KR200386218Y1 - 기존의 진공 청소기의 진공 흡입기능을 이용한 청소로봇 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기존의 진공 청소기의 진공 흡입 기능을 그대로 사용하고 부수적으로 진공 청소기 전원을 제어하는 타이머 어댑터를 가지는 청소로봇이다. 상기 청소로봇은 청소에 진공압을 이용하는 청소로봇으로 필요한 진공압을 기존의 일반 진공 청소기로부터 공급받고 자체 내장한 밧데리 또는 타이머 어댑터로부터 공급되는 전원으로 동작하고 자율 주행 능력을 가진 청소로봇이다.

Description

기존의 진공 청소기의 진공 흡입기능을 이용한 청소로봇 {Cleaning Robot Using Vacuum Suction from the Another Vacuum Cleaner}

로봇의 개념이 만들어진 이후 가사를 돌보는 로봇은 인간의 오랜 꿈이었다. 최근 등장한 청소로봇은 이러한 인간의 꿈을 부분적으로나마 실현해 주었다. 그러나 아직은 그 기술이 시작 단계라 많은 부분 개선이 필요하다.

그 중 하나가 청소로봇의 크기에 관한 것으로 종래의 청소로봇은 크기가 커 좁은 장소, 가구의 아래, 의자나 테이블의 다리 사이를 청소하기가 어려웠다. 이는 사용자로 하여금 손수 다시 청소해야하는 번거로움을 주어 청소 로봇의 가치를 반감시켰다.

청소로봇의 대표적인 두가지 청소방법은 클리닝 브러쉬를 이용해 바닥을 닦는 방법과 진공압을 이용한 방법이다. 클리닝 브러쉬는 소비전력이 적고 구현하기 쉬워 많은 청소로봇에서 채택하고 있는 방법이다. 그러나 이 방법은 진공압을 이용한 방법에 비해 상대적으로 청소 효과가 떨어지는 단점이있다. 진공압을 이용한 청소는 그 효과가 클리닝 브러쉬보다 우수하나 진공압을 얻기위해 팬을 고속으로 돌려야하므로 전력 소비가 크다는 단점이 있다. 이는 청소로봇의 내장 밧데리 용량을 크게 만들고 청소 시간을 단축시킨다.

또 다른 개선되어야 할 점은 자율 항법에 관한 것이다. 자율 항법은 청소로봇이 자율적으로 청소를 수행하기 위해 필수적인 요소로 청소로봇의 성능에 지대한 영향을 미친다. 효율적이고 완전한 청소를 위해서는 기준점을 정하고 이를 원점으로 하는 좌표계를 형성할 필요가 있다. 로봇은 이 좌표계 상의 자신의 위치를 파악해 주행 방향, 이동 거리, 청소의 완료 등을 결정한다. 종래의 방법들에서는 기준점을 정하기 위해 에지를 스캔하거나, 별도의 비컨, 카메라 등을 사용해왔다. 이러한 방법들은 완전하지 않거나 설치의 어려움, 높은 설치비용 등으로 구현에 어려움이 있었다.

상기 문제점들에 대한 해결책으로 팬모듈과 클리닝 헤드가 분리되어 호스로 연결된 형태의 청소로봇인 상자형 자동 진공 청소기(국내 공개번호 10-2004-005890)가 제안되기도 하였으나 그 구현의 어려움으로 실용화 되지 못하고 있는 실정이다. 또한 상기 제안에서는 항법에 있어 팬모듈에서 내장된 카메라로 클리닝헤드의 위치를 추적하고 제어하는 방식을 사용함으로 높은 비용과 클리닝 헤드의 실시간 제어가 힘들다는 기술적 어려움이 있다.

본 고안은 상기 문제점들을 해결하기 위해 기존의 진공 청소기의 호스에 연결하여 청소에 필요한 진공압을 기존의 진공 청소기에서 얻는 방법으로 청소 로봇의 크기와 소비전력을 획기적으로 줄이고 진공 청소기의 호스와 청소로봇의 호스를 연결하는 연결 어댑터나 진공 청소기 몸체 또는 진공 청소기의 전원을 제어하기 위한 타이머 어댑터를 기준점으로 사용하여 청소로봇의 자율항법에 있어서 기준점 선정의 어려움을 해결한다.

