KR20030044900A - 운동로봇 - Google Patents

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KR20030044900A
KR20030044900A KR1020027010190A KR20027010190A KR20030044900A KR 20030044900 A KR20030044900 A KR 20030044900A KR 1020027010190 A KR1020027010190 A KR 1020027010190A KR 20027010190 A KR20027010190 A KR 20027010190A KR 20030044900 A KR20030044900 A KR 20030044900A
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Abstract

구동유니트가 상부해트내에 배열된 표면을 가로 질러 임의로 운동하기 위한 운동로봇이 제공된다. 진공청소를 위한 장비 또는 탄성 더스터(duster)와 같은 청소장비가 상부해트에 고정될 수 있어서, 운동로봇이 청소로봇으로 작동한다.

Description

운동로봇{MOBILE ROBOT}
표면 및 특히 바닥위에 먼지입자의 수집은 거주지, 사무실, 연구소 등에서 발생하는 문제이다. 먼지의 수집작업은 불쾌하고, 대부분의 경우 다수의 천식환자들에 대해 건강상 문제를 야기한다. 따라서 바닥공간은 정규적으로 세척 및 진공청소되어야 한다. 대부분의 경우, 상기 작업은 작업자에 의해 이루어진다.
본 발명의 목적은 먼지를 자동으로 제거하기 위한 방법을 제공하고, 본 발명에 의하면 상기 작업을 수행할 수 있는 운동로봇이 제공된다. 상기 방법은 작업자에 의한 청소작업을 완전히 대체하지 못하고 작업자의 청소작업에 부가적으로 이루어지므로 작업자의 청소작업의 필요성을 줄여야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 주어진 작업시간동안 바닥표면 예를 들어, 사무실 바닥위에서 발견될 수 있는 상당부분의 먼지입자들을 제거할 수 있는 운동로봇을 제공하는 것이다.
현재기술에 의하면, 복잡한 구조의 운동로봇이 알려져 있다. 프로그램에 의해 로봇의 운동이 제어될 수 있어서 원하는 운동형태에 따라 로봇이 운동할 수 있다.
예를 들어, 미국특허 제 5, 440, 216 호에 설명되는 로봇은 전지를 충전하기 위한 충전소까지 자동으로 이동할 수 있다. 미국특허 제 5, 787, 545호에 진공청소를 위한 운동로봇이 설명된다.
그러나 상기 방법들은 상대적으로 복잡하고, 로봇의 운동을 제어하기 위한 프로세서를 이용한다.
본 발명은 운동로봇에 관련된다. 특히 본 발명은 운동 청소로봇에 관련된다.
도 1은 구동유니트의 실시예에서 볼(ball)이 반구형상의 상부해트(top-hat)내부에 배열되는 방법을 도시한 단면도.
도 2 는 로봇의 상부해트에 고정되는 청소용 천을 도시한 도면.
도 3은 진공흡입유니트가 로봇의 상부해트에 조립되는 방법을 도시한 도면.
도 4는 주어진 영역을 처리하는 데 소요되는 시간의 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 5는 상부해트의 선택적 실시예로서 청소용 천이 상부해트에 고정되는 방법을 도시한 도면.
도 6은 상부해트의 선택적 실시예를 도시한 도면.
*부호설명*
10 : 운동로봇14 : 상부해트
16 : 표면28 : 연장부
30 : 청소용 천
그러나 본 발명의 목적은 매우 간단한 로봇을 제공하는 것이다. 상기 로봇은 매우 단순한 구성 및 구조를 가져야 하고 매우 적은 비용으로 생산되어, 개인들이 종래기술의 청소장비와 비교하여 비용이 적다고 간주될 수 있어야 한다. 상기 구성은 종래기술의 방법에 의해 불가능하다.
또한 본 발명의 목적은 제공되는 로봇이 복잡한 제어시스템을 구성하지 않는 것이고 따라서 로봇의 운동을 제어하기 위하여 컴퓨터프로세서를 이용하지 않는 것이다.
상기 두 개의 특허에 있어서, 구동유니트가 영구적으로 상부에 장착된다. 그러나 본 발명의 목적은 "임의 운동방향"을 제공하는 것이고, 다수의 서로 다른 요인들이 "운동방향의 선택"에 영향을 주어 제공될 수 있다. 상기 목적을 달성하기 위하여 로봇은 다수의 "충격모멘트"를 받고 즉, 로봇 또는 구동기어가 다른 대상물과 충돌하는 상황에 처해져서 방향변환을 개시한다.
