KR102409373B1 - 로봇 청소기 - Google Patents

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김영미
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Abstract

본 발명은 스포크를 구비한 바퀴를 구비한 로봇 청소기에 관련된다. 본 발명에 따르는 로봇 청소기는, 피청소면과 접촉하는 외륜; 상기 외륜의 내부에 설치되며, 구동력을 전달받는 내륜; 상기 외륜과 상기 내륜을 연결하며, 공기가 통과할 수 있는 복수의 독립 공간을 형성하는 복수의 스포크; 및 상기 복수의 독립 공간에 설치되며, 상기 복수의 스포크 각각의 길이보다 짧은 복수의 리브;를 포함하는 바퀴를 포함한다.

Description

로봇 청소기{Robot cleaner}
본 발명은 로봇 청소기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스포크를 갖는 바퀴를 구비한 로봇 청소기에 관한 것이다.
일반적으로, 로봇 청소기는 바퀴를 이용하여 피청소면을 이동하면서 청소를 할 수 있도록 구성된다.
도 1에는 로봇 청소기에 사용되는 종래 기술에 의한 바퀴(200)가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 로봇 청소기의 바퀴(200)는 허브(210)와 타이어(220)로 구성되어 있다.
허브(210)는 강체로 되어 있으며, 타이어(220)는 탄성 재질로 형성되어 있다. 타이어(220)는 일 예로서, 도넛 형상의 속이 찬 고무로 형성된 것이 사용된다.
또는, 일반적인 자동차 바퀴와 같이 고무와 같은 탄성 재질로 도넛 형상의 외피를 형성하고, 그 내부에 공기를 주입하는 구조로 형성된 타이어(220)가 사용된다.
허브(210)에는 구동축(미도시)이 결합되며, 허브(210)의 외주면에는 타이어(220)가 일체로 결합되어 있다. 따라서, 구동축이 회전하면 허브(210)가 회전하고, 타이어(220)가 허브(210)와 일체로 회전하여 로봇 청소기가 이동할 수 있다.
그러나 종래 기술에 의한 바퀴는 로봇 청소기가 장애물을 넘을 때, 장애물의 높이가 일정 높이 이상 되면 장애물을 넘지 못하고 미끄러지게 된다. 그러면, 로봇 청소기가 더 주행하지 못하고 동작이 멈추는 문제가 발생할 수 있다.
이는 로봇 청소기의 바퀴와 장애물과의 접촉 면적이 작기 때문에 발생한다. 따라서, 로봇 청소기의 장애물 승월 능력을 향상시키기 위해서는 바퀴와 장애물과의 접촉 면적을 넓힐 수 있는 바퀴의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 장애물의 승월 능력이 향상된 바퀴를 구비한 로봇 청소기와 관련된다.
본 발명의 일 측면에 따르는 로봇 청소기는, 피청소면과 접촉하는 외륜; 상기 외륜의 내부에 설치되며, 구동력을 전달받는 내륜; 상기 외륜과 상기 내륜을 연결하며, 공기가 통과할 수 있는 복수의 독립 공간을 형성하는 복수의 스포크; 및 상기 복수의 독립 공간에 설치되며, 상기 복수의 스포크 각각의 길이보다 짧은 복수의 리브;를 포함하는 바퀴를 포함할 수 있다.
이때, 상기 외륜이 상기 내륜 쪽으로 이동할 때, 상기 복수의 리브는 상기 외륜의 이동을 제한할 수 있다.
또한, 상기 복수의 독립 공간에 마련되며, 상기 복수의 리브 각각을 인접한 2개의 스포크에 대해 지지하는 지지편을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지편의 두께는 상기 복수의 리브의 두께보다 얇으며, 상기 지지편의 길이는 상기 복수의 리브의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 리브는 상기 내륜에 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 리브 각각의 폭은 상기 복수의 스포크의 각각의 폭보다 좁게 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 스포크는 상기 내륜의 원주 방향으로 굽은 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 리브는 상기 복수의 스포크와 동일한 방향으로 굽은 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 바퀴는 서로 평행하게 설치되는 제1바퀴와 제2바퀴를 포함하며, 상기 제1바퀴의 복수의 스포크의 굽은 방향과 상기 제2바퀴의 스포크의 굽은 방향이 동일하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1바퀴와 제2바퀴는 상기 복수의 스포크 각각이 상기 피청소면과 인접할 때, 상기 스포크의 오목부가 상기 로봇 청소기의 전면을 향하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 리브 각각은 인접한 2개의 스포크와 이격될 수 있다.
또한, 상기 복수의 리브 각각은 상기 인접한 2개의 스포크의 중간에 설치될 수 있다.
또한, 상기 내륜과 연결되는 상기 스포크의 일단의 폭과 상기 외륜의 내면과 연결되는 상기 스포크의 타단의 폭 중 적어도 한쪽의 폭은 상기 스포크의 중간부의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 내륜은 강체로 된 허브에 고정될 수 있다.
또한, 상기 외륜의 외면에는 복수의 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 외륜, 상기 내륜, 상기 복수의 스포크, 및 상기 복수의 리브는 사출 고무 또는 가황 고무로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 로봇 청소기는, 피청소면과 접촉하는 외륜; 상기 외륜의 내부에 설치되며, 구동력을 전달받는 내륜; 상기 외륜과 상기 내륜을 연결하며, 공기가 통과할 수 있는 복수의 독립 공간을 형성하는 복수의 스포크; 및 상기 외륜이 상기 내륜 쪽으로 이동할 때, 상기 외륜의 이동을 제한하도록 상기 복수의 독립 공간에 설치되는 복수의 리브;를 포함하는 바퀴를 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수의 리브는 상기 내륜에 형성되며, 상기 복수의 리브 각각의 길이는 상기 복수의 스포크 각각의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 로봇 청소기용 바퀴를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기의 사시도;
도 3은 도 2의 로봇 청소기의 배면 사시도;
도 4는 도 2의 로봇 청소기의 기능 블록도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기에 사용되는 바퀴의 제1실시예를 나타낸 사시도;
도 6a는 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴의 정면도;
도 6b는 도 6a의 바퀴의 A부분의 확대도;
도 6c는 도 6a의 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단하여 나타낸 부분 단면도;
도 7a는 로봇 청소기의 일측에 설치되는 바퀴를 나타내는 사시도;
도 7b는 로봇 청소기의 반대쪽에 설치되는 바퀴를 나타내는 사시도;
도 8은 도 7a 및 도 7b의 바퀴가 로봇 청소기에 설치된 경우를 나타낸 사시도;
도 9는 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴의 제1변형예를 나타낸 사시도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴가 장애물을 넘는 경우를 나타낸 사진;
도 11은 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴의 제2변형예를 나타낸 도면;
도 12는 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴의 제3변형예를 나타낸 도면;
도 13은 본 발명의 제2실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면;
도 14는 도 13의 제2실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타낸 도면;
도 15a는 본 발명의 제3실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면;
도 15b는 도 15a의 스포크를 구비한 바퀴에 설치된 보강부재를 나타내는 도면;
도 15c는 도 15a의 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타내는 도면;
도 16a는 본 발명의 제4실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면;
도 16b는 도 16a의 스포크를 구비한 바퀴에 설치된 보강부재를 나타내는 도면;
도 16c는 도 16a의 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타내는 도면;
도 17a는 본 발명의 제5실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면;
도 17b는 도 17a의 스포크를 구비한 바퀴에 설치된 보강부재를 나타내는 도면;
도 17c는 도 17a의 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타내는 도면;
도 18은 본 발명의 제6실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타내는 도면;
도 19는 도 18의 스포크를 구비한 바퀴의 사시도;
도 20은 도 18의 제6실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타낸 사시도;
도 21은 본 발명의 제7실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타내는 도면;
도 22는 본 발명의 제8실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타내는 도면;이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 스포크를 갖는 바퀴를 구비한 로봇 청소기의 실시 예들에 대하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 구비한 로봇 청소기의 사시도이다. 도 3은 도 2의 로봇 청소기의 배면 사시도이고, 도 4는 도 2의 로봇 청소기의 기능 블록도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기(300)는 본체(310), 제어부(320), 구동부(330), 청소장치(340)를 포함할 수 있다.
