KR20210097049A - 자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션 - Google Patents

자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션 Download PDF

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KR20210097049A
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docking
docking station
robot
signal
transmitter
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KR1020210011946A
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앤드루 제임스 브루워즈
데이비드 반캄펜
제프리 스완
패트릭 디. 애커스트
제어드 토마스
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비쎌 인코포레이티드
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Abstract

자율 바닥 청소기를 충전하기 위한 도킹 스테이션은 로봇에 의해 탐지되는 신호를 전송할 수 있는 송신기를 포함한다. 도킹 스테이션은 송신기를 위한 불투명 슈라우드 및/또는 스프링 장전식 충전 접점을 포함할 수 있다. 자율 바닥 청소기는 도킹 스테이션으로부터 방출되는 신호를 탐지하는 피동형 수신기 및 위치/근접 감지를 위한 비행 시간 센서를 포함할 수 있다. 로봇은 도킹 스테이션에 도킹하거나 도킹 스테이션을 피할 때 선택적으로 비행 시간 센서를 끌 수 있다. 도킹, 재도킹, 저전력 충전, 도킹 스테이션 회피, 도킹 중 장애물 반응 및 근접 도킹을 위한 방법들이 개시된다.

Description

자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션{DOCKING STATION FOR AUTONOMOUS FLOOR CLEANER}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 전체가 본 명세서에 참조되는 2020년 1월 29일자로 출원된 미국 가출원 제62/967,074호의 우선권을 주장한다.
발명의 기술 분야
본 발명은 일반적으로 자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션에 관한 것이다.
자율 또는 로봇 바닥 청소기는 바닥 표면을 청소하기 위해 사용자나 조작자의 도움없이 이동할 수 있다. 예를 들어, 당해 바닥 청소기는 오물(먼지, 털, 및 기타 이물질을 포함)을 바닥 청소기에 탑재된 수집 빈(collection bin) 내로 진공 흡입하거나 스위핑(sweeping)하도록 구성될 수 있다. 일부 바닥 청소기는 또한 맨바닥, 카펫, 러그 및 기타 바닥 표면의 습식 청소를 위해 액체를 도포하고 추출하도록 구성된다. 이 바닥 청소기는 바닥 표면을 청소하는 동안 표면 주위를 무작위적으로 돌아다니거나, 표면에 대한 안내 내비게이션을 위한 매핑/내비게이션 시스템(mapping/navigation system)을 사용할 수 있다.
흔히, 이러한 자율 바닥 청소기는 충전식 배터리를 포함하며, 배터리용 충전 접점들이 바닥 청소기의 외부 표면에 제공될 수 있다. 충전 크래들(charging cradle) 또는 도킹 스테이션에는 바닥 청소기 상의 충전 접점들과 상대결합할 수 있는 대응하는 충전 접점들이 제공될 수 있다. 일부 도킹 스테이션은 또한 수집 빈에 저장된 오물을 제거할 수도 있다.
자율 바닥 청소기는 배터리를 충전하고 그리고/또는 수집 빈을 비우기 위해 도킹 스테이션으로 복귀하는 것을 필요로 한다. 경우에 따라서는, 사용자가 자율 바닥 청소기를 도킹 스테이션으로 수동으로 복귀시켜야만 하며, 이는 자율 청소의 편의성의 일부를 무효화시킨다. 일부 바닥 청소기 및 도킹 스테이션에 대해서는 자동화된 도킹 프로세스도 알려져 있다. 예를 들어, 일부 자율 바닥 청소기는 도킹 스테이션 상의 IR 빔과 로봇 상의 IR 수신기를 사용하여 도킹될 때까지 도킹 스테이션을 탐지(detecting)하고 경로탐색(navigating)한다. 하지만, 이러한 시스템은 여전히 도킹 스테이션까지 경로탐색하고 도킹 스테이션과 적절히 얼라인(align)하고 도킹 스테이션 주위를 효과적으로 청소함에 있어서의 어려움을 포함하여 수많은 작동상의 한계를 나타낸다.
전술한 문제점을 극복하기 위해서는, 자동 도킹을 위한 신뢰성 있는 시스템 및 방법이 개발되어야 한다.
본 발명은 자율 바닥 청소기 및 자율 바닥 청소기를 위한 도킹 스테이션에 관한 것이다. 자율 바닥 청소기의 도킹 스테이션과의 자동 도킹을 위한 다양한 방법이 여기에 설명된다. 또한, 도킹 스테이션에서 자율 바닥 청소기를 충전하기 위한 다양한 방법이 여기에 설명된다. 또한, 도킹 스테이션 또는 장애물 주위에서의 자율 바닥 청소기의 내비게이션을 위한 다양한 방법이 여기에 설명된다.
하나의 양태에서, 자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션은 하우징; 로봇의 배터리를 충전하기 위해 로봇의 충전 접점들과 상대결합하도록 구성되는 상기 하우징 상에 배치된 전기 접점들 또는 충전 접점들; 및 로봇에 의한 탐지를 위해 적어도 하나의 신호 또는 인코딩된 빔을 전송할 수 있는 적어도 하나의 송신기;를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 도킹 스테이션은 로봇에 의한 탐지를 위해 적어도 하나의 신호 또는 인코딩된 빔을 전송할 수 있는 다수의 송신기를 포함한다. 송신기들로부터 방출되는 광 신호를 원하는 경로를 따라 지향시키고, 광 번짐을 감소시키고, 그리고/또는 송신기의 전송 구역들을 한정하기 위해, 하나 이상의 송신기에 대해 불투과성 슈라우드가 제공될 수 있다. 상기 슈라우드는 송신기를 둘러싸는 적어도 하나의 슈라우드 섹션을 가질 수 있다. 상기 슈라우드 섹션은 송신기 둘레의 벽 및 송신기로부터의 광이 방출되는 개구를 포함할 수 있다. 상기 벽은 송신기를 향하고 송신기로부터 방출되는 광에 대해 반사성인 내부 표면을 가질 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 도킹 스테이션은 스프링 로드 충전 접점들(spring-loaded charging contacts)을 포함한다. 상기 충전 접점들은 스프링에 의해, 로봇이 도킹 스테이션에 도킹되지 않은 상태에 해당할 수 있는 중립 위치로 바이어스(bias)된다. 스프링 로드 충전 접점들에 가해지는 힘, 즉 로봇의 도킹 스테이션과의 도킹이 충전 접점들을 접촉 위치로 이동하게 만들고, 이것이 로봇의 충전 접점들과 도킹 스테이션 충전 접점들 사이의 확실한 전기 접촉을 만들 수 있다. 