본 고안은 청소로봇이 기존 진공 청소기와 호스로 연결되어 기존 진공 청소기의 진공압을 청소에 이용하며 청소로봇이 자율 항법 능력을 가져 로봇 스스로 정해진 지역을 운항하고 장애물을 회피하여 청소한다. 본 고안은 기존 진공 청소기의 전원을 제어하기 위해 타이머 어댑터를 포함한다.

본 고안은 청소로봇(100), 연결 호스(101), 기존 진공 청소기 호스(105)에 연결되는 연결 어댑터(102), 진공 청소기 전원을 제어하는 타이머 어댑터(103)로 이루어진 장치이다. 자율 주행을 위한 구동부(205, 206, 207)와 제어부(204)를 가지는 청소로봇(100)은 진공 흡입을 위한 연결 호스(101)와 호스 연결 어댑터(102)로 기존 진공 청소기의 진공 흡입 호스(105)에 연결되어 기존 진공 청소기(104)의 진공압을 이용하여 장애물 감지 센서(208)를 통해 감지된 장애물들을 회피하며 청소를 실행한다. 진공 청소기(104)는 전원 공급 및 제어를 위한 타이머 어댑터(103)를 통하여 외부 전원을 공급받으며, 진공 호스(105)와 연결된 호스 연결 어댑터(102)를 통하여 진공압을 청소로봇(100)에 제공한다. 호스 연결 어댑터(102)는 고무 홀더(300)와 홀더 고정부(302)로 이루어져 있으며, 내부에 호스(101)가 최대로 펴졌음을 감지하는 장치(400, 401)와 어댑터의 위치를 알려주는 적외선이나 초음파 송출부(402)를 포함한다.

이러한 구조에서 청소로봇(100)의 높이는 연결 호스(101)보다 약간 높은 정도면 되고 청소로봇(100) 내부에 청소를 위한 메카니즘이 생략되어 그 폭 또한 매우 좁게 할 수 있으므로 청소로봇(100)의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 청소로봇(100) 내부에는 도 2에 나타냈듯이 단지 흡입부 결합체(202), 제어회로(204), 구동 메카니즘(206), 그리고 전원으로 밧데리를 사용할 경우 내장 밧데리(203)를 위한 공간만이 필요하다. 만일 청소로봇(100)이 전원을 타이머 어댑터(103)로부터 유선으로 공급 받는다면 그 크기는 더 작아질 수 있다. 따라서 종래의 청소 로봇에 비해 좁은 장소, 가구 아래, 의자나 테이블의 다리 사이 등을 청소하기에 유리하다.

또한 본 고안의 청소로봇(100)은 제어회로(204)와 구동 메카니즘(206)을 위한 전력만을 필요로 하므로 내장 밧데리의 수명이 길어 한번에 청소할 수 있는 시간이 종래의 청소로봇에 비해 상대적으로 길다. 만일 전원을 내장 밧데리를 사용하지 않고 타이머 어댑터(103)에서 전원을 공급한다면 상기 시간은 더욱 길어질 수 있다.

도 2에 청소로봇(100)의 구조를 나타내었다. 청소로봇(100)은 운항을 위해 적어도 두개의 후륜(205)과 한개의 전륜(207)을 갖는다. 이들 후륜(205)과 전륜(207)은 청소로봇(100) 내의 구동 메카니즘(206)에 의해 움직인다. 이 구동 메카니즘(206)은 모터와 엔코더를 포함한다. 청소로봇(100)은 자율적인 운항을 위해 최소한 한개 이상의 장애물 감지 센서(208)를 갖는다. 이 장애물 감지 센서(208)는 적외선 센서, 초음파 센서, 기계식 스위치 등의 센서 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 도 2와 같이 청소로봇(100)의 배면에는 먼지를 흡입하기 위한 흡입구(209)가 있다. 흡입구(209)의 형태는 청소 면적을 넓게 하기 위해 십자형으로 된다. 필요에 따라 흡입구(209)의 형태는 일자형이나 혹은 다른 형태가 될 수 있다.

