KR20050063547A

KR20050063547A - 로봇 청소기 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR20050063547A
Application number: KR1020030094958A
Authority: KR
Inventors: 임형빈; 전형신
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-06-28
Also published as: RU2262881C1; EP1547512A3; CN1636491A; US7272868B2; EP1547512A2; JP2005177459A; CN100333678C; US20050132522A1

Abstract

본 발명의 로봇 청소기는 및 그 운전방법은 본체 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 흡입력을 발생시키기 위한 팬 모터와, 그 팬 모터의 전방에 결합되어 팬 모터에 의해 흡입되는 먼지나 오물을 포집하기 위한 필터를 구비하는 필터 컨테이너와, 상기 본체 케이스의 하측에 고정됨과 아울러 필터 컨테이너와 연결관으로 연결되고 바닥의 먼지나 이물질을 흡입하기 위한 흡입헤드와, 그 흡입헤드의 내부에 회전가능하게 배치되어 바닥에 부착되어있는 먼지나 이물질을 쓸어내기 위한 브러쉬와, 상기 본체 케이스의 하측에 일정간격을 두고 회전가능하게 배치되며 모터에 의해 구동되는 주바퀴와, 그 주바퀴의 주변에 설치되어 본체 케이스가 수평을 유지하는 상태로 주행하도록 지지함과 아울러 주행시 바닥과의 마찰에 의해 회전되는 보조바퀴와, 그 보조바퀴의 주변에 설치되어 보조바퀴의 변위량에 따라 청소하는 바닥의 높낮이를 검출하기 위한 높낮이검출수단을 포함하여 구성되어, 청소기가 청소를 할때에 바닥보다 낮은 웅덩이 부분을 청소할때는 팬모터의 회전력을 강하게 하여 웅덩이에 있는 먼지나 오물들까지 깨끗하게 청소가 이루어지도록 하고, 바닥보다 높이가 높은 언덕부분을 청소할때는 팬 모터의 회전력을 약하게 하여 작은 입력전원에 의한 작은 흡입력에 의해 청소가 이루어지도록 함으로써, 깨끗하고 효율적인 청소가 이루어진다.

Description

로봇 청소기 및 그 운전방법{ROBOT CLEANER AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 로봇 청소기 및 그 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청소시에 바닥의 높낮이를 감지하여 높낮이에 따라 흡입력을 조절할 수 있도록 함으로써 효율적인 청소가 이루어질 수 있도록 한 로봇 청소기 및 그 운전방법에 관한 것이다.

로봇 청소기(robot cleaner)는 제어수단의 명령에 의해 센서를 이용하여 청소구역 및 장애물들을 감지하고, 그 청소구역을 주행하며 자동으로 청소를 하며, 기기의 내부에 구비되어 있는 배터리의 전원이 소진되면 소정위치에 별도로 마련되어 있는 충전대로 이동하여 충전을 하며, 충전을 마친 다음에는 다시 청소를 하던 본래의 위치로 복귀하여 청소를 하는 기기이다.

그리고, 상기와 같은 로봇 청소기의 내부에는 팬 모터와 필터가 구비되어 있고 저부에는 바닥의 먼지나 오물을 흡입하기 위한 흡입헤드가 구비되어 있으며, 그 흡입헤드의 주변에는 로봇 청소기를 주행시키기 위해 일정간격을 두고 설치되며 모터에 의해 구동되는 주바퀴와, 그 주바퀴에 의해 주행하는 청소기가 균형을 유지할 수 있도록 지지 및 회전하는 수개의 보조바퀴가 구비되어 있다.

즉, 상기와 같이 모터에 의해 구동되는 주바퀴의 회전에 의해 주행이 이루어지고, 그와 같이 주행하는 상태에서 팬 모터의 흡입력에 의해 바닥의 먼지나 오물이 흡입헤드를 통하여 흡입되어 필터에 포집되어진다.