선택적으로, 도킹 스테이션은 로봇이 존재한다는 것을 나타내기 위해, 눌러졌을 때 스프링 로드 충전 접점들 중의 적어도 하나에 의해 가려지는 광 스위치를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 도킹 스테이션은 하우징; 충전 접점들; 제1 전송 구역 내에 적어도 하나의 광 신호를 방출하도록 구성되는 중앙 송신기; 상기 중앙 송신기의 측방에 배치되어, 제2 전송 구역 내에 적어도 하나의 광 신호를 방출하도록 구성되는 우측 송신기; 및 상기 중앙 송신기의 측방에 배치되어, 제3 전송 구역 내에 적어도 하나의 광 신호를 방출하도록 구성되는 좌측 송신기를 포함한다. 하우징 내의 슈라우드가: 상기 중앙 송신기를 둘러싸고, 제1 라이트 챔버를 한정하며, 상기 중앙 송신기 둘레의 불투과성 제1 벽 및 광이 방출 가능한 상기 제1 벽 내의 제1 개구를 포함하고, 상기 제1 개구가 상기 제1 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하게 되는 중앙 슈라우드 섹션; 상기 우측 송신기를 둘러싸고, 제2 라이트 챔버를 한정하며, 상기 우측 송신기 둘레의 불투과성 제2 벽 및 광이 방출 가능한 상기 제2 벽 내의 제2 개구를 포함하고, 상기 제2 개구가 상기 제2 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하게 되는 우측 슈라우드 섹션; 및 상기 좌측 송신기를 둘러싸고, 제3 라이트 챔버를 한정하며, 상기 좌측 송신기 둘레의 불투과성 제3 벽 및 광이 방출 가능한 상기 제3 벽 내의 제3 개구를 포함하고, 상기 제3 개구가 상기 제3 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하게 되는 좌측 슈라우드 섹션;을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 자율 바닥 청소기 및 도킹 스테이션을 포함하는 자율 바닥 청소 시스템에 관한 것이다. 상기 자율 바닥 청소기는 자율적으로 이동 가능한 하우징; 청소할 표면 위에서 상기 하우징을 자율적으로 이동시키기 위한 구동 시스템; 및 상기 자율 바닥 청소기의 작동을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 자율 바닥 청소기는 재충전 가능한 배터리를 포함할 수 있고, 배터리를 위한 전기 접점들 또는 충전 접점들이 로봇의 외부 표면에 제공될 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 자율 바닥 청소기는 도킹 스테이션으로부터 방출되는 신호를 탐지하는 하나 이상의 수신기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 자율 바닥 청소기는 또한 위치/근접도 감지를 위한 하나 이상의 비행 시간 센서(time-of-flight sensor)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 수신기는 비행 시간 센서와 동일한 주파수에서 작동하는 수동 IR 수신기이다. 일부 실시예에서, 로봇은 도킹 스테이션과 도킹하거나 도킹 스테이션을 회피할 때 비행 시간 센서를 선택적으로 오프시킨다. 그러한 때에, 로봇은 경로탐색하기 위해 수동 IR 수신기 및 도킹 스테이션으로부터의 신호에 의존한다.
상기 자율 바닥 청소기는 회수 시스템을 포함할 수 있다. 상기 회수 시스템은 공기 유입구와 공기 배출구, 이물질 저장소, 빈 또는 회수 탱크, 및 상기 공기 유입구와 공기 배출구, 이물질 저장소, 빈 또는 회수 탱크와 유체 연통하여 회수 경로를 통한 작업 공기 스트림을 생성하는 흡입원을 갖는 하우징을 통한 회수 경로를 포함할 수 있다.
상기 자율 바닥 청소기는 유체 전달 시스템을 포함할 수 있다. 상기 유체 전달 시스템은 일정 공급량의 청소 유체를 저장하기 위한 공급 탱크; 상기 공급 탱크와 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 분배기; 및 상기 적어도 하나의 유체 분배기로의 청소 유체의 흐름을 제어하도록 구성되는 유체 전달 펌프를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 자율 바닥 청소기의 도킹 스테이션과의 자동 도킹을 위한 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 도크로의 복귀 이벤트가 발생할 때, 로봇은 비행 시간 센서를 오프시키고, 수동 수신기 및 도킹 스테이션으로부터의 도킹 신호에 의존하여 도킹 스테이션과 도킹한다. 상기 방법은 도킹 스테이션을 향해 구동하는 단계, 로봇의 충전 접점들을 도킹 스테이션과 정렬시키기 위해 로봇을 회전시키는 단계, 및 도킹 스테이션과 도킹하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 충전 끊어짐 후 로봇을 도킹 스테이션에 재도킹시키기 위한 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 도킹 후 로봇이 도킹 스테이션과의 충전 접촉을 잃으면, 로봇은 도킹 스테이션에서 멀어지게 구동되고, 수동 수신기 및 도킹 스테이션으로부터의 단거리 도킹 신호에 의존하여 도킹 스테이션과 재정렬하고, 도킹 스테이션과 재도킹할 수 있다.
또 다른 양태에서, 도킹 스테이션에 의한 로봇의 저전력 충전을 위한 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 로봇이 도킹되어 있는 동안, 도킹 스테이션은 웨이크 모드 및 슬립 모드로 작동하도록 구성되고, 여기서 도킹 스테이션은 또한 배터리를 완전히 충전한 후 슬립 모드로 진입하여 배터리 충전을 중지하고, 슬립 모드에서 웨이크 모드로 전환한 후 배터리 충전을 재개하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 도킹 스테이션은 또한 배터리가 충분히 충전되면, 즉 최고위 충전되면, 슬립 모드로 다시 복귀하도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 로봇에 의해 수행되는 도킹 스테이션 회피를 위한 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 청소 중에 로봇이 장거리 도킹 신호를 감지하면, 로봇은 비행 시간 센서를 오프시키고, 수동 수신기 및 도킹 스테이션으로부터의 출입 금지 신호에 의존하여 도킹 스테이션 주위 및/또는 그로부터 멀어지는 곳으로 경로탐색할 수 있다.
또 다른 양태에서, 로봇에 의해 수행되는 도킹 중의 장애물 대응을 위한 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 로봇이 도킹 또는 재도킹 중에 장애물을 조우하는 경우, 로봇은 도킹 스테이션으로부터의 모든 도킹 신호를 일시적으로 무시하고, 장애물 회피 거동을 실행할 수 있다. 장애물이 회피되었다면, 로봇은 도킹 스테이션으로부터의 도킹 신호를 추종하는 것을 재개할 수 있다.
또 다른 양태에서, 로봇에 의해 수행되는 지근거리 도킹(close-proximity docking)을 위한 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 로봇이 이미 단거리 도킹 신호의 범위 내에 있을 때 도크로의 복귀 이벤트가 발생하면, 로봇은 비행 시간 센서를 오프시키고, 수동 수신기 및 도킹 스테이션으로부터의 단거리 도킹 신호에 의존하여 도킹 스테이션과 도킹할 수 있다.
