고 각도적으로 모두 어느 정도의 오정렬을 허용하면서도 여전히 성공적인 도킹을 달성함으로써 이동형 로봇이 도킹 스테이션으로부터 충전 에너지를 수신할 수 있게 하는 수단이 필요하다. 그러므로, 추가적인 양태에서, 본 발명은 재충전가능 전력원을 수납하는 본체 및 본체의 하부측에 배치된 제 1 전기 콘택 수단을 포함하는 이동형 로봇 및 제 2 전기 콘택 수단을 포함하는 도킹 스테이션을 포함하는 로봇식 시스템을 제공하는데, 이동형 로봇은 재충전가능 전력원을 충전하기 위하여 도킹 스테이션에 도킹가능하다. 제 1 전기 콘택 수단은 제 1 콘택 축에 정렬된 적어도 하나의 전기 콘택을 포함하고, 제 2 전기 콘택 수단은 적어도 하나의 기다란 콘택을 포함하는데, 로봇이 도킹 스테이션에 도킹되어 제 1 전기 콘택 수단과 전기 콘택 수단 사이에서 전기 콘택이 구축되면, 적어도 하나의 기다란 콘택이 제 1 콘택 축을 가로지르는 방향으로 연장한다.
도킹 스테이션에 있는 적어도 하나의 전기 콘택이 로봇에 있는 적어도 하나의 전기 콘택에 대해 가로지르기 때문에, 시스템은 이동형 로봇과 도킹 스테이션 사이의 측방향 및 각도 오정렬 양자 모두를 수용한다.
이동형 로봇에 있는 전기 콘택이 도킹 스테이션에 있는 전기 콘택과 신뢰성있게 결속하도록 돕기 위하여, 도킹 스테이션에 있는 전기 콘택은 도킹 스테이션 내에 탄성적으로 탑재되고, 바람직하게는 적어도 부분적으로 도킹 스테이션의 베이스부로부터 돌출하기 위하여 그 내부에 탑재된다.
도킹 스테이션 콘택으로의 전기 에너지의 흐름은 로봇이 도킹 포지션을 채택할 때에 로봇에 의하여 움직일 수 있는 작동 메커니즘에 의하여 규율될 수도 있다. 이를 통하여 작동 메커니즘은 사용자가 우연히 여자된 콘택을 접촉하는 것을 방지하는 안전성 피쳐로서의 역할을 한다.
작동 메커니즘은 도킹 스테이션의 콘택과 이동형 로봇 사이의 전기적 인터록 또는 기계적 인터록의 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 작동 메커니즘은 기계적 인터록이고 선택적으로 도킹 스테이션의 후면부에 피벗가능하게 탑재되는 힌지된 레버의 형태를 가진다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 이동형 로봇이 그 위에서 도킹할 수도 있는 플랫폼을 제공함으로써 이동형 로봇으로의 충전 서비스를 제공하기 위한 도킹 스테이션을 제공하는데, 베이스부에는 형태에 있어서 기다란 전기 콘택이 제공된다. 일 실시예에서 한 쌍의 기다란 콘택이 제공되고 이것들은 형태에 있어서 선형이다. 일 실시예에서 기다란 콘택은 니켈 코팅된 황동으로 형성되고 길이가 근사적으로 60mm 이고 너비가 근사적으로 5mm이다. 본질적으로 콘택은 너비보다 더 길어야 하고, 정밀한 치수는 대략적으로 그 위에 콘택이 설치되는 베이스부의 치수에 의하여 결정될 것이다.
대안적인 실시예에서 기다란 콘택은 아치형일 수도 있고 길이가 다를 수도 있다.
본 발명의 위에서 언급된 양태들 모두의 바람직하고 및/또는 선택적인 피쳐가 본 발명의 다른 양태 중 임의의 것과 결합될 수도 있다는 것이 인정되어야 한다.
일 예로서 본 발명이 더 용이하게 이해될 수도 있게 하기 위하여, 실시예들이 이제 첨부 도면들을 단지 참조하여 예를 들어서 설명될 것이다:
도 1 은 본 발명에 따르는 이동형 로봇 및 도킹 스테이션을 포함하는 예시적인 로봇식 시스템이 그 안에 위치되는 방의 사시도이다;
도 2 는 이동형 로봇의 컴포넌트를 예시하는, 밑에서부터 바라본 이동형 로봇의 개략도이다;
도 3 은 이동형 로봇의 전자 제어 시스템의 계통도이다;
도 4 는 도 1 에 도시되는 도킹 스테이션의 사시도인데, 여기에서 도킹 스테이션은 전개된 상태이다;
도 5 는 접힘 또는 '적재된(stowed)' 상태에 있는 도킹 스테이션의 사시도이다;
도 6 은 도킹 스테이션의 베이스부로부터 분리된 도킹 스테이션의 후면부의 사시도이다;
도 7 은 베이스부에 제공된 피벗 메커니즘을 예시하는, 부분적으로 분해된 상태의 도킹 스테이션의 베이스부의 사시도이다;
도 8a 는 도킹 스테이션이 적재된 상태에 있는, 하부에서 바라본 도 5 의 도킹 스테이션의 도면이고; 도 8b 는 도 8a 에서 선분 ZZ-ZZ를 따른 단면이며 도 8c 는 도 8a 에서 선분 Z-Z를 따른 단면이다;
도 9a 는 도킹 스테이션이 전개된 상태에 있는, 하부에서 바라본 도 4 의 도킹 스테이션의 도면이고; 도 9b 는 도 9a 에서 선분 XX-XX를 따른 단면이며 도 9c 는 도 9a 에서 선분 X-X를 따른 단면이다;
도 10 은 자신의 전기 시스템을 예시하는 도킹 스테이션의 부분적 분해도이다;
도 11a 및 도 11b 는 '전원 오프' 포지션에 있는 작동 메커니즘의 포지션을 예시하는 도킹 스테이션의 도면들이다;
도 12a 및 도 12b 는 도 11a 및 도 11b 에 대응하지만 '전원 온' 포지션에 있는 작동 메커니즘을 도시하는 도면들이다;
도 13 은 '공칭' 도킹 포지션에서 도킹 스테이션 상에 오버레이된 로봇의 개략도이고, 도 14 는 로봇 및 도킹 스테이션의 전기 콘택을 도시하는, 단순화된 형태의 로봇의 대응하는 부분적인 측면도를 도시한다;
도 15a 및 도 15b 는 도 13 의 그것과 유사하지만 도킹 스테이션 위에서 극단적 측방향(lateral) 도킹 포지션에 있는 로봇을 도시하는 개략도이다;
도 16a 및 도 16b 는 도 13 의 그것과 유사하지만 도킹 스테이션 위에서 극단적 각도 도킹 포지션에 있는 로봇을 도시하는 개략도이다; 그리고
도 17a 내지 도 17c 는 도 13 의 그것과 유사하고 도킹 스테이션에 있는 콘택 수단의 대안적 구성을 도시하는 개략도이다.
