KR20190109659A - 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치 - Google Patents

유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치에 관한 것으로서, 유리벽면과 흡착된 본체와 청소대상 유리벽면간의 거리, 본체의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 계측하여 센서정보를 생성하는 센서부; 센서정보를 토대로 기 설정된 제어로직 또는 원격지로부터 수신한 제어신호와 부합하도록 본체의 자율주행을 제어하는 자율주행부; 본체 저면에 구비되어 초음파 진동을 통해 유리벽면의 먼지를 탈거하고, 내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사해 유리벽면을 세척하는 세척부; 및 센서정보를 토대로 본체 저면에 구비된 자율주행부의 구동을 제어하고, 세척부의 초음파진동 발생, 세제 분출 및 세척수 분출을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치{ROBOT SCAVENGER APPARATUS FOR CLEANING WINDOW}
본 발명은 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 카메라, 거리측정센서, 라이더(LiDAR: Light Detection And Ranging)센서 및 관성측정센서(IMU: Inertia Measurement Unit)를 통해 청소대상 건물의 유리벽을 인식하여 자율주행과 동시에 세척하는 로봇 청소 장치에 관한 것이다.
일반적으로 건물의 벽면에 설치된 유리 창문들은 오랫동안 방치하게 되면 외부의 먼지, 공해 등의 영향으로 쉽게 오염되어 지저분해지거나 채광성이 떨어지게 되므로 건물의 외벽에 설치된 창문들의 경우 자주 닦아 청소해주는 것이 좋다.
하지만, 이러한 창문 닦기 작업에 있어서 사람의 손이 닿는 안쪽 면의 경우에는 걸레 등을 이용하여 비교적 용이하게 청소할 수 있지만, 사람이 손이 잘 닿지 않는 바깥쪽 면의 경우에는 청소 작업이 매우 번거로우며, 건물 외부에서 로프 또는 곤돌라 등에 매달려 유리창을 닦기 때문에 안전사고의 위험과 닦는 사람의 힘이 많이 드는 관계로 비효율적이다.
이러한 창문 닦기 기구들로서 현재 가장 편리하게 이용되고 있는 것들은 자석을 이용하여 유리창의 양 측면을 건물의 내측에서 청소할 수 있게 하는 이른바 자석식 양면 유리창 청소기구라 할 수 있다.
상기와 같은 기존의 양면 유리창 청소 기구의 구성을 살피면, 기본적으로 자석이 내장된 한 쌍의 청소구를 유리창의 내, 외측면에 각각 위치시킨 다음, 사용자가 실내면의 유리 청소구를 잡고 창문 표면을 따라 이동시키면서 닦아주면, 자석의 자력에 의해 실외면의 유리 청소구가 실내면의 청소구를 따라 함께 이동함으로써 유리창의 실내외 면의 세척 작업이 동시에 이루어질 수 있도록 구성되어있다.
그러나, 전술한 바와 같은 구성은 한 쌍의 청소구를 유리창의 내, 외측면에 각각 배치한 이후, 단일 유리창에 국한해 세척한 뒤, 청소구 한 쌍을 또 다른 유리창의 내, 외측면에 배치해야 하기 때문에, 청소를 위한 준비작업이 번거롭고 청소에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
아울러, 전술한 자석 방식은 유리창을 가운데 두고 앞뒤로 자석을 이용해 고정해야 하는바, 유리 표면에 이물질이 있을 경우 이동이 매끄럽지 못하고, 이중창과 같은 두께가 어느 정도 있는 경우 고정되는 힘이 떨어지는 단점이 있다.
1. 한국공개특허 제2012-0009927호 2. 한국공개특허 제2009-0128110호
본 발명의 목적은, 카메라, 거리측정센서, 라이더(LiDAR)센서 및 관성측정센서(IMU)를 통해 청소대상 건물의 유리벽을 인식함으로써, 창문 또는 창틀의 크기와 평면, 곡면 또는 단차를 갖는 유리벽 형상에 국한됨 없이 세척이 가능하게 하는데 있다.
