KR20100031296A - 주행방향 전환 기능이 개선된 로봇청소기 및 그 주행방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇청소기에 장착된 하나 이상의 바퀴 각각에 조향 장치를 장착함으로써, 로봇청소기의 주행 방향을 고속으로 전환시킬 수 있는 개선된 로봇청소기 및 그 주행방법에 관한 것이다.

로봇청소기, 바퀴, 조향

Description

주행방향 전환 기능이 개선된 로봇청소기 및 그 주행방법{A Robot cleaner with enhanced steering ability and the driving method}

본 발명은 로봇청소기에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 본 발명은 로봇청소기에 장착된 하나 이상의 바퀴 각각에 조향 장치를 장착함으로써, 로봇청소기의 주행 방향을 고속으로 전환시킬 수 있는 개선된 로봇청소기 및 그 주행방법에 관한 것이다.

로봇청소기는 제어부의 제어에 의해 상기 로봇청소기에 설치된 센서를 이용하여 청소영역과 장애물들을 감지하고, 그 청소영역을 주행한다. 게다가 로봇청소기가 자동으로 청소를 하며, 로봇청소기 내부에 구비되어 있는 배터리의 전원이 소진되면 소정 위치에 별도로 마련되어 있는 충전대로 이동하여 충전을 한다. 상기 충전을 마친 다음에는 다시 청소를 하던 본래의 위치로 복귀하여 청소를 하는 기기이다.

따라서 로봇청소기가 스스로 주행하기 위해서 로봇청소기 저면의 중앙 좌우에 구동용 바퀴가 있어 각 바퀴의 회전수를 제어함으로써 주행 및 제자리 회전을 한다. 다만, 상기 두 바퀴 축이 고정되어 있어 그 주행방향은 제자리 회전이나 직 진주행만이 가능하다.

따라서 직진주행으로 청소를 수행하면서 장애물을 만나 방향을 변경해야 하는 경우, 로봇청소기는 제자리 회전을 하여 상기 장애물을 따라 직진주행을 하거나 로봇청소기 중앙 좌우에 설치된 바퀴의 회전수를 다르게 하여 로봇청소기가 진행하는 방향을 변경한 후, 직진주행을 할 수 있다.

이러한 로봇청소기는 바쁜 현대인들에게 청소의 번거로움을 덜어주는 생활용품으로 관심이 대두되고 있다.

본 발명은 주행방향 전환 성능이 개선된 로봇청소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 주행방향을 고속으로 전환시킬 수 있는 로봇청소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기는, 로봇청소기 본체; 상기 본체의 저면에 장착되어 상기 로봇청소기를 이동시키는 적어도 하나의 바퀴; 상기 바퀴를 구동하는 적어도 하나의 구동모터; 상기 본체에 고정되고, 상기 바퀴에 연결되어 상기 바퀴의 진행방향을 전환하는 적어도 하나의 조향부; 및 상기 로봇청소기의 진행방향을 결정하고, 상기 구동모터 및 조향부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 주행방법은, 소정 방향으로 본체를 주행시키는 단계; 및 상기 주행중에 바퀴에 장착된 적어도 하나의 조향부가 각 바퀴 자체의 진행방향을 전환하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 로봇청소기는 청소 중 주행방향 전환 성능이 개선된다.

본 발명에 따른 로봇청소기는 주행방향을 고속으로 전환 시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 로봇청소기는 방향전환시 지면과 마찰이 적고 소음발생을 줄일 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기(10)의 저면도를 나타낸다.

상기 로봇청소기(10) 본체(14)의 하측에는 소정위치에 일정부분이 제거되어 개구부(12)가 형성되어 있고, 상기 개구부(12)에 바퀴(11)가 설치될 수 있다. 상기 바퀴(11)는 본체(14) 하부의 양측에 일정간격을 두고 설치되며, 상기 바퀴(11) 자체의 회전량을 조절하는 구동모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다.

상기 바퀴(11)는 상기 바퀴(11) 자체의 회전뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 진행방향에 따라 회전하게 되므로, 상기 개구부(12)는 상기 바퀴(11)가 회전할 수 있는 공간을 확보하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 바닥의 먼지나 이물질을 흡입하기 위한 흡입부(16)가 추가로 설치될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(10)의 본체(14)는 원형일 수도 있고, 실시예에 따라 마름모 등 기타 형태일 수 있다.