도 1 을 참조하면, 로봇식 시스템(2)은 이동형 로봇(4) 및 연관된 도킹 스테이션(6)을 포함한다. 비록 이것이 본 발명에서 본질적인 것이 아니며 본 발명은 가정용 설정 또는 다른 곳에서 임의의 이동형 로봇에 적용가능하다는 것이 인정되어야 하지만, 이러한 실시예에서, 이동형 로봇(4)은 진공 청소 로봇의 콘텍스트에서 도시된다. 이동형 로봇(4)은 독자적으로 움직이고, 적합한 온 보드 네비게이션 시스템의 도움을 받아 로봇이 이것이가는 마루를 청소하면서 방 주위를 돌아다니도록 하는 충분한 처리 및 감지 성능을 포함한다.
이동형 로봇(4)은 내부 배터리 팩의 형태인 재충전가능 전력원(도 1 에는 미도시)에 의하여 전력공급된다. 이러한 배터리 팩은 일반적으로 당업계에 공지되면, 다양한 셀 화학물질들의 복수 개의 셀로 구성될 수도 있다. 리튬-이온계의 셀 화학물질이 그들의 높은 전력 밀도, 낮은 전하 손실 및 메모리 효과가 없음에 기인하여 현재 선호되는데, 하지만 니켈 금속 수소화물 및 니켈 카드뮴과 같은 다른 셀 화학물질도 역시 수락가능하다.
로봇(4)은 도킹 스테이션(6)과 도킹되어 배터리 팩이 결핍 상태에 가까워지면 자신의 배터리 팩을 재충전할 수 있게 한다. 로봇이 도킹 스테이션을 위치결정하고 이것과 도킹하는 정밀한 방법은 본 발명의 일부를 이루지 않으며, 따라서 본 명세서에서는 더 상세하게 설명되지 않을 것이다.
도킹 스테이션(6)은 도 1 에서 방의 벽에 붙어서 포지셔닝되는 것으로 도시된다. 도킹 스테이션(6)은 전기 콘택 수단(8)을 포함하고 이를 이용하여 도킹 스테이션(6)은 로봇(4)이 도킹 포지션이 되면 설명될 바와 같이 충전 에너지를 제공할 수 있다. 도킹 스테이션(6)은 메인 전기 벽 콘센트(10)에 전력 공급부(12) 및 케이블(14)을 통해서 부착되고, 이러한 방식으로, 전력원이 도킹 스테이션(6)의 전기 콘택 수단(8)에 제공된다.
또한 도 2 및 도 3 을 참조하여 로봇(4)이 좀 더 상세하게 설명될 것이다. 이러한 실시예에서, 로봇(4)은 형태에 있어서 실질적으로 원통형이고 근사적으로 15 내지 20 센티미터의 범위에 속하는 높이를 가지는 메인 본체(16)를 포함함으로써 로봇(4)은 예를 들어 낮은 오브젝트; 의자 및 테이블 아래로 이동할 수 있다. 로봇이 바닥면에서 이동하기 위해서, 로봇(4)은 견인 수단(20)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 견인 수단(20)은 한 쌍의 휠의 형태를 가지지만, 트랙 또는 다리와 같은 다른 솔루션들도 실현가능하다. 휠(20)은 메인 본체(16)의 반대면에 위치되고 독립적으로 동작가능하여, 로봇(4)이 순방향 및 역방향으로 구동되고, 좌측 또는 우측을 향해 굽은 경로를 따라가며, 또는 지점에서 휠의 속도 및 회전 방향에 의존하여 어느 방향으로도 회전하게 한다. 이러한 배치구성은 이동형 로봇 애플리케이션에서 공통이고, 따라서 본 명세서에서 더 상세하게 설명되지 않을 것이다. 그러나, 메인 본체(16)의 특정한 형상은 예시적인 것이며, 이에 상응하여, 당업자는 메인 본체(16)가 다른 형태를 띨 수 있다는 것을 이해할 것이다.
바닥면을 청소하기 위해서, 로봇은 브러시 바 하우징(24) 내에 수납되는 브러시 바(22)를 더 포함한다. 브러시 바(22)는 측방향으로 로봇(4)의 본체(16)를 따라 연장하고, 인접한 표면으로부터 먼지를 휘젓기 위해서 회전하도록 동작가능하다. 비록 도 1 및 도 2 에는 도시되지 않지만, 로봇(4)이 모터 및 팬 유닛의 형태인 적합한 진공 발생기 및 바닥으로부터 들어올려진 먼지가 그 안에 수집되는 먼지통을 더 포함한다는 것이 인정되어야 한다. 이러한 컴포넌트의 정밀한 구성은 본 발명의 개념에 본질적인 것이 아니고, 따라서 추가적 세부사항은 생략된다.
메인 본체(16)의 하부측은 전기 콘택 수단(26)을 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 전기 콘택 수단(26)은 로봇 본체(16)의 하부측에서 지지되는 제 1 및 제 2 전기 콘택(28, 30)을 포함한다. 제 1 및 제 2 콘택(28, 30)의 각각은 정렬된 구성에서 탑재된다. 구체적으로 설명하면, 각각의 콘택(28, 30)은 로봇(4)의 길이방향 축(L)에 정렬되고 축을 따라 이격된다. 콘택은 설명될 바와 같이 도킹 스테이션(6)에 있는 전기 콘택 수단(8)에 연결되도록 동작가능하다. 비록 도면에는 도시되지 않지만, 전기 콘택(28, 30)은 로봇(4)의 전기 시스템에 연결되어, 콘택에 제공되는 전기 에너지가 로봇(4)의 재충전가능 배터리 팩으로 공급되게 한다.
도 3 은 로봇(4)의 제어 시스템(32) 및 위에서 설명된 컴포넌트들이 있는 이것의 경계부를 개략적으로 도시한다. 제어 시스템(32)은 적합한 제어 회로부를 가지는 제어기(40) 및 이것의 다양한 센서로부터 수신된 신호를 처리하고 로봇(4)을 적합한 방식으로 구동하는 처리 기능성을 포함한다. 제어기(40)는 로봇(4)의 센서 모음(34)으로 인터페이싱되고, 이를 통해서 로봇(4)은 자신의 환경을 매핑하고 청소 루트를 수행하기 위하여 자신의 환경에 대한 정보를 수집한다. 센서 모음(34)도 역시 일반적으로 도 1 에 도시되고, 로봇(4)에게 이것의 주위의 파노라마 뷰를 제공하기 위한 네비게이션 센서(42), 및 또한 로봇(4)에게 장해물을 검출할 능력을 제공하는 근-거리장 근접성 센싱 모음(44)을 포함한다. 마지막으로, 범프 검출 시스템(45)이 제공되지만 이것은 도 1 에는 도시되지 않는다. 네비게이션 센서, 근접성 센서 및 범프 검출 센서는 이동형 로봇, 특히 가정용 로봇에 있는 공통 컴포넌트라는 것에 주의해야 한다. 그러므로, 로봇(4)에 이러한 센서들이 존재하는 것은 완전하게 만들기 위하여 제공되는 것이고, 하지만 이들은 본 발명의 일부를 형성하려고 의도되지 않는다.