본 발명의 목적은, 유리벽면과 흡착되어 자율주행, 청소대상 유리벽면의 먼지 탈거/흡입, 세척수 분사, 공기 분사 및 세척수 제거에 이르는 일련의 프로세스를 기 설정된 제어로직 또는 원격지로부터 수신한 제어신호 중에 어느 하나의 제어에 따라 수행함으로써, 관리자의 조작 없이도 청소대상 건물의 유리벽의 세척이 가능하게 하는데 있다.
본 발명의 목적은, 입력받은 청소대상 유리벽면의 면적 데이터와 센서가 측정한 계측 데이터를 토대로 곡면구간 및 단차에 따른 세척구간의 오차를 보정함으로써, 청소대상 유리벽면의 정밀한 세척이 가능하게 하는데 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치로서, 유리벽면과 흡착된 본체와 청소대상 유리벽면간의 거리, 본체의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 계측하여 센서정보를 생성하는 센서부; 센서정보를 토대로 기 설정된 제어로직 또는 원격지로부터 수신한 제어신호와 부합하도록 본체의 자율주행을 제어하는 자율주행부; 본체 저면에 구비되어 초음파 진동을 통해 유리벽면의 먼지를 탈거하고, 내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사해 유리벽면을 세척하는 세척부; 및 센서정보를 토대로 본체 저면에 구비된 자율주행부의 구동을 제어하고, 세척부의 초음파진동 발생, 세제 분출 및 세척수 분출을 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 센서부는 청소대상 유리벽면을 촬영하여 영상데이터를 생성하는 카메라; 적외선 또는 초음파를 통해 청소대상 유리벽면과의 거리를 계측하여 평면, 곡면 또는 단차 여부 판별을 위한 거리데이터를 생성하는 거리측정센서; 광검출기 어레이와 광학계로 구성되어 상기 본체와 수평 및 수직 방향에 위치한 물체와의 거리 및 위치를 측정하여 라이다데이터를 생성하는 라이더센서; 및 본체의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 측정하여 관성데이터를 생성하는 관성측정센서를 포함한다.
자율주행부는, 청소대상 유리벽면에 흡착되어 본체와 유리벽면 사이가 진공 상태를 유지시켜 본체가 유리벽면으로부터 추락하지 않도록 구성되는 흡착모듈; 및 센서정보 및 기 설정된 제어로직을 기반으로 본체 저면으로 인입 및 인출되는 복수개의 바퀴를 통해 유리벽면을 이동하는 이동모듈을 포함한다.
세척부는, 유리벽면을 지향해 발산한 초음파 진동을 통해 유리벽면의 먼지를 탈거시키는 초음파 진동발생기; 내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사하는 세척모듈; 및 본체 저면에 탈부착 가능하도록 구성되어 유리벽면에 흡착된 먼지 및 세척수를 제거하는 청소패드를 포함한다.
제어부는, 센서정보에 포함된 관성데이터를 토대로 자율주행부에 구비된 복수개의 바퀴 각각으로 동력을 인가하는 모터의 회전속도를 제어하여 본체의 주행 방향을 제어하는 것을 특징으로 한다.
