KR20140059279A - 이동 가능한 로봇용 구동 배열체 - Google Patents

Abstract

이동 가능한 로봇, 특히 자동 표면 처리 기기용으로 적절한 구동 배열체. 이 구동 배열체는 이동 가능한 로봇의 섀시 상에 장착되도록 구성되는 구동장치 하우징을 포함하고, 구동 축선을 가지는 구동 샤프트에 작동 가능하게 연결되는 구동 모터를 포함한다. 이 구동 배열체는 선회 축선을 중심으로 구동장치 하우징에 회전 가능하게 장착되는 링크 부재, 구동 샤프트(102)에 의해 지지되는 제 1 바퀴, 링크 부재에 의해 지지되는 제 2 바퀴, 및 제 1 바퀴로부터 제 2 바퀴까지 구동력을 전달하기 위한 수단을 더 포함한다.

Description

이동 가능한 로봇용 구동 배열체{DRIVE ARRANGEMENT FOR A MOBILE ROBOT}

본 발명은 일반적으로 이동 가능한 로봇용 구동 배열체 또는 구동 유닛에 관한 것이고, 더 구체적으로는 한정되는 것은 아니지만 바닥 스위퍼, 진공 청소기 또는 잔디깎기기계와 같은 이동 가능한 자동 표면 처리 기기에 관한 것이다.

이동 가능한 로봇은 점점 더 평범한 것이 되어가고 있고, 우주 탐험, 잔디 깎기 및 바닥 청소와 같은 다양한 분야에서 사용된다. 최근 10년간 로봇 바닥 청소 기기, 특히 진공 청소기의 분야에서 매우 급속한 발전이 있었고, 이것의 일차적인 목적은 바닥을 청소하면서 자동으로 눈에 띄지 않게 사용자의 집을 항행하는 것이다. 본 발명은 로봇 진공 청소기에 관련하여 설명되지만 또한 일반적으로 로봇 잔디깎기기계와 같은 임의의 유형의 이동 가능한 로봇 플랫폼에 적용될 수 있다.

모든 이동 가능한 로봇에 대해 공통적으로 구동 시스템을 위한 요건이 존재한다. 로봇 바닥 청소기와 관련하여, 대중적인 접근방법은 양측에 바퀴를 구비하는 로봇 본체를 제공하는 것으로, 각각의 바퀴는 독립적으로 구동될 수 있다. 그러므로, 로봇은 동일한 속도로 동일한 방향으로 양 바퀴를 구동함으로써 직선방향으로 이동할 수 있거나 바퀴의 상대 회전을 변화시킴으로써 회전될 수 있다. 양 바퀴를 대향 방향으로 구동시키면 로봇은 그 위치에서 회전될 수 있다. 이와 같은 시스템은 본체의 일측을 위한 지지체를 제공함과 동시에 수동적으로 롤링하는 캐스터(caster)로서 작용하는 로봇 본체의 후방을 향해 위치되는 제 3 바퀴를 또한 포함한다. 이와 같은 시스템의 중요한 이점은 이것이 로봇의 조작성을 높여주고, 또한 추가의 조종 메커니즘의 필요성을 방지하는 것이다. 이와 같은 구동 배열체를 사용하는 자동 로봇 진공 청소기의 예는 iRobot사의 Roomba™ 및 Electrolux사의 Trilobite™이다.

위에서 설명되는 바퀴를 구비하는 이동 가능한 로봇의 단점은 물체 상에, 또는 심지어 케이블이나 러그와 같은 바닥 덮개 상에 등판하는 능력이 제한되는 것이다.

대안적 접근방법은 유럽 특허 출원 EP1582132에서 설명되는 바와 같은 트랙을 구비하는 구동 배열체를 자동 바닥 청소기에 장착하는 것이다. 이와 같은 배열체는 트랙 특유의 더 넓은 접촉 면적으로 인해 그립이 개선되는 경향이 있고, 따라서 러그 및 케이블과 같은 장애물의 극복에 성공적일 수 있다. 그러나, 접촉 영역의 증가로 인해 로봇 구동 시스템은 미끄러질 가능성이 더 높고, 이것은 로봇의 항행(navigation) 시스템 내에 부정확성을 도입하므로 불리하다.

이러한 배경 하에서 본 발명이 안출되었다. 이러한 목적을 위해, 본 발명은 이동 가능한 로봇용 구동 배열체로서, 구동장치 하우징으로서, 이동 가능한 로봇의 섀시 상에 장착되도록 구성되고, 구동장치 하우징으로부터 구동 축선을 따라 연장하는 구동 샤프트에 작동 가능하게 연결되는 구동 모터를 포함하는 구동장치 하우징, 선회 축선을 중심으로 구동장치 하우징에 회전 가능하게 장착되는 링크 부재, 구동 샤프트에 의해 지지되는 제 1 바퀴, 링크 부재에 의해 지지되는 제 2 바퀴, 및 제 1 바퀴로부터 제 2 바퀴로 구동력을 전달하기 위한 수단을 포함하는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체를 제공한다.

그러므로 본 발명은 링크 부재 또는 스윙 아암에 의해 로봇의 본체에 대해 현가되는 바닥 접촉 바퀴(제 2 바퀴)를 제공하고, 이 수단에 의해 접촉 바퀴는 물체를 통과할 수 있고, 바닥 리세스 내에 하강할 수 있고, 이것에 의해 바닥 표면과의 마찰 접촉을 유지할 수 있다.

하나의 배열에서, 링크 부재의 선회 축선은 구동 샤프트의 구동 축선과 동축이다. 그러므로 제 2 바퀴는 구동 샤프트를 중심으로 선회한다. 자동 기기에 장착된 경우, 바람직하게는 제 2 바퀴는 전방 이동 방향에서 뒷 바퀴이다.

제 1 바퀴로부터 제 2 바퀴로 구동력을 전달하기 위한 수단은 복수의 개별 링크 요소로 제작되는 가요성 트랙일 수 있고, 또는 대안적으로, 예를 들면, 고무로 제작된 연속 벨트의 형태를 취할 수 있다. 제 1 바퀴로부터 제 2 바퀴로 구동력을 전달하기 위해 기어열 배열체가 제공될 수 있으나, 이러한 유형의 가요성 구동 밴드는 간단하고 효율적이고, 또한 경우에 따라 장애물과 접촉할 수 있으므로 자동 기기가 장애물을 극복하는데 도움이 되므로 트랙션 이점을 제공한다.

이러한 구성의 특정의 형태에서, 가요성 트랙은, 이 가요성 트랙의 일부가 바닥 맞물림 표면을 한정하도록, 제 1 바퀴의 외주면 및 제 2 바퀴의 외주면의 둘레에 구속될 수 있다.

이러한 구성에서, 제 2 바퀴를 둘러싸는 트랙의 일부는 본질적으로 풀리로서 작용하는 이 바퀴의 접촉 영역을 한정하고, 트랙의 전방으로 연장하는 부분은 등판 표면이 된다. 더욱이, 제 1 바퀴 및 제 2 바퀴는, 제 1 바퀴와 제 2 바퀴 사이에 연장하는, 그리고 바닥 표면에 대향하는 트랙의 일부가 인접하는 바닥 표면과 경사각을 한정하도록, 이것에 의해 경사진 등판 표면을 제공하도록 구성될 수 있다. 스윙 아암은 경사진 표면이 제공되도록 구성될 수 있고, 대안적으로 제 2 바퀴의 직경은 제 1 바퀴의 직경보다 클 수 있다. 이와 같은 구성은 평탄하지 않은 표면 및 장애물을 극복하는 추가의 이점을 제공한다.

스윙 아암 및 제 2 바퀴는 이들 자체의 중량에 의해 바닥 표면과 접촉되도록 가압되지만, 구동 배열체를 개선함에 있어서, 인접 표면을 향해 제 2 바퀴를 가압하는 편향 수단이 구동장치 하우징과 링크 부재 중간에 제공된다. 따라서, 섀시가 장애물이나 표면 지물(feature)과의 접촉으로 인해 상승되면, 뒷 바퀴는 표면과 접촉 상태로 가압되어 양호한 트랙션을 유지한다.

