KR20180080656A - 청소 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇은, 외력이 인가되는 커버, 상기 커버의 내부에 구비되는 고정부, 상기 고정부와 연결되고, 상기 청소 로봇의 주행을 위한 주행부, 상기 커버와 체결되고, 상기 커버의 움직임에 대응하여 움직이는 이동 프레임, 및 상기 고정부와 상기 이동 프레임 사이에 구비되는 탄성 설정기를 포함하고, 상기 탄성 설정기는, 상기 기준 위치를 형성하는 스토퍼, 및 상기 이동 프레임을 상기 스토퍼의 상기 기준 위치에 탄성 고정하는 탄성 부재를 포함한다.

Description

청소 로봇{CLEANING ROBOT}

본 발명은 주행 장치에 관한 것으로, 특히 특정 영역을 이동하면서 각종 동작을 수행하는 로봇에 관한 것이다.

최근 자율 주행 기술, 자동 제어 기술 등의 발전으로 인해, 주행장치, 특히 로봇의 기능이 확대되고 있다.

각각의 기술을 구체적으로 설명하면, 자율 주행은 기계가 스스로 판단하여 이동하고, 장애물을 피할 수 있는 기술이다. 자율 주행 기술에 따르면 로봇은 센서를 통해 자율적으로 위치를 인식하여 이동하고 장애물을 피할 수 있게 된다.

자동 제어 기술은 기계에서 기계 상태를 검사한 계측 값을 제어 장치에 피드백하여 기계의 동작을 자동으로 제어하는 기술을 말한다. 따라서 사람의 조작 없이 제어 가능하고, 목적하는 제어 대상을 목적하는 범위 내 즉, 목표 값에 이르도록 자동적으로 조절할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같은 기술들의 발전 및 융합으로 지능형 로봇의 구현이 가능하고, 지능형 로봇을 통해 다양한 정보와 서비스의 제공이 가능해졌다.

로봇의 응용분야는 대체로 산업용, 의료용, 우주용, 해저용으로 분류된다. 예를 들면, 자동차 생산과 같은 기계 가공 공업에서는 로봇이 반복작업을 수행할 수 있다. 즉, 사람이 수행하는 작업을 입력하는 경우, 입력된 작업에 해당하는 동작을 반복할 수 있는 산업로봇이 이미 많이 가동되고 있다.

또한, 로봇에 카메라가 장착되는 기술은 이미 종래에 많이 구현되어 있다. 로봇은 카메라를 이용하여 위치를 확인하거나 장애물을 인식할 수 있다. 또한, 촬영 영상을 디스플레이부에 표시하는 것도 충분히 구현되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 로봇의 외관을 형성하는 커버를 로봇 내부의 본체에 대해 동작 및 지지하며, 커버의 동작 후 기준 위치로 복귀시키는 기구를 구현하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 특히 주행 중 커버의 지속적인 움직임 또는 떨림을 방지하기 위해, 커버를 본체에 대해 효과적으로 고정할 수 있는 청소 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면, 청소 로봇은 커버와 체결되는 이동 프레임과, 청소 로봇 내부의 고정부 사이에 구비되는 탄성 설정기를 포함한다. 상기 탄성 설정기는, 커버 및 이동 프레임의 기준 위치를 형성하는 스토퍼와, 상기 이동 프레임을 상기 기준 위치에 탄성 고정하는 탄성 부재를 포함한다. 실시 예에 따라, 탄성 부재는 인장 스프링으로 구현될 수 있다.

탄성 부재의 일단은 이동 프레임과 연결되고, 타단은 고정부에 체결된 홀더와 연결될 수 있다. 상기 스토퍼는 홀더 상부에 형성될 수 있다. 상기 스토퍼는 중심각이 180˚ 미만인 부채꼴 형태로 형성되고, 상기 기준 위치는 부채꼴의 중심에 해당할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇은, 외관 커버와 로봇 내부의 고정부 사이에 구비되어 커버를 고정부에 탄성 고정할 수 있는 탄성 설정기를 제공한다. 탄성 설정기는 커버를 고정부에 탄성 고정함으로써, 커버의 범퍼 역할 수행을 가능하게 해 줄 수 있다. 특히 탄성 설정기는, 외력의 인가에 따라 움직인 커버를 기준 위치로 복귀시킴으로써, 커버가 동일한 위치로부터의 연속적인 충격에 대해서도 효과적으로 범퍼의 역할을 수행하도록 할 수 있다. 즉, 탄성 설정기로 인해 커버의 범퍼 역할이 원활히 수행되므로, 로봇 내부의 각종 구성 요소들은 외부의 충격으로부터 효과적으로 보호될 수 있다.

또한, 탄성 설정기는 커버를 기준 위치에 고정시키기 위한 스토퍼를 포함할 수 있다. 탄성 설정기의 탄성 부재는 스토퍼를 이용하여 커버를 기준 위치에 고정하고, 소정 크기 이하의 외력에는 커버가 움직이지 않도록 커버를 탄성 고정할 수 있다. 이에 따라, 청소 로봇의 주행 중 미세한 충격이나 외력에도 커버가 흔들리거나 떨리는 불안정성을 해소하여 청소 로봇에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 내부에 구비된 본체를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇의 커버와 이동 프레임 간의 체결 관계를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 이동 프레임과 고정부 사이에 구비되는 탄성 설정기를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 탄성 설정기의 평면도를 나타낸다.
도 6 내지 도 7은 탄성 설정기에 포함된 스토퍼의 예들을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 탄성 설정기의 A-A' 방향에 대한 단면도를 나타낸다.
도 9 내지 도 11은 장애물과의 충돌 등에 따른 외력의 인가 시, 이동 프레임 및 탄성 설정기의 동작을 보여주는 예시도들이다.