사용자가 로봇(4)에게 예를 들어 청소 프로세스를 시작/정지시키도록 명령하게 하도록 사용자 경계부(46)가 제공된다. 사용자 경계부(46)도 역시 도 1 에 일반적으로 도시된다. 사용자 경계부(46)는 다양한 형태, 예컨대 하나 이상의 기계적 버튼 또는 심지어 터치 스크린 기술이 있는 그래픽 사용자 경계부의 형태를 띨 수도 있다.
제어기(40)는 또한 구동 신호를 휠과 연관된 견인 모터(48)로 공급하고 또한 주행거리 측정 데이터를 휠로부터 수신하도록 구성된다. 이러한 목적을 위하여 회전식 인코더와 같은 적합한 회전 감지 수단(50)이 견인 모터(48)에 제공된다.
적합한 전력 및 제어 입력이 흡입 모터(52) 및 브러시 바 모터(54)에 제공된다. 마지막으로, 전력 입력이 배터리 팩(56)으로부터 제어기(40)로 제공되고, 제어기(40)가 배터리 공급 전압이 적합한 임계 아래로 떨어진 경우 배터리 팩(56)의 충전을 수행할 수 있게 하는 충전 경계부(58)가 제공된다. 충전 경계부(58)가 로봇(4)의 하부측에 제공되는 전기 충전 콘택(28, 30)에 의하여 구현된다는 것이 인정되어야 한다.
도킹 스테이션(6)은 위에서 적합한 콘텍스트에 있게 하도록 일상적인 용어들로 설명된 바 있다. 기계적 그리고 전기적 피쳐들이 이제 도 4 내지 도 12 를 참조하여 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
도킹 스테이션(6)은 두 개의 주된 컴포넌트인 베이스부(60) 및 베이스부(60)에 대하여 피벗가능한 후면부(62)를 포함한다. 도킹 스테이션(6)은 방 안에 사용자에 의하여 포지셔닝될 수 있고, 통상적으로, 사용자는 베이스부(60)를 이것의 후면 에지가 도 1 에 도시되는 바와 같이 벽에 인접하도록 포지셔닝하도록 선택할 것이다. 후면부(62)는 일반적으로 사각형이고 및 이러한 실시예에서는 실질적으로 평평하지만, 이러한 것은 본질적인 것이 아니고 후면부(62)가 베이스부(60)에 붙어서 접힐 수만 있다면 상이하게 성형될 수도 있다는 것이 인정될 것이다.
도 4 및 도 5 를 비교함으로써 나타날 수 있는 바와 같이, 도킹 스테이션(6)은 후면부(62)가 베이스부(60)에 대하여 힌지된다는 점에서 접힘가능하다. 이러한 실시예에서, 후면부(62) 및 베이스부(60)는 형태에 있어서 상대적으로 평평하고, 이것이 두 개의 컴포넌트가 펼쳐진 또는 '전개된' 포지션(도 4)과 후면부(62)가 베이스부(60)에 붙어서 놓이도록 약 90 도 피벗하여 이들이 실질적으로 평행이 되는 포지션인 접혀진 또는 '적재된' 포지션(도 5) 사이에서 피벗되게 한다. 그러므로, 적재된 포지션에서, 도킹 스테이션(6)은 측면으로부터 낮은 프로파일을 가지고 필요할 경우 용이하게 보관될 수 있고, 또한 이것이 최소의 패키징 볼륨을 차지하기 때문에 이것은 운반하기에 매우 효율적인 형상이다.
좀 더 상세하게, 베이스부(60)는 기다란 후면부(64) 및 후면부(64)로부터 전방으로 연장하는 플랫폼(70)을 포함한다. 그러므로 베이스부(60)는, T 자의 측방향 선분이 기다란 후면부(64)가 되고 'T' 자의 몸체가 순방향 플랫폼(70)이 되면서 'T'자의 일반적 형태를 띤다.
도킹 스테이션의 후면부(62)는 기다란 후면부(70)로 힌지되고 이로부터 제거가능하며, 이를 통하여 베이스부(60)의 피벗 영역으로서의 역할을 한다. 후면부(62)의 긴 에지(72)는 긴 에지(72)의 각각의 단부에서 서로 이격되는 제 1 및 제 2 슬리브(74)를 포함한다. 슬리브는 단면에 있어서 C 형상으로 성형됨으로써, 한 쌍의 대항 리딩 에지(76, 78)가 후면부(62)의 긴 에지(72)로부터 멀리 대향하는 채널 또는 슬롯(80)을 규정하게 한다. 채널(80)은 슬리브(76, 78)에게 어느 정도의 방사상 탄력성을 제공함으로써, 스냅-끼워맞춤 동작에서 베이스부(60)에 탑재되기 위하여 슬리브 직경이 다소 확장할 수 있게 한다. 이를 통하여 슬리브(74)는 기다란 후면부(64)에 의하여 제공되는 상보적 경계부와 짝맞춤하는 탑재 경계부로서의 역할을 한다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 베이스부(60)의 기다란 후면부(64)는 플랫폼(70)의 양측으로부터 멀어지게 연장하고 축 X에 정렬되는 제 1 및 제 2 피벗 축(82)을 포함한다. 피벗 축(82)은 일반적으로 원통형이고 후면부(92)의 슬리브(76, 78)를 슬라이딩 끼워맞춰져 수용하도록 치수가 결정된다. 슬리브(74, 76)가 피벗 축(82) 주위에서의 슬라이딩 끼워맞춤을 규정하기 때문에, 이것은 후면부(62)가 베이스부(60)에 대하여 피벗하도록 한다.
후면부(62)가 설정되면 전개된 상태에서 유지할 수 있게 하기 위하여, 피벗 축(82)은 슬리브(76, 78)와 협동하는 디텐트 수단(84)을 포함한다. 여기서 디텐트 수단(84)은 피벗 축(82)의 각각에서 동일하며, 따라서 간결성을 위하여 도 7, 도 8a 내지 도 8c 및 도 9a 내지 도 9c 에 도시된 바와 같이 자세하게 설명될 것이라는 점에 주의해야 한다.
