KR20200029256A - 로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템 - Google Patents

Abstract

로봇 청소기, 로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기는, 본체에 내장된 배터리; 배터리 충전 요청에 따라, 충전 스테이션으로부터 발신되는 광신호를 감지하는 센싱부; 감지된 광신호에 응답하여, 충전 스테이션의 위치로 본체를 이동시키는 주행부; 본체가 충전 스테이션의 위치에 도달하여 도킹이 수행되면, 충전 스테이션으로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 전원수신부; 무선 전송되는 전력을 기초로 유기전압을 감지하고, 감지된 유기전압의 크기를 충전 스테이션의 입력전압과 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 배터리의 충전 개시 여부를 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템{CLEANER AND AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 충전 스테이션을 통해 배터리의 무선충전이 가능한 로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 우주 항공 로봇, 의료용 로봇뿐만 아니라, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.

가정용 로봇의 대표적인 예로 로봇 청소기를 들 수 있다. 로봇 청소기는 일정 영역을 스스로 주행하면서 바닥을 청소하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 가정용 로봇 청소기는 집안 내부를 자율 주행하며 바닥의 먼지(이물질을 포함한다)를 흡입하거나 바닥을 걸레질하도록 이루어진다.

이러한 로봇 청소기는 일반적으로 충전 가능한 배터리 및 주행 중 장애물을 회피할 수 있는 각종 센서를 구비하여, 집안 내부를 스스로 주행하며 청소 기능을 수행한다.

로봇 청소기는 지속적인 작동을 위해서는 배터리의 충전이 반드시 필요하다. 특히 자율 주행 특성을 갖는 로봇 청소기는 충전 또한 자동 충전 또는 자율 충전 특성을 가져야 한다.

한편, 접속단자를 이용한 충전 방식의 경우, 로봇 청소기가 접속단자의 접속위치에 정확하게 접속되지 않으면, 배터리에 대한 전원 충전에 오류가 발생하는 문제가 있다. 이를 위해, 접속단자의 물리적인 접속없이 효과적으로 로봇 청소기의 배터리 충전이 이루어질 수 있도록, 무선충전방식의 충전이 고려될 수 있다.

등록특허 KR101470364 B1

본 발명의 일 목적은, 무선충전방식의 배터리 충전시 일정수준의 틀어짐은 허용하면서 동시에 배터리 충전의 충전 성능 만족은 보장되는 로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 입력전압, 부하크기의 변동 등의 다양한 상황 조건에서도, 성능이 감소된 상태에서의 충전 상황을 미연에 방지하고 일정수준의 틀어짐만 허용하여 시각적인 안정감도 제공되는 로봇 청소기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 청소기는 흡입력을 발생시키는 흡입 모터를 구비한 본체; 본체에 내장된 배터리; 배터리 충전 요청에 따라, 충전 스테이션으로부터 발신되는 광신호를 감지하는 센싱부; 상기 감지된 광신호에 응답하여, 상기 충전 스테이션의 위치로 본체를 이동시키는 주행부; 본체가 상기 충전 스테이션의 위치에 도달하여 도킹이 수행되면, 상기 충전 스테이션으로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 전원수신부; 및 상기 무선 전송되는 전력을 기초로 유기전압을 감지하고, 감지된 유기전압의 크기를 상기 충전 스테이션의 입력전압과 상기 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 상기 배터리의 충전 개시 여부를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 감지된 유기전압의 크기가 상기 기준유기전압보다 크면, 상기 배터리의 충전을 개시하는 제어신호를 상기 충전 스테이션으로 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 전원수신부는, 상기 제어신호가 상기 충전 스테이션으로 전송된 것에 응답하여, 상기 충전 스테이션에 구비된 송신코일로부터 자기 유도 방식으로 송신되는 전원을 상기 전원수신부의 수신코일을 통해 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 감지된 유기전압의 크기가 상기 기준유기전압 이하이면 충전 불가 상태로 판단하고, 상기 충전 스테이션에 대한 재도킹을 수행하는 주행명령을 상기 주행부에 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 기준유기전압은, 도킹시 상기 충전 스테이션의 송신코일과 상기 전원수신부의 수신코일이 정해진 오프셋(off)만큼 이격된 것을 조건으로 하였을 때 감지되는 최소유기전압인 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 정해진 오프셋(off)은 10mm 이며, 상기 제어부는, 상기 최소유기전압을 기초로 상기 정해진 오프셋(off)을 초과하였는지 판단하여, 배터리의 충전 개시 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 충전 스테이션의 송신코일과 상기 전원수신부의 수신코일이 상기 정해진 오프셋(off)을 초과하도록 이격된 상태에서 감지된 유기전압이 충전가능한 전압범위내인 경우라도 상기 충전 스테이션에 대한 재도킹을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 정해진 오프셋을 만족하는 최소유기전압의 값은, 상기 부하 상태, 상기 배터리의 충전에 따라 변화하는 부하레벨, 및 상기 충전 스테이션에 공급되는 입력전압의 크기 중 적어도 하나에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 부하 상태, 상기 부하레벨, 상기 입력전압의 크기에 따라 달라지는 상기 정해진 오프셋 조건을 만족하는 최소유기전압의 값이 미리 저장되는 메모리를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 무선 전송되는 전력을 기초로 유기전압이 감지되면, 상기 메모리에 저장된 상기 정해진 오프셋 조건을 만족하는 최소유기전압의 값들 중 하나를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 감지된 유기전압을 배터리 충전 경과에 따라 감소될 예측유기전압의 크기로 전환하여 상기 기준유기전압의 크기와 비교하고, 비교 결과에 따라 충전 개시 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시 예에서, 상기 감지된 유기전압과 상기 기준유기전압의 비교 결과에 따른 충전 개시 여부에 대응되는 서로 다른 알람을 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 청소기의 충전 스테이션은 로봇 청소기의 배터리 충전을 위해 도킹을 유도하는 광신호를 발신하는 발광 소자; 상기 로봇 청소기의 도킹이 수행되면, 구비된 송신코일을 통해 상기 로봇 청소기의 수신코일로 전력을 무선 송신하는 송신전원부; 및 상기 전력을 기초로 상기 로봇 청소기에서 감지된 유기전압의 크기를 수신하고, 수신된유기전압을 입력전압과 상기 로봇 청소기의 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 충전 개시 여부를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 실시 예에 따른 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템은 배터리가 내장된 로봇 청소기; 및 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 스테이션을 포함하고, 상기 충전 스테이션은, 배터리 충전 요청에 따라 상기 로봇 청소기와 도킹이 수행되면, 구비된 송신코일을 통해 상기 로봇 청소기의 수신코일로 전력을 무선 송신하고, 무선 송신된 전력을 기초로 상기 로봇 청소기에서 감지된 유기전압의 크기를 수신하고, 수신된 유기전압을 입력전압과 상기 로봇 청소기의 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 충전 개시 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템에 의하면, 무선충전 방식에 따라 접속단자의 물리적인 접속없이 효과적으로 로봇청소기의 배터리 충전이 이루어지며, 일단 충전이 개시되면 완충될때까지 끊김 없는 충전이 보장될 수 있다.

