KR20210029697A - 바닥 청소기용 가장자리 청소 브러시 - Google Patents

바닥 청소기용 가장자리 청소 브러시 Download PDF

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KR20210029697A
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KR
South Korea
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cleaning
brush
housing
floor cleaner
cleaning tool
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KR1020200113516A
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English (en)
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토드 알 반퉁게렌
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비쎌 인코포레이티드
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Abstract

바닥 청소기는 청소할 표면 위를 이동하도록 구성된 하우징 및 상기 하우징에 설치된 적어도 하나의 가장자리 청소 브러시를 포함할 수 있다. 상기 가장자리 청소 브러시는 상이한 속도로 회전하는 복수의 청소 도구를 포함하고 있다. 유성 기어 시스템과 같은, 기어 시스템은 하나의 청소 도구를 다른 청소 도구보다 저속으로 구동시킬 수 있다.

Description

바닥 청소기용 가장자리 청소 브러시{EDGE CLEANING BRUSHES FOR FLOOR CLEANER}
본 발명은 대체로 단단한 목재, 타일 및 석재와 같은 맨바닥, 그리고 카페트 및 깔개와 같은 부드러운 표면을 포함하는, 표면 청소 장치용 브러시에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 자율 바닥 청소기 및 다른 표면 청소 장치용 가장자리 청소 브러시에 관한 것이다.
자율 또는 로봇 바닥 청소기는 사용자 또는 조작자의 도움없이 이동하여 바닥 표면을 청소할 수 있다. 예를 들면, 상기 바닥 청소기는 쓰레기(먼지, 머리카락, 그리고 다른 쓰레기를 포함한다)를 상기 바닥 청소기에 구비된 수거함으로 진공흡입하거나 쓸어 담도록 구성될 수 있다. 상기 바닥 청소기는 바닥 표면을 청소하는 동안 표면 여기저기로 닥치는 대로 이동할 수 있거나 표면 여기저기로 유도 조종(guided navigation)을 위해서 매핑/네비게이션 시스템(mapping/navigation system)을 이용할 수 있다. 몇몇 바닥 청소기는 또한 맨바닥, 카페트, 깔개, 그리고 다른 바닥 표면의 습식 청소(wet cleaning)를 위해서 액체를 바르고 빨아들이도록 구성되어 있다.
바닥 청소기는 바닥 표면으로부터 쓰레기를 제거하기 위한 하나 이상의 청소 도구를 포함하고 있다. 예를 들면, 로봇 바닥 청소기 및 다른 유형의 바닥 청소기는 쓰레기를 흡입 노즐 또는 쓰레기 유입구쪽으로 몰고 가기 위해서 브러시를 사용한다. 측면 또는 가장자리 청소 브러시는 대체로 수직 축에 대해서 회전할 수 있고 수거를 위해 로봇 아래의 쓰레기를 쓸어 담을 수 있고, 벽, 굽도리널(baseboard), 수납장, 가구 등에 의해서 형성된 가장자리 또는 모퉁이를 포함하여, 방의 가장자리를 따라서 존재하는 공간과 방의 모퉁이의 공간과 같은 닿기 힘든 공간을 청소할 수 있다. 이러한 가장자리 청소 브러시는 종종 강모를 가지고 있고, 상기 강모는 쓰레기를 수거하기 보다는, 로봇(10)의 청소 경로 외측의 쓰레기를 내던질 수 있다.
하나의 실시형태로서, 본 발명은 바닥 청소기용 가장자리 청소 브러시에 관한 것이다. 상기 가장자리 청소 브러시는 복수의 청소 도구와 하나의 청소 도구를 다른 청소 도구보다 저속으로 구동시키는 시스템을 포함할 수 있다.
하나의 실시례로서, 바닥 표면을 청소하는 바닥 청소기는 청소할 표면 위를 이동하도록 구성된 하우징과, 상기 하우징에 장착된 가장자리 청소 브러시를 포함하고 있다. 상기 가장자리 청소 브러시는 제1 속도로 회전하도록 구성된 제1 청소 도구와, 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전하도록 구성된 제2 청소 도구를 포함하고 있다.
다른 실시례로서, 자율 바닥 청소기는 자율적으로 이동가능한 하우징, 상기 하우징을 청소할 표면 위에서 자율적으로 이동시키는 구동 시스템, 그리고 자율 바닥 청소기의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하고 있다. 적어도 하나의 가장자리 청소 브러시가 상기 하우징에 장착되어 있으며 복수의 청소 도구와 하나의 청소 도구를 다른 청소 도구보다 저속으로 구동시키는 기어 시스템을 포함하고 있다. 일부 실시례에서는, 상기 기어 시스템이 유성 기어 시스템이다.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징과 본 발명의 이러한 장점 및 다른 장점은, 첨부된 도면과 청구범위에 부합하게 고려하면, 특정 실시례의 아래의 설명에 의해 명확해질 것이다.
본 발명의 실시례를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 아래의 설명에 개시되어 있거나 도면에 도시되어 있는 구성요소들의 작동의 세부사항 또는 상기 구성요소들의 구성과 배치의 세부사항으로 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 본 발명은 다양한 다른 실시례로 구현될 수 있고 본 명세서에 명시적으로 개시되어 있지 않은 대체 실시형태의 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 어법과 용어는 본 발명의 설명을 위한 것이므로 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 알아야 한다. "... 을 포함하는"이라는 표현과 "... 을 포함하고 있다"라는 표현 그리고 이들의 변형 표현의 사용은 열거된 항목과 그것의 균등물뿐만 아니라 추가적인 항목과 그것의 균등물을 망라하는 것을 의미한다. 또한, 다양한 실시례의 설명에서 계수(enumeration)가 사용될 수 있다. 달리 명시되어 있지 않으면, 계수의 사용이 본 발명을 구성요소들의 임의의 특정 순서나 갯수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 계수의 사용이 열거된 단계 또는 구성요소와 결합될 수 있거나 열거된 단계 또는 구성요소에 결합될 수 있는 임의의 추가적인 단계나 구성요소가 본 발명의 범위로부터 배제되는 것으로 해석되어서도 안된다. 임의의 청구항 요소들에 대해서 "X, Y 그리고 Z 중의 적어도 하나"라고 기술한 것은 X, Y 또는 Z 중의 임의의 하나를 각각 포함하고, X, Y 그리고 Z의 임의의 결합, 예를 들면, X, Y, Z; X, Y; X, Z; 그리고 Y, Z를 포함하는 것을 의미한다.
도 1은 하나의 실시례에 따른 하나 이상의 가장자리 청소 브러시를 포함하는 자율 바닥 청소기의 상부 사시도이고;
도 2는 도 1의 자율 바닥 청소기의 하부 사시도이고;
도 3은 도 1의 자율 바닥 청소기의 하부 개략도이고;
도 4는 본 명세서에 기술된 다양한 실시형태에 따른 기능 시스템을 나타내는 도 1의 자율 바닥 청소기의 개략도이고;
도 5는 브러시 모터와 구동가능하게 연결된 가장자리 청소 브러시를 나타내는 도 1의 자율 바닥 청소기의 일부분의 개략 측면도이고;
도 6은 가장자리 청소 브러시의 제1 실시례의 사시도이고;
도 7은 도 6의 가장자리 청소 브러시의 저면도이고;
도 8은 도 6의 가장자리 청소 브러시의 분해도이고;
도 9는 도 6의 IX-IX선을 따라서 도시한 가장자리 청소 브러시의 단면도이고;
도 10은 도 6의 가장자리 청소 브러시용 기어 케이싱(gear casing)의 하부 사시도이고;
도 11은 도 6의 XI-XI선을 따라서 도시한 가장자리 청소 브러시의 단면도이고;
도 12는 가장자리 청소 브러시의 제2 실시례의 사시도이고;
도 13은 도 12의 가장자리 청소 브러시의 저면도이고;
도 14는 가장자리 청소 브러시의 제3 실시례의 사시도이고;
도 15는 도 14의 가장자리 청소 브러시의 평면도이고;
도 16은 가장자리 청소 브러시의 제4 실시례의 개략도이고;
도 17은 가장자리 청소 브러시의 제5 실시례의 분해도이고;
도 18은 가장자리 청소 브러시의 제6 실시례의 분해도이고;
도 19는 제7 실시례에 따른 하나 이상의 가장자리 청소 브러시를 포함하는 습식 청소 로봇을 포함하는 자율 바닥 청소기의 하부 개략도이고;
도 20은 제7 실시례에 따른 하나 이상의 가장자리 청소 브러시를 포함하는 직립 바닥 청소기를 포함하는 표면 청소 장치의 사시도이고; 그리고
도 21은 도 20의 표면 청소 장치의 저면도이다.
본 발명은 대체로 단단한 목재, 타일 및 석재와 같은 맨바닥, 그리고 카페트 및 깔개와 같은 부드러운 표면을 포함하는, 표면 청소 장치용 브러시에에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 자율 바닥 청소기 및 다른 표면 청소 장치용 가장자리 청소 브러시에 관한 것이다.
도 1은, 자율 표면 청소 장치 또는 진공 청소 로봇으로 도시되어 있고, 대체로 참고번호 10으로 표시되어 있는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 표면 청소 장치의 사시도이다. 아래에 보다 상세하게 설명되어 있는 것과 같이, 로봇(10)은, 아래에 보다 상세하게 설명되어 있는, 적어도 하나의 가장자리 청소 브러시(12)를 포함하여, 다양한 특징과 개선사항을 구비하고 있다. 적어도 하나의 가장자리 청소 브러시(12)는, 벽, 굽도리널, 수납장, 가구 등에 의해서 형성된 가장자리 또는 모퉁이를 포함하여, 방의 가장자리를 따라서 존재하는 공간과 방의 모퉁이의 공간과 같은 닿기 힘든 공간을 청소할 수 있다. 본 명세서에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 로봇(10)은, 청소할 표면으로부터 쓰레기를 제거하여 이 쓰레기를 보관하는 하우징(14)에 내장된 회수 또는 진공 수거 시스템의 구성요소들, 그리고 상기 로봇(10)를 청소할 표면 위에서 자율적으로 이동시키는 구동 시스템의 구성요소들을 포함하여, 딥 클리너(deep cleaner)의 다양한 기능 시스템의 구성요소들을 자율적으로 이동가능한 유닛 또는 하우징(14)에 장착하고 있거나 및/또는 갖추고 있다. "쓰레기"라는 용어는, 달리 언급이 없으면, 티끌, 먼지, 흙, 머리카락, 얼룩, 그리고 다른 쓰레기를 포함한다.
도시되어 있는 것과 같이, 상기 로봇(10)은 제1 단부 또는 전방 단부(16) 및 제2 단부 또는 후방 단부(18)를 가진 원형 하우징(14)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, "앞쪽" 또는 "전방"과 이들의 변형 형태는, 달리 명시되어 있지 않으면, 상기 로봇(10)의 전방 이동 방향에 대하여 정해진다. 상기 전방 이동 방향은 도 1에서 화살표 D로 표시되어 있다. 전방 단부(16)는 범퍼(20)에 의해 형성될 수 있다. 장애물과 충돌하는 동안, 범퍼(20)는 물체의 탐지를 기록하기 위해서 자세를 바꾸거나 병진이동할 수 있다. D자 형상의 하우징을 포함하여, 상기 로봇(10)에 대한 다른 형상과 구성이 가능하다.
