KR20000001763A - 로봇청소기 및 그 구동제어방법 - Google Patents

로봇청소기 및 그 구동제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로봇청소기 및 그 구동제어방법에 관한 것으로, 주행로봇을 랜덤방식에 의해 임의의 청소경로로 주행시키면서 청소부위로부터 흡입되는 먼지량을 감지하여 흡입먼지량이 설정량의 미만으로 감소되면 청소완료시점으로 판단하여 청소동작을 종료함으로써, 로봇청소기의 위치와 주행거리 및 목표물과의 거리 등을 감지하기 위한 많은 수의 센서들을 채용하지 않고도 청소동작이 자동적으로 수행되어 내부구조가 단순해짐은 물론, 제조원가가 절감되도록 한 것이다.

Description

로봇청소기 및 그 구동제어방법
본 발명은 로봇청소기에 관한 것으로, 센서의 채용을 최소화시켜 청소동작을 수행할 수 있는 로봇청소기 및 그 구동제어방법에 관한 것이다.
통상적으로, 로봇청소기란 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 구역내를 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 구역을 자동으로 청소를 수행하는 기기를 말한다.
이러한 로봇청소기는 내장된 프로그램에 따라 미리 설정된 청소경로를 주행하면서 청소동작을 수행하도록 되어 있는데, 이와 같이 기설정된 청소경로를 자동적으로 주행하면서 청소동작을 수행하기 위해서는 로봇청소기의 위치와 주행거리 및 장애물 등을 감지하기 위해 많은 수의 센서들이 사용된다.
예를 들어, 로봇청소기의 정확한 방향전환을 감지하기 위한 자이로센서(Gyro Sensor)와, 바퀴의 회전수를 감지하여 주행거리를 판단하기 위한 엔코더(Encorder)와, 목표물과의 거리를 감지하기 위한 초음파센서 및 장애물을 감지하기 위한 적외선센서 등의 수 많은 센서들이 로봇청소기에 부착 설치되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래의 로봇 청소기는, 설정된 청소경로를 정확하게 주행하여 청소를 수행하기 위해 수 많은 고가의 센서들이 설치되어 있기 때문에, 내부구조가 복잡해짐은 물론, 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 랜덤방식에 의해 임의의 청소경로를 주행하여 청소를 수행하다가 흡입되는 먼지량에 따라 청소를 종료함으로써, 로봇청소기의 위치와 주행거리 및 목표물과의 거리 등을 감지하기 위한 많은 수의 센서들을 채용하지 않고도 청소동작이 수행되어 내부구조가 단순해짐은 물론, 제조원가를 절감시킬 수 있는 로봇청소기 및 그 구동제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇청소기는, 로봇청소기로 흡입되는 먼지의 양이 소정량 미만이되면 먼지량저하신호를 출력하는 먼지량감지수단 및, 랜덤방식에 의해 임의의 청소경로로 로봇청소기를 주행시키는 한편, 상기 먼지량감지부로부터 먼지량저하신호가 입력되면 청소동작을 종료시키는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇청소기의 구동제어방법은, 조작부를 통해 청소를 지시하는 키신호가 입력되면 로봇청소기를 랜덤방식에 의해 임의의 청소경로로 주행시켜 청소를 수행하는 청소스텝 및, 먼지량감지수단을 통해 감지되는 흡입먼지의 양이 소정량 미만으로 감소되면 로봇청소기의 청소동작을 종료시키는 청소종료스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 로봇청소기의 외관을 개략적으로 도시한 전면도,
도 2는 도 1에 도시된 로봇청소기의 배면도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 로봇청소기의 구동을 제어하기 위한 구동제어장치의 개략적인 블록구성도,
도 4는 도 3에 도시된 먼지량감지부의 일실시예를 도시한 개략도,
도 5는 도 3에 도시된 로봇제어부 및 청소기제어부의 동작과정을 설명하기 위한 플로우챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 주행 로봇 101: 본체
102: 흡입브러쉬 103 : 흡입관
104 : 충전용 단자 105: 보조바퀴
110: 우륜 111: 우륜모터
113: 우륜모터구동부 120: 좌륜
121: 좌륜모터 122: 좌륜엔코더
123: 좌륜모터구동부 130: 와이드센서
135: 먼지량감지부 200: 핸디 청소기
210: 조작부 220: 청소기제어부
230: 흡입모터구동부 240: 흡입모터
300: 제어신호컨넥터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 로봇청소기의 외관을 개략적으로 도시한 전면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로봇청소기의 배면도로서, 도 1 및 도2를 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 로봇청소기는, 크게 주행로봇(100) 및 이 주행로봇(100)에 슬라이드식으로 삽입 결합되는 핸디 청소기(200)로 구성되는데, 주행로봇(100)의 외관을 형성하는 본체(101)에는 그 전면부 하단에 청소부위의 이물질을 공기의 흡입력을 이용해 흡입하도록 흡입브러쉬(102)가 설치되어 있고, 이 흡입브러쉬(102)와 핸디 청소기(200)의 도시생략된 흡입구를 상호 연통시키도록 흡입관(103)이 설치되어 있다.