주행 장치란, 동력을 이용하여 특정 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 장치를 의미한다. 주행 장치는 자동 주행 장치와 수동 주행 장치로 나누어질 수 있다. 이 중, 자동 주행 장치는, 장치가 스스로 판단하여 자율 주행하거나, 정해진 경로를 따라 사용자의 조작 없이도 스스로 주행하는 주행 장치를 의미할 수 있다. 주행 장치의 일 예로서 이동형 로봇이 있다. 이동형 로봇은 주행부, 예컨대 바퀴나 레그 등을 이용하여 이동하면서 각종 동작을 수행할 수 있다.

설명의 편의를 위해, 본 명세서에서는 청소 로봇을 이용하여 본 발명의 특징을 설명하고 있다. 청소 로봇은 특정 영역을 이동하면서 청소 동작을 수행하는 로봇을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 청소 로봇은 공항과 같은 넓은 장소에서 이동하면서 청소 동작을 수행하는 공항용 청소 로봇을 포함할 수 있다.

다만, 본 발명의 특징은 청소 로봇에 한정 적용되는 것은 아니고, 청소 로봇을 포함하는 주행 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 외관을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 청소 로봇(1)은 본체(20; 도 2 참조)에 구비된 각종 구성 요소들을 감싸는 커버(10a, 10b, 10c, 10d, 10e; 포괄하여 10)를 포함한다. 커버(10)는 본체(20)의 외부를 감싸는 형태로 구현되어, 청소 로봇(1)의 외관을 형성할 수 있다.

예컨대, 커버(10)는 탑 커버(10a), 탑 커버(10a)의 하측에 배치되는 미들 커버(10b), 및 미들 커버(10b)의 하측에 배치되는 바텀 커버(10c)를 포함할 수 있다. 탑 커버(10a), 미들 커버(10b), 및 바텀 커버(10c)는 일체로 구성되는 하나의 커버에 해당할 수도 있고, 각각 분리 및 결합되는 별개의 구성에 해당할 수도 있다.

탑 커버(10a)는 청소 로봇(1)의 최상단에 위치할 수 있다. 예컨대, 탑 커버(10a)는 돔 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 탑 커버(10a) 내에는 적어도 하나의 카메라가 수용될 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 카메라는 청소 로봇(1)의 전방에 존재하는 사람의 얼굴이나 장애물을 인식하거나, 현재 위치를 감지하기 위한 용도를 가질 수 있다. 탑 커버(10a)는 상기 적어도 하나의 카메라가 사람의 얼굴을 인식하거나 현재 위치를 보다 정확하게 인식하기 위한 높이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 탑 커버(10a)는 성인 어른의 키보다 낮은 높이(예를 들어, 약 140cm)에 위치할 수 있다.

미들 커버(10b)는 탑 커버(10a)의 하측에 배치될 수 있다. 미들 커버(10b)는 상부에서 하부로 내려갈수록 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 일례로, 미들 커버(10b)가 원통 형상을 갖는 경우, 미들 커버(10b)는 상부에서 하부로 내려갈수록 직경이 커지도록 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 미들 커버(10b)는 탑 커버(10a)에 포함되는 구성일 수 있다. 이 경우, 커버(10)는 함몰부(13, 14)를 기준으로 하여 탑 커버와 바텀 커버로 구분될 수도 있다.

바텀 커버(10c)는 미들 커버(10b)의 하측에 배치될 수 있다. 바텀 커버(10c)는 탑 커버(10a) 및 미들 커버(10b)보다 넓은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 바텀 커버(10c)의 내부에는 배터리, 주행부(예컨대, 주행 바퀴), 각종 보드(예컨대, PCB(printed circuit board)) 등이 수용될 수 있다. 실시 예에 따라, 바텀 커버(10c)는 양 측면에 대칭되어 주행부(26)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 바텀 커버(10c)는 주행부(26)의 외측을 감싸는 주행부 커버(10d, 10f)를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시 예에 따라, 청소 로봇(1)의 전방 하단으로 돌출되는 사이드 브러시(15)가 구비되는 경우, 바텀 커버(10c)는 사이드 브러시(15)를 감싸는 사이드브러시 커버(10e)를 더 포함할 수 있다.

커버(10)는 청소 로봇(1)으로부터 소정 거리 이내에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 복수의 센서들(111_1~115_2; 포괄하여 센서부(11)라 함)을 구비할 수 있다. 센서부(11)는 탑 커버(10a), 미들 커버(10b), 바텀 커버(10c)의 다양한 위치에 구비되어 있을 수 있다.