도 2 및 도 3을 추가로 참고하면, 상기 진공 수거 시스템은, 흡입 노즐(22)에 의해서 형성된 공기와 쓰레기 유입구 및 배기구(24)에 의해서 형성된 공기 유출구를 가진 하우징(14)을 통과하는 작업 공기 경로 또는 회수 경로, 상기 회수 경로를 통과하는 작업 공기 흐름을 발생시키기 위해서 흡입 노즐(22)과 유체 연통되어 있는 흡입원(26)(도 3에 가상선으로 표시되어 있다), 그리고 나중의 폐기 처리를 위해 작업 공기 흐름으로부터 쓰레기를 수거하는 수거함(28)을 포함할 수 있다.
상기 흡입원(26)은, 상기 공기 유출구의 상류에 유체가 유동할 수 있게, 상기 유닛(14)에 장착된 모터/팬 조립체일 수 있고, 상기 작업 공기 경로의 일부분을 형성할 수 있다. 상기 흡입원(26)은 상기 배기구(24)의 상류에 유체가 유동할 수 있게 배치된 진공 모터(30)를 포함할 수 있고, 상기 회수 경로의 일부분을 형성할 수 있다.
상기 수거함(28)은 상기 작업 공기 경로의 일부분을 형성할 수도 있고 작업 공기 흐름으로부터 쓰레기를 분리시키는 분리기(도시되어 있지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 분리기의 몇 가지 비제한적인 예는 싸이클론 분리기, 필터 스크린(filter screen), 폼 필터(foam filter), HEPA 필터, 필터 백(filter bag), 또는 이들의 결합형태를 포함한다. 선택적으로, 프리-모터 필터(pre-motor filter) 및/또는 포스트-모터 필터(post-motor filter)(도시되어 있지 않음)가 상기 회수 경로에 설치될 수도 있다. 상기 회수 경로는 또한 진공 수거 시스템의 다양한 구성요소들 사이의 유체 연통을 위해 다양한 도관, 덕트, 또는 관을 포함할 수 있다. 진공 모터(30)는 상기 회수 경로에서 수거함(28)의 하류에 위치될 수 있다. 다른 실시례에서는, 진공 모터(30)가 수거함(28)의 상류에 유체가 유동할 수 있게 배치될 수 있다.
자율 진공 청소기(10)는 브러시롤(34)과 같은 교반기가 장착되는 브러시 챔버(32)를 포함할 수 있다. 브러시롤(34)은 상기 유닛(14)이 이동하는 표면에 대해서, 대체로 수평 축(X)에 대해 회전할 수 있게 장착되어 있다. 와이퍼 블레이드(36)가, 쓰레기 수거에 도움을 주기 위해서 브러시롤(34)의 뒤에, 흡입 노즐(22)의 트레일링 에지(trailing edge)에 인접하게 설치될 수 있다. 본 명세서에 도시된 흡입 노즐(22)은 청소할 표면으로부터 쓰레기를 제거하기 위해서 청소할 표면과 마주하도록 위치되어 있다. 다른 실시례에서는, 흡입 노즐(22)이 브러시롤(34)로부터 바로 쓰레기를 수거하기 위해서 브러시롤(34)에 아주 근접하여 위치될 수 있다. 본 명세서에 도시된 실시례에서는, 흡입 노즐(22)이 하우징(14)의 후방 반부(rear half)에 설치되어 있다. 다른 실시례에서는, 흡입 노즐(22)이 하우징(14)의 전방 반부(front half)에 설치될 수 있다.
상기 구동 시스템은 상기 하우징(14)을 청소할 표면 전체에 걸쳐서 구동시키기 위해서 구동 바퀴(38)를 포함할 수 있다. 구동 바퀴(38)는 전방 단부(16)와 후방 단부(18) 사이의 하우징(14)의 대략 중간에 장착될 수 있고, 서로 측면방향으로 이격될 수 있다. 상기 구동 바퀴(38) 외에, 상기 로봇(10)은 청소할 표면과 상기 로봇(10)의 밑면(42) 사이에 최소 간격을 유지하기 위해서 적어도 하나의 캐스터(caster)(40)를 포함할 수도 있다.
도시된 로봇(10)은 로봇(10)의 밑면(42)에 2개의 가장자리 청소 브러시(12)를 포함하고 있다. 상기 가장자리 청소 브러시(12)는, 상기 유닛(14)이 이동하는 표면에 대하여, 대체로 수직 축(V)에 대해 회전할 수 있게 장착되어 있다. 대체로 수직일 때, 회전축(V)은 수직으로부터 5도까지 벗어날 수 있거나, 수직으로부터 10도까지 벗어날 수 있거나, 수직으로부터 20도까지 벗어날 수 있거나, 수직으로부터 45도까지 벗어날 수 있다. 다른 실시례에서는, 가장자리 청소 브러시(12)의 회전축(V)이 청소할 표면과 평행하지 않거나 청소할 표면에 대해 각을 이루고 있다. 예를 들면, 회전축(V)은 상기 로봇(10)이 이동하는 표면에 대해 대체로 직각으로 될 수 있다. 대체로 직각일 때, 회전축(V)은 직각으로부터 5도까지 벗어날 수 있거나, 직각으로부터 10도까지 벗어날 수 있거나, 직각으로부터 20도까지 벗어날 수 있거나, 직각으로부터 45도까지 벗어날 수 있다.
몇몇 실시례에서는, 회전축(V)이 가장자리 청소 브러시(12)들 사이의 접촉 면적을 최대화하도록 배치되어 있다. 본 실시례에서는, 2개의 가장자리 청소 브러시(12)가 제공되어 있으며, 상기 로봇(10)이 하우징(14)의 배치방향(orientation)을 바꾸지 않고 하우징(14)의 양 측의 가장자리를 청소할 수 있도록 하우징(14)의 양 측에, 다시 말해서, 하우징(14)의 좌측과 우측에 배치되어 있다. 다른 실시례에서는, 단 하나의 가장자리 청소 브러시(12)가 제공된다.
바람직하게는, 가장자리 청소 브러시(12)가 쓰레기를 하우징(14) 아래로 그리고 흡입 노즐(22)쪽으로 휩쓸고 간다. 각각의 가장자리 청소 브러시(12)의 회전 방향이 도 3에서 화살표 R로 표시되어 있다. 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 가장자리 청소 브러시(12)들은 쓰레기가 양 브러시(12)에 의해 흡입 노즐(22)쪽으로 휩쓸려 가도록 반대 방향으로 회전할 수 있고, 흡입원(26)은 상기 쓰레기를 수거함(28)으로 운반할 수 있다. 좌측 가장자리 청소 브러시(12)는 아래쪽에서 보았을 때 시계 방향으로 회전한다. 우측 가장자리 청소 브러시(12)는 아래쪽에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전한다. 하나의 예로서, 상기 로봇(10)에 인접해 있는 쓰레기가 흡입 노즐(22)쪽으로 쓸려갈 수 있도록 가장자리 청소 브러시(12)의 적어도 일부분이 하우징(14)의 외면(periphery)을 넘어서 뻗어 있다. 본 명세서에 도시된 실시례에서는, 가장자리 청소 브러시(12)가 흡입 노즐(22)의 앞쪽에 상기 로봇(10)의 전방 단부(16)에 장착되어 있으며, 쓰레기를 하우징(14)의 중심쪽으로 그리고 후방쪽으로, 다시 말해서, 흡입 노즐(22)쪽으로 휩쓸고 간다. 가장자리 청소 브러시(12)는 또한 브러시롤(34)과 구동 바퀴(38)의 앞쪽에 장착되어 있다. 다른 실시례에서는, 가장자리 청소 브러시(12)들이 상기 로봇(10)의 후방 단부(18)에 장착될 수 있거나, 상기 로봇(10)의 좌측에만 장착될 수 있거나, 상기 로봇(10)의 우측에만 장착될 수 있다.
상기 회전 방향은 상기 로봇(10)의 구동 방향에 기초하여 선택적으로 제어될 수 있다. 상기 로봇(10)이 앞쪽 방향(D)으로 이동하고 있는 경우, 가장자리 청소 브러시(12)는 도 3에 도시된 대로 회전할 수 있다. 상기 로봇(10)이 반대쪽으로 이동하고 있는 경우에는, 가장자리 청소 브러시(12)는 반대 방향으로 회전할 수 있다.
가장자리 청소 브러시(12)의 회전 속력은 다양한 입력에 기초하여 선택적으로 제어될 수 있다. 상기 입력의 몇 가지 비제한적인 예는 상기 로봇(10)의 청소 모드, 센서(80-94)로부터의 입력, 사용자 인터페이스(66)를 통한 사용자로부터의 입력, 또는 상기 로봇(10)의 제어를 위한 애플리케이션을 실행시키는 스마트폰과 같은, 원격 사용자 단말기(remote user terminal)를 통한 사용자로부터의 입력을 포함한다.
상기 가장자리 청소 브러시(12)는 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 솔질하거나, 비질하거나, 먼지털기하거나, 걸레질하거나, 또는 다른 방식으로 이동시키도록 구성된 하나 이상의 상이한 교반 요소 또는 청소 요소를 포함할 수 있다. 가장자리 청소 브러시(12)용 청소 요소의 몇 가지 비제한적인 예는 블레이드, 강모(bristle), 패들(paddle), 플랩(flap), 초극세사 직물(microfiber material), 천, 먼지털기용 패드(dusting pad) 등을 포함한다.
상기 로봇(10)의 다른 실시례에서는, 상기 수거 시스템이, 예를 들면, 쓰레기를 직접 수거함(28)으로 기계적으로 몰아넣는 브러시롤(34)과 가장자리 청소 브러시(12)의 작용에 의해서, 흡입 작용을 이용하지 않고서 쓰레기와 액체를 기계적으로 수거하는 쓸기식(sweeping) 또는 기계식 수거 시스템으로 구성될 수 있다. 이러한 실시례에서는, 가장자리 청소 브러시(12)가 쓰레기를 하우징(14)의 아래로 그리고 하우징(14)의 쓰레기 유입구쪽으로 휩쓸고 갈 수 있다.
또 다른 대안적인 또는 추가적인 수거 기구로서, 상기 로봇(10)이 젖은 쓰레기 및 다른 쓰레기를 청소할 표면으로부터 제거하는 걸레질 또는 먼지털기 조립체(mopping or dusting assembly)를 포함할 수 있다. 이러한 걸레질 또는 먼지털기 조립체는 선택적으로 적어도 하나의 걸레질 또는 먼지털기 패드와 쓰레기를 하우징(14) 아래로 그리고 상기 패드쪽으로 휩쓸고 갈 수 있는 하나 이상의 가장자리 청소 브러시(12)를 포함할 수 있다. 상기 패드는 정지되어 있거나 회전가능하게 될 수 있다.
도 4는 상기 로봇(10)의 다양한 기능 시스템의 개략도이다. 컨트롤러(44)가 상기 로봇(10)의 작동을 제어하기 위해서 상기 로봇(10)의 다양한 기능 시스템과 작동가능하게 연결되어 있다. 상기 컨트롤러(44)는 적어도 하나의 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는 마이크로 제어 장치(MCU)일 수 있다.
