KR102386095B1

KR102386095B1 - 로봇 청소기

Info

Publication number: KR102386095B1
Application number: KR1020207009963A
Authority: KR
Inventors: 멜린다 엘. 리게트; 이사쿠 디. 카마다; 프레데릭 케이. 호프케; 간 신 후아트; 찰스 피에빅; 스콧 커널; 앨런 아이
Original assignee: 샤크닌자 오퍼레이팅 엘엘씨
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2022-04-14
Also published as: AU2021250909A1; KR20200067142A; US20210113044A1; WO2019050655A1; CA3074702C; EP3678902A4; US10874275B2; CA3074702A1; CN111163671B; JP2020533056A; EP3678902A1; EP3678902B1; AU2018329459B2; CN111163671A; US20190069744A1; JP2021183185A; AU2018329459A1

Abstract

로봇 청소기는 하우징, 범퍼, 구동 바퀴, 및 컨트롤러를 포함할 수 있다. 범퍼는 하우징의 전방부에 결합될 수 있다. 범퍼는 범퍼의 상부 에지로부터 하우징의 상단 표면 위로 연장되는 복수의 돌기를 포함할 수 있다. 돌기는 범퍼의 최전방 부분에 인접한 적어도 하나의 선도 돌기 및 범퍼의 각각의 측면에 있는 적어도 2개의 측면 돌기를 포함할 수 있다. 구동 바퀴는 하우징에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 컨트롤러는 적어도 구동 바퀴를 제어하기 위한 것일 수 있다.

Description

로봇 청소기

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 9월 7일에 ROBOT CLEANER라는 명칭으로 출원된 미국 특허 가출원 일련번호 제62/555,468호, 및 2018년 8월 1일에 ROBOTIC VACUUM CLEANER라는 명칭으로 출원된 미국 특허 가출원 일련번호 제62/713,207호의 이익을 주장하며, 상기 문헌 각각은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.

기술분야

본 개시는 로봇 청소기, 구체적으로는 로봇 진공 청소기에 관한 것이다.

로봇 청소기는 자동화된 청소 응용 분야에 점점 더 많이 사용되는 기기가 되었다. 특히, 로봇 진공 청소기는 표면 주위를 이동하면서 표면을 진공 청소하는데 사용되는데, 이 경우, 사용자 상호작용이 없거나 거의 없다. 기존의 로봇 진공 청소기는 흡입 시스템을 비롯하여 다양한 청소 도구와 회전 브러쉬 롤 및 측면 브러쉬와 같은 교반기를 포함한다. 수동 제어식 진공 청소기와 유사하게, 로봇 진공 청소기는 청소 중인 표면에서 부스러기(debris)를 포집하는 것과 관련된 특정 문제에 직면한다. 또한, 로봇 진공 청소기는 실내의 장애물에 대한 상대적인 자율 탐색과 관련된 문제에 직면한다.

이러한 특징과 장점 및 다른 특징과 장점은, 다음의 상세한 설명을 도면과 함께 읽음으로써 더 잘 이해될 것이며, 도면 중:
도 1은 본 개시의 구현예에 따른 로봇 진공 청소기의 사시도이고;
도 2는 도 1에 도시된 로봇 진공 청소기의 측면도이고;
도 3은 도 1에 도시된 로봇 진공 청소기의 상면도이고;
도 4는 도 1에 도시된 로봇 진공 청소기의 정면도이고;
도 5는 도 1에 도시된 로봇 진공 청소기의 저면도로서, 구동 모터 및 제어부의 개략도를 포함하는 저면도이고;
도 6은 로봇 청소기의 저면도로서, 측면 브러쉬와 비-구동 바퀴를 더 상세하게 도시한 저면도이고;
도 7은 상이한 청소 반경(sweeping radius)을 제공하는 측면 브러쉬의 개략도이고;
도 8은 도 6에 도시된 로봇 진공 청소기의 측면도로서, 상이한 청소 반경으로 표면과 접촉하는 강모(bristle)의 군이 구비된 측면 브러시를 도시한 측면도이고;
도 9는 도 6에 도시된 로봇 진공 청소기의 측면도에서 비-구동 바퀴 조립체가 제거하고 광 회전 센서(optical rotation sensor)를 도시한 측면도이고;
도 10은 로봇 진공 청소기의 컨트롤러에 OR 회로 구성으로 결합된 광 회전 센서의 회로도이고;
도 11은 본 개시의 구현예에 따른 로봇 진공 청소기의 사시도이고;
도 12는 도 11의 로봇 진공 청소기의 또 다른 사시도이고;
도 13은 도 11의 로봇 진공 청소기의 단면도이며;
도 14는 도 11의 로봇 진공 청소기의 또 다른 단면도이다.