한편, 커버(10)는 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)를 포함할 수 있다. 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14) 각각은 커버(10)의 외곽으로부터 로봇의 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다. 제1 함몰부(13)와 제2 함몰부(14)의 상측에는 탑 커버(10a)와 미들 커버(10b)가 위치하고, 하측에는 바텀 커버(10c)가 위치할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 커버(10)는, 청소 로봇(1)의 본체(20; 도 2 참조)에 포함되고, 고정부(21)에 연결된 각종 구성 요소들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 범퍼(bumper)의 역할을 가질 수 있다. 이를 위해, 커버(10)는 청소 로봇(1)의 고정부(21; 도 2 참조)와 직접 연결되지 않음으로써, 커버(10)가 외부의 충격에 의해 움직이는 경우 고정부(21) 및 고정부(21)와 연결된 각종 구성 요소들의 움직임을 최소화할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 내부에 구비된 본체를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇의 커버와 이동 프레임 간의 체결 관계를 보여주는 도면이다.

청소 로봇(1)의 본체(20)는 고정부(21), 이동 프레임(22), 적어도 하나의 탄성 설정기(23), 및 주행부(26)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성 요소들은 청소 로봇(1)의 본체(20)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니다. 따라서, 본 명세서 상에서 설명되는 청소 로봇(1)의 본체(20)는 위에서 열거되는 구성 요소들보다 많거나 또는 적은 구성 요소들을 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 구성 요소들 중 고정부(21)는, 청소 로봇(1)의 작동에 필요한 각종 부품 및 다른 구성 요소들과 연결될 수 있다. 본 명세서에서, 고정부(21)는 본체(20)의 기본적인 형태를 구성하는 프레임과 플레이트를 포괄하는 개념에 해당할 수 있다. 고정부(21)는 바텀 커버(10c)의 내측에 수용될 수 있다.

고정부(21)는 청소 로봇(1)의 전체적인 작동을 제어하기 위한 각종 보드를 구비할 수 있다. 예컨대, 고정부(21)는 청소 로봇(1)의 전반적인 구동을 관리하는 보드, 센서부(11), 카메라부(24), 및 라이다 센서(25)를 통해 수집되는 데이터를 처리하는 보드, 및/또는 배터리(210)의 전력을 청소 로봇(1)에 포함된 각 구성 요소로 공급하는 동작을 제어하는 보드를 포함할 수 있다. 또한, 고정부(21)는 내부에 배터리(210)를 장착할 수 있다. 배터리(210)는 청소 로봇(1)의 동작에 필요한 전력을 각 구성 요소로 제공할 수 있다.

또한, 고정부(21)는 청소 로봇(1)의 동작에 필요한 각종 구성 요소(예컨대, 라이다 센서(25), 주행부(26))와 연결될 수 있다. 실시 예에 따라, 고정부(21)는 상방으로 연장 형성되는 상방 고정부(21a), 전방으로 연장 형성되는 전방 고정부(21b), 및 하방으로 형성되는 하방 고정부(21c)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 탑 커버(10a)의 내측에 수용되는 카메라부(24)는 상방 고정부(21a)와 연결될 수 있고, 청소 로봇(1)의 하측에 구비된 주행부(26)는 하방 고정부(21c)와 연결될 수 있다.

이동 프레임(22)은, 커버(10)와 체결되어 커버(10)의 움직임에 따라 이동하면서, 동시에 커버(10)를 고정부(21)로부터 지지하기 위한 프레임을 의미할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 커버(10) 또는 이동 프레임(22)은 체결용 보스(222)를 포함하고, 체결용 스크류(221)와 체결용 보스(222)에 의해 서로 체결될 수 있다. 실시 예에 따라, 커버(10) 또는 이동 프레임(22)은 복수의 체결용 보스들을 포함함으로써, 복수의 지점에서 서로 체결될 수 있다. 커버(10)와 이동 프레임(22)의 체결 방식이 도 3에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 공지된 체결 방식을 이용하여 체결될 수 있다.

도 1에서 상술한 바와 같이 커버(10)가 탑 커버(10a), 미들 커버(10b), 및 바텀 커버(10c)를 포함하는 경우, 이동 프레임(22)은 바텀 커버(10c)와 체결되어 바텀 커버(10c)를 고정부(21)로부터 움직임 가능하도록 지지할 수 있다. 따라서, 이동 프레임(22)은 바텀 커버(10c)의 움직임에 기초하여 이동할 수 있으나, 실시 예에 따라서는 탑 커버(10a) 또는 미들 커버(10b)의 움직임에 기초하여 이동할 수도 있다.

또한, 이동 프레임(22)은 적어도 하나의 탄성 설정기(23)를 통해 고정부(21)와 연결되고, 동시에 고정부(21)로부터 지지될 수 있다. 즉, 탄성 설정기(23)에 의해 이동 프레임(22) 및 커버(10)가 고정부(21)와 연결되므로, 탄성 설정기(23)는 커버(10)와 고정부(21) 사이의 체결부로서 제공될 수 있다.

적어도 하나의 탄성 설정기(23)는, 커버(10) 및 이동 프레임(22)이 외력에 의해 움직이더라도, 탄성력을 갖는 탄성 부재(예컨대, 스프링 등)를 이용하여 외력이 고정부(21)로 전달되는 것을 최소화할 수 있다. 즉, 탄성 부재는 커버(10)로 인가된 외력을 탄성 변형으로 흡수할 수 있다. 따라서, 외력에 의해 커버(10) 및 이동 프레임(22)이 움직이더라도, 고정부(21)는 움직이지 않음으로써 고정부(21)와 연결된 각종 부품이 고장 또는 손상되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 탄성 설정기(23)는 배터리(210)와 같이 무게가 무거운 구성을 구비하는 고정부(21)에 고정되므로, 외력의 인가 시 고정부(21)는 움직이지 않고 탄성 부재만이 인장될 수 있다.