본체(310)는 로봇 청소기(300)의 외관을 형성하며, 내부에는 제어부(320), 구동부(330), 청소장치(340)가 설치된다. 또한, 본체(310)의 내부에는 로봇 청소기(300)의 현재 위치를 검출할 수 있는 위치검출유닛(미도시), 로봇 청소기(300) 주변의 장애물을 검출할 수 있는 장애물 검출유닛(미도시), 제어부(320), 구동부(330), 위치검출유닛(미도시), 장애물 검출유닛(미도시) 등에 전원을 공급할 수 있는 전원공급유닛(미도시)이 설치될 수 있다.
구동부(330)는 로봇 청소기(300)가 피청소면에서 이동할 수 있도록 하는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 구동유닛(331,332)과 본체(310)의 바닥면(311)에 회전 가능하게 설치된 2개의 바퀴(10)를 포함할 수 있다. 2개의 바퀴(10), 즉 제1바퀴(10-1)와 제2바퀴(10-2)는 서로 평행하게 설치된다. 제1바퀴(10-1)는 제1구동유닛(331)에 의해 회전할 수 있도록 설치되며, 제2바퀴(10-2)는 제2구동유닛(332)에 의해 회전할 수 있도록 설치된다. 구체적으로 제1바퀴(10-1)는 제1구동유닛(331)으로부터 구동력을 받아 회전하도록 설치되며, 제2바퀴(10-2)는 제2구동유닛(332)으로부터 구동력을 받아 회전하도록 설치된다. 제1 및 제2바퀴(10-1,10-2)의 구조에 대해서는 아래에서 상술한다.
제1 및 제2구동유닛(10-1,10-2)은 각각 모터를 포함한다. 따라서, 제어부(320)가 구동부(330)의 제1 및 제2구동유닛(331,332)의 모터를 제어하여 제1바퀴 (10-1) 및 제2바퀴(10-2)를 회전시키면 로봇 청소기(300)를 이동시킬 수 있다.
또한, 본체(310)의 바닥면(311)에는 2개의 바퀴(10)와 수직한 방향으로 2개의 보조 바퀴(313)가 설치될 수 있다.
청소장치(340)는 피청소면의 오물과 먼지를 흡입하기 위한 것으로서, 흡입구(341)가 본체(310)의 바닥면(311)에 형성된다. 구체적으로, 흡입구(341)는 본체(310)의 바닥면(311)의 앞쪽에 마련될 수 있다. 흡입구(341)에는 오물을 수거하기 위한 브러시(342)가 회전 가능하게 설치될 수 있다.
제어부(320)는 구동부(330)의 제1 및 제2구동유닛(331,332)의 모터를 제어하여 로봇 청소기(300)를 이동시키고, 청소장치(340)를 제어하여 피청소면으로부터 오물이나 먼지를 흡입하여 청소를 수행한다.
이와 같은 로봇 청소기(300)의 구성은 종래의 로봇 청소기와 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 5, 도 6a, 도 6b, 및 도 6c를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기에 사용되는 바퀴에 대해 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 청소기에 사용되는 바퀴의 제1실시예를 나타낸 사시도이다. 도 6a는 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴의 정면도이고, 도 6b는 도 6a의 바퀴의 A부분의 확대도이다. 도 6c는 도 6a의 선Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단하여 나타낸 부분 단면도이다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 바퀴(10)는 외륜(11), 내륜(13), 복수의 스포크(spoke)(15), 복수의 리브(16)를 포함할 수 있다.
외륜(11)은 피청소면과 접촉하는 것으로서, 환 형상 또는 링 형상으로 형성되며, 탄성 재질로 형성된다. 외륜(11)의 외면에는 피청소면과 접촉시 미끄럼을 방지할 수 있는 형상이 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 돌기(19)가 외륜(11)의 외면에 형성될 수 있다. 외륜(11)은 장애물을 넘을 때, 장애물과 접촉하는 외륜(11)의 접촉 부분이 장애물의 형상에 대응하여 변형함으로써 장애물과의 접촉 면적을 가능한 넓게 할 수 있도록 형성된다.
내륜(13)은 외륜(11)의 내부에 외륜(11)과 동심 상으로 위치하도록 형성되며, 외륜(11)과 동일하게 탄성재질로 형성될 수 있다. 내륜(13)은 외륜(11)과 동일하게 환 형상 또는 링 형상으로 형성된다. 내륜(13)과 외륜(11)의 두께(T1,T2)는 동일하게 형성할 수 있으나, 도 6a에 도시된 실시예의 경우에는 외륜(11)의 두께(T1)가 내륜(13)의 두께(T2)보다 얇게 형성하였다.
내륜(13)의 내부에는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 허브(150)가 설치된다. 허브(150)는 강체로 형성되며, 대략 원통 형상으로 형성된다. 허브(150)와 내륜(13)은 허브(150) 회전시 내륜(13)이 허브(150)에서 떨어지지 않도록 고정된다. 허브(150)의 중심에는 구동부(330)의 제1 및 제2구동유닛(331,332) 각각의 회전축(333,334)(도 8 참조)이 결합되는 축 구멍(152)이 마련될 수 있다. 허브(150)의 축 구멍(152)에 회전축(333,334)을 결합하면, 회전축(333,334)이 회전하면, 허브(150)와 내륜(13)이 일체로 회전하게 된다. 따라서, 내륜(13)은 회전축(333,334)과 허브(150)를 통해 로봇 청소기(300)의 구동부(330)로부터 구동력을 전달받는다.
복수의 스포크(15)는 외륜(11)과 내륜(13)을 연결하여 외륜(11)과 내륜(13) 사이에 복수의 독립 공간(17)을 형성하며, 외륜(11)을 지지하며, 외륜(11)의 변형을 흡수하는 기능을 한다. 예를 들어, 스포크(15)는 외륜(11)의 특정 위치에 힘이 가해져서 힘이 가해진 외륜(11)의 부분이 변형되면, 힘이 가해진 외륜(11)의 부분을 지지하는 스포크(15)가 변형하여 외륜(11)의 변형을 흡수하고, 힘이 제거되면 외륜(11)이 원상태로 복원되도록 한다. 이러한 기능을 하는 복수의 스포크(15)는 탄성재질로 형성되며, 다양한 형태와 배열로 외륜(11)과 내륜(13) 사이에 설치될 수 있다. 또한, 외륜(11), 내륜(13) 및 복수의 스포크(15)에 의해 형성되는 복수의 독립 공간(17)은 바퀴(10)를 측 방향에서 관통하는 관통공으로 형성된다. 따라서, 복수의 독립 공간(17)으로는 외부의 공기가 바퀴(10)의 일측에서 타측으로 통과할 수 있다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b에 도시된 실시예의 경우에는, 복수의 스포크(15)는 일정한 곡면으로 형성되어 내륜(13)과 외륜(11)을 연결한다. 또한, 복수의 스포크(15)는 내륜(13)과 외륜(11) 사이에 내륜(13)의 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치되어 복수의 독립 공간(17)을 형성한다. 구체적으로, 복수의 스포크(15) 각각은 내륜(13)의 원주방향으로 굽도록 형성된다. 즉, 각각의 스포크(15)는 일정 곡률 반경을 갖는 곡면판으로 형성될 수 있다.