본 개시의 구현예에 따르면, 로봇 청소 장치 또는 로봇 청소기는 청소할 표면 상에 놓여있고 이로부터 이격된 부스러기를 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 로봇 청소기는 범퍼의 상단 에지로부터 연장되는 복수의 돌기를 갖는 범퍼를 포함할 수 있다. 돌기는 로봇 청소기가 가구 및 기타 장애물 아래에 끼이는 것을 방지하는데 도움을 준다. 또 다른 구현예에 따르면, 로봇 청소기는 여러 다발의 강모를 갖는 적어도 하나의 측면 브러쉬를 포함하는데, 이중 한 다발의 강모는 다른 다발의 강모보다 더 길다. 길고 짧은 강모 다발을 가짐으로써, 측면 브러쉬(들)가 회전할 때 상이한 청소 반경과 더 넓은 청소 영역을 제공할 수 있게 된다. 다른 구현예에 따르면, 로봇 청소기는 복수의 광학 회전 센서가 구비된 비-구동 바퀴를 포함하는데, 복수의 광학 회전 센서는 회전 센서 중 어느 하나에 기초하여 비-구동 바퀴의 회전/비회전을 나타내는 단일 출력이 컨트롤러에 제공되도록 OR 회로 구성으로 결합된다. 하나의 출력이 제공되는 OR 회로 구성으로 결합된 다수의 회전 센서를 가짐으로써, 회전/비회전 검출을 위한 보다 효율적이고 신뢰성 있는 시스템이 제공된다. 또 다른 구현예에 따르면, 로봇 청소기는 단 하나의 바퀴 드롭 센서(wheel drop sensor)가 활성화될 때를 검출하고, 탈출하려는 시도로, 해당 바퀴를 앞 뒤로 회전시키는 것에 의해 문지방 탈출 거동(threshold escape behavior)을 구현한다. 이러한 문지방 탈출 거동은, 로봇 청소기가 문지방 위에 위태롭게 올라 앉는 경우, 로봇 청소기가 추락하는 것을 방지한다.

상기 특징 중 하나 이상이 임의 유형의 로봇 청소기에 구현될 수 있지만, 예시적인 구현예는 상기 특징 중 하나 이상을 포함하는 로봇 진공 청소기(robotic vacuum cleaner)로서 기술된다. 로봇 진공 청소기의 예시적인 구현예는 변위 가능한 전방 범퍼가 구비된 일반적으로 둥근 하우징; 하우징의 측면에 있는 한 쌍의 구동 바퀴; 하우징의 전방에 있는 비-구동식 캐스터 바퀴; 하나의 주 회전 브러시 롤; 2개의 측면 회전 브러쉬; 진공 흡입 시스템; 충전식 배터리; 및 탈착식 먼지함을 포함한다. 로봇 진공 청소기의 예시적인 구현예는 또한 충돌 센서(bump sensor), 장애물 검출 센서, 측벽 센서, 및 클리프 센서(cliff sensor)를 포함하는 다양한 센서를 하우징 둘레에 가질 수 있다. 전력 스위치는 하우징의 측면에 위치될 수 있고, 제어 버튼은 특정 작동(예를 들어, 자율 청소, 얼룩 청소(spot cleaning), 및 도킹)의 개시를 위해 하우징의 상단에 위치될 수 있다. 로봇 진공 청소기는 다양한 알고리즘 또는 작동 모드에 따라 센서 입력을 수신하여 작동을 제어하기 위한 하드웨어와 소프트웨어를 추가로 포함한다. 로봇 진공 청소기에는 충전 베이스 및 리모컨(remote control)이 구비될 수도 있다. 로봇 진공 청소기는 자기 스트립(magnetic strip)을 검출하기 위한 홀 센서(hall sensor) 포함할 수도 있는데, 자기 스트립은 로봇 진공 청소기의 이동을 제한하기 위한 가상 벽을 제공한다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "위(above)" 및 "아래(below)"는 청소 대상 표면 상에서 청소 장치의 배향에 대해 상대적으로 사용되며, 용어 "전방(front)" 및 "후방(back)"은 정상적인 청소 동작 중에 청소 중인 표면 상에서 청소 장치가 이동하는 방향(즉, 후방에서 전방으로)에 대해 상대적으로 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "선도(leading)"라는 용어는 적어도 다른 구성 요소의 전방 위치를 의미하지만, 본질적으로 모든 다른 구성 요소의 전방을 의미하는 것은 아니다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 개시의 구현예에 따른 로봇 진공 청소기(100)가 도시되고 기술된다. 로봇 진공 청소기의 특정 구현예가 도시되고 기술되지만, 본 개시의 개념은 다른 유형의 로봇 진공 청소기 또는 로봇 청소기에 적용될 수 있다. 로봇 청소기(100)는 하우징(110)을 포함하고, 하우징은 전면(112)과 후면(114), 좌측면과 우측면(116a, 116b), 상부면(또는 상단면, 118), 및 하부면 또는 하면(또는 하단면, 120)을 포함한다. 범퍼(111)는 하우징(110)의 전방 부분의 실질적인 부분 주위에서 하우징(110)에 이동 가능하게 결합된다. 하우징(110)의 상단은, 자율 청소, 얼룩 청소, 및 도킹과 같은 특정 동작을 개시하기 위한 제어부(102)(예를 들어, 버튼); 및 작동, 배터리 충전 수준, 에러 및 기타 정보를 나타내기 위해 표시부(예를 들어, LED)를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 범퍼(111)는 범퍼(111)의 상단 에지로부터 연장되고 범퍼(111) 주위로 이격된 복수의 돌기(113a~c)(예를 들어, 너브(nub))를 포함한다. 돌기(113a~c)는 가구와 같은 장애물의 돌출된 에지 아래에 로봇 청소기(100)가 끼이는 것을 방지하기 위해, 돌출된 에지에 닿도록 구성된다. 돌기(113a~c)가 범퍼(111)로부터 연장되기 때문에, 돌기(113a~c) 중 어느 하나가 장애물의 일부와 접촉하면 충돌 센서가 작동하게 된다.

