KR101940378B1 - 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 태양전지 패널을 따라 이동하면서 태양전지 패널 표면 위로 소정 높이 이격되게 부상하여 태양전지 패널과 접촉을 최소화하고 오염물질을 청소할 수 있기 위한 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇에 관한 것이다.

Description

에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇{Contamination detection auto cleaning robot using air-motor}
본 발명은 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 태양전지 패널을 따라 이동하면서 태양전지 패널 표면 위로 소정 높이 이격되게 부상하여 태양전지 패널과 접촉을 최소화하고 오염물질을 청소할 수 있기 위한 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양전지을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 가열된 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 것이고, 태양전지을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시키고 상기 발생된 전기로 각종 기계나 기구를 작동시키는 것으로, 통상 후자를 태양전지 발전이라고 한다.
상술한 태양에너지를 이용하는 방법 중 태양전지 발전은 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전기를 발생시키는 것으로, 상기 광기전력 효과(photovoltaic effect)는 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n 접합을 한 태양전지 전지판에 태양전지을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 것이다.
이를 위하여 태양전지을 집광하기 위한 태양전지(solar cell), 태양전지의 집합체인 태양전지 모듈(photovoltaic module) 및 태양전지를 일정하게 배열한 태양전지 어레이(solar array) 등이 요구된다.
예를 들어, 외부에서 빛이 태양전지 모듈에 입사되면 p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광 에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기되고, 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공 쌍(electron hole pair; EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공 쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
한편, 태양전지 발전은 화석원료 등의 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성이 없는 청정 에너지원이며 고갈의 염려도 없다. 또한, 여타 풍력이나 해수력과 달리 태양전지 발전설비는 설치가 자유롭고 유지비용이 저렴하다는 장점을 갖는다.
하지만, 이러한 태양전지 모듈은 태양 전지판에 황사, 악천후 등의 기상현상 등에 의해 오물이 쉽게 쌓일 수 있다는 단점을 갖는다. 태양전지 모듈에 오물이 쌓일 경우 태양전지 모듈은 광흡수율이 현저히 떨어지고, 결과적으로 발전 효율 또한 저하될 수 있다.
또한, 겨울철에 비나 눈 등이 태양 전지판에 내릴 경우 발전효율의 저하가 발생할 수 있다. 이러한 오물, 눈, 비 등으로 인한 발전효율의 저하를 방지하기 위해서는 태양전지 모듈을 주기적으로 세척할 필요가 있다.
그러나 넓은 면적에 많은 수로 배치되는 태양전지 모듈들을 일일이 세척하는 것은 많은 시간과 인력을 필요로 한다. 따라서, 짧은 시간에 최소한의 인력으로 태양전지 모듈들을 세척할 수 있는 장치의 개발이 소망되는 현실이다.
한편, 최근 수년간 전 세계 태양전지 생산량은 급속도로 증대되고 있다. 이에 따라 일본, 독일, 미국 등에서는 이미 태양전지 기술이 하나의 산업으로 자리 잡아가고 있고, 핵심 기술인 태양전지를 비롯한 관련 분야에 많은 기업들이 참여하고 있다. 국내에서도 정부의 기술개발 및 보급 지원 정책에 따라 점차 태양전지 분야에 진출하였거나 진출을 희망하는 기업들의 수가 늘고 있다. 하지만, 태양전지의 생산하고 개발하는데 집중적으로 투자를 하고 있으나 유지 및 관리에 대한 부분이 미약하다.
세계적인 흐름은 고유가와 환경오염의 해결 방안으로 신재생 에너지가 각광 받고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양전지 발전이 차지하는 비중이 높다. 태양전지발전에는 환경적인 요소, 관리적인 요소 등 여러 가지 요소들이 있지만 그 중에서 태양전지 발전 시스템의 관리가 중요시되고 있다. 특히 설치위치가 다양화되면서 관리의 문제가 발생하고 있다.
유럽지역 17개 기업은 2025년까지 사하라 사막에 4000억 유로(약 620조원)를 투자해 25GW 발전용량의 태양열 발전소를 건설, 유럽전체 전력수요의 15%를 생산하는 프로젝트(Desertec Project)를 시작했다. 이 데저텍 프로젝트의 문제점으로 사하라사막의 모래, 먼지로 인해 효율저하 해결방안을 모색 중에 있다. 시장이 큰 중국 또한, 황사가 심한 지역이기 때문에 태양전지 패널(모듈) 청소 기술은 반드시 필요하다.
이러한 태양전지판(모듈)의 청소문제를 해결하고자 등록특허 제10-1034192호에는 태양전지패널 청소용 로봇장치가 제안되어 있으며 도 1에 도시되어 있다.
상기 특허에 제안되어 있는 태양전지패널 청소용 로봇장치는 복수의 태양전지패널이 배열된 태양전지 어레이(array)에서 상기 태양전지패널을 청소하는 청소용 로봇장치로서, 상기 태양전지 어레이의 양측 모서리 각각에 인접하여 설치되어 있으며, 상기 각 모서리를 따라 왕복 운동하는 이송차를 각각 구비한 한 쌍의 이송기; 상기 한 쌍의 이송차에 양단부가 각각 결합되고 세척액을 이송하는 이송관 및 상기 이송관의 세척액을 분사하는 세척액 분사노즐을 구비한 세척액 분사부; 및 상기 이송차에 의해 이송되고, 상기 한 쌍의 이송차 사이를 이동하며 상기 태양전지패널을 청소하는 청소로봇을 포함하고, 상기 청소로봇은, 몸체; 상기 몸체를 이동시키는 이동바퀴와, 상기 몸체에 설치되며 이동바퀴를 구동시키는 모터를 구비한 구동부; 상기 모터에 의해 회전되며 회전 시에 공기를 배출하는 임펠러(impeller)를 구비한 공기압 형성부; 상기 임펠러에서 배출되는 공기를 이송하는 제1배관 및 상기 제1배관의 공기를 상기 태양전지패널로 분사하는 공기 분사노즐을 구비한 공기 분사부; 및 상기 몸체에 결합되어 있으며, 상기 태양전지패널에 선택적으로 밀착되어 세척액을 제거하는 와이퍼를 포함하고, 상기 복수의 태양전지패널 사이에는 오목하게 가이드홈이 형성되어 있으며, 상기 청소로봇의 이동 시에, 상기 이동바퀴는 상기 가이드홈에 삽입되어 안내되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 특허에 개시되어 있는 청소용 로봇장치 및 종래 기술은 태양전지 패널과 로봇장치가 물리적으로 접촉될 수 있는 부분이 많아 태양전지 패널을 청소 중 흠짐이 생기거나 이물질이 태양전지 패널과 로봇장치 사이 좁은 틈에 끼이는 등 문제점이 발생할 수 있었다.
따라서 광범위하게 넓게 설치되어 있는 태양전지 패널(모듈)과 물리적 접촉을 최소화하면서 효율적으로 청소할 수 있는 태양전지 패널 청소로봇 개발이 절실히 요구되었다.
한국 등록특허 제10-1034192호, 발명의 명칭 '태양전지패널 청소용 로봇장치'(등록일자 2011.05.03.) 한국 등록특허 제10-0888395호, 발명의 명칭 '태양 전지 패널의 표면 청소용 시스템'(등록일자 2009.03.05.)
본 발명은 상기한 문제점 및 필요성에 의해서 안출된 것으로, 태양전지 패널을 따라 이동하면서 태양전지 패널 표면 위로 소정 높이 이격되게 부상하여 태양전지 패널과 접촉을 최소화하고 오염물질을 청소할 수 있는 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇은 태양전지 패널의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터에 의해 왕복 운동하는 가동프레임과, 상기 가이드레일을 따라 에어모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부와, 상기 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부와, 상기 이동몸체부의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서부와, 상기 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부를 구비한다.
또한, 이동몸체부는, 상기 이동몸체부 상부에, 이동몸체부 진행방향의 가로방향으로 소정 간격 이격되게 형성되어 공기가 유입되는 복수의 에어유입관과, 에어유입관으로 공기 유입을 강제하는 에어모터, 및 상기 이동몸체부 하부에, 에어모터에 의해 유입된 공기를 태양전지 패널 표면 위로 분사시키는 복수의 에어분사관을 포함하여 구성된다.