또한, 탄성 설정기(23)는 이동 프레임(22)을 고정부(21)로부터 탄성 지지할 수 있다. 즉, 외력에 의해 커버(10) 및 이동 프레임(22)이 움직인 후, 탄성 설정기(23)는 탄성력을 이용하여 이동 프레임(22)을 기준 위치로 복귀시키고, 상기 기준 위치에 고정시킬 수 있다.

도 2에 도시된 실시 예에 의하면, 본체(20)는 고정부(21)의 전방, 및 양측 후방으로 각각 배치되는 제1 탄성 설정기 내지 제3 탄성 설정기(23)를 포함할 수 있다. 고정부(21)에 설치된 제1 탄성 설정기 내지 제3 탄성 설정기(23)는 삼각형 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 커버(10) 및 이동 프레임(22)은 제1 탄성 설정기 내지 제3 탄성 설정기(23)에 의해 고정부(21)로부터 안정적으로 지지될 수 있다.

주행부(26)는 고정부(21)의 하단에 구비될 수 있다. 이 경우, 주행부(26)는 하방 고정부(21c)와 연결될 수 있다. 도 2에서는 주행부(26)의 일 실시 예로서 주행 바퀴(26)가 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 주행부(26)는 레그 등과 같은 다양한 형태로 구비될 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 좌우 양측에 2개의 주행 바퀴가 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 주행 바퀴의 수는 다양하게 변경될 수 있다. 주행 바퀴(26)는 구동부(미도시)로부터 인가되는 회전력에 기초하여 회전함으로써, 청소 로봇(1)의 주행을 가능하게 한다. 실시 예에 따라, 청소 로봇(1)의 전방 또는 후방에는 청소 로봇(1)의 주행을 보조하기 위한 캐스터가 구비될 수 있다.

실시 예에 따라, 청소 로봇(1)은 전방을 촬영하는 카메라부(24), 청소 로봇(1)의 전 방향에 대한 오브젝트를 감지하는 라이다 센서(25), 지면의 이물을 흡입하는 흡입 모듈(27), 흡입된 이물을 포집하는 청소 모듈(29), 및 흡입 모듈(27)과 청소 모듈(29) 사이에 구비되는 흡입 파이프(28)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 흡입 모듈(27)은 아지테이터의 회전을 위한 구동 모터(271)와 타이밍 벨트(272)를 포함할 수 있다. 청소 모듈(29)은 집진 모터와 집진부를 포함할 수 있다.

도 2에서 살펴본 청소 로봇 본체(20)의 각종 구성 요소들을 이용하여, 청소 로봇(1)은 특정 장소(예컨대, 공항 등) 내의 영역을 자유롭게 이동하면서 청소 동작을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 청소 로봇(1)의 본체(20)에는 다양한 구성 요소들이 포함되어 있다. 청소 로봇(1)의 외관을 형성하는 커버(10; 특히 바텀 커버(10c))는 본체(20)에 포함된 다양한 구성 요소들을, 다양한 위치 또는 방향으로부터 인가되는 외부 충격(예컨대, 장애물과의 충돌, 기타 외력의 인가 등)으로부터 보호하는 범퍼의 역할을 수행할 수 있다. 바텀 커버(10c)가 범퍼의 역할을 수행하기 위해, 이동 프레임(22)은 바텀 커버(10c)와 적어도 하나의 지점에서 체결되고, 적어도 하나의 탄성 설정기(23)를 통해 고정부(21)와 적어도 하나의 지점에서 연결 및 지지될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소 로봇의 이동 프레임과 고정부 사이에 구비되는 탄성 설정기를 나타내는 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이동 프레임(22)은 고정부(21)의 외곽에 형성될 수 있다. 이동 프레임(22)은, 고정부(21)의 외곽에 위치한 적어도 하나의 지점에서 연결됨으로써, 고정부(21)에 의해 지지될 수 있다. 실시 예에 따라, 이동 프레임(22)의 일부는 고정부(21)의 내부에 형성되고, 고정부(21)의 내부에 위치한 적어도 하나의 지점에서 연결될 수도 있다. 이동 프레임(22)이 고정부(21)에 의해 지지됨에 따라, 이동 프레임(22)에 고정된 커버(10) 또한 고정부(21)에 의해 지지될 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇(1)은, 고정부(21)의 특정 지점에 설치되는 적어도 하나의 탄성 설정기(23)를 구비하고, 이동 프레임(22)은 적어도 하나의 탄성 설정기(23)를 통해 고정부(21)와 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 탄성 설정기(23)는 고정부(21)의 전방, 및 양측 후방에 구비될 수 있다. 예컨대, 고정부(21)의 전방에 구비된 탄성 설정기(23)는 이동 프레임(22)에 포함된 프레임들 중 고정부(21)의 전방에 형성된 프레임과 연결될 수 있다. 또한, 고정부(21)의 양측 후방에 구비된 탄성 설정기들(23)은 고정부(21)의 후방 상측에 형성되는 프레임과 연결될 수 있다.

이하 도면들에서는, 고정부(21)의 전방에 구비된 탄성 설정기(23)를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 탄성 설정기(23)의 구성에 대해 설명한다. 그러나, 고정부(21)의 양측 후방에 구비된 탄성 설정기(23)의 구성 또한 전방에 구비된 탄성 설정기(23)의 구성과 실질적으로 동일하다.