구동유니트가 상부해트에 의해 제한되는 영역내에서 상부해트에 대해 자유롭게 이동할 수 있도록 구동유니트가 상부해트내에 배열되면, 상부해트의 내부와 충돌한 구동기어에 의해 방향변환이 개시됨에 따라, 충돌점의 개수 또는 충돌모멘트들이 감소된다.
상기 시스템의 종래기술에서 설명되지 못하고 따라서 본 발명에 의해 새로운 운동로봇이 제공되고, 다수의 서로 다른 적용예들에서 이용될 수 있다. 상기 운동로봇에 의한 작업목적은 청소를 위한 로봇을 개발하고, 하시 실시예들이 상기 실시예들에 관련되지만, 본 발명은 그 자체로서 로봇을 구성하며 청소에 이용될 수 있는 로봇들에 국한되지 않는다.
따라서, 본 발명의 주요특징에 의하면, 로봇의 운동을 형성하는 구동기어가 상부해트에 고정되지 않는다.
구동유니트의 선호되는 실시예에 의하면, 볼이 제공되고, 볼의 회전운동을 형성하는 구동기어가 볼내부에 배열된다.
따라서 보의 특징에 의하면, 구동기어 및 상부해트가 구성되고, 구동기어가 표면과 접촉하며, 구동기어가 상부해트에 대해 자유롭게 내부에 배열되고, 적어도 부분적으로 구동유니트를 둘러싸는 상부해트가 표면을 향하는 부분내에서 구동유니트보다 더욱 연장구성되어, 상부해트 및 구동유니트사이의 공간이 형성되어, 구동유니트는 표면위에서 상부해트를 임의로 이동시키고 상부해트를 향해 자유롭게 민다.
본 발명은 더욱 상세한 실시예들이 제 2 항내지 제 13항에 설명된다.
로봇의 선호되는 실시예가 표면으로부터 먼지를 제거하기 위한 청소로봇을가지고, 청소로봇내에 청소되어야 하는 표면과 접촉하는 한 개 또는 두 개이상의 청소용 천들이 분리되게 상부해트에 고정된다.
도면을 참고하여본 발명이 더욱 상세히 설명된다.
도 1을 참고하여 본 발명의 중심개념이 설명된다. 운동로봇(10)이 구동유니트(12)를 상부해트내에 배열하여 구성되고 바닥과 같은 표면위에 배열된다. 도시된 실시예에서 구동유니트는 볼(ball)형상의 외부프레임 및 내부의 구동기어를 가지고 볼(12)에 의해 구성된다. 선호되는 실시예에 의하면, 상기 운동로봇을 위한 구동유니트로서 볼을 이용해야 하고, 예를 들어, 휠(wheel)을 이용하는 구동유니트로서 다른 구동유니트들이 이용될 수 있다. 주용개념에 의하면, 구동유니트는 상부해트에 고정되지 않는다.
(도면에 도시되지 않고)볼내부에서 이용되는 구동기어는 모든 형태의 기어로서 본 발명에서는 구동기어자체만을 의미하지 않는다. 예를 들어, 재 99/30876, 재 97/12539, 미국특허 제 4,733, 737호, 제 4,726, 800 호, 제 4, 541, 814호 및 제 4, 501, 569 호에 설명된 구동기어들이 볼을 위해 이용될 수 있다. 구동기어의 작동을 개시 및 정지하기 위한 전자회로 및 전지와 같은 전원이 상기 구동기어에 구성된다. 볼에 대해 선호되는 구동기어는 웨이트(weight)를 갖고, 구동기어에 의해 웨이트의 위치가 변경될 수 있고, 상기 위치에서 웨이트가 볼의 프레임내부를 따라 이동하여, 볼의 무게중심이 볼의 운동을 형성함에 따라 변화한다. 따라서 구동원리가 회전모멘텀에 기초한다.
본 발명의 목적은 비용이 적게드는 운동로봇을 제공하는 것이고, 따라서 로봇의 운동방향이 제어되지 못하고 즉 인공의 신경망 또는 "퍼지(fuzzy)논리" 또는 메모리에 의한 제어논리는 불필요하다.