연결 호스(101)는 기존 진공 청소기(104)의 진공압을 청소로봇(100)에 공급하고 청소로봇(100)이 흡입한 먼지를 진공 청소기(104)의 먼지통으로 보낸다. 연결호스(101)는 신축성이 있는 소재로 만들어 청소로봇(100)의 움직임이 자유롭도록 한다.

연결 어댑터(102)는 연결 호스(101)을 기존 진공 청소기 호스(105)에 연결한다. 이 연결 어댑터(102)는 도 3에 나타내었듯이 고무 홀더(300), 홀더 고정부(301), 센서 조합체(302)로 구성된다. 진공 청소기 호스(105)는 신축성이 좋은 고무 홀더(300)에 삽입되어 연결 어댑터(102)에 연결된다. 고무 홀더(300)는 잘 늘어나 본 고안이 진공 청소기(104)의 기종에 관계 없이 사용 가능하도록 범용성을 제공한다. 고무 홀더(300)와 진공 청소기 호스(105) 사이의 용이하고 견고한 연결을 위해 고무 홀더(300)의 내부에 나사산을 만들어 진공 청소기 호스(105)를 돌리면서 삽입하도록 하였다.

연결 어댑터(102)에 부착된 센서 조합체(302)는 도 4에서 보듯이 누름 스위치(400), 연결 호스(101)에 부착된 누름 장치(401), 적외선 또는 초음파 송출부(402)로 구성된다. 청소로봇(100)이 이동해 연결 호스(101)가 최대로 늘어났을 경우 연결 호스의 종단 부위에 부착된 누름 장치(401)는 누름 스위치(400)를 눌러 on시킴으로써 청소로봇(100)의 제어부(204)에 유선 또는 무선 장치를 이용하여 연결 호스(100)가 최대로 늘어났음을 알린다. 이 누름 장치(401)와 누름 스위치(400)는 포토 인터럽터나 적외선 센서, 기타 광학 센서, 포텐쇼미터, 유도형 센서, 정전 센서, 압전 센서, 로드 셀 등으로 대체 될 수 있다. 또한 적외선 또는 초음파 송출 장치(402)는 연결 어댑터(102)가 청소로봇(100)의 자율 주행에 있어서 기준점으로 사용이 가능하도록 한다. 이 경우 적외선 또는 초음파 송출 장치(402)는 코드 값을 갖는 변조된 적외선이나 초음파 신호를 송출하고 청소로봇(100)은 이 신호를 수신해 연결 어댑터(102)의 위치를 알아 그 위치를 기준으로 주행한다.

타이머 어댑터(103)는 진공 청소기(104)의 전원을 제어하기위한 장치로 전원을 외부의 전원 콘센트로부터 진공 청소기(104)에 공급한다. 진공 청소기(103)는 타이머 어댑터(103)에 있는 콘센트에 전원플러그를 꽂아 사용한다. 진공 청소기(104)를 비롯한 모터를 사용한 전기기기들은 모터의 과열을 방지하기위한 권장 사용 시간이 있을 수 있다. 이런 경우에는 기준 시간 이상 연속으로 사용할 경우 모터의 과열로 화재의 위험이 있을 수 있다. 진공 청소기(104)를 사람이 사용할 경우 대부분 연속으로 장시간 사용하지 않고 on/off를 반복하여 사용한다. 그러나 본 고안과 같이 청소로봇(100)을 연결해 사용할 경우 사용자가 청소로봇(100)의 능력을 과신하여 장시간 방치할 위험이 있다. 이러한 위험을 방지하기 위해 본 고안에서는 타이머가 내장된 타이머 어댑터(103)를 사용한다. 타이머 어댑터(103)는 동작 개시 후 일정 시간이 경과하면 전원을 차단해 진공청소기(104)의 모터가 과열되는 것을 막는다. 타이머 어댑터(104)는 좀 더 안전을 기하기 위해 진공청소기(104)가 연결되었을 경우에만 청소로봇(100)이 동작하도록 청소로봇(100)과 유선 또는 무선으로 정보를 교환하는 기능을 가질 수 있다. 타이머 어댑터(103)는 청소로봇(100)의 자율 주행에 있어서 기준점이 될 경우 기준점 표시부(106)를 가질 수 있다. 이 경우 기준점 표시부(106)는 코드 값을 갖는 변조된 적외선이나 초음파 신호를 송출하고 청소로봇(100)은 이 신호를 수신해 타이머 어댑터(103)의 위치를 알아 그 위치를 기준으로 운항한다.