또한, 정해진 범위의 틀어짐만을 허용함으로써, 성능이 감소된 상태에서의 충전 상황을 미연에 방지할 수 있고, 최대 출력으로 충전되는 상황을 보장하며, 보다 확실한 도킹을 보장한다.

나아가, 입력전압, 부하크기의 변동, 틀어짐의 거리변화 등의 다양한 상황 조건에서도 예상된 일정 틀어짐(misalignment)을 보장함으로써, 사용자로 하여금 충전 성능 만족과 함께 시각적인 안정감도 제공된다.

도 1a는 본 발명과 관련된 실시 예에서, 로봇 청소기가 무선충전가능한 충전 스테이션에 도킹된 것을 보여주는 도면이다.
도 1b는 본 발명과 관련된 실시 예에 따른 무선충전가능한 충전 스테이션을 보인 사시도이고, 도 1c는 본 발명과 관련된 실시 예에 따른 로봇 청소기의 예시 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명과 관련된 실시 예에서, 로봇 청소기가 무선충전가능한 충전 스테이션에 도킹시, 틀어짐(misalignment)이 발생한 것을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명과 관련된 실시 예에서, 로봇 청소기가 무선충전가능한 충전 스테이션에 도킹에 따라 유기전압의 발생되는 것을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명과 관련된 실시 예에 따라, 도킹시 틀어짐(misalignment) 발생을 고려하여, 정해진 허용이격거리를 적용하여 충전 개시 여부를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 6은 본 발명과 관련된 실시 예에서, 배터리의 부하레벨 및 도킹시 틀어짐(misalignment)의 이격거리의 변화에 따라 예측되는 유기전압의 값들을 보여주는 예시 도표이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 8a, 도 8b는 본 발명과 관련된 실시 예에서, 충전시 출력전력, 배터리의 부하레벨, 도킹시 틀어짐(misalignment)의 이격거리의 다양한 조건에 따라 달라지는 유기전압 크기를 보여주는 그래프들이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는 본 발명과 관련된 실시 예에서, 입력전압이 달라지는 조건에서 틀어짐(misalignment)의 이격거리의 변화와 배터리의 부하레벨에 따라 달라지는 유기전압의 크기를 보여주는 그래프들이다.
도 9는 본 발명과 관련된 실시 예에서, 다양한 조건에 따라 정해진 허용이격거리와 이를 초과하는 이격거리에서의 유기전압의 크기변화를 비교한 도표이다.

이하, 본 발명에 관련된 무선충전가능한 충전 스테이션을 구비한 로봇 청소기 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a는 본 발명과 관련된 실시 예에서, 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(200)에 도킹된 것을 보여주는 도면이다.

로봇 청소기(100)는 무선으로 구동되므로, 청소기 본체(110)에 구비된 배터리(미도시)의 충전이 요구된다.

배터리의 충전이 필요한 경우, 로봇 청소기(100)를 무선충전가능한 충전 스테이션(200) 근처로 ‘호밍’하기 위해 로봇 청소기(100)에 구비된 센싱 유닛(130)이 동작될 수 있다.

구체적으로, 로봇 청소기(100)의 센싱 유닛(130)은 지속적으로 충전 스테이션(200)의 발광 소자(250)에서 전송되는 광신호를 센싱하여 충전 스테이션(200)의 위치로 접근할 수 있게 한다. 여기에서, 호밍이란, 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(200)의 위치로 접근하는 것을 의미한다.

로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(200)의 위치로 접근한 다음, 도킹이 이루어진다.

여기에서, 도킹이란, 충전 스테이션(200)에 접근된 로봇 청소기(100)에 구비된 코일(320)(이하, ‘수신코일’)이 충전 스테이션(200)측의 코일(310)(이하, ‘송신코일’)과 무선전력전송 가능하게 접속되는 것을 의미한다.

이를 위해, 로봇 청소기(100)의 흡입 유닛(120)에는 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)로부터 무선전력을 수신할 수 있는 수신코일(320)이 구비된다.

도킹을 위해, 로봇 청소기(100)에 구비되는 센싱 유닛(130)은 지속적으로 충전 스테이션(200)의 발광 소자(250)에서 전송되는 광신호를 센싱하게 된다. 또한, 로봇 청소기(100)의 배터리가 충전이 필요한 시점에 이르면, 자동 충전 알고리즘에 따라, 전술한 호밍 및 도킹을 수행하도록 로봇 청소기(100)가 작동하게 된다.

구체적으로, 로봇 청소기(100)가 센싱 유닛(130)을 통해 도킹 유도 광신호를 찾게 되면, 로봇 청소기(100)는 도킹을 시도하게 된다. 도킹 유도 광신호는 직선광 형성 구조에 의해 직선광으로 방출된다. 그리고, 로봇 청소기(100)의 센싱 유닛(130)은 직선광을 따라 점차 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)측에 접근하게 된다.

이때, 충전 스테이션(200)의 하우징(210)의 바닥(210a)과 벽(210b)에는 로봇 청소기(100)를 송신코일(310)로 유도하는 방향을 따라 흡수 패턴(231)이 형성될 수 있다. 흡수 패턴(231)은 로봇 청소기(100)의 수신코일(320)이 송신코일(310)를 향해 도킹하는 과정에서 흔들림 없이 직선 방향을 따라 이동하도록 안내한다.

다음, 도 1b는 본 발명의 충전 스테이션(200)을 보인 사시도다.

충전 스테이션(200)의 외관은 하우징(210)에 의해 형성된다. 하우징(210)은 투명 또는 반투명한 소재로 이루어진다. 따라서 하우징(210)을 통해 하우징(210) 내부의 구성들은 하우징(210)을 통해 외부에 시각적으로 노출될 수 있다. 도 1b에서는 발광 소자 고정 부재(240)와 흡수 패턴(231)이 하우징(210)을 통해 시각적으로 노출되는 것으로 도시되었다.