제어부는, 본체와 유리벽면간의 진공상태를 감지하여 진공상태가 기 설정된 값을 벗어난 경우, 본체와 유리벽면간의 흡입 세기를 조절하는 제어신호를 자율주행부로 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 카메라, 거리측정센서, 라이더(LiDAR)센서 및 관성측정센서(IMU)를 통해 청소대상 건물의 유리벽을 인식함으로써, 창문 또는 창틀의 크기와 평면, 곡면 또는 단차를 갖는 유리벽 형상에 국한됨 없이 세척이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 유리벽면과 흡착되어 자율주행, 청소대상 유리벽면의 먼지 탈거/흡입, 세척수 분사, 공기 분사 및 세척수 제거에 이르는 일련의 프로세스를 기 설정된 제어로직 또는 원격지로부터 수신한 제어신호 중에 어느 하나의 제어에 따라 수행함으로써, 관리자의 조작 없이도 청소대상 건물의 유리벽의 세척이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 입력받은 청소대상 유리벽면의 면적 데이터와 센서가 측정한 계측 데이터를 토대로 곡면구간 및 단차에 따른 세척구간의 오차를 보정함으로써, 청소대상 유리벽면의 정밀한 세척이 가능이 가능한 효과가 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치를 도시한 구성도.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치의 센서부를 도시한 구성도.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치의 자율주행부를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치의 세척부를 도시한 구성도.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치의 제어부를 도시한 구성도.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치의 모니터링부를 도시한 도면.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)를 도시한 구성도이이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)는 그 본체(1)에 센서부(100), 자율주행부(200), 세척부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성되되, 본체(1)는 추락을 방지하기 위해 고정수단(2)을 통해 청소대상 건물의 권취부와 로프(R)로 연결되도록 구성되어 기 설정된 범위 내에서 자율주행을 통해 유리벽면을 청소하도록 구동하며, 본체(1)에는 세척수를 수용하는 탱크(3)가 탈부착 가능하도록 탑재될 수 있다. 이때, 탱크(3)는 5리터 이하 용량의 세척수 바람직하게는 1리터 내지 6리터의 세척수를 수용하도록 구성되나 본 발명이 상기 용량에 국한되는 것은 아니다.
아울러, 본체(1)에 구비된 탱크(3)로의 세척수 공급은 로프(R)를 통해서 이루어지며, 로프(R)는 와이어로 구성되어 그 내부에 세척수 공급호스 및 복수의 전기선을 수용하도록 구성된다. 또한, 청소대상 건물에는 로프(R)와 연결된 세척수 공급장치(4)가 설치되어 본체(1)에 구비된 탱크(3)로 세척수를 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)의 센서부(100)의 세부구성을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센서부(100)는 청소대상 유리벽면을 촬영하고, 본체(1)와 청소대상 유리벽면간의 거리를 계측하고, 본체(1)의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 계측하여 본체(1)의 자율주행을 위한 센서정보를 생성하며, 카메라(110), 거리측정센서(120), 라이더센서(130), 관성측정센서(140) 및 센서제어모듈(150)을 포함하여 구성된다.
구체적으로 센서부(100)의 카메라(110)는 본체(1) 일측에 구비되어 청소대상 유리벽면을 촬영하여 영상데이터를 생성한다.
거리측정센서(120)는 본체(1) 일측에 구비되어 적외선 또는 초음파를 통해 청소대상 유리벽면과의 거리를 계측하여 평면, 곡면 또는 단차 여부 판별을 위한 거리데이터를 생성한다.
라이더센서(130)는 본체(1) 일측에 구비되어 광검출기 어레이와 광학계로 구성되어 본체(1)와 수평 및 수직 방향에 위치한 물체와의 거리 및 위치를 측정하여 라이다데이터를 생성한다. 이때, 라이다데이터는 직진성 레이저의 피드백을 통해 물체와의 거리 및 위치를 분별하여 창문과 창틀의 폭 및 너비를 인식하기 위한 데이터로 이해함이 바람직하다.
관성측정센서(140)는 본체(1) 측면에 복수개로 구비되어 본체(1)의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 측정하여 관성데이터를 생성한다. 이때, 관성데이터는 본체(1)의 이동속도, 방향전환 및 장애물 회피 각각의 제어를 위한 데이터로 이해함이 바람직하다.
센서제어모듈(150)은 상기 영상데이터, 거리데이터, 라이다데이터 및 관성데이터를 실시간으로 취합하여 본체(1)의 자율주행을 위한 기초데이터인 센서정보를 생성하고, 제어부(400)로부터 인가받은 제어신호에 부합하도록 센서정보에 대한 보정을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)의 자율주행부(200)의 세부구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 자율주행부(200)는 청소대상 유리벽면에 흡착되어 센서부(100)로부터 인가받은 센서정보를 토대로 기 설정된 제어로직 또는 원격지로부터 수신한 제어신호와 부합하도록 본체(1)의 자율주행을 제어하며, 흡착모듈(210) 및 이동모듈(220)을 포함하여 구성된다.