도시된 예시적인 구현예에서, 제1 돌기 또는 선도 돌기(113a)는 범퍼(111)의 최전방 부분에 위치되고, 제2 및 제3 돌기 또는 측면 돌기(113b, 113c)는 범퍼(111)의 각 측면에 위치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 선도 돌기(113a)는 범퍼(111)의 최전방 부분에 위치되고 측면 돌기(113b, 113c)는 선단 돌기(113a)로부터 약 30º 내지 70º, 보다 구체적으로는 약 50º 내지 60º 범위의 각도θ로 이격된다. 돌기(113a~c)의 간격은 범퍼(111)의 실질적인 부분에 대한 커버리지를 제공한다. 다른 규현예에서, 상이한 돌기 개수와 간격도 가능하며 이는 본 개시의 범위 내에 포함된다.

선도 돌기(113a)가 범퍼(111)의 최전방 부분에 있는 것으로 도시되어 있지만, 선도 돌기(113a)는 최전방 부분의 일 측에 위치될 수 있다. 측면 돌기(113b, 113c)도 선도 돌기(113a)로부터 균등하게 이격될 필요는 없다. 제한된 수의 돌기(예컨대, 3개의 돌기)가 수직 표면적을 최소화하고 로봇 청소기가 끼이는 것을 방지하는 데 도움이 되지만 다른 수의 돌기가 가능하며, 이는 본 개시의 범위 내에 포함된다.

도시된 예시적 구현예에서, 돌기(113a~c)는 아치형 외부면을 제공하는 실질적으로 원통의 형상을 가지는데, 이는 장애물에 닿는 수직 표면적을 최소화할 수도 있다. 타원형, 삼각형 또는 다른 다각형을 포함하되 이들로 한정되지 않는 다른 형상도 본 개시의 범위 내에 포함된다. 돌기(113a~c)는 돌출된 장애물 아래에 끼일 수 있는 표면적을 최소화하도록 오목한 상단면(115)을 가질 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 돌기(113a~c)는 약 2 mm 내지 5 mm의 높이(h)로 범퍼(111)의 에지 위로 연장될 수 있다. 실질적으로 동일한 높이(h)로 도시되었지만, 돌기(113a~c)는 상이한 높이를 가질 수도 있다. 예를 들어, 선도 돌기(113a)는 측면 돌기(113b, 113c)보다 높거나 낮을 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 범퍼(111)는 적어도 2개의 축을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 범퍼(111)는 적어도 전방 범프 축(125) 및 오버헤드 범프 축(145)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 전방 범프 축(125)은 범퍼(111)와 부스러기 수집부(119) 사이에서 로봇 청소기(100)의 전방 이동 방향에 전체적으로 평행한 방향으로 (즉, 전방으로) 연장된다. 오버헤드 범프 축(145)은 (예를 들어, 로봇 청소기(100)의 상단과 바닥을 통해) 전방 범프 축(125) 및/또는 청소 대상 표면에 대해 가로 방향으로 (예를 들어, 수직으로) 연장된다. 범퍼(111)의 적어도 일부는 전방 범프 축(125)과 오버헤드 범프 축(145)을 따라 범퍼(111)를 이동시키기에 충분한 거리만큼 전방 범프 축(125)과 오버헤드 범프 축(145)을 따라 하우징(110)으로부터 이격될 수 있다.

범퍼(111)가 전방 범프 축(125)을 따라 이동하는 경우, 이는 로봇 청소기(100)가 청소 대상 표면 상에 위치되고 청소 대상 표면으로부터 연장되는, 예를 들어, 장애물(obstacle)과 마주쳤음을 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 로봇 청소기(100)는 가구의 일부(예를 들어, 의자 다리)와 마주칠 수 있는데, 이는 전방 범프 축(125)을 따라 범퍼(111)를 이동시킨다. 결과적으로, 이는 로봇 청소기(100)가 장애물 회피 거동(obstacle avoidance behavior)에 들어가게 할 수 있다.

기범퍼(111)가 오버헤드 범프 축(145)을 따라 이동하는 경우, 이는 로봇 청소기(100)가 청소 대상 표면의 위에 위치된, 예를 들어, 장애물과 마주쳤음을 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 로봇 청소기(100)는 돌출한 장애물(예를 들어, 2개 이상의 지지 다리 사이에서 연장되는 소파의 일부)의 밑으로 이동하려고 시도할 수 있는데, 이는 (예를 들어, 범퍼(111)가 위에 있는 장애물과 접촉하는 것에 반응하여) 오버헤드 범프 축(145)을 따라 범퍼(111)를 이동시킬 수 있다. 이러한 이동은 로봇 청소기가 갇힐 수 있는 (예를 들어, 청소 대상 표면과 장애물 사이에 끼일 수 있는) 영역으로 로봇 청소기(100)가 진입하려고 시도하는 것을 나타내는 것일 수 있다. 결과적으로, 이는 로봇 청소기(100)가 장애물 회피 거동에 들어가게 할 수 있다.