일 예로서, 스포크(15) 각각의 곡률 중심은 내륜(13)과 동심 상에 위치하며 외륜(11)의 내면의 지름(D1)보다 작은 지름을 갖는 가상 원(14)의 원주 상에 위치하도록 형성할 수 있다. 또한, 스포크(15)의 곡률 중심이 이루는 가상 원(14)은 내륜(13)의 외면의 지름(D2)보다 큰 지름을 갖도록 형성할 수 있다. 다시 말하면, 복수의 스포크(15)의 곡률 중심은 하나의 원을 이루고, 이 원의 지름(D)은 외륜(11)의 내면의 지름(D1)보다 작고, 내륜(13)의 외면의 지름(D2)보다 클 수 있다. 이하, 복수의 스포크(15)의 곡률 중심이 위치하는 가상의 원(14)을 곡률 중심원이라 한다.
일 예로서, 곡률 중심원(14)의 지름은 다음의 범위로 정할 수 있다.
0.5D1 ≤ D ≤ 0.9D1
여기서, D1은 외륜(11)의 내면의 지름을 나타내며, D는 곡률 중심원(14)의 지름을 나타낸다.
또한, 복수의 스포크(15) 각각의 곡률 반지름(R)은 곡률 중심원(14)의 지름(D)과 일정한 관계를 갖도록 정할 수 있다. 예를 들면, 스포크(15)의 곡률 반지름(R)은 다음과 같이 정할 수 있다.
0.15D ≤ R ≤ 0.8D
여기서, D은 곡률 중심원(14)의 지름을 나타내고, R는 스포크(15)의 곡률 반지름을 나타낸다.
일 예로서, 스포크를 구비한 바퀴(10)의 외륜(11)의 내면의 지름(D1)이 105mm이고, 내륜(13)의 외면의 지름(D2)이 70mm인 경우, 복수의 스포크(15)의 곡률 중심원(14)의 지름(D)은 다음의 범위로 정할 수 있다.
52.5mm ≤ D ≤ 94.5mm
만일, 복수의 스포크(15)의 곡률 중심원(14)의 지름을 73.5mm라 하면, 스포크(15)의 곡률 반지름(R)은 다음의 범위로 정할 수 있다.
11mm ≤ R ≤ 58.8mm
본 실시예의 경우에는, 스포크(15)의 곡률 반지름(R)은 약 20mm이다.
스포크(15)는 탄성 곡면판으로 형성된다. 도 6b를 참조하면, 탄성 곡면판(15)의 일단(15-1)은 외륜(11)의 내면과 연결되며, 탄성 곡면판(15)의 타단(15-2)은 내륜(13)의 외면과 연결된다.
외륜(11)과 연결되는 탄성 곡면판(15)의 일단(15-1)의 폭(w1)이 탄성 곡면판(15)의 중간 부분(15-3)의 폭(w3)보다 넓도록 형성된다. 또한, 내륜(13)의 외면과 연결되는 탄성 곡면판(15)의 타단(15-2)의 폭(w2)도 탄성 곡면판(15)의 중간부(15-3)의 폭(w3)보다 두껍게 형성된다. 이때, 탄성 곡면판(15)의 양단의 폭(w1,w2)은 동일하게 형성할 수도 있고, 또는 폭을 다르게 형성할 수도 있다. 본 실시예의 경우에는 외륜(11)에 연결되는 탄성 곡면판(15)의 일단(15-1)의 폭(w1)이 내륜(13)에 연결되는 탄성 곡면판(15)의 타단(15-2)의 폭(w2)보다 두껍게 형성된다.
탄성 곡면판(15)의 일단(15-1)의 양측면과 외륜(11)의 내면의 연결부분(151,152)은 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 이때, 탄성 곡면판(15)의 일측면과 외륜(11)의 내면을 연결하는 제1연결부(151)의 곡률반경(r1)이 탄성 곡면판(15)의 타측면과 외륜(11)의 내면을 연결하는 제2연결부(152)의 곡률반경(r2)보다 크도록 형성될 수 있다.
또한, 탄성 곡면판(15)의 타단(15-2)의 양측면과 내륜(13)의 외면의 연결부분(153,154)은 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 이때, 탄성 곡면판(15)의 일측면과 내륜(13)의 외면을 연결하는 제3연결부(153)의 곡률반경(r3)이 탄성 곡면판(15)의 타측면과 내륜(13)의 외면을 연결하는 제4연결부(154)의 곡률반경(r4)보다 작도록 형성될 수 있다.
복수의 리브(16)는 복수의 독립공간(17)에 형성되며, 내륜(13)의 외면에서 외륜(11)을 향해 돌출되도록 형성된다. 구체적으로, 복수의 리브(16) 각각은 내륜(13)의 외면에서 복수의 스포크(15) 사이사이로 연장되며, 복수의 스포크(15)와 동일한 곡률을 가지는 곡면판 형상으로 형성된다. 한 개의 독립공간(17)에 한 개의 리브(16)가 형성된다. 이러한 복수의 리브(16)는, 외륜(11)에 힘이 가해져 외륜(11)이 내륜(13) 쪽으로 이동할 때, 외륜(13)의 이동을 제한할 수 있다. 따라서, 복수의 리브(16)는 외륜(11)이 피청소면의 장애물에 의해 변형될 때, 복수의 스포크(15)와 함께 외륜(11)의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 복수의 리브(16) 각각은 복수의 스포크(15) 중에서 인접한 2개의 스포크(15) 사이의 중간에 설치되며, 인접한 2개의 스포크(15)와 이격되도록 형성된다. 이때, 바퀴(10)의 사출 제작을 위해, 리브(16)와 스포크(15) 사이의 간격은 약 1mm 이상으로 하는 것이 좋다.
또한, 복수의 리브(16) 각각의 폭(w4)은 스포크(15)의 폭, 구체적으로 스포크(15)의 중간 부분(15-3)의 폭(w3)보다 좁게 형성될 수 있다.
또한, 복수의 리브(15)는 외륜(11)으로부터 이격되도록 형성된다. 즉, 복수의 리브(16) 각각의 선단(16-1)은 외륜(11)의 내면에 연결되지 않도록 형성된다. 따라서, 리브(16)의 길이(L2)는 스포크(15)의 길이(L1)보다 짧다.
복수의 리브(16) 각각의 길이는 다음과 같은 조건을 만족하도록 결정될 수 있다.
Figure 112015126123803-pat00001
여기서, L1은 스포크(15)의 길이를 나타내며, L2는 리브(16)의 길이를 나타낸다.
일 예로서, 내륜(13)에 연결되는 리브(16)의 단을 제1단이라 하고, 제1단에서 연장되며 2개의 스포크(15) 사이의 독립공간(17)에 위치하는 리브(16)의 단(16-1)을 제2단이라 하면, 복수의 리브(16) 각각의 제2단(16-1)은 복수의 스포크(15)의 곡률 중심이 위치하는 가상의 원, 즉 곡률 중심원(14)과 외륜(11)의 내면 사이에 위치하도록 형성할 수 있다.