본 개시의 이러한 특징들 및 장점들은 첨부된 도면 및 첨부된 청구 범위에 따라 볼 때 특정 실시예들의 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 설명에서 설명되거나 도면에 도시된 구성요소들의 작동의 세부에 또는 구조 및 구성의 세부에 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 본 발명은 다양한 다른 실시예들로 구현될 수 있으며, 여기에 명시적으로 개시되지 않는 대안적인 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기에 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. "포함하는"과 그 파생어는 이후에 열거된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가적인 항목 및 그 등가물을 포괄하는 것으로 의도된다. 또한, 다양한 실시예들의 설명에서 열거가 사용될 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 열거의 사용은 본 발명을 구성요소들의 특정 순서 또는 개수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 열거의 사용은 또한 본 발명의 범위를 열거된 스테이지들 또는 구성요소들과 조합될 수 있는 추가적인 스테이지나 구성요소를 배제하는 것으로 해석되어서도 안된다. "X, Y 및 Z 중의 적어도 하나"로서 요소들을 청구하는 임의의 언급은 X, Y 또는 Z의 개개의 어느 하나, 예를 들어 X, Y, Z; X, Y; X, Z; 및 Y, Z와 같은 X, Y 및 Z의 임의의 조합을 포함하는 것으로 의도된다.
도 1은 적어도 자율 바닥 청소기 또는 로봇, 및 도킹 스테이션을 포함하는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자율 바닥 청소 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템을 위한 자율 바닥 청소기 또는 로봇의 하나의 실시예의 사시도이다.
도 3은 도 2의 로봇의 저면도이다.
도 4는 도 2의 로봇의 개략도이다.
도 5는 로봇용 거리 센서의 하나의 실시예를 보여주는, 센서 커버가 제거된 로봇의 일부분의 확대도이다.
도 6은 하나의 예시적인 레이아웃의 다수의 수신기 및 수신기에 의해 제공되는 커버리지 패턴을 보여주는, 로봇의 개략적인 평면도이다.
도 7은 로봇용 충전 접점의 하나의 실시예를 보여주는 도 2의 로봇의 후면도이다.
도 8은 도 1의 시스템용 도킹 스테이션의 하나의 실시예의 정면 사시도이다.
도 9는 도 8의 도킹 스테이션의 평면도이다.
도 10은 도 8의 도킹 스테이션의 측면도이다.
도 11은 도 8의 도킹 스테이션의 정면도이다.
도 12는 도 8의 도킹 스테이션의 후면 사시도이다.
도 13은 도 8의 도킹 스테이션의 분해도이다.
도 14는 하나의 예시적인 레이아웃의 다수의 송신기를 보여주는, 도 8의 도킹 스테이션의 부분 분해도이다.
도 15는 도 8의 XV-XV 라인을 통해 취해진 도킹 스테이션의 단면 사시도이다.
도 16은 도 8의 XV-XV 라인을 통해 취해진 도킹 스테이션의 상부 단면도이다.
도 17은 도 8의 도킹 스테이션을 위한 송신기 및 슈라우드의 하나의 실시예의 성능의 광학 시뮬레이션이다.
도 18은 도킹 스테이션에 의해 제공되는 장거리 신호 전송 패턴의 하나의 실시예에서 보여지는 도킹 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 19는 도킹 스테이션에 의해 제공되는 단거리 신호 전송 패턴의 하나의 실시예에서 보여지는 도킹 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 20은 도킹 스테이션에 의해 제공되는 장거리 신호 전송 패턴의 또 다른 실시예에서 보여지는 도킹 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 21은 로봇을 도킹 스테이션과 도킹시키는 방법의 일부를 보여주는 흐름도이다.
도 22는 도 21의 방법의 또 다른 부분을 보여주는 흐름도이다.
도 23은 도 21의 방법의 또 다른 부분을 보여주는 흐름도이다.
도 24는 충전 끊어짐 후 도킹 스테이션에 로봇을 재도킹시키기 위한 방법의 하나의 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 25는 도킹 스테이션에 의한 로봇의 저전력 충전 방법의 하나의 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 26은 로봇에 의해 수행되는 도킹 스테이션 회피 방법의 하나의 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 27은 로봇에 의해 수행되는 도킹 중의 장애물 대응을 위한 방법의 하나의 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 28은 로봇에 의해 수행되는 지근거리 도킹을 위한 방법의 하나의 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 29-34는 도 21-23의 도킹 방법을 수행하는 로봇의 개략도이다.
본 개시는 일반적으로 자율 바닥 청소기를 위한 도킹 스테이션에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 자율 바닥 청소기의 배터리를 충전하기 위한 도킹 스테이션, 및 도킹 스테이션을 회피시키거나 도킹 스테이션과 도킹시키기 위해 도킹 스테이션을 위치시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자율 바닥 청소 시스템(10)의 개략도이다. 자율 바닥 청소 시스템(10)은 자율 바닥 청소기(12) 및 자율 바닥 청소기(12)를 위한 도킹 스테이션(14)을 포함한다. 자율 바닥 청소기(12)는 경목재, 타일, 석재와 같은 맨바닥과, 카펫 및 러그와 같은 부드러운 표면을 포함하여 다양한 바닥 표면을 청소할 수 있다. 선택적으로, 사용자 결정 경계 내에 자율 바닥 청소기(12)를 수용하기 위해 인공 장벽 시스템(20)이 시스템(10)과 함께 제공될 수 있다.
하나의 실시예에서, 자율 바닥 청소기(12)는 바닥 표면으로부터 이물질(오물, 먼지, 흙, 털 및 기타 이물질을 포함할 수 있다)을 흡입하고, 추후의 폐기를 위해 로봇 상에 제공된 공간에 제거된 이물질을 수집하기 위해 부분 진공을 발생시키기 위한 적어도 하나의 진공 수집 시스템을 포함하는 건식 진공 청소 로봇일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 자율 바닥 청소기(12)는 청소 유체를 저장하고 청소 유체를 청소할 표면으로 전달하기 위한 유체 전달 시스템과, 청소할 표면으로부터 청소 유체 및 이물질을 제거하고 회수된 청소 유체 및 이물질을 저장하기 위한 유체 회수 시스템을 포함하는 심층 청소 로봇(deep cleaning robot)일 수 있다. 유체 전달 시스템은 청소할 표면에 액체, 스팀, 미스트 또는 증기를 전달하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 자율 바닥 청소기(12)는 청소 유체를 저장하고 청소 유체를 청소할 표면으로 전달하기 위한 유체 전달 시스템과, 흡입의 사용 없이 청소할 표면으로부터 청소 유체 및 이물질을 제거하기 위한 모핑(mopping) 또는 스위핑(sweeping) 시스템을 포함하는 습식 모핑 또는 스위핑 로봇일 수 있다. 유체 전달 시스템은 청소할 표면에 액체, 스팀, 미스트 또는 증기를 전달하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 자율 바닥 청소기(12)는 흡입의 사용 없이 청소할 표면으로부터 건조한 이물질을 제거하고 추후의 폐기를 위해 로봇 상에 제공된 공간에 제거된 이물질을 수집하는 스위핑 시스템을 포함하는 건식 스위핑 로봇(dry sweeping robot)일 수 있다.