본 발명에서 제안하는 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇에 따르면, 에어모터를 이용하여 이동몸체부가 소정 높이 이격되게 공기 부상이 가능하면서 이동 및 청소를 겸할 수 있는 이점이 있다.
또한, 이동몸체부가 소정 높이 이격되게 부상되므로 태양전지 패널과 물리적 접촉이 최소화되어 태양전지 패널의 손상을 줄일 수 있은 이점이 있다.
또한, 청소로봇의 공기 부상에 따른 공기의 흐름을 이용하여 먼지 및 오염물질을 제거하는 이점이 있다.
도 1은 종래 태양전지 패널용 청소장치를 나타내는 예시적 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 구성에서 태양전지 패널에 청소로봇을 안착시킨 후의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 청소로봇을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 오염검사부의 작동에 대한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치 원격제어 시스템의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 제1 청소영역지도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 서버의 내부 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치 원격제어 시스템의 구성 간 신호 흐름을 나타낸 신호흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치 원격제어를 위한 서버 운용방법을 나타낸 순서도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇을 나타내는 개략도이다.
도 13은 도 12의 "A" 부분의 하부면을 나타내는 확대도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇을 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14의 측면을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 14의 분사가이드를 확대하여 나타내는 부분도면이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 구성을 나타내는 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 구성에서 태양전지 패널에 청소로봇을 안착시킨 후의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치(1)는 크게 태양전지 패널(5)을 따라 이동하면서 태양전지 패널(5) 표면 위에 있는 이물질을 제거하는 청소로봇(10) 및 상기 청소로봇(10)을 태양전지 패널(5)에 안전하게 안착시키고 물과 전원을 보급 및 충전하는 탑재장치(20)로 구분할 수 있다.
청소로봇(10)은, 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일(111)을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터(115)에 의해 왕복 운동하는 가동프레임(110)과, 가동프레임(110)의 가이드레일(111)을 따라 회전모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부(120)와, 이동몸체부(120) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(130)와, 이동몸체부(120)의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서부(140)와, 이동몸체부(120)에 결합되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부(170)를 포함한다.
오염검사부(130)는, 태양전지 패널(5)에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부(131)와, 발광부(131)에서 송출된 신호를 수신하는 수신부(133)를 포함하고, 발광부(131)에서 송출하는 신호와 수신부(133)에서 수신하는 신호의 크기를 비교하여 오염도를 측정하며, 발광부(131) 및 수신부(133)는 적외선 센서일 수 있다.
클리닝부(170)는, 태양전지 패널(5)의 표면에 세척수를 분사하는 물분사부(171)와, 회전모터, 상기 회전모터에 연동하여 회전하는 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트 외주면에 결합하여 태양전지 패널(5)의 표면을 청소하는 브러쉬부(172)와, 가열기 및 상기 가열기에 의해 가열된 증기를 분사하는 스팀노즐부(173)와, 송풍기 및 상기 송풍기에 공급되는 공기를 태양전지 패널의 표면에 분사하는 에어블로우(174)를 포함한다.
본 발명의 일실시 예의 청소로봇(10)은 태양전지 패널(5)에 장착 가능하고 분리할 수 있는 구조를 가짐으로써, 탑재장치(20)를 통하여 자동제어되어 탈착 가능하며 청소완료된 태양전지 패널(5)에서 분리된 후 다른 태양전지 패널로 부착시켜 운용할 수 있을 뿐만 아니라 고장시 수리가 용이하다.
여기서 태양전지 패널(5)은 태양전지을 전기로 변환하는 부분으로, 대량의 발전을 위하여 복수 개의 태양전지 셀이 모여서 태양전지 모듈을 구성하고 복수 개의 모듈이 다시 모여서 태양전지 패널(5)을 구성한다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에는 태양전지의 입사각에 맞추어 경사면이 형성되고, 경사면에는 복수 개의 태양전지 셀로 구성된 태양전지 모듈이 나란하게 정렬되어 형성되는 일반적인 태양전지 패널(5)에 적용된다.
이때, 태양전지 패널(5)을 지지하는 경사면에는, 청소로봇(10)의 이동 시 청소로봇(10)의 이동바퀴(113)를 안내하는 가이드레인(4)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 청소로봇(10)은 태양전지 패널(5) 전체를 청소한다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치의 청소로봇을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 오염검사부의 작동에 대한 설명도이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇(10)에 대한 구성에 대해서 설명하면 다음과 같다.
가동프레임(110)은 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일(111)을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터(115)에 의해 왕복 병진 운동을 한다.
가동프레임(110)은 도 5에 도시된 바와 같이 일측이 후크와 같이 구부러져 태양전지 패널(5)이 형성된 경사면 상측 일단에 걸쳐 안착시킬 수 있는 2개의 평행한 가이드레일(111)과, 가이드레일(111)을 지지하고 태양전지 패널(5)의 가이드레인(4)을 따라 구동되는 이동바퀴(113)와, 이동바퀴(113)를 구동하는 가동모터(115)로 구성될 수 있다.
따라서 가동프레임(110)은 태양전지 패널(5)의 길이 방향을 따라 즉, 양측 가이드레인(4)을 따라 이동할 수 있고 후술하는 부품들을 장착 또는 지지하여 결합할 수 있으며, 태양전지 패널(5)의 길이 방향으로 왕복 병진 운동을 할 수 있다.
또한 가동프레임(110)은 청소로봇(10)이 태양전지 패널(5) 위로 안전하게 왕복 운동할 수 있도록, 이동몸체부(120)의 각 모서리에는 위치를 감지할 수 있는 감지센서(140)가 설치되어 가동프레임(110)의 위치가 감지되어 이동이 제한될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에는 롤러형 이동바퀴(113)를 사용하여 가동프레임(110)을 이동시키는 방법을 제시하였으나, 가동프레임(110)의 이동방식은 본 실시 예에 한정되지 않으며 공지 기술 중 다양한 이동 방식이 적용될 수 있다.
이동몸체부(120)는 가동프레임(110)의 가이드레일(111)을 따라 회전모터에 의해 왕복 병진 운동을 하며, 청소로봇(10)의 다양한 부품들을 고정 지지하는 기능을 한다.
즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 이동몸체부(120)는 가동프레임(110)의 가이드레일(111)과 랙앤피니언(rack and pinion) 결합으로 한 쌍의 가이드레일(111)을 따라 왕복 병진 운동을 하고 청소로봇(10)의 부품들을 탑재하여 지지하는 플레이트 형상으로 형성된다.
여기서 이동몸체부(120) 일측에는 한 쌍의 가이드레일(111)을 따라 왕복 운동이 가능하도록 피니언(121)이 설치되고, 이동몸체부(120)의 피니언(121)을 회전시키는 회전모터(미도시)에 의해 왕복 병진 이동이 가능하게 된다.
더 자세하게는 가동프레임(110)의 가이드레일(111) 일측에 랙(rack) 기어가 형성되고 상기 랙(rack) 기어가 형성된 가이드레일(111)를 따라 움직이는 피니언(121)이 형성된 이동몸체부(120)와 맞물려 있으므로 피니언(121)은 이동몸체부(120)에 설치된 회전모터(미도시)에 의해 회전되어 한 쌍의 가이드레일(111)의 랙(rack)을 따라 병진 이동이 된다.
다만, 본 실시 예에는 랙앤피니언(rack and pinion) 방식을 사용하여 가동프레임(110)의 가이드레일(111)을 따라 이동몸체부(120)를 이동시키는 방법을 제시하였으나, 이동몸체부(120)의 이동방식은 본 실시 예에 한정되지 않으며 공지 기술에 따른 다양한 이동 방식이 적용될 수도 있다.
또한, 본 실시 예에서 가이드레일(111)을 따라 이동하기 위해 랙(rack) 및 피니언(pinion)으로 구성하였으나 경우에 따라서는 볼스크류(ball screw)나 롤러(roller) 등을 적용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇(10)에는 이동몸체부(120) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(130)를 포함할 수 있고, 이동몸체부(120)의 모서리에 설치되어 청소로봇(10)의 위치를 감지하는 감지센서(140)를 포함할 수 있다.