도 6b에 도시된 실시예의 경우에는 복수의 리브(16)는 스포크(15) 길이의 약 2/3 정도의 길이로 형성된다.
한편, 복수의 리브(16) 각각의 일단의 양측면과 내륜(13)의 외면이 연결되는 부분(161,162)은 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 이때, 2개의 연결 부분(161,162)은 마주하는 스포크(15)와 내륜(13)이 연결되는 부분(153,154)과 동일한 곡률 반지름을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 스포크(15)의 제3연결부(153)를 마주하는 제5연결부(161)의 곡률 반지름을 제3연결부(153)의 곡률 반지름과 동일하게 하고, 탄성 스포크(15)의 제4연결부(154)를 마주하는 제6연결부(162)의 곡률 반지름을 제4연결부(154)의 곡률 반지름과 동일하게 형성할 수 있다.
복수의 독립 공간(17) 각각에는 리브(16)를 지지하는 지지편(18)이 마련될 수 있다. 구체적으로, 리브(16)의 일측면과 인접한 스포크(15) 사이에는 지지편(18)이 형성될 수 있다. 지지편(18)은 평판 형상으로 형성되며, 리브(16)의 일측면에서 인접한 스포크(15)까지 연장된다. 즉, 지지편(18)은 리브(16)와 스포크(15) 사이의 공간을 차단하는 형태로 형성될 수 있다. 도 6a, 도 6b, 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우에는 독립 공간(17)에 형성된 리브(16)의 양측에 2개의 지지편(18)이 마련된다. 즉, 지지편(18)은 리브(16)의 양측면에서 인접한 2개의 스포크(15)까지 연장되도록 형성된다. 따라서, 리브(16)는 2개의 지지편(18-1,18-2)에 의해 지지된다. 이와 같이 복수의 독립공간(17)에 마련된 복수의 리브(16)가 2개의 지지편(18-1,18-2)에 형성되도록 하는 경우, 지지편(18)은 도 6a에 도시된 바와 같이 내륜(13)의 중심(C)을 중심으로 하는 원 형상으로 형성된다.
지지편(18)의 두께(t2)는 복수의 리브(16)의 두께(t1)보다 얇게 형성된다. 또한, 지지편(18)의 길이(L3)는 리브(16)의 길이(L2)보다 짧게 형성될 수 있다. 예를 들면, 지지편(18)은 리브(16) 길이(L2)의 약 2/3의 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 지지편(18)은 외륜(11)이 내륜(13) 쪽으로 이동하는 것을 억제하는 리브(16)의 기능을 향상시킨다.
이상에서는 리브(16)가 양측면에 설치된 2개의 지지편(18)에 의해 지지되는 경우에 대해 설명하였으나, 리브(16)는 일측에 설치된 1개의 지지편(18)에 의해 지지되도록 형성될 수 있다.
또한, 복수의 스포크(15)와 복수의 리브(16)는 내륜(13)과 외륜(11) 사이에 복수의 독립공간(17)을 형성한다. 구체적으로, 복수의 독립공간(17)은 도 5에서 바퀴(10)의 전면과 후면을 관통하도록 형성되므로, 복수의 독립공간(17)으로는 바퀴(10) 외부의 공기가 통과할 수 있다. 복수의 독립공간(17)의 형상은 복수의 스포크(15)와 복수의 리브(16)의 배열에 의해 정해지며, 스포크(15)의 변형에 의해 임의로 변형될 수 있다. 구체적으로, 힘이 가해진 외륜(11)의 부분이 변형되어, 해당 부분을 지지하는 스포크(15)가 외륜(11)과 함께 변형될 때, 복수의 독립공간(17)의 형상도 변형된다. 이때, 변형되는 외륜(11)과 스포크(15)의 부분에 대응하는 리브(16)와 지지편(18)이 외륜(11)과 스포크(15)의 변형을 억제한다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 의한 바퀴(10)가 장애물을 넘을 때, 장애물과 접촉하는 외륜(11)의 접촉 부분은 장애물의 형상에 대응하여 변형하여 외륜(11)과 장애물의 접촉 부분을 최대한 넓게 한다. 이때, 외륜(11)의 접촉 부분을 지지하는 복수의 스포크(15)의 일부, 및 복수의 독립공간(17) 중 그 주변의 일부 독립공간이 변형되어 외륜(11)의 접촉 부분의 변형을 흡수하며, 해당 스포크(15) 사이에 형성된 일부 리브(16)와 지지편(18)은 외륜(11)의 변형을 억제할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(10)는 외륜(11), 내륜(13), 복수의 스포크(15), 복수의 리브(16), 복수의 지지편(18)은 모두 탄성재질, 예를 들면, 사출고무, 가황고무 등으로 형성할 수 있다.
사출고무는 열가소성 탄성체로서, TPU(Thermoplastic Poly Urethane), TPE(Thermoplastic Elastomer), TPV(Thermoplastic Vulcanizate) 등을 포함할 수 있다. 가황고무는 천연고무 및 합성고무로서, NR(Natural Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), BR(Butadiene Rubber), SBR(Styrene Butadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), HNBR(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), CR(polyChloroprene Rubber), IIR(Isoprene-Isobutylene Rubber) 등을 포함할 수 있다.
상술한 바퀴(10)를 로봇 청소기(300)에 설치할 때, 나란하게 설치되는 2개의 바퀴(10)의 복수의 스포크(15) 및 복수의 리브(16)의 굽은 방향을 일치시키는 것이 좋다. 이하, 2개의 바퀴의 설치방법에 대해 도 7a, 도 7b, 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7a는 로봇 청소기의 일측에 설치되는 바퀴를 나타내는 사시도이고, 도 7b는 로봇 청소기의 반대쪽에 설치되는 바퀴를 나타내는 사시도이다. 도 8은 도 7a 및 도 7b의 바퀴가 로봇 청소기에 설치된 경우를 나타낸 사시도이다. 다만, 도 8에서는 도시의 편의를 위해, 구동부의 회전축(331,332) 외에 다른 부분은 생략하였다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 로봇 청소기(300)에 사용되는 바퀴(10)에는 허브(150)를 2가지 형태로 조립할 수 있다. 한가지는 도 7a에 도시된 바와 같이, 바퀴(10)의 복수의 스포크(15) 및 복수의 리브(16)가 허브(150)의 축 구멍(152)을 중심으로 오른쪽으로 굽은 상태가 되도록 허브(150)를 바퀴(10)의 내륜(13)에 조립한다. 이하, 이를 제1바퀴(10-1)라 한다. 다른 한 가지는 도 7b에 도시된 바와 같이, 바퀴(10)의 복수의 스포크(15) 및 복수의 리브(16)가 허브(150)의 축 구멍(152)을 중심으로 왼쪽으로 굽은 상태가 되도록 허브(150)를 바퀴(10)의 내륜(13)에 조립한다. 이하, 이를 제2바퀴(10-2)라 한다. 이와 같이 허브(150)와 바퀴(10)를 조립한 후, 도 7a에 도시된 제1바퀴(10-1)의 허브(150)를 제1구동유닛(331)의 회전축(333)에 조립하고, 도 7b에 도시된 제2바퀴(10-2)의 허브(150)를 제2구동유닛(332)의 회전축(334)에 조립한다. 그러면, 도 8에 도시된 바와 같이 제1바퀴(10-1)와 제2바퀴(10-2)의 복수의 스포크(15)의 굽은 방향이 일치하게 된다. 또한, 제1바퀴(10-1)와 제2바퀴(10-2)의 복수의 리브(16)는 복수의 스포크(15)와 동일한 방향으로 굽어 있으므로, 제1바퀴(10-1)의 복수의 리브(16)와 제2바퀴(10-2)의 복수의 리브(16)도 굽은 방향이 일치하게 된다.