트랙이 물체에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해, 링크 부재는 앞 바퀴, 뒷 바퀴 및 트랙의 내면에 의해 경계를 이루는 체적을 적어도 부분적으로 채우는 방지 부재를 포함할 수 있다. 이것은 조립이나 돌과 같은 물체가 트랙과 바퀴 사이의 닙에 진입할 가능성을 감소시키고, 그러므로 트랙션 유닛의 신뢰성을 향상시킨다.

추가의 트랙션 향상은 뒷 바퀴의 구성에 의해 이루어진다. 뒷 바퀴는 이 뒷 바퀴의 트랙 맞물림 표면보다 큰 직경을 가지는 인접한 림 부분을 가질 수 있다. 임의로, 림 부분은 트랙의 외면과 동일한 반경방향 위치까지 연장될 수 있고, 매끈한 프로파일이나 톱니형 프로파일을 구비할 수 있다. 본 실시형태에서,림 부분이 트랙 반경과 유사한 반경까지 연장되고, 로봇이 러그 또는 카페트와 같은 부드러운 표면 상에서 이동 중인 상황에서, 트랙은 카페트의 털 속에 매립되는 경향이 있고, 이것에 의해 림 부분의 톱니형 에지는 카페트와 맞물려서 이 로봇에 향상된 트랙션을 제공하는 경향이 있다. 그러나, 경질 표면 상에서, 트랙 만이 바닥 표면에 접촉하고, 이것은 로봇의 조종 능력을 도와준다.

본 발명은 이동 가능한 로봇 및 일반적으로 자동 바닥 처리 기기에 적용되지만, 특히 더러운 공기 유입구와 깨끗한 공기 유출구 사이에 공기의 유동을 발생시키기 위한 공기류 발생기 및 공기류로부터 쓰레기를 분리하기 위해 더러운 공기 유입구와 깨끗한 공기 유출구 사이의 공기류 경로 내에 배치되는 분리 장치를 포함하는 로봇 진공 청소기에서 특히 활용성을 갖는다.

이하에서 본 발명을 더 용이하게 이해할 수 있도록 단지 예시로서 첨부한 도면에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이동 가능한 로봇의 전면 사시도이고;
도 2는 도 1의 이동 가능한 로봇의 저면도이고;
도 3은 본 발명의 이동 가능한 로봇의 주요 조립체를 보여주는 분해 사시도이고;
도 4는 이동 가능한 로봇의 섀시의 전면 사시도이고;
도 5a 및 도 5b는 이동 가능한 로봇의 트랙션 유닛의 양측으로부터의 사시도이고;
도 6은 도 5a 및 도 5b의 트랙션 유닛의 측면도로서, 트랙션 유닛을 지지하는 표면에 대한 트랙션 유닛의 배향을 도시하고;
도 7은 도 6의 A-A 선을 따른 트랙션 유닛의 단면도이고;
도 8은 도 5a, 도 5b 및 도 6의 트랙션 유닛의 분해 사시도이고;
도 9는 도 6의 트랙션 유닛의 측면도로서, 스윙 아암의 3 개의 위치를 도시하고;
도 10은 이동 가능한 로봇의 섀시의 전면도이고;
도 11은 이동 가능한 로봇의 본체의 저면도이고;
도 12는 이동 가능한 로봇의 섀시의 후면도이고;;
도 13a, 도 13b, 도 13c 및 도 13d는 다양한 '충돌' 상황에서의 로봇의 개략도;
도 14는 이동 가능한 로봇의 시스템의 개략도이다.

도면의 도 1, 2, 3, 4 및 5를 참조하면, 로봇 진공 청소기(2)(이하, '로봇'이라 함)의 자동 표면 처리 기기는 4 개의 주된 조립체를 가지는 본체를 포함한다: 섀시(또는 소울 플레이트)(4), 섀시(4) 상에 탑재되는 본체(6), 섀시(4) 상에 장착될 수 있고, 로봇(2)에 대체로 원형인 프로파일을 제공하는 대체로 원형인 외부 커버(8), 및 본체(6)의 전방 부분 상에 탑재되고, 외부 커버(8)의 상보적 형상의 절결부(12)를 통해 돌출하는 분리 장치(10).

본 명세서에서, 로봇과 관련되는 용어 '전방' 및 '후방'은 작동 중의 로봇의 순방향 및 역방향의 의미로 사용될 것이고, 분리 장치(10)는 로봇의 전방에 위치된다. 이와 유사하게, 용어 '좌' 및 '우'는 로봇의 전진 운동 방향을 기준으로 하여 사용될 것이다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 로봇(2)의 본체는 주로 조작성의 이유로 대체로 비교적 짧은 원통의 형태를 갖고, 따라서 로봇이 이동하는 표면에 대해 실질적으로 수직으로 연장되는 원통 축선(C)을 갖는다. 따라서, 원통 축선(C)은 로봇(2)의 전후 방향으로 배향되고, 따라서 분리 장치(10)의 중심을 통과하는 로봇(2)의 종축선(L)에 실질적으로 수직으로 연장된다. 본체의 직경은 바람직하게는 200 mm 내지 300 mm의 범위, 더 바람직하게는 220 mm 내지 250 mm의 범위이다. 가장 바람직하게, 본체는 조작성과 청소 효율 사이의 특히 효과적인 절충안인 것으로 입증된 230 mm의 직경을 갖는다.

섀시(4)는 로봇(2)의 수개의 컴포넌트를 지지하고, 바람직하게는 ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)와 같은 고강도 사출 성형된 플라스틱 재료로 제조되지만, 이것은 알루미늄이나 강과 같은 적절한 금속이나 탄소 섬유 복합재와 같은 복합 재료로 제조될 수도 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 섀시(4)의 일차적 기능은 구동 플랫폼으로서 그리고 로봇이 이동하는 표면을 청소하기 위한 청소 장치를 장착하기 위한 것이다.

특히 도 3 및 도 4를 참조하면, 섀시(4)의 전방 부분(14)은 비교적 평평하고, 트레이(tray)의 형태를 갖고, 로봇(2)의 전방을 형성하는 만곡된 기수(prow; 15)를 한정한다. 섀시의 전방 부분(14)의 각각의 측면은 각각의 트랙션 유닛(20)을 장착할 수 있는 리세스(16, 18)를 갖는다. 도 2 및 도 3은 트랙션 유닛(20)이 부착된 섀시(4)를 도시하고, 도 4는 트랙션 유닛(20)이 부착되지 않은 섀시(4)를 도시하고 있다.

이 한 쌍의 트랙션 유닛(20)은 섀시(4)의 대향 측면 상에 위치되고, 로봇이 순방향 및 역방향으로 구동될 수 있도록, 좌 또는 우를 향하는 만곡된 경로를 따르도록, 또는 트랙션 유닛(20)의 회전 속도 및 방향에 따라 양 방향으로 일점 상에서 선회하도록 독립적으로 작동 가능하다. 이와 같은 배열체는 경우에 따라 차동 구동체로서 알려져 있고, 이 트랙션 유닛(20)의 상세는 본 명세서의 후반에서 더 상세히 설명될 것이다.

섀시(4)의 비교적 협소한 전방 부분(14)은 후방 부분(22)으로 확대되고, 이 후방 부분(22)은 대체로 원통 형태를 갖는, 그리고 실질적으로 섀시(4)의 전체 폭을 그 종축선(L)에 대해 횡방향으로 가로질러 종축선(L)에 대해 연장하는 청소기 헤드(24)를 포함한다.

로봇(2)의 하측면을 도시하는 도 2를 또한 참조하면, 청소기 헤드(24)는 지지 표면을 대면하는 직사각형 흡인 개구(26)를 한정하고, 로봇(2)이 작동 중일 때 이 흡인 개구(26) 내로 쓰레기 및 파편이 흡인된다. 세장형 브러시 바(28)는 청소기 헤드(24) 내에 수용되어, 종래의 방식으로 감속 기어 및 구동 벨트 배열체(32)를 통해 전기 모터(30)에 의해 구동되지만 기어 전용의 트랜스미션과 같은 다른 구동 구성도 예상된다.