도 4를 참조하면, 이동 프레임(22; 도 4에 도시된 실시 예의 경우 전방에 형성된 전방 수평 프레임(224))은, 고정부(21)와 접하고 이동 프레임(22)을 고정부(21)로부터 지지하기 위한 이너 바디(2242)와 연결될 수 있다. 예컨대, 이너 바디(2242)는 원형의 플레이트 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이너 바디(2242)는 전방 수평 프레임(224)의 하단에 형성될 수 있다. 이너 바디(2242)는 전방 수평 프레임(224)에 대해 수직으로 형성되는 이동 축(2243)을 통해 전방 수평 프레임(224)과 연결될 수 있다.

탄성 설정기(23)는, 이동 프레임(22)의 수평 방향 이동을 가능하게 하고, 수직 방향 이동을 차단하기 위한 홀더(231)를 포함할 수 있다. 홀더(231)는 고정부(21)와 체결될 수 있다. 홀더(231)의 내부에는 이너 바디(2242)를 수용하기 위한 수용 공간이 형성되고, 이너 바디(2242)는 수용 공간 내에서 수평 방향으로 이동할 수 있다. 이너 바디(2242)가 수용 공간 내에서 이동하기 위해, 수용 공간의 크기는 이너 바디(2242)의 크기보다 클 수 있다.

홀더(231)의 상부에는, 수용 공간 내에 수용된 이너 바디(2242)를 이동 축(2243)을 통해 이동 프레임(22)과 연결되도록 하기 위한 스토퍼가 형성될 수 있다. 이 때, 이너 바디(2242)가 홀더(231)의 외부로 벗어나는 것을 방지하기 위해, 스토퍼의 크기는 이너 바디(2242)의 크기보다 작을 수 있다. 스토퍼는 외력이 인가되지 않는 경우 이동 프레임(22)을 기준 위치에 고정하도록 형성될 수 있다. 또한, 스토퍼의 크기에 따라 바텀 커버(10c) 및 이동 프레임(22)의 이동 범위가 설정될 수 있다. 스토퍼의 크기가 클수록 이동 프레임(22)의 이동 범위가 크고, 스토퍼의 크기가 작을수록 이동 프레임(22)의 이동 범위는 작을 수 있다. 스토퍼에 대해서는 이후 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시 예에 따라, 이동 프레임(22) 및 바텀 커버(10c)의 이동 범위는 수용 공간의 크기에 따라 설정될 수도 있다. 수용 공간의 크기가 클수록 바텀 커버(10c) 및 이동 프레임(22)의 이동 범위가 크고, 수용 공간의 크기가 작을수록 바텀 커버(10c) 및 이동 프레임(22)의 이동 범위가 작을 수 있다.

또한, 탄성 설정기(23)는 홀더(231)와 이동 프레임(22) 사이에 구비되는 탄성 부재(233_1~233_2)를 더 포함할 수 있다. 탄성 부재(233_1~233_2)의 일단은 홀더(231) 또는 홀더(231)의 가장자리에 결합된 스프링 연결 바디(232_1, 232_2)와 연결되고, 타단은 이동 프레임(22) 또는 이동 프레임(22)과 연결된 이동 축(2243)과 연결될 수 있다.

탄성 부재(233_1~233_2)는, 외력에 의해 이동 프레임(22)이 움직인 후, 이동 프레임(22)을 기준 위치로 복귀시킬 수 있다. 이동 프레임(22)이 기준 위치로 복귀됨에 따라, 커버(10) 또한 기준 위치로 복귀할 수 있다. 예컨대, 탄성 부재(233_1~233_2)는 인장 스프링으로 구현될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 탄성 설정기(23)는 제1 탄성 부재(233_1)와 제2 탄성 부재(233_2)를 포함할 수 있다. 제1 탄성 부재(233_1)의 일단은 제1 스프링 연결 바디(232_1)와 연결되고, 타단은 이동 축(2243)과 연결될 수 있다. 제2 탄성 부재(233_2)의 일단은 제2 스프링 연결 바디(232_2)와 연결되고, 타단은 이동 축(2243)과 연결될 수 있다. 제1 스프링 연결 바디(232_1)와 제2 스프링 연결 바디(232_2)는 이동 축의 전방으로 서로 이격되어 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 탄성 부재(233_1)와 제2 탄성 부재(233_2)는 이동 축(2243)을 중심으로 소정 각도를 이루어 형성될 수 있다. 제1 탄성 부재(233_1)는 이동 축(2243)을 전방 및 일 측방으로 이동시킬 수 있는 인장력을 이동 축(2243)에 작용할 수 있고, 제2 탄성 부재(233_2)는 이동 축(2243)을 전방 및 타 측방으로 이동시킬 수 있는 인장력을 이동 축(2243)에 작용할 수 있다. 제1 탄성 부재(233_1)의 탄성력과 제2 탄성 부재(233_2)의 탄성력의 크기는 동일할 수 있다.

그 결과, 바텀 커버(10c)에 외력이 인가되지 않는 경우, 이동 축(2243)은 제1 탄성 부재(233_1)와 제2 탄성 부재(233_2) 각각으로부터 작용되는 인장력의 합성에 의해, 제1 탄성 부재(233_1)와 제2 탄성 부재(233_2) 사이의 기준 위치에 위치할 수 있다. 상기 기준 위치는 스토퍼에 의해 형성될 수 있다.