도시된 예시적인 구현예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(110)은 하우징(110)의 밑면(120) 상에 개구(127)를 갖는 흡입 도관(128)을 추가로 정의한다. 흡입 도관(128)은 함진 공기 유입구(dirty air inlet, 미도시)에 유체식으로 결합되는데, 이는 로봇 청소기(100) 내의 흡입 모터(미도시)로 이어질 수 있다. 흡입 도관(128)은 하우징(110) 내의 내벽에 의해 정의된 내부 공간으로서, 흡입에 의해 흡인된 공기를 수용하여 유도하며, 개구(127)는 흡입 도관(128)이 하우징(110)의 밑면(120)과 만나는 곳이다. 탈착식 먼지함과 같은 부스러기 수집부(119)는 함진 공기 유입구를 통해 들어온 부스러기를 수용하기 위해 하우징(110) 내에 위치되거나 하우징과 일체화된다.

로봇 청소기(100)는 회전 교반기(122)(예를 들어, 메인 브러시 롤)를 포함한다. 회전 교반기(122)는 실질적으로 수평방향 축을 중심으로 회전하여 부스러기를 부스러기 수집부(119) 내로 유도한다. 회전 교반기(122)는 흡입 도관(128) 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 회전 교반기(122)는 AC 또는 DC 전기 모터와 같은 모터(123)에 결합되어, 예를 들어, 하나 이상의 구동 벨트, 기어 또는 다른 구동 메커니즘에 의해 회전을 부여할 수 있다. 로봇 청소기는 또한 회전 교반기(122)를 향해 부스러기를 쓸어내도록 모터(124)에 결합된 하나 이상의 측면 회전 브러쉬(121)를 포함하는데, 이에 관해서는 이하에서 상세하게 후술한다.

회전 교반기(122)는 강모, 직물 또는 다른 청소 요소 또는 이들의 임의의 조합을 교반기(122)의 바깥쪽 주위에 가질 수 있다. 회전 교반기(122)는, 예를 들어, 고무 또는 탄성 물질로 이루어진 스트립과 함께 강모로 이루어진 스트립을 포함할 수 있다. 회전 교반기(122)는 회전 교반기(122)의 보다 쉬운 세척을 가능하게 하고, 사용자가 회전 교반기(122)의 크기를 변경시키고, 회전 교반기(122) 상의 강모 유형을 변경시키고/시키거나 의도된 응용 분야에 따라 회전 교반기(122) 전체를 탈거할 수 있도록, 탈착식일 수도 있다. 로봇 청소기(100)는 하우징(110)의 밑면에 흡입 도관(128)의 일부를 따라 강모 스트립(126)을 추가로 포함할 수 있다. 강모 스트립(126)은 청소 대상 표면과 적어도 부분적으로 접촉하기에 충분한 길이를 갖는 강모를 포함할 수 있다. 강모 스트립(126)은 예를 들어 흡입 도관(128)을 향해 기울어질 수도 있다.

로봇 청소기(100)는 청소 대상 표면 상에 하우징을 지지하기 위한 구동 바퀴(130) 및 적어도 하나의 비-구동 바퀴(132)(예를 들어, 캐스터 바퀴)를 또한 포함한다. 구동 바퀴(130) 및 비-구동 바퀴(132)는 청소 중인 표면과의 일차 접촉부를 제공하므로, 로봇 청소기(100)를 일차적으로 지지한다. 로봇 청소기(100)는 구동 바퀴(130)를 (예를 들어, 독립적으로) 구동하기 위한 구동 모터(134)를 또한 포함한다. 로봇 청소기(100)는 비-구동 바퀴(130)의 회전/비회전을 감지하기 위해 비-구동 바퀴(132)에 광학적으로 결합된 광학 회전 센서를 추가로 포함할 수 있는데, 이에 관해서는 이하에서 상세하게 후술한다.

구동 바퀴(130)는 바퀴(130)를 하우징(110)으로부터 멀리 연장된 위치로 편향시키는 현가 장치(suspension system) 상에 장착될 수 있다. 현가 장치는, 예를 들어, 바퀴(130)를 구동하는 모터와 기어(gear)를 포함하는 축회전 기어박스(133)를 포함할 수 있다. 작동 중에, 로봇 청소기(100)의 중량으로 인해 현가 장치와 바퀴(130)는 하우징(110) 내로 적어도 부분적으로 밀려들어간다. 로봇 청소기(100)는 바퀴(130)가 연장된 위치에 있는 때를 검출하기 위한 바퀴 드롭 센서(135)(예를 들어, 축회전 기어박스(133)에 의해 체결된 스위치)를 포함할 수도 있다.

로봇 청소기(100)는 또한 여러 가지 상이한 유형의 센서를 포함한다. 범퍼 일체형 적외선 센서와 같은 하나 이상의 전방 장애물 센서(140)(도 4)는 범퍼(111) 전방에 있는 인접 장애물을 검출한다. 하나 이상의 충돌 센서(142)(예를 들어, 범퍼 뒤의 광학 스위치)는 작동 중에 범퍼(111)가 장애물과 접촉하는 것을 검출한다. 하나 이상의 측벽 센서(144)(예를 들어, 하우징의 일측에 대해 측방향을 향하는 적외선 센서)는 벽면을 따라 주행 시(예를 들어, 벽면 추종(wall following) 주행 시) 측벽을 검출한다. 하우징(110)의 밑면 가장자리 주위에 위치된 클리프 센서(146a~d)(예를 들어, 적외선 센서)는 로봇 청소기(100)가 주행중인 표면의 부재(예를 들어, 계단 또는 기타 급경사부(drop off))를 검출한다.