도킹 스테이션(14)은 자율 바닥 청소기(12)의 전원을 재충전할 수 있다. 하나의 예에 있어서, 도킹 스테이션(14)은 A/C 전력 콘센트(16)와 같은 가정용 전원에 연결될 수 있고, 배터리일 수 있는 자율 바닥 청소기(12) 자체 상의 전원을 재충전하기 위해 AC 전압을 DC 전압으로 변환시키기 위한 컨버터(18)를 포함할 수 있다. 도킹 스테이션(14)은 또한 자율 바닥 청소기(12)의 상태를 모니터하고, 자동 도킹 기능을 가능하게 해주고, 자율 바닥 청소기(12)와 통신하기 위한 다양한 센서 및 이미터(emitter)(도시되지 않음)와 더불어 네트워크 및/또는 블루투스 연결을 위한 피처(feature)들을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 자율 바닥 청소기(12)를 재충전하는 것에 추가하여 또는 그 대안으로서, 도킹 스테이션(14)은 자율 바닥 청소기(12)에 대한 서비스, 유지보수 또는 진단 검사를 수행할 수 있다. 예를 들어, 도킹 스테이션(14)은 건식 진공 또는 심층 청소 로봇의 경우 수집 빈을 자동으로 비우고 그리고/또는 심층 청소 로봇의 경우 공급 탱크를 자동으로 충전 또는 재충전하도록 구성될 수 있다.
도 2-4는 본 명세서에서 로봇(12)으로도 지칭되는 도 1의 시스템(10)을 위한 자율 바닥 청소기(12)의 하나의 실시예를 도시한다. 도 2-4에 도시된 로봇(12)은 시스템(10)과 함께 그리고 도킹 스테이션(14)과 함께 사용될 수 있는 자율 바닥 청소기의한 하나의 예일 뿐이며, 다른 자율 바닥 청소기가 시스템(10) 및 도킹 스테이션(14)과 함께 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
로봇(12)은 자율적으로 이동 가능한 유닛 또는 하우징(22) 내에, 청소할 표면으로부터 오물(먼지, 털 및 기타 이물질을 포함)을 제거하고 오물을 진공 청소기 상의 수집 공간에 저장하기 위한 작업 공기 흐름을 생성하는 진공 수집 시스템(24), 청소할 표면 위에서 로봇(12)을 자율적으로 이동시키기 위한 구동 시스템(26), 및 청소할 표면 위에서의 로봇(12)의 이동을 안내하고, 청소할 표면의 맵을 생성 및 저장하고, 상태 또는 기타 환경 변수 정보를 기록하기 위한 내비게인션/매핑 시스템(navigation/mapping system)(28)의 구성요소들을 포함하는 자율 바닥 청소기의 다양한 기능 시스템의 구성요소들을 장착한다.
컨트롤러(30)가 로봇(12)의 작동을 제어하기 위해 로봇(12)의 다양한 기능 시스템(24, 26, 28)과 작동 가능하게 결합된다. 컨트롤러(30)는 적어도 하나의 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)일 수 있다.
도시된 바와 같이, 로봇(12)의 하우징(22)은 제1 단부(32) 및 제2 단부(34)를 갖는 D자 형상일 수 있다. 제1 단부(32)는 로봇(12)의 전방부를 한정하고 선택적으로 범퍼(36)를 포함하는 D자형 하우징(22)의 직선형 에지 부분일 수 있다. 제2 단부(34)는 로봇(12)의 후방부를 한정할 수 있고 D자형 하우징(22)의 둥근형 부분일 수 있다. D자형 하우징(22)의 둥근형 부분이 로봇(12)의 전방부를 한정할 수 있고, D자형 하우징(22)의 직선형 에지 부분이 로봇(12)의 후방부를 한정할 수 있는 것을 포함하여, 로봇(12)의 다른 형상 및 구성이 가능하다.
로봇(12)의 전진 운동이 화살표(38)로 도시되고, 범퍼(36)는 로봇(12)의 전방부를 덮도록 로봇(12)의 제1 단부(32) 주위를 감싼다. 장애물과의 충돌 시, 범퍼(36)는 이동 또는 병진운동하여 물체의 탐지를 등록할 수 있다. 범퍼(36)는 또한 로봇(12)의 각 측면(40)의 일부를 감싸 커버할 수 있으며, 선택적으로 로봇(12)의 전방부에서 그리고 측면에서 장애물을 감지하기 위해 이중 방향 운동하도록 구성될 수 있다. 로봇(12)의 측면(40)은 로봇(12)의 제1 단부(32)와 제2 단부(34) 사이에 연장되어 있다.
진공 수집 시스템(24)은 공기 유입구와 공기 배출구, 흡입 노즐(42), 작업 공기 흐름을 생성하기 위해 흡입 노즐(42)과 유체 연통하는 흡입원(44), 및 추후의 폐기를 위해 작업 공기 스트림으로부터 오물을 수집하기 위한 수집 빈(46)을 갖는 유닛을 통한 작업 공기 경로를 포함할 수 있다. 흡입 노즐(42)은 작업 공기 경로의 공기 유입구를 한정할 수 있고, 흡입 노즐(42)의 유입 개구가 하우징(22)의 하부면(48)에 제공되고 청소할 표면을 향한다. 흡입원(44)은 유체 유동적으로 공기 배출구(도시되지 않음)의 상류에서 하우징(22)에 탑재되는 진공 모터(50)를 포함할 수 있고, 작업 공기 경로의 일부를 한정할 수 있다. 수집 빈(46)도 작업 공기 경로의 일부를 한정할 수 있고, 흡입 노즐(42)과 유체 연통하는 오물 빈 유입구(도시되지 않음)를 포함한다. 선택적으로, 분리기(도시되지 않음)가 작동 공기 스트림으로부터 유체와 동반된 오물을 분리시키기 위해 수집 빈(46)의 일부분에 형성될 수 있다. 분리기의 몇 가지 비제한적인 예에는 사이클론 분리기, 필터 스크린, 폼 필터, HEPA 필터, 필터 백 또는 이들의 조합이 포함된다. 선택적으로, 프리-모터 필터(pre-motor filter) 및/또는 포스트-모터 필터(도시되지 않음)도 작업 공기 경로 내에 제공될 수 있다. 작업 공기 경로는 또한 진공 수집 시스템(24)의 다양한 구성요소들 사이의 유체 연통을 위한 다양한 도관, 덕트 또는 튜브를 포함할 수 있다. 진공 모터(50)는 작업 공기 경로에서 유체 유동적으로 수집 빈(46)의 하류에 또는 상류에 위치될 수 있다.