그런데, 상기와 같은 로봇 청소기에 의해 청소가 이루어지는 바닥의 상태는 항상 일정하지 않고 평지보다 상대적으로 깊은 웅덩이부분도 있고, 평지 보다 상대적으로 높은 언덕부분도 있는데, 흡입헤드가 웅덩이부분을 지날때는 흡입헤드와 바닥의 높이가 평지보다 상대적으로 높아졌음에도 불구하고 동일한 흡입력으로 흡입되므로 웅덩이부분의 저부에 있는 이물질과 오물들은 깨끗하게 흡입되지 못하는 문제점이 있었다.

또, 흡입헤드가 언덕부분을 지날때는 흡입헤드와 바닥의 높이가 평지보다 상대적으로 낮아졌음에도 불구하고 평지와 동일한 흡입력으로 흡입되므로 과다흡입력이 발생되어 비효율적인 청소가 이루어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 청소기가 청소를 위해 주행을 할때 청소되는 바닥의 높낮이를 정확하게 검출하여 그에따라 적정 흡입력이 발생되도록 함으로써 깨끗하고 효율적인 청소가 이루어질 수 있도록 하는데 적합한 로봇 청소기 및 그 운전방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여

본체 케이스와,

상기 케이스의 내부에 설치되어 흡입력을 발생시키기 위한 팬 모터와,

그 팬 모터의 전방에 결합되어 팬 모터에 의해 흡입되는 먼지나 오물을 포집하기 위한 필터를 구비하는 필터 컨테이너와,

상기 본체 케이스의 하측에 고정됨과 아울러 필터 컨테이너와 연결관으로 연결되고 바닥의 먼지나 이물질을 흡입하기 위한 흡입헤드와,

그 흡입헤드의 내부에 회전가능하게 배치되어 바닥에 부착되어있는 먼지나 이물질을 쓸어내기 위한 브러쉬와,

상기 본체 케이스의 하측에 일정간격을 두고 회전가능하게 배치되며 모터에 의해 구동되는 주바퀴와,

그 주바퀴의 주변에 설치되어 본체 케이스가 수평을 유지하는 상태로 주행하도록 지지함과 아울러 주행시 바닥과의 마찰에 의해 회전되는 보조바퀴와,

그 보조바퀴의 주변에 설치되어 보조바퀴의 변위량에 따라 청소하는 바닥의 높낮이를 검출하기 위한 높낮이검출수단을

포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기가 제공된다.

또한, 청소가 시작되면 흡입력이 발생되어 바닥의 먼지나 오물이 청소기의 내부로 흡입되는 상태에서 청소영역을 주행하도록 하는 청소영역주행단계와,

상기 청소영역주행단계를 실시하는 중에 바닥의 높낮이 값의 변동이 발생되면 그 높낮이 값을 검출하는 높낮이검출단계와,

상기 높낮이검출단계에서 변동된 높낮이 값이 검출되면 그 높낮이 값이 변동된 부위에서 최적상태의 흡입력으로 먼지나 오물이 흡입되도록 흡입력을 조절하는 흡입력조절단계를

포함하여 수행하도록 운전되는 로봇 청소기의 운전방법이 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 로봇 청소기를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 정면도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이며, 도 3는 도 1의 저면도이고, 도 4는 본 발명의 높낮이검출수단이 설치된 상태의 부분단면도이며, 도 5는 본 발명에서 높낮이가 검출되는 상태를 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 로봇 청소기는 본체 케이스(1)의 내측에 설치되어 흡입력을 발생시키기 위한 팬 모터(2)와, 그 팬 모터(2)의 전방에 설치되어 팬 모터(2)에 의해 흡입되는 먼지나 오물을 포집하기 위한 필터(3)를 구비하는 필터 컨테이너(4)와, 상기 본체 케이스(1)의 하측에 구비되어 필터 컨테이너(4)와 연결관(5)으로 연결되고 바닥의 먼지나 이물질을 흡입하기 위한 흡입헤드(6)와, 그 흡입헤드(6)의 내부에 회전가능하게 배치되어 바닥에 부착되어있는 먼지나 이물질을 쓸어내기 위한 브러쉬(7)와, 상기 본체 케이스(1)의 하측에 일정간격을 두고 회전가능하게 배치되는 주바퀴(8)와, 그 주바퀴(8)의 전,후측에 각각 구비되어 본체 케이스(1)가 수평을 유지하는 상태로 주행하도록 지지하는 보조바퀴(9)와, 그 보조바퀴(9)의 위치변화를 감지하여 바닥의 높낮이를 검출하는 높낮이검출수단(10) 및 각 구성부품들의 동작을 제어하기 위한 제어수단(11)을 구비한다.