컨트롤러(136)는 로봇 청소기(100)의 이동 및 기타 기능을 제어하기 위해 센서(예를 들어, 충돌 센서, 바퀴 드롭 센서, 회전 센서, 전방 장애물 센서, 측벽 센서, 클리프 센서) 및 구동 메커니즘(예를 들어, 교반기(122) 구동 모터(124), 측면 브러쉬(121) 구동 모터(123), 및 바퀴 구동 모터(134))에 결합된다. 따라서, 컨트롤러(136)는, 예를 들어, 로봇 청소기의 분야에서 공지된 기술에 따라, 감지된 조건에 반응하여 구동 바퀴(130), 측면 브러쉬(121), 및/또는 교반기(122)를 작동시킨다. 컨트롤러(136)는 자율 청소(무작위 이동과 회전, 벽면 추종 및 장애물 추종을 포함함), 얼룩 청소, 및 도킹과 같은 다양한 작업을 수행하도록 로봇 청소기(100)를 작동시킬 수 있다. 컨트롤러(136)는, 로봇 청소기가 장애물과 클리프를 회피하고 로봇이 갇힐 수 있는 다양한 상황으로부터 빠져나가도록 로봇 청소기(100)를 작동시킬 수 있다. 컨트롤러는, 이동식 로봇에 사용하도록 알려진 하드웨어(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서)와 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 로봇 청소기(100)는 문지방 탈출 거동을 수행할 수 있다. 바퀴 드롭 센서(135) 중 하나만이 활성화되는 경우, 로봇 청소기(100)는 하나의 바퀴(130)가 하우징(110)으로부터 연장된 상태로 문지방 위에 위태롭게 올라 앉은 것일 수 있다. 이러한 상황에서는, 클립프 센서(146a~d)가 클리프 탈출 거동을 개시하지 못했는데(예를 들어, 백업 중), 2개의 바퀴 모두를 구동시킴으로 인해 로봇 청소기를 클리프에 빠뜨린 것일 수 있다. 문지방 탈출 거동의 경우, 컨트롤러(136)는 하나의 바퀴 드롭 센서(135)의 활성화를 검출하는 것에 반응하여 다른 바퀴를 중지시킨 상태로, 해당하는 하나의 연장된 바퀴(130)와 연결된 모터(134)를 구동시켜 바퀴를 앞뒤로 회전시킨다. 로봇 청소기가 클리프 상에 위태롭게 올라 앉은 경우, 로봇 청소기(100)는 다른 바퀴를 중지시킨 상태로 하나의 바퀴를 구동시킴으로써 클리프에 떨어지지 않고 탈출할 수 있다. 바퀴는 특정 기간 동안 하나의 바퀴 드롭 센서가 더 이상 활성화되지 않을 때까지 구동될 수 있다. 바퀴 드롭 센서가 일정 기간 후에도 여전히 활성화되어 있는 경우 및/또는 로봇 청소기(100)가 갇혀있을 수 있음을 다른 센서가 나타내는 경우(예를 들어, 구동 바퀴 모터 상의 모터 전류가 상승한 경우), 청소기는 작동을 중단하고 경보를 제공할 수 있다.

또 다른 구현예에서, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 측면 브러쉬(121)는 허브(150)로부터 연장되는 강모 다발(152a~c)을 포함하는데, 하나의 강모 다발(152a)은 다른 강모 다발(152b, 152c)보다 더 길다. 상이한 길이의 강모 다발(152a~c)은 도 7에 도시된 바와 같이 상이한 청소 반경을 가능하게 하여, 측면 브러쉬가 넓은 영역에 걸쳐 바닥과 접촉할 수 있게 한다. 긴 강모 다발(152a)은 측면 클리프 센서(146a, 146d)와 바닥 사이를 통과할 정도로 충분히 길 수 있지만, 짧은 강모 다발(152b, 152c)은 측면 클리프 센서(146a, 146d)와 바닥 사이를 통과하지 않는다. 도시된 구현예는 1개의 긴 강모 다발과 2개의 짧은 강모 다발을 보여주지만, 다른 다발 수 및 길이가 또한 고려되며, 이는 본 개시의 범주 내에 포함된다. 예를 들어, 측면 브러쉬는 모두 상이한 길이를 갖는 강모 다발을 포함할 수 있다.

도시된 구현예에서, 짧은 강모 다발(152b, 152c)은 긴 강모 다발(152a)보다 더 강성이다(stiffer). 강성(stiffness)은 강모의 길이, 직경 및/또는 재료로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, 짧은 강모 다발(152b, 152c)은 증가된 강성을 제공하도록 더 두꺼운 강모를 가질 수도 있다. 다른 구현예들에서, 각각의 강모 다발은 상이한 강성을 가질 수 있다. 강모는 나일론 또는 진공 청소기에서의 브러쉬용으로 적합한 다른 재료로 만들어질 수 있다.