흡착모듈(210)은 청소대상 유리벽면에 흡착되어 본체(1)와 유리벽면 사이가 진공 상태를 유지하도록 구성된다. 이때, 흡착모듈(210)은 복수개의 고속 팬 모터(211)를 통해 외기를 흡입해 진공 상태를 유지시켜 본체(1)가 유리벽면에서 추락하지 않도록 구성되며, 본체(1) 저면의 외주면을 에두르는 고무밀대(212)를 구성하여 본체(1) 저면과 유리벽면 사이의 공기가 외기로 누출되는 것을 방지한다.
이동모듈(220)은 센서정보 및 기 설정된 제어로직을 기반으로 본체(1) 저면으로 인입 및 인출되는 복수개의 바퀴를 통해 유리벽면을 이동한다. 이때, 이동모듈(220)은 흡착모듈(210)에 의해 본체(1)와 유리벽면이 흡착된 상태에서 본체(1)가 이동하도록 구성되며, 바퀴는 유리벽면과 흡착되는 고무재질로 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)의 세척부(300)의 세부구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 세척부(300)는 본체(1) 저면에 구비되어 초음파 진동발생기(310)를 통해 유리벽면의 먼지를 탈거하고, 내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사해 유리벽면을 세척하며, 공기를 분사해 벨크로 처리된 극세사로 세척수를 제거하며, 초음파 진동발생기(310), 세척모듈(320) 및 청소패드(330)를 포함하여 구성된다.
초음파 진동발생기(310)는 본체(1) 저면에 구비되어 유리벽면을 지향해 발산한 초음파 진동을 통해 유리벽면의 먼지를 탈거시키다.
세척모듈(320)은 본체(1) 저면에 구비되어 내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사한다. 이때, 세제 및 세척수 분사는 본체(1)의 이동시간 또는 기 설정된 시간 마다 분사하도록 구성될 수 있다.
청소패드(330)는 본체(1) 저면에 탈부착 가능한 벨크로 처리된 극세사로 구성되어 유리벽면에 흡착된 먼지 및 세척수를 제거한다.
세척부(300)는 압축된 공기를 분사해 유리벽면에 흡착된 먼지를 탈거하거나 유리벽면의 세척수를 건조시키는 공기압축기(340)와, 유리벽면의 먼지제거와 세척수 제거를 위해 구동되는 롤러(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)의 제어부(400)의 세부구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 본체(1) 내부에 구비되어 센서부(100)로부터 인가받은 센서정보를 토대로 본체(1) 저면에 구비된 자율주행부(200)의 구동을 제어하고, 세척부(300)의 초음파진동 발생, 세제 분출 및 세척수 분출을 제어한다.
이때, 제어부(400)는 센서정보에 포함된 관성데이터를 토대로 자율주행부(200)의 구동을 제어하되, 자율주행부(200)에 구비된 복수개의 바퀴 각각으로 동력을 인가하는 모터의 회전속도를 제어하여 본체(1)의 주행 방향을 제어할 수 있다.
제어부(400)는 자율주행부(200)이 흡착모듈(210)을 통해 본체(1)와 유리벽면간의 진공상태를 감지하여 진공상태가 기 설정된 값을 벗어난 경우, 흡착모듈(210)의 흡입 세기를 조절하는 제어신호를 자율주행부(200)로 인가한다.
제어부(400)는 본체(1)의 추락 방지를 위해 청소대상 건물과 연결된 로프의 감김을 제어하여 로프가 기 설정된 범위 이내의 장력을 유지하도록 제어한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치(A)의 모니터링부(500)를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 모니터링부(500)는 원격지에 구비되어 무선통신망을 통해 제어부(400)로부터 수신한 센서정보를 시계열적으로 출력하고, 본체(1)의 구동 제어를 위한 제어신호를 제어부(400)로 전송하여 원격지에서도 본체(1)의 제어가 가능하도록 구성된다.