한편, 외력에 의해 바텀 커버(10c) 및 이동 축(2243)이 일 측방으로 이동하는 경우, 타 측방에 존재하는 탄성 부재가 인장될 수 있다. 그 결과, 타 측방에 존재하는 탄성 부재로부터 작용되는 인장력의 크기가 더 커지므로, 이동 축(2243)은 기준 위치로 다시 복귀할 수 있다. 즉, 이동 축(2243)은 청소 로봇(1)의 후방뿐만 아니라, 양 측방으로 움직인 후에도 기준 위치로 안정적으로 복귀될 수 있다.

바텀 커버(10c)가 장애물과 충돌하거나 외력이 인가되어 움직이는 경우, 탄성 부재(233_1~233_2)는 이동 프레임(22)이 움직일 때 인장되어 외력을 흡수할 수 있다. 따라서, 고정부(21)로 인가되는 외력의 크기는 최소화될 수 있다. 또한, 인장 후 탄성 부재(233_1~233_2)은 압축되고, 바텀 커버(10c) 및 이동 프레임(22)은 움직임 이전의 기준 위치로 복귀할 수 있다. 또한, 탄성 부재(233_1~233_2)에 의해, 바텀 커버(10c)는 인가된 외력이 탄성 부재(233_1~233_2)의 인장력보다 작은 경우에는 움직이지 않을 수 있다. 이에 따라, 바텀 커버(10c)가 미세한 충격이나 외력에도 움직이는 불안정함을 해소할 수 있다.

도 4에서는 탄성 설정기(23)가 2개의 탄성 부재(233_1, 233_2)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 탄성 부재의 수는 변경될 수 있다. 또한, 탄성 부재는 인장 스프링 대신 이동 프레임(22)을 특정 위치로 복귀시키도록 작용하는 다양한 구성(예컨대, 댐퍼 등)으로 구현될 수도 있다.

실시 예에 따라, 탄성 설정기(23)는 바텀 커버(10c)의 움직임을 감지하는 센서 모듈(234)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 센서 모듈(234)은 홀 센서(hall sensor; 235)를 포함할 수 있다. 홀 센서는 홀 효과(hall effect)를 이용하여 자기장의 변화를 감지하는 센서를 의미한다. 이 경우, 이동 프레임(22)은 자기장을 발생하는 자성체(미도시)를 고정시키기 위한 자성체 고정부(2241)와 연결될 수 있다. 자성체(미도시)가 움직임에 따라 자기장이 변화하고, 센서(235)는 자기장의 변화를 감지함으로써 바텀 커버(10c)의 움직임을 감지할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 탄성 설정기의 평면도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 탄성 설정기(23)는 스토퍼(236)를 포함할 수 있다. 스토퍼(236)는 홀더(231)의 상부에 형성됨으로써, 홀더(231) 내부의 수용 공간 일부를 상부로 노출시킬 수 있다. 예컨대, 스토퍼(236)는 부채꼴 형태로 구현될 수 있다. 상기 부채꼴의 중심각은 180˚ 미만으로서, 부채꼴의 호는 열호에 해당할 수 있다. 상술한 바와 같이, 스토퍼(236)의 크기는 이너 바디(2242)의 크기보다 작게 형성될 수 있다. 따라서, 외부로부터 커버(10) 및 이동 프레임(22)으로 인가되는 외력에 의해 이너 바디(2242)가 홀더(231)로부터 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이동 프레임(22; 예컨대 전방 수평 프레임(224))의 이동 축(2243)은 탄성 부재(233_1~233_2)의 인장력에 의해 스토퍼(236)의 부채꼴 중심에 고정될 수 있다. 이동 축(2243)이 탄성 부재(233_1~233_2)에 의해 청소 로봇(1)의 전방 측으로 당겨지므로, 스토퍼(236)의 부채꼴 중심은 전방으로 형성될 수 있다. 이 경우, 이동 축(2243)은 부채꼴 중심에 접하여 고정되고, 외력에 의해 후방 및 측방으로 움직일 수 있다. 청소 로봇(1)은 일반적으로 전진 주행하는 바, 후방으로부터 외력이 인가될 가능성이 낮을 수 있다. 따라서, 이동 축(2243), 이동 프레임(22), 및 커버(10)는 탄성 부재(233_1~233_2)에 의해 전방으로 당겨져 기준 위치에 고정되므로, 커버(10)는 후방으로부터의 외력에 대해서는 구속될 수 있다.

외부로부터 외력이 인가되지 않는 경우에는, 이동 축(2243)이 스토퍼(236)의 부채꼴 중심, 즉 기준 위치에 고정되어 움직이지 않을 수 있다. 특히, 부채꼴의 중심각이 180˚ 미만으로 형성됨으로써, 이동 축(2243)이 좌우 방향으로 흔들리거나 떨리는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 이동 프레임(22) 및 이동 프레임(22)에 고정된 커버(10) 또한 흔들림이나 떨림 없이 안정적으로 고정될 수 있다.