또한, 실시예에 따라서는, 상기 바퀴(11)의 주변에 배치되어 로봇청소기(10)의 수평상태가 유지되도록 지지되는 보조바퀴들(미도시)이 구비될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇청소기(10)의 바퀴(11)의 진행방향을 전환하는 방법, 즉 바퀴 조향방법을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 간명함을 위해 도 1의 두 바퀴들 중 하나에 대해서만 설명한다.

바퀴(11)는 구동모터(미도시)에 의해 구동되어 회전하며, 그에 따라 로봇청소기(10)는 화살표 방향(21) 또는 그 반대방향으로 진행할 수 있다. 구동모터(미도시)는 바람직하게는 바퀴(11) 내부에 설치될 수 있다. 구동모터로는 공지된 스텝모터를 사용할 수 있다.

바퀴(11)는 바퀴홀더(24)에 고정되고, 바퀴홀더(24)는 조향부(28)의 축(26)에 고정된다. 조향부(28)는 로봇청소기의 본체(14)에 고정되고, 상기 바퀴홀더(24)를 통해 바퀴(11)에 연결되어 상기 바퀴의 진행방향을 전환한다. 조향부(28)의 축(26)이 회전하면 바퀴홀더(24)와 바퀴(11)가 회전하게 되고, 결국 로봇청소기의 진행방향이 전환된다.

제어부(미도시)는 상기 로봇청소기의 진행방향을 결정하고, 상기 구동모터(미도시) 및 조향부(28)를 제어하여 로봇청소기의 진행방향을 전환시킨다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 조향부(28)와 바퀴(11)를 관통하는 가상의 축, 즉 조향축(20)은 지면에 대해 수직이 아닌 α의 경사각을 이룬다. 즉, 조향부(28)는 본체(14)에 장착될 때 조향축 지면에 대해 경사를 이루도록 본체(14)에 고정된다. 상기 소정의 각도(α)는 바람직하게는 45도이다.

즉, 상기 조향축(20)이 지면과 소정의 각도(α)로 경사를 이룸으로써, 바퀴(11)의 진행방향을 전환할 때, 바퀴(11)와 지면의 마찰을 줄일 수 있으며, 그에 따른 소음도 방지할 수 있다.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 상기 도 2a의 바퀴(11)의 진행방향이 원래 방향(21)으로부터 90도 전환된 상태를 나타낸다. 원래의 진행방향(21)에서 좌측으로 90도 즉, 지면에서 수직으로 나가는 방향(23)으로 전환되었다고 가정한다.

조향부(28)는 본체(14)에 고정된 상태 그대로이며, 바퀴(11)의 진행방향만 90도 전환되었다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 조향축(20)이 지면에 대해 기울어져 있으므로, 도 2a와 도 2b의 상태가 반복적으로 수십 내지 수백회 전환되어도 그에 따른 소음이나 마찰을 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향부(28)의 구동방법을 설명하기 위한 것으로서, 도 2a의 A방향에서 바라본 투시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 조향부(28)는 로봇청소기(10)의 본체(14)에 연결 고정되며, 내벽에 톱니 라인(37)이 형성된 조향부 케이스(27), 상기 조향부 케이스(27) 내에 포함되며 상기 바퀴의 진행방향 전환을 구동하는 조향모터(31), 상기 조향모터(31)의 구동축(26)에 장착되며, 상기 조향부 케이스(27)의 톱니 라인(37)과 맞물려 회전하는 제1기어(35) 및 상기 바퀴(11)의 진행방향과 전환할 방향 사이의 각을 측정하는 센서부(38)로 구성될 수 있다.

조향부 케이스(27)는 원통형 케이스이며, 그 내벽에는 원주 방향을 따라 톱니 라인(37)이 형성되어 있다.

조향모터(31)는 제어부(30)의 제어에 따라 좌우로 회전할 수 있다. 구동축(26)은 도 2a의 조향축(20)의 방향과 일치한다.

조향모터(31)의 구동축(26)에는 제1기어(35)가 장착되며, 제1기어(35)는 톱니 라인(37)과 맞물린다.