섀시(4)의 하측면은 전연부에 경사진 노우즈를 한정하는 흡인 개구(26)의 전방으로 연장되는 세장형 소울 플레이트 섹션(25)을 특징으로 한다. 소울 플레이트 상의 복수의 채널(33)(간단히 하기 위해 2 개만 도면부호를 붙였다)은 흡인 개구(26)를 향해 흡인되는 더러운 공기를 위한 경로를 제공한다. 섀시(4)의 하측면은 또한 복수(도시된 실시형태에서는 4 개)의 뒷 바퀴 또는 롤러(31)를 장착하고 있고, 이것은 섀시(4)가 바닥 표면 상에 정지되어 있거나 바닥 표면 상에서 이동 중일 때 섀시(4)를 위한 추가의 지지점을 제공한다. 섀시의 하측면이 바닥 표면에 대해 평행하게 배향되도록 롤러(31)가 섀시를 지지하는 것에 주목해야 한다. 게다가, 바퀴 또는 롤러가 바람직하지만, 스키드(skid) 또는 러너(runner)와 같은 단단한 베어링 점으로서 구현될 수도 있다.

본 실시형태에서, 청소기 헤드(24)와 섀시(4)는 단일의 플라스틱 성형체이므로, 청소기 헤드(24)는 섀시(4)와 일체이다. 그러나, 이것이 반드시 그럴 필요는 없고, 2 개의 컴포넌트는 분리된 것일 수 있고, 청소기 헤드(24)는 나사나 당업자에게 명확한 적절한 결합 기술에 의해 섀시(4)에 적절히 부착될 수 있다.

청소기 헤드(24)는 섀시(4)의 에지까지 연장되는, 그리고 로봇의 커버(8)와 일치하는 제 1 및 제 2 단부면(27, 29)을 갖는다. 도 2 및 도 3의 수평 또는 평면 프로파일을 고려하면, 청소기 헤드(24)의 단부면(27, 29)은 평평하고, 로봇(2)의 횡축선(X)을 따른 직경방향의 대향점에서 커버(8)에 대해 접선(T로 표시됨)으로 연장됨을 알 수 있다. 이것의 이점은 로봇이 '월 팔로윙(wall following)' 모드로 이동할 때 방의 벽에 극단적으로 접근하여 주행할 수 있으므로 벽의 직전까지 청소할 수 있다는 것이다. 게다가, 청소기 헤드(24)의 단부면(27, 29)이 로봇(2)의 양측면의 접선방향으로 연장되므로, 벽이 로봇(2)의 우측에 있거나 좌측에 있거나 불문하고 벽의 직전까지 청소할 수 있다. 또한 이 유익한 에지 청소 능력은 트랙션 유닛(20)이 커버의 내측에 그리고 실질적으로 횡축선(X)에 위치됨으로써 향상된다는 것에 주목해야 하고, 이것은 월 팔로윙 작업 중에 커버 및 이에 따라 또한 청소기 헤드(24)의 단부면(27, 29)이 거의 벽에 접촉하는 방식으로 로봇이 조종될 수 있다는 것을 의미한다.

청소 작업 중에 흡인 개구(26) 내로 흡인된 쓰레기는 도관(34)을 통해 청소기 헤드(24)로부터 배출되고, 도관(34)은 청소기 헤드(24)로부터 상방으로 연장하고, 또 전진 방향으로 대면할 때까지 약 90 °를 통해 섀시(4)의 전방향을 향해 만곡된다. 도관(34)은 본체(6) 상에 제공되는 상보적 형상의 덕트(42)와 맞물리도록 성형되는 가요성 벨로즈 배열체(38)를 가지는 직사각형 마우스에서 끝난다. 대안적으로, the 벨로즈(38)는 어느 정도의 탄성을 또한 제공할 수 있는 가요성 플라스틱 또는 고무 재료의 커프 시일에 의해 대체될 수 있다.

덕트(42)는 본체(6)의 전방 부분(46) 상에 제공되고, 대체로 원형인 베이스 플랫폼(48)을 가지는 전방을 대면하는 대체로 반원통형 리세스(50)에 개구되어 있다. 리세스(50)와 플랫폼(48)은 도킹 부분을 제공하고, 사용 중에 이 도킹 부분 내에 분리 장치(10)가 장착되고, 분리 장치(10)는 이 도킹 부분으로부터 배출의 목적을 위해 분리될 수 있다.

이 실시형태에서 분리 장치(10)는 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 WO2008/009886에 개시된 바와 같은 사이클론 분리기로 이루어지는 것에 주목해야 한다. 이와 같은 분리 장치의 구성은 주지된 것이므로 본 명세서에서 더 설명되지 않지만, 분리 장치(10)가 충만되었을 때 이 장치(10)를 비울 수 있도록 퀵-릴리즈(quick-release) 체결 수단과 같은 적절한 메커니즘에 의해 본체(6)에 착탈 가능하게 부착될 수 있다. 분리 장치(10)의 특성은 본 발명의 핵심이 아니고, 사이클론 분리 장치 대신 필터-멤브레인, 다공질 박스 필터 또는 일부의 다른 형태의 분리 장치와 같은 본 기술분야에 공지된 다른 수단에 의해 공기류로부터 쓰레기를 분리할 수 있다. 진공 청소기가 아닌 장치의 실시형태의 경우, 본체는 그 기계가 수행하는 임무에 적합한 설비를 수용할 수 있다. 예를 들면, 바닥 연마 기계의 경우, 본체는 액체 왁스를 저장하기 위한 탱크를 수용할 수 있다.

분리 장치(10)가 도킹 부분(50)에 맞물렸을 때, 분리 장치(10)의 더러운 공기 유입구(52)는 덕트(42)에 수용되고, 이 덕트(42)의 타단부는 브러시 바 도관(34)의 마우스(36)에 연결될 수 있으므로 덕트(42)는 청소기 헤드(24)로부터 분리 장치(10)에 더러운 공기를 전달한다. 다소의 각도 오정렬에도 불구하고 분리 장치(10)의 더러운 공기 유입구(52)와 시일 상태로 결합할 수 있도록 벨로즈(38)는 어느 정도의 탄성을 가지는 덕트(34)의 마우스(36)를 제공한다. 본 명세서에서 벨로즈로서 설명되어 있으나, 덕트(34)는 더러운 공기 유입구(52)와 맞물리기 위한 가요성 고무 커프 시일과 같은 대안적인 탄성 시일을 구비할 수도 있다.

더러운 공기는 분리 장치(10)를 통해 공기류 발생기에 의해 흡인되고, 본 실시형태에서 공기류 발생기는 전동 모터 및 팬 유닛(도시되지 않음)이고, 이것은 본체(6)의 좌측 상에 위치되는 모터 하우징(60) 내에 위치된다. 모터 하우징(60)은 도킹 부분(50)의 원통 형상의 벽에서 개방되는, 그 결과 분리 장치(10)의 원통형 곡률과 일치하는 만곡된 유입구 마우스(62)를 포함한다. 도 4에 도시되어 있지 않았으나, 분리 장치(10)는 이 분리 장치(10)가 도킹 부분(50)과 맞물릴 때 유입구 마우스(62)와 일치되는 깨끗한 공기 유출구를 포함한다. 사용 시, 흡인 모터는 모터 유입구 마우스(62)의 영역 내에 저압을 발생하도록 작동될 수 있고, 그 결과 청소기 헤드(24)의 흡인 개구(26)로부터 도관(34), 덕트(42) 및 분리 장치(10)의 더러운 공기 유입구(52)로부터 깨끗한 공기 유출구에 이르는 공기류 경로를 따라 더러운 공기를 흡인한다. 다음에 깨끗한 공기는 모터 하우징(60)을 통과하고, 필터를 갖는 깨끗한 공기 유출구(61)를 통해 로봇(2)의 후방으로부터 배기된다.

커버(8)는 도 3에서 본체(6)로부터 분리되어 있고, 도 1에서 본체(6)에 고정되어 있다. 섀시(4)와 본체(6)가 로봇의 대부분의 기능적 컴포넌트를 탑재하므로, 커버(8)는 주로 보호용 셸의 역할을 하는, 그리고 사용자 제어 인터페이스(70)를 탑재하는 외피를 제공한다.