디텐트 수단(84)은 피벗 축(82)의 안쪽 및 바깥쪽 영역에 제공되는 세로 홈 형성물을 포함한다. 이러한 설명을 위하여, 안쪽 영역은 일반적으로 86 으로 표시되는, 플랫폼에 가장 가까운 피벗 축(82)의 부분이고 바깥쪽 영역은 일반적으로 88 로 표시되는, 안쪽 부분에 인접하지만 플랫폼(70)으로부터 원격인 피벗 축(82)의 부분이라는 점에 주의한다. 이러한 실시예에서 홈 형성물은 길쭉하고 실질적으로 직선이지만 이것은 본질적인 것이 아니라는 것이 인정되어야 한다.
개괄적으로, 안쪽 영역(86)은 90 및 92 로 각각 명명되는 제 1 및 제 2 홈을 포함하고 바깥쪽 영역(88)은 94 및 96 으로 각각 명명되는 제 3 및 제 4 홈을 포함한다. 바깥쪽 영역(88)은 제 3 과 제 4 홈(94, 96) 사이에서 연장하는 전이면(98)을 더 포함한다. 홈(90 내지 96)은 설명될 바와 같이 홈과 접합하도록 구성되는 슬리브(74)의 안쪽 및 바깥쪽 영역(100, 102)에 제공되는 결속 립(engagement rib)을 보완한다. 립은 도 6 에서 제 1 립(100)이 슬리브(74)의 리딩 에지(78) 중 하나의 안쪽 영역(102)에 제공되고 제 2 립(104)이 대항 리딩 에지(76)에 있는 슬리브(74)의 바깥쪽 영역(106)에 제공되는 것으로 보여질 수 있다.
도 8a 내지 도 8c 는 후면부(62)가 적재된 상태에 있는 경우 슬리브(74)와 피벗 축(82) 사이의 결속을 도시한다. 피벗 축(82)의 바깥쪽 영역(88, 106) 및 슬리브(74)를 통과하는 단면을 도시하는 도 8b 를 특별히 참조하면, 제 2 립(104)은 제 4 홈(96)에 놓여진다. 이와 유사하게, 피벗 축(82)의 안쪽 영역(86, 102) 및 슬리브(84)를 통과하는 단면을 도시하는 도 8c 를 특별히 참조하면, 제 1 립(100)은 제 2 홈(92)에 놓여진다. 그러므로 제 2 및 제 4 홈(94, 96)은 제 1 세트의 홈을 규정한다.
립(100, 104)이 제 2 및 제 4 홈(94, 96) 내에 위치되기 때문에, 후면부(62) 및 베이스부(60)는 접혀진 포지션에서 홀딩되고 이것이 도킹 스테이션의 우연한 전개를 방지한다. 그러나, 슬리브(72)의 방사상 탄력성에 기인하여, 립(100, 104)은 충분한 토크가 후면부(62)로 인가되는 힘을 통해서 슬리브(72)에 인가되면 홈 밖으로 해제되거나 '튀어나온다(bump out)'. 이러한 배치구성은 적재된 포지션으로의 긍정적 느낌을 제공한다. 후면부(62)를 전개시키기 위하여 너무 많은 힘이 요구되도록 홈 형성물을 구성하는 것이 바람직하지 않지만, 당업자는 요구되는 힘의 양이 대략적으로 주관적이라는 것을 인정할 것이다. 실무상, 후면부(62)의 상부 에지에 인가된 약 5N(뉴튼) +/- 2N의 힘이 '느낌'의 적합한 양을 제공한다는 것이 발견되었다.
립(100, 104)이 홈(96, 92)으로부터 해제되면, 슬리브(72)는 제 2 세트의 홈(제 1 홈(90) 및 제 3 홈(94))을 향해서 피벗 축(82)의 외주면 주위에서 자유롭게 슬라이딩하게 되는데, 이 포지션에서 도킹 스테이션(6)은 전개된 상태이다.
이런 점에서, 도 9a 내지 도 9c 는 도킹 스테이션이 전개된 상태에 있는 경우 슬리브(74)와 피벗 축(82) 사이의 결속을 도시한다. 피벗 축(82)의 바깥쪽 영역(88) 및 슬리브(74)의 바깥쪽 영역(106)을 통과하는 단면을 도시하는 도 9b 를 특별히 참조하면, 제 2 립(104)은 제 3 홈(94)에 놓여진다. 이와 유사하게, 도 9c 를 참조하면, 제 1 립(100)이 제 1 홈(90) 내에 놓여진다.
립(100, 104)이 제 1 및 제 3 홈(90, 94) 내에 위치되기 때문에, 후면부(62) 및 베이스부(60)는 전개된 상태에서 단단하게 홀딩된다. 그러나, 적재된 포지션에 있을 때 립(100, 104)을 제 1 세트의 홈으로부터 해방시키기 위하여 선결정된 힘이 요구되는 동일한 방식에서, 선결정된 힘이 립(100, 104)을 전개된 포지션에 있는 제 2 세트의 홈으로부터 해방시키기 위하여 역시 요구된다. 이러한 배치구성은 도킹 스테이션의 전개된 포지션으로의 긍정적 느낌을 제공하고 이것이 정확한 포지션에 있다는 것을 사용자에게 확인한다.
피벗 축(82)의 바깥쪽 영역(88) 상에 제공되는 전이 영역(98)은 도킹 스테이션(6)을 적재된 상태와 전개된 상태 사이에서 전이시킬 때에 사용자에게 '느낌'의 감지를 제공한다. 전이 영역(98)은 도 7 에서, 그리고 도 8b 및 도 9b 의 단면에서도 보여질 수 있다. 전이 영역(98)은 제 4 홈(96)과 제 3 홈(94) 사이에서 연장하는 캠면을 포함한다. 도 8b 및 9b에서 알 수 있는 바와 같이, 전이 영역(98)의 캠면은 직경에 있어서 제 4 홈(96)으로부터 제 3 홈(94)까지 증가하고, 제 3 홈(94)에서 종결한다. 이것의 효과는, 사용자가 도킹 스테이션(6)이 자신의 전개된 상태로 이동할 때에 저항력의 점진적 증가를 느낄 것이며 립(104)이 제 3 홈(94) 내에 위치되면서 도킹 스테이션이 전개된 상태에 도달할 때에 제자리에 '클릭' 결합될 것이라는 것이다.
도킹 스테이션의 접힘 동작이 위에서 설명된 바 있으며, 이제 도 10, 도 11a, 도 11b, 도 12a, 및 도 12b 를 더욱 참조하면서 도킹 스테이션의 전기 시스템에 더욱 주의를 기울인다.