청소할 표면 위에서 상기 로봇(10)의 이동을 안내하고, 청소할 표면의 맵(map)을 생성하여 저장하고, 그리고 상태 또는 다른 환경 가변 정보를 기록하기 위해서 네비게이션/매핑 시스템이 상기 로봇(10)에 제공될 수 있다. 컨트롤러(44)는 상기 로봇(10)을 청소할 표면 위로 보내기 위해서 상기 네비게이션/매핑 시스템으로부터의 입력 또는 스마트폰(도시되어 있지 않음)과 같은 원격 장치로부터의 입력을 수신할 수 있다. 상기 네비게이션/매핑 시스템은, 비제한적인 예로서, 네비게이션을 위한 맵, 상기 로봇(10)의 이동을 안내하기 위해서 사용되는 다양한 센서로부터의 입력 등을 포함하여, 네비게이션, 매핑 또는 작동 사이클을 수행하는데 유용한 모든 데이터를 저장할 수 있는 메모리(46)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 로봇(10)이 이동한 거리를 측정하기 위해서 바퀴 인코더(wheel encoder)(48)가 구동 바퀴(38)에 배치될 수 있다. 거리 측정값은 컨트롤러(44)에 대한 입력으로 제공될 수 있다. 사용자 결정 경계(user-determined boundary) 내에 상기 로봇(10)을 포함시키기 위해서 상기 로봇(10)이 인공 장벽 시스템(artificial barrier system)에 선택적으로 제공될 수 있다.
상기 구동 시스템은 자율 작동 모드에 대해서는 상기 네비게이션/매핑 시스템으로부터의 입력에 기초하거나 수동 작동 모드에 대해서는 스마트폰, 테블릿, 또는 다른 원격 장치로부터의 입력에 기초하여, 상기 로봇(10)을 바닥 전체에 걸쳐서 구동시키기 위해서 컨트롤러(44)로부터의 입력을 수신할 수 있다. 구동 바퀴(38)는 상기 유닛을 앞쪽으로 또는 뒤쪽으로 이동시키기 위해서 정방향 또는 역방향으로 구동될 수 있다. 또한, 구동 바퀴(38)는 직선 운동을 위해서 동일한 회전 속력으로 동시에 작동될 수 있거나 상기 로봇(10)을 원하는 방향으로 회전시키기 위해서 다른 회전 속력으로 독립적으로 작동될 수 있다.
자율 작동 모드에서는, 상기 로봇(10)이 장애물을 피하기 위해서 필요에 따라 방향을 바꾸거나 자신의 진로를 조정하기 위해서 다양한 센서로부터의 입력을 이용하여, 바닥 표면을 청소하는 동안, 좌우 교대 방식(boustrophedon) 또는 교호 방식(다시 말해서, 상기 로봇(10)이 오른쪽에서 왼쪽으로 그 다음 줄은 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다), 나선형 궤적 등을 포함하여 청소에 유용한 임의의 패턴으로 이동하도록 구성될 수 있다. 수동 작동 모드에서는, 상기 로봇(10)의 이동이 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 장치를 이용하여 제어될 수 있다.
상기 로봇(10)은 이동과 청소를 수행하는데 유용한 임의의 갯수의 모터를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 진공 모터(30) 외에, 가장자리 청소 브러시(12)와 브러시롤(34)을 각각 구동시키기 위해서 브러시 모터(50, 52)가 상기 로봇(10) 내에 설치될 수 있고 구동 바퀴(38)를 구동시키기 위해서 바퀴 모터(54)가 상기 로봇(10) 내에 설치될 수 있다. 각각의 모터(50, 52, 54)는 기어열 조립체 또는 다른 적절한 트랜스미션(transmission)을 포함할 수 있는 트랜스미션에 의해서 각각의 피구동 도구(다시 말해서, 가장자리 청소 브러시(12), 브러시롤(34), 또는 바퀴(38))와 결합될 수 있다. 다른 예에서는, 하나의 공용 모터가 브러시롤(34)을 회전시키고 흡입 노즐(22)에 부분 진공을 발생시킬 수 있다. 또 다른 예에서는, 하나의 공용 모터가 양 구동 바퀴(38)를 회전시킬 수 있다. 또 다른 예에서는, 하나의 공용 모터가 브러시롤(34)을 회전시키고 상기 가장자리 청소 브러시(12) 중의 하나 이상을 구동시킬 수 있다.
진공 모터 드라이버(56), 가장자리 브러시 모터 드라이버(58), 브러시롤 모터 드라이버(60), 그리고 바퀴 모터 드라이버(62)가 각각의 모터를 제어하기 위해서 설치될 수 있다. 상기 모터 드라이버는 컨트롤러(44)와 상기 모터 드라이버의 각각의 모터 사이의 인터페이스로서 기능할 수 있다. 상기 모터 드라이버(56-62)는 집적 회로 칩(IC)일 수도 있다. 또한 하나의 바퀴 모터 드라이버(62)가 복수의 바퀴 모터(54)를 동시에 제어할 수 있다고 생각된다.
상기 모터 드라이버는 내장형 충전가능한 배터리(64)(또는 배터리 팩)를 포함하는 배터리 관리 시스템에 전기적으로 연결될 수 있다. 하나의 예로서, 상기 배터리(64)는 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다. 배터리(64)용 충전 접점이 상기 로봇(10)의 외부 표면에 제공될 수 있다. 도킹 스테이션(도시되어 있지 않음)이 상기 로봇(10)의 외부 표면의 충전 접점과 결합할 수 있는 상응하는 충전 접점을 구비할 수 있다. 배터리 팩(81)은 전력의 보충, 다시 말해서, 충전을 위해서 DC 변압기를 통하여 주전원에 연결될 수 있도록 상기 로봇(10)으로부터 선택적으로 떼어낼 수 있게 될 수 있다. 다른 실시례에서는, 충전을 위해서 배터리(64)가 상기 로봇(10)으로부터 제거될 수 있다.
컨트롤러(44)는 또한 사용자로부터 입력을 수신하기 위해서 상기 로봇(10)의 사용자 인터페이스(UI)(66)와 작동가능하게 연결되어 있다. 상기 사용자 인터페이스(66)는 상기 로봇(10)에 대한 작동 사이클을 선택하거나 이와 다른 방식으로 상기 로봇(10)의 작동을 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 사용자 인터페이스(66)는 사용자에게 시각적 알림을 제공하기 위해서, LED 디스플레이와 같은, 디스플레이(68)를 가질 수 있다. 디스플레이(68)를 제어하기 위해서 디스플레이 드라이버(70)가 제공될 수 있고, 디스플레이 드라이버(70)는 컨트롤러(44)와 디스플레이(68) 사이의 인터페이스로서 기능한다. 상기 디스플레이 드라이버(70)는 집적 회로 칩(IC)일 수 있다. 상기 로봇(10)은 또한 사용자에게 들을 수 있는 알림을 제공하기 위해서 스피커(도시되어 있지 않음)를 구비할 수 있다. 상기 로봇(10)은 또한 사용자로부터의 시각적 알림을 포착하기 위해서 하나 이상의 카메라 또는 입체 카메라(도시되어 있지 않음)를 구비할 수 있다. 이렇게 하여, 사용자는 몸짓에 의해 상기 로봇(10)에 명령을 전달할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 상기 로봇(10)에게 멈추도록 하거나 멀어지게 이동하도록 명령을 내리기 위해서 상기 카메라 전방에서 자신의 손을 흔들 수 있다.
사용자 인터페이스(66)는 또한 상기 로봇(10)의 다양한 구성요소의 작동을 제어하기 위해서 컨트롤러(44)에 입력을 제공하는 하나 이상의 입력 제어장치 또는 버튼을 가질 수 있다. 하나의 예로서, 하우징(12) 상의 전원 스위치 버튼(72)은 상기 로봇(10)의 기동(activation)을 제어하고 하우징(12) 상의 별개의 입력 버튼(separate input button)(74)은 상기 로봇(10)의 출발 기능, 멈춤 기능, 그리고 도킹 기능을 제어한다. 버튼(72, 74)과 결합된 스위치를 제어하기 위해서 스위치 드라이버(76, 78)가 제공될 수 있고, 상기 스위치 드라이버(76, 78)는 컨트롤러(44)와 버튼(72, 74) 사이의 인터페이스로서 기능한다.
컨트롤러(44)는 또한 환경에 대한 입력을 수신하기 위해서 다양한 센서와 작동가능하게 연결될 수 있고 상기 로봇(10)의 작동을 제어하기 위해서 센서 입력을 이용할 수 있다. 상기 센서는, 비제한적인 예로서, 벽, 바닥, 의자 다리, 테이블 다리, 발을 얹는 받침대, 애완동물, 소비자, 그리고 다른 장애물을 포함하여, 상기 로봇(10)의 주위 환경의 여러 구조를 감지할 수 있다. 상기 센서 입력은 또한 메모리에 저장될 수 있거나 네비게이션을 위한 맵을 개발하기 위해서 사용될 수 있다. 몇몇 예시적인 센서가 도 4에 나타내져 있고, 아래에 기술되어 있다. 반드시 도시된 모든 센서가 제공될 수 있는 것은 아니라는 점을 알고 있지만, 추가적인 센서가 제공될 수도 있고, 가능한 센서의 전부가 임의의 결합형태로 제공될 수도 있다.
하나의 비제한적인 예로서, 상기 로봇(10)은, 비제한적인 예로서 거리와 위치 감지를 위한 입체 카메라와 같은, 상기 로봇(10)의 위치를 결정하는 장애물 센서(80)를 포함할 수 있다. 상기 장애물 센서(80)는 상기 로봇(10)의 하우징(14)에 장착될 수 있고, 예를 들면, 상기 로봇(10)의 앞쪽에 있는 장애물까지의 거리를 결정하기 위해서 하우징(14)의 앞쪽에 장착될 수 있다. 물체가 감지되었을 때 상기 로봇(10)의 속도를 줄이거나 진로를 조정하기 위해서 장애물 센서(80)로부터의 입력이 이용될 수 있다.
상기 로봇(10)에 대한 앞면 충돌 또는 측면 충돌을 결정하기 위해서 충돌 센서(bump senor)(82)가 제공될 수도 있다. 상기 충돌 센서(82)는 하우징(14)과, 예를 들면, 범퍼(20)와 통합될 수 있다. 충돌 센서(82)로부터의 출력 신호는 장애물 회피 알고리즘을 선택하기 위하여 상기 컨트롤러(44)에 입력을 제공한다.
하나 이상의 측벽 센서(84)(벽면 추종 센서(wall following sensor)라고도 알려져 있음)가 하우징(14)의 하나 이상의 측면 근처에 배치될 수도 있고 상기 로봇(10)이 벽과 접촉하지 않고 벽 근처를 따라 이동할 수 있도록 거리 피드백을 제공할 수 있다. 하나의 실시례로서, 상기 측벽 센서(84)로부터의 입력이 가장자리 청소 브러시(12)들 중의 하나 이상을 작동시키기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 벽 또는 다른 장애물이 상기 측벽 센서에 의해서 감지되면, 브러시 모터(50)가 작동되고, 벽 또는 다른 장애물이 상기 측벽 센서에 의해서 감지되지 않으면, 브러시 모터(50)가 작동되지 않는다. 다른 실시례에서는, 상기 로봇(10)이 작동하는 동안 브러시 모터(50)가 계속해서 작동될 수 있다.