이때, 제1 및 제2바퀴(10-1,10-2)의 복수의 스포크(15)의 굽은 방향은 스포크(15)가 피청소면와 접촉하거나 피청소면에 인접할 때, 스포크(15)의 오목부(15a)가 로봇 청소기(300)의 전면을 향하도록 설치할 수 있다. 이와 같이 제1바퀴(10-1) 및 제2바퀴(10-2)를 로봇 청소기(300)에 설치하면, 로봇 청소기(300)가 전방으로 주행할 때, 피청소면에 위치한 장애물을 넘을 수 있는 승월 능력을 향상시킬 수 있다. 여기서, 로봇 청소기(300)의 전면은 도 2 및 도 3에서 참조부호 311을 말한다. 전면에 인접한 바닥면에는 흡입구(341)가 마련된다. 로봇 청소기(300)의 전방은 로봇 청소기(300)의 전면(311)의 앞쪽을 말한다. 따라서, 로봇 청소기(300)가 전방으로 주행하는 것은 로봇 청소기(300)가 전면(311)을 앞쪽으로 해서 이동하는 것을 말한다.
제1 및 제2바퀴(10-1,10-2)의 설치방향을 상술한 예와 반대로 하는 경우, 구체적으로, 스포크(15)가 피청소면과 접촉하거나 피청소면에 인접할 때, 스포크(15)의 오목부(15a)가 로봇 청소기(300)의 후면을 향하도록 설치하는 경우에는 로봇 청소기(300)가 전방으로 주행할 때, 피청소면의 장애물을 넘을 수 있는 승월 능력이 떨어진다.
또한, 제1바퀴(10-1)의 복수의 스포크(15)의 굽은 방향과 제2바퀴(10-2)의 복수의 스포크(15)의 굽은 방향을 반대로 하는 경우에도 로봇 청소기(300)의 승월 능력이 낮아진다.
도 9는 상술한 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴의 제1변형예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1변형예에 의한 바퀴(10')는 내륜(13), 외륜(11), 복수의 스포크(15), 및 복수의 리브(16)를 포함하는 것은 상술한 실시예와 동일하고, 복수의 스포크(15)와 복수의 리브(16)에 의해 정의되는 복수의 독립공간(17)에 지지편(18)이 마련되지 않는 점에서 차이가 있다.
도 9를 참조하면, 제1변형예에 의한 바퀴(10')는 리브(16)의 양측면을 지지하는 2개의 지지편(18)이 없다는 점에서 상술한 제1실시예의 바퀴(10)와 상이하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 구비한 로봇 청소기가 장애물을 넘는 때를 나타낸 사진이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(10')는 로봇 청소기(300)의 바닥면(311)에 회전 가능하게 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(10')는 로봇 청소기(300)의 무게를 지지하면서, 로봇 청소기(300)가 피청소면(400)에서 이동할 수 있도록 한다. 로봇 청소기(300)가 피청소면(400)에서 이동할 때에는, 바퀴(10')의 외륜(11)이 로봇 청소기(300)의 중량을 지지하기 위해 피청소면(400)에 일정 면적 접촉할 수 있도록 약간 변형된다. 이때, 피청소면(400)에 접촉한 외륜(11)의 부분(11-1)을 지지하는 적어도 한 개의 스포크(15-1)는 외륜(11-1)의 변형에 따라 약간 변형된다. 따라서, 인접한 스포크(15)에 의해 형성되는 일부 독립공간(17-1)도 스포크(15-1)의 변형에 따라 형태가 약간 변형된다. 이때, 일부 독립공간(17-1)에 형성된 리브(16-1)가 외륜(11-1)의 변형을 억제하게 된다.
로봇 청소기(300)가 주행 중에 장애물(401)을 만나는 경우, 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(10')는 장애물을 용이하게 넘을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 바퀴(10')가 장애물(401)과 접촉하면, 도 10에 도시된 바와 같이 장애물(401)에 접촉하는 외륜(11)의 부분(11-2)이 장애물(401)의 형상에 따라 변형된다. 이때, 외륜(11)과 스포크(15)가 탄성재질로 형성되고, 외륜(11)과 내륜(13) 사이에는 외륜(11)과 스포크(15)의 변형을 수용할 수 있는 복수의 독립공간(17)이 형성되어 있으므로, 장애물(401)의 형상에 따라 외륜(11)이 용이하게 변형될 수 있다. 이때, 장애물(401)과 접촉하는 외륜(11)의 부분(11-2)과 이 부분(11-2)을 지지하는 스포크(15-2) 및 독립공간(17-2)의 변형은 로봇 청소기(300)의 자중을 지지하는 경우에 비해 크다. 또한, 복수의 스포크(15)의 사이에 위치한 복수의 리브(16) 중 변형되는 외륜 부분(11-2)에 대응하는 일부의 리브(16-1)는 외륜(11)의 변형을 억제하므로 본 발명에 의한 바퀴(10')는 장애물(401)에 대응하는 변형 능력을 유지하면서도 로봇 청소기(300)의 중량을 지지할 수 있다. 이와 같이 외륜(11)이 장애물(401)의 형상에 따라 접촉을 하면, 외륜(11)과 장애물의 접촉 면적이 넓어져서 장애물(401)을 쉽게 넘을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(10')를 사용하면 로봇 청소기(300)의 장애물을 넘는 능력이 향상될 수 있다.
도 11은 상술한 도 5의 제1실시예에 의한 바퀴(10)의 제2변형예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2변형예에 의한 바퀴(20)는 내륜(23), 외륜(21), 복수의 스포크(25), 및 복수의 리브(26)를 포함하며, 복수의 지지편을 구비하지 않는 것은 상술한 제1변형예의 바퀴(10')와 동일하고, 복수의 스포크(25)와 복수의 리브(26)에 의해 정의되는 복수의 독립공간(27)의 형상이 상이하다.
도 11을 참조하면, 제2변형예에 의한 바퀴(20)는 스포크(25)의 두께가 길이 방향으로 거의 일정하다는 점에서 상술한 제1변형예에 의한 바퀴(10')의 스포크(15)와 상이하다.
도 12는 상술한 도 5의 제1실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴의 제3변형예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3변형예에 의한 바퀴(30)는 내륜(33), 외륜(31), 복수의 스포크(35), 복수의 리브(36)를 포함하는 구성은 상술한 제1변형예와 동일하고, 복수의 리브(36)의 설치위치가 상이하다.
도 12를 참조하면, 복수의 리브(36)는 외륜(31)의 내면에서 내륜(33)을 향해 돌출된다. 복수의 리브(36)는 복수의 스포크(35) 사이 사이에 형성된다. 복수의 리브(36) 각각은 인접한 2개의 스포크(36) 사이의 중간에 설치되며, 리브(36)의 길이는 스포크(35)의 길이보다 짧다. 도 12에 도시된 제3변형예의 경우에는 리브(36)의 선단(36-1)은 내륜(13)에 연결되지 않으며, 대략 스포크(35)의 절반 정도의 길이로 형성된다. 한 개의 독립공간(37), 즉 관통공은 외륜(31), 내륜(33), 및 2개의 스포크(35)로 형성되며, 그 속에 한 개의 리브(36)가 설치된다.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(40)는 외륜(41), 내륜(43), 복수의 스포크(spoke)(45)를 포함하는 것은 상술한 제1실시예의 바퀴(10)와 유사하고, 복수의 리브와 지지편을 포함하지 않는 것이 상이하다.