커버(8)는 대체로 원통형인 측벽(71) 및 평평한 상면(72)을 포함하고, 도킹 부분(50) 및 원통형 분리 장치(10)의 형상을 보완하는 형상의 부분 원형의 절결부(12)를 제외하면, 평평한 상면(72)은 본체(6)의 평면 프로파일에 대응하는 실질적으로 원형인 프로파일을 제공한다. 게다가, 커버(8)의 평평한 상면(72)은 분리 장치(10)의 상면(10a)과 동일평면 내에 있고, 그러므로 분리 장치(10)가 본체 상에 장착되었을 때 분리 장치(10)는 커버(8)와 동일평면에 안착된다.

도 1 및 도 3에서 특히 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 커버(8)의 부분 원형의 절결부(12) 및 본체(6) 내의 반원통형 리세스(50)는 분리 장치(10)의 양 측면에 위치하는, 그리고 도킹 부분(50)의 전방으로부터 약 5% 내지 40%, 바람직하게는 20% 돌출하는 도킹 부분인 2 개의 돌출하는 로브 또는 아암(73)을 한정하는 말발굽 형상의 베이(bay)를 제공한다. 그러므로, 분리 장치(10)의 일부는 커버(8)가 로봇(2)의 본체 상에 설치된 경우에도 노출된 상태로 유지되고, 이것에 의해 사용자는 배출의 목적을 위해 분리 장치(10)에 신속하게 접근할 수 있다.

측벽(71)의 대향 부분은, 커버(8)가 본체(6)에 연결되었을 때, 청소기 헤드(24)의 각각의 단부(27, 29) 상에 끼워맞춤되는 아치형 리세스(74)(도 3에서는 단지 하나만 도시됨)를 포함한다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 청소기 헤드(24)의 단부와 각각의 아치(74) 사이에는 물체와의 충돌의 경우에 이들 사이에 상대 운동을 허용하도록 간극이 존재한다.

측벽(71)의 상부 에지 상에, 커버(8)는 반원형 운반 손잡이(76)을 포함하고, 이 운반 손잡이(76)는 손잡이(76)이가 커버(8)의 상부 주변 에지 상의 상보적 형상의 리세스(80) 내에 끼워맞춤되는 제 1의 수용된 위치와 손잡이(76)가 상방으로 연장되는 전개된 위치 사이에서 2 개의 직경방향으로 대향하는 보스(78)를 중심으로 선회될 수 있다. 수용된 위치에서, 손잡이는 커버(8)의 '명확한' 원형 프로파일을 유지하고, 로봇(2)의 정상 작동 중에 사용에 방해되지 않는다. 또한, 이 위치에서 손잡이는 로봇의 후방 필터 도어(도시되지 않음)를 폐쇄된 위치에 고정하는 역할을 하고, 이것은 로봇(2)이 작동 중일 때 필터의 우발적인 제거를 방지한다.

작동 시, 로봇(2)은 재충전 가능한 배터리 팩(도시되지 않음)에 의해 구동되어 그 환경의 주변에 자동으로 추진될 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 로봇(2)은 배터리 팩에 접속되는 적절한 제어 수단, 트랙션 유닛(20) 및 본체(6)의 전방의 좌우측 상의 예를 들면 적외선 및 초음파 송신기 및 수신기를 포함하는 적절한 센서 세트(82)를 탑재한다. 센서 세트(82)는 환경 내의 다양한 물체로부터 로봇의 거리 및 그 물체의 크기와 형상을 나타내는 정보를 제어 수단에 제공한다. 또한 제어 수단은 이들 컴포넌트를 적절하게 구동 및 제어하기 위해 흡인 팬 모터 및 브러시 바 모터에 접속된다. 그러므로 제어 수단은 청소될 방의 이곳저곳에 로봇을 항행시키기 위해 트랙션 유닛(20)을 제어하도록 작동될 수 있다.. 로봇 진공 청소기를 작동 및 항행시키는 특정의 방법은 본 발명의 실체가 아니고, 이와 같은 제어 방법은 수종이 본 기술분야에 공지되어 있다는 것에 주목해야 한다. 예를 들면, 하나의 특정의 작동 방법은 항행 시스템에서 광 검출 장치를 사용하는 WO00/38025에 더 상세히 설명되어 있다. 이것은 광 검출기 장치에 의해 검출된 광 레벨이 광 검출기 장치에 의해 이전에 검출된 광 레벨과 동일하거나 실질적으로 동일한 때를 확인함으로써, 청소기가 방 내에서의 자체의 위치를 특정하는 것을 가능하게 한다.

이상에서 섀시(4), 본체(6) 및 커버(8)를 설명하였으므로, 이하에서 명확화를 위해 단일의 트랙션 유닛(20)의 다양한 사시도, 단면도, 분해도를 도시하는 도 5 내지 도 9를 참조하여 트랙션 유닛(20)을 설명한다.

개괄적으로, 트랙션 유닛(20)은 트랜스미션 케이스(90), 링크 부재(92) 또는 '스윙 아암', 제 1 및 제 2 풀리 바퀴(94, 96), 및 풀리 바퀴(94, 96)의 주위에 구속되는 트랙 또는 연속 벨트(98)를 포함한다.

트랜스미션 케이스(90)는 트랜스미션 케이스(90)의 일단부의 내측 상에 장착되는 입력 모터 구동 모듈(100)과, 트랜스미션 케이스(90)의 구동축으로부터, 즉 모터 모듈(100)이 장착되는 트랜스미션 케이스(90)의 타측으로부터 돌출하는 출력 구동 샤프트(102) 사이에 연장되는 기어 시스템을 수용한다. 이 실시형태에서 모터 모듈(100)은 브러실리스 DC 모터인데, 이와 같은 모터는 신뢰성 있고, 효율적이기 때문이지만, 다른 유형의 모터, 예를 들면, 브러시 DC 모터, 스테퍼 모터, 또는 심지어 유압 구동장치를 사용하는 것이 배제되지는 않는다. 전술한 바와 같이, 모터 모듈(100)은 전력 및 제어 신호를 수신하기 위해 제어 수단에 접속되고, 이 목적을 위해 일체의 전기 커넥터(104)를 구비한다. 이 실시형태에서 기어 시스템은 모터 모듈(100)의 속도를 기어 다운함과 동시에 가용 토크를 증대시키는 기어 휠 배열체인데, 이것은 이러한 시스템이 신뢰성 있고, 콤팩트하고 경량이기 때문이다. 그러나, 본 발명의 맥락 내에서 벨트 또는 유압 트랜스미션 배열체와 같은 다른 기어 배열체도 예상된다.

그러므로 트랙션 유닛(20)은 구동, 기어 및 바닥 맞물림 기능을 자립형의 독립적으로 구동되는 유닛으로 통합하고, 섀시(4)의 리세스의 주위에 한정되는 대응하는 장착 러그(93) 내에 수용되는 나사나 볼트와 같은 복수의 패스너(91)(이 실시형태에서는 4 개의 패스너)에 의해 섀시(4)에 쉽게 장착된다.

트랙션 유닛(20)은, 로봇(2)이 전방으로 이동 중일 때 제 1 풀리 바퀴(94)가 앞선 위치에 있도록, 섀시에 장착될 수 있다. 본 실시형태에서, 앞 바퀴(94)는 피구동 바퀴이고, 억지 끼워맞춤에 의해 구동 샤프트(102) 상에 수용될 수 있는 중심 보어(104)를 포함한다. 앞 바퀴(94)는 쌍(pair) 내의 피구동 바퀴이므로 스프로킷이라고 부를 수도 있다. 구동 샤프트(102)로부터 앞 바퀴(94)로의 구동력의 전달을 향상시키기 위해, 풀리 바퀴의 중심 보어(104)는 구동 샤프트의 대응하는 외부 키(key)와 결합되도록 내부 키를 가질 수 있다. 샤프트에 부착되는 부분 원형의 클립('써클립')과 같이 샤프트에 풀리 바퀴를 고정하는 대안적 방식이 또한 예상된다.