그리고, 상기 본체 케이스(1)의 내부에는 충방전이 이루어지는 배터리(21)가 설치되어 있고, 후면에는 충전단자(22)를 구비한 충전단자부(23)가 구비되어 있으며, 실내의 벽면(24)에 설치된 전원단자부(25)에는 접속단자(26)가 설치되어 있어서, 충전단자(22)가 접속단자(26)에 접속된 상태에서 본체 케이스(1)의 내부에 설치된 배터리(21)의 충전이 이루질 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 본체 케이스(1)의 전면 중앙부 내측에는 초음파를 송신하는 초음파 송신부(31)가 설치되어 있고, 그 초음파송신부(31)의 상측과 하측에는 초음파송신부(31)에서 송신된 초음파가 장애물에서 반사되는 것을 감지하기 위한 초음파수신부(32)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 전원단자부(25)의 하측에는 청소기의 본체 케이스(1)를 전원단자부(25)로 유도하기 위한 광신호를 발광하는 발광부(41)가 설치되어 있고, 상기 충전단자부(23)의 하측에는 상기 발광부(41)에서 발광되는 광신호를 수광할 수 있는 수광부(42)가 설치되어 있다.

상기 주바퀴(8)는 상기 본체 케이스(1)의 하면 중앙부 양측에 설치되어 있고, 그 각각의 주바퀴(8)는 모터(51)에 의해 개별적으로 구동되어지도록 되어 있고, 상기 보조바퀴(9)는 상기 본체 케이스(1)의 하측 전방에 좌,우방향으로 일정간격을 두고 2개가 설치되어 있고, 후방에 1개가 설치되어 있다. 그 보조바퀴(9)들은 케이스(1)의 저면에 내측방향으로 요입되게 형성된 요입홈(1a)에 각각 삽입되게 설치되어 있다.

상기 높낮이검출수단(10)은 도 4, 도 5에서와 같이, 상기 보조바퀴(9)의 양단부에 각각 일단부가 연결되고 타단부는 케이스(1)의 소정부위에 연결되는 연결막대(101)와, 그 연결막대(101)의 중앙부위에 일단부가 연결되고 타단부는 상기 요입홈(1a)의 천정에 고정되어 보조바퀴(9)가 항상 바닥에 지지되도록 연결막대(101)를 탄력지지하는 탄성부재인 코일스프링(102)과, 상기 연결막대(101)의 변위를 감지하여 바닥의 높낮이 변화를 검출하기 위한 변위검출기구(103)로 구성되어 있다.

상기 보조바퀴(9)의 소정길이를 가지는 원형봉상으로, 양단부에 돌출되게 형성된 돌출부(9a)가 상기 연결막대(101)의 결합공(101b)에 삽입되어 보조바퀴(9)가 바닥에 접촉된 상태에서는 바닥과의 마찰에 의해 회전되어지도록 되어 있다.

상기 연결막대(101)는 일정간격을 두고 한쌍이 배치되어 각각의 일단부가 상기 보조바퀴(9)의 양단부에 연결되고, 타단부는 케이스(1)에 형성된 요입홈(1a')의 내측에 형성된 통공(1a")에 일정부분 삽입되어 회동될 수 있도록 케이스(1)의 내측에 핀(104)으로 각각 고정되어 있다.