도 13에 도시된 제2실시예의 경우에는, 복수의 스포크(45)는 내륜(43)에서 반지름 방향(화살표 R)에 대해 경사지게 연장되어 외륜(41)에 연결되도록 형성된다. 구체적으로, 스포크(45)는 내륜(43)의 중심(C)과 스포크(45)와 내륜(43)이 만나는 점(P)을 지나는 가상의 직선(R)에 대해 일정 각도(θ) 경사지게 형성된다.
또한, 복수의 스포크(45)는 내륜(43)과 외륜(41) 사이에 내륜(43)의 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치된다. 스포크(45)는 탄성 곡면판으로 형성된다. 도시하지는 않았지만, 스포크(45)는 경사진 탄성 평판으로 형성할 수도 있다.
탄성 곡면판(45)의 일단(45-1)은 외륜(41)의 내면과 연결되며, 탄성 곡면판(45)의 타단(45-2)은 내륜(43)의 외면과 연결된다. 스포크(45)가 곡면으로 형성된 경우에는 경사 각도(θ)는 내륜(43)의 중심(C)과 탄성 곡면판(45)과 내륜(43)이 만나는 점(P)을 지나는 가상의 직선(R)과 탄성 곡면판(45)과 내륜(43)이 만나는 점(P)을 지나는 탄성 곡면판(45)의 접선(L) 사이의 각을 말한다.
도 14는 도 13의 제2실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2실시예의 변형예에 의한 바퀴(50)는 내륜(53)과 외륜(51)의 구성은 상술한 실시예에 의한 바퀴(40)의 내륜(43) 및 외륜(41)과 동일하고 스포크(55)의 형상이 상이하다.
도 14를 참조하면, 스포크(55)의 두께가 균일하지 않은 점에서 상술한 제2실시예의 스포크(45)와 상이하다. 구체적으로, 외륜(51)과 연결되는 탄성 곡면판(55)의 일단(55-1)의 두께(w1)가 탄성 곡면판(55)의 중간부(55-3)의 두께(t3)보다 두껍도록 형성된다. 또한, 내륜(53)의 외면과 연결되는 탄성 곡면판(55)의 타단(55-2)의 두께(w2)도 탄성 곡면판(55)의 중간부(55-3)의 두께(t3)보다 두껍게 형성된다. 이때, 탄성 곡면판(55)의 양단의 두께(w1,w2)는 동일하게 형성할 수도 있고, 또는 두께를 다르게 형성할 수도 있다.
또는, 도시하지는 않았지만, 탄성 곡면판(55)의 양단 중 일단의 두께만 탄성 곡면판(55)의 중간부(55-3)의 두께보다 두껍게 하고, 타단의 두께는 중간부(55-3)의 두께와 동일하게 형성할 수도 있다. 예를 들면, 외륜(51)과 연결되는 탄성 곡면판(55)의 일단(55-1)의 두께(w1)는 중간부(55-3)의 두께(t3)보다 두껍게 하고, 내륜(53)과 연결되는 탄성 곡면판(55)의 타단(55-2)의 두께(w2)는 중간부(55-3)의 두께(t3)와 동일하게 할 수 있다. 반대로, 내륜(53)과 연결되는 탄성 곡면판(55)의 타단(55-2)의 두께(w2)는 중간부(55-3)의 두께(t3)보다 두껍게 하고, 외륜(51)과 연결되는 탄성 곡면판(55)의 일단(55-1)의 두께(w1)는 중간부(55-3)의 두께(t3)와 동일하게 할 수 있다.
이하, 도 15a 및 도 15b를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 상세하게 설명한다.
도 15a는 본 발명의 제2실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면이고, 도 15b는 도 15a의 스포크를 구비한 바퀴에 설치된 보강부재를 나타내는 도면이다. 도 15b는 도 15a에서 외륜, 내륜, 및 복수의 스포크의 윗부분을 절단하여 복수의 보강 부재가 노출되도록 한 것이다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(60)는 외륜(61), 내륜(62), 복수의 스포크(65), 복수의 보강 부재(66)를 포함할 수 있다.
외륜(61)은 환 형상 또는 링 형상으로 형성되며, 탄성 재질로 형성된다. 외륜(61)의 외면에는 피청소면과 접촉시 미끄럼을 방지할 수 있는 형상이 형성된다. 예를 들면, 복수의 돌기(69)가 외륜(61)의 외면에 형성될 수 있다. 외륜(61)은 장애물을 넘을 때, 장애물과 접촉하는 외륜(61)의 접촉 부분이 장애물의 형상에 대응하여 변형함으로써 장애물과의 접촉 면적을 넓게 할 수 있도록 형성된다.
내륜(63)은 환 형상 또는 링 형상으로 형성되며, 외륜(61)의 내부에 외륜(61)과 동심 상으로 위치한다.
복수의 스포크(65)는 외륜(61)과 내륜(63)을 연결하여 외륜(61)의 변형을 흡수하는 기능을 한다. 스포크(65)는 외륜(61)의 특정 위치에 힘이 가해져서 힘이 가해진 외륜(61)의 부분이 변형되면, 힘이 가해진 외륜(61)의 부분을 지지하는 스포크(65)가 변형하여 외륜(61)의 변형을 흡수하고, 힘이 제거되면 외륜(61)이 원상태로 복원되도록 한다.
또한, 복수의 스포크(65)는 내륜(63)과 외륜(61) 사이에 복수의 관통공(67)을 형성한다. 복수의 관통공(67)으로는 바퀴(60) 외부의 공기가 통과할 수 있다. 복수의 관통공(67)의 형상은 복수의 스포크(65)의 형상과 배열에 의해 정해지며, 스포크(65)가 임의로 변형될 수 있도록 한다. 예를 들어, 외륜(61)의 일부분이 변형되어, 해당 부분을 지지하는 스포크(65)가 함께 변형될 때, 복수의 관통공(67)의 형상도 스포크(65)에 의해 변형된다.
복수의 보강 부재(66)는 복수의 스포크(65)의 내부에 설치된다. 복수의 보강 부재(65)는 도 9b에 도시된 바와 같이 내륜(63)의 내부에 설치된 허브(68)로부터 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 복수의 보강 부재(66)는 허브(68)와 일체로 형성할 수 있다. 보강 부재(66)는 스포크(65)의 탄성보다 탄성이 작은 재질로 형성될 수 있다.
복수의 보강 부재(66)의 각각의 일단은 외륜(61)의 내부까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 보강 부재(66)의 일단에는 절곡부(66-1)를 형성할 수 있다. 보강 부재(66)의 일단에 절곡부(66-1)를 형성하면, 보강 부재(66)와 외륜(61)의 결합을 좀 더 견고하게 할 수 있다. 다른 예로서는, 도시하지는 않았지만, 보강 부재(66)의 일단은 스포크(61)의 끝단까지만 연장되고, 외륜(61)의 내부로는 삽입되지 않도록 형성할 수도 있다.
그러나 보강 부재(66)의 길이는 이에 한정되는 것은 아니다. 보강 부재(66)는 스포크(65)의 길이보다 짧게 형성될 수도 있다.