하나 이상의 절벽 센서(cliff sensor)(86)가 하우징(14)의 밑면에 배치될 수도 있고 상기 로봇(10)이 계단통(stairwell) 또는 선반 등과 같은 과도한 낙하부(drop)를 피할 수 있도록 거리 피드백을 제공할 수 있다. 측벽 센서(84)와 절벽 센서(86)는, 반사 센서 또는 비행 시간 센서(time-of-flight sensor)를 포함하여, 광학 센서, 기계식 센서, 또는 초음파 센서일 수 있다.
상기 로봇(10)은 또한, 적어도 하나의 가속도계, 자이로스코프, 그리고, 선택적으로, 자력계 또는 나침반의 조합을 이용하여, 상기 로봇(10)의 가속도, 각속도, 또는 상기 로봇(10) 주위의 자기장을 측정하고 보고하기 위해서 관성 측정 장비(IMU)(88)를 포함할 수도 있다. 상기 관성 측정 장비(IMU)(88)는 컨트롤러(44)에 배치된 통합 관성 센서(integrated inertial sensor)일 수 있고, 선형 가속도, 회전 가속도 또는 자기장 가속도(magnetic field acceleration)를 감지하는 가속도계 또는 9-축 자이로스코프일 수 있다. 관성 측정 장비(IMU)(88)는 상기 로봇(10)을 청소할 표면의 여기저기로 조종하기 위해서 속도와 자세의 변화를 계산하여 컨트롤러에 전달하기 위해 가속도 입력 데이터를 이용할 수 있다.
상기 로봇(10)은 또한, 예를 들어, 사용자가 상기 로봇(10)을 집어드는 경우, 상기 로봇(10)이 청소할 표면으로부터 들어올려지는 때를 감지하는 하나 이상의 리프트-업 센서(lift-up sensor)(90)를 포함할 수 있다. 이 정보는, 감지된 리프트-업 사건에 대응하여 상기 모터(30, 56, 58, 60, 62)의 작동을 중단시킬 수 있는, 컨트롤러(20)에 대한 입력으로 제공된다. 리프트-업 센서(90)는 상기 로봇(10)이 청소할 표면과 접촉하는 때, 예를 들면, 사용자가 상기 로봇(10)을 지면에 다시 내려놓는 때를 감지할 수도 있다. 이러한 입력이 있으면, 컨트롤러(44)는 상기 모터의 작동을 재개할 수 있다.
상기 로봇(10)은 수거함(28)의 특징이나 상태를 감지하기 위해서 하나 이상의 수거함 센서(92)를 선택적으로 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 수거함(28)의 무게를 감지하는 하나 이상의 압력 센서가 제공될 수 있다. 다른 예에서는, 수거함(28)의 존재를 감지하는 하나 이상의 자기 센서(magnetic sensor)가 제공될 수 있다. 이 정보는, 비제한적인 예로서, 수거함(28)이 비워질 때까지, 및/또는 수거함(28)이 제대로 설치될 때까지 상기 로봇(10)의 작동을 막을 수 있는, 컨트롤러(44)에 대한 입력으로 제공된다. 컨트롤러(44)는 또한 수거함(28)이 가득 차 있거나 및/또는 수거함(28)이 없는 것을 사용자에 알리도록 디스플레이(68)에 명령할 수도 있다.
상기 로봇(10)은 또한 청소할 표면의 상태를 감지하는 하나 이상의 바닥 상태 센서(94)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 로봇(10)이 적외선(IR) 먼지 센서, 얼룩 센서, 냄새 센서, 또는 젖은 쓰레기 센서를 구비할 수 있다. 바닥 상태 센서(94)는 청소할 표면의 상태에 기초하여, 예를 들면, 청소 사이클을 선택하거나 변경하는 것에 의해, 상기 로봇(10)의 작동을 지시할 수 있는 컨트롤러에 대한 입력을 제공한다. 선택적으로, 바닥 상태 센서(94)는 스마트폰의 디스플레이에 입력을 제공할 수도 있다.
도 5를 참고하면, 가장자리 청소 브러시(12)는 가장자리 청소 브러시(12)에 구동력을 발생시켜서 미리 정해진 속력으로 회전시키는 브러시 모터(50)의 구동 샤프트(96)를 통하여 브러시 모터(50)와 결합되어 있다. 브러시 모터(50)는 하우징(14) 내에 수용될 수 있거나, 하우징(14)과 함께 형성되어 있거나 하우징(14)에 결합되어 있는 별개의 모터 하우징(도시되어 있지 않음) 내에 수용될 수 있다. 브러시 모터(50)는 가장자리 청소 브러시(12)의 적어도 일부분을, 하우징(14)에 대하여, 회전축(V)에 대해 구동시키도록 구성되어 있고, 상기 구동 샤프트(96)가 가장자리 청소 브러시(12)의 회전축(V)을 한정한다. 가장자리 청소 브러시(12)는 브러시 모터(50)의 구동 샤프트(96)에 고정되게 장착될 수 있거나 탈착가능하게 장착될 수 있다. 탈착가능한 장착 구성의 경우, 가장자리 청소 브러시(12)는 로봇과 다른 바닥 청소 장치에 있는 기존의 가장자리 청소 브러시에 대한 부속품(aftermarket) 또는 교체 부품이 될 수 있다.
도 6 내지 도 11은 가장자리 청소 브러시(12)의 하나의 실시례의 세부사항을 나타내고 있다. 가장자리 청소 브러시(12)는 상이한 속도로 회전하도록 구성된 제1 청소 도구(100)와 제2 청소 도구(102)를 포함하여, 복수의 청소 도구를 포함하는 조립체를 포함할 수 있다. 2개의 청소 도구가 도시되어 있지만, 가장자리 청소 브러시(12)의 다른 실시례에서는 추가적인 청소 도구가 포함될 수 있고, 상기 추가적인 청소 도구는 제1 청소 도구(100) 및 제2 청소 도구(102)와 같은 속도 또는 다른 속도로 회전하도록 구성될 수 있다.
제1 청소 도구(100)는 상기 로봇(10)의 하우징(14)에 대하여 회전하도록 구성된 제1 회전체(104) 및 제1 회전체(104)와 함께 회전하도록 제1 회전체(104)와 결합된 제1 청소 요소(106)를 포함하고 있다. 제1 청소 요소(106)가 제1 회전체(104)와 결합되어 있다는 것은, 제1 청소 요소(106)가 제1 회전체(104)와 함께 회전하도록 제1 회전체(104)에 부착될 수 있거나, 제1 회전체(104)와 함께 형성될 수 있거나, 제1 회전체(104)에 적절하게 연결될 수 있다는 것이다. 제1 청소 요소(106)는 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 솔질하거나, 비질하거나, 먼지털기하거나, 걸레질하거나, 또는 다른 방식으로 이동시키도록 구성되어 있다. 도 3과 관련하여 위에서 설명한 것과 같이, 제1 청소 요소(106)는 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 흡입 노즐(22)쪽으로 또는 하우징(14)의 다른 쓰레기 유입구쪽으로 이동시킬 수 있다.
제2 청소 도구(102)는 상기 로봇(10)의 하우징(14)에 대하여 회전하도록 구성된 제2 회전체(108) 및 제2 회전체(108)와 함께 회전하도록 제2 회전체(108)와 결합된 제2 청소 요소(110)를 포함하고 있다. 제2 청소 요소(110)가 제2 회전체(108)와 결합되어 있다는 것은, 제2 청소 요소(110)가 제2 회전체(108)와 함께 회전하도록 제2 회전체(108)에 부착될 수 있거나, 제2 회전체(108)와 함께 형성될 수 있거나, 제2 회전체(108)에 적절하게 연결될 수 있다는 것이다. 제2 청소 요소(110)는 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 솔질하거나, 비질하거나, 먼지털기하거나, 걸레질하거나, 또는 다른 방식으로 이동시키도록 구성되어 있다. 도 3과 관련하여 위에서 설명한 것과 같이, 제2 청소 요소(110)는 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 흡입 노즐(22)쪽으로 또는 하우징(14)의 다른 쓰레기 유입구쪽으로 이동시킬 수 있다.
제1 회전체(104)와 제2 회전체(108)는 가장자리 청소 브러시(12)의 회전축(V)을 따라서 동심으로 정렬될 수 있다. 하나의 실시례로서, 제1 회전체(104)가 제2 회전체(108)의 위에 겹쳐 놓인 상태로, 제1 회전체(104)와 제2 회전체(108)가 겹쳐 놓일 수 있다. 이러한 겹쳐 놓인 배치상태에서는, 제1 청소 요소(106)가 대체로 제2 청소 요소(110) 위에 놓일 수 있다. 작동시에는, 각각의 청소 요소(106, 110)의 적어도 일부분이 청소할 표면과 접촉할 수 있다.
제1 청소 요소(106)는 제1 길이(L1)를 가진 복수의 블레이드(112)를 포함할 수 있다. 상기 블레이드(112)는 제1 회전체(104)와 결합된 근저부(root)(114)로부터 말단부(116)까지 뻗을 수 있다. 선택적으로, 제1 회전체(104)는 회전축(V)으로부터 반경방향으로 바깥쪽에 배치되어 있는 외주면(118)을 포함할 수 있고, 상기 블레이드(112)는 상기 외주면(118)에 대하여 반경방향으로 돌출할 수 있다. 상기 복수의 블레이드(112)는 회전축(V)에 대하여 균등하게 이격될 수 있다. 예를 들면, 가장자리 청소 브러시(12)의 도시된 실시례에서는, 제1 청소 요소(106)가 서로 대략 120°로 이격되어 있는 3개의 블레이드(112)를 포함할 수 있다. 다른 블레이드 갯수와 간격도 가능하다.
제2 청소 요소(110)는 제2 길이(L2)를 가진 복수의 블레이드(120)를 포함할 수 있다. 상기 블레이드(120)는 제2 회전체(108)와 결합된 근저부(122)로부터 말단부(124)까지 뻗을 수 있다. 선택적으로, 제2 회전체(108)는 회전축(V)으로부터 반경방향으로 바깥쪽에 배치되어 있는 외주면(126)을 포함할 수 있고, 상기 블레이드(120)는 상기 외주면(126)에 대하여 반경방향으로 돌출할 수 있다. 상기 복수의 블레이드(120)는 회전축(V)에 대하여 균등하게 이격될 수 있다. 예를 들면, 가장자리 청소 브러시(12)의 도시된 실시례에서는, 제2 청소 요소(110)가 서로 대략 60°로 이격되어 있는 6개의 블레이드(120)를 포함할 수 있다. 다른 블레이드 갯수와 간격도 가능하다.
상기 블레이드(112, 120)는 상기 로봇(10)의 앞에 있는 장애물과 부딪쳤을 때 부서지지 않을 정도로 충분히 유연하면서도, 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 흡입 노즐(22)쪽으로 적절히 이동시키기에 충분히 뻣뻣한 반강성 탄성중합체 아암(semi-rigid elastomric arm)으로 될 수 있다. 적절한 반강성 탄성중합체 물질의 한 예는 우레탄이고, 선택적으로 60 내지 90의 Shore A 경도를 가진다. 다른 실시례에서는, 다른 유형의 쓸기(sweeping) 블레이드, 먼지털기(dusting) 블레이드, 또는 문지르기(scrubbing) 블레이드가 사용될 수 있다. 또 다른 실시례에서는, 블레이드 대신에 쓸기, 먼지털기, 및/또는 문지르기용 강모, 패드, 또는 아암이 사용될 수 있다.