선호되는 실시예에 있어서, 도 1을 참고할 때, 반구형태인 상부해트(14)가 바닥을 향하는 단면내에, 구(12)의 직경보다 경미하게 더 큰 것이 선호된다. 그 결과 볼(12) 및 상부해트(14)사이에 공간(15)이 형성된다. 볼(12)이 상부해트(14)에 가압될 때, 볼(12)이 상기 공간(15)내부로 이동되고, 볼 및 상부해트의 결합운동에 의해 운동로봇(1)이 이동한다. 운동로봇(10)이 대상물과 예를 들어, 의 자의 다리 또는 벽의 일부분과 충돌할 때,
로봇의 이탈운동제어는 무한개수의 임의검색(random search)에 기초한다. 즉 로봇(10)이 대상물과 충돌할 때 방향이 "임의로 "변화한다. 볼(12)의 운동역학 및 벽과 충돌사이의 복합작용이 또한 공간(15)에 의해 형성되고, 즉 로봇(10)이 충돌하는 대상물과 독립적으로 , 구동유니트 및 상부해트사이의 충돌작용들에 의해 볼이 임의의 운동패턴을 가진다. 프로토타입에 의한 시험에 의하면, 로봇(10)은 바닥위에서 물리적으로 전지들로부터 "자유롭게 운동"할 수 있다.
볼(10)의 형상에 의해 볼(10)은 바닥에 대해 매우 작은 마찰로 운동한다. 상기 볼은 모든 재료로 제조될 수 있지만, 볼(10)의 외부표면을 구성하는 재료는 바닥에 대해 충분한 마찰을 가져서, 볼의 회전운동에 의해 바닥에 대하여 볼(10)의 운동이 형성될 수 있어야 한다.
상부해트(14)가 다수의 서로 다른 방법으로 제조될 수 있다. 도 1을 참고할 때, 상기 방법은 단지 한가지 선택적 실시예이다. 상기 방법에 있어서, 전체 볼이 상부해트(14)로 둘러싸인다. 상부해트의 다른 실시예가 하기에 설명된다.
본 발명의 또 다른 특징이 청소로봇과 관련된다. 중심개념에 의하면, 처소수단을 상부해트에 고정할 수 있다. 상기 " 청소로봇"의 시험에 있어서, 발명자에 의하면, 정전작용의 천을 이용하여 먼지 및 오염물이 청소대상의 바닥으로부터 효과적으로 제거된다.
청소로봇을 구성하기 위해 청소수단이 상부해트에 고정될 수 있어야 한다.
따라서 도2를 참고할 때, 청소용 천을 고정하기 위한 벨크로 (velcro)시스템이 상부해트의 하측에 배열된다.
상부해트의 선택적 실시예들이 도 5 및 도 6에 도시된다. 도 6에 있어서, 상부해트는 전체 볼을 둘러싸는 반구형상의 해트가 아니고 , 단지 볼에 대한 운동영역의 한계를 설정하는 프레임(20)이다. 상기 프레임은 볼 및 프레임사이의 충돌에 대해 충분한 높이를 가져서 프레임의 운동에 영향을 준다.
또한 도 5의 실시예에 있어서, 바닥을 향하는 부분내에서 청소용 천(30)이 고정될 수 있는 표면을 형성하기 위해 반경방향의 외측을 향해 연장구성되는 부분(28)이 상기 상부해트에 구성된다.
본 발명의 가장 선호되는 실시예에 의하면, 도 5 및 도 6에 도시된 특징의 조합 즉, 상부해트가 단지 프레임이고 청소용 천(30)을 고정하기 위해 외측으로 연장구성되는 부분(28)을 가진다.
예를 들어, 청소용 천이 벨크로(26)를 가진 상부해트에 고정될 수 있다. (대부분의 경우에 있어서, 상기 천재료가 종종 벨크로에 부착되기 때문에 상기 벨크로가 상부해트에 고정되는 것이 충분하다. )상기 구성에 의하면, 상부해트(12)의 부분(28) 및 바닥(16)사이에 압축된 상태로 청소용 천(30)이 배열되고, 즉 상부해트(12)의 하부에 상기 천이 배열된다. 따라서 청소용 천내부에 개구부가 배열되어, 구동유니트가 바닥과 접촉한다.