스윙 아암(92)의 전단부는 이 전단부와 앞 바퀴(94) 사이에서 트랜스미션 케이스(90)에 장착되고, 구동 샤프트(102)를 중심으로 선회되도록 장착된다. 스윙 아암(92)의 장착 개구(108) 내에 위치되는 부시(106)는 트랜스미션 케이스(90)의 외방으로 돌출하는 스피곳(110) 상에 수용되고, 스피곳(110)을 통해 구동 샤프트(102)가 돌출한다. 그러므로 부시(106)는 스윙 아암(92)이 원활하게 선회할 수 있도록 그리고 트랜스미션 케이스(90)에 대한 스플레잉(splaying)을 방지하도록 스피곳(110)과 스윙 아암(92) 사이에 베어링 표면을 제공한다. 바람직하게 부시(106)는 요구되는 저마찰 표면 및 고강도를 제공하는 폴리아미드와 같은 적절한 엔지니어링 플라스틱으로 제조된다. 그러나, 부시(106)는 알루미늄, 강 또는 이들의 합금과 같은 금속으로 제조될 수도 있고, 이것은 또한 필요한 마찰 및 강도 특징을 제공할 수 있다.

조립도에 도시된 바와 같이, 스윙 아암(92)은 스피곳(110) 상에 장착되고, 앞 바퀴(94)는 스윙 아암(92)의 전단부의 외측의 구동 샤프트(102)에 장착된다. 스터브 액슬(112)은 스윙 아암(92)의 대향 단부 또는 '후' 단부 상에 위치되는 보어 내에 억지 끼워맞춤되고, 구동 샤프트(102)의 축선에 평행한 회전 축선을 따르는 후방 풀리 바퀴(96) 또는 '뒷 바퀴'를 위한 장착 샤프트를 한정한다. 뒷 바퀴(96)는 베어링 부시(114)가 억지 끼워맞춤으로 수용되는 중심 보어(113)를 포함한다. 부시(114)는, 이 부시 및 이에 따라 또한 뒷 바퀴(96)가 스윙 아암(92)에 대해 회전 가능하도록, 미끄럼 끼워맞춤으로 액슬(112) 상에 수용된다. 써클립(116)은 뒷 바퀴를 액슬(112)에 고정한다.

연속 벨트 또는 트랙(98)은 로봇(2)과 바닥 표면 사이의 계면에 제공되고, 이 실시형태에서 로봇이 표면 상에서 이동할 때 높은 그립력(grip)을 제공하고 또한 표면의 조직 및 외형 변화에 적응하는 강력한 고무 코팅된 재료이다. 도면에 도시되지 않았으나, 벨트(98)는 울퉁불퉁한 지역 상에서 트랙션(traction)을 증대시키기 위한 트레드(tread) 패턴을 구비할 수 있다.

이와 유사하게, 도면에 도시되어 있지 않으나, 벨트(98)의 내면(98a)은 앞 바퀴(94)의 원주방향의 표면 상에 제공된 상보적 치 형태부(94a)와 맞물리도록 톱니 또는 치를 갖고, 이것은 벨트(98)가 바퀴(94) 상에서 미끄러질 가능성을 감소시켜준다. 본 실시형태에서, 뒷 바퀴(96)는 상보적 치 형태부를 가지고 있지 않으나 필요하면 제공될 수 있다. 벨트(98)가 뒷 바퀴(96)로부터 미끄러져 벗겨지는 것을 방지하기 위해, 뒷 바퀴(96)의 내부 및 외부 림 상에 원주방향의 립(96a, 96b)이 제공된다. 앞 바퀴(94)에 관하여, 스윙 아암(92)의 인접부로 인해 벨트(98)가 내부 림으로부터 미끄러져 벗어날 수 없으므로, 원주방향의 립(94b)은 그 외부 림 상에만 제공된다.

이해될 수 있는 바와 같이, 스윙 아암(92)은 이격된 관계로 앞 바퀴 및 뒷 바퀴(94, 96)를 고정하고, 뒷 바퀴(96)가 앞 바퀴(94)를 중심으로 각도방향으로 선회할 수 있도록 한다. 스윙 아암(92)의 각도 이동의 최대 및 최소 한계는 트랜스미션 케이스(90)의 구동측으로부터 돌출하는 대향된 아치형 상부 및 하부 스톱(122a, 122b)에 의해 한정된다. 스윙 아암(92)의 내측으로부터 연장되는 스터브 또는 핀(124)은 스윙 아암(92)의 이동을 제한하기 위해 스톱(122a, 122b)과 맞물림될 수 있다.

트랙션 유닛(20)은 또한 스윙 아암(92)의 앞 부분으로부터 상방으로 연장되는 장착 브래킷(126)과 트랜스미션 케이스(90)의 후단 부분으로부터 돌출하는 핀(128) 사이에 인장 상태로 장착되는 코일 스프링(118)의 형태의 스윙 아암 편향 수단을 포함한다. 이 스프링(118)은 사용 시 바닥 표면과 맞물림 상태로 뒷 바퀴(96)를 편향시키도록 작용하므로 로봇(2)이 털이 긴 카페트와 같은 평탄하지 않은 표면을 극복하는 중이거나 전기 케이블과 같은 장애물 상에 올라가는 중인 경우 트랙션을 향상시킨다. 도 9는 스윙 아암(92)의 운동의 범위의 전체에 걸친 트랙션 유닛(20)의 3 개의 예시적인 위치를 도시한다.

예시적 실시형태에서, 로봇(2)이 표면 상에 안착되어 있는 경우, 핀(124)이 상부 스톱(122a)과 맞물리도록, 그리고 스프링(118)이 단지 트랙션을 향상시키기 위해 뒷 바퀴(96)를 하방으로 가압하도록 긴장 상태가 되도록, 스윙 아암(92)은 그 '최소 이동 위치'에 존재한다. 그러나, 로봇이 표면 상에 설치되었을 때, 로봇이 트랙션 유닛 상에 현가될 수 있도록 더 강한 스프링(118)이 사용될 수도 있다는 것이 인정되어야 한다.

도 6은 로봇(2)이 정지된 경우 바닥 표면(F)에 대한 바퀴(94, 96)의 상대 위치를 도시한 것으로서, 이 위치에서 스윙 아암(92)은 그 최소 이동 한계에 있고, 핀(124)은 상부 스톱(122a)과 맞물려 있다. 이 위치에서, 뒷 바퀴(96) 주위의 트랙(98)의 일부는 바닥 표면과의 접촉 영역(130)을 한정하고, 반면에 접촉 영역으로부터 전방으로 앞 바퀴까지 연장되는 트랙(98)의 부분은 앞 바퀴(94)에 비해 뒷 바퀴(96)의 더 큰 반경으로 인해 바닥 표면(F)에 대해 경사를 이룬다. 이것은 바닥 표면 내의 결함부 상에서 뿐만 아니라 예를 들면 전기 케이블/코드 또는 러그의 가장자리부와 같은 융기된 장애물 상에서의 로봇(2)의 등판 능력을 향상시키는 경사진 등판 표면을 트랙션 유닛(20)에 제공한다. 특히 로봇의 섀시의 하측면이 주행중인 표면에 평행한 배향 상태에 있고, 이러한 배향에서 복수의 롤러(31)에 의해 지지되는 경우 경사진 등판(climbing) 표면이 제공된다는 것에 주목해야 한다.

이러한 실시형태에서, 경사진 트랙 표면은 주로 앞 바퀴(94)보다 큰 직경을 가지는 뒷 바퀴(96)로 인한 것이지만, 바퀴가 동일 직경이고, 스윙 아암(92)이 최소 이동 위치에 있을 때, 하방으로 더 급격하게 각도를 이루도록 구성된 경우에도 유사한 결과가 얻어질 수 있다는 것이 인정되어야 한다. 또한, 다양한 지역에 걸쳐 이동할 때, 스윙 아암(92)이 뒷 바퀴(96)에 바닥 표면 상에 하방으로 가압하는 능력을 제공하더라도, 경사진 트랙 표면은 섀시(4)에 대해 고정된 위치의 앞 바퀴(94) 및 뒷 바퀴(96)를 구비할 수도 있다는 것에 주목해야 한다.

단순한 바퀴에 비해 경사진 트랙(98)의 등판 능력의 개량 이외에도, 트랙션 유닛(20)은 단일의 뒷 바퀴(96)의 덕분에 작은 접촉 영역(130)을 유지하고, 이것은 트랙(98)의 상당 부분이 바닥 표면과 접촉하는 경우에 경험할 수 있는 정도의 미끄러짐을 겪지 않으므로 조작 상의 이점을 제공한다.