하우징(210)은 바닥(210a)과 벽(210b)을 구비한다. 도 1b에서 벽(210b)을 기준으로 바닥(210a)이 형성되는 방향이 충전 스테이션(200)의 전방에 해당하고, 그 반대쪽이 후방에 해당한다.

송신코일(310)는 하우징(210) 내에 내장되며, 로봇 청소기(100)의 수신코일(320, 도 1a)와 자기 결합하여 유도전류가 발생될 수 있게 형성된다. 로봇 청소기의 수신코일(320)이 흡입 유닛(120)에 설치되는 경우, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310) 또한 로봇 청소기의 수신코일(320)과 대응되는 위치에 설치되어야 할 것이다.

충전 스테이션(200)은 전원 케이블(미도시)과 연결되어, 충전을 위한 전원을 공급받는다. 예를 들어, 전원 케이블의 플러그를 콘센트에 꼽으면, 충전 스테이션(200)은 로봇 청소기를 충전할 수 있는 상태에 놓이게 된다. 이때에, 전원 케이블을 통해 공급받은 입력전압의 크기는 달라질 수 있다.

충전 스테이션(200)에 로봇 청소기의 도킹이 완료되고 나면, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 로봇 청소기(100)의 수신코일(320)를 통해 생성된 유기전압에 의해 로봇 청소기의 배터리가 충전된다.

다음, 도 1c는 로봇 청소기(100)의 예시 구성을 도시한 블록도이다.

로봇 청소기(100)는 주행부(111), 센싱부(130), 출력부(150), 전원부(160), 메모리(170), 제어부(180), 및 전원수신부(190)를 포함하여 이루어질 수 있다.

주행부(111)는 제어부(180)로부터 전달되는 제어신호에 따라 로봇 청소기(100)를 이동시킨다. 이를 위해, 주행부(111)는 메인 휠(111a)과 서브 휠(111b)을 구비하여, 제어부(180)의 제어신호에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 회전하도록, 메인 휠(111a)과 서브 휠(111b)을 독립적으로 구동시킨다.

센싱부(130)는, 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이 로봇 청소기(100)의 최전방에 위치하여 흡입 유닛(120)이 장애물 등과 부딪히지 않도록 전방의 장애물, 지형물 등을 감지한다. 또한, 센싱부(130)는 배터리 충전 필요 시점에 충전 스테이션(200)의 위치에 접근하기 위해, 충전 스테이션(200)에서 방사되는 광신호를 감지한다.

출력부(150)는 제어부(180)로부터 전달되는 제어신호에 따라 배터리 잔량을 표시할 수 있다. 예를 들어, 출력부(150)는 배터리 상태 또는 충전 개시, 충전 실패, 충전 중 끊김, 충전 완료 등의 충전 동작과 관련된 알림을 출력할 수 있다. 이를 위해, 출력부(150)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

또한, 출력부(150)는 화면 외에, 음향 출력 수단을 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 제어부(180)에 의해 생성된 경고 신호에 따라 외부에 경고음을 출력할 수 있다.

전원부(160)는 로봇 청소기(100)의 각 구성들에 전원을 공급한다. 이를 위해, 전원부(160)는 충전이 가능한 배터리를 포함한다. 배터리는, 로봇 청소기(100) 중앙의 하부에 위치하거나 또는 좌, 우측 중 어느 한쪽에 위치할 수도 있다. 후자의 경우, 이동 로봇은 배터리의 무게 편중을 해소하기 위해 균형추를 더 구비할 수 있다.

메모리(170)는 로봇 청소기(100)를 제어 또는 구동하는 제어 프로그램 및 그에 따른 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 비휘발성 메모리를 주로 사용한다. 여기서, 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory, NVM, NVRAM)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지할 수 있는 저장 장치로서, 일 예로, 롬(ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 마그네틱 컴퓨터 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브, 마그네틱 RAM, PRAM 등일 수 있다.

제어부(180)는 로봇 청소기(100)의 전반적인 동작을 모두 제어한다. 또, 제어부(180)는 배터리의 충전량을 기초로 충전 필요 시점을 결정할 수 있다. 또, 제어부(180)는 충전 필요 시점에, 충전 스테이션(200)으로 접근하기 위해 센싱부(140)와 주행부(111)의 구동을 제어할 수 있다.

전원수신부(190)는 배터리를 무선충전하기 위한 수신코일(320, 도 1a)을 포함할 수 있다.

로봇 청소기(100)가 무선충전가능한 충전 스테이션(200)과 도킹되면, 전원수신부(190)는 충전 스테이션(200)으로부터 무선 송신되는 전력을 자기유도방식(WPC)으로 무선 수신할 수 있다.

구체적으로, 로봇 청소기(100) 측의 수신코일(320)은 충전 스테이션(200) 측의 송신코일(310)과 자기적으로 형성되면서 상호 인덕턴스로 인해 발생되는 자기 결합에 의해 유도전류를 발생시킨다. 이와 같이 자기유도방식(WPC)으로 무선 수신된 전원이 전원부(160)의 배터리에 지속적으로 공급됨으로써, 무선충전이 수행된다.

이상에서 살펴본 구성 중 적어도 일부를 포함하여 이루어진 본 발명에 따른 로봇 청소기(100)는 배터리의 충전 필요 시점에 도달하면, 충전 스테이션(200)에 접근하여 호밍, 도킹을 시도한다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 로봇 청소기(100)측의 수신코일(320)이 자기유도방식으로 전원을 공급할 수 있게 접속하도록, 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(200)에 도킹을 시도한다.

충전 스테이션(200)에 로봇 청소기(100)의 도킹이 완료되고 나면, 충전 스테이션(200)측의 송신코일(310)과 로봇 청소기(100)측의 수신코일(320)이 무선전력전송가능하게 접속되어, 로봇 청소기(100)의 배터리가 자동으로 충전된다.

도 2a에서, 송신코일(310)은 무선충전 Rx 코일이고 수신코일(320)은 무선충전 Tx 코일로 도시하였다. 송신코일(310)과 수신코일(320) 간의 수직 이격거리는 갭(gap)으로 도시하였다. 이때, 갭(gap)의 편차는, 기구적인 편차를 고려하여 10±2mm로 설계된 것으로 가정하였다. 갭(gap)의 편차는, 이하에서 설명되는 가로방향의 틀어짐(mislignment)으로 인한 이격거리와는 다르며, 기구적인 편차로 제어가능한 것이 아니다. 따라서, 본 명세서에서 실험적으로 데이터로 갭(gap)의 크기를 8mm, 12mm으로 하였으나, 고정된 조건으로 보아도 될 것이다.