상기 블레이드(112, 120)의 길이(L1, L2)는 다를 수 있다. 예를 들면, 제2 복수의 블레이드(120)는 제1 복수의 블레이드(112)의 길이(L1)보다 짧은 길이(L2)를 가질 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 블레이드(112, 120)의 길이(L1, L2)는 가장자리 청소 브러시(12)의 회전축과 상기 블레이드(112, 120)의 말단부(116, 124) 사이의 거리로 측정된 유효 길이일 수 있다. 각각의 블레이드(112, 120)의 실제 길이, 또는 근저부에서 말단부까지의 길이는 유효 길이(L1, L2)와 다를 수 있다. 각각의 집단(set)의 블레이드(112, 120)는 동일한 길이를 가지고 있는 것으로 도시되어 있지만, 가장자리 청소 브러시(12)의 다른 실시례에서는 한 집단 내에서 블레이드(112, 120)의 길이가 다를 수 있다는 것도 주의할 사항이다.
하나의 실시례로서, 제1 청소 도구(100)는 제1 속도로 회전하도록 구성되어 있고 제2 청소 도구(102)는 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전하도록 구성되어 있다.
도 8 내지 도 11을 참고하면, 선택적으로, 가장자리 청소 브러시(12)의 청소 도구(100, 102) 중의 하나 이상이 기어 시스템 또는 기어열 조립체(gear train assembly)를 포함할 수 있는 트랜스미션에 의해 브러시 모터(50)와 결합되어 있다. 본 명세서에 도시된 실시례에서는, 제1 청소 도구(100)가 브러시 모터(50)에 의해서 발생된 구동력을 변화시키는 외전 사이클로이드(epicyclic) 또는 유성 기어 시스템(128)에 의해 브러시 모터(50)와 결합되어 있다. 예를 들면, 브러시 모터 샤프트(96)(도 9)는 구동력을 발생시키기 위해서 특정의 미리 정해진 속력으로 회전할 수 있고, 유성 기어 시스템(128)은 회전 속력을 변화시킬 수 있고 감소된 회전 속력을 제1 청소 도구(100)에 사용할 수 있다. 본 실시례에서는, 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)와 동일한 속력으로 회전하도록 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)에 직접 연결되어 있거나, 이와 다른 방식으로 브러시 모터 샤프트(96)와 작동가능하게 결합되어 있다. 유성 기어 시스템이 도시되어 있지만, 다른 비-유성 기어 장치도 가능하다.
유성 기어 시스템(128)은 기어 케이싱(130) 내에서 제1 회전체(104)의 상부측에 설치될 수 있다. 기어 케이싱(130)은 구멍(132)을 포함하고 있고, 브러시 모터 샤프트(96)가 이 구멍(132)을 관통하여 뻗어서 유성 기어 시스템(128) 및 제2 청소 도구(102)와 연결된다. 유성 기어 시스템(128)은 하나 이상의 스테이지(stage)를 포함할 수 있다. 도시된 실시례에서는, 유성 기어 시스템(128)이 기어 케이싱(130) 내에 둘러싸인 하나의 스테이지를 포함하고 있다. 대체 실시형태로서 유성 기어 시스템(128)이 하우징(14) 또는 모터 하우징(도시되어 있지 않음)과 함께 형성되어 있거나 하우징(14) 또는 모터 하우징(도시되어 있지 않음)에 결합되어 있는 케이싱 내에 수용될 수 있다.
가장자리 청소 브러시(12)용 기어 박스, 다시 말해서, 유성 기어 시스템(128) 및 유성 기어 시스템의 케이싱(130)은 상기 로봇(10)의 하우징(14)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 외부 기어 박스의 경우에는, 가장자리 청소 브러시(12)가 로봇과 다른 바닥 청소 장치에 있는 기존의 가장자리 청소 브러시에 대한 부속품(aftermarket) 또는 교체 부품이 될 수 있다. 내부 기어 박스의 경우에는, 제1 청소 도구와 제2 청소 도구(106, 110)의 제1 회전체와 제2 회전체(104, 108)가 상이한 속력으로 이동하기 위해서 상기 기어 박스의 적절한 부분에 고정되게 또는 탈착가능하게 장착되어 있는 브래킷이 될 수 있다.
유성 기어 시스템(128)은 태양 기어(134), 상기 태양 기어(134)와 맞물려 있으며 상기 태양 기어(134)를 중심으로 회전하는 복수의 유성 기어(136), 그리고 상기 유성 기어(136)와 맞물려 있으며 기어 케이싱(130)에 고정되어 있는 외측 링 기어(138)를 포함하고 있다.
태양 기어(136)는 브러시 모터(50)의 샤프트(96)에 부착되어 있으며, 브러시 모터(50)에 의해서 구동될 때 회전축(V)에 대해서 회전하도록 구성되어 있다. 태양 기어(136)는 구동 샤프트(96)의 한 단부를 수용하는 허브 개구(142)를 가진 허브(140)를 포함할 수 있다. 상기 허브(140)는 기어 케이싱(130)의 구멍(132) 내에서 회전한다. 태양 기어(136)와 상기 샤프트(96) 사이의 각도 관계를 유지하기 위해서, 상기 샤프트(96)는 6각형 단면을 가질 수 있고 허브 개구(142)는 상응하는 6각형 형상을 가질 수 있다. 상기 샤프트(96)의 단면 허브 개구(142)에 대한 다른 구성도 가능하다. 대체 실시형태로서, 연결부는 상기 샤프트(96)와 태양 기어(136) 사이에 스플라인 또는 키홈과 키 커플링(keyway-and-key coupling)을 포함할 수 있다.
유성 기어(136)는, 아래에 보다 상세하게 설명되어 있는 것과 같이, 고정되어 있으며 회전가능하지 않은 링 기어(138)의 내측에서 태양 기어(134)를 중심으로 회전한다. 다른 유성 기어 시스템 구성에서는, 링 기어(138)가 고정되어 있지 않고 회전가능하게 될 수 있으며, 상기 청소 요소(106, 110)가 배치되어 있는 상기 회전체를 포함할 수 있다.
도시된 실시례에서는, 4개의 유성 기어(136)가 설치되어 있지만, 다른 갯수의 유성 기어(136)도 가능하다. 제1 회전체(104)는 유성 기어(136)용 캐리어(144)를 포함하고 있다. 상기 캐리어(144)는 제1 회전체(104)에 의해 형성될 수 있거나 제1 회전체(104)와 결합될 수 있다. 도시된 실시례에서는, 상기 캐리어(144)가 상기 블레이드(120)가 배치되어 있는 제1 회전체(104)의 외주면(118)까지 뻗어 있는 표면이다. 상기 캐리어(144)는 유성 기어(136)를 제1 회전체(104) 상의 고정된 위치에 지지하는 굴대(146)를 포함하고 있다. 유성 기어(136)는 상기 굴대(146)에서 회전할 수 있고, 태양 기어(134)와 링 기어(138)는 회전축(V)에 속박되어 있기 때문에, 태양 기어(134)를 중심으로 하는 유성 기어(136)의 회전 운동에 의해 상기 캐리어(144)가 구동되고, 이로 인해 제1 회전체(104)가 회전하게 된다. 다른 실시례에서는, 유성 기어(136)의 회전 운동에 의해 하나의 청소 도구(100)가 구동되는 것이 아니라, 태양 기어(134)를 중심으로 하는 유성 기어(136)의 회전 운동에 의해 복수의 청소 도구가 회전하게 되도록 청소 도구가 각각의 유성 기어(136)와 결합될 수 있다.
위에서 간략하게 설명한 것과 같이, 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)와 동일한 속력으로 회전하도록 제2 청소 도구(102)의 제2 회전체(108)는 브러시 모터 샤프트(96)와 연결될 수 있다. 본 명세서에 도시되어 있는 것과 같이, 하나의 실시례로서, 제2 회전체(108)는 기계식 고정구 또는 나사(148)에 의해서 상기 샤프트(96)와 연결될 수 있다. 상기 고정구 또는 나사(148)는 제2 회전체(108)를 브러시 모터(50)와 구동가능하게 연결시키기 위해서 브러시 모터 샤프트(96), 태양 기어(134), 또는 상기 양자 모두를 고정시킬 수 있다. 제1 회전체 및 제2 회전체(104, 108)는 각각 정렬된 구멍(150, 152)을 포함할 수 있고, 상기 고정구 또는 나사(148)가 상기 구멍(150, 152)을 관통하여 뻗어서 제2 회전체(108)를 브러시 모터 샤프트(96) 및/또는 태양 기어(134)와 연결시킨다. 브러시 모터(50)와 제2 청소 도구(102)를 작동가능하게 연결시키기 위한 다른 구성도 가능하다.
가장자리 청소 브러시(12)는 상기 로봇(10)의 하우징(14)에 대한 링 기어(138)의 회전을 방지하기 위한 적어도 하나의 회전 방지 구조(anti-rotation feature)를 포함할 수 있다. 상기 회전 방지 구조는, 기어 케이싱(130)을 하우징(14)과 서로 맞물리게 하기 위해서 하우징(14) 상의 상응하는 구멍(156)(도 5) 내에 수용되는 기어 케이싱(130) 상의 아암 또는 핀(154)을 포함할 수 있다. 상기 핀(154)이 상기 구멍(156)과 작동가능하게 결합되면, 기어 케이싱(130)이, 결과적으로, 링 기어(138)가, 하우징(14)에 대해 회전할 수 없다. 복수의 회전 방지 구조를 가지는 것을 포함하여, 기어 케이싱(130)과 하우징(14)을 서로 맞물리게 하는 다른 회전방지 구조도 가능하다. 예를 들면, 복수의 핀(154)이 기어 케이싱(130)으로부터 위쪽 방향으로 돌출할 수 있고, 하우징(14) 상의 상응하는 구멍(156)에 끼워질 수 있다. 상기 복수의 핀(154)은 회전축(V)에 대해서 대칭적으로 배치될 수 있고, 이러한 구성에 의해 기어 케이싱(130)에 토크를 보다 균일하게 분포시킬 수 있다.
태양 기어(134)가 브러시 모터(50)에 의해 구동되어 제1 방향(A)으로 회전하면, 태양 기어(134)는 유성 기어(136)를 링 기어(138)의 내측에서 태양 기어(134)를 중심으로 제1 방향(A)으로 회전하도록 구동시킨다. 유성 기어(136)는 또한 상기 캐리어(144)를, 결과적으로 제1 청소 도구(100)를 태양 기어(134)를 중심으로 제1 방향(A)으로 감소된 속력으로 회전하도록 구동시킨다. 그리하여, 2개의 청소 도구(100, 102)는 상이한 속력으로 운동하는데, 내측의 짧은 블레이드(112)는 전속력(full speed)으로 운동하고, 외측의 긴 블레이드(120)는 보다 느린 속력으로, 예를 들면, 4:1 기어 비를 가지는, 도면에 도시된 유성 기어 시스템(128)에 의해 구동 샤프트(96)의 25% 속력으로 운동한다. 하나의 예로서, 제1 청소 도구(100)는 60 내지 200 rpm으로 구동되고, 대체 실시형태로서 60 rpm으로 구동되고, 대체 실시형태로서 100 rpm으로 구동되며, 제2 청소 도구(102)는 180 내지 800 rpm으로 구동되고, 대체 실시형태로서 240 rpm으로 구동되고, 대체 실시형태로서 350 rpm으로 구동된다.