로봇(12)은 하우징(22)의 전방부에, 그 내부에 브러시롤(58)이 장착되는 브러시 챔버(56)를 포함할 수 있다. 브러시롤(58)은 로봇(12)이 이동하는 표면에 대해 실질적 수평 축을 중심으로 회전하도록 장착된다. 브러시 모터(60)를 포함하는 구동 어셈블리가 브러시롤(58)을 구동하기 위해 로봇(12) 내에 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 고정 또는 무운동 브러시, 또는 실질적 수직 축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 브러시를 포함하는 다른 구성의 교반기 또는 브러시롤이 제공될 수 있다.
본 실시예에서, 브러시롤(58)은 로봇(12)의 전방부에 장착되고, 브러시롤(58)은 제1 단부(32)에 대체로 평행하다. 브러시롤(58)은 하우징(22)의 전방부에 위치한 투명 윈도우(62)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다.
구동 시스템(26)은 청소할 표면을 가로질러 로봇(12)을 구동하기 위한 구동 휠(64)을 포함할 수 있다. 구동 휠(64)은 기어 트레인 어셈블리 또는 또 다른 적절한 동력 전달 장치를 포함할 수 있는 동력 전달 장치에 의해 구동 휠(64)과 결합되는 공통 휠 모터(66) 또는 개별 휠 모터(66)에 의해 작동될 수 있다. 구동 시스템(26)은 자율 작동 모드를 위한 내비게이션/매핑 시스템(28)으로부터의 입력에 기초하거나, 선택적인 수동 작동 모드를 위한 스마트폰, 태블릿 또는 다른 원격 장치로부터의 입력에 기초하는, 바닥을 가로질러 로봇(12)을 구동하기 위한 컨트롤러(30)로부터의 입력을 수신할 수 있다. 구동 휠(64)은 유닛을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 전방 또는 후방 방향으로 구동될 수 있다. 또한, 구동 휠(64)은 직선 운동을 위해 동시에 동일한 회전 속도로 작동될 수 있으며, 또는 로봇(12)을 원하는 방향으로 회전시키기 위해 독립적으로 서로 다른 회전 속도로 작동될 수 있다. 구동 시스템(26)이 여기서는 회전 휠(64)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 구동 시스템(26)은 청소할 표면을 가로질러 로봇(12)을 이동시키기 위한 대안적인 견인 장치를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
구동 휠(64) 또는 기타 견인 장치에 더하여, 로봇(12)은 하우징(22)의 하부면(48)의 중앙 후방 부분에 위치하는 캐스터 휠(castor wheel), 및 흡입 노즐(42)을 한정하는 개구의 후방 에지에 인접하는 한 쌍의 휠과 같은, 하우징(22)을 지지하는 하나 이상의 추가 휠(54)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(30)는 로봇(12)을 청소할 표면 위에서 안내하기 위해, 내비게이션/매핑 시스템(28)으로부터의 또는 스마트폰(도시되지 않음)과 같은 원격 장치로부터의 입력을 수신할 수 있다. 내비게이션/매핑 시스템(28)은 내비게이션용 맵, 로봇(12)의 이동을 안내하는 데 사용되는 다양한 센서로부터의 입력(이에 한정되지 않음) 등을 포함하는, 내비게이션, 매핑 또는 작동 사이클을 수행하는 데 유용한 임의의 데이터를 저장할 수 있는 메모리(68)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 휠 인코더(70)가 구동 휠(64)의 구동 샤프트에 배치되어, 로봇(12)의 이동한 거리를 측정하도록 구성될 수 있다. 거리 측정값은 컨트롤러(30)에 대한 입력으로서 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 내비게이션/매핑 시스템(28)은 도킹 스테이션(14)에 도킹시키도록 로봇(12)의 이동을 안내하고 그리고/또는 청소 작업 동안 도킹 스테이션(14)을 회피시키기 위해 사용되는 도킹 스테이션(14)으로부터의 입력을 수신할 수 있다. 이러한 입력은 그 실시예가 아래에 더 상세히 설명되는 도킹 신호 및/또는 회피 신호(여기서 출입 금지 신호라고도 지칭됨)를 포함할 수 있다.
자율 작동 모드에서, 로봇(12)은 바닥 표면을 청소하는 동안 다양한 센서의 입력을 사용하여 방향을 변경하거나 장애물을 회피하기 위해 진로를 조정하면서, 부스트로페돈(boustrophedon) 또는 교번 열(alternating rows)(즉, 로봇(12)이 우에서 좌로 그리고 좌우에서 우로 교번 열로 이동), 나선형 궤적 등을 포함하는, 청소 또는 살균에 유용한 임의의 패턴으로 이동하도록 구성될 수 있다. 선택적인 수동 작동 모드에서는, 로봇(12)의 이동이 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 장치를 사용하여 제어될 수 있다.
로봇(12)은 이동 및 청소를 수행하는데 유용한 임의의 수의 모터를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 흡입 노즐(4)에서 부분 진공을 생성하고, 브러시롤(58)을 회전시키고, 휠(64)을 구동하기 위해 3개의 전용 모터(50, 60, 66)가 각각 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 이러한 이동 및 청소 작업은 3개 미만의 또는 3개보다 많은 모터에 의해 수행된다.
로봇(12)은 모터(50, 60, 66)를 제어하기 위한 임의의 수의 모터 구동기를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 진공 모터 구동기(72), 브러시 모터 구동기(74) 및 휠 모터 구동기(76)가 각각 진공 모터(50), 브러시 모터(60) 및 휠 모터(66)를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 모터 구동기(72, 74, 76)는 컨트롤러(30)와 각각의 모터 사이의 인터페이스로서 작용할 수 있다. 모터 구동기(72, 74, 76)는 또한 집적 회로 칩(IC)일 수 있다.
모터 구동기(72, 74, 76)는 배터리 팩을 포함할 수 있는 재충전 가능한 배터리(80)를 포함하는 배터리 관리 시스템(78)에 전기적으로 결합될 수 있다. 하나의 예에서, 배터리 팩은 복수의 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다. 니켈 금속 수 소화물 및 니켈 카드뮴과 같은 다른 셀 화학 물질을 갖는 배터리도 가능하다. 배터리(80)용 전기 접점 또는 충전 접점(82)은 로봇(12)의 외부 표면에 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 충전 접점(82)은 로봇(12)의 제2 단부 또는 후방부(34)에 제공된다. 또 다른 실시예에서, 충전 접점(82)은 로봇(12)의 하부면(48)에 제공된다.