한편, 도킹시 가로방향으로 약간의 틀어짐(mislignment)이 발생한 경우에는 무선충전이 제대로 이루어지지 않게 된다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 도킹 과정에서 가로축(301)을 기준으로 약간의 틀어짐(mislignment)이 발생하면, 송신코일(310)과 수신코일(320)간에 그만큼의 오프셋(offset)이 발생하게 된다.

여기에서, 상기 오프셋(offset)은 도킹시 가로방향의 틀어짐(mislignment)으로 인해 야기되는 송신코일(310)의 위치와 수신코일(320)의 위치 간의 이격거리를 의미할 수 있다. 이러한 경우 자기장 세기가 감소하게 되는데, 이는 수신코일(320)에 유도되는 유기전압의 감소로 이어진다. 이와 같이 유기전압이 감소되면, 충전 성능이 떨어져서 충전 시간이 증가하거나 또는 충전 도중에 끊김이 발생할 수 있다.

그러나, 오프셋(offset)을 전혀 허용하지 않게 되면 로봇 청소기(100)가 정확하게 도킹을 수행하는데 소요되는 시간이 길어져서 비효율적이게 된다. 이에, 본 명세서에서는 일정수준의 틀어짐(mislignment)에서는 무선전력전송이 가능하도록 허용하면서 최대출력으로 무선충전을 보장하기 위한 방법을 구현하였다.

도 2c를 참조하여, 일정수준의 틀어짐(mislignment)이 허용되는 최대이격거리를 설명하겠다.

먼저, 도 2c의 (a)는 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(200)에 완벽하게 도킹된 경우로, 가로축(301)을 기준으로 틀어짐(mislignment)이 전혀 없거나 거의 발생하지 않은 경우를 도시한 것이다. 이러한 경우, 충전 스테이션(200)의 송신코일 Tx(310a)과 로봇 청소기(100)의 수신코일 Rx(320a) 간에 오프셋(off)도 없게 되어, 배터리가 최대출력으로 충전된다.

도 2c의 (b)는 로봇 청소기(100)가 충전 스테이션(200)에 도킹시, 가로축(301)을 기준으로 약간의 틀어짐(mislignment)이 발생한 경우이다. 이러한 경우, 충전 스테이션(200)의 송신코일 Tx(310b)과 로봇 청소기(100)의 수신코일 Rx(320b) 간에 이격거리, 즉 오프셋(off)이 발생하게 된다.

송신코일 Tx(310b)과 수신코일 Rx(320b) 간의 이격거리, 즉 오프셋(off)이 커질수록, 송신코일 Tx(310b)로부터 수신코일 Rx(320b)로 전달되는 무선전력송신의 크기도 비례하여 감소되므로, 충전 성능이 떨어진 상태에서 충전이 이루어진다. 이로 인해, 충전 시간의 길어지고, 전원이 낭비되며, 충전 도중에 끊김이 발생할 수도 있다.

한편, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 로봇 청소기(100)의 수신코일(320) 간의 오프셋(off)은 도킹시 측정할 수 있는 것이 아니다.

이에, 본 명세서에서는 오프셋(off)이 커질수록 수신코일(320)에 자기유도방식으로 수신되는 유기전압의 크기가 감소되는 특성을 이용하였다. 구체적으로, 정해진 오프셋(off)에 매칭되는 크기의 유기전압이 감지되면 충전을 개시하고, 정해진 오프셋(off)을 초과하는 조건에서 유도되는 유기전압이면 충전하지 않도록 구현하였다.

또한, 본 명세서에서는, 배터리 충전시, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 로봇 청소기(100)의 수신코일(320) 간에 최대허용이격거리를 정해진 오프셋(off)으로 가져가기 위해, 기준유기전압을 이용하여 제어하는 방법을 제시하였다.

기준유기전압을 구체적으로 설명하기에 앞서, 도 3을 참조하여 자기유도방식의 무선충전의 수행과정을 설명하겠다.

충전 스테이션측에는 외부로부터 AC전원을 공급받아 인버터를 통해 DC전원으로 변환한다. 그리고, 이를 송신코일(310)을 통해 자기유도방식으로 로봇청소기측에 전원을 무선 송신한다.

로봇청소기측에서는 송신코일(310)을 통해 무선 송신된 전원을 수신코일(320)을 통해 자기유도방식으로 무선수신한다. 이를 위해, 수신코일(320)은 송신코일(310)과 자기적으로 형성되어 상호 인덕턴스로 인해 발생되는 자기 결합에 의해 유도 전류를 발생시켜서, 정류기를 통해 직류전원으로 정류한 다음 배터리 부하에 공급한다. 이와 같은 무선충전 방식을 통해, 기존에 충전단자의 기구적 접촉을 통해 충전시 접속불량 및 충전 오류발생의 문제는 해소될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 무선충전 방식에서, 충전시 가로방향 틀어짐의 일정수준을 보장하기 위해 기준유기전압의 개념을 적용하였다. 무선충전 방식에서, 로봇 청소기(100)는 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)로부터 무선 송신된 전력을 기초로 발생된 유기전압을 감지할 수 있다.

유기전압의 크기는 오프셋(off)의 크기를 반영한다. 외부의 입력전압과 부하조건이 같다면, 감지된 유기전압의 크기는 오프셋(off)의 크기에 반비례한다.

그리고, 기준유기전압은, 정해진 오프셋(off)에서 감지되는 유기전압의 크기를 의미한다. 구체적으로, 상기 기준유기전압은 로봇 청소기(100)의 도킹시, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 로봇 청소기(100)의 전원수신부(190)의 수신코일(320)이 정해진 오프셋(off)만큼 이격된 것을 조건으로 하였을 때 감지되는 최소유기전압을 의미한다.

본 명세서에서는 정해진 오프셋(off)을 10mm으로 하였다. 이는, 도킹시 송신코일(310)과 수신코일(320) 간에 가로방향의 틀어짐의 최대허용이격거리를 10mm으로 하였다고 말할 수 있다.

한편, 오프셋(off)을 10mm으로 고정하더라도, 유기전압의 크기는 부하상태(무부하/유부하), 배터리의 부하레벨, 외부전원의 입력전압 등의 상황조건에 따라 감소되거나 증가될 수 있다. 즉, 오프셋(off)을 10mm으로 가져가더라도, 상황조건을 고려하여 가변된 기준유기전압이 적용되어야할 것이다.