또한 이동몸체부(120)에 결합되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부(170)를 포함할 수 있다.
오염검사부(130)는 발광부(131)와 수신부(133)로 구성되며, 발광부(131) 및 수신부(133)는 복수 개의 적외선 센서로 이루어진다.
즉, 오염검사부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이, 태양전지 패널(5)에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부(131)와 발광부(131)에서 송출된 신호를 수신하는 수신부(133)로 구성되며. 태양전지 패널 표면에 먼지와 같은 이물질 등이 함유되는 양(도 6의 (a), (b), (c), (d))에 따라 반사되는 신호의 반사율이 달라진다.
따라서 발광부(131)에서 송출하는 신호와 수신부(133)에서 수신하는 신호의 반사율을 검출하여 오염도 데이터를 읽을 수 있어 오염 정도 및 위치를 알 수 있다.
감지센서(140)는 청소로봇(10)이 구동되는 동안 주변의 장애물이나 이동 방향 등을 검출하여 이를 컨트롤부(160)에 전달한다. 이를 위하여 감지센서(140)는 위치센서, 속도센서, 가속도 센서, 근접 센서, 토크 센서 및 거리 탐색기 등을 포함할 수 있다. 상기 위치 센서로는 포텐쇼미터, 엔코더, 선형가변 미분형 변압기, 리졸버, 운행시간 변위센서 등이 적용될 수 있다. 또한, 상기 속도 센서로는 엔코더, 타코메타, 위치신호의 미분 등이 이용될 수 있다. 근접 센서로는 자기근접센서, 광학근접센서, 초음파 근접센서, 유도성 근접센서, 용량성 근접센서, 와전류근접 센서 등이 이용될 수 있다. 그리고 거리 탐색기는 초음파 거리탐색기 및 광학 거리탐색기 등이 이용될 수 있다. 이러한 감지센서(140)는 센서의 성능, 가격, 크기, 출력의 형태, 인터페이싱 및 분해능 등을 고려하여 적용될 수 있다. 또한, 감지센서(140)는 감도, 선형성, 범위, 응답시간, 주파수 응답, 신뢰성, 정확성, 반복정밀도 등을 모두 고려하여 적용될 수 있다.
배터리부(150)는 청소로봇(10)의 전원을 공급하는 것으로 가동프레임(110) 또는 이동프레임(120)에 장착되어 가동모터. 회전모터 등의 구동장치와 각종 센서에 전원을 공급하며, 전원이 일정 수준 이하의 값을 가지는 경우, 특정 소켓에 접속되어 전원 충전을 수행한다.
배터리부(150)는 2시간 이상의 운행 지속이 가능한 전지 타입으로 형성되는 것이 가능하다. 즉, 배터리(150)는 니켈 전지 및 리튬 전지 등으로 형성될 수 있으나, 사용 효율을 고려하여 리튬 폴리머 타입의 전지가 이용되는 것이 가능하다.
배터리부(150)가 일정 수준 이하의 전원 양을 가지는 경우, 컨트롤부(160)의 제어에 따라 자동으로 충전용 소켓으로 이동하여 전원 충전을 수행할 수 있다.
컨트롤부(160)는 오염검사부(130) 및 감지센서(140)에서 오는 신호를 받아 청소로봇(10)을 제어한다. 즉, 오염검사부(130) 및 감지센서(140)에서 입력되는 데이터(신호)를 받아 가동프레임(110), 이동몸체부(120) 및 클리닝부(170)을 제어한다.
클리닝부(170)는 물분사부(171), 브러쉬부(172), 스팀노즐부(173), 에어블로우(174)로 구성된다.
물분사부(171)는 태양전지 패널(5)의 표면에 세척수를 분사하는 기능을 한다.
브러쉬부(172)는 회전모터, 회전모터에 연동하여 회전하는 회전 샤프트, 회전 샤프트 외주면에 결합하여 태양전지 패널의 표면을 청소하는 기능을 한다.
스팀노즐부(173)는 가열기 및 가열기에 의해 가열된 증기를 분사하는 기능을 한다.
에어블로우(174)는 송풍기 및 송풍기에 공급되는 공기를 태양전지 패널(5)의 표면에 분사하는 기능을 한다.
탑재장치(20)는 사람의 팔과 비슷한 기능을 가진 기계 즉, 작업의 대상물을 이동시키는 매니퓰레이터(mnipulator)로, 여기서는 태양전지 패널(5)에 청소로봇(10)을 안착시키는 제반 장치들을 포함한다.
즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치(1)는 청소로봇(10) 및 상기 청소로봇(10)을 태양전지 패널(5) 위에 탈착시키는 탑재장치(20)로 구성된다.
탑재장치(20)는 이동수단(8)에 장착된 고정프레임(210)과, 고정프레임(210)에 연장되어 구동장치에 의해 관절 운동으로 일측이 상하좌우 이동이 가능한 로봇팔(220)과, 태양전지 패널의 길이 및 경사도 등을 측정하는 적외선 카메라(230)로 구성된다.
본 발명의 일실시 예에 따른 탑재장치(20)에 대한 구성에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 언급하는 이동수단(8)은 일반적으로 사용되고 있는 내연기관으로 이동되는 트럭이나 자동차가 될 수 있고 전기로 이동되는 전기자동차도 가능하며, 본 발명의 실시 예에 따른 탑재장치(20)에 적합하게 특별제작되어 제공될 수도 있다.
고정프레임(210)은 로봇팔(220)이 구동장치(미도시)에 의해 원활한 관절 운동으로 일측이 상하좌우 지정된 위치로 이동될 수 있도록 로봇팔(220)을 고정하며 지지한다.
고정프레임(210)에는 청소로봇(10)에 물을 공급하거나 보충하기 위한 물탱크(240)가 설치될 수 있고, 청소로봇(10)에 전원을 공급하거나 충전시킬 수 있는 충전부(250)가 설치될 수 있다.
또한 탑재장치(20)에는 적외선 카메라(230)로 태양전지 패널(5)의 위치와 경사도 등을 읽어드린 영상데이터를 이용하여 로봇팔(220)이 안전하게 동작하도록 제어하는 제어부(260)를 더 포함할 수 있다.
로봇팔(220)은 사람에 의하여 조정될 수 있겠으나, 적외선 카메라(230)에서 입력받은 영상데이터에 의해 자동으로 태양전지 패널(5)에 청소로봇(10)이 잘 안착시키도록 동작 제어될 수 있다.
특히 청소로봇(10)은 일측이 고리처럼 휘어진 후크타입 가이드레일(111)이 있어, 로봇팔(220)에 의해 가이드레일(111)을 태양전지 패널(5) 경사진 상단 일측에 걸어 안전하게 태양전지 패널(5)에 안착되어 진다.
적외선 카메라(230)는 태양전지 패널(5)의 폭과 길이 및 경사진 각도 등을 종합적인 영상데이터를 읽어드린다. 읽어드린 영상데이터를 기초로 탑재장치(20)는 로봇팔(220)을 자동제어하여 동작시킨다.
물탱크(240)는 청소로봇(10) 일측과 탈착 형식의 호스로 연결되어 청소로봇(10)에 물이나 세척수를 공급하거나 보충할 수 있다.
충전부(250)는 청소로봇(10) 일측과 탈착 형식의 잭으로 연결되어 청소로봇(10)에 전원을 공급할 수 있고, 청소로봇(10)에 배터리가 탑재되어 있다면 배터리에 전원을 충전시킬 수 있다.
제어부(260)는 적외선 카메라(230)에 읽어드린 영상데이터 및 청소로봇(10)으로부터 전달받은 신호를 토대로 로봇팔(220)을 동작시켜 태양전지 패널(5)에 청소로봇(10)을 안착시키거나 분리하고 물과 전원을 공급하도록 제어한다.