컨트롤러(30)는 또한 사용자로부터의 입력을 수신하기 위해 로봇(12) 상의 사용자 인터페이스(UI)(84)와 작동 가능하게 결합된다. UI(84)는 로봇(12)의 작동 사이클을 선택하거나, 달리 로봇(12)의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다. UI(84)는 사용자에게 시각적 알림을 제공하기 위한 LED 디스플레이와 같은 디스플레이(86)를 가질 수 있다. 디스플레이 구동기(88)는 디스플레이(86)를 제어하도록 제공될 수 있고, 컨트롤러(30)와 디스플레이(86) 사이의 인터페이스로서 작용한다. 디스플레이 구동기(88)는 IC일 수 있다. 로봇(12)에는 사용자에게 청각적 알림을 제공하기 위한 스피커(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
UI(84)는 또한 로봇(12)의 다양한 구성요소의 작동을 제어하기 위해 컨트롤러(30)에 입력을 제공하도록 사용자에 의해 작동되는 하나 이상의 스위치(90)를 가질 수 있다. 스위치 구동기(92)가 스위치(90)를 제어하기 위해 제공될 수 있으며, 컨트롤러(30)와 스위치(90) 사이의 인터페이스로서 작용한다.
로봇(12)에는 사용자로부터의 시각적 알림을 획득하기 위한 하나 이상의 카메라 또는 스테레오 카메라(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 제스처에 의해 로봇(12)에 명령을 전달할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 카메라 앞에서 손을 흔들어 로봇(12)에게 정지 또는 이동을 지시할 수 있다.
아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(30)는 환경에 대한 그리고 도킹 스테이션(14)으로부터의 입력을 수신하기 위해 로봇(12) 자체 상의 다양한 센서와 작동 가능하게 결합될 수 있고, 센서 입력을 사용하여 로봇(12)의 작동을 제어할 수 있다. 일부 센서는 벽, 바닥, 가구, 애완동물, 계단, 선반(이들에 한정되지 않음) 등을 포함하는 로봇(12)의 주변 환경의 피처(feature)를 탐지할 수 있다. 일부 센서는 도킹 스테이션(14)을 탐지할 수 있다. 센서 입력은 또한 메모리(68)에 저장되거나, 내비게이션/매핑 시스템(28)에 의해 맵을 구축하는 데 사용될 수 있다. 몇 가지 예시적인 센서가 도 4에 도시되어 있으며, 아래에 설명된다. 도시된 모든 센서가 제공되지 않을 수도 있지만, 추가적인 센서가 제공될 수 있으며, 가능한 센서들 중의 모두가 임의의 조합으로 제공될 수 있음을 이해할 것이다.
로봇(12)은 위치/근접도 감지를 위한 하나 이상의 거리 센서(94)를 포함할 수 있다. 각각의 거리 센서(94)는 로봇(12)의 전방 및 측면 쪽 장애물을 탐지하기 위해 선택적으로 서로 중첩될 수 있는 시계 또는 감지 구역을 갖는다. 거리 센서(94)로부터의 입력은 물체가 센서(94)에 의해 탐지될 때 로봇(12)의 속도를 늦추고 그리고/또는 로봇(12)의 진로를 조정하도록 컨트롤러(30)에 의해 사용된다.
예시된 실시예에서는, 하우징(22)의 각 측면 근처에 2개씩, 4개의 거리 센서(94)가 제공된다. 거리 센서(94)에 대한 다른 개수 및 위치가 가능하다. 센서(94)는 하우징(22)의, 윈도우(62) 위, 하우징(22)의 투과성 또는 반투과성 부분 뒤에 장착된다. 예를 들어, 하우징(22)은 센서(94)를 덮고 보호하면서도 광 신호의 통과를 허용하기 위한 투과성 또는 반투과성 센서 커버(96)를 포함할 수 있다. 센서 커버(96)는 단일의 연속 센서 커버를 포함할 수 있으며, 또는 각각의 거리 센서(94)를 위한 개별 렌즈 인서트를 포함할 수 있다.
로봇(12)은 범프 센서(102), 벽 추종 센서(104), 절벽 센서(106), 관성 측정 유닛(inertial measurement unit)(IMU)(108), 리프트 업 센서(lift-up sensor)(110), 빈 센서(bin sensor)(112) 또는 바닥 상태 센서(114) 중의 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 임의의 조합 또는 배수개를 포함할 수 있다.
범프 센서(102)는 로봇(12)에 대한 전방 또는 측면 충격을 결정하고, 예컨대 범퍼(36)(도 2)와 같이 하우징(22)과 통합될 수 있다. 범프 센서(102)로부터의 출력 신호는 장애물 회피 알고리즘을 선택하기 위한 컨트롤러(30)에의 입력을 제공한다.
벽 추종 센서(104)(측벽 센서로도 알려짐)는 하우징(22)의 측면 근처에 위치될 수 있으며, 거리 피드백을 제공하고 로봇(12)이 벽에 접촉하지 않으면서 벽 근처를 추종할 수 있도록 로봇(12)을 제어하는 측방향 위치 센서를 포함할 수 있다. 벽 추종 센서(104)는 반사 센서 또는 비행 시간(time-of-flight)(TOF) 센서를 포함하는 광학식, 기계식 또는 초음파 센서일 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 벽 추종 센서가 제공되지 않고, 거리 센서(94)가 대신 벽 추종 센서로서 사용된다.
절벽 센서(106)는 로봇(12)이 계단통(stairwell), 선반 등의 아래로의 과도한 낙차부를 회피할 수 있도록 거리 피드백을 제공하는 지면 방향 위치 센서(ground-facing position sensor)일 수 있다. 절벽 센서(106)는 반사 센서 또는 비행 시간 센서를 포함하는 광학식, 기계식 또는 초음파 센서일 수 있다.
IMU(108)는 적어도 하나의 가속도계, 자이로스코프 및 선택적으로 자력계 또는 나침반의 조합을 사용하여 로봇의 가속도, 각속도 또는 로봇(12)을 둘러싼 자기장을 측정 및 보고한다. IMU(108)는 컨트롤러(30)에 위치한 통합 관성 센서일 수 있으며, 선형, 회전 또는 자기장 가속도를 감지하기 위한 9축 자이로스코프 또는 가속도계일 수 있다. IMU(108)는 청소할 표면 주위에서의 로봇(12)의 경로를 탐색하기 위해 속도 및 자세의 변화를 계산하고 컨트롤러(30)에 전달하도록 가속도 입력 데이터를 사용할 수 있다.
리프트 업 센서(110)는 예를 들어 사용자가 로봇(12)을 집어올리는 경우와 같이 로봇(12)이 청소할 표면에서 들어올려질 때를 탐지한다. 이 정보는 탐지된 리프트 업 이벤트에 응답하여 모터(50, 60, 66)의 작동을 중지시킬 수 있는 입력으로서 컨트롤러(30)에 제공된다. 리프트 업 센서(110)는 또한 예컨대 사용자가 로봇(12)을 다시 지면에 놓을 때와 같이 로봇(12)이 청소할 표면과 접촉할 때를 탐지할 수 있다. 이러한 입력에 따라, 컨트롤러(30)는 작동을 재개시킬 수 있다.