그리고, 주행로봇 본체(101)의 하부에는 주행을 위한 우륜(110) 및 좌륜(120)이 각각 회동가능하게 고정 설치되어 있으며, 이 우륜(110) 및 좌륜(120)의 일측에는 각각의 바퀴를 구동시키기 위한 구동용의 우륜구동모터(111) 및 좌륜구동모터(121)가 부착되어 있다.
또한, 주행로봇 본체(101)의 후미에는 도시생략된 주행로봇용의 배터리로 충전전원을 공급하기 위한 충전용 단자(104)가 부착 되어 있으며, 이 충전용 단자(104)가 설치된 주행로봇 본체(101) 후미의 하부에는 주행시의 직진안정성을 높이기 위한 보조바퀴(105)가 회동가능하게 고정 설치되어 있다.
그리고, 상기 흡입브러쉬(102)의 전면부에는 와이드센서(130)가 부착 설치되어 있으며, 이 와이드센서(130)의 전면부 상단에는 복수의 적외발광다이오드(Infrared Emitting Diode; "IED" )가 배열설치되어 있고, 그 하단에는 적외광을 수광하기 위한 수광부(132)가 설치되어 있다.
또한, 상기 핸디 청소기(200)에는 이 핸디 청소기(200)를 주행 로봇(100)에 결합시 상기 주행 로봇(100)의 흡입관(103)과 연통되는 흡입구와, 임펠러와 연동하여 흡입력을 발생하는 흡입모터 및, 상기 흡입모터에 의해 발생된 흡입력에 의해 흡입된 먼지등의 이물질이 집진되는 집진실 등이 구비되어 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 로봇청소기의 구동을 제어하기 위한 구동제어장치의 개략적인 블록구성도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 로봇청소기의 구동제어장치는, 와이드센서(130)와, 먼지량감지부(135)와, 로봇제어부(140)와, 우륜모터구동부(113)와, 우륜모터(111)와, 좌륜모터구동부(123)와, 좌륜모터(121)와, 조작부(210)와, 청소기제어부(220)와, 흡입모터구동부(230)와, 흡입모터(240) 및, 제어신호컨넥터(300)로 구성된다.
도 3에 있어서, 상기 와이드센서(130)는 복수개의 적외발광다이오드(IED)를 통해 적외광을 발생한 다음, 장애물에 반사되어 되돌아오는 적외광을 수광하여 그에 상응하는 수광신호를 로봇제어부(140)로 입력한다.
또한, 먼지량감지부(135)는 흡입되는 먼지량이 설정량의 미만으로 낮아지면 먼지량저하신호를 로봇제어부(140)로 입력하도록 된 것으로, 도 4에 도시된 바와 같다.
도 4를 참조하면 알 수 있듯이, 먼지량감지부(135)는, 도시생략된 배터리로부터 직류전압(VCC)을 인가받아 주행로봇 본체(110) 흡입관(103)의 일측 벽부에 형성된 개구부(103a)를 통해 광을 발산하는 발광다이오드(Light Emitting Diode; "LED" )와, 발광다이오드(LED)에 연결된 서지보호용의 저항(R1) 및, 발광다이오드(LED)로부터 발산된 광이 흡입관(103)의 일측 벽부에 형성된 개구부(103a)를 통해 수광되면 턴온되어 로봇제어부(140)로 먼지량저하신호(예컨데, 로우레벨신호)를 입력하는 포토트랜지스터(Photo Transistor; "PT" )로 구성된다.
여기서, 상기 포토트랜지스터(PT)는 베이스단으로 일정광량이상의 광이 수광되는 경우에 턴온되도록 되어 있기 때문에, 상기 발광다이오드(LED)의 광량은 흡입관(103)을 통해 핸디 청소기(200)로 흡입되는 먼지(d)의 양이 설정량이하로 감소되는 경우에 상기 포토트랜지스터(PT)를 턴온시킬 수 있도록 셋팅된다.