위에서 언급된 바와 같이, 도킹 스테이션(6)의 일차 기능은 로봇(4)이 자신의 온-보드 배터리 팩(56)을 재충전하는데 사용할 수 있는 수단을 제공하는 것이다. 이러한 기능을 획득하기 위하여, 도킹 스테이션(6) 자체가 전원에 연결가능해야 하고 전하를 로봇(4)에 전송할 수 있는 수단을 가져야 하는데, 이러한 실시예에서, 이것은 위에서 언급된 바와 같은 전기 콘택 수단(8)에 의하여 제공된다. 이러한 콘텍스트에서, 베이스부(60)는 도킹 스테이션(6)의 전기 충전 시스템(120)을 수납한다. 개괄적으로, 전기 충전 시스템(120)은 전기 콘택 수단(8), 전력 공급 전자 보드(124) 및 연관된 스위칭 메커니즘(125) 및 전력 공급 직기(loom)(126)를 포함한다.
전력은 베이스부(60)의 양측부에 제공되는 제 1 및 제 2 전력 입력 소켓(128)에 의하여 전기 충전 시스템(120)으로 공급된다. 좀 더 구체적으로는, 제 1 및 제 2 전력 입력 소켓(128)은 베이스부(60)의 기다란 후면부(64) 내에 수납된다. 고강도 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS)의 관상 하우징(129)이 피벗 축을 따라 연장하며 기다란 후면부(64)의 고강도 스파인(spine)을 제공한다. 제조 효율을 위해서는 고분자 재료가 바람직하지만, 관상 금속성 재료와 같은 다른 재료도 역시 수락가능할 것이라는 것이 인정되어야 한다.
케이블(12)과 연관되는 전력 공급 플러그 또는 잭(127)이 소켓들(128) 중 어느 하나에 삽입되게 하도록, 피벗 축(82)의 외부 단부는 개방된다. 이러한 배치구성은 도킹 스테이션(6)의 포지셔닝이 유동적이 되게 한다. 주거 공간에서 임의의 주어진 방은 예를 들어 제한된 개수의 벽-탑재형 메인 플러그 소켓만을 가지기 때문에, 사용자는 도킹 스테이션을 전력 입력 소켓의 특정 측면에만 위치시키도록 제한될 수도 있다. 만일 도킹 스테이션이 단일 전력 입력 소켓만을 가진다면, 도킹 스테이션의 포지셔닝은 메인 플러그 소켓으로부터 멀어지는 전력 입력 소켓 면들이 있다면 메인 전원 케이블의 불편한 라우팅을 요구할 것임을 의미할 수도 있다. 전력 입력 소켓을 도킹 스테이션의 양측면 모두에 제공하면 이것을 피한다.
이러한 실시예에서, 전력 입력 소켓(128)은 도킹 스테이션의 양측에 위치되고 기다란 후면부(64)의 축 X를 따라 정렬된다. 그러나, 이것이 본질적이지 않으며 전력 입력 소켓(128)이 축상으로 정렬될 필요가 없다는 것이 인정되어야 한다. 중요한 인자는 사용자에게 도킹 스테이션에 전력을 제공할 두 개 이상의 위치가 주어진다는 것이고, 이것이 방 안에서의 도킹 스테이션의 위치 결정을 더 유연하게 한다.
전력 공급 직기(126)는 전력 입력 소켓(128)으로부터 전자 보드(124)에 이어진다. 비록 도면에서는 명백하게 도시되지 않지만, 전자 보드(124)는 로봇(4)이 도킹 포지션에 도달하면 적합한 전압 및 전류를 전기 콘택 수단(8)을 통해서 로봇(4)으로 공급할 모든 필요한 회로부를 보유한다.
전기 콘택 수단(8)은 베이스부(60)의 하부 수납부(132)에 탄성적으로 탑재되는 제 1 및 제 2 전도성 전력 공급 콘택(130a, 130b)을 포함한다. 비록 콘택들을 탄성적으로 탑재시키는 다른 수단이 착상된다는 것이 인정되어야 하지만, 이러한 실시예에서, 공급 콘택(130a, 130b)들 각각은 한 쌍의 코일 스프링 상에 탑재된다. 예를 들어, 콘택(130a, 130b)은 몇 개의 비한정적인 예들을 거론하자면 판 스프링(leaf spring), 탄성적 고무 버퍼, 유체-충진 쿠션 상에 탑재되어야 한다. 탄성적 마운트 덕분에, 콘택(130a, 130b)은 하부 수납부(132)로부터 위로 떨어지도록 강제됨으로써, 콘택의 상부면이 베이스부(60)의 상부면에 제공된 개구(134)를 통해서 돌출되게 한다. 콘택(130a, 130b)에 인가된 힘은 콘택이 개구 속으로 후퇴하도록 하는데, 하지만 이것은 양의 전기 콘택이 로봇 콘택(28, 30)과 도킹 스테이션 콘택(130a, 130b) 사이에 구축될 수 있다는 것을 보장한다. 콘택(130a, 130b)은 전도성이고, 이러한 실시예에서 내구성을 좋게 하기 위하여 니켈 코팅이 있는 가압된 황동 합금으로 형성된다. 그러나, 금속성 또는 그렇지 않은 다른 전도성 재료도 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
콘택(130a, 130b)으로의 전력의 공급을 트리거링하기 위하여, 도킹 스테이션(6)은 온과 오프 포지션 사이에서 이동하도록 동작가능한 작동 메커니즘(140)을 포함한다. 그러므로 작동 메커니즘(140)은, 이제 설명될 바와 같이, 이러한 메커니즘이 작동될 때까지 '활성(live)' 상태가 되지 않기 때문에 안전성 피쳐로서의 역할을 한다.
도 10 에 도시된 바와 같이, 작동 메커니즘은 형태에 있어서 패들(paddle) 모양인 기계 구동 액츄에이터(142)를 포함한다. 액츄에이터는 피벗 축(82)과 본체(144)로부터 비스듬한 각도로 멀어지게 연장하는 동작 레버(146) 사이에서 이동되는 관상 본체(144)를 포함한다. 본체(144)가 베이스부(60)로 이동되기 때문에, 레버(146)는 제 1 과 제 2 포지션 사이에서 피벗 축(82)의 축 주위에서 각도로 이동할 수 있다. 액츄에이터(142)의 두 개의 동작 포지션이 도 11b 및 도 12b 에 도시된다. 도 11b 에서 액츄에이터(142)는 '전원 오프' 포지션에 있어서 콘택(130a, 130b)들에 전력이 공급되지 않게 하고, 도 12b 에서, 액츄에이터(142)는 각도적으로 후면부(62)에 맞대어지고 '전원 온' 포지션에 있게 이동되어서, 전력이 콘택(130a, 130b)으로 공급되게 한다. 로봇이 수락가능한 도킹 포지션으로 기동한다면 레버(146)가 '온' 포지션으로 푸시될 것이라는 것에 주의해야 한다.