추가 구현예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 광학 회전 센서(162a~c)는 바퀴(132)의 회전 또는 비회전 감지를 위해 비-구동 바퀴(132)에 광학적으로 결합된다(도 6에 도시됨). 센서(162a~c)는 비-구동 바퀴(132)(도 9에 도시되지 않음)을 수용하는 함몰부(160) 내에 위치되어 바퀴(132) 표면 상의 상이한 위치들을 향한다. 3개의 센서(162a~c)가 도시되어 있지만, 다른 개수의 센서가 사용될 수도 있다. 도시된 구현예에서, 비-구동 바퀴(132)는 함몰부(160) 내에 안착되는 캐스터 바퀴 조립체(131)의 일부이다. 함몰부(160)에 있는 애퍼처 내로 축이 연장되어, 바퀴(132)가 실질적으로 수평축을 중심으로 회전하는 것 외에도, 캐스터 바퀴 조립체(131)가 실질적으로 수직축을 중심으로 회전할 수 있게 한다.

센서(162a~c)는 모든 3개의 센서(162a~c)가 예를 들어 상이한 위치에서 바퀴(132)의 표면을 향하도록 함몰부 내에 위치된다. 센서(162a-c) 각각은 바퀴(132)의 표면을 향해 방사선을 방출하기 위한 적외선 방출기와 같은 광학 방출기, 및 바퀴(132)로부터 반사된 방사선을 검출하기 위한 적외선 검출기와 같은 광학 검출기를 포함한다. 바퀴(132)는 상이한 반사율의 교번 구간(예를 들어, 흑색 및 백색 표면)을 포함한다. 상이한 반사율은 바퀴(132)가 회전할 때 상이한 강도의 반사광을 제공하며, 따라서, 일정 기간의 경과에 따른 반사광의 강도 변화가 비구동 바퀴(132)가 회전하고 있는지 여부를 검출하는 데 사용될 수 있다.

도 10을 참조하면, 광학 회전 센서(162a~c)(즉, 광학 검출기)는 하나의 출력이 컨트롤러(136)에 결합되도록 OR 논리 구성으로 함께 결합된다. 이와 같이, 컨트롤러(136)는 센서(162a~c) 중 어느 하나가 회전을 나타내는 출력을 제공할 때 회전을 나타내는 입력을 수신하게 된다. OR 회로 구성으로 결합된 다수의 광학 회전 센서를 사용하면 보다 효율적이고 신뢰성 있는 회전 검출이 가능하다. 예시적인 구현예에서, 광학 회전 센서(162a~c)는 회전 또는 비회전만을 검출하는 데 사용되고 임의의 회전 속도 정보를 제공하지는 않는다. 광학 회전 센서(162a~c) 중 어느 하나로부터의 비회전 검출에 반응하여, 컨트롤러(136)는 구동 바퀴(130)를 역방향으로 구동시킬 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 개시의 구현예에 따른 로봇 진공 청소기(200)의 사시도이다. 도 11은 로봇 진공 청소기(200)의 상면 사시도를 보여주고, 도 12는 로봇 진공 청소기(200)의 저면 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 로봇 진공 청소기(200)는 하우징(202), 복수의 버튼(206)을 갖는 제어부(204), 부스러기 수집부(208), 복수의 구동 바퀴(210), 및 복수의 측면 브러쉬(212)를 포함한다.

범퍼(214)는 하우징(202)의 둘레(216)의 적어도 일부(예를 들어, 둘레(216)의 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%)로 연장된다. 범퍼(214)는 하우징(202)의 상단면(220)에 대해 전체적으로 수직으로 연장되는 수직축 및/또는 수직면(218)을 따라 이동하고, 하우징(202)의 상단면(220)에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 수평축 및/또는 수평면(222)을 따라 이동하도록 구성된다. 즉, 범퍼(214)는 일반적으로 적어도 2개의 축을 따라 이동 가능한 것으로 설명될 수 있다.

예를 들어, 돌출된 장애물(예를 들어, 2개의 다리 사이에서 연장되는 소파의 일부분)과의 맞물림(예를 들어, 접촉)에 반응하여, 범퍼(214)가 수직축 및/또는 수직면(218)을 따라 하우징(202)에 대해서 상대적으로 변위되는 경우, 범퍼(214)는 하나 이상의 스위치를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 스위치 및/또는 스위치를 작동시키도록 구성된 액추에이터의 일부가 하우징(202)의 상단면(220)으로부터 연장되어 범퍼(214)와 맞물리도록(예를 들어, 접촉하도록) 하나 이상의 광학 스위치/광 게이트(예를 들어, 적외선 브레이크 빔 센서), 기계적 누름버튼 스위치, 및/또는 임의의 다른 스위치가 하우징(202) 내에 위치될 수 있다. 일부 경우에, 스위치 및/또는 스위치를 작동시키도록 구성된 액추에이터는 하우징(202)으로부터 이격된 위치에서 범퍼(214)의 적어도 일부를 지지하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 바닥으로부터 연장되는 장애물(예를 들어, 벽 또는 의자의 다리)과의 맞물림(예를 들어, 접촉)에 반응하여, 범퍼(214)가 수평축 및/또는 수평면(222)을 따라 하우징(202)에 대해서 상대적으로 변위되는 경우, 범퍼(214)는 하나 이상의 스위치를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 스위치 및/또는 스위치를 작동시키도록 구성된 액추에이터의 일부가 하우징(202)의 상단면(220)과 하단면(221) 사이에서 연장되는 주변면(224)으로부터 연장되도록, 하나 이상의 광학 스위치/광 게이트(예를 들어, 적외선 브레이크 빔 센서), 기계적 누름버튼 스위치, 및/또는 임의의 다른 스위치가 하우징(202) 내에 위치될 수 있다.