로봇 청소기(100)는 도킹이 완료되면, 충전 스테이션(200)으로부터 무선 전송되는 전력을 전원수신부(190)를 통해 수신한다. 다음, 제어부(180)는 무선 전송되는 전력을 기초로 유기전압을 감지하고, 감지된 유기전압의 크기를, 전술한 상황조건, 즉 충전 스테이션(200)의 입력전압과 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교한다. 제어부(180)는 비교 결과에 따라 배터리의 충전 개시 여부를 결정함으로써, 무선충전시 일정수준의 틀어짐(예, 최대 10mm 틀어짐)을 보장할 수 있게 된다.

따라서, 기준유기전압이 충전 스테이션의 입력전압과 상기 배터리의 부하 상태에 따라 가변된다는 것은, 수신되는 유기전압의 크기가 입력전압 또는 배터리 부하 상태(무부하, 유부하, 유부하시 부하의크기)에 따라 달라지므로, 정해진 오프셋을 만족하는 기준유기전압의 크기도 달라진다는 것을 의미한다.

따라서, 기준유기전압의 크기가 가변된다는 것은 정해진 오프셋 조건이 가변되는 것을 의미하는 것이 아니다. 오히려, 입력전압 및 배터리의 부하 상태가 달라지는 상황에서도 정해진 오프셋 조건, 즉 일정한 틀어짐을 보장하기 위해 가변된 기준유기전압을 적용함을 의미한다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 용어는 다음과 같은 의미로 정의될 수 있다.

‘틀어짐(mislignment)’ 은 로봇 청소기와 충전 스테이션의 도킹시, 가로방향의 축을 기준으로 약간 틀어진 것을 의미한다. 또는, ‘틀어짐(mislignment)’ 은 로봇 청소기와 충전 스테이션의 도킹시, 자기공진방식의 유도전류를 발생시키는 송신코일과 수신코일간에 이격거리가 발생되는 것을 의미하다.

‘오프셋(offset)’은 도킹시 상기 틀어짐(mislignment)으로 인해 야기되는 이격거리를 의미한다.

‘정해진 오프셋(off)’이란 일정수준의 틀어짐(mislignment)이 허용되는 최대이격거리를 의미한다. 또는, ‘정해진 오프셋(off)’이란 로봇 청소기와 충전 스테이션의 도킹시, 자기공진방식의 유도전류를 발생시키는 송신코일과 수신코일간에 허용되는 최대이격거리(고정값)을 의미한다. 따라서, 정해진 오프셋(off)이 10mm 이라 함은, 틀어짐(mislignment)의 최대허용이격거리를 10mm으로 하였다고 말할 수 있다.

‘유기전압’이란, 도킹 완료 후 충전 스테이션으로부터 송신된 무선전력을 기초로 로봇 청소기에서 유도 및 감지된 전압을 의미한다. 유기전압이 일정크기 이상일 때 배터리 충전이 수행된다.

‘기준유기전압’은, 정해진 오프셋(off)(예, 10mm)에서 감지되는 유기전압의 크기를 의미한다. 또, ‘기준유기전압’은 도킹시, 충전 스테이션의 송신코일(310)과 로봇 청소기의 전원수신부(190)의 수신코일(320)이 정해진 오프셋(off)만큼 이격된 것을 조건으로 하였을 때 감지되는 최소유기전압을 의미한다.

회로적으로는 ‘유기전압’의 크기가 30V 이상이여야 충전 드라이브가 구동되므로, ‘기준유기전압’의 크기도 30V 이상을 만족해야할 것이다.

‘부하 상태’는, 무부하 및 유부하를 포함한다. 또, 상기 유부하는, 충전전 일정 수준의 충전량이 존재하는 배터리 상태 및 충전에 따라 부하의 크기가 달라지는 배터리 부하레벨을 모두 포함한다.

따라서, ‘배터리 부하레벨’은 로봇 청소기의 배터리 충전 개시 후, 충전에 따라 배터리의 부하가 증가하는 경향을 크기에 따라 복수의 레벨로 구분한 것을 의미한다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 일정수준의 틀어짐(misalignment)을 확인한 상태에서 충전을 개시하는 방법의 구체적인 과정을 설명하겠다.

먼저, 로봇 청소기(100)와 무선충전가능한 충전 스테이션(200)의 도킹을 감지하는 과정이 수행된다(S10).

도킹 및 도킹을 위한 호밍의 구체적인 과정은 다음과 같다. 로봇 청소기(100)의 센싱부(130)는 배터리 충전 요청에 따라, 충전 스테이션(200)으로부터 발신되는 광신호를 감지한다. 그러면, 주행부(111)는 감지된 광신호에 응답하여, 충전 스테이션(200)의 위치로 본체(110)를 이동시킨다. 이러한 호밍 과정이 완료되면, 본체(110)가 충전 스테이션(200)의 위치에 도달하여 도킹이 수행된다.

도킹은 충전 스테이션(200)에 접근된 로봇 청소기(100)가 자신의 수신코일(320)이 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 무선전력전송 가능하게 접속되면 완료된다.

도킹이 완료되면, 충전 스테이션(200)으로부터 무선전력이 전송되고, 로봇 청소기(100)는 수신된 무선전력에 기초하여 유기전압을 감지한다(S20). 여기에서, 무선전력은 충전 스테이션(200)이 외부전원을 공급받아, 송신코일(310)을 통해 자기유도방식으로 무선 송신되는 전력을 의미한다.

무선 송신되는 전력과 관련하여, 송신코일(310)의 인덕턴스 값이 780uH 인 경우, 수신코일(320)의 인덕턴스 값은 120uH이고 캐패시터에 걸리는 값은 110uH일 수 있다.

다음, 감지된 유기전압의 크기를, 충전 스테이션(200)의 입력전압 및 로봇 청소기(100) 배터리의 부하레벨에 따라 가변된 기준유기전압과 비교한다(S30).

비교대상이되는 기준유기전압의 크기는 충전 스테이션(200)의 입력전압 및 로봇 청소기(100) 배터리의 부하레벨에 따라 달라지므로, 다양한 상황조건에 매칭되는 복수의 기준유기전압들이 로봇 청소기(100)의 메모리(170)에 미리 저장될 수 있다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 서로 다른 입력전압 조건(예, 253V, 220V, 187V), 오프셋(off) 조건(예, 10mm, 12mm), 부하조건(예, 무부하, 20W~80W)별로 유기전압(Vrect)의 값이 테이블 형태로 미리 저장될 수 있다. 본 발명에서는 정해진 오프셋(off)을 10mm으로 가정하였으므로, Offset 10mm 인 때 현재의 입력전압 및 부하조건에 부합하는 전압값을 기준유기전압으로 선택된다.