상기 부분(28)은 원형이지만 다른 실시예도 가능하다. 예를 들어, 현재 사각형 천(30)을 가진 사각형 부분(28)이 시험되어, 벽 및 구석에서 더욱 효과적으로 청소되는 지 확인된다. 또한 청소용 천(30)의 크기는 부분(28)의 형상과 동일할 필요가 없다. 선호되는 실시예에 있어서, 상기 천이 부분(28)보다 더욱 연장구성되어, 천의 가장 외측부가 (부분(28)과 접촉하지 않을 때)더욱 가요성을 가져서, (벽들과 같은 )근접 표면들까지 작은 거리를 이동한다.
또 다른 실시예에 있어서, 청소용 천이 상부해트위에 배열되어, 도면들에 도시되지 않는다.
상부해트에 비하여 상당한 비중을 가진 장치 예를 들어, 진공청소용장치가 상부해트(14)에 고정되어야 할 때, 상부해트(14)는 (도면에 도시되지 않은)볼/휠 들이 바닥을 향해 하향으로 장착되어, 바닥에 대한 상부해트의 마찰이 감소된다.
상기 설명과 같이, 로봇(10)의 운동패턴이 로봇 및 실내의 대상물들(의자다리, 벽 등)사이의 충돌에 의해 제어되고, 상부해트의 내부 및 구동유니트사이에 발생하는 충돌에 의해 제어된다. 따라서 주어진 시간후에, 로봇은 바닥을 가로질러"임의/무작위의"패턴으로 운동한다. 바닥, 가구(의자다리, 테이블다리, 다른 사무실집기 등의 면적 및 형상, 청소장치의 면적 및 형상과 같은 변수들이 고려되는 계산이 이루어져서, 주어진 시간동안 처리되는 바닥의 비율정도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 로봇이 2 시간동안 운동할 수 있다면 바닥의 95%가 적어도 한번에 처리되는 것을 계산할 수 있다.
로봇이 종래기술의 청소작업을 완전히 대체할 수 없기 때문에, 예를 들어, 95%의 계산이 대부분의 경우에 충분하다. 다음에 사무실 인원이 하루일을 끝낸 후에 로봇이 매일 몇 시간동안 사무실내에서 작동한다. 하기 예 1을 참고한다.
예를 들어, 더스터(duster)가 청소수단으로서 이용될 수 있다. 정전충전된 더스터를 이용하는 것이 선호되고 더스터는 시중에서 구할 수 있다. 더스터가 바닥표면을 가로질러 밀어짐에 따라 더스터는 먼지 입자들을 끌어당긴다. 상기 설명과 같이, 상기 더스터의 형상이 청소로봇과 함께 특정 적용예에 적응되고, 로봇의 벨크로에 적응된 벨크로에 장착되며, 상부해트 및/또는 구동유니트의 위치설정에 적합한 개구부가 더스터에 장착된다.
도 2를 참고할 때, 상기 형태의 청소로봇은 모든 크기를 가질수 있지만, 개발된 프로토타입에 대해, 볼은 10cm 의 직경을 가지고, 바닥을 향하는 부분에 대하여, 상부해트는 약 10 cm 의 직경을 가진다.
도 3의 실시예를 참고할 때, 청소장치는 진공흡입유니트이다. 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 상부해트는 진공흡입유니트로서 구성되어, 구동유니트는 바닥표면을 따라 진공흡입유니트를 민다. 청소로봇은 매우 간단한 것이 선호되고, 진공흡입기능을 제공하기 위해 , 원리적으로 두 개의 챔버(20, 22)들을 가지면 충분하고, 상기 챔버들내에서, 팬(26)이 저압을 형성하여, 바닥표면을 향하는 하향구조의 다수의 개구부(24)들에 의해 공기가 일방향 밸브(23)를 통해 흡입되고 챔버(20)내부로 흡입된다. 공기가 챔버(20)를 유출하기 전에, 공기는 필터(25)를 통해 여과된다.
선택적으로 도 2 또는 도 6에 도시된 형태의 상부해트에 진공흡입유니트가 고정된다.