일부 경우에, 범퍼(214)는 수평축(222)과 수직축(218) 둘 다를 따라 동시에 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 범퍼(214)는 예를 들어, 마주한 장애물의 하나 이상의 특징에 기초하여 수직축(218)보다 수평축(222)을 따라 상이한 속도로 이동할 수 있다.

로봇 진공 청소기(200)는 범퍼(214)가 돌출된 장애물 및 청소 대상 표면(예를 들어, 바닥)으로부터 연장되는 장애물과 맞물리는 것을 구별하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 진공 청소기(200)는 범퍼(214)가 돌출된 장애물과 맞물릴 때 실행되는 제1 탈출 거동 및 범퍼(214)가 청소 대상 표면으로부터 연장되는 장애물과 맞물릴 때 실행되는 제2 탈출 거동을 가질 수 있다. 제1 탈출 거동은 제2 탈출 거동과 상이할 수 있다. 일부 경우에, 로봇 진공 청소기(200)는, 예를 들어, 돌출된 장애물 및 청소 대상 표면으로부터 연장되는 장애물 둘 다가 검출될 때 실행되는 제3 탈출 거동을 갖도록 구성될 수 있다. 제3 탈출 거동은 제1 및 제2 탈출 거동 중 적어도 하나와 상이할 수 있다. 탈출 거동은, 예를 들어, 방향 변경(예를 들어, 후진 또는 방향 전환), 사용자의 도움을 요청하는 경보 생성(예를 들어, 청각 또는 시각 경보), 이동의 중단 및/또는 임의의 다른 적절한 거동 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 탈출 거동은 후진을 포함할 수 있고, 제2 탈출 거동은 방향 전환을 포함할 수 있고, 제3 탈출 거동은 경보 발생을 포함할 수 있다.

본 개시는, 수직축 및/또는 수직면(218)을 따라 범퍼(214)를 변위시키는 것으로서 돌출된 장애물을 지칭하지만, 일부 경우에, 돌출된 장애물은 수직축 및/또는 수직면(218)을 따라 범퍼(214)가 이동하게 할 정도로 청소 대상 표면으로부터 충분한 거리만큼 이격되지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 돌출된 장애물은 범퍼(214)의 중간 부분과 맞물릴 수 있다. 이들 경우에, 돌출된 장애물은 범퍼(214)가 수평축 및/또는 수평면(222)을 따라 이동하게 할 수 있다.

도 13은 도 12의 선 XIII-XIII을 따라 취한 로봇 진공 청소기(200)의 일부분의 단면도이다. 도 13은 범퍼(214)가 돌출된 장애물에 맞물리는 것에 반응하여 상부 광학 스위치(또는 광 게이트)(226)를 작동시키도록 구성된 범퍼(214)의 일례를 도시한다. 도시된 바와 같이, 범퍼(214)는 상부 광학 스위치(226)의 플런저(228)와 맞물리도록(예를 들어, 접촉하도록) 구성된다. 플런저(228)는 하우징(202)의 상단면(220)을 향하는 방향으로 (예를 들어, 스프링(230)에 의해) 편향되도록 구성된다. 이와 같이, 플런저(228)는 일반적으로 하우징(202)의 상단면(220)으로부터 이격된 위치에서 범퍼(214)를 지지하는 것으로 설명될 수 있다. 플런저(228)가 눌려지면, 상부 광학 스위치(226) 내에서 연장되는 광학 빔이 차단되어 상부 광학 스위치(226)가 작동된다. 즉, 상부 광학 스위치(226)는 플런저(228)의 이동에 반응하여 작동된다. 일부 경우에, 복수의(예를 들어, 적어도 2개, 적어도 3개, 적어도 4개, 적어도 5개, 또는 임의의 다른 적절한 수의) 광학 스위치(226)가 하우징(202)의 둘레(216) 주위에 배치될 수 있다.

도 13은 범퍼(214)에 직접 맞물린(예를 들어, 접촉된) 플런저(228)를 도시하지만, 다른 구성이 가능하다. 예를 들어, 하나 이상의 액추에이터가 범퍼(214)와 플런저(228) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 액추에이터는 범퍼(214)와 직접 맞물릴(예를 들어, 접촉할) 수 있고, 액추에이터의 이동이 플런저(228)의 상응하는 이동을 야기하도록 구성될 수 있다. 이들 경우에, 액추에이터는 하우징(202)으로부터 이격된 위치에서 범퍼(214)를 지지하도록 구성될 수 있다.

도 14는 도 12의 선 XIV-XIV를 따라 취한 로봇 진공 청소기(200)의 단면도이다. 도 14는 범퍼(214)가 청소 대상 표면으로부터 연장되는 장애물에 맞물리는 것에 반응하여 전방 광학 스위치(또는 광 게이트)(232)를 작동시키도록 구성된 범퍼(214)의 일례를 도시한다. 도시된 바와 같이, 범퍼(214)가 후방으로 변위될 때, 범퍼(214)는 전방 광학 스위치(232)의 축회전 아암(234)이 축회전 점(236)을 중심으로 축회전하게 한다. 축회전 아암(234)이 축회전하는 중심에 있는 회전축은 청소 대상 표면에 대해 가로방향으로 (예를 들어, 수직으로) 연장될 수 있다. 축회전 아암(234)이 축회전함에 따라 축회전 아암(234)의 일부는 전방 광학 스위치(232)의 방출기와 검출기 쌍(238) 사이에서 연장되는 광 빔을 차단하여 전방 광학 스위치(232)를 작동시킨다.