또한, 모니터링부(500)는 제어부(400)로부터 수신한 센서정보에 포함된 영상데이터를 디스플레이 하여 실시간으로 유리벽면의 세척상태를 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
A: 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치
R: 로프 1: 본체
2: 고정수단 3: 탱크
4: 세척수 공급장치 100: 센서부
110: 카메라 120: 거리측정센서
130: 라이더센서 140: 관성측정센서
150: 센서제어모듈 200: 자율주행부
210: 흡착모듈 211: 고속 팬 모터
212: 고무밀대 220: 이동모듈
300: 세척부 310: 초음파 진동발생기
320: 세척모듈 330: 청소패드
340: 공기압축기 350: 롤러
400: 제어부 500: 모니터링부

Claims (6)

  1. 로봇 청소 장치에 있어서,
    유리벽면과 흡착된 본체와 청소대상 유리벽면간의 거리, 본체의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 계측하여 센서정보를 생성하는 센서부;
    상기 센서정보를 토대로 기 설정된 제어로직 또는 원격지로부터 수신한 제어신호와 부합하도록 본체의 자율주행을 제어하는 자율주행부;
    상기 본체 저면에 구비되어 초음파 진동을 통해 유리벽면의 먼지를 탈거하고, 내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사해 유리벽면을 세척하는 세척부; 및
    상기 센서정보를 토대로 본체 저면에 구비된 자율주행부의 구동을 제어하고, 상기 세척부의 초음파진동 발생, 세제 분출 및 세척수 분출을 제어하는 제어부를
    포함하는 것을 특징으로 하는 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    청소대상 유리벽면을 촬영하여 영상데이터를 생성하는 카메라;
    적외선 또는 초음파를 통해 청소대상 유리벽면과의 거리를 계측하여 평면, 곡면 또는 단차 여부 판별을 위한 거리데이터를 생성하는 거리측정센서;
    광검출기 어레이와 광학계로 구성되어 상기 본체와 수평 및 수직 방향에 위치한 물체와의 거리 및 위치를 측정하여 라이다데이터를 생성하는 라이더센서; 및
    상기 본체의 속도, 방향, 중력 및 가속도를 측정하여 관성데이터를 생성하는 관성측정센서를
    포함하는 것을 특징으로 하는 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자율주행부는,
    청소대상 유리벽면에 흡착되어 본체와 유리벽면 사이가 진공 상태를 유지시켜 본체가 유리벽면으로부터 추락하지 않도록 구성되는 흡착모듈; 및
    상기 센서정보 및 기 설정된 제어로직을 기반으로 본체 저면으로 인입 및 인출되는 복수개의 바퀴를 통해 유리벽면을 이동하는 이동모듈을
    포함하는 것을 특징으로 하는 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세척부는,
    유리벽면을 지향해 발산한 초음파 진동을 통해 유리벽면의 먼지를 탈거시키는 초음파 진동발생기;
    내부에 충진된 세제 및 세척수를 유리벽면으로 분사하는 세척모듈; 및
    상기 본체 저면에 탈부착 가능하도록 구성되어 유리벽면에 흡착된 먼지 및 세척수를 제거하는 청소패드를
    포함하는 것을 특징으로 하는 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서정보에 포함된 관성데이터를 토대로 상기 자율주행부에 구비된 복수개의 바퀴 각각으로 동력을 인가하는 모터의 회전속도를 제어하여 상기 본체의 주행 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체와 유리벽면간의 진공상태를 감지하여 진공상태가 기 설정된 값을 벗어난 경우, 상기 본체와 유리벽면간의 흡입 세기를 조절하는 제어신호를 상기 자율주행부로 인가하는 것을 특징으로 하는 유리벽 세척을 위한 로봇 청소 장치.
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