제1 블레이드(112)의 선단(116)의 접선 속도는 적어도 제2 블레이드(120)의 선단(124)의 접선 속도만큼 될 수 있다. 단 하나의 접선 속도, 또는 선단 속도를 가진 가장자리 브러시는 미세한 먼지를 효과적으로 청소할 수 있지만, 큰 쓰레기가 흩어지는 것을 초래할 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 선단 속도는 미세한 먼지 수거를 희생하면서, 큰 쓰레기가 흩어지는 것을 방지하도록 최적화될 수 있다. 본 명세서에 개시된 가장자리 청소 브러시(12)는 큰 쓰레기를 흩어지지 않게 수거하면서도 매우 효과적인 청소 성과를 달성하는데 도움을 주는 2개의 별개의 선단 속도를 포함하고 있다.
상기한 바와 같이, 유성 기어 시스템(128)는 제1 청소 도구(100)를 제2 청소 도구(102)가 회전하는 속력보다 느린 속력으로 구동시키도록 구성되어 있다. 외측의 긴 블레이드(120)의 회전 속력을 줄이는 것에 의해, 상기 로봇(10)의 청소 경로의 바깥쪽에 있는 쓰레기를 내던지는 것을 방지할 수 있다. 이것은 또한 보다 뻣뻣한 블레이드를 사용하는 것을 가능하게 한다.
도 12 및 도 13은 가장자리 청소 브러시(12)의 다른 실시례의 세부사항을 나타내고 있다. 이 가장자리 청소 브러시(12)는, 청소 요소(106, 110)를 제외하고는, 도 6 내지 도 11과 관련하여 기술한 가장자리 청소 브러시(12)의 실시례와 대체로 유사할 수 있다. 청소 요소(106, 110)는 블레이드 대신에 강모(158, 160)를 각각 포함할 수 있다. 제1 강모(158)의 말단부 또는 선단(162)은 제2 강모(160)의 말단부 또는 선단(164)을 넘어서 뻗어 있다.
도 14 및 도 15는 가장자리 청소 브러시(12)의 또 다른 실시례의 세부사항을 나타내고 있다. 이 가장자리 청소 브러시(12)는, 제2 청소 요소(110)를 제외하고는, 도 6 내지 도 11과 관련하여 기술한 가장자리 청소 브러시(12)의 실시례와 대체로 유사할 수 있다. 제2 청소 요소(110)는 블레이드 대신에 청소 패드(166)를 포함할 수 있다. 제1 청소 요소(106)는 도시된 것과 같은 블레이드(112)를 포함할 수 있고, 상기 블레이드(112)의 말단부 또는 선단(116)는 상기 청소 패드(166)의 외측 가장자리(168)를 넘어서 뻗어 있다. 대체 실시형태로서, 제1 청소 요소(106)는 도 12 및 도 13에 도시되어 있는 것과 같은 강모(160)를 포함할 수 있고, 상기 강모(160)의 말단부 또는 선단(164)는 상기 청소 패드(166)의 외측 가장자리(168)를 넘어서 뻗어 있다. 상기 청소 패드(166)는 마이크로파이버 패드, 또는 다른 물질로 이루어진 습식 문지르기 패드(wet scrubbing pad)가 될 수 있다.
도 16은 가장자리 청소 브러시(12)의 또 다른 실시례의 개략도이다. 이 가장자리 청소 브러시(12)는, 제3 청소 도구(170)와 2-스테이지 유성 기어 시스템(172)을 포함하는 것을 제외하고는, 도 6 내지 도 11과 관련하여 기술한 가장자리 청소 브러시(12)의 실시례와 대체로 유사할 수 있다. 제3 청소 도구(170)는 제2 청소 도구(102)와 다른 속도로, 그리고 제1 청소 도구(100)와 같은 속도 또는 다른 속도로 회전하도록 구성될 수 있다.
제3 청소 도구(170)는 상기 로봇(10)의 하우징(14)에 대하여 회전하도록 구성된 제3 회전체(174) 및 제3 회전체(174)와 함께 회전하도록 제3 회전체(174)와 결합된 제3 청소 요소(176)를 포함하고 있다. 제3 청소 요소(176)가 제3 회전체(174)와 결합되어 있다는 것은, 제3 청소 요소(176)가 제3 회전체(174)와 함께 회전하도록 제3 회전체(174)에 부착될 수 있거나, 제3 회전체(174)와 함께 형성될 수 있거나, 제3 회전체(174)에 적절하게 연결될 수 있다는 것이다. 제3 청소 요소(176)는 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 솔질하거나, 비질하거나, 먼지털기하거나, 걸레질하거나, 또는 다른 방식으로 이동시키도록 구성되어 있다. 예를 들면, 제3 청소 요소(176)는, 제1 청소 요소 및 제2 청소 요소(106, 110)와 함께 청소할 표면에 놓인 쓰레기를 흡입 노즐(22)(도 3)쪽으로 또는 하우징(14)의 다른 쓰레기 유입구쪽으로 이동시킬 수 있다.
제1 회전체, 제2 회전체 및 제3 회전체(104, 108, 174)는 가장자리 청소 브러시(12)의 회전축(V)을 따라서 동심으로 정렬될 수 있다. 하나의 실시례로서, 제1 회전체, 제2 회전체 및 제3 회전체(104, 108, 174)는, 제1 회전체(104)가 제2 회전체(108)의 위에 겹쳐 놓이고 제3 회전체(174)가 제1 회전체(104)의 위에 겹쳐 놓이는 상태로, 겹쳐 놓일 수 있다. 이러한 겹쳐 놓인 배치상태에서는, 제1 청소 요소(106)가 대체로 제2 청소 요소(110) 위에 놓일 수 있고 제3 청소 요소(176)가 대체로 제1 청소 요소 및 제2 청소 요소(106, 110) 위에 놓일 수 있다. 작동시에는, 각각의 청소 요소(106, 110, 176)의 적어도 일부분이 청소할 표면과 접촉할 수 있다. 상기 청소 요소(106, 110, 176)는 블레이드, 강모, 마이크로파이버, 청소 패드, 또는 다른 종류의 청소 요소를 포함할 수 있다.
2-스테이지 유성 기어 시스템(172)는 제1 청소 도구(102)용 제1 유성 기어 세트(178)를 포함하고 있고, 도 8 내지 도 11과 관련하여 위에서 설명한 기어 세트(gear set)와 대체로 동일할 수 있다. 제3 청소 도구(170)에 대해 다른 유성 기어 세트(180)가 제공된다. 제2 청소 도구(102)는 구동 샤프트(96)의 전속력으로 운동하고, 제1 청소 도구(100)는 제1 유성 기어 세트(178)의 기어 비에 의해서 결정된 감소된 속력으로 운동하고, 제3 청소 도구(170)는 제2 유성 기어 세트(180)의 기어 비에 의해서 결정된 감소된 속력으로 운동한다.
도 17은 가장자리 청소 브러시(12)의 또 다른 실시례의 분해도이다. 제1 청소 도구(100)는 제2 청소 도구(102)에 대하여 반대 방향으로 회전하도록 구성될 수 있고, 이러한 구성은 토크의 영향을 최소화할 수 있다. 제1 회전체(104)는 공통 회전축(V)에 대하여 제1 방향(A1)을 회전할 수 있고, 제2 회전체(108)는 공통 회전축(V)에 대하여 제1 방향(A1)과 반대 방향인 제2 방향(A2)으로 회전할 수 있다.
이 실시례에서는, 도 8 내지 도 11의 실시례와 같이, 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)와 동일한 속력으로, 그리고 동일한 방향(A2)으로 회전하도록 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)와 직접 연결되어 있거나, 이와 다른 방식으로 브러시 모터 샤프트(96)와 작동가능하게 결합되어 있다. 제1 청소 도구(100)가 브러시 모터(50)에 의해서 발생된 구동력과 구동 방향을 변화시키는 외전 사이클로이드(epicyclic) 또는 유성 기어 시스템(128)에 의해 브러시 모터(50)와 결합되어 있어서, 제1 청소 도구(100)는 제2 청소 도구(102)와 반대 방향(A1)으로 그리고 제2 청소 도구(102)보다 저속으로 회전한다. 유성 기어 시스템이 도시되어 있지만, 다른 비-유성 기어 장치도 가능하다.
유성 기어 시스템(182)은 태양 기어(184), 상기 태양 기어(184)와 맞물린 하나 이상의 고정된 유성 기어(186), 그리고 상기 유성 기어(186)와 맞물려 있으며 상기 태양 기어(184)과 반대 방향으로 회전하는 외측 링 기어(188)를 포함하고 있다. 태양 기어(184)는 브러시 모터(50)의 샤프트(96)에 부착되어 있으며, 브러시 모터(50)에 의해서 구동되면 회전축(V)에 대해서 제2 방향(A2)으로 회전하도록 구성되어 있다. 제1 회전체(104)는 링 기어(188)와 함께 운동하도록 링 기어(188)와 함께 형성되어 있거나, 링 기어(188)와 연결되어 있거나, 링 기어(188)와 결합되어 있다. 링 기어(188)는 링 기어(188)가 모터 구동 샤프트(96)와 반대 방향(A1)으로 회전하도록 태양 기어(184)와 맞물린 고정된 유성 기어(186)에 의해서 구동된다. 다른 유성 기어 박스 구성에서는, 다른 기어 비를 만들기 위해서, 유성 기어 박스의 다른 한 부분(another portion)이 정지된 상태로 유지될 수 있는 반면에, 이와 다른 부분(different portion)은 구동, 다시 말해서, 회전될 수 있다.
도 18은 가장자리 청소 브러시(12)의 또 다른 실시례의 분해도이다. 제1 청소 도구(100)는 제2 청소 도구(102)가 회전하는데 있어서 중심이 되는 축(V1)으로부터 벗어나 있는 축(V2)에 대해서 회전하면서, 축(V1)을 중심으로 A3 방향으로 선회(orbit)하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 실시례의 제1 청소 도구와 제2 청소 도구(100, 102)는 비-동심(non-concentric)이다. 제1 회전체(104)는 축(V2)에 대해서 A1 방향으로 회전하고, 제2 회전체(108)는 축(V1)에 대해서 A2 방향으로 회전하는 형태로, 제1 청소 도구(100)가 제2 청소 도구(102)에 대해서 반대 방향으로 회전하도록 구성될 수도 있다. 제1 청소 도구(100)가 선회하는 A3 방향은 A2 방향과 동일하고, A1 방향과 반대이다.