도 15c는 도 15a의 스포크를 구비한 바퀴(60)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 15c를 참조하면, 본 발명의 제3실시예의 변형예에 의한 바퀴(60)는 외륜(61), 내륜(62), 복수의 스포크(65), 복수의 보강 부재(66)를 포함하는 것은 상술한 제3실시예의 바퀴(60)와 동일하고, 복수의 스포크(65) 사이에 복수의 리브(65-1)가 설치된 것이 상이하다. 복수의 리브(65-1) 내부에는 복수의 보강 부재가 설치되지 않을 수 있다.
이하, 16a 및 도 16b를 참조하여 본 발명의 제4실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 상세하게 설명한다.
도 16a는 제4실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면이고, 도 16b는 도 16a의 스포크를 구비한 바퀴에 설치된 보강부재를 나타내는 도면이다. 도 16b는 도 16a에서 외륜, 내륜, 및 복수의 스포크의 윗부분을 절단하여 복수의 보강 부재가 노출되도록 한 것이다.
도 16a 및 도 16b에 도시된 본 발명의 제4실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(70)의 외륜(71), 내륜(73), 복수의 스포크(75), 및 복수의 관통공(77)은 상술한 제3실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(60)와 동일하다.
복수의 보강 부재(76)는 내륜(73)에 설치되는 허브(78)와 일체로 형성될 수 있다. 보강 부재(76)의 길이는 스포크(75)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 보강 부재(76) 각각의 일단은 외륜(71)까지 연장되지 않도록 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우에는 보강 부재(76)는 대략 스포크(75)의 중간까지 연장되어 있다. 또한, 보강 부재(76)는 스포크(75)의 탄성보다 탄성이 작은 재질로 형성될 수 있다.
도 16c는 도 16a의 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 16c를 참조하면, 본 발명의 제4실시예의 변형예에 의한 바퀴(70)는 외륜(71), 내륜(72), 복수의 스포크(75), 복수의 보강 부재(76)를 포함하는 것은 상술한 제4실시예의 바퀴와 동일하고, 복수의 스포크(75) 사이에 복수의 리브(75-1)가 설치된 것이 상이하다. 복수의 리브(75-1) 내부에는 복수의 보강 부재(76)가 설치되지 않을 수 있다.
도 17a는 본 발명의 제5실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타낸 도면이고, 도 17b는 도 17a의 스포크를 구비한 바퀴에 설치된 보강 부재를 나타내는 도면이다. 도 17b는 도 17a에서 외륜, 내륜, 및 복수의 스포크의 윗부분을 제거하여 복수의 보강 부재가 노출되도록 한 것이다.
도 17a 및 도 17b에 도시된 본 발명의 제5실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(80)의 외륜(81), 내륜(83), 복수의 스포크(85), 및 복수의 관통공(87)은 상술한 제3실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(60)와 동일하다.
복수의 보강 부재(86)는 복수의 스포크(85)의 내부에 설치된다. 복수의 보강 부재(86)는 도 17b에 도시된 바와 같이 내륜(83)의 내부에 설치된 허브(88)로부터 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 복수의 보강 부재(86)는 허브(88)와 일체로 형성할 수 있다.
또한, 복수의 보강 부재(86)의 각각의 일단은 외륜(81)의 내부까지 연장되며, 복수의 보강 부재(86) 중 인접한 2개의 보강 부재(86)의 일단은 연결 부재(86-1)에 의해 연결된다. 이때, 연결 부재(86-1)는 2개의 보강 부재(86)와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 2개의 보강 부재(86)와 한 개의 연결 부재(86-1)는, 도 17b에 도시된 바와 같이, 바로 옆에 위치한 2개의 스포크(85)와 외륜(81)의 내부에 설치된 한 개의 뼈대를 형성한다.
연결 부재(86-1)는 보강 부재(86)와 동일하게 스포크(85)의 탄성보다 탄성이 작은 재질로 형성될 수 있다.
상술한 제3실시예, 제4실시예, 및 제5실시예의 보강 부재(66,76,86)를 구비한 허브(68,78,88)는 고무와 같은 탄성 재료로 외륜(61,71,81), 내륜(63,73,83), 및 복수의 스포크(65,75,85)를 형성할 때, 인서트 성형 공정에 의해 외륜(61,71,81), 내륜(63,73,83), 및 복수의 스포크(65,75,85)와 일체로 형성할 수 있다.
도 17c는 도 17a의 스포크를 구비한 바퀴의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 17c를 참조하면, 본 발명의 제5실시예의 변형예에 의한 바퀴는 외륜(81), 내륜(82), 복수의 스포크(85), 복수의 보강 부재(86)를 포함하는 것은 상술한 제5실시예의 바퀴와 동일하고, 복수의 스포크(85) 사이에 복수의 리브(85-1)가 설치된 것이 상이하다. 복수의 리브(85-1) 내부에는 복수의 보강 부재(86)가 설치되지 않을 수 있다.
도 18은 본 발명의 제6실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타내는 도면이다. 도 19는 도 18의 스포크를 구비한 바퀴의 사시도이다.
도 18과 도 19를 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(90)는 외륜(91), 내륜(93), 복수의 스포크(95)를 포함할 수 있다.
외륜(91)은 환 형상 또는 링 형상으로 형성되며, 탄성 재질로 형성된다. 외륜(91)의 외면에는 피청소면과 접촉시 미끄럼을 방지할 수 있는 형상이 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 돌기(99)가 외륜(91)의 외면에 형성될 수 있다. 외륜(91)은 장애물을 넘을 때, 장애물과 접촉하는 외륜(91)의 접촉 부분이 장애물의 형상에 대응하여 변형함으로써 장애물과의 접촉 면적을 넓게 할 수 있도록 형성된다.
내륜(93)은 환 형상 또는 링 형상으로 형성되며, 외륜(91)의 내부에 외륜(91)과 동심 상으로 위치하도록 형성된다.
내륜(93)의 내부에는 도 15에 도시된 바와 같이 허브(150)가 설치된다. 허브(150)는 강체로 형성되며, 대략 원통 형상으로 형성된다. 허브(150)와 내륜(93)은 허브(150) 회전시 내륜(93)이 허브(150)에서 분리되지 않도록 고정된다.
복수의 스포크(95)는 외륜(91)과 내륜(93)을 연결하여 외륜(91)의 변형을 흡수하는 기능을 한다. 스포크(95)는 외륜(91)의 특정 위치에 힘이 가해져서 힘이 가해진 외륜(91)의 부분이 변형되면, 힘이 가해진 외륜(91)의 부분을 지지하는 스포크(95)가 변형하여 외륜(91)의 변형을 흡수하고, 힘이 제거되면 외륜(91)이 원상태로 복원되도록 한다.
또한, 복수의 스포크(95)는 내륜(93)과 외륜(91) 사이에 복수의 관통공(97)을 형성한다. 복수의 관통공(97)으로는 바퀴(90) 외부의 공기가 통과할 수 있다. 복수의 관통공(97)의 형상은 복수의 스포크(95)의 배열에 의해 결정되며, 스포크(95)의 변형에 의해 임의로 변형될 수 있다. 구체적으로, 외륜(91)의 일부분이 변형되어 해당 부분을 지지하는 스포크(95)가 변형되면, 복수의 관통공(97)의 형상도 스포크(95)의 변형에 의해 변형된다.
도 18 및 도 19에 도시된 실시예의 경우에는, 복수의 스포크(95)는 내륜(93)에서 반지름 방향(화살표 R 방향)으로 연장되어 외륜(91)에 연결되도록 형성된다.