환경측정부(270)는 태양전지 패널(5)이 설치되어 있는 주위 환경 즉 온도, 습도, 풍속, 풍향 등을 측정하여 탑재장치(20)가 안전하게 태양전지 패널(5)에 청소로봇(10)을 안착시키고 청소로봇(10)이 태양전지 패널(5) 표면에 효율적인 청소가 될 수 있도록 청소로봇(10)에 데이터를 제공하고 제공받은 데이터에 의해 청소로봇(10)이 작동되도록 할 수 있다.
또한 환경측정부(270)는 일조량 측정계, 태양 고도계, 풍향/풍속계(anemoscope/anemometer), 대기 먼지 측정계, 운량계(nephometer) 및 강우계(rainfall meter) 등을 포함할 수 있다.
일조량 측정계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 시점인 날짜 및 시각, 및 운영 위치인 위도 및 경도에 따른 일조량에 대한 정보를 환경측정부(270)에 제공할 수 있다.
태양 고도계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 시점인 날짜 및 시각, 및 운영 위치인 위도 및 경도에 따른 태양의 고도에 대한 정보를 환경측정부(270)에 제공할 수 있다.
풍향/풍속계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 풍향과 풍속에 대한 정보를 환경측정부(270)에 제공할 수 있다.
대기 먼지 측정계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 대기 중 먼지 농도에 대한 정보를 환경측정부(270)에 제공할 수 있다.
운량계는 태양전지 패널용 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 구름의 양에 대한 정보를 환경측정부(270)에 제공할 수 있다.
강우계는 태양전지 패널용 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 강우량에 대한 정보를 환경측정부(270)에 제공할 수 있다.
이와 같은 다양한 기상 상황이 환경측정부(270)에 적용됨으로써, 환경측정부(270)가 제어부(260) 및 청소로봇(10)에 제공하는 데이터가 더 정밀해질 수 있다.
데이터를 받은 청소로봇(10)은 독자적으로 태양전지 패널(5) 표면을 이동하며 효율적인 청소 기능을 수행할 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇장치(1)는 청소로봇(10)을 탑재장치(20)에 의해 태양전지 패널(5)에 잘 안착시키고, 안착된 청소로봇(10)은 태양전지 패널(5) 표면을 효율적으로 청소할 수 있도록 하며, 청소로봇(10)에 물과 동력원이 부족할 때에는 물과 전원을 공급 또는 충전하게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 먼지 제거용 청소로봇장치 원격제어 시스템의 구성이다.
도 7의 시스템은 청소로봇(10), 탑재장치(20), 네트워크(30), 서버(40) 및 데이터베이스(50)를 포함한다.
일반적으로 태양전지 패널(5)은 각기 다른 지역에 설치되는데, 예를 들어, 태양전지 패널(5)은 동일한 지역에 복수 개 설치될 수 있으나 설치되는 장소는 소정 간격 이격되어 설치될 수 있다.
본 발명에서 청소로봇(10)은 로봇통신부(180)가 구비되어 있어 로봇통신부(180) 및 네트워크(30)를 통해서 서버(40)와 통신한다.
네트워크(30)는 청소로봇(10)의 로봇통신부(180)와 서버(40)를 연결시켜 주는 통신망이라 할 수 있다.
서버(40)는 청소로봇(10)에 설정된 영역의 정보를 제공할 수 있고, 데이터베이스(50) 내의 각종 정보를 갱신 및 관리할 수 있다.
청소로봇(10)은 독자적으로 청소를 수행할 수 있으나 효율적인 관리를 위해 데이터베이스(50)에 저장된 정보와 연계되어 청소를 수행할 수 있다.
데이터베이스(50)는 청소로봇(10)이 태양전지 패널(5)을 원활히 청소할 수 있도록 제반 정보를 저장할 수 있다.
도 7에서 서버(40) 및 데이터베이스(50)를 각각 독립되게 도시하였으나, 이는 시스템 구성의 이해를 돕기 위해 편의상 그렇게 한 것이다. 따라서 서버(40)가 데이터베이스(50)를 포함하는 것으로 생각하여도 무방하다.
태양전지 패널 먼지 제거용 청소로봇장치 원격제어 시스템은 청소로봇(10)이 데이터베이스(50)에 저장된 청소 수행 계획에 따라 청소를 수행함에 따라 제1 청소영역지도(A01)를 생성하여, 상기 제1 청소영역지도(A01)를 서버(40)에 전달한다.
그러면, 서버(40)는 제1 청소영역지도(A01) 기반으로 작성한 제2 청소영역지도(A02)을 청소로봇(10)에 전달하여 제2 청소영역지도(A02)에 따라 청소를 수행하도록 제어한다. 다시 말하여, 청소로봇(10)은 데이터베이스(50)에 저장된 청소 수행 계획에 따라 청소를 완료하거나 청소를 수행하는 중 제1 청소영역지도(A01)를 생성한다. 그리고 청소로봇(10)은 서버(40)의 청소 내역 요청에 따라 제1 청소영역지도(A01)를 서버(40)에 전달한다. 서버(40)는 제1 청소영역지도(A01)를 확인하고, 아직 청소가 되지 않은 영역 또는 특정 구조물의 특성으로 인하여 청소가 되지 않은 영역들을 확인한다. 그리고 서버(40)는 상기 지정 영역이 청소 가능 상태가 되었을 경우, 상기 지정 영역들로 이루어진 제2 청소영역지도(A02)를 작성한다. 이후, 서버(40)는 제2 청소영역지도(A02)를 청소로봇(10)에 전달하고, 이에 따라, 청소로봇(10)은 제2 청소영역지도(A02)에 따라 청소를 수행한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇장치 원격제어 시스템은 데이터베이스(50)에 저장된 청소 수행 계획에 따라 청소함으로써 생성되는 제1 청소영역지도(A01)을 서버(40)가 설정된 값에 따라 조절하여 청소를 수행하도록 함으로써, 구역에 대한 반복 청소를 제거하고, 필요한 영역만 청소를 수행할 수 있도록 한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇장치 원격제어 시스템의 각 구성에 대하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명의 청소로봇(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 가동프레임(110), 이동몸체부(120), 오염검사부(130), 감지센서(140), 배터리(150), 컨트롤부(160) 및 클리닝부(170)인 기본 구성에 로봇통신부(180) 및 로봇메모리부(190)를 추가 구성한다.
로봇통신부(180)는 네트워크(30)를 통해서 서버(40)와 통신한다.
로봇통신부(180)는 네트워크(30) 통신망을 통하여 제1 청소영역지도(A01)를 서버(40)에 전달하며, 서버(40)가 전송하는 제2 청소영역지도(A02)를 수신한다.
로봇메모리부(190)는 청소로봇(10)을 부팅시키고, 청소로봇(10)을 운용하기 위한 다양한 응용 프로그램을 임베이디드 방식으로 저장할 수 있는 메모리가 탑재되어 있다. 또한, 로봇메모리부(190)는 청소로봇(10)이 데이터베이스(50)에 저장된 청소 패턴 및 청소 수행 계획에 따라 생성되는 제1 청소영역지도(A01)를 저장한다. 그리고 로봇메모리부(190)는 서버(40)가 전달하는 제2 청소영역지도(A02)를 임시로 저장할 수 있다.
제1 청소영역지도(A01)는 청소로봇(10)이 청소를 수행한 전체 영역에 대한 청소영역 정보를 포함한다.
그리고 제1 청소영역지도(A01)는 청소 수행 시 청소로봇(10)이 동작하게 될 일정 패턴 예를 들면, 일자, 상하 또는 지그재그 등 다양한 형태의 패턴에 따라 생성될 수 있다.
추가로 컨트롤부(160)를 보충하여 설명하면, 컨트롤부(160)는 청소로봇(10)의 전반적인 동작을 제어하며, 앞서 설명한 각 구성들 간의 신호 흐름을 제어하여, 청소로봇(10)이 청소 작업을 수행할 수 있도록 제어한다. 다시 말하여, 컨트롤부(160)는 데이터베이스(50)에 저장된 청소 수행 정보에 따라 청소를 수행한다. 이때, 컨트롤부(160)는 청소 수행 정보에 대응하여 가동프레임(110), 이동몸체부(120) 및 클리닝부(170)를 제어하여 청소를 수행한다. 이때, 컨트롤부(160)는 감지센서(140)를 이용하여 주변의 물체나 환경을 판단하고, 판단된 상황에 따라 가동프레임(110) 또는 이동몸체부(120)의 활동범위 및 방향 등을 제어할 수 있다. 그리고 컨트롤부(160)는 로봇통신부(180)를 제어하여 서버(40)에 제1 청소영역지도(A01)를 전송하고, 서버(40)로부터 제2 청소영역지도(A02)대로 청소를 수행하도록 제어한다.