추가의 트랙션 향상은 뒷 바퀴(96)의 외부 립(96b)에 의해 제공되는데, 이것은 외부 립(96b)의 림 표면의 직경이 바퀴(96)의 외주면의 직경보다 크도록 바퀴(96)의 내측 상에서 립(96a)에 대해 반경방향 외측 위치까지 연장한다. 도 6에 명확하게 도시된 바와 같이, 외부 립(96b)은 트랙(98)의 외면과 거의 동일한 반경으로 연장되고, 그 에지는 치형 또는 톱니 형태부를 구비한다. 이 것의 이점은, 로봇이 러그 또는 카페트와 같은 부드러운 표면 상에서 이동 중인 상황에서, 트랙(98)이 카페트의 섬유 내로 매립되는 경향이 있고, 이것에 의해 외부 립(96b)의 톱니형 에지는 카페트와 맞물려서 로봇에 향상된 트랙션을 제공하는 것이다. 그러나, 경질 표면 상에서, 트랙(98) 만이 바닥 표면에 접촉하고, 이것은 로봇의 조종 능력을 도와준다.

더욱 추가의 이점은. 전폭 청소를 제공함에 있어 중요한 로봇의 횡축선에 극히 근접하여 위치될 수 있는 큰 치수를 가지지 않고도, 이 트랙 배열체는 훨씬 더 큰 단일 바퀴의 등판 능력을 제공하는 것이다. 이 실시형태에 도시된 바와 같이, 뒷 바퀴(96)의 회전 축선은 조작성을 도와 주는 로봇의 횡축선과 실질적으로 일치된다. 청소기 헤드는 트랙션 유닛(20)에 매우 근접하여 위치될 수 있고, 본 실시형태에서, 청소기 헤드의 축선은 로봇의 횡축선으로부터 약 48 mm 이격되어 있으나, 청소기 헤드가 본체의 외피로부터 돌출하는 양을 최소화하기 위해 허용될 수 있는 최대 60 mm의 간격이 예상될 수 있다.

대안적 실시형태(도시되지 않음)에서, 외부 립(96b)의 깊이 및 두께는 뒷 바퀴(96)를 둘러싸는 트랙(98)의 외면과 평행하게 위치되도록 증가되고, 그 결과 트랙(98)의 표면이 횡방향으로 연장되는 효과를 얻는다. 이것은 경질 표면 상에서도 접촉 영역(130)의 면적을 증가시키는데, 이것은 경우에 따라 바람직할 수 있다. 본 실시형태에서, 등판 능력도 트랙(98)의 종방향에서 접촉 영역을 증대시키지 않고 경사진 트랙 표면에 의해 유지된다는 것이 이해되어야 한다. 외부 립(96b)은 또한 그 직경이 뒷 바퀴(96)와 이 바퀴(96)를 둘러싸는 트랙의 인접 위치의 조합된 직경과 동일하거나 더 크도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 로봇(2)의 트랙션 유닛(20)은 털이 긴 러그 및 카페트 상에서 이동하기 위한, 그리고 바닥에 놓여 있는 전기 케이블 및 또한 바닥 표면 사이의 작은 단차와 같은 장애물을 극복하기 위한 개선된 능력을 제공한다. 그러나, '캐터필러'형 구동 유닛은 바퀴와 벨트 사이의 닙 내에 파편이 진입하는 것에 대해 취약할 수 있다. 이것을 방지하기 위해, 스윙 아암(92)은 앞 바퀴 및 뒷 바퀴(94, 96)의 대향하는 부분 및 트랙(98)의 내면에 의해 둘러싸이는 공간 내에서 스윙 아암(92)으로부터 외방으로 연장되는 융기된 블록형 부분(132)을 더 포함한다. 파편 방지 블록(132)의 측면(132a, 132b, 132c, 132d)은 인접하는 바퀴(94, 96) 및 벨트(98)의 표면에 근접하여 위치되는 형상을 갖고, 동시에 블록(132)의 외부 표면(134)은 바퀴(94, 96)의 외면과 대략 일치되도록 연장된다. 그러므로 블록(132)은 바퀴(94, 96) 사이의 체적의 실질적으로 전부를 수용하도록 성형되고, 따라서 입자 또는 돌과 같은 파편이 구동 배열체를 오염시키는 것을 방지한다. 블록(132)은 중실체일 수 있으나, 본 실시형태에서 블록(132)은 스프링 아암(92)의 중량 및 그 비용을 감소시키는 개구(136)를 포함한다. 바람직하게, 블록(132)은 스윙 아암(92)과 일체이지만, 예를 들면, 클립, 나사 또는 접착제에 의해 스윙 아암에 적절하게 고정되는 별개의 컴포넌트일 수도 있다. 임의로, 블록은 벨트에 의해 한정되는 경계부와 유사하게 성형되는 플레이트 부재를 탑재할 수 있다. 이것은 구동 배열체 내로의 쓰레기의 진입의 가능성을 더욱 감소시킨다.

도 10, 도 11 및 도 12를 참조하면, 서로에 대한 상대적 슬라이딩 운동을 가능하게 하도록 본체(6)가 섀시(4)에 부착되는 방법 및 자체의 경로 내의 물체와의 충돌에 관한 정보를 수집하기 위해 로봇(2)이 이 상대 운동을 사용하는 방법을 도시한다.

섀시(4)와 본체(6) 사이의 상대적 슬라이딩 운동을 가능하게 하도록, 전방 및 후방 맞물림 수단은, 섀시(4)와 본체(6)가 수직 방향, 즉 로봇(2)의 종축선(L)에 수직한 방향으로 분리될 수 없도록, 그러나 서로에 대해 작은 양의 미끄럼이 허용되도록, 섀시(4)와 본체(6)를 상호 고정한다.

먼저, 본체의 전방 부분을 검토하면, 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전방 맞물림 수단은 본체(6)의 전방 부분, 특히 플랫폼(48) 내의 중심 위치 내에 한정되는 레이스트랙 또는 파라-트런케이티드(para-truncated) 원과 유사한 형태의 중심에 배치되는 개구슬롯(140)을 포함한다. 거드전 핀(142)의 형태의 슬라이딩 가능한 피벗 부재는 이 개구를 통해 수용되고, 개구(140) 및 상부 플랜지(142b) 하측으로 짧은 거리로 연장되는 슬리브 섹션(142a)을 포함한다.

맞물림 수단은 또한 벽을 가진 리세스(144)의 형태로 섀시(4)의 전방 부분 상에 상보적 구조물을 포함하고, 이것은 또한 플랫폼(48) 내의 개구(140)의 형상에 대응하는 레이스 트랙 형상을 갖는다. 본체(6)는 플랫폼(48) 상에서 본체(6)가 섀시(4) 내의 리세스(144)를 덮도록 섀시(4) 상에 장착될 수 있다. 다음에 거드전 핀(142)은 나사와 같은 적절한 기계적 패스너에 의해 리세스(144)의 바닥에 고정되는데, 이 거드전 핀(142)은 도 10에서 리세스(144) 내의 자체 위치에 점선으로 도시되어 있다. 그러므로 본체(6)는 수직방향으로 분리되지 않도록 섀시(4)에 접합된다. 그러나, 거드전 핀(142)은 섀시(4)에 부동 상태로 고정됨과 동시에 개구(140) 내에서 슬라이딩 가능하게 유지되므로, 본체(6)는 거드전 핀(142)에 대해 상대적으로 슬라이딩할 수 있고, 또 그 둥근 형상에 기인되어 그것을 중심으로 각도방향으로 선회될 수 있다.

섀시(4)의 전방 부분은 또한 리세스(144)의 양측 상에 위치되는 2 개의 채널(145)을 포함하고, 이것은 본체(6)의 하측면 상에, 더 구체적으로는 개구(140)의 양측의 플랫폼(48) 상에 제공되는 각각의 롤러(147)를 위한 지지 표면의 역할을 한다. 롤러(147)는 섀시(4) 상에서 본체(6)를 지지하고, 2 개의 부품 사이의 원활한 슬라이딩 운동을 촉진하는데, 도 10에서 점선으로 도시되어 있다.