상기 코일스프링(102)은 수직방향으로 배치되어 하단부는 상기 연결막대(101)의 중앙부에 고정되어 있고, 상단부는 상기 요입홈(1a)의 천정에 고정되어 있어서, 코일스프링의 스프링력에 의해 바닥의 높낮이 변동이 발생시 보조바퀴(9)가 항상 바닥에 지지되도록 연결막대(101)를 하방으로 탄력지지하도록 되어 있다. 코일스프링(102)의 스프링력은 보조바퀴(9)가 웅덩이부분(121)을 지날때는 연결막대(101)를 하방으로 밀어서 하방으로 회동시키고, 언덕부분(122)을 지날때는 상방으로 회동되는 연결막대(101)에 의해 수축이될 정도의 스프링력을 가진다. 다만 본 실시예에서는 탄성부재로 코일스프링(102)이 설치된 것을 예로 들었으나, 토션스프링 및 기타 탄성을 가진 것이라면 어느것이라도 가능하다.

상기 변위검출기구(103)는 상기 연결막대(101)의 단부에 고정되고 각기 다른형태의 슬릿(111)이 형성되어 있는 회동판(112)과, 그 회동판(112)의 회동시 발광 및 수광을 하여 회동판(112)의 회동상태를 검출하는 발광센서(113)와 수광센서(113')로 구성된 엔코더(114)이다.

도면중 미설명 부호 52는 배기구이다.

상기와 같이 구성된 로봇 청소기는 사용자가 동작버튼을 누르면 청소기가 설정된 패턴에 따라 청소영역을 주행하고, 그와 같이 청소기가 청소영역을 주행할때에 팬 모터(2)가 구동이 되며 흡입력이 발생되어 그 발생되는 흡입력에 의해 바닥의 먼지나 오물이 흡입헤드(6)를 통하여 흡입된 후 연결관(5)을 통하여 필터(3)에 포집되어 진다.

그리고, 상기와 같이 청소기가 주행을 할때에 바닥이 평지보다 낮은 웅덩이부분과 평지보다 높은 언덕부분을 지나는 경우가 발생될 수 있는데, 도 5의 a)에서와 같이 청소기가 평지보다 낮은 웅덩이부분(121)을 지날때는 코일스프링(102)의 탄발력에 의해 연결막대(101)를 하방으로 밀어서 연결막대(101)가 핀(104)을 중심으로 반시계방향으로 일정각도 회동되며 보조바퀴(9)가 웅덩이부문(121)의 저부에 지지되는 상태로 회전되며 지나고, 상기와 같이 회동되는 연결막대(101)의 후단부에 설치된 회동판(112)도 반시계방향으로 회동되며, 그와 같이 회동되는 회동판(112)의 변위를 엔코더(113)에서 검출하여 검출값을 제어수단(11)으로 보내고, 그 검출값에 따라 흡입헤드(6)가 웅덩이부분(121)을 지날때 팬 모터(2)의 회전력을 증대시켜서 웅덩이부분(121)의 저부에 있는 먼지까지도 흡입되도록 한다.

그와는 반대로, 청소기가 언덕부분(122)을 지날때는 도 5의 b)에서와 같이, 보조바퀴(9)가 언덕부분(122)을 지나며 코일스프링(102)의 스프링력을 이기고 연결막대(101)를 시계방향으로 회동시키는데, 이와 같이 회동되는 연결막대(101)에 설치된 회동판(112)의 변위를 엔코더(113)에서 검출하여, 흡입헤드(6)가 언덕부문(122)을 지날때 언덕부분(122)에 존재하는 먼지가 이물질을 작은 흡입력으로 흡입할 수 있도록 팬 모터(2)의 회전력을 감소시키게 된다.

한편, 상기와 같이 동작되는 본 발명의 로봇 청소기의 순차적인 운전동작을 도 6에 도시된 플로우차트를 참고로 단계별로 설명하면 다음과 같다. 아래 설명에서 S는 단계(step)을 의미한다.

이에 도시된 바와 같이, 사용자가 청소기의 동작버튼을 눌러서 청소가 시작되면 청소기가 청소를 시작하며, 그와 같이 청소가 시작되면 먼저 설정된 패턴에 따라 청소영역을 주행하는 청소영역주행단계(S1)를 실시한다.