액츄에이터(142)는 콘택(130a, 130b)으로의 전력의 흐름을 제어하기 위하여 전력 전자 보드(124)와 협동한다. 여기에서 회로 보드(124)에는 예시의 목적을 위하여 컴포넌트들이 있으며 이들이 정밀하고 한정하는 표현이라고 의도되지 않는다는 것이 인정되어야 한다. 전력 전자 보드(124)가 입력 소켓(128)에 공급된 입력 전력을 전기 콘택(130a, 130b)에서의 적합한 출력 전압으로 릴레이 하는 필요한 컴포넌트들을 가진다는 것은 말할 필요가 없다.
이러한 목적을 위해서, 방 안의 전기적 메인 콘센트(10)에 부착된 전력 공급부(12)가 콘센트에서 이용가능한 메인 전압(영국에서는 약 13A에서 240VAC임)을 도킹 스테이션(6) 용인 적합한 저전압 DC 전압, 예를 들어 15 및 20 VDC 사이로 변환하는 것이 하나의 옵션이다. 그러므로 전자 보드(124)의 기능성은 주로 콘택 수단(8)으로의 전력 공급부를 요구되는 바와 같이 턴 온 및 턴 오프하는 것을 수반할 것이며, 이것이 전자 보드(124)의 전기적 구성을 단순화할 것이고 이것이 현재 바람직하다고 간주된다. 대안적으로는, 벽 콘센트(10)에 부착된 전력 공급부(12)는 단순히 전자 보드(124)를 메인 콘센트 전압에 직접적으로 연결함으로써, 전자 보드(124)가 고전압 AC 전압을 콘택 수단(8)으로 공급하기 위한 적합한 DC 전압으로 변환하게 하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 이러한 기능성은 적합한 전원 변압기 및 정류 회로부를 요구하고, 이를 통해서 전자 보드(124)가 공간적으로 필요한 부피를 더 커지게 하며, 또한 전원 소모를 증가시킬 것이며, 이것은 바람직하지 않을 수도 있다.
비록 도면에 도시되지는 않지만, 전력 입력 소켓(128) 및 연관된 전력 공급 직기(126) 내에 어떤 수단이 제공되어, 사용자가 전원 잭(127)을 전력 입력 소켓(128) 양자 내에 꽂으려고 시도하는 바람직하지 않은 경우가 발생할 때에 전력 공급 소켓(128) 중 오직 하나만이 전력을 전자 보드(124)로 공급할 수 있게 보장할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 전력 입력 소켓(128)은 전원 잭(127)이 소켓(128)에 삽입되는 상황에서 대항하는 전력 입력 소켓(128)을 디스에이블하도록 작동하는 스위치를 포함한다. 전력 입력 잭(127) 및 연관된 소켓(128)은 적합한 '기성품' 부품일 수도 있다 - 예를 들어 전력 입력 잭(127)은 부품 번호 865 내지 818 로서 Shen Miong Electron(Dong Guan) Co., Ltd.에 의하여 공급될 수도 있고, 전력 입력 소켓(128)은 부품 번호 TDC-091-PA662D-TS로서 Technik Industrial Co., Ltd에 의하여 공급될 수도 있다.
작동 메커니즘은, 슬라이더(152)에 맞물려 동작하는 액츄에이터(142)의 본체(144) 상에 위치된 톱니(150)를 더 포함하고, 이것은 이제 전력 전자 보드(124) 상에 위치된 소형 스냅-동작 스위치의 형태인 트리거 스위치(154)와 결속가능하다. 슬라이더(152)는 슬라이더(152)가 베이스 포지션(60)에 의하여 규정되는 채널(156) 내에서 선형으로 앞뒤로 이동될 때에 마이크로스위치(154)를 트리거링하거나 해제시키는 확대된 중간-단면(152a)을 포함한다. 채널(156)의 먼 단부는 단부 스톱(158)을 규정하고, 이것은 슬라이더(152) 상에서 이것을 마이크로스위치(154)로부터 멀어지는 포지션에서 바이어스하도록 작동하는 스프링(미도시)에 대한 맞댐면(abutment surface)으로서의 역할을 한다.
도 11a 에서, 작동 메커니즘(140)은 '오프' 포지션에 있고, 슬라이더(152)가 마이크로스위치(154)에 상대적으로 수축되어 마이크로스위치가 트리거링되지 않도록 톱니(150)가 각 포지션(angular position)에 있다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 이러한 포지션에서 콘택(130a, 130b)은 전기적으로 액티브 상태가 아니다. 도 11a 의 포지션은 도 12a 와 비교되어야 하는데, 여기서 톱니는 레버(146)의 이동과 함께 각도적으로 이동되어 슬라이더(152)를 채널(156) 위로 밀어내고, 이를 통해서 콘택(130a, 130b)이 전기적으로 액티브 상태가 되도록 마이크로스위치(154)를 트리거링한다.
작동 메커니즘이 자신의 인액티브 상태로 신뢰성있게 복귀하기 위하여, 이러한 실시예에서 액츄에이터 본체(144)의 단부에 붙어서 탑재되고 본체(144) 및 하우징(160) 상의 보유 포인트(162)에 붙어서 떠받쳐지는 바이어스 수단이 제공된다.
위의 논의는 전기 콘택(130a, 130b)이 레버(146)를 작동시키는 로봇(4)을 통해서 인액티브와 액티브 상태 사이에서 스위칭되는 방식을 설명하는데, 그러므로 이것은 사용자가 로봇의 정상 사용자를 통해서 부상을 입지 않게 보장하는 안전성 인터록으로서의 역할을 한다. 레버(146)를 작동시키기 위해서, 로봇(4)은 수락가능한 도킹 포지션에 있어야 하고, 후속하는 논의에 의하여 명백해질 바와 같이 콘택의 구성이 이것을 가능하게 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 기다란 콘택(130a, 130b)은 베이스부(60)의 길이방향 축을 가로지르는 방향에서 연장하는 길이를 가진다. 이러한 실시예에서, 각각의 콘택(130a, 130b)의 길이는 60mm이고 폭은 약 5mm인데, 하지만 이러한 수치가 예시적이라는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 이제 설명될 바와 같이 로봇과 도킹 스테이션 사이의 측방향 및 각도 오정렬을 허용하기 위하여, 콘택 중 적어도 하나가 바람직하게는 제 2 콘택(130b)이 길다는 것, 즉 그 폭보다 더 길다는 것이 중요하다. 이러한 기술적 양태의 중요성이 이제 도 13 및 도 14, 도 15a, 및 도 15b, 및 도 16a, 및 도 16b 에 대하여 설명될 것이다. 여기에서, 로봇(4)의 길이방향 축은 L로 표시되고, 베이스부(60)의 길이방향 축은 LL로 표시되며, 콘택(130a, 130b)은 길이방향 축(LL)에 수직이고 기다란 후면부(64)의 축 X와 평행한 다른 축 T와 평행으로 정렬된다.