한편, 배터리는 충전되는 동안 부하가 증가하므로, 도킹완료 후 최초 감지된 유기전압의 크기는 충전 과정에서 점차적으로 감소되는 특성을 갖는다. 따라서, 이러한 특성을 반영하여, 감지된 유기전압과 기준유기전압의 크기가 가변되어 비교되어야할 것이다.

또, 상기 특성에 따라, 무부하 상태에서 감지된 유기전압은 최대값을 가질 것이므로, 고정된 기준유기전압을 적용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 9에서, 최소입력전압으로 제시된 187V 조건에서 부무하 상태일 때, 오프셋 10mm는 39.4V를 가지므로, 일정수준의 틀어짐 보장을 위해 허용되는 기준유기전압은 39V로 설정할 수 있을 것이다.

감지된 유기전압이 기준유기전압보다 크면(S40), 무선충전을 개시하고 충전을 계속 유지한다(S50).

구체적으로, 로봇 청소기(100)의 제어부(180)는 감지된 유기전압의 크기가 기준유기전압보다 크면, 상기 배터리의 충전을 개시하는 제어신호를 생성하여 충전 스테이션(200)측에 전송해줄 수 있다. 이를 위해, 로봇 청소기(100)의 전원수신부(190)는, 충전을 개시하는 제어신호가 충전 스테이션(200)으로 전송된 것에 응답하여, 충전 스테이션(200)측의 송신코일(310)로부터 자기유도방식으로 송신되는 전원을 전원수신부의 수신코일(320)을 수신하여 배터리를 충전하게 된다.

이와 같이 감지된 유기전압이 기준유기전압보다 클 것을 요구하는 것은, 배터리 충전이 개시되기 위한 유기전압의 조건이라고 말할 수 있다.

한편, 감지된 유기전압이 기준유기전압보다 작거나 같으면, 무선충전이 불가한 상태로 보고, 재도킹을 수행한다(S60).

구체적으로, 로봇 청소기(100)의 제어부(180)는 감지된 유기전압의 크기가 기준유기전압 이하이면 충전 불가 상태로 결정하고, 충전 스테이션(200)에 대한 재도킹을 수행하는 주행명령을 주행부(111)에 제공한다. 그에 따라, 주행부(111)는 현재위치에서 유기전압이 증가하도록 가로방향으로 움직이거나 또는 후진하였다가 재접근하도록, 주 바퀴 및 보조 바퀴의 구동을 제어할 수 있다.

또한, 일 실시 예에서, 로봇 청소기(100)는 출력부(150)를 통해 감지된 유기전압과 기준유기전압의 비교 결과에 따른 충전 개시 여부에 대응되는 서로 다른 알람을 출력할 수 있다. 또, 일정수준을 벗어나는 틀어짐으로 인한 재도킹시 미리정해진 알림음을 출력할 수도 있다.

감지된 유기전압의 크기가 기준유기전압 이하인 경우는, 처음부터 충전이 개시되지 않을 정도의 크기일 수도 있겠으나, 본 발명에서는 배터리가 만충되지 않고 끊김이 발생될 것으로 예측되는 크기의 유기전압을 포함한다.

예를 들어, 도 9에서, 입력전압이 187V이고 20W 부하레벨 조건에서 약 35V의 유기전압이 감지되었다고 하자. 그러면, 12mm 오프셋(offset)인 경우에도 60W 부하레벨까지는 충전이 이루어질 수 있다. 그러나, 80W 부하레벨에서는 충전이 끊어지게 되므로, 이러한 상황을 방지하기 위해 아예 처음부터 충전이 개시되지 않도록 설정한 것이다.

또한, 제어부(180)는, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)과 전원수신부(190)의 수신코일(320)이 정해진 오프셋(off)을 초과하도록 이격된 상태에서 감지된 유기전압이 충전가능한 전압범위내인 경우라도 충전 스테이션에 대한 재도킹을 수행하도록 제어한다. 이는, 충전 성능 만족 뿐만 아니라 시각적으로도 일정수준의 틀어짐을 보장하기 위한 것이다.

예를 들어, 도 9에서 입력전압이 220V나 253V 조건이라면 12mm 오프셋(offset)에서도 80W 부하레벨까지 충전이 가능하여, 끊김없이 만충될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 입력전압의 크기가 달라지는 상황에서도 정해진 오프셋(offset), 즉 10mm의 이격거리까지만 허용되도록 기준유기전압의 크기를 선택한다. 이는, 220V, 253V, 187V 에 관계없이 틀어짐의 최대허용이격거리를 10mm로 고정하기 위함이다.

또 다른 예시로, 도 5는 부하상태를 추가로 고려하여 무선충전의 개시 여부를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 로봇 청소기(100)와 무선충전가능한 충전 스테이션(200) 간에 도킹이 수행된다(S501). 그리고, 충전 스테이션(200)의 송신코일(310)을 통해 Tx 전력이 전송된다(S502). 로봇 청소기(100)는 전송된 Tx 전력을 기초로 유기전압(Vrect)을 감지한다(S503).

한편, 무부하 상태이면(S504), 감지된 유기전압이 최대값을 가지므로, 가변된 기준유기전압이 아닌 고정값의 기준유기전압을 비교대상으로 적용할 수 있다. 감지된 유기전압(Vrect)이 무부하 상태 조건의 기준유기전압(V_무부하) 보다 크면, 충전이 개시된다(S508).

무부하 상태 조건의 기준유기전압의 값은, 예를 들어, 도 9의 도표를 참조하여 입력전압의 크기와 관계없이 약 39V 로 고정될 수 있다.

감지된 유기전압(Vrect)이 무부하 상태 조건의 기준유기전압(V_무부하) 보다 작거나 같으면, 정해진 오프셋(offset)을 초과한 것으로 보아 충전하지 않고 재도킹 동작(509)을 수행한다. 이에 의해, 충전 성능이 떨어지는 것이 방지된다.

한편, 충전 상태에 따라 부하가 변화하는 ‘배터리(batter) 부하’ 조건에서는 고정값이 아닌 부하레벨에 따라 가변된 기준유기전압을 비교대상으로 적용한다.

따라서, 유부하 상태에서(S505), 감지된 유기전압(Vrect)이 정해진 오프셋(off)에서의 가변된 기준유기전압(10mm_Vrect)의 크기보다 큰 경우이면(S507), 충전이 개시된다(S508).