본 고안의 작동 순서는 다음과 같다. 청소로봇(100)을 호스 연결 어댑터(102)로 기존 진공 청소기(104)에 연결한다. 진공 청소기(104)의 전원 코드를 타이머 어댑터(103)의 콘센트에 꽂는다. 타이머 어댑터는 외부의 전원 콘센트에 연결되어 전원을 진공 청소기(104)에 공급한다. 청소로봇(100)이 전원으로 내장된 밧데리를 사용하지 않는 경우 타이머 어댑터는 청소로봇(100)에도 전원을 공급할 수 있다. 진공 청소기(104)의 전원 스위치를 on시켜 팬모터를 회전시키고 청소로봇(100)의 전원 스위치를 on시킨다. 청소로봇(100)은 미리 정하여진 대로 연결 어댑터(102)나 타이머 어댑터(103) 또는 진공 청소기(104)의 몸체를 기준점으로 하여 청소를 시작한다. 청소로봇(100)은 자율 주행에 있어서 특정한 주행 경로대로 움직이되 전면 혹은 측면에 부착된 장애물 감지 센서(208)를 이용해 장애물을 회피하여 움직인다. 상기 장애물 감지 센서(208)은 청소로봇(100)의 자율 주행 중에 청소로봇(100)의 전면이나 측면에 장애물이 있을 경우 이 장애물을 감지해 장애물의 위치를 청소로봇(100)의 제어회로(204)에 알린다. 제어회로(204)는 상기 장애물 감지센서(208)로부터 받아들인 장애물 위치를 토대로 구동메카니즘(206)을 움직여 청소로봇(100)이 장애물을 회피하여 이동하도록 한다. 청소로봇(100)이 이동하는 동안 진공 청소기(104)의 진공압은 진공 청소기 호스(105) → 연결 어댑터(102) → 연결 호스(101) → 흡입부 결합체(202) → 흡입구(209)의 경로로 전달된다. 청소로봇(100)은 배면의 흡입구(209)를 통해 이동 경로 내의 바닥에 있는 먼지를 흡입해 진공 청소기(104)의 먼지 통으로 보낸다. 청소로봇(100)이 모든 계획된 경로를 이동해 기준점으로 돌아오면 청소로봇(100)은 이동을 멈추고 청소를 끝낸다. 사용자에 의해 설정되거나 타이머 어댑터(103)에 미리 설정된 시간이 경과되면 타이머 어댑터(103)는 진공 청소기(104)의 전원을 차단한다. 이 때 청소로봇(100)은 유선 또는 무선으로 타이머 어댑터(103)에 청소가 끝났음을 알리는 정보를 전송해 타이머 어댑터(103)로 하여금 진공 청소기(104)의 전원을 차단하게 하는 기능을 가질 수 있다.