여기서, 컨트롤부(160)는 제2 청소영역지도(A02)에 포함된 다수개의 지정 영역에 대한 최단 거리를 추출하는 과정을 선행함으로써, 청소를 위한 이동을 효율적으로 제어할 수 있다.
그리고 컨트롤부(160)는 배터리(150)의 전원이 일정 수준 이하인지 여부를 확인하고, 그에 대응하여 감지센서(140) 또는 로봇통신부(180)를 이용하여 충전부(250)를 서치할 수 있다. 그리고 컨트롤부(160)는 서치된 충전부(250)로 이동하여 자동으로 충전을 수행할 수 있도록 제어한다.
한편, 컨트롤부(160)는 제1 청소영역지도(A01)를 가지고 청소를 하던 중 새롭게 발생한 장애물 또는 거치물 등이 존재하여 청소를 하지 못한 경우, 그에 따른 정보를 제1 청소영역지도(A01)에 작성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 청소영역지도의 일 예를 나타낸 도면이다.
여기서, 제1 청소영역지도(A01)에 대하여 도 8을 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 청소영역지도(A01)는 매트릭스 형태로 정의되고, 각 매트릭스로 짜여진 구획단위에 청소 정보가 기록된다. 다시 말하여, 제1 청소영역지도(A01)는 청소가 완료된 영역(○), 장애물 영역(×) 등을 포함하는 청소 정보가 상기 지도의 매트릭스 각 영역별로 기재된다. 이에 따라, 본 발명의 청소로봇(10)은 제1 청소영역지도(A01)을 통하여 청소가 완료된 영역(○) 및 장애물 영역(×) 등을 체크하여 청소가 되지 않은 영역을 찾을 수 있다. 여기서, 상기 제1 청소영역지도(A01)는 청소가 완료된 영역(○)에 대한 시간 정보도 함께 저장할 수 있다. 청소로봇(10)은 시간 정보를 토대로 오래된 청소 구역을 확인하고 청소를 수행할 수도 있다. 시간 정보는 색 정보로 표현될 수도 있다. 즉, 제1 청소영역지도(A01)는 청소가 완료된 영역(○)이 오래될수록 상기 색 정보를 짙은 색으로 표시할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 서버의 내부 구성도이고, 도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 데이터베이스의 내부 구성도이다.
서버(40)는 네트워크(30)를 통하여 청소로봇(10)으로부터 제1 청소영역지도(A01)를 수신받고, 그에 대응하여 제2 청소영역지도(A02)를 청소로봇(10)에 전송한다.
서버(40)는 제1 청소영역지도(A01)를 편집할 수 있는 지도 정보 설정 모듈을 포함한다. 그리고 서버(40)는 네트워크(30)를 통하여 수신한 제1 청소영역지도(A01) 및 제2 청소영역지도(A02)를 임시 또는 반영구적으로 저장할 수 있다. 이러한 서버(40)는 프로그램 영역과, 데이터베이스(50)인 데이터 영역으로 나눌 수 있다.
여기서, 상기 프로그램 영역은 상기 지도 정보 설정 모듈이 활성화되는 경우, 상기 제1 청소영역지도(A01) 편집을 위한 모니터부(미도시)에 표시할 수 있다.
상기 데이터 영역은 서버(40) 사용에 따라 발생하는 데이터가 저장되는 영역으로서, 제1 청소영역지도(A01) 및 제1 청소영역지도(A01)가 편집된 제2 청소영역지도(A02)를 저장한다. 제1 청소영역지도(A01)는 청소로봇(10)이 청소한 영역뿐만 아니라, 각 영역의 청소 관련 정보 예컨대 장애물에 대한 촬영 정보 및 장애물의 위치 등도 포함할 수 있다.
서버제어부(420)는 서버의 전반적인 동작 및 상기 서버의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어한다.
특히, 서버제어부(420)는 서버수신부(410)를 제어하여 청소로봇(10)에 제1 청소영역지도(A01)에 해당하는 청소 이력 요청을 수행한다. 이후, 서버제어부(420)는 제1 청소영역지도(A0)를 수신한다. 제1 청소영역지도(A01) 표시 시, 서버제어부(420)는 지도 정보 설정 모듈을 활성화하여 제1 청소영역지도(A01)의 편집할 수 있다.
이후, 서버제어부(420)는 편집 화면상에서 서버수신부(410)에 전달된 지정 영역을 토대로 제2 청소영역지도(A02)를 작성한다. 제2 청소영역지도(A02) 작성 완료되고, 제2 청소영역지도(A02) 전송에 해당하는 신호가 입력되면, 서버제어부(420)는 제2 청소영역지도(A02)를 청소로봇(10)에 전송한다.
여기서, 서버제어부(420)는 청소로봇(10)으로부터 제2 청소영역지도(A02) 수신완료에 대한 ACK(긍정응답)를 수신할 수 있다. 서버제어부(420)는 상기 ACK 신호 수신이 없는 경우, 일정시간 동안 대기 후, 상기 제2 청소영역지도(A02)를 반복적으로 전송하도록 제어할 수 있다.
서버수신부(410)는 단말입력부(283)의 단말입력신호에 대응하여 청소로봇 제어모드를 수신한다. 청소 로봇 제어 모드를 살펴보면, 서버수신부(410)는 청소로봇(10)의 제1 청소영역지도(A01)를 요청한다. 또한, 서버수신부(284)는 청소로봇(10)의 상태를 확인할 수 있는 청소로봇 상태 항목도 수신할 수 있다. 기타 청소로봇 제어 및 청소와 관련된 다양한 항목들이 설계자의 필요에 따라 추가로 수신될 수 있다. 청소 내역 획득하면, 서버제어부(420)는 청소 내역 요청 메시지를 작성하여 청소로봇(10)에 전송하도록 제어한다. 이후, 청소로봇(10)으로부터 제1 청소영역지도(A01)를 수신한다. 본 발명의 상세한 설명에서는 도시하지 않았지만, 청소로봇 상태가 선택되면, 서버제어부(420)는 청소로봇 상태 정보 요청 메시지를 작성하여 상기 청소로봇(10)에 전송한다. 이에 대응하여 청소로봇(10)은 청소로봇(10)의 상태 및 환경정보 등을 작성하여 서버(40)에 전송할 수 있다. 여기서, 청소로봇(10)의 상태는 배터리의 양, 청소를 수행한 분량 또는 횟수, 청소 예정 계획 등을 포함할 수 있다. 환경정보는 청소로봇(10)의 정보 즉, 청소로봇(10)의 종류, 제작 년도, 사용 년수, 소프트웨어 업데이트 현황, 구성 작동 여부 등을 포함할 수 있다.
서버수신부(410)는 청소로봇(10)으로부터 수신된 제1 청소영역지도(A01)를 프로그램에 저장한다.
서버수신부(410)는 제1 청소영역지도(A01)에서 청소가 완료된 영역(○)을 표시할 때, 청소가 완료된 시간별로 색을 구분하여 표시할 수 있다. 또한, 서버수신부(410)는 제1 청소영역지도(A01)에서 청소를 수행하지 못한 영역을 표시할 수 있다. 청소로봇(10)이 청소를 수행하지 못한 영역은 장애물이 위치한 영역이거나, 청소로봇(10)이 이동할 수 없는 방해물이 있는 경우에 해당할 수 있다. 여기서, 서버수신부(410)는 제1 청소영역지도(A01)에서 장애물 등이 배치된 영역을 선택할 경우, 선택된 영역에 대한 청소 정보를 표시할 수 있다. 즉, 제1 청소영역지도(A01)가 장애물 영역에 해당 촬영 정보를 링크 시켜 저장한 경우, 서버수신부(410)는 장애물 영역에 해당하는 촬영 정보를 화면에 표시할 수 있다.