여기에서, 정해진 오프셋(off)은, 충전 스테이션(200)에의 도킹시 허용되는 일정 틀어짐(mislignment)의 최대값을 의미한다. 본 발명에서는, 정해진 오프셋(off)을 10mm으로 하였다. 그러나, 정해진 오프셋(off)을 8mm 등으로 변경할 수 있으며, 상황조건별 기준유기전압을 다르게 적용시킬 수 있을 것이다.

또한, 전술한 바와 같이 충전 스테이션(200)의 송신코인(310)과 로봇 청소기(100)의 수신코일(320)의 틀어짐(mislignment)이 10mm 이내인지 또는 10mm를 초과하는지 여부는 측정할 수 없다. 틀어짐(mislignment)이 10mm인 조건에서 감지되는 유기전압의 크기를 실험적으로 측정 및 획득한 것을, 입력전압 및 부하레벨을 반영하여 최종 획득된 기준유기전압의 크기를 비교값으로 하여 확인할 수 있을 것이다.

로봇 청소기(100)의 제어부(180)는, 최소유기전압을 기초로 정해진 오프셋(off)을 초과하였는지 판단하고, 배터리의 충전 개시 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 입력전압이 187V 이고 유부하 상태 조건에서, 기준유기전압(10mm_Vrect)는 -0.0008*x2+0.0085*x+35.431(마진+0.57)의 최소유기전압을 갖게 될 것이다.

이하, 도 6 내지 도 8c는 다양한 상황조건의 변동에서 일정한 틀어짐(misalignment)을 보장하기 위한 유기전압의 크기를 보여주는 도표와 그래프들이다.

정해진 오프셋을 만족하는 최소유기전압의 값은, 배터리의 부하 상태, 배터리의 충전에 따라 변화하는 부하레벨, 및 충전 스테이션(200)에 공급되는 입력전압의 크기 중 적어도 하나에 따라 달라진다.

도 6은 입력전압이 187 V 조건이고, 갭(gap)이 12mm 인 조건에서의 실험적 데이터를 보여준다.

도 6을 참조하면, 부하상태(601)는 무부하 상태와 20W~60W 부하레벨을 갖는 유부하 상태로 구분될 수 있다. 틀어짐 조건(602)도, 오프셋 0mm ~ 12mm로 다양할 수 있다. 본 발명에서는 정해진 오프셋을 10mm로 하였으므로(610), 이때의 유기전압이 기준유기전압(10mm_Vrect)이 된다. 따라서, 무부하 상태에서는 39V가 되고, 최대 부하레벨에서는 31V가 된다.

오프셋 12mm에서는 무부하 상태에서의 유기전압이 39V 보다 작고 최대 부하레벨에서는 충전 불가 영역(620)에 해당하는 유기전압을 갖는다.

로봇 청소기(100)의 제어부(180)는 감지된 유기전압을 배터리 충전 경과에 따라 (부하레벨의 증가로 인해) 감소될 예측유기전압의 크기로 전환할 수 있다. 그리고, 전환된 예측유기전압을 기준유기전압의 크기와 비교하고, 비교 결과에 따라 충전 개시 여부를 결정할 수 있다.

예를 들어, 20W 부하레벨 조건에서 감지된 유기전압이 35.5V인 경우, 80W 부하레벨에서 예측되는 예측유기전압으로 전환한 다음, 기준유기전압인 31.4V과 비교하여 충전 개시 여부를 결정할 수 있다.

도 7a는 정해진 오프셋의 기준유기전압(10mm_Vrect)(701)이 부하레벨(0W~80W)이 증가함에 따라 감소되는 특성을 보여준다. 이는, 정해진 오프셋을 초과하는 12mm조건에서 예측되는 유기전압(12mm_Vrect)(702)의 경우도 마찬가지다.

도 7a와 도 7b를 함께 참조하면, 정해진 오프셋의 기준유기전압(10mm_Vrect)(701)은 정해진 오프셋을 초과하는 12mm조건에서 예측되는 유기전압(12mm_Vrect) 보다, 동일 부하레벨 조건에서 더 큰 유기전압 값는 패턴을 보인다. 12mm_Vrect는 최대부하레벨 80W에서 충전 불가 영역(R)에 도달하는 최소유기전압(711)을 갖게 되어, 배터리 만충전에 충전이 끊어진다. 이는, 도 7c에 도시된 다양한 오프셋 조건, 즉, 0mm_Vrect(A), 5mm_Vrect(B), 10mm_Vrect(C), 12mm_Vrect(D)에서도 마찬가지로 적용된다.

도 7c에서, A, B, C 조건에서는 충전이 개시되며, D 조건에서는 감지된 유기전압이 충전 허용 영역(712)에 있더라도 처음부터 충전이 개시되지 않을 것이다.

다음, 도 8a는 입력전압이 253V 이고 갭이 8mm, 무부하 상태 조건에서 이루어진 실험적 데이터를 보여주는 그래프이다. 오프셋(offset)이 커질수록 유기전압(801)의 크기는 반비례적으로 감소되는 것으로 것을 확인할 수 있다.

도 8b는 입력전압이 220V 이고 갭이 8mm, 유부하 상태 조건에서 이루어진 실험적 데이터를 보여주는 그래프이다. 도 8a와 비교했을 때, 전체적으로 유기전압(802)의 크기가 감소된 것을 확인할 수 있다. 이는, 부하조건 및 아니라 입력전압의 크기의 변동에 따른 것이다.

도 8c는 입력전압이 253V이고 갭이 8mm인 조건에서 이루어진 실험적 데이터를 보여주는 그래프이다. 부하레벨이 증가함에 따라, 10mm_Vrect(811)의 크기와 12mm_Vrect(812)의 크기 모두 감소되는 패턴을 보이나, 모든 구간의 부하레벨에서 10mm_Vrect의 값이 더 크다.

도킹 후 감지된 유기전압이 811보다 Y축으로 위에 위치하는 크기를 가지면 충전이 개시된다. 반면, 유기전압이 811보다 Y축으로 아래에 위치하거나 811 과 만나거나 그 보다 아래에 위치하면 충전이 개시되지 않고 재도킹이 수행된다.

한편, 본 발명은 일정수준의 틀어짐(mislignment)과 그에 따른 충전 개시 여부의 판단이 충전 스테이션(200)의 제어부를 통해 수행될 수도 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 충전 스테이션은 도킹된 로봇 청소기(100)의 충전 여부를 제어하는 제어부, MCU를 구비할 수 있다.