청소로봇(100)의 청소 범위는 연결 호스(101)의 길이에 의해 제한되거나 혹은 연결 호스(101)의 길이와 진공 청소기(104) 호스의 길이의 합에 의해 제한된다. 청소로봇(100)은 구동 메카니즘(206)의 엔코더(이하 엔코더)에 의해 자신이 움직인 거리와 각도를 연산하고 기억해 계획된 이동경로를 추종한다. 청소로봇(100)은 엔코더에 의해 기준점부터 자신까지의 거리를 알 수 있고 이 거리가 미리 정하여진 최대 이동 거리에 근접하였을 경우 알고리즘에 따라 진행을 멈추고 기준점으로 복귀하거나 다른 경로로 이동한다. 만일 슬립 등의 이유로 청소로봇(100)이 상기 최대 이동 가능 거리 이상을 이동 했음에도 불구하고 이를 감지하지 못했을 경우 이는 연결 어댑터(102)에 부착된 누름 스위치(400)에 의해 검출된다. 청소로봇(100)이 이동해 연결 호스(101)가 최대로 펴졌을 경우 도 4에 나타낸 누름 장치(401)가 누름 스위치(400)를 눌러 청소로봇(100)의 제어회로(204)에 연결 호스(101)가 최대로 펴졌음을 알린다. 제어회로(204)는 알고리즘에 따라 청소로봇(100)의 진행을 멈추고 기준점으로 복귀하거나 다른 경로로 이동하도록 한다. 상기 누름 스위치(400)와 누름 장치(401)는 포토 인터럽터나 적외선 센서, 기타 광학 센서, 포텐쇼미터, 유도형 센서, 정전 센서, 압전 센서, 로드 셀 등으로 대체될 수 있다.

본 발명은 청소로봇이 기존 진공 청소기와 호스로 연결되어 기존 진공 청소기의 진공압을 청소에 이용하여, 청소로봇의 크기와 전원 사용량을 크게 줄임과 동시에 강력한 진공압을 사용함으로써 보다 나은 청소 능력을 가지도록 한다. 또한 본 발명은 기존 진공 청소기의 전원을 제어하기 위해 타이머 어댑터를 포함한다.

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도면의 간단한 설명

도1은 본 고안의 전체 구조를 도시한 입체도

도2는 도1에 제시된 청소로봇의 분해 입체도

도3은 도1에 제시된 연결 어댑터의 단면도

도4는 도3에 제시된 센서 조합체의 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100：청소 로봇

101：연결 호스

102：연결 어댑터

103：타이머 어댑터

104：진공 청소기

105：진공 청소기 호스

106：기준점 표시부

200：상부 커버

201：하부 커버

202：흡입부 결합체

203：밧데리

204：제어회로

205：후륜

206：구동 메카니즘

207：전륜

208：장애물 감지 센서

209：흡입구

300：고무 홀더

301：홀더 고정부

302：센서 조합체

400：누름 스위치

401：누름 장치

402：적외선 또는 초음파 송출부

Claims (6)

1. 자율 이동하는 로봇에 있어서,

   진공 청소기에 연결되어 진공 흡입기능을 이용하여 청소하며, 장애물 감지 센서를 가지는 청소로봇
2. 청구항 1에 있어서,

   각기 다른 기종의 진공 청소기 호스에 연결하기 위해

   신축성 재료의 홀더와 나사산을 이용한 호스 연결 어댑터 장치를 가지는 청소로봇
3. 청구항 1에 있어서,

   코드를 갖는 변조된 적외선 또는 초음파 송출 장치 중 한가지 이상을 이용해

   자율 이동하는 청소로봇의 기준점이 되는 호스 연결 어댑터 장치를 가지는 청소로봇
4. 청구항 1에 있어서,

   진공 청소기의 전원 플러그를 꽂아 사용하는 콘센트를 가지고 있어 외부의 전원 콘센트로부터 진공 청소기에 전원을 공급하고,

   진공 청소기의 모터가 과열되는 것을 방지하기 위해 진공 청소기의 전원을 자동으로 차단하거나 연결하는 타이머 어댑터 장치를 가지는 청소로봇
5. 청구항 1에 있어서,

   코드를 갖는 변조된 적외선 또는 초음파 송출 장치 중 한가지 이상을 이용해

   청소로봇의 기준점이 되는 타이머 어댑터 장치를 가지는 청소로봇
6. 청구항 2에 있어서,

   기계식 스위치, 포토 인터럽터, 적외선 센서, 기타 광학 센서, 리미트 스위치, 포텐쇼미터, 유도형 센서, 정전 센서, 압전 센서, 로드 셀 등의 센서 중 한가지 이상을 이용해 연결 호스가 최대로 펴졌음을 감지하는 장치를 가지는 청소로봇