후방 맞물림 수단은 섀시(4)에 대한 본체(6)의 후방 부분(150)의 운동을 제약한다. 도 11과 도 12의 비교로부터, 청소기 헤드(24)의 후측의 섀시(4)의 후방 부분(146)은 충돌 검출 수단(148)을 포함하는 것을 볼 수 있는데, 이 충돌 검출 수단(148)은 또한 본체(6)의 후방 부분(146)을 섀시(4)에 연결시켜주는 고정 장착부의 역할을 한다.

충돌 검출 수단의 양측은 본체 지지 수단을 포함하고, 양 본체 지지 수단은 동일한 것이므로, 간단히 하기 위해 하나만을 설명한다. 본체 지지 수단은 섀시(4) 내에 한정되는 접시형 리세스(154) 내에 안착되는 슬리브형 튜브형 지지 부재(152)를 포함한다. 본 실시형태에서, 접시형 리세스(154)는 섀시(4)의 후방 부분(146)을 가로질러 고정되는 플레이트 부재(155)의 형태로 착탈 가능한 섀시 부분 내에 제공된다. 그러나, 리세스(154)는 섀시(4)의 일체의 부품일 수도 있다.

스프링(156)은 그 하단부가 섀시(4)에 연결되고, 슬리브 부재(152)를 통해 연장하고, 스프링의 단부는 아이릿(158)에 위치된다. 슬리브(152) 및 스프링(156)은 본체(6)의 하측면 상의 상보적 소켓(160)과 맞물리고, 이 소켓(160)은 본체(6)가 섀시(4) 상에 장착될 때 슬리브(152)의 상단부를 위치시키는 융기된 벽(160a)을 포함한다. 이러한 방식으로 장착될 때, 스프링(156)은 소켓(160) 내의 중심 개구(162) 내로 연장되고, 아이릿(158)은 본체(6) 내의 고정 핀에 고정된다. 이 고정 핀은 도면에 도시되어 있지 않으나, 스프링이 부착될 수 있는 임의의 핀이나 적절한 고정점일 수 있음에 유의한다.

지지용 슬리브 부재(152)는 섀시(4)와 본체(6) 사이에 이동 가능하게 장착되므로, 슬리브 부재(152)는 로봇의 종축선(L)을 따라 본체(152)의 직선적 요동을 가능하도록, 그러나 후에 더 설명되는 바와 같이 본체(6)의 후방 부분(146)의 경우 후방 맞물림 수단에 의해 구속될 때 약 10 도 만큼 거드전 핀(142)을 중심으로 각도방향으로 선회하도록 임의의 방향으로 경사될 수 있다. 본 실시형태에서, 스프링(156)은 지지용 슬리브 부재(152)를 직립 위치로 압박하는 셀프 센터링 힘을 지지용 슬리브 부재(152)에 제공하고, 이와 같은 작용은 또한 충돌 검출 시스템을 위한 재설정 힘을 제공한다. 대안적 실시형태(도시되지 않음)에서, 지지용 슬리브 부재(152)는 중실체일 수 있고, 섀시에 대한 본체의 상대 위치를 '재설정'하는 힘은 대안적 편향 메커니즘에 의해 제공될 수 있다.

슬리브 부재(152)가 특정량의 운동 상태로 섀시(4) 상에 본체(6)를 지지할 수 있으나, 수직방향으로 분리되지 않도록 섀시(4)에 본체(6)의 후방 부분(150)을 견고하게 연결하지 않는다. 이 목적을 위해, 충돌 검출 수단(148)은 본체(6) 상에 제공되는 포스트 또는 로드(160, 162)의 형태의 제 1 및 제 2 안내 부재를 포함하고, 이것은 섀시(4) 상에 제공되는 각각의 핀(164, 166)과 맞물린다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 핀(164, 166)은 플레이트 부재(155) 내에 한정되는 각각의 윈도우(168, 170)를 통해 연장하고, 그곳에서 각각의 와셔(172, 174)에 의해 유지된다. 섀시(4)의 후방 부분(146) 상에 본체(6)의 후방 부분(150)을 장착하기 위해, 안내 부재(160, 162)는 이들이 각각의 와셔(172, 174)와 접촉할 때까지 핀(164, 166) 상에 압입된다. 그러므로 본체(6)의 후방 부분(150)의 운동은 윈도우가 안내 트랙의 역할을 하도록 윈도우(168, 170)의 형상에 일치하도록 제약된다. 본 실시형태에서, 윈도우(168, 170)는 대체로 삼각형의 형상이고, 따라서 이것에 의해 본체(6)는 거드전 핀(142)에 대해 직선적으로 슬라이딩할 수 있고, 그러나 윈도우(168, 170)에 의해 설정된 이동 한계 내에서 거드전 핀(142)을 중심으로 각도방향으로 선회할 수 있다. 그러나, 본체(6)의 허용 운동은 윈도우(168, 170)의 적절한 재성형에 의해 변경될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

충돌 검출 수단(148)은 또한 섀시(4)에 대한 본체(6)의 상대적 운동을 검출하기 위한 스위칭 수단(180)을 포함한다. 스위칭 수단(180)은 본체(6)의 후방 부분(150)의 하측면 상에 제공되는 제 1 및 제 2 소형의 스냅-액션 스위치(180a, 180b)(또한 일반적으로 '마이크로 스위치'로 알려져 있음)을 포함하고, 이것은 본체(6)가 섀시(4)에 장착될 때 섀시(4)의 후방 부분(146)의 중심부 내에 제공되는 액츄에이터(182)의 양측에 위치된다. 본 실시형태에서, 액츄에이터(182)는 스위치(180a, 180b)를 작동시키기 위한 각진 전연부를 갖는 쐐기 형상부의 형태를 취한다. 도면에 도시되어 있지 않으나, 스위치(180a, 180b)는 로봇의 제어 수단과 접속된다. 쐐기형 액츄에이터(182)에 대한 스위치(180a, 180b)의 위치는 도 12에 도시되어 있고, 이 스위치(180a, 180b)는 점선으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스위치(180a, 180b)는, 이것의 작동 아암(183)이 쐐기형 액츄에이터(182)의 각진 전연부의 양측에 직접 인접하여 위치되도록 위치된다.

스위치(180a, 180b)는 로봇이 청소를 위해 방을 돌아다닐 때 장애물과 충돌하는 상황에서 작동된다. 이와 같은 로봇의 감지 및 매핑(mapping) 시스템은 신뢰할 수 없을 수도 있고, 때때로 장애물이 시간 내에 검출되지 않으므로, 이와 같은 충돌 검출 설비는 자동 진공 청소기의 경우에 바람직하다. 다른 로봇 진공 청소기는 충돌을 검출하기 위한 수단이 필수적인 '랜덤 바운스(random bounce)' 방법으로 작동한다. 그러므로, 충돌 검출 설비는 로봇이 회피적 작용을 취하도록 충돌을 검출하기 위해 요구된다. 예를 들면, 제어 수단은 단순히 로봇을 역전시킨 다음 다른 방향으로 전진 운동을 재개하도록, 또는 대안적으로 전진 운동을 정지하고, 90° 또는 180° 선회시킨 다음, 전진 운동을 다시 한번 재개하도록 결정할 수 있다.

이하에서 상이한 충돌 상황에서 섀시(4), 본체(6) 및 충돌 검출 수단을 개략적으로 도시한 도 13a, 13b, 13c 및 13d를 참조하여 스위치(180a, 180b)의 작동을 설명한다. 이하의 도면에서, 이전의 도면과 공통되는 부분은 동일한 도면부호로 표시된다.

도 13a는 비충돌 위치에서 본체(6), 섀시(4), 거드전 핀(142), 본체 피벗 개구(140), 스위치(180a, 180b) 및 쐐기형 액츄에이터(182)의 상대 위치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 스위치(180a, 180b)의 어느 것도 도면부호 'X'로 나타낸 바와 같이 작동되지 않았다.

도 13b는 화살표(C)로 나타낸 바와 같이 '정면' 위치에서 장애물과 충돌하는 로봇(2)을 도시한다. 본체(6)는 직선적으로 후방으로, 즉 축선(L)을 따라 이동이 유발되고, 2 개의 스위치(180a, 180b)는 쐐기형 액츄에이터(182)에 대해 후방으로 이동되고, 그 결과 체크 마크로 나타낸 바와 같이 실질적으로 동시에 스위치(180a, 180b)를 트리거한다.