이에 따라, 제1 청소영역지도(A01)를 확인한 사용자는 청소로봇(10)이 청소를 수행하지 못한 영역에 대하여 확인을 하고, 장애물이 있을 경우, 장애물을 제거하거나 하여 청소 가능 지역으로 전환시킬 수 있다. 이에 따라, 청소 비수행 영역이 청소 가능 지역으로 변환된 경우, 서버(40)는 정해진 프로세스에 따라 청소 가능 지역들을 지정하여 제2 청소영역지도(A02)를 작성한다.
본 발명의 서버수신부(410)는 서버(40)가 설정한 영역만을 가지는 제2 청소영역지도(A02)를 수신한다. 이때, 제2 청소영역지도(A02)는 청소 가능 지역뿐만 아니라, 서버제어부(420)는 청소가 완료된 영역이라 하더라도 반복적으로 필요하다고 판단되는 영역을 선택함으로써 표시할 수 있다.
한편, 청소로봇(10)은 제2 청소영역지도(A02)를 수신한 경우, 제2 청소영역지도(A02)에 포함된 청소 지역들에 대한 정보를 추출한다. 그리고 청소로봇(10)은 청소 지역들을 최단 거리로 이동할 수 있는 경로를 일정 알고리즘 기반으로 계산한다. 계산이 완료되면, 청소로봇(10)은 상기 경로를 기반으로 제2 청소영역지도(A02)에 각각 지정된 청소 영역들에 대한 청소를 시작한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇장치 원격제어 방법에 대하여 살펴보기로 한다.
도 10은 본 발명의 청소로봇장치 원격제어 시스템의 각 구성 간 신호 흐름을 나타낸 신호 흐름도이며, 도 11은 본 발명의 청소로봇장치 원격제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 청소로봇장치 원격제어 방법은 먼저, 청소로봇(10)이 청소 수행 계획에 따라 청소를 수행하면서, 그에 해당하는 제1 청소영역지도(A01)를 생성하며, 청소가 지속 되는 동안 제1 청소영역지도(A01)를 갱신한다(S101).
한편, 서버(40)는 청소로봇 제어 모드인지 여부를 확인한다(S102). 청소로봇 제어 모드는 서버(40)의 프로세스를 통하여 활성화될 수 있다. 다음으로, 서버(40)는 청소로봇 제어 모드 상에서 청소 이력을 획득하기 위한 항목을 선택할 경우, 그에 대응하여 청소로봇(10)에 제1 청소영역지도(A01)를 요청하는 청소 이력 요청 메시지를 전송한다(S103).
한편, 청소로봇(10)은 청소 내역 요청 메시지를 수신한 경우, 제1 청소영역지도(A01)를 서버(40)에 전송하며, 서버(40)는 청소로봇(10)으로부터 제1 청소영역지도(A01) 수신 여부를 확인한다(S105). 여기서, 제1 청소영역지도(A01)는 청소로봇(10)이 청소 수행 계획에 따라 청소를 하면서 청소가 완료된 영역에 대한 표시 및 청소하던 중 발생하는 장애물의 위치 정보 및 방해물 등에 대한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 제1 청소영역지도(A01)는 장애물 또는 방해물이 있을 경우, 통신을 통하여 적외선 카메라(230)를 이용하여 촬영하고, 촬영정보를 상기 장애물 및 방해물에 대한 정보와 함께 저장한 정보가 될 수 있다. 이러한 제1 청소영역지도(A01)는 청소로봇(10)에 설정된 청소 수행 계획에 따라 청소가 모두 완료되어 전체 청소 영역에 대한 청소 관련 정보를 저장한 지도이다. 제1 청소영역지도(A01)는 청소로봇(10)이 청소가 완료되지 않은 상태일 경우에는 전체 청소 수행 계획 중 현재까지 청소가 진행된 상태를 표시하며, 청소가 진행될 영역은 별도로 표시될 수도 있다. 제1 청소영역지도(A01) 상에 청소가 완료된 영역은 동일한 표식을 수행할 수 있으며, 시간이 경과 됨에 따라 추후 추가 청소를 위하여 다른 색깔로 표시할 수도 있다.
다음으로, 서버(40)는 수신된 제1 청소영역지도(A01)를 설정된 프로세스에 따라 편집 작업을 수행한다(S106). 제1 청소영역지도(A01)에 대한 편집 작업은 제1 청소영역지도(A01)에서 청소가 수행되지 않은 영역들 또는 청소가 진행된 영역이라 하더라도 일정 기준 시간 이상 경과 되어 청소가 필요한 영역들을 사용자가 선택적으로 지정하는 작업이다.
상기 S106 단계를 통하여, 서버(40)는 제1 청소영역지도(A01) 상에서 입력된 자료에 따라 청소를 추가로 수행해야 할 영역이 지정된 제2 청소영역지도(A02)를 작성한다(S107).
다음으로, 서버(40)는 제2 청소영역지도(A02)를 청소로봇(10)에 전송하고(S108), 그에 대응하는 ACK 수신 여부를 확인한다(S109). 상기 S109 단계에서 일정 시간 이내에 ACK 수신이 없는 경우, 상기 S108 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 청소로봇(10)은 제2 청소영역지도(A02)를 수신하고, 제2 청소영역지도(A02)에 따라 청소를 수행하며, 청소 수행에 따라 제2 청소영역지도(A02)에 대한 청소 관련 정보를 갱신한다(S110). 제2 청소영역지도(A02)가 완료되면 청소로봇(10)은 청소완료에 대한 메시지를 서버(40)에 전송할 수도 있다. 상기 S110 단계에서, 청소로봇(10)은 제2 청소영역지도(A02)에 포함된 청소 예정 영역들에 대하여 최단 거리 알고리즘 연산을 수행하고, 연산결과에 따라 청소를 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇을 나타내는 개략도이고, 도 13은 도 12의 "A" 부분의 하부면을 나타내는 확대도면이며, 도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇의 이동몸체부를 나타내는 도면이다.
또한, 도 15는 도 14의 측면을 나타내는 도면이고, 도 16은 도 14의 분사가이드를 확대하여 나타내는 부분도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇(10)는 태양전지 패널(5) 표면 위를 소정 높이 이격되게 부상하면서 태양전지 패널(5) 표면을 청소하는 장치이다.
여기서 청소로봇(10)은, 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일(111)을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터(115)에 의해 이동하는 가동프레임(110)과, 가동프레임(110)의 가이드레일(111)을 따라 에어모터(123)에 의해 태양전지 패널(5) 표면을 소정 높이 부양되어 이동하는 이동몸체부(120)와, 이동몸체부(120) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(130)와, 이동몸체부(120)의 각 모서리에 설치되어 주변의 장애물이나 이동 방향을 검출하여 위치를 감지하는 감지센서부(140)와, 및 이동몸체부(120)에 결합되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부(170)를 포함한다.
또한, 청소로봇(10)의 전원을 공급하는 배터리부(150)와, 전반적인 제어를 담당하는 컨트롤부(160)가 구비되어 가동프레임(110) 또는 이동프레임(120)에 설치될 수 있고, 에어모터(123)의 기능을 보충하기 위하여 이동몸체부(120) 일측에 에어컴프레셔(미도시)를 탑재시킬 수 있다.
그럼, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 청소로봇(10)에 대한 구성에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.
가동프레임(110)은 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일(111)을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터(115)에 의해 전후 이동을 한다.
가동프레임(110)은 도 12에 도시된 바와 같이 태양전지 패널(5)이 일측으로 진입하여 안착시킬 수 있는 2개의 평행한 가이드레일(111)과, 가이드레일(111)을 지지하고 태양전지 패널(5)의 가이드레인(4)을 따라 구동되는 이동바퀴(113)와, 이동바퀴(113)를 구동하는 가동모터(115)로 구성될 수 있다.
따라서 가동프레임(110)은 태양전지 패널(5)의 길이 방향을 따라 즉, 측단의 가이드레인(4)을 따라 이동할 수 있고 후술하는 부품 및 장비들을 장착 또는 지지하여 결합할 수 있으며, 태양전지 패널(5)의 길이 방향으로 전후 이동을 할 수 있다.