도 6 내지 도 7은 탄성 설정기에 포함된 스토퍼의 예들을 보여주는 도면이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 스토퍼(236a, 236b)는 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 특히, 부채꼴의 중심(2361)의 각도는 180˚ 미만을 가질 수 있다. 즉, 스토퍼(236a, 236b)는 열호 형태로 형성될 수 있다. 이동 축(2243)은 스토퍼(236a, 236b) 내의 부채꼴 중심 위치, 즉 기준 위치에 고정될 수 있다. 이동 축(2243)과 연결된 탄성 부재(233_1~233_2)는 인장력을 이용하여 이동 축(2243)을 기준 위치에 고정할 수 있다. 특히, 스토퍼(236a, 236b)가 열호 형태로 형성됨에 따라, 스토퍼(236a, 236b)의 반지름면(2362, 2363)은 이동 축(2243)의 좌우 방향 흔들림을 차단함으로써 이동 축(2243)의 좌우 방향으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다.

도 7을 참조하면, 실시 예에 따라 부채꼴의 중심(2364)은 이동 축(2243)의 외곽에 대응하도록 형성됨으로써, 이동 축(2243)의 일부를 감싸는 형태를 취할 수 있다. 이에 따라, 이동 축(2243)은 부채꼴의 중심(2364)에 안정적으로 고정될 수 있다. 그 결과, 도 7에 도시된 스토퍼(236b)는 도 6에 도시된 스토퍼(236a)에 비해 이동 축(2243)의 흔들림을 보다 효과적으로 방지할 수도 있다.

도시되지는 않았으나, 스토퍼는 도 6 및 도 7에 도시된 형태에 한정되지 않고, 이와 유사한 범위 내에서 다양하게 형성될 수도 있다.

도 8은 도 5에 도시된 탄성 설정기의 A-A' 방향에 대한 단면도를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 이너 바디(2242)는 홀더(231)의 수용 공간 내에서 수평으로 움직일 수 있다. 이를 위해, 수용 공간의 폭은 이너 바디(2242)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 이너 바디(2242)가 홀더(231)의 수용 공간 내에서 움직일 때, 이너 바디(2242)의 하단으로 접하는 고정부(21)와의 마찰을 최소화할 필요가 있다. 이를 위해, 이너 바디(2242)의 하단에는 적어도 하나의 볼 수용부(2246) 및 볼(2247)이 형성될 수 있다. 외부로부터 인가되는 외력에 의해 이동 프레임(22)과 연결된 이너 바디(2242)가 움직이는 경우, 볼(2247)이 볼 수용부(2246) 내에서 회전함으로써 이너 바디(2242)와 고정부(21) 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다.

이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 청소 로봇(1)에 외력이 인가될 때의 이동 프레임(22) 및 탄성 설정기(23)의 동작에 대해 설명하기로 한다.

도 9 내지 도 11은 장애물과의 충돌 등에 따른 외력의 인가 시, 이동 프레임 및 탄성 설정기의 동작을 보여주는 예시도들이다.

도 9를 참조하면, 청소 로봇(1)의 주행 중 또는 정지 중, 청소 로봇(1)의 전방으로부터 외력이 인가될 수 있다(예컨대, 청소 로봇(1)의 전방에 장애물이 충돌하는 경우 등).

이 경우, 바텀 커버(10c)는 인가된 외력에 의해 후방으로 움직일 수 있다. 바텀 커버(10c)가 후방으로 움직이므로, 바텀 커버(10c)와 연결된 이동 프레임(22) 또한 후방으로 움직일 수 있다. 이동 프레임(22)이 후방으로 움직이므로, 이동 축(2243) 및 이너 바디(2242) 또한 후방으로 움직일 수 있다. 이에 따라, 이동 축(2243)과 일 단이 연결된 탄성 부재(233_1, 233_2)는 상기 외력에 의해 인장되어 외력을 흡수하고, 그 결과 탄성 부재(233_1, 233_2)와 연결된 고정부(21)는 움직이지 않을 수 있다.

또한, 바텀 커버(10c)의 움직임 범위는 탄성 설정기(23)에 포함된 스토퍼(236)의 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 스토퍼(236)의 크기는 바텀 커버(10c)와 고정부(21)의 직접 접촉을 방지하도록 형성될 수 있다. 즉, 스토퍼(236)를 형성하는 부채꼴의 반지름의 길이는, 바텀 커버(10c)와 고정부(21) 사이의 거리보다 작을 수 있다.

도 10을 참조하면, 청소 로봇(1)의 주행 중 또는 정지 중, 청소 로봇(1)의 일 측방(예컨대, 우측방)으로부터 외력이 인가될 수 있다(예컨대, 청소 로봇(1)의 우측방으로 장애물이 충돌하는 경우 등).

이 경우, 인가된 외력에 의해 바텀 커버(10c)는 좌측으로 움직일 수 있다. 바텀 커버(10c)가 좌측으로 움직이므로, 바텀 커버(10c)와 연결된 이동 프레임(22) 또한 좌측으로 움직일 수 있다. 이동 프레임(22)이 좌측으로 움직이므로, 이동 축(2243) 및 이너 바디(2242) 또한 좌측으로 움직일 수 있다. 이에 따라, 이동 축(2243)과 일 단이 연결된 탄성 부재(233_1, 233_2) 중 적어도 하나(233_1)는 상기 외력에 의해 인장되어 외력을 흡수하고, 그 결과 탄성 부재(233_1, 233_2)와 연결된 고정부(21)는 움직이지 않을 수 있다.

도 11을 참조하면, 도 9 또는 도 10과 같이 청소 로봇(1)으로 외력이 인가되면, 탄성 부재(233_1, 233_2) 중 적어도 하나는 인장되고, 이동 프레임(22) 및 이와 연결된 구성 요소들이 움직일 수 있다.