대안적으로, 도 13c에서 화살표(C)로 나타낸 바와 같이 우측에 장애물이 충돌한 경우, 본체(6)는 거드전 핀(142)을 중심으로 좌측으로 선회되고, 이러한 상황에서 스위치(180a, 180b)는 액츄에이터(182)에 대해 좌측으로 이동하고, 그 결과 스위치(180b)를 위해 체크 마크로 나타낸 바와 같이 좌측 스위치(180a)의 작동 전에 우측 스위치(180b)가 작동된다.

반대로, 로봇(2)이 그 좌측 상에서 장애물과 충돌하는 경우, 도 13d에서 화살표(C)로 나타낸 바와 같이, 본체(6)는 우측으로 선회되고, 이 경우 스위치(180a, 180b)는 액츄에이터(182)에 대해 우측으로 이동하고, 그러므로 스위치(180a)를 위한 체크 마크로 나타낸 바와 같이 우측 스위치(180b) 전에 좌측 스위치(180a)가 트리거된다.

도 13c 및 도 13d에 도시된 경사각 충돌에서 스위치(180a, 180b) 중의 하나만이 작동되는 것으로 도시되어 있으나, 이와 같은 충돌은 비록 먼저 작동된 스위치보다 이후의 시간이지만 다른 하나의 스위치를 작동시킬 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

스위치(180a, 180b)는 로봇의 제어 수단에 접속되므로, 이 제어 수단은 스위치(180a, 180b)의 트리거링을 모니터링함으로써 충돌의 방향 및 스위치의 트리거링 이벤트 사이의 상대 타이밍을 식별할 수 있다.

로봇(2)은 본체(6)와 섀시(4) 사이의 상대적 선운동 및 각운동의 감지에 의해 충돌을 검출할 수 있으므로, 본 발명은 공지된 로봇 진공 청소기에서 일반적인 바와 같은 로봇의 전방에 충돌 셸을 장착할 필요성을 방지한다. 범프 셸은 취약하고 부피가 클 수 있으므로 본 발명은 로봇의 강건성을 증대하고, 또한 크기 및 복잡성을 감소시킬 수 있다.

완결을 위해, 도 14는 로봇의 제어 수단 및 이 제어 수단과 전술한 컴포넌트와의 인터페이스를 개략적으로 도시한다. 제어기(200)의 형태로 제어 수단은 적절한 제어 회로 및 다양한 센서로부터 수신된 신호를 처리하기 위한, 그리고 적절한 방식으로 로봇(2)을 구동하기 위한 처리 기능을 포함한다. 제어기(200)는 로봇(2)의 센서 세트(82) 내에 접속되고, 이 수단에 의해 로봇은 인접 환경을 매핑하기 위해 그 환경에 대한 정보를 수집하고 청소를 위한 최적의 루트를 계획한다. 메모리 모듈(201)은 제어기의 처리 기능을 실행하기 위해 제어기에 제공되고, 이 메모리 모듈(201)은 대안적으로 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 별도의 컴포넌트 대신에 제어기(200) 내에 일체화될 수 있다.

제어기(200)는 또한 사용자 인터페이스(204), 충돌 검출 수단(206), 및 트랙션 유닛(20) 상에 제공되는 로터리 인코더와 같은 적절한 회전 감지 수단(208)으로부터의 적절한 입력을 갖는다. 전력 및 제어 입력이 제어기(200)로부터 트랙션 유닛(20)에 제공되고, 또한 흡인 모터(210) 및 브러시 바 모터(212)에 제공된다.

마지막으로, 전력 입력이 배터리 팩(214)으로부터 제어기(200)에 제공되고, 충전기 인터페이스(216)가 제공되고 이 수단에 의해 제어기(200)는 배터리 공급 전압이 적절한 한계 미만으로 강하되었을 때 배터리 팩(214)의 충전을 실행할 수 있다.

발명의 개념으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 많은 변형례가 가능하다. 예를 들면, 트랙션 유닛(20)은 고무 코팅된 연속 벨트 또는 트랙을 가지는 것으로서 설명되었으나, 본 발명은 많은 개별 트랙이나 트레드 섹션을 체인 형태로 연결한 트랙으로 실행될 수도 있다.

위의 실시형태에서, 본체(6)는 섀시를 중심으로 직선방향으로 뿐만 아니라 각도방향으로 이동될 수 있는 것으로 설명되었다. 그러나, 충돌이 광범위한 각도로부터 검출될 수 있고, 또 본체가 섀시에 대해 직선방향과 각도방향의 조합 대신에 직선방향 또는 각도방향으로 이동하는 충돌 검출 시스템에 본 발명이 존재한다는 것이 이해되어야 한다.

감지 수단은 쐐기형 액츄에이터의 양측에 배치되는 스냅-액션 스위치를 포함하는 것으로 설명되었고, 이와 같은 배열체에 의해

본체는 직선방향(양 스위치가 동시에 작동된 상태)으로 또는 각도방향(하나의 스위치가 다른 스위치 전에 작동된 상태)으로 이동할 때 편리하게 스위치를 작동시킬 수 있도록 한다. 그러나, 당업자는 다른 스위치 메커니즘, 예를 들면, 라이트-게이트 스위치 또는 자기/홀 효과 스위치와 같은 무접점 스위치도 가능하다는 것을 인정할 것이다.

Claims (17)

1. 이동 가능한 로봇용 구동 배열체로서,
   구동장치 하우징으로서, 상기 이동 가능한 로봇의 섀시 상에 장착되도록 구성되고, 상기 구동장치 하우징으로부터 구동 축선을 따라 연장하는 구동 샤프트에 작동 가능하게 연결되는 구동 모터를 포함하는 구동장치 하우징, 선회 축선을 중심으로 상기 구동장치 하우징에 회전 가능하게 장착되는 링크 부재, 상기 구동 샤프트에 의해 지지되는 제 1 바퀴, 상기 링크 부재에 의해 지지되는 제 2 바퀴, 및 상기 제 1 바퀴로부터 상기 제 2 바퀴로 구동력을 전달하기 위한 수단을 포함하는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크 부재의 선회 축선은 상기 구동 샤프트의 구동 축선과 동축인, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 바퀴로부터 상기 제 2 바퀴로 구동력을 전달하기 위한 수단은 가요성 트랙인, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 가요성 트랙은 벨트인, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 가요성 트랙은 상기 제 1 바퀴의 외주면 및 상기 제 2 바퀴의 표면의 둘레에 구속되는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 2 바퀴의 표면은, 상기 가요성 트랙의 일부가 바닥 맞물림 표면을 한정하도록, 그 외주면인, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 바퀴는 상기 가요성 트랙의 내면 상에 형성되는 상보적 형태부와 맞물릴 수 있는 치(tooth) 형태부를 그 외주면 상에 구비하는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 바퀴는 연장되는 림 표면을 한정하고, 상기 림 표면의 직경은 상기 제 2 바퀴의 외주면의 직경보다 큰, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 연장된 림 표면은 상기 제 2 바퀴 및 상기 가요성 트랙의 인접부인접부의 조합된 직경과 동일하거나 더 큰 직경을 갖는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 바퀴의 림 표면은 톱니 형태부를 구비하는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 바퀴와 제 2 바퀴 사이에 연장되는, 그리고 바닥 표면에 대향하는 상기 트랙의 일부분이 인접하는 상기 바닥 표면과 경사각을 한정하도록, 그리고 이것에 의해 경사진 등판 표면을 제공하도록 상기 제 1 바퀴 및 제 2 바퀴가 구성되는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 바퀴의 직경은 상기 제 1 바퀴의 직경보다 큰, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링크 부재는 상기 제 1 바퀴, 상기 제 2 바퀴 및 상기 트랙에 의해 경계를 이루는 체적을 적어도 부분적으로 채우는 방지 부재(guard member)를 포함하는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접하는 바닥 표면과 접촉하도록 상기 제 2 바퀴를 가압하도록 배치되는 편향(biasing) 요소를 더 포함하는, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 모터는 전기 모터인, 이동 가능한 로봇용 구동 배열체.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 구동 배열체를 포함하는 섀시를 포함하는 이동 가능한 로봇.
17. 실질적으로 첨부한 도면을 참조하여 이상에서 설명된 바와 같은, 또는 첨부한 도면에 도시된 바와 같은 구동 배열체.

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