또한 가동프레임(110)은 청소로봇(10)이 태양전지 패널(5) 위로 안전하게 움직일 수 있도록, 이동몸체부(120)의 각 모서리에는 위치를 감지할 수 있는 감지센서부(140)가 설치되어 가동프레임(110)의 위치가 감지되어 이동이 제한될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에는 롤러형 이동바퀴(113)를 사용하여 가동프레임(110)을 이동시키는 방법을 제시하였으나, 가동프레임(110)의 이동방식은 본 실시 예에 한정되지 않으며 공지 기술 중 다양한 이동 방식 중 하나를 선택하여 대체 적용될 수 있다.
이동몸체부(120)는 가동프레임(110)의 가이드레일(111)을 따라 에어모터(123)에 의해 이동을 되며, 청소로봇(10)의 다양한 부품 및 장비들을 고정 지지하는 기능을 한다.
즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동몸체부(120)는 가동프레임(110)의 가이드레일(111)에 따라 움직이되, 도 13에 도시된 바와 같이 이동몸체부(120) 하부면에 배치된 에어홀(air hole)을 통하여 분사되는 공기에 의해 태양전지 패널(5) 표면 위를 소정 높이 부상하여 이동할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 공기 부상을 위한 이동몸체부(120)는 복수의 에어유입관(122)과, 에어유입관(122)으로 공기 유입을 강제하는 에어모터(123)와, 에어모터(123)에 의해 유입된 공기가 분사되는 통로인 에어분사관(125), 및 에어분사관(125)의 분사 각도를 조절하는 분사가이드(127) 등으로 구성된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 이동몸체부(120) 상부면에 이동 방향의 좌우로 소정 간격 이격되어 공기가 유입될 수 있는 홀(hole)이 형성된 복수의 에어유입관(122)이 구비되어 있다.
구체적으로, 이동몸체부(120) 진행방향의 가로방향으로 소정 간격 이격되어 형성된 에어유입관(122)은 이동몸체부(120)의 이동방향을 따라 소정 간격을 두고 복수 개 설치되어 있다.
또한, 에어유입관(122)은 그 입구에 메쉬(mesh) 형태의 그물망을 형성하여 공기 중에 있는 먼지나 이물질 등이 유입되지 않도록 할 수 있다.
에어모터(123)는 전기로 구동되고 에어유입관(122)으로 유입되는 공기를 효율적으로 토출시키기 위해, 도 15에 도시된 바와 같이, 자연스런 공기 이동을 유도하는 S라인 유로를 형성시켜 에어분사관(125)을 통해 공기를 토출시킨다.
즉, 에어유입관(122)으로 유입된 공기는 에어모터(123)에 의해 에어분사관(125)을 통해 토출된다. 이때, 토출되는 공기로 인해 이동몸체부(120)가 태양전지 패널(5) 표면 위를 소정 높이 부상될 수 있게 한다.
에어분사관(125)은 도 14 및 15에 도시된 바와 같이 에어모터(123)의 배출구와 연결되어 이동몸체부(120) 하부면에 배치된 에어홀(air hole)로 연결된다.
에어분사관(125)은 이동몸체부(120) 하부에 이동몸체부(120) 이동방향의 가로방향을 따라 복수 개가 소정간격으로 이격되게 설치된다. 이격 거리 및 수량은, 이동몸체부(120)의 중량, 이동속도 등을 고려하여 적절히 설정될 수 있다.
분사가이드(127)는 에어분사관(125)의 출구에 설치되고 소정 각도 회전할 수 있게 설계되었고, 도 16에 도시된 바와 같이, 정면에서 보았을 때 사다리꼴 형상이며, 측면에서 보았을 때 하단이 좁은 깔때기 형상이다.
이는 분사가이드(127)를 이동몸체부(120) 이동방향의 가로방향은 넓게 하고 이동몸체부(120) 이동방향의 세로방향은 좁게 하여 이동몸체부(120)의 중량 등에 의해 공기 부상력을 충분히 가질 수 있도록 적절한 분사 압력을 유지시키기 위한 구조이다.
또한, 분사가이드(127)는 에어분사관(1250)의 진행 방향에 대하여 소정각도 이동방향 반대쪽으로 기울어지게 형성되어 있다. 이때, 수평방향에 대한 경사각은 0∼20°범위에 있는 것이 바람직하다. 이는, 이동몸체부(120)의 후방으로 추진력과 부상력을 동시에 고려한 범위이다.
또한, 전후 방향 조정을 위해서 분사가이드(127)의 소정각도 조절은 자유롭게 구성된다. 즉, 분사가이드(127) 일측에 소정각도를 조절하는 회전장치가 구비되어 이동몸체부(120)의 중량, 이동속도, 이동거리, 전후방향 변경 등을 고려하여 후술하는 컨트롤부(160)에 의해 제어된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 청소로봇(10)에는 이동몸체부(120) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(130)를 포함할 수 있고, 오염검사부(130)는 상술한 바와 같다.
여기서 태양전지 패널(5)은 태양전지을 전기로 변환하는 부분으로, 대량의 발전을 위해서 복수 개의 태양전지 셀이 모여서 태양전지 모듈을 구성하고 복수 개의 모듈이 다시 모여서 태양전지 패널(5)을 구성한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에는 태양전지의 입사각에 맞추어 경사면이 형성되고, 경사면에는 복수 개의 태양전지 셀로 구성된 태양전지 모듈이 나란하게 정렬되어 형성되는 일반적인 태양전지 패널(5)에 적용된다.
이때, 태양전지 패널(5)을 지지하는 경사면에는, 청소로봇(10)의 이동 시 청소로봇(10)을 안내하는 가이드레인(4)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 청소로봇(10)은 태양전지 패널(5) 전체를 청소한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 청소로봇(10)은 이동몸체부(120)의 모서리에 설치되어 청소로봇(10)의 위치를 감지하는 감지센서부(140)를 포함할 수 있고, 감지센서부(140)는 상술한 바와 같다.
배터리부(150)는 청소로봇(10)의 전원을 공급하는 것으로 가동프레임(110) 또는 이동프레임(120)에 장착되어 가동모터, 에어모터 등의 구동장치와 각종 센서에 전원을 공급하며, 전원이 일정 수준 이하의 값을 가지는 경우, 경고 알람을 발생시킬 수 있다.
배터리부(150)는 2시간 이상의 운행 지속이 가능한 전지 타입으로 형성되는 것이 가능하다. 즉, 배터리(150)는 니켈 전지 및 리튬 전지 등으로 형성될 수 있으나, 사용 효율을 고려하여 리튬 폴리머 타입의 전지가 이용되는 것이 가능하다.
배터리부(150)가 일정 수준 이하의 전원 양을 가지는 경우, 컨트롤부(160)의 제어에 따라 자동으로 충전용 소켓으로 이동하여 전원 충전을 수행할 수 있다.
컨트롤부(160)는 오염검사부(130) 및 감지센서부(140)에서 오는 신호를 받아 청소로봇(10)을 제어한다. 즉, 오염검사부(130) 및 감지센서부(140)에서 입력되는 데이터(신호)를 받아 가동프레임(110), 이동몸체부(120) 및 클리닝부(170) 등을 제어한다.
클리닝부(170)는 물분사부, 브러쉬부, 스팀노즐부, 에어블로우 등으로 구성된다.
즉, 클리닝부(170)는, 태양전지 패널(5)의 표면에 세척수를 분사하는 물분사부와, 회전모터, 상기 회전모터에 연동하여 회전하는 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트 외주면에 결합하여 태양전지 패널(5)의 표면을 청소하는 브러쉬부와, 가열기 및 상기 가열기에 의해 가열된 증기를 분사하는 스팀노즐부와, 송풍기 및 상기 송풍기에 공급되는 공기를 태양전지 패널의 표면에 분사하는 에어블로우를 포함한다.
다만, 클리닝부(170)는 종래 기술을 응용하여 적용할 수 있으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇(10)은 다음과 같이 작동된다.