이 실시례에서는, 도 8 내지 도 11의 실시례와 같이, 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)와 동일한 속력으로, 동일한 방향(A2)으로, 그리고 동일한 축(V1)에 대해서 회전하도록 제2 청소 도구(102)가 브러시 모터 샤프트(96)와 직접 연결되어 있거나, 이와 다른 방식으로 브러시 모터 샤프트(96)와 작동가능하게 결합되어 있다. 제1 청소 도구(100)가 브러시 모터(50)에 의해서 발생된 구동력을 변화시키는 외전 사이클로이드(epicyclic) 또는 유성 기어 시스템(200)에 의해 브러시 모터(50)와 결합되어 있어서, 제1 청소 도구(100)는 제2 청소 도구(102)보다 저속으로, 제2 청소 도구(102)와 반대 방향(A1)으로, 그리고 제2 청소 도구(102)와 다른 축(V2)에 대해서 회전하면서, A3으로 표시된 것과 같이 축(V1)을 중심으로 선회한다. 유성 기어 시스템이 도시되어 있지만, 다른 비-유성 기어 장치도 가능하다.
유성 기어 시스템(200)은 태양 기어(202), 상기 태양 기어(202)와 맞물려 있으며 상기 태양 기어(202)를 중심으로 회전하는 적어도 하나의 유성 기어(204), 그리고 상기 유성 기어(204)와 맞물려 있으며 기어 케이싱(130)에 고정된 외측 링 기어(138)(도 10)를 포함하고 있다. 도 18에서 상기 링 기어(138)는 보이지 않지만, 상기 링 기어(138)는 도 10과 관련하여 기술한 링 기어(138)와 동일하거나, 대체로 동일하다고 생각된다.
태양 기어(202)는 브러시 모터(50)의 샤프트(96)에 부착되어 있으며, 브러시 모터(50)에 의해서 구동되면 축(V1)에 대해서 A2 방향으로 회전하도록 구성되어 있다. 유성 기어(204)는, 상기한 바와 같이, 고정되어 있으며 회전가능하지 않은, 링 기어(138)(도 10)의 내측에서 태양 기어(202)를 중심으로 회전한다. 중심축(V1)으로부터 이격되어 있는 유성 기어(204)는 축(V2)에 대해서 회전할 때 A3 방향으로 선회 또는 회전하게 된다. 제1 회전체(104)는 유성 기어(204)와 함께 회전 및 선회하도록 유성 기어(204)와 함께 형성되어 있거나, 유성 기어(204)와 연결되어 있거나, 유성 기어(204)와 결합되어 있다.
도 19는 먼지털기, 걸레질하기 또는 습식 또는 반습식 청소 작업 사이클을 수행할뿐만 아니라 비질을 하도록 구성되어 있으며, 본 명세서에 기술된 모든 실시례의 가장자리 청소 브러시(12)를 포함할 수 있는 바닥 청소 로봇의 다른 실시례의 개략도이다. 상기한 기능 시스템 외에, 상기 로봇(10)은 청소용 유체 공급 시스템의 구성요소들을 자율적으로 이동가능한 하우징(14)에 장착하고 있거나 및/또는 갖추고 있다. 비제한적인 예로서, 액체, 스팀, 박무(mist), 또는 증기를 청소할 표면에 방출할 수 있는 자율 바닥 청소기를 포함하여, 유체 공급 또는 유체 회수를 필요로 하는 다른 자율 청소기가 고려된다.
유체 전달 시스템은 청소용 유체를 보관하는 공급 탱크(190) 및 공급 탱크(190)와 유체 연통되어 있는 적어도 하나의 유체 분배기(192)를 포함할 수 있다. 상기 청소용 유체는 물 또는 단단한 표면 청소를 위해 특수 제조된 청소 용액과 같은 액체로 될 수 있다. "청소용 유체" 라는 용어는, 달리 언급이 없으면, 물 또는 청소 용액, 스팀 또는 증기와 같은 액체를 포함한다.
공급 탱크(190)는 임의의 구성으로 상기 하우징(14)에 장착될 수 있다. 본 실시례에서는, 공급 탱크(190)가 충전 또는 재충전을 위해서 하우징(14)으로부터 분리할 수 있게 될 수 있다. 다른 실시례에서는, 공급 탱크(190)가 일회용이고 교체가능하게 될 수 있다.
상기 유체 분배기(192)는 상기 로봇(10)의 하우징(14)에 설치된 하나 이상의 스프레이 노즐 또는 스프레이 팁(spray tip)이 될 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 유체 분배기(192)가 복수의 유출구를 가진 매니폴드가 될 수 있다.
상기 유체 분배기(192)는 청소용 유체를 청소할 표면에 분배하기 위해서 위치될 수 있는데, 예를 들면, 청소할 표면에 대향하여 위치된 유체 분배기(192)의 유출구를 가지는 것에 의해, 청소할 표면에 직접 청소용 유체를 분배하거나, 상기 가장자리 청소 브러시(12)들 중의 하나 또는 양자 모두, 또는 브러시롤(34)과 같은 교반기에 청소용 유체를 분배하도록 위치된 유체 분배기(192)의 유출구를 가지는 것에 의해, 청소할 표면에 간접적으로 청소용 유체를 분배할 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 유체 분배기(192)는 사용자가 청소용 유체가 분배되고 있는 장소를 정확하게 볼 수 있도록 상기 하우징(14)으로부터 바깥쪽으로 청소용 유체를 분무하도록 구성될 수 있다. 또 다른 대체 실시형태로서, 상기 로봇(10)의 다양한 장소에 청소용 유체를 분배하기 위해서 복수의 유체 분배기가 설치될 수 있다.
상기 유체 분배기(192)에 대한 유체의 흐름을 제어하기 위해서 유체 이송 펌프(194)가 상기 공급 탱크(190)와 상기 유체 분배기(192) 사이의 유체 경로에 설치될 수 있다. 당해 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 것과 같이, 청소용 유체를 청소할 표면에 사용하기 전에 청소용 유체를 가열하는 가열기, 또는 하나 이상의 유체 조절 및 혼합 밸브와 같은, 선택적인 구성요소들의 다양한 결합체가 유체 전달 시스템에 결합될 수 있다.
가장자리 청소 브러시(12)는 습식 또는 반습식 사용처에서 청소할 표면을 문지르기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 빠르게 회전하는 내측 청소 도구(102)는 청소할 표면을 깊게 문지를 수 있고, 느리게 회전하는 외측 청소 도구(100)는 쓰레기를 흩어지지 않게 하면서 청소할 표면을 쓸거나 먼지털기 할 수 있다.
도 20은 본 명세서에 기술된 가장자리 청소 브러시(12)의 모든 실시례를 포함할 수 있는, 다른 실시례에 따른 바닥 청소기(210)의 사시도이다. 상기 바닥 청소기(210)는 바닥 청소 베이스(234) 및 상기 베이스(234)를 청소할 표면 전체에 걸쳐서 안내하는 직립 몸체 또는 조립체(232)를 가진 하우징(230)을 가지고 있는, 직립 진공 청소기 또는 스틱형 진공 청소기와 같은, 직립 바닥 청소기가 될 수 있다. 진공 청소기의 상세한 설명은, 예를 들면, 2020년 1월 2일자로 발행된, 국제공개공보 제 WO2020/006182호에서 찾을 수 있고, 상기 문헌은 그 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다. 도시된 예에서는, 진공 청소기가 직립 모드와 핸드헬드(hand-held) 모드로 전환가능하지만, 다른 실시례에서는, 진공 청소기가 직립 모드로만 사용할 수 있게 구성될 수 있다고 생각된다.
진공 청소기(210)가 청소할 표면으로부터 쓰레기를 제거하여 이 쓰레기를 보관하는 회수 시스템(recovery system)을 포함할 수 있다고 생각된다. 상기 회수 시스템은 흡입구 또는 흡입 노즐(216), 작업 공기 흐름을 발생시키기 위해서 흡입 노즐(216)과 유체 연통되어 있는 흡입원(218)(도 20에 가상선으로 표시되어 있음), 그리고 나중의 폐기 처리를 위해 작업 공기 흐름으로부터 쓰레기를 분리하여 수거하는 회수 용기(220)를 포함할 수 있다. 상기 회수 용기(220)는 나중의 폐기 처리를 위해 작업 공기 흐름으로부터 쓰레기를 수거하는 수거함을 포함할 수 있다. 상기 회수 용기(220)는 작업 공기 흐름으로부터 혼입된 쓰레기를 분리시키는 분리기를 포함할 수 있다. 상기 분리기의 몇 가지 비제한적인 예는 싸이클론 분리기, 필터 스크린, 폼 필터, HEPA 필터, 필터 백, 또는 이들의 결합형태를 포함한다.
상기 흡입원(218)은 임의의 적절한 흡입원이 될 수 있고 회수 용기(220)와 유체 연통되게 설치되어 있다. 비제한적인 예로서, 상기 흡입원(218)은 모터/팬 조립체를 포함할 수 있다. 상기 흡입원(218)은 배터리와 같은 전원(222)에 전기적으로 결합될 수 있거나 가정용 콘센트에 결합된 전선에 의해 전기적으로 결합될 수 있다. 흡입원(218)과 전원(222) 사이의 흡입 전원 스위치(224)가 사용자에 의해 선택적으로 닫혀서, 흡입원(218)을 작동시킬 수 있다.
직립 조립체(232)는, 비제한적인 예로서, 흡입원(218)과 회수 용기(220) 뿐만 아니라, 전원 또는 배터리와 같은 다른 구성요소를 포함하여, 상기 회수 시스템의 구성요소들을 지지하는 손으로 쥐는 부분(236)을 포함할 수 있다. 상기 손으로 쥐는 부분(236)은 막대기부(wand)(240)에 탈착가능하게 결합될 수 있고, 진공 청소기(210)를 청소할 표면 위에서 조종하고 진공 청소기(210)를 핸드헬드 모드로 사용하기 위해서 손잡이(266)를 더 포함할 수 있다.
도 21을 참고하면, 도시된 진공 청소기(210)가 베이스(234)의 밑면에 2개의 가장자리 청소 브러시(12)를 포함하고 있다. 베이스(234)는 청소할 표면 위로 이동할 수 있게 구성된 베이스 하우징(238)을 포함할 수 있고, 상기 베이스 하우징(238)의 밑면에 가장자리 청소 브러시(12)를 가지고 있다. 다른 실시례에서는, 한 개의 가장자리 청소 브러시(12)가 상기 베이스(234)에 설치될 수 있다.
흡입 노즐(216)은 베이스(234)에, 일반적으로 가장자리 청소 브러시(12)들 사이에, 설치될 수 있다. 쓰레기가 보다 쉽게 흡입 노즐(216) 속으로 흡입되도록 청소할 표면을 휘젓기 위해서 교반기(226)가 흡입 노즐(54)에 인접하게 설치될 수 있다. 교반기(226)의 몇 가지 예는, 비제한적인 예로서, 수평 회전식 브러시롤, 이중 수평 회전식 브러시롤(dual horizontally-rotating brushroll), 하나 이상의 수직 회전식 브러시롤, 또는 고정 브러시를 포함한다. 교반기 하우징(272)이 흡입 노즐(216) 주위에 설치되어 있으며 교반기(226)용 챔버를 포함하고 있다. 교반기 하우징(272)은 베이스 하우징(234)의 앞쪽 부분을 형성할 수 있다.