도 13 은 '공칭' 도킹 포지션에서 도킹 스테이션과 도킹된 로봇(4)을 도시한다. 나타난 바와 같이 로봇(4)의 충전 콘택(28, 30)(그러므로, 또한 로봇의 길이방향 축(L))은 도킹 스테이션의 길이방향 축(LL)과 정렬되고, 그러므로 전기 콘택(130a, 130b)을 실질적으로 그들의 중간점에서 결속시킨다. 다른 시점으로부터, 도 14 는 측면으로부터 로봇(4)과 도킹 스테이션(6) 사이의 공간적 관련성을 도시하는데, 여기에서 로봇(4)이 도킹 포지션에 있는 경우에 로봇(4) 상의 콘택(28, 30)이 도킹 스테이션(6) 상의 콘택(130a, 130b)과 접촉하고 있는 것을 알 수 있다.
공칭 도킹 포지션은 로봇(4)이 도킹 스테이션(6)과 도킹할 수 있는 이상화된 포지션이다. 실무상, 로봇(4)의 네비게이션 시스템은 이것을 공칭 포지션으로 정밀하게 복귀시킬 수 없을 수도 있다. 그러나, 도킹 스테이션의 전기 콘택(130a, 130b)의 방위에 관련하여 로봇(4)의 전기 콘택(28, 30)의 가로지르는 구성은, 이들 사이에서 성공적 전기 콘택을 여전히 달성하면서 로봇(4)과 도킹 스테이션(6) 사이의 상당한 정도의 오정렬이 용인되게 한다.
도 15a 및 도 15b 는 로봇의 두 개의 극단적인 측방향으로 오정렬된 도킹 포지션을 도시한다. 도 15a 에서, 로봇(4)은 최대 좌측 포지션에서 포지셔닝되고, 도시된 바와 같이, 로봇(4)의 길이방향 축(L)은 도킹 스테이션(6)의 길이방향 축(LL)의 좌측으로 거리 X1 만큼 이격된다. 이에 반해, 도 15b 는 최대 우측 포지션에서 포지셔닝되는 로봇(4)을 도시하고, 도시된 바와 같이, 로봇(4)의 길이방향 축(L)은 도킹 스테이션(6)의 길이방향 축(LL)의 우측으로 거리 X2 만큼 이격된다. 그러므로, 로봇이 성공적 전기 콘택을 여전히 획득하면서 X1 + X2 까지의 오정렬을 가지고 도킹 스테이션과 도킹할 수 있다는 것이 인정될 것이다. X1 및 X2 에 대한 적합한 거리는 30mm이지만, 이것은 예시적인 것일 뿐이며 콘택이 임의의 적합한 길이일 수도 있다는 것이 인정되어야 한다.
이제 도 16a 및 도 16b 를 참조하여 설명될 바와 같이, 공칭 도킹 포지션에서 멀어지는 로봇과 도킹 스테이션 사이의 상당한 정도의 측방향 오정렬을 허용하는 것과 함께, 로봇 상의 전기 콘택(28, 30) 및 도킹 스테이션(6) 상의 콘택(130a, 130b)의 상보적 구성도 역시 상당한 각도 정렬을 허용한다.
도 16a 의 로봇(4)의 도킹 포지션의 포지션을 도 13 에 도시된 로봇(4)의 공칭 도킹 포지션과 비교하면, 로봇(4)에 있는 콘택(28, 30)과 도킹 스테이션(6)에 있는 콘택(130a, 130b) 사이의 가로지르는 지향이 적어도 θ1 도의 반시계 방향의 큰 각도 오정렬을 허용한다는 것을 알 수 있다. 반대로, 도 16b 는 콘택의 가로(traverse) 구성이 적어도 θ2 도의 시계방향에서의 로봇(4)과 도킹 스테이션(6) 사이의 각도 오정렬을 허용할 것이라는 것을 보여준다. 그러므로 로봇(4)이 여전히 도 13 에 도시된 바와 같은 공칭 포지션으로부터 벗어나는 각 포지션의 범위를 통해 전기적으로 도킹 스테이션(6)과 여전히 도킹할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 이러한 실시예에서, 콘택의 가로지르는 구성이 10 도와 30 도 사이의 오정렬의 총각도 범위를 허용할 것이라는 것이 착상된다.
이것의 장점은, 네비게이션 시스템이 로봇(4)을 도킹 스테이션(6)과 도킹시키는 프로세스 도중에 아주 정밀하게 기능할 필요가 없다는 것이다. 종래 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 도킹 스테이션이 로봇을 도킹 스테이션에 있는 정밀한 도킹 포지션을 향해서 유도하는, 초음파 또는 적외선 송신기를 사용하는 방향성 빔 발생(beaming) 시스템을 포함하는 것이 공통적이다. 비록 이러한 시스템이 매우 정밀한 잠재력을 가지지만, 이것은 복잡도를 증가시키고 도킹 스테이션 및 로봇의 가격을 높게 한다. 이에 반해, 본 발명의 로봇식 시스템에서는, 네비게이션 시스템은 오직 로봇을 상당한 범위의 측방향 및 각도 오정렬 안에서 도킹 스테이션을 향해 기동하기만 하면 되고, 이것은 그의 내부 배터리가 충전될 수 있게 하도록 도킹 스테이션과의 성공적인 전기적 결속을 달성할 것이다.
특정한 위에서 설명된 실시예들에 대한 대체예들도 역시 설명된 바 있다. 그러나, 당업자는 다른 변경 및 수정이 청구항에 의하여 정의되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 특정한 실시예에 이루어질 수도 있다.
위에서 설명된 특정한 실시예에서, 후면부(62)는 연관된 피벗 축(82)에 끼워맞춤되는 두 개의 슬리브(74)를 이용하여 베이스부(60)로 힌지결합된다. 이러한 배치구성은, 힌지를 형성하기 위하여 많은 부품들을 필요로 하지 않으며 이것이 매우 간단하기 때문에 기술적으로 유리하다. 더욱이, 컴포넌트의 스냅-끼워맞춤 동작에 기인하여, 사용자는 원하는 바에 따라 후면부(62)를 분해하고 재조립할 수도 있다. 그러나, 이러한 힌지된 구조가 바람직하지만, 당업자는 다른 힌지 메커니즘도 역시 결과적으로 후면부(62)와 베이스부(60) 사이의 접힘 관련성을 얻어낼 것이라는 걸 인정할 것이다. 예를 들어, 후면부(62)는 베이스부(60)에 피벗가능하게 부착되는 적합한 브라켓 또는 브라켓들에 고정될 수 있다.