로봇(12)은 선택적으로 수집 빈(46)의 특성 또는 상태를 탐지하기 위한 빈 센서(112)를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 수집 빈(46)의 무게를 탐지하기 위한 압력 센서가 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 수집 빈(46)의 존재를 탐지하기 위한 자기 센서가 제공될 수 있다. 이 정보는 비제한적인 예로 수집 빈(46)이 비워지거나 적절하게 설치될 때까지 로봇(12)의 작동을 방지할 수 있는 입력으로서 컨트롤러(30)에 제공된다. 컨트롤러(30)는 또한 수집 빈(46)이 꽉 찼거나 빠졌다는 알림을 사용자에게 제공하도록 디스플레이(86)에 지시할 수 있다.
바닥 상태 센서(114)는 청소할 표면의 상태를 탐지한다. 예를 들어, 로봇(12)에는 적외선(IR) 오물 센서, 얼룩 센서, 냄새 센서, 또는 웨트 메스 센서(wet mess sensor)가 제공될 수 있다. 바닥 상태 센서(114)는 청소할 표면의 상태에 기초하여, 청소 사이클을 선택 또는 수정하는 등에 의해 로봇(12)의 작동을 지시할 수 있는 입력을 컨트롤러(30)에 제공한다. 선택적으로, 바닥 상태 센서(114)는 또한 스마트폰에 디스플레이하기 위한 입력을 제공할 수 있다.
도 5를 참조하면, 센서 커버(96)가 제거된 로봇(12)의 일부가 도시되어 있다. 하나 이상의 거리 센서(94)는 적외선 센서 또는 비행 시간(time-of-flight)(TOF) 센서일 수 있다. 여기에 도시된 실시예에서, 각각의 TOF 센서(94)는 이미터(98) 및 수신기(100)를 갖는다. TOF 센서(94)는 로봇(12)에 근접한 물체까지의 정확한 거리를 결정하기 위해 광 신호가 이미터(98)로부터 수신기(100)까지 이동하는 데 걸리는 시간을 측정한다. 이미터(98)는 펄스 광 신호를 방출하고, 광 신호를 방출하는 LED를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, LED는 적외선 빔을 방출하는 적외선 LED일 수 있다.
도 2, 4 및 7을 참조하면, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로부터 방출된 신호를 탐지하기 위해 적어도 하나의 수신기(116)를 가질 수 있다. 일부 경우에, 적어도 하나의 수신기(116)는 도킹 스테이션(14)으로부터 방출되는 인코딩된 IR 빔과 같은 IR 신호를 탐지하는 IR 수신기 또는 IR 송수신기이다. 선택적으로, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로부터 방출되는 적어도 하나의 신호, 즉 인코딩된 빔을 탐지할 수 있는 다수의 수신기(116)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 수신기(116)는 TOF 센서(94)에 독립적인 수동 IR 수신기이다.
수신기(116)는, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)에 대해 상이한 방위(orientation)들에 위치될 때 도킹 스테이션(14)으로부터의 신호들이 탐지될 수 있도록, 로봇(12)의 하우징(22) 상의 상이한 위치들에 배치되고, 서로 이격된다. 예를 들어, 수신기(116)는 도킹 스테이션(14)으로부터 전송된 신호를 수신하기 위해 하우징(22)의 전방부(32), 후방부(34) 및/또는 측면(40)에 제공될 수 있다.
수신기(116)는 하우징(22)의 투과성 또는 반투과성 부분 뒤에 장착될 수 있다. 예를 들어, 수신기(116) 중의 적어도 일부는 센서 커버(96) 뒤에 장착될 수 있다. 센서 커버(96)는 단일의 연속 센서 커버를 포함하거나 각각의 거리 센서(94)를 위한 개별 렌즈 인서트를 포함할 수 있다. 하우징(22)의 후방부(34)에 있는 것과 같은 적어도 일부 다른 수신기(116)는 다른 투과성 또는 반투과성 커버 뒤에 장착될 수 있다(도 7 참조).
도 6은 로봇(12)에 대한 수신기 레이아웃 및 수신기(116)에 의해 제공되는 커버리지 패턴의 하나의 실시예를 도시한다. 제1 또는 중앙 우측 수신기(116CR), 제2 또는 우측면 수신기(116SR), 제3 또는 후방 우측 수신기(116RR), 제4 또는 중앙 좌측 수신기(116CL), 제5 또는 좌측면 수신기(116SL), 및 제6 또는 후방 좌측 수신기(116RL)를 포함하는 다수의 수신기(116)가 제공된다. 각각의 수신기(116)는 시계 또는 감지 구역을 갖는다. 이러한 구역들은 로봇(12)의 커버리지 패턴을 집합적으로 한정한다. 제1 또는 중앙 우측 수신기(116CR)는 하우징(22)의 전방부(32)에 또는 그 근처에 위치되고, 로봇(12)의 전방의 우측 절반을 커버하는 구역(CR)을 제공하도록 대체로 전방을 향한다. 제2 또는 우측면 수신기(116SR)는 하우징의 우측면(40)에 위치되고, 로봇(12)의 우측방을 커버하는 구역(SR)을 제공하도록 대체로 측방을 향한다. 제3 또는 후방 우측 수신기(116RR)는 하우징(22)의 후방부(34)에 위치되고, 로봇(12)의 후방 우측을 커버하는 구역(RR)을 제공하도록 대체로 후방을 향한다. 제4 또는 중앙 좌측 수신기(116CL)는 하우징의 전방부(32)에 또는 그 근처에 위치되고, 로봇(12)의 전방의 좌측 절반을 커버하는 구역(CL)을 제공하도록 대체로 전방을 향한다. 제5 또는 좌측면 수신기(116SL)는 하우징(22)의 좌측면(40)에 위치되고, 로봇(12)의 좌측방을 커버하는 구역(SL)을 제공하도록 대체로 측방을 향한다. 제6 또는 후방 좌측 수신기(116RL)는 하우징(22)의 후방부(34)에 위치되고, 로봇(12)의 후방 좌측을 커버하는 구역(RL)을 제공하도록 대체로 후방을 향한다. 다른 위치 및 개수의 수신기(116)가 사용될 수 있다. 수신기 레이아웃은 도 6에 개략적으로 도시되고, 수신기 위치들이 개략적으로 도시되었다. 실상, 수신기(116)는 하우징(22) 내의 다양한 위치에서 하우징(22)의 투과성 또는 반투과성 부분 뒤에 위치될 수 있다.