교반기(226)는 대체로 가장자리 청소 브러시(12)들의 사이에 놓일 수 있고, 상기 가장자리 청소 브러시(12)들은 쓰레기를 베이스 하우징(238)의 아래로 그리고 흡입 노즐(216)와 교반기(226)쪽으로 휩쓸고 가도록 구성되어 있다. 다른 실시례에서는, 교반기가 설치되어 있지 않고, 가장자리 청소 브러시(12)가 쓰레기를 베이스 하우징(238)의 아래로 그리고 흡입 노즐(216)쪽으로 휩쓸고 가도록 구성되어 있다.
본 명세서에는 자율 바닥 청소기에 대하여 도시되어 있지만, 본 명세서에 개시된 가장자리 청소 브러시의 다양한 실시례는 다른 구성으로 배열된 유사한 기능 시스템을 가진 표면 청소 장치, 예를 들면, 하나 이상의 가장자리 청소 브러시를 가진 바닥 청소 베이스와 이 베이스를 청소할 표면을 가로지르도록 향하게 하는 직립 몸체를 가진 직립 장치, 진공 호스에 의해 바퀴달린 베이스에 연결된 하나 이상의 가장자리 청소 브러시를 가진 청소 도구를 가진 캐니스터 장치(canister device), 비교적 작은 구역을 청소하기 위해서 사용자에 의해 손으로 운반되도록 구성된 휴대용 장치, 또는 상업용 장치에 설치될 수 있다. 상기한 모든 청소기는 무선 작동을 위해 내장된 배터리를 포함하는, 배터리 작동식 장치로 개조될 수 있다. 상기한 모든 청소기는 타일 및 단단한 목재와 같은 단단한 바닥 표면과 카페트와 같은 부드러운 바닥 표면을 청소하기 위해서 사용될 수 있고, 건식 청소와 습식 청소 양자 모두를 수행할 수 있는 다중-표면 청소 장치로 개조될 수 있다. 본 발명의 실시형태들은, 스팀 방출 기능을 가진 표면 청소 장치와 같은, 스팀 장치에 결합될 수도 있다. 본 발명의 실시형태들은, 유체 방출 기능이 없는 표면 청소 장치와 같은, 단지 회수 능력 또는 건식 진공청소 능력을 가진 장치에 결합될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 장치, 시스템, 그리고 방법의 다양한 실시형태 또는 특징으로부터 발생되는 본 발명의 여러가지 장점이 있다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 자율 청소 로봇에 복수의 청소 도구와 이 복수의 청소 도구를 상이한 속도로 구동시키는 유성 기어 시스템을 가진 가장자리 청소 브러시를 제공한다. 종래의 가장자리 청소 브러시가 가진 한 가지 문제점은 선단 속도(tip velocity)가 너무 빨라서, 쓰레기를 하우징쪽으로 안쪽으로 쓸기 보다는 쓰레기를 바깥쪽으로 내던진다는 것이다. 게다가, 브러시에 의해서 덮힌 내부 구역이 효과적인 청소를 하기에 너무 느리거나, 어떤 종류의 청소를 실시하기 위해서 바닥 표면과 전혀 접촉하지 않을 수 있다. 본 명세서에 개시된 가장자리 청소 브러시의 실시례들에 의하면, 각각의 청소 요소를 원하는 회전 속도로 회전시키면서도 상이한 종류의 청소 요소들이 결합될 수 있다.
아직 설명하지 않은 범위까지, 본 발명의 다양한 실시례의 상이한 특징과 구조가 원하는 대로 서로 결합되어 사용될 수 있거나, 별개로 사용될 수 있다. 하나의 자율 바닥 청소기 또는 바닥 청소 로봇이 이러한 특징 전부를 가지는 것으로 본 명세서에 설명되어 있는 것이 이러한 특징 전부가 결합되어 사용되어야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 오히려 설명의 간략화를 기하기 위해서 본 명세서에 그렇게 기술되어 있는 것이다. 따라서, 새로운 실시례가 명시적으로 기술되어있던지 그렇지 않던지 간에, 새로운 실시례를 형성하기 위해서 상기 실시례들의 다양한 특징들이 원하는 대로 다양한 청소 장치 구성으로 짜맞추어질 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 일반적이고 구체적인 실시례에 관한 것이다. 하지만, 균등론을 포함하여 특허법의 원칙에 따라 해석되어야 하는, 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 기술사상과 보다 넓은 실시형태로부터 벗어나지 않고 다양한 수정과 변경이 이루어질 수 있다. 상기와 같이, 본 발명은 예시적인 목적으로 제공되어 있는 것이므로 본 발명의 모든 실시례의 총망라한 설명으로 해석되어서는 안되며 청구범위를 이들 실시례와 관련하여 예시되어 있거나 설명되어 있는 특정 요소로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, "하나의", "어떤", 또는 "상기"라는 표현을 사용하여, 어떤 요소를 단수형으로 표현한 것이 상기 요소를 단수형으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
마찬가지로, 첨부된 청구범위가 첨부된 청구범위에 포함되는 특정 실시례들 사이에서 달라질 수 있는, 상세한 설명에 기술된 명확하고 특정적인 구성요소 또는 방법으로 제한되지 않는다는 것도 알아야 한다. 다양한 실시례의 특정의 특징이나 실시형태를 설명하기 위해서 본 명세서에 기초한 임의의 마쿠쉬 그룹(Markush group)과 관련하여, 상이한, 특수한, 및/또는 예상 밖의 결과가 다른 모든 마쿠쉬 요소(Marcush member)로부터 독립적인 각각의 마쿠쉬 그룹의 각각의 요소로부터 얻어질 수 있다. 마쿠쉬 그룹의 각각의 요소가 개별적으로 또는 결합하여 의존할 수 있고 첨부된 청구범위 내에서 특정 실시례에 대한 적절한 뒷받침을 제공한다.

Claims (20)

  1. 바닥 표면을 청소하는 바닥 청소기로서,
    청소할 표면 위를 이동하도록 구성된 하우징; 그리고
    상기 하우징에 장착된 가장자리 청소 브러시;
    를 포함하고,
    상기 가장자리 청소 브러시가
    제1 속도로 회전하도록 구성된 제1 청소 도구; 및
    제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전하도록 구성된 제2 청소 도구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  2. 제1항에 있어서, 제1 청소 도구와 제2 청소 도구가 청소할 표면에 대해 각을 이룬 축을 따라서 동심으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  3. 제1항에 있어서, 제1 청소 도구와 제2 청소 도구의 각각이 상기 하우징에 대하여 회전하도록 구성된 회전체와 청소할 표면과 접촉하도록 구성된 청소 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  4. 제3항에 있어서, 제1 청소 도구의 청소 요소가 제1 길이를 가진 복수의 블레이드를 포함하고 제2 청소 도구의 청소 요소가 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가진 복수의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  5. 제3항에 있어서, 제1 청소 도구의 청소 요소가 제1 길이를 가진 복수의 강모를 포함하고 제2 청소 도구의 청소 요소가 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가진 복수의 강모를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  6. 제5항에 있어서, 제1 청소 도구와 제2 청소 도구의 회전체는, 제1 길이를 가진 강모의 말단부의 접선 속도가 제2 길이를 가진 강모의 말단부의 접선 속도 이상이 되게 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  7. 제3항에 있어서, 제2 청소 도구의 청소 요소가 마이크로파이버 패드인 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  8. 제7항에 있어서, 제1 청소 도구의 청소 요소가 복수의 강모이고, 상기 복수의 강모의 말단부가 상기 마이크로파이버 패드의 외측 가장자리를 넘어서 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  9. 제1항에 있어서, 제1 청소 도구와 제2 청소 도구가 반대 방향으로 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  10. 제9항에 있어서, 제1 청소 도구를 제2 청소 도구와 반대 방향으로 구동시키도록 구성되어 있는 기어 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  11. 제1항에 있어서, 제1 청소 도구와 제2 청소 도구를 미리 결정된 다른 회전 속도로 구동시키도록 구성되어 있는 기어 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기어 박스가 상기 하우징의 외부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 기어 박스가 상기 하우징의 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 기어 박스가 유성 기어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  15. 제1항에 있어서, 제1 청소 도구가 60 내지 200 rpm으로 구동되고 제2 청소 도구가 180 내지 800 rpm으로 구동되는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 브러시 챔버에 장착된 브러시롤을 포함하고, 상기 브러시롤은 제1 축에 대하여 회전할 수 있게 장착되어 있고, 상기 가장자리 청소 브러시는 제2 축에 대하여 회전할 수 있게 하우징의 가장자리에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 브러시롤을 제1 축에 대하여 구동시키기 위해 상기 브러시롤과 결합된 브러시롤 모터 및 상기 가장자리 청소 브러시를 제2 축에 대하여 구동시키기 위해 상기 가장자리 청소 브러시와 결합된 가장자리 브러시 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  18. 제1항에 있어서,
    흡입 노즐에 의해서 형성된 유입구와 배기구에 의해서 형성된 유출구를 가진 상기 하우징을 통과하는 작업 공기 경로, 상기 작업 공기 경로를 통과하는 작업 공기 흐름을 발생시키기 위해서 상기 흡입 노즐과 유체 연통되어 있는 흡입원, 그리고 나중의 폐기 처리를 위해 상기 작업 공기 흐름으로부터 쓰레기를 수거하는 수거함을 포함하는 진공 수거 시스템; 그리고
    제1 축에 대하여 회전할 수 있게 상기 하우징의 브러시 챔버에 장착된 브러시롤;
    을 포함하고,
    상기 가장자리 청소 브러시가 제2 축에 대하여 회전할 수 있게 상기 흡입 노즐과 상기 브러시롤의 앞쪽의 하우징의 가장자리에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  19. 제1항에 있어서, 컨트롤러 및 상기 컨트롤러로부터의 입력에 기초하여 상기 하우징을 청소할 표면 위에서 자율적으로 이동시키는 구동 시스템을 가진 자율 바닥 청소 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
  20. 제19항에 있어서,
    흡입 노즐에 의해서 형성된 유입구와 배기구에 의해서 형성된 유출구를 가진 상기 하우징을 통과하는 작업 공기 경로, 상기 작업 공기 경로를 통과하는 작업 공기 흐름을 발생시키기 위해서 상기 흡입 노즐과 유체 연통되어 있는 흡입원, 그리고 나중의 폐기 처리를 위해 상기 작업 공기 흐름으로부터 쓰레기를 수거하는 수거함을 포함하는 진공 수거 시스템; 그리고
    제1 축에 대하여 회전할 수 있게 상기 하우징의 브러시 챔버에 장착된 브러시롤;
    을 포함하고,
    상기 구동 시스템이 상기 하우징을 청소할 표면 전체에 걸쳐서 구동시키기 위해서 구동 바퀴를 포함하고, 상기 구동 바퀴는 상기 하우징의 전방 단부와 후방 단부 사이에 장착되어 있으며, 서로 측면방향으로 이격되어 있고; 그리고
    상기 가장자리 청소 브러시가 상기 흡입 노즐, 상기 브러시롤, 그리고 상기 구동 바퀴의 앞쪽의 상기 자율 바닥 청소 로봇의 전방 단부에 장착되어 있고, 상기 가장자리 청소 브러시가 쓰레기를 상기 흡입 노즐쪽으로 휩쓸고 가도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥 청소기.
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