본 발명이 청소유니트로서 적용예를 참고하여 설명되고, 즉 더스터 또는 진공클리너를 장착하기 때문에, 본 발명의 일반개념은 구동기어를 가진 구동유니트를 상부해트내에 배열하여, 구동유니트 및 상부해트가 바닥을 가로질러 운동한다. 따라서 본 발명은 청소기능의 로봇에 한정되지 않지만, 상기 도면들에 도시된 청소용로봇은 현재 본 발명의 선호되는 실시예들이다.
예1 -시뮬레이션.
이론적 모델에 기초한 시뮬레이션이 도 4에 도시된다.
Atot: 총 면적(㎠)
Kb: 천의 폭(cm)
Kh:천의 속도( cm/sec)
A(i) : 덮혀지는 면적 여기서 i 는 매초 당 새로 갱신되는 지표
A (i+1) = A(i)+(Kb*Kh)*(Atot-A(i))/Atot
매번 갱신( 즉 매초)동안, 새로운 면적이 추가되고, Kb*Kh는 이미 덮혀진 면적을 감소시키는 인자로 조정된다. 변수값들 Atot=5m * 6m =30㎡(30000㎠), Kb=20cm 및 Kh=50cm /sec 이면, 예를 들어, 면적의 90%를 덮기위해 11 1/2분이 소요된다. 정전더스터에 의해 작업되는 백분율면적 및 작동시간사이의 관계를 도시한 도 4를 참고한다.

Claims (13)

  1. 표면(16)을 가로질러 임의로 운동하기 위한 운동로봇(10)에 있어서,
    구동유니트(12) 및 상부해트(14)가 구성되고, 상부해트(14)내에서 구동유니트(12)가 표면(16)과 접촉하며, 구동유니트(12)가 상부해트(14)에 대해 내부에서 자유롭게 배열되고, 상부해트내에서 적어도 구동유니트(12)를 둘러싸는 상부해트가 표면(16)을 향하는 단면에서 구동유니트(12)보다 큰 연장부를 가져서, 상부해트(14) 및 구동유니트(12)사이에 공간(15)이 형성되어, 구동유니트(12)가 자유롭게 가압하고 상부해트(14)를 표면(10)을 가로질러 임의로 이동시키는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  2. 제 1항에 있어서, 상부해트(14)가 반구형상의 몸체로서 구성되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  3. 제 2항에 있어서, 상부해트(14)가 프레임으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 한 항에 있어서, 구동유니트(12)가 내부의 구동기어를 가진 볼(12)의 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 한 항에 있어서, 인텔리전트 로직이 없고, 운동패턴이 무한갯수의 임의검색에만 기초하는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 한 항에 있어서, 표면(16)을 청소하기 위한 수단이 상부해트(14)에 배열되거나 상부해트(14)의 일부분으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 수단이 한 개 또는 두 개이상의 더스터(30)들로 구성되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  8. 제 6항에 있어서, 더스터(30)가 정전기식 더스터형태인 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 한 항에 있어서, 청소용 천(30)들이 상부해트(14)위에 배열되고, 상부해트너머로 연장구성되어, 청소용 천(30)의 일부분이 청소되어야 하는 표면(16)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 한 항에 있어서, 상부해트(14)의 위치설정을 위한 개구부가 청소용 천(30) 또는 천의 중심에 천공되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  11. 제 9항 내지 제 10항 중 한 항에 있어서, 도 5를 참고하여, 바닥표면(16)위로 연장구성되는 부분을 가진 상부해트(14)에 의해, 청소용 천(30)의 형상이 상기 연장부(28)에 적응되어, 청소용 천(30)이 연장부(28)의 하부에 배열되어, 청소되어야 하는 표면(16) 및 상부해트(14)사이에서 위치설정되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  12. 제 5항에 있어서, 청소수단이 진공흡입을 위한 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
  13. 제 12항에 있어서, 진공흡입유니트내에 배열된 두 개의 챔버(20, 22)들을 가지고 챔버(20, 22)내부에 저압을 형성하도록 팬(26)을 가지는 진공흡입유니트로서 상부해트(14)가 형성되어, 먼지입자들을 포함한 공기가 개구부(24)들에 의해 주위로부터 챔버(20)내부로 흡입되는 것을 특징으로 하는 운동로봇.
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