따라서 조향모터(31)가 좌우로 회전하게 되면, 조향부 케이스(27)는 본체(14)에 고정되어 있기 때문에, 구동축(26)이 회전하게 되고, 그에 따라 바퀴(11)의 진행방향이 전환된다.

센서부(38)는 제어부(30)의 제어에 따라 바퀴(11)의 진행방향이 제대로 전환되었는지를 측정하여 제어부(30)로 피드백을 제공한다. 제어부(30)는 센서부(38)로부터 피드백을 통해 바퀴(11)의 진행방향을 피드백 제어할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(38)는, 상기 조향모터(31)의 구동축(26)에 장착되어 회전하는 제2기어(32), 상기 제2기어와 맞물려 회전하는 제3기어(33) 및 상기 제3기어(33)의 회전축에 연결되어 상기 바퀴(11)의 진행방향과 전환할 방향 사이의 각을 측정하여 상기 제어부에 전달하는 회전각 센서(34)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 바퀴(11)의 진행방향은 조향모터(31)의 구동에 의해 전환된다. 조향모터(31)의 회전량과 제3기어(33)의 회전량은 비례한다. 따라서 회전각 센서(34)에 의해 제3기어(33)의 회전량을 측정함으로써 바퀴(11)의 진행방향의 변화를 측정할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 로봇청소기(10)가 현재 진행방향에서 좌측으로 β각도만큼 진행방향을 전환하는 경우를 가정한다.

β각도만큼 진행방향을 전환하기 위해 제어부(30)가 조향모터(31)를 구동할 것이고, 그에 따라 제3기어(33)도 회전하게 된다.

회전각 센서(34)는 제3기어(33)의 회전량을 측정하여 제어부(30)로 전송하며, 제어부(30)는 오차가 있는 경우 측정된 값이 회전하고자 하는 각으로 수정하기 위한 보정값만큼 다시 조향모터(31)를 구동한다.

회전각 센서(34)로는 전위차계(potentiometer)를 사용할 수 있다. 전위차계로 제3기어(33)의 회전에 따른 저항값 변화를 측정하여 그 회전량을 측정할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 회전각 센서(34) 대신에 푸쉬 버튼이나 홀 센서를 사용할 수 있다.

상기 푸쉬 버튼은 소정 간격(예. 10도~20도 간격)으로 조향부 케이스(27) 내벽에 장착하고, 구동축(26)의 원주 외측 방향으로 돌기를 형성하게 한다. 상기 구동축(26)이 회전함에 따라 상기 돌기는 소정 간격으로 형성된 푸쉬 버튼에 힘을 가하게 된다. 따라서, 상기 돌기에 의해 푸쉬된 푸쉬버튼을 통해 상기 구동축(26)의 회전량을 감지할 수 있다.

또한, 홀 센서를 이용하여 바퀴의 회전량을 감지할 수 있다. 상기 홀 센서를 조향부 케이스(27) 내 소정 부위에 설치하여 상기 구동축(26)의 회전량을 감지하도록 할 수 있다. 상기 홀센서가 구동축(26)의 회전량을 감지하고, 그 회전량을 제어부로 전달하면 제어부에서 피드백 제어를 수행할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 주행방법을 종래기술과 대비하여 설명한다.

도 5a는 종래 로봇청소기(10)가 현재 진행방향에서 좌측으로 β각도만큼 진행방향을 전환하는 모습을 나타낸다.

종래 로봇청소기(10)는 직진 주행(40) 후에 좌측으로 β각도만큼 진행방향을 전환하기 위해 일단 경계지점에서 멈춘다. 멈춘 제자리에서 좌측으로 회전할 방향으로 β만큼 회전(42)한 후 다시 직진 주행(44)을 한다. 즉, 회전을 하기 위해 일단 멈추어야 하고, 로봇청소기(10)의 본체(14)가 회전하여야 한다.

도 5b는 본 발명에 따른 로봇청소기(10)가 현재 진행방향에서 좌측으로 β각도만큼 진행방향을 전환하는 모습을 나타낸다.