이러한 경우, 충전 스테이션(200)은 발광 소자(250)을 통해 로봇 청소기(100)의 배터리 충전을 위해 도킹을 유도하는 광신호를 발신한다. 그리고, 로봇 청소기(100)의 도킹이 수행되면, 무선송신부(미도시)에 구비된 송신코일(310)을 통해 로봇 청소기의 수신코일(320)로 전력을 무선 송신한다. 다음, 충전 스테이션의 제어부를 통해 무선 송신된 전력을 기초로, 로봇 청소기(100)에서 감지된 유기전압의 크기를 수신하고, 수신된 유기전압을 외부전원의 입력전압과 로봇 청소기의 배터리의 부하 상태에 따라, 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하고, 비교 결과에 따라 충전 개시 여부를 결정할 수 있다.

추가로, 일 실시 예에서는, 예외적으로 배터리를 만충이 아닌 일부만 충전하려는 경우, 구체적으로, 충전시간을 만충 전으로 입력한 경우, 12mm_Vrect를 기준유기전압으로 일시적으로 허용할 수도 있다.

또한, 일 실시 예에서는 도킹 후, 감지된 유기전압의 크기가 10mm_Vrect 인 경우 재도킹은 아니지만, 오프셋이 크기가 좀더 감소되도록, 로봇 청소기가 좌우 회전 등을 수행함으로써, 보다 충전 성능이 높은 상태에서 충전을 수행하도록 제어될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 청소기, 충전 스테이션, 및 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템에 의하면, 무선충전 방식에 따라 접속단자의 물리적인 접속없이 효과적으로 로봇청소기의 배터리 충전이 이루어지며, 일단 충전이 개시되면 완충될때까지 끊김 없는 충전이 보장될 수 있다. 또한, 정해진 범위의 틀어짐만을 허용함으로써, 성능이 감소된 상태에서의 충전 상황을 미연에 방지할 수 있고, 최대 출력으로 충전되는 상황을 보장하며, 보다 확실한 도킹을 보장한다. 나아가, 입력전압, 부하크기의 변동, 틀어짐의 거리변화 등의 다양한 상황 조건에서도 예상된 일정 틀어짐(misalignment)을 보장함으로써, 사용자로 하여금 충전 성능 만족과 함께 시각적인 안정감도 제공된다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 청소기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (13)

1. 본체에 내장된 배터리;
   배터리 충전 요청에 따라, 충전 스테이션으로부터 발신되는 광신호를 감지하는 센싱부;
   상기 감지된 광신호에 응답하여, 상기 충전 스테이션의 위치로 본체를 이동시키는 주행부;
   본체가 상기 충전 스테이션의 위치에 도달하여 도킹이 수행되면, 상기 충전 스테이션으로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 전원수신부; 및
   상기 무선 전송되는 전력을 기초로 유기전압을 감지하고, 감지된 유기전압의 크기를 상기 충전 스테이션의 입력전압과 상기 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 상기 배터리의 충전 개시 여부를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 감지된 유기전압의 크기가 상기 기준유기전압보다 크면, 상기 배터리의 충전을 개시하는 제어신호를 상기 충전 스테이션으로 전송하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전원수신부는,
   상기 제어신호가 상기 충전 스테이션으로 전송된 것에 응답하여, 상기 충전 스테이션에 구비된 송신코일로부터 자기 유도 방식으로 송신되는 전원을 상기 전원수신부의 수신코일을 통해 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 감지된 유기전압의 크기가 상기 기준유기전압 보다 작거나 같으면, 배터리 충전 불가 상태로 판단하고, 상기 충전 스테이션에 대한 재도킹을 수행하는 주행명령을 상기 주행부에 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기준유기전압은,
   도킹시 상기 충전 스테이션의 송신코일과 상기 전원수신부의 수신코일이 정해진 오프셋(off)만큼 이격된 것을 조건으로 하였을 때 감지되는 최소유기전압인 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 정해진 오프셋(off)은 10mm 이며,
   상기 제어부는,
   상기 최소유기전압을 기초로 상기 정해진 오프셋(off)을 초과하였는지 판단하여, 배터리의 충전 개시 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 충전 스테이션측의 송신코일과 상기 전원수신부의 수신코일이 상기 정해진 오프셋(off)을 초과하도록 이격된 상태에서 감지된 유기전압이 충전가능한 전압범위내인 경우라도 상기 충전 스테이션에 대한 재도킹을 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
8. 제5항에 있어서,
   상기 정해진 오프셋을 만족하는 최소유기전압의 값은,
   상기 배터리의 부하 상태, 상기 배터리의 충전에 따라 변화하는 부하레벨, 및 상기 충전 스테이션에 공급되는 입력전압의 크기 중 적어도 하나에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 부하 상태, 상기 부하레벨, 상기 입력전압의 크기에 따라 달라지는 상기 정해진 오프셋을 만족하는 최소유기전압의 값이 미리 저장되는 메모리를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 무선 전송되는 전력을 기초로 유기전압이 감지되면, 상기 메모리에 저장된 상기 정해진 오프셋 조건을 만족하는 최소유기전압의 값들 중 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 유기전압을 배터리 충전 경과에 따라 감소될 예측유기전압의 크기로 전환하여 상기 기준유기전압의 크기와 비교하고, 비교 결과에 따라 충전 개시 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
11. 제1항에 있어서,
    상기 감지된 유기전압과 상기 기준유기전압의 비교 결과에 따른 충전 개시 여부에 대응되는 서로 다른 알람을 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
12. 로봇 청소기의 배터리 충전을 위해 도킹을 유도하는 광신호를 발신하는 발광 소자;
    상기 로봇 청소기의 도킹이 수행되면, 구비된 송신코일을 통해 상기 로봇 청소기의 수신코일로 전력을 무선 송신하는 송신전원부; 및
    상기 전력을 기초로 상기 로봇 청소기에서 감지된 유기전압의 크기를 수신하고, 수신된유기전압을 입력전압과 상기 로봇 청소기의 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 충전 개시 여부를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 충전 스테이션.
13. 배터리가 내장된 로봇 청소기; 및
    상기 배터리를 충전하기 위한 충전 스테이션을 포함하고,
    상기 충전 스테이션은,
    배터리 충전 요청에 따라 상기 로봇 청소기와 도킹이 수행되면, 구비된 송신코일을 통해 상기 로봇 청소기의 수신코일로 전력을 무선 송신하고,
    무선 송신된 전력을 기초로 상기 로봇 청소기에서 감지된 유기전압의 크기를 수신하고, 수신된 유기전압을 입력전압과 상기 로봇 청소기의 배터리의 부하 상태에 따라 가변된 기준유기전압의 크기와 비교하여, 충전 개시 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 충전 스테이션을 포함하는 로봇 청소기 시스템.

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