상기와 같이 청소기가 청소영역을 주행하는 과정에서 바닥의 높낮이가 다른 부분을 지나게 되는데, 이때는 상기 높낮이검출수단(10)를 이용하여 높낮이의 변동이 있는가를 판단하는 단계(S2)를 실시하게 되는데, 이와 같은 높낮이 변동발생 여부를 판한하여 높낮이의 변동이 발생되지 않으면 계속 주행하며 청소를 하고, 높낮이의 변동이 발생되면 높낮이값을 검출하는 높낮이값검출단계(S3)를 수행한다.

상기 높낮이값검출단계(S3)는 보조바퀴(9)가 바닥보다 높거나 낮은 부분을 지날때 변위가 변하게되는데, 이와 같이 변하는 보조바퀴(9)의 변위를 검출하여 바닥의 높낮이를 검출하게 된다.

상기와 같이 높낮이값검출단계(S3)에 의하여 바닥의 높낮이 값이 검출되면 검출된 높낮이 값과 제어수단(11)의 제어에 따라 청소기가 주행하는 중에 흡입헤드(6)가 높낮이가 변동된 부분을 지날때 팬 모터(2)의 흡입력이 조절되도록 제어신호를 보내는 흡입력조절단계(S4)를 수행한다.

그와 같이 흡입력조절단계(S4)에 의해 흡입력이 조절되어지면 그 조절된 흡입력으로 높낮이가 변동된 영역의 청소를 수행하는 단계(S5)를 수행하게 된다.

상기 조절된 흡입력으로 청소하는 단계(S5)는 높이가 평지보다 낮은 웅덩이 부분에서는 팬 모터(2)의 회전력이 증대되도록 제어하여 흡입력을 강하게 하여 웅덩이 부분의 내측에 있는 이물질과 오물들이 깨끗이 제거되도록 하고, 평지보다 높이가 높은 언덕 부분을 지날때는 팬 모터(2)의 회전력이 감소되도록 조절하여 흡입헤드(6)와 언덕부분의 간격이 좁아진 상태에서 작은 흡입력에 의해 청소가 이루어지므로 낮은 입력전원으로 청소가 이루어지므로 효율적인 청소가 이루어지게된다.

상기와 같은 S5단계를 수행하기 위해서는 실험에 의해 각각의 높낮이 값에 따른 최적의 흡입력을 측정하여 제어수단(11)에 저장하고, 높낮이값이 검출되면 비교하여 높낮이 값에 따라 설정된 흡입력이 발생되도록 하는 것이 바람직하다.

그런 다음, S6단계에서는 제어수단(11)에서 청소기의 청소동작이 완료되었는가를 판단하여 청소가 완료되지 않았으면 S1단계를 다시 수행하고, 완료되었으면 청소기를 복귀시키고 충전시키는 단계(S7)를 수행하여 청소동작을 종료하게 된다.

이렇게 하여, 상기와 같은 본 발명의 로봇 청소기에 의해 청소영역의 청소가 자동으로 이루어질때에 청소기가 평지보다 낮은 웅덩이부분(121)을 지날때와 언덕부분을 지날때 이를 감지하여 각각의 상태에 따라 흡입력이 다르게 조절되며 청소가 이루어짐으로써, 깨끗하고 효율적인 청소가 이루어진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 로봇 청소기 및 그 운전방법은 청소영역을 지나는 보조바퀴의 변위량을 검출하여 바닥의 높낮이를 검출하는 높낮이검출수단을 구비하여, 청소기가 청소를 할때에 바닥보다 낮은 웅덩이 부분을 청소할때는 팬모터의 회전력을 강하게 하여 웅덩이에 있는 먼지나 오물들까지 깨끗하게 청소가 이루어지도록 하고, 바닥보다 높이가 높은 언덕부분을 청소할때는 팬 모터의 회전력을 약하게 하여 작은 입력전원에 의한 작은 흡입력에 의해 청소가 이루어지도록 함으로써, 깨끗하고 효율적인 청소가 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 정면도.