본 발명에 따른 로봇청소기(10)는 상기 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 본체의 회전없이 좌측으로 β만큼 회전한 후 다시 주행(48)을 한다. 즉, 직진 주행(46) 중에 좌측으로 β각도만큼 진행방향을 전환하기 위해 경계지점에서 멈출 필요가 없으며, 본체(14)가 회전할 필요도 없다. 따라서, 방향 전환의 속도가 빨라지고, 주행 성능이 향상된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 바퀴(11)의 형태를 변형하여 진행방향 전환 기능을 개선할 수 있다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 바퀴(11)의 형상을 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이, 바퀴 중심에 비해 바퀴(11)의 주변부로 갈수록 반지름이 줄어들도록 형성할 수 있다. 이와 같은 형상에 따라, 상기 바퀴(11)가 진행방향을 전환하는 경우, 즉 도 2a와 도 2b의 상태 사이를 전환하는 경우 발생하는 복수, 예컨대, 도 1과 같이 복수의 바퀴가 장착된 경우, 두 바퀴 간의 회전오차가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 마찰도 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 저면도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 바퀴와 조향부를 나타내는 측면도이다.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 바퀴와 조향부를 나타내는 측면도이다.

도 3은 도 2a의 A방향에서 바라본 바퀴와 조향부를 개략적으로 나타낸 투시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 진행방향을 나타낸다.

도 5a는 종래 로봇청소기의 진행방향을 전환하는 모습을 나타낸다.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇청소기의 진행방향을 전환하는 모습을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바퀴의 형상을 나타낸다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 로봇청소기 11 : 바퀴

12 : 개구부 14 : 본체

16 : 흡입부 20 : 조향축

24 : 바퀴홀더 26 : 구동축

27 : 조향부 케이스 28 : 조향부

30 : 제어부 31 : 조향모터

32 : 제2기어 33 : 제3기어

34 : 회전각 센서 35 : 제1기어

37 : 톱니 라인 38 : 센서부

Claims (10)

1. 로봇청소기 본체;

   상기 본체의 저면에 장착되어 상기 로봇청소기를 이동시키는 적어도 하나의 바퀴;

   상기 바퀴를 구동하는 적어도 하나의 구동모터;

   상기 본체에 고정되고, 상기 바퀴에 연결되어 상기 바퀴의 진행방향을 전환하는 적어도 하나의 조향부; 및

   상기 로봇청소기의 진행방향을 결정하고, 상기 구동모터 및 조향부를 제어하는 제어부;

   를 포함하는 로봇청소기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 조향부는, 상기 바퀴의 진행방향 전환을 구동하는 조향모터를 포함하는 로봇청소기.
3. 제2항에 있어서, 상기 조향부는,

   상기 본체에 연결 고정되며, 내벽에 톱니 라인이 형성된 조향부 케이스;

   상기 조향부 케이스의 톱니 라인과 맞물려 회전하고, 조향모터의 축에 장착되는 제1기어; 및

   상기 바퀴의 진행방향과 전환할 방향 사이의 각을 측정하는 센서부;

   를 더 포함하는 로봇청소기.
4. 제3항에 있어서, 상기 센서부는,

   상기 조향모터의 축에 장착되어 회전하는 제2기어;

   상기 제2기어와 맞물려 회전하는 제3기어; 및

   상기 제3기어의 회전축에 연결되어 상기 바퀴의 진행방향과 전환할 방향 사이의 각을 측정하여 상기 제어부에 전달하는 회전을 감지하는 센서;

   를 포함하는 로봇청소기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 바퀴는 중심부로부터 주변부로 갈수록 반지름이 줄어들도록 형성된 로봇청소기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 바퀴의 조향축은 지면에 대해 진행방향 또는 그 반대방향으로 경사진 로봇청소기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 조향축은 지면에 대해 진행방향 또는 그 반대방향으로 45도 경사진 로 봇청소기.
8. 소정 방향으로 본체를 주행시키는 단계; 및

   상기 주행중에 바퀴에 장착된 적어도 하나의 조향부가 각 바퀴 자체의 진행방향을 전환하는 단계;

   를 포함하는 로봇청소기의 주행방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 바퀴의 조향축은 지면에 대해 진행방향 또는 그 반대방향으로 경사진 로봇청소기의 주행방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 조향축은 지면에 대해 진행방향 또는 그 반대방향으로 45도 경사진 로봇청소기의 주행방법.

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