외력이 더 이상 인가되지 않는 경우, 인장된 탄성 부재(233_1, 233_2)는 압축될 수 있다. 탄성 부재(233_1, 233_2)가 압축됨에 따라, 이동 프레임(22)에 포함된 이동 축(2243)은 기준 위치(예컨대, 스토퍼(236)의 중심)로 복귀할 수 있다. 이에 따라, 이동 프레임(22), 이너 바디(2242), 및 바텀 커버(10c) 또한 기준 위치로 복귀할 수 있다. 탄성 부재(233_1, 233_2)는 소정 크기 이상의 외력이 인가되지 않는 경우에는 인장되지 않음으로써, 이동 축(2243)은 기준 위치에 고정되어 위치할 수 있다. 즉, 인가되는 외력의 크기가 탄성 부재(233_1, 233_2)의 인장력보다 큰 경우에만 바텀 커버(10c)가 움직일 수 있다. 따라서, 바텀 커버(10c)가 주행 중 미세한 충격에도 흔들리거나 떨리는 등의 불안정성을 해소할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 청소 로봇(1)은, 커버(10; 예컨대, 바텀 커버(10c)) 또는 이동 프레임(22)과 고정부(21) 사이에 구비되어 커버(10)와 고정부(21)를 연결하고, 커버(10)를 기준 위치에 탄성 고정할 수 있는 탄성 설정기(23)를 포함한다.

특히, 탄성 설정기(23)는 커버(10)에 인가되는 외력으로부터 고정부(21)에 구비되거나 고정부(21)와 연결된 각종 구성 요소들을 보호함과 동시에, 탄성 부재(233) 및 스토퍼(236)를 이용하여 커버(10)가 미세한 충격에도 흔들리거나 떨리는 등의 불안정성을 방지할 수 있다. 이에 따라, 탄성 설정기(23)는 청소 로봇(1)의 내부 구성 요소들을 외부의 충격이나 외력으로부터 효과적으로 보호할 수 있고, 청소 로봇(1)의 주행 중 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 청소 로봇에 있어서,
   외력이 인가되는 커버;
   상기 커버의 내부에 구비되는 고정부;
   상기 고정부와 연결되고, 상기 청소 로봇의 주행을 위한 주행부;
   상기 커버와 체결되고, 상기 커버의 움직임에 대응하여 움직이는 이동 프레임; 및
   상기 고정부와 상기 이동 프레임 사이에 구비되는 탄성 설정기를 포함하고,
   상기 탄성 설정기는,
   기준 위치를 형성하는 스토퍼; 및
   상기 이동 프레임을 상기 스토퍼의 상기 기준 위치에 탄성 고정하는 탄성 부재를 포함하는 청소 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이동 프레임과 연결되고, 상기 이동 프레임을 상기 고정부로부터 지지하는 이너 바디를 더 포함하는 청소 로봇.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄성 설정기는,
   상기 고정부와 체결되는 홀더를 포함하고,
   상기 홀더는,
   내부에 상기 이너 바디를 수용하는 수용 공간을 형성하는 청소 로봇.
4. 제3항에 있어서,
   상기 수용 공간의 크기는 상기 이너 바디의 크기보다 큰 청소 로봇.
5. 제3항에 있어서,
   상기 탄성 부재는,
   상기 이동 프레임과 연결되는 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 포함하는 청소 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 이동 프레임과 상기 이너 바디를 연결하는 이동 축을 더 포함하고,
   상기 제1 탄성 부재의 일단은 상기 이동 축과 연결되고, 타단은 상기 홀더와 연결되고,
   상기 제2 탄성 부재의 일단은 상기 이동 축과 연결되고, 타단은 상기 홀더와 연결되고,
   상기 제1 탄성 부재와 상기 제2 탄성 부재는 상기 이동 축을 중심으로 소정 각도를 이루도록 형성되는 청소 로봇.
7. 제6항에 있어서,
   상기 스토퍼는,
   상기 홀더 상부에 구비되어 상기 이동 축이 관통하는 청소 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 스토퍼의 크기는 상기 이너 바디의 크기보다 작은 청소 로봇.
9. 제7항에 있어서,
   상기 스토퍼는 부채꼴 형태로 형성되고,
   상기 부채꼴의 중심각은 180˚ 미만이고,
   상기 기준 위치는 상기 부채꼴의 중심에 해당하는 청소 로봇.
10. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 인장 스프링으로 구현되는 청소 로봇.
11. 청소 로봇에 있어서,
    외력이 인가되는 커버;
    상기 커버의 내부에 구비되는 고정부;
    상기 커버와 체결되고, 상기 커버의 움직임에 대응하여 움직이는 이동 프레임;
    상기 이동 프레임과 연결된 이동 축; 및
    상기 고정부와 상기 이동 프레임 사이에 구비되는 탄성 설정기를 포함하고,
    상기 탄성 설정기는,
    기준 위치를 형성하는 스토퍼; 및
    상기 이동 프레임을 상기 스토퍼의 상기 기준 위치에 탄성 고정하는 탄성 부재를 포함하고,
    상기 스토퍼는 부채꼴 형상으로 구현되고,
    상기 스토퍼의 부채꼴 중심은 상기 이동 축에 대응하여 상기 이동 축의 일부를 감싸도록 형성되는 청소 로봇.

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