그리고, 상기 로봇제어부(140)는 핸디 청소기(200)가 주행 로봇(100)에 결합된 상태에서 제어신호컨넥터(300)를 통해 상기 청소기제어부(220)로부터 청소를 지시하는 신호가 입력되면 우륜모터구동부(113) 및 좌륜모터구동부(123)을 제어하여 랜덤(Random)방식에 의해 임의의 청소경로로 주행로봇(100)이 주행되도록 제어한다.
또한, 상기 로봇제어부(140)는 와이드센서(130)를 통해 주행방향에 놓인 장애물이 감지되면 주행방향을 전환하는 제어동작을 수행하는 한편, 설정시간이 경과된 이후에 상기 먼지량감지부(135)로부터 먼지량저하신호가 입력되면 청소동작을 종료한다.
그리고, 상기 우륜모터구동부(113)는 로봇제어부(140)로부터의 구동제어신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 구동전원을 인가하여 상기 우륜모터(111)를 구동시키며, 상기 우륜엔코더(112)는 우륜모터(111)의 회전상태에 상응하는 데이터(예를 들면, 회전수 등)를 로봇제어부(140)로 입력한다.
또한, 상기 좌륜모터구동부(123)는 로봇제어부(140)로부터의 구동제어신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 구동전원을 인가하여 상기 좌륜모터(121)를 구동시키며, 상기 좌륜엔코더(122)는 상기 좌륜모터(121)의 회전상태에 상응하는 데이터(예를 들면, 회전수 등)를 로봇제어부(140)로 입력한다.
그리고, 상기 조작부(210)는 청소의 시작/중지를 지시할 때 이용되는 조작버튼을 포함하여 구성되며, 이용자에 의해 상기 조작버튼이 조작되면 그에 상응하는 키신호를 청소기제어부(220)로 입력한다.
또한, 상기 청소기제어부(220)는 상기 조작부(210)로부터 청소를 지시하는 키신호가 입력되면 흡입모터(240)를 구동시키기 위한 구동신호를 흡입모터구동부(230)로 입력함과 더불어, 청소를 지시하는 신호를 제어신호컨넥터(300)를 통해 로봇제어부(140)로 인가한다.
그리고, 상기 흡입모터구동부(230)는 청소기제어부(220)로부터의 구동신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 전원을 인가하여 흡입모터(240)를 구동시키며, 상기 흡입모터(240)는 흡입모터구동부(230)를 통해 인가되는 전원에 의해 구동되어 강한 흡입력을 발생시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 핸디 청소기(200)를 주행로봇(100)에 슬라이드식으로 삽입 결합시키면, 로봇제어부(140)와 청소기제어부(220)의 신호라인이 제어신호컨넥터(300)를 매개로 상호 연결됨과 더불어 주행로봇(100)의 도시생략된 배터리와 핸디 청소기(200)의 도시생략된 배터리의 전원라인이 도시생략된 전원컨넥터를 매개로 서로 접속된다.
상기와 같이 주행로봇(100)과 핸디 청소기(200)의 전원라인이 서로 접속된 상태에서 주행로봇 본체(101)의 충전용 단자(104)를 도시생략된 충전기에 접속시키면 충전용 전원이 상기 충전기로부터 충전용 단자(104)를 매개로 입력되어 주행로봇(100)의 배터리와 핸디 청소기(200)의 배터리가 충전된다.
상기 충전전원에 의해 충전된 주행로봇(100)의 배터리 및 핸디 청소기(200)의 배터리로부터 주행로봇(100)의 각 구성부 및 핸디 청소기(200)의 각 구성부로 직류전원이 각각 공급된다.
상기 주행로봇(100)의 배터리 및 핸디 청소기(200)의 배터리로부터 공급되는 직류전원에 의해 로봇제어부(140) 및 청소기제어부(220)가 초기화되며(S10), 초기화된 로봇제어부(140) 및 청소기제어부(220)는 각각 청소를 지시하는 신호의 입력을 위해 대기한다(S20).
이때, 이용자가 핸디 청소기(200)의 조작부(210)에 구비된 조작버튼을 조작하여 청소시작을 지시하면, 그에 상응하는 키신호가 조작부(210)로부터 청소기제어부(220)로 인가됨과 더불어 청소기제어부(220)로부터 청소를 지시하는 신호가 제어신호컨넥터(300)를 통해 로봇제어부(140)로 인가된다.
상기 조작부(210)로부터의 청소를 지시하는 키신호에 의해 청소기제어부(220)로부터 흡입모터구동부(230)로 구동신호가 입력되고, 상기 청소기제어부(220)로부터의 구동신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 흡입모터구동부(230)를 통해 흡입모터(240)로 전원이 인가되어 구동된다(S30).