우선, 청소를 필요로 하는 태양전지 패널(5) 근처에 이동수단을 이용하여 본 발명이 제안하는 청소로봇(10)을 근접시킨다.
근접된 청소로봇(10)은 탑재장치 등에 의해서 태양전지 패널(5)에 안착시킨다.
태양전지 패널(5)에 안착된 청소로봇(10)은 컨트롤부(160)의 제어에 따라서 태양전지 패널(5) 표면을 이동한다.
청소로봇(10)의 이동은 태양전지 패널(5)의 길이방향 즉 수평진행은 가동프레임(110)이 작동되고, 태양전지 패널(5)의 폭방향 즉 상하방향진행은 이동몸체부(120)가 작동된다.
이때, 한 쌍의 가이드레일(111)을 따라 태양전지 패널(5) 표면을 소정 높이 이격 부상하여 이동하기 위해서 이동몸체부(120)가 가동된다.
에어유입관(122)으로 유입된 공기는 에어모터(123)에 의해 에어분사관(125)으로 이송되어 분사가이드(127)로 도달된다.
분사가이드(127)에서 분사되는 공기는 이동몸체부(120)의 중량 및 이동속도 등을 고려하여 태양전지 패널(5) 표면 위로 토출된다.
토출된 공기는 이동몸체부(120)를 부상시킬 뿐만아니라 주위의 먼지나 이물질을 제거하는 기능도 겸하게 된다.
이와 같이, 에어모터(123)에 의해서 토출된 공기가 태양전지 패널(5) 위로 분사되어 소정 높이 이격되게 부상되어 태양전지 패널(5) 표면과 공기막을 형성되어 물리적 접촉 및 마찰을 최소화하면서 이동할 수 있는 에어부시(air bush) 기능을 본 발명에서 구현할 수 있다.
컨트롤부(160)는 오염검사부(130) 및 감지센서부(140)가 보내는 신호에 따라 청소 영역을 확정하고 태양전지 패널(5) 일측에서 시작하여 클리닝부(170)를 작동시킨다.
청소로봇(10)은 감지센서부(140)에 의해서 태양전지 패널(5)의 테두리를 벗어나 이탈되지 않으며 이탈 위치에 도달하기 전에 감지센서부(140)의 신호가 컨트롤부(160)에 전달되어 이동이 중지된다.
또한, 오염검사부(130)가 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하여 컨트롤부(160)에 전달되고, 전달된 데이터에 의해 컨트롤부(160)는 클리닝부(170)를 작동시킨다.
특히 오염검사부(130)가 측정한 오염도에 따라서 클리닝부(170)를 구성하는 물분사부, 브러쉬부, 스팀노즐부, 및 에어블로우을 선택적으로 작동시킨다.
청소로봇(10)에 의해 태양전지 패널(5)의 청소가 마무리되면, 운송장치가 청소로봇(10)을 픽업(pick-up)할 수 있는 위치로 이동한다.
이와 같이, 본 발명에서 제안하는 청소로봇(10)은 독자적으로 태양전지 패널(5) 표면을 이동하며 효율적인 청소 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명이 제안하는 공기 부상 태양전지 패널 이동 청소로봇(10)은 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일(111)을 구비하고 태양전지 패널(5)의 길이 방향으로 가동모터(115)에 의해 왕복 운동하는 가동프레임(110)과, 가이드레일(111)을 따라 에어모터(123)에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부(120)와, 이동몸체부(120) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(130)와, 이동몸체부(120)의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서부(140)와, 이동몸체부(120) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부(170)를 구비한다.
또한, 이동몸체부(120)는, 이동몸체부(120) 상부에, 상기 이동몸체부(120) 진행방향의 가로방향으로 소정 간격 이격되게 형성되어 공기가 유입되는 복수의 에어유입관(122)와, 에어유입관(122)으로 공기 유입을 강제하는 에어모터(123), 및 이동몸체부(120) 하부에, 에어모터(123)에 의해 유입된 공기를 태양전지 패널(5) 표면 위로 분사시키는 복수의 에어분사관(125)을 포함하여 구성되므로, 에어분사관(125)을 통해서 분사된 공기에 의해서 태양전지 패널(5) 표면 위를 소정 높이 이격되게 부상하여 공기막을 형성할 수 있게 한다.
또한, 이동몸체부(120)는, 에어분사관(125)의 출구에 설치되고 소정 각도 회전할 수 있는 분사가이드(127)를 더 구비할 수 있다.
또한, 분사가이드(127)의 소정 각도 회전에 따라 이동몸체부(120)의 이동속도가 증감될 수 있다.
또한, 분사가이드(127)는, 정면에서 보았을 때 아래가 넓어지는 사다리꼴형이고, 측면에서 보았을 때 아래가 좁아지는 깔때기형인 입체 형상으로 구성하여 동일한 조건하에서 이동몸체부(120)에 대한 공기 부상 효율을 높인 것을 특징으로 한다.
또한, 오염검사부(130)는, 태양전지 패널(5)에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부(131)와, 발광부(131)에서 송출된 신호를 수신하는 수신부(133)를 포함하고, 발광부(131)에서 송출하는 신호와 수신부(133)에서 수신하는 신호의 크기를 비교하여 오염도를 측정하며, 발광부(131) 및 수신부(133)는 적외선 센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 공기 부상 태양전지 패널 이동 청소로봇(10)은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
에어모터를 이용하여 이동몸체부가 소정 높이 이격되게 공기 부상이 가능하면서 이동 및 청소를 겸할 수 있는 이점이 있다.
또한, 이동몸체부가 소정 높이 이격되게 부상되므로 태양전지 패널과 물리적 접촉이 최소화되어 태양전지 패널의 손상을 줄일 수 있은 이점이 있다.
또한, 청소로봇의 공기 부상에 따른 공기의 흐름을 이용하여 먼지 및 오염물질을 제거하는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 본 발명이 제안하는 청소로봇
110 : 가동프레임 120 : 이동몸체부
130 : 오염검사부 140 : 감지센서부
150 : 배터리부 160 : 컨트롤부
170 : 클리닝부

Claims (4)

  1. 태양전지 패널의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드레일을 구비하고 상기 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터에 의해 왕복 운동하는 가동프레임과,
    상기 가이드레일을 따라 에어모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부와,
    상기 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부와,
    상기 이동몸체부의 각 모서리에 설치되어 주변의 장애물이나 이동 방향을 검출하여 위치를 감지하는 감지센서부와,
    상기 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부를 구비하되,
    상기 이동몸체부는,
    상기 이동몸체부 상부에, 상기 이동몸체부 진행방향의 가로방향으로 소정 간격 이격되게 형성되어 공기가 유입되는 복수의 에어유입관과,
    상기 에어유입관으로 공기 유입을 강제하는 상기 에어모터와,
    상기 이동몸체부 하부에, 상기 에어모터에 의해 유입된 공기를 상기 태양전지 패널 표면 위로 분사시키는 복수의 에어분사관, 및
    상기 에어분사관의 출구에 설치되고 소정 각도 회전할 수 있는 분사가이드를 포함하여 구성되며,
    상기 에어분사관을 통해서 분사된 공기에 의해서 상기 태양전지 패널 표면 위를 소정 높이 이격되게 부상하여 공기막을 형성하고,
    상기 분사가이드의 소정 각도 회전에 따라 상기 이동몸체부의 이동속도가 증감할 수 있으며,
    상기 분사가이드는,
    정면에서 보았을 때 아래가 넓어지는 사다리꼴형이고,
    측면에서 보았을 때 아래가 좁아지는 깔때기형인 입체 형상으로 구성하여 상기 이동몸체부에 대한 공기 부상 효율을 높인 것을 특징으로 하는 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오염검사부는,
    상기 태양전지 패널에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부와,
    상기 발광부에서 송출된 신호를 수신하는 수신부를 포함하고,
    상기 발광부에서 송출하는 신호와 상기 수신부에서 수신하는 신호의 크기를 비교하여 오염도를 측정하며, 상기 발광부 및 수신부는 적외선 센서인 것을 특징으로 하는 에어모터를 이용한 오염감지 자동청소로봇.
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