구체적으로, 스포크(95)는 내륜(93)에서 반지름 방향으로 연장되는 탄성 평판으로 형성된다. 탄성 평판(95)의 일단(95-1)은 외륜(91)의 내면과 연결되며, 탄성 평판(95)의 타단(95-2)은 내륜(93)의 외면과 연결된다. 또한, 복수의 스포크(95)는 내륜(93)과 외륜(91) 사이에 내륜(93)의 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치된다.
탄성 평판(95)의 다른 예로서, 도 20에 도시된 바와 같이, 탄성 평판(95')은 외륜(91)과 연결되는 일단의 폭과 상기 내륜(93)과 연결되는 타단의 폭은 동일하고, 탄성 평판(95')의 중앙(95'-3)의 폭은 일단의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 이때, 탄성 평판(95')은 양측면을 일정한 곡률을 갖는 오목한 곡선으로 절단하여 형성할 수 있다.
도 21은 본 발명의 제7실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타내는 도면이다.
도 21에 도시된 본 발명의 제7실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(100)의 외륜(101)과 내륜(103)은 상술한 제6실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(90)와 동일하다.
복수의 스포크(105)는 외륜(101)과 내륜(103)을 연결하는 탄성 평판으로 형성된 점에서 상술한 제6실시예에 의한 바퀴(90)의 스포크(95)와 유사하다. 그러나 복수의 스포크(105)는 그 배치가 상이하다. 본 실시예에 의한 복수의 스포크(105)는 인접한 2개의 스포크(105)가 외륜(101) 및 내륜(103)과 대략 등변 사다리꼴을 형성하도록 배치된다. 2개의 스포크(105), 외륜(101), 및 내륜(103)에 의해 형성된 등변 사다리꼴의 내부가 외부 공기가 통과하는 관통공(107)을 형성한다.
또는 다른 예로서, 도시하지는 않았지만, 인접한 2개의 스포크(105)가 대략 삼각형을 형성하도록 형성할 수 있다.
도 22는 본 발명의 제8실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴를 나타내는 도면이다.
도 22에 도시된 본 발명의 제8실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(110)의 외륜(111)과 내륜(113)은 상술한 제6실시예에 의한 스포크(90)를 구비한 바퀴와 동일하다.
복수의 스포크(115)는 벌집 구조(honeycomb structure)로 형성된다는 점에서 상술한 제6실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴(90)와 상이하다.
스포크(115)를 형성하는 벌집 구조는 내륜(113)의 중심(C)을 기준점으로 하여, 내륜(113)의 외면에서 외륜(115)을 향해 발산되는 형태로 형성된다. 따라서, 단일 벌집의 크기는 반경 방향으로 커지게 된다. 즉, 내륜(113)에 인접한 벌집의 크기보다 외륜(111)에 인접한 벌집의 크기가 크다. 또한, 내륜(113)과 외륜(111) 사이의 반지름 방향으로 중간에 6각형 형상의 단일 벌집(115-1)이 체인처럼 연결된 구조가 되도록 벌집 구조를 배치할 수 있다. 단일 벌집(115-1)의 내부 공간이 외부 공기가 통과할 수 있는 관통공(117)을 형성한다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴가 로봇 청소기에 적용된 경우에 대해 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 의한 스포크를 구비한 바퀴는 로봇 청소기 외에 다른 용도의 이동 로봇에 적용될 수 있다.
또는, 본 발명에 의한 스포크를 구비한 바퀴는 이동 로봇 외에 장난감 자동차와 같이 이동을 하는 완구 등에도 적용할 수 있음은 당연하다.
이상에서 본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.
10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,200; 바퀴
11,21,31,41,51,61,71,81,91,101,111; 외륜
13,23,33,43,53,63,73,83,93,103,113; 내륜
15,25,35,45,55,65,75,85,95,105,115; 스포크
17,27,37,47,57,67,77,87,97,107,117; 관통공
16,26,36; 리브 66,76,86; 보강 부재
68,78,88,150,210; 허브 300; 로봇 청소기
310; 본체 320; 제어부
330; 구동부 340; 청소장치

Claims (21)

  1. 피청소면과 접촉하는 외륜;
    상기 외륜의 내부에 설치되며, 구동력을 전달받는 내륜;
    상기 외륜과 상기 내륜을 연결하는 복수의 스포크;
    상기 복수의 스포크 사이에 마련되며, 공기가 통과하는 복수의 관통공; 및
    상기 복수의 관통공에 설치되며, 상기 복수의 스포크 각각의 길이보다 짧은 복수의 리브;를 포함하며,
    상기 외륜이 상기 내륜 쪽으로 이동할 때, 상기 복수의 리브는 상기 외륜의 이동을 제한하며,
    상기 복수의 리브는 각각 상기 내륜의 외면으로부터 상기 외륜을 향해 돌출되며, 상기 내륜과 일체로 형성되는 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 관통공에 마련되며, 상기 복수의 리브 각각을 인접한 2개의 스포크에 대해 지지하는 지지편을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지편의 두께는 상기 복수의 리브의 두께보다 얇으며, 상기 지지편의 길이는 상기 복수의 리브의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리브 각각의 폭은 상기 복수의 스포크의 각각의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스포크는 상기 내륜의 원주 방향으로 굽은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 리브는 상기 복수의 스포크와 동일한 방향으로 굽은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바퀴는 서로 평행하게 설치되는 제1바퀴와 제2바퀴를 포함하며,
    상기 제1바퀴의 복수의 스포크의 굽은 방향과 상기 제2바퀴의 스포크의 굽은 방향이 동일하게 설치되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1바퀴와 제2바퀴는 상기 복수의 스포크 각각이 상기 피청소면과 인접할 때, 상기 스포크의 오목부가 상기 로봇 청소기의 전면을 향하도록 설치된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리브 각각은 인접한 2개의 스포크와 이격된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 리브 각각은 상기 인접한 2개의 스포크의 중간에 설치된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내륜과 연결되는 상기 스포크의 일단의 폭과 상기 외륜의 내면과 연결되는 상기 스포크의 타단의 폭 중 적어도 한쪽의 폭은 상기 스포크의 중간부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 내륜은 강체로 된 허브에 고정되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 외륜의 외면에는 복수의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 외륜, 상기 내륜, 상기 복수의 스포크, 및 상기 복수의 리브는 사출 고무 또는 가황 고무로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  17. 피청소면과 접촉하는 외륜;
    상기 외륜의 내부에 설치되며, 구동력을 전달받는 내륜;
    상기 외륜과 상기 내륜을 연결하는 복수의 스포크;
    상기 복수의 스포크 사이에 마련되며, 공기가 통과하는 복수의 관통공; 및
    상기 외륜이 상기 내륜 쪽으로 이동할 때, 상기 외륜의 이동을 제한하도록 상기 복수의 관통공에 설치되는 복수의 리브;를 포함하며,
    상기 복수의 리브는 각각 상기 내륜의 외면으로부터 상기 외륜을 향해 돌출되며, 상기 내륜과 일체로 형성되는 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 리브 각각의 길이는 상기 복수의 스포크 각각의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 스포크와 상기 복수의 리브는 상기 내륜의 원주 방향으로 굽은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 관통공에 마련되며, 상기 복수의 리브 각각을 인접한 2개의 스포크에 대해 지지하는 지지편을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 바퀴는 서로 평행하게 설치되는 제1바퀴와 제2바퀴를 포함하며,
    상기 제1바퀴의 복수의 스포크의 굽은 방향과 상기 제2바퀴의 스포크의 굽은 방향이 동일하게 설치되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.


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