도 2는 도 1의 종단면도.

도 3는 도 1의 저면도.

도 4는 본 발명의 높낮이검출수단이 설치된 상태의 부분단면도.

도 5는 본 발명에서 높낮이가 검출되는 상태를 보인 개략도.

도 6은 본 발명에 따른 로봇 청소기의 운전동작을 보인 플로우차트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 케이스 1a : 요입홈

2 : 팬 모터 3 : 필터

4 : 필터 컨테이너 5 : 연결관

6 : 흡입헤드 7 : 브러쉬

8 : 주바퀴 9 : 보조바퀴

10 : 높낮이검출수단 101 : 연결막대

102 : 코일스프링 103 : 변위검출기구

111 : 슬릿 112 : 회동판

113 : 발광센서 113' : 수광센서

114 : 엔코더 121 : 웅덩이부분

122 : 언덕부분

Claims

본체 케이스와,

상기 케이스의 내부에 설치되어 흡입력을 발생시키기 위한 팬 모터와,

그 팬 모터의 전방에 결합되어 팬 모터에 의해 흡입되는 먼지나 오물을 포집하기 위한 필터를 구비하는 필터 컨테이너와,

상기 본체 케이스의 하측에 고정됨과 아울러 필터 컨테이너와 연결관으로 연결되고 바닥의 먼지나 이물질을 흡입하기 위한 흡입헤드와,

그 흡입헤드의 내부에 회전가능하게 배치되어 바닥에 부착되어있는 먼지나 이물질을 쓸어내기 위한 브러쉬와,

상기 본체 케이스의 하측에 일정간격을 두고 회전가능하게 배치되며 모터에 의해 구동되는 주바퀴와,

그 주바퀴의 주변에 설치되어 본체 케이스가 수평을 유지하는 상태로 주행하도록 지지함과 아울러 주행시 바닥과의 마찰에 의해 회전되는 보조바퀴와,

그 보조바퀴의 주변에 설치되어 보조바퀴의 변위량에 따라 청소하는 바닥의 높낮이를 검출하기 위한 높낮이검출수단을

포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제 1항에 있어서,

상기 높낮이검출수단은

상기 보조바퀴의 양단부에 각각 일단부가 연결되고 타단부는 케이스의 소정부위에 연결되는 연결막대와,

그 연결막대의 중앙부위에 일단부가 연결되고 타단부는 상기 요입홈의 천정에 고정되어 보조바퀴가 항상 바닥에 지지되도록 연결막대를 탄력지지하는 탄성부재와,

상기 연결막대의 변위를 감지하여 바닥의 높낮이 변화를 검출하기 위한 변위검출기구로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제 2항에 있어서,

상기 탄성부재는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제 2항에 있어서,

상기 탄성부재는 토션스프링인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
제 2항에 있어서,

상기 변위검출기구는

상기 연결막대의 단부에 고정되고 각기 다른형태의 슬릿이 형성되어 있는 회동판과,

그 회동판의 회동시 발광 및 수광을 하여 회동판의 회동상태를 검출하는 발광센서와 수광센서로 구성된 엔코더인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
청소가 시작되면 흡입력이 발생되어 바닥의 먼지나 오물이 청소기의 내부로 흡입되는 상태에서 청소영역을 주행하는 청소영역주행단계와,

상기 청소영역주행단계를 실시하는 중에 바닥의 높낮이 값의 변동이 발생되면 그 높낮이 값을 검출하는 높낮이검출단계와,

상기 높낮이검출단계에서 변동된 높낮이 값이 검출되면 그 높낮이 값이 변동된 부위에서 최적상태의 흡입력으로 먼지나 오물이 흡입되도록 흡입력을 조절하는 흡입력조절단계를

포함하여 수행하도록 운전되는 로봇 청소기의 운전방법.
제 6항에 있어서,

상기 흡입력조절단계는

사전에 실험에 의해 높낮이값에 따른 최적흡입량을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 운전방법.