상기 전원의 인가에 따라 구동된 흡입모터(240)에 연동가능하게 연결된 도시생략된 임펠러로부터 강한 흡입력이 발생되고, 상기 임펠러로부터 발생된 흡입력에 의해 청소부위의 먼지 등의 이물질이 주행로봇(100)의 흡입브러쉬(102)를 통해 흡입관(103)으로 흡입되며, 이 흡입관(103)으로 흡입된 이물질은 핸디 청소기(200)의 흡입구를 통해 핸디청소기(200) 본체 내의 집진실로 집진된다.
이와 동시에, 청소기제어부(220)로부터 제어신호컨넥터(300)를 매개로 입력된 청소를 지시하는 신호에 의해 로봇제어부(140)로부터 좌륜모터(111) 및 우륜모터(121)를 구동시키기 위한 구동신호가 우륜모터구동부(113) 및 좌륜모터구동부(123)로 각각 입력된다.
상기 로봇제어부(140)로부터의 구동신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 우륜모터구동부(113) 및 좌륜모터구동부(123)를 통해 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)로 전원이 인가되고, 전원이 인가에 따라 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)가 구동되어 이와 연동되게 우륜(110) 및 좌륜(120)이 회전함에 따라 주행로봇(100)이 주행된다(S40a).
이때, 로봇제어부(140)는 와이드센서(130)로부터 입력되는 수광신호를 통해 주향방향에 장애물이 있는지의 유무를 감지하여, 장애물이 있으면 주행방향을 전환하는 제어동작을 수행한다.
예를 들어, 로봇제어부(140)는 우륜모터구동부(113) 및 좌륜모터구동부(123)를 제어하여 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)의 구동을 중단시켜 주행로봇(100)의 주행을 일시 중단시킨 다음, 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)를 서로 역방향으로 구동시켜 주행방향을 좌측 또는 우측으로 전환시키고, 다시 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)를 정방향으로 구동시켜 주행로봇(100)을 주행시킨다.
로봇제어부(140)는 상기한 바와 같이 와이드센서(130)를 통해 감지되는 장애물을 회피하면서 랜덤방식에 의한 임의의 주행방향으로 주행로봇(100)을 주행시킨다(S40b).
이와 동시에 로봇제어부(140)는 청소가 수행된 시점으로부터 시간을 계수하여(S50), 현재까지 계수된 시간을 소정의 설정시간(예를 들면, 20 분 정도)과 비교하고(S60), 비교결과 계수된 시간이 설정시간의 미만이면 랜덤방식에 의한 임의의 청소경로로 주행로봇(100)을 주행시키면서 청소동작을 지속한다.
만약, 상기 스텝(S60)에서의 비교결과 계수된 시간이 설정시간의 이상이면 로봇제어부(140)는, 먼지량감지부(135)로부터 먼지량저하신호가 입력되는 지의 여부를 판단한다(S70).
상기 스텝(S70)에서 청소구역으로부터 흡입브러쉬(102) 및 흡입관(103)을 매개로 핸디 청소기(200)로 흡입되는 먼지의 양이 설정량의 이상이면, 먼지량감지부(135)의 발광다이오드(LED)로부터 발산된 광이 흡입관(103)을 통해 흡입되는 먼지에 의해 대부분이 흡수 및 반사되어 포토트랜지스터(PT)의 베이스단으로 충분한 광량의 광이 도달되지 않음에 따라 포토트랜지스터(PT)가 턴오프상태를 유지하여 포토트랜지스터(PT)로부터 먼지량저하신호가 로봇제어부(140)로 입력되지 않는다.
이때, 로봇제어부(140)는 먼지량감지부(135)로부터 먼지량저하신호가 입력되지 않음에 따라 랜덤방식에 의한 임의의 청소경로로 주행로봇(100)을 주행시키면서 청소동작을 지속한다.
만약, 상기 스텝(S70)에서 청소구역으로부터 흡입브러쉬(102) 및 흡입관(103)을 매개로 핸디 청소기(200)로 흡입되는 먼지의 양이 설정량의 미만으로 감소되면 먼지량감지부(135)의 발광다이오드(LED)로부터 충분한 광량의 광이 흡입관(103)의 개구부(103a, 103b)를 통해 포토트랜지스터(PT)의 베이스단으로 도달됨에 따라 포토트랜지스터(PT)가 턴온되어 포토트랜지스터(PT)로부터 먼지량저하신호가 로봇제어부(140)로 입력된다.
이때, 로봇제어부(140)는 먼지량감지부(135)로부터 먼지량저하신호가 입력됨에 따라 좌륜모터(111) 및 우륜모터(121)의 구동을 중지시키기 위한 구동중지신호를 우륜모터구동부(113) 및 좌륜모터구동부(123)로 각각 입력한다(S80).