본 발명의 원리는 본 원에서 기재되었지만, 본 기술분야의 당업자는 이 설명이 단지 예로서 이루어지며 본 발명의 범위에 대한 제한이 아니라는 것을 이해할 것이다. 본원에서 도시되고 설명된 예시적인 실시예 이외에 다른 실시예가 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려된다. 당업자에 의한 수정 및 대체는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되며, 이는 다음 청구 범위를 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims

로봇 청소기로서,
하우징;
상기 하우징의 전방부에 결합된 범퍼로서, 상기 범퍼의 상단 에지로부터 상기 하우징의 상단면 위로 연장되는 복수의 돌기를 포함하되, 상기 돌기는 상기 범퍼의 최전방 부분에 인접한 적어도 하나의 선도 돌기 및 상기 범퍼의 각각의 측면에 있는 적어도 2개의 측면 돌기를 포함하는, 범퍼;
상기 하우징에 회전 가능하게 장착된 구동 바퀴; 및
적어도 상기 구동 바퀴를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고,
상기 범퍼는, 장애물과 맞물리는 상기 돌기들 중 적어도 하나에 대응하여, 오버헤드 범프 축 및 전방 범프 축을 따라 이동하도록 구성되고,
상기 오버헤드 범프 축은, 청소할 표면을 가로질러 연장되고,
상기 전방 범프 축은, 상기 오버헤드 범프 축을 가로질러 연장되는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 밑면에 개구를 갖는 흡입 도관을 포함하고, 상기 로봇 청소기는 상기 흡입 도관에 인접하여 위치된 적어도 하나의 교반기 및 상기 교반기를 구동하기 위해 상기 교반기에 작동 가능하게 결합되는 구동 메커니즘을 추가로 포함하는, 로봇 청소기.
제2항에 있어서, 상기 흡입 도관을 통과하는 부스러기를 수용하도록 상기 하우징 내에 위치된 부스러기 수집부를 추가로 포함하는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 상기 돌기는 3개의 돌기를 포함하는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 선도 돌기는 상기 범퍼의 최전방 부분에 위치하는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 양측 중 어느 하나에 있는 측면 돌기는 상기 범퍼의 최전방 부분으로부터 30° 내지 70°의 범위에 위치되는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 상기 범퍼와 장애물의 접촉을 감지하도록 구성된 적어도 하나의 충돌 센서를 추가로 포함하는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 상기 돌기 중 적어도 하나는 상기 하우징의 상단면 위로 2 mm 내지 5 mm의 범위에서 연장되는, 로봇 청소기.
제1항에 있어서, 상기 돌기는 실질적으로 원통의 형상을 갖는, 로봇 청소기.
로봇 청소기로서,
하우징;
상기 하우징에 결합된 범퍼 (상기 범퍼의 적어도 일부는 상기 하우징으로부터 이격되고, 상기 범퍼는 적어도 2개의 축을 따라 움직이며, 상기 범퍼가 움직이면 하나 이상의 광학 스위치가 작동됨);
상기 하우징에 회전 가능하게 장착된 구동 바퀴; 및
적어도 상기 구동 바퀴를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고,
상기 하나 이상의 광학 스위치는 적어도 하나의 상부 광학 스위치를 포함하고,
상기 상부 광학 스위치는, 상기 하우징의 상단면으로부터 이격된 위치에서 상기 범퍼를 지지하도록 구성되는, 로봇 청소기.
삭제
제10항에 있어서, 상기 상부 광학 스위치는 상기 범퍼 방향으로 편향되는 플런저를 포함하되, 상기 플런저는 상기 범퍼를 지지하도록 구성되는, 로봇 청소기.
제10항에 있어서, 상기 범퍼는 상기 범퍼의 상단 에지로부터 상기 하우징의 상단면 위로 연장되는 복수의 돌기를 추가로 포함하되, 상기 돌기는 상기 범퍼의 최전방 부분에 인접한 적어도 하나의 선도 돌기 및 상기 범퍼의 각 측면에 있는 적어도 2개의 측면 돌기를 포함하는, 로봇 청소기.
제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 선도 돌기는 상기 범퍼의 최전방 부분에 위치하는, 로봇 청소기.
제13항에 있어서, 양측 중 어느 하나에 있는 상기 측면 돌기는 상기 범퍼의 최전방 부분으로부터 30° 내지 70°의 범위에 위치되는, 로봇 청소기.
제13항에 있어서, 상기 돌기는 오목한 상단면을 갖는, 로봇 청소기.
제13항에 있어서, 상기 돌기 중 적어도 하나는 상기 하우징의 상단면 위로 2 mm 내지 5 mm의 범위에서 연장되는, 로봇 청소기.
제13항에 있어서, 상기 돌기는 실질적으로 원통의 형상을 갖는, 로봇 청소기.
제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 스위치는 적어도 하나의 상부 광학 스위치를 포함하되, 상기 상부 광학 스위치는 플런저를 포함하고 상기 플런저의 움직임에 반응하여 작동되는, 로봇 청소기.
삭제