본 발명의 로봇은 내부 배터리 팩의 형태인 재충전가능 전력원을 사용하고 있는 것으로 설명된 바 있다. 물론, 배터리가 이러한 로봇식 애플리케이션에서의 재충전가능 전력원의 가장 편리한 형태이지만, 이것은 예를 들어 큰 용량성 유닛과 같이 사용되는 중인 다른 형태의 전력원을 배제하지 않는다.
비록 베이스부(60)에 있는 전기 콘택(130a, 130b)이 길쭉하고 선형이며 길이가 같은 것으로 설명된 바 있지만, 다른 형태들이 적합할 수도 있다. 예를 들어, 선형인 대신에, 콘택(130a, 130b)은 굽은 형태이거나 아치형상일 수도 있다. 이것의 몇몇 예들이 도 17a, 도 17b, 및 도 17c 에 도시된다. 도 17a 에서, 제 1 및 제 2 콘택(130a, 130b)의 양자 모두는 길쭉하지만 굽은 형태이다. 이러한 경우에, 각각의 콘택(130a, 130b)은 실질적으로 동일한 곡률 반경을 가지고, 실질적으로 동일한 호각(degree of arc)에 대면(subtend)한다. 이러한 구성은 특히 로봇이 공칭적으로 중앙 포지션에 측면으로 위치한 경우에 로봇(2)과 도킹 스테이션(6) 사이에 더 넓은 범위의 각도 오정렬을 수용할 수도 있다. 도 17b 에서, 양자 모두의 콘택(130a, 130b)은 실질적으로 동일한 곡률 반경으로 휘어지는데, 하지만 제 1 콘택(130a)이 제 2 콘택(130b) 보다 더 짧아서 이것이 더 작은 호각에 대면하게 한다. 극단적인 예가 도 17c 에 도시되는데, 여기서 제 1 콘택(130a)은 길쭉하지 않고 사실상 실질적으로 원형인 반면 제 2 콘택(130b)은 이전의 예에서와 같이 길쭉하고 굽어있다.
로봇(2)에 제공된 전기 콘택(28, 30)으로 되돌아가면, 비록 이들이 위에서 로봇의 길이방향 축(L)에 정렬되어 있는 것으로 설명되지만, 콘택(28, 30)이 또한 서로 선형으로 정렬되지만 로봇(2)의 길이방향 축(L)과 나란하게 정렬되지 않고 그로부터 오프셋될 수도 있다는 것이 인정되어야 한다. 더욱이, 공간적인 제약 때문에 바람직할 경우에는 각각의 콘택(28, 30)은 다른 것으로부터 오프셋될 수도 있고, 세 개 이상의 로봇 콘택(28, 30)이 존재할 수도 있다. 예를 들어, 도킹 스테이션에 제공된 다른 전기 콘택에 의하여 제공되는 보조 전기 신호를 픽업하는 역할을 하기 위하여 다른 전기 콘택이 제공될 수 있고, 또는 다른 전기 콘택은 전기 접지일 수 있다.
위에서 논의된 작동 메커니즘(140)은 도킹 스테이션(6)의 후면부(64)에 피벗가능하게 탑재된 레버(146)의 형태를 띤다. 이러한 구성은 도킹 스테이션 콘택(130a, 130b)으로의 충전 에너지의 공급을 도킹 스테이션 상의 로봇(2)의 정확한 포지셔닝에 서로 맞물리게 하는 문제점에 대한 공간-효율적 솔루션을 제공한다. 그러나, 피벗 레버에 대한 대체예로서, 예를 들어 선형으로 이동하는 푸시 막대(미도시)가 유사한 전원 인터로킹(interlocking) 기능을 달성하기 위하여 사용될 수 있다.
비록 위의 논의가 도킹 스테이션의 베이스부(60)의 상부면에 제공된 전기 콘택 수단(8)과 협력하기 위하여 자신의 하부측에 제공된 전기 콘택(28, 30)을 가지는 이동형 로봇에 촛점을 두어 왔지만, 이론상으로는, 로봇의 콘택(28, 30)과의 통신을 구축하기 위하여 로봇의 전기 콘택(28, 30)이 이의 상부면에 제공되고 도킹 스테이션의 콘택 수단이 이동형 로봇의 상단을 넘어 연장하는 면에 제공된다면 균등물 효과가 달성될 수 있다는 것이 인정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 이동형 로봇용 도킹 스테이션으로서,
    상기 도킹 스테이션은 바닥면 상에 위치가능한 베이스부 및 상기 베이스부에 대하여 피벗가능한 후면부를 포함하고,
    상기 도킹 스테이션은 도킹 스테이션 상에 도킹되면 전하를 디바이스로 제공하기 위한 충전 콘택 수단을 더 포함하고,
    상기 충전 콘택 수단은 상기 도킹 스테이션의 베이스부 상에 제공되는, 도킹 스테이션.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스부의 피벗 영역은 상기 후면부가 베이스부에 대하여 피벗가능하게 움직일 수 있도록, 상기 후면부에 제공된 상보적 경계부와 짝맞춤하는 경계부를 포함하는, 도킹 스테이션.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경계부는 상기 베이스부에 상대적인 직립 포지션에서 상기 후면부의 회전을 해제가능하게 홀딩하기 위한 디텐트 형성물(detent formation)을 포함하는, 도킹 스테이션.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디텐트 형성물은, 선결정된 토크가 상기 경계부에 인가되면 상기 후면부가 정지 영역(stop region)으로부터 결합해제되도록 구성되는, 도킹 스테이션.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후면부는 상기 베이스부의 피벗 영역에 스냅-끼워맞춤되는, 도킹 스테이션.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후면부는 적어도 하나의 피벗 축을 포함하고, 상기 후면부와 연관되는 슬리브 부재가 상기 피벗 축 상에 슬라이딩 끼워맞춤으로 수용되는, 도킹 스테이션.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 콘택 수단은 적어도 하나의 전도성 콘택 부품을 포함하는, 도킹 스테이션.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 콘택 부품은 상기 도킹 스테이션의 길이방향 축을 가로질러 연장되는, 도킹 스테이션.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 콘택 부품은 탄성적으로-탑재되는, 도킹 스테이션.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 도킹 스테이션은 상기 충전 콘택 수단을 선택적으로 급전하기 위한 작동 메커니즘을 포함하는, 도킹 스테이션.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 작동 메커니즘은 로봇식 디바이스가 도킹부 상의 도킹 포지션 내로 기동함으로써 기계적으로 작동되는, 도킹 스테이션.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 작동 메커니즘은 상기 도킹 스테이션의 베이스부 주위에서 피벗가능한 가동 레버인, 도킹 스테이션.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가동 레버는 상기 베이스부의 피벗 영역 주위에서 피벗가능한, 도킹 스테이션.
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