상기 로봇제어부(140)로부터의 구동중지신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 우륜모터구동부(113) 및 좌륜모터구동부(123)를 통해 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)로 인가되던 전원의 공급이 차단되고, 전원공급의 차단에 의해 우륜모터(111) 및 좌륜모터(121)의 구동이 중지되어 주행로봇(100)이 정지된다.
이와 동시에, 상기 로봇제어부(140)로부터 제어신호컨넥터(300)를 매개로 청소기제어부(220)로 청소완료를 알리는 신호가 입력되고, 상기 로봇제어부(140)로부터의 청소완료를 알리는 신호에 의해 청소기제어부(220)로부터 흡입모터(240)의 구동을 중지시키기 위한 구동중지신호가 흡입모터구동부(230)로 입력된다(S90).
상기 청소기제어부(220)로부터의 구동중지신호에 의해 도시생략된 배터리로부터 흡입모터구동부(230)를 통해 흡입모터(240)로 인가되던 전원의 공급이 차단되고, 이와 같은 전원공급의 차단에 의해 흡입모터(240)의 구동이 중지된다.
즉, 종래기술에 따르면 미리 설정된 청소경로로 주행로봇을 주행시키면서 청소를 수행하고 설정된 청소경로에 대한 청소가 완료되면 청소동작을 종료하도록 되어 있어 주행로봇의 위치와 주행거리 및 목표물과의 거리등을 정확하게 감지하기 위해 많은 수의 센서가 설치되었지만, 본 발명은 청소경로를 정하지 않고 랜덤방식에 의해 임의의 경로로 주행로봇을 주행시키면서 흡입되는 먼지의 양에 따라 청소완료시점을 판단하여 청소를 종료함으로써, 주행로봇의 위치와 주행거리 및 목표물과의 거리 등을 감지하기 위한 센서들을 설치하지 않고도 자동적으로 청소를 수행할 수 있도록 한 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 발광소자와 수광소자를 사용하여 청소기 흡입되는 먼지량이 소정량의 미만으로 저하되는 것만을 감지하도록 한 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 이 기술분야의 숙련자는 본 발명이 여타의 먼지감지센서 등을 통해 먼지량을 수시로 체크하여 설정량과 비교하도록 용이하게 변경 실시할 수 있다는 사실을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 주행로봇을 랜덤방식에 의해 임의의 청소경로로 주행시키면서 청소부위로부터 흡입되는 먼지량에 따라 청소동작을 종료함으로써, 로봇청소기의 위치와 주행거리 및 목표물과의 거리 등을 감지하기 위한 많은 수의 센서들을 채용하지 않고도 청소동작이 자동적으로 수행되어 내부구조가 단순해짐은 물론, 제조원가가 절감되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 내장된 프로그램에 의해 스스로 주행하며 청소동작을 수행하는 로봇청소기에 있어서,
    로봇청소기로 흡입되는 먼지의 양이 소정량 미만이되면 먼지량저하신호를 출력하는 먼지량감지수단 및,
    랜덤방식에 의해 임의의 청소경로로 로봇청소기를 주행시키는 한편, 상기 먼지량감지부로부터 먼지량저하신호가 입력되면 청소동작을 종료시키는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 먼지량감지수단은,
    로봇청소기의 내부로 먼지가 흡입되는 소정경로의 측벽부에 형성된 적어도 하나 이상의 개구홀과,
    상기 개구홀을 통해 광을 발산하는 발광소자 및,
    상기 발광소자에 대향되게 설치되어 상기 발광소자로부터 상기 개구홀을 통해 광이 수광되면 먼지량저하신호를 상기 제어수단으로 입력시키는 수광소자로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어수단은,
    청소를 개시한 시점으로부터 소정시간이 경과된 이후에 상기 먼지량감지수단으로부터 먼지량저하신호가 입력되는 경우에만 청소동작을 종료시키는 것을 특징으로 하는 로봇청소기.
  4. 조작부를 통해 청소를 지시하는 키신호가 입력되면 로봇청소기를 랜덤방식에 의해 임의의 청소경로로 주행시켜 청소를 수행하는 청소스텝 및,
    먼지량감지수단을 통해 감지되는 흡입먼지의 양이 소정량 미만으로 감소되면 로봇청소기의 청소동작을 종료시키는 청소종료스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 구동제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 청소종료스텝은,
    청소가 개시된 시점으로부터 소정시간이 경과된 이후 상기 먼지량감지수단을 통해 흡입먼지의 양을 감지하는 것을 특징으로 하는 로봇청소기의 구동제어방법.
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