수신기(116) 중의 적어도 일부는 중첩되는 시계들을 제공하도록 배향될 수 있다. 로봇(12)이 바닥 표면 위를 이동함에 따라, 도킹 스테이션(14)으로부터의 신호가 감지되는 시계 또는 구역이 변경될 수 있으며, 또는 수신기(116)보다 더 많이 탐지될 수 있다. 이것은 로봇(12)이 로봇(12)에 근접한 도킹 스테이션(14)의 전후 및 측방 위치를 정확하고 정확하게 결정할 수 있게 해준다. 예시된 실시예에서, 중앙 우측 구역(CR)은 구역(CSR)에서 우측면 구역(SR)과 중첩되고, 우측면 구역(SR)은 구역(SRR)에서 후방 우측 구역(RR)과 중첩되고, 후방 우측 구역(RR)은 구역(RRL)에서 후방 좌측 구역(RL)과 중첩되고, 후방 좌측 구역(RL)은 구역(RSL)에서 좌측면 구역(SL)과 중첩되고, 좌측면 구역(SL)은 구역(SCL)에서 중앙 좌측 구역(CL)과 중첩된다.
선택적으로, 중앙 우측 구역(CR)과 중앙 좌측 구역(CL)은 서로 중첩되지 않는다. 이것은 로봇(12)의 중앙 전방에 구역 갭(zone gap)(G)을 발생시킨다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이 구역 갭(G)은 내비게이션에 사용될 수 있으며, 도킹할 때 로봇(12)이 중앙 구역들 사이의 경계를 따라 직선으로 이동하도록 안내하는 데 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 구역 갭(G)은 중앙 구역(CR, CL)에 비해 좁으며, 이는 도킹 스테이션(14)으로부터의 로봇의 진입 방향 유지 신호(heading keep signal)를 구역 갭(G) 내로 조정함으로써 로봇(12)이 좁은 경로를 유지하는 것을 가능하게 해줄 수 있다. 하나의 예에서, 구역 갭(G)은 15mm의 거의 일정한 폭을 가질 수 있는 반면, 중앙 구역(CR, CL)은 최소 7mm의 폭을 가질 수 있으며, 이는 로봇(12)으로부터 멀어지는 방향으로 증가한다. "거의 일정한" 폭을 가짐으로써, 구역 갭(G)는 ±1mm, 선택적으로 ±2mm의 편차를 나타낼 수 있다.
선택적으로, 후방 우측 구역(RR)과 후방 좌측 구역(RL) 사이에 후방 사각 구역(dead zone)(DZ)이 발생될 수 있다. 이 사각 구역(DZ)는 로봇(12)의 후방부(34)의 중앙에 위치될 수 있다. 이 사각 구역(DZ)은 또한 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 도킹 스테이션(14)과 도킹하거나 도킹 스테이션(14)을 회피할 때의 내비게이션을 위해 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 사각 구역(DZ)은 삼각형이고, 후방 존(RR, RL)이 교차하는 지점으로 좁아진다.
적어도 하나의 수신기(116)는 대응하는 신호를 로봇(12)의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있는 컨트롤러(30)에 출력한다. 예를 들어, 도킹 스테이션(14)으로부터 소정의 신호를 수신할 때, 컨트롤러(30)는 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위해 구동 휠 제어 파라미터를 조정할 수 있다. 또 다른 예에서, 도킹 스테이션(14)으로부터 또 다른 소정의 신호를 수신할 때, 컨트롤러(30)는 로봇(12)을 도킹 스테이션(14) 쪽으로 안내하기 위해 구동 휠 제어 파라미터를 조정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 로봇(12)의 제2 단부 또는 후방부(34)에 제공되는 충전 접점(82)을 포함하는 로봇(12)의 후방 부분이 도시된다. 하나의 실시예에서, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)과 도킹할 때 완성된 회로를 탐지하기 위해 양의 충전 접점(82P)과 음의 충전 접점(82N)이 사용된다. 다른 실시예에서, 단일 충전 접점(82) 또는 2개보다 많은 충전 접점(82)이 이용될 수 있다. 하나의 추가적인 충전 접점이 다른 충전 접점들 중의 하나가 더럽혀지거나, 막히거나, 손상된 경우의 여분을 제공할 것이다. 로봇(12)의 또 다른 실시예에서, 추가적인 접점은 로봇(12)과 도킹 스테이션(14) 사이에 데이터 및 정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다.
충전 접점(82)은 도킹 스테이션(14) 상의 대응하는 충전 접점과 신뢰성 있게 그리고 반복적으로 접촉하도록 크기 및 위치가 결정된다. 예를 들어, 충전 접점(82)은 도킹 스테이션 충전 접점과의 접촉을 보장하기 위해 연장될 수 있다. 충전 접점(82)은 둥근형 후방부(34)과 동일하거나 유사한 곡률을 따라 곡선화될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 충전 접점(82)은 하우징(22)의 후방부(34)에 수평으로 배치된 곡선형 접점일 수 있으며, 양의 충전 접점(82P)이 음의 충전 접점(82N)으로부터 수직 방향으로 이격된다. 충전 접점(82)에 대한 다른 형상 및 상대적 배치가 가능하다.
도 8-16은 도킹 스테이션(14)의 하나의 실시예를 도시한다. 도킹 스테이션(14)은 하우징(120); 로봇(도 4 및 7 참조)의 배터리(80)를 충전하기 위해 로봇(12)의 외부 표면 상의 충전 접점(82)과 상대결합하도록 구성되는, 하우징(120) 상에 배치된 전기 접점 또는 충전 접점(122); 및 로봇(12)에 의한 탐지를 위해 적어도 하나의 인코딩된 빔을 전송할 수 있는 적어도 하나의 송신기(124)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 도킹 스테이션(14)은 로봇(12)에 의한 탐지를 위한 적어도 하나의 신호 또는 인코딩된 빔을 전송할 수 있고, 신호가 하우징(120)으로부터 바깥쪽으로 다수의 상이한 방향으로 지향되도록 구성될 수 있는 다수의 송신기(124)를 포함한다.
하우징(120)은 전면(126), 후면(128), 제1 측면(130)과 제2 측면(132), 상부면(134), 및 바닥면(136)을 가질 수 있다. 하우징(120)의 전면(126)은 로봇(12)을 위한 백스톱(backstop)(138)을 포함할 수 있다. 하우징(120)의 바닥면(136)은 도킹 스테이션(14)이 그 위에 놓이는 베이스를 포함할 수 있다. 하우징(120)의 후면(128)은 편평할 수 있고, 선택적으로 벽 또는 다른 수직 표면에 맞닿음하도록 배치될 수 있다. 도킹 스테이션(14)의 하우징(120)을 위한 다른 형상 및 구성이 가능하다. 선택적으로, 문자, 숫자, 캐릭터, 기하학적 형상 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 로고(140)가 하우징(120)에 제공될 수 있다.
백스톱(138)은 바닥면(136) 또는 베이스가 놓이는 지면에 대체로 수직이지만, 약간의 후방 또는 전방 각도를 가질 수 있다. 백스톱(138)은 도킹 스테이션(14)과 도킹될 때 백스톱(138)과 만나는 로봇(12)의 둥근형 제2 단부 또는 후면(34)와 상보적(complementary)이 되도록 하우징(120)의 오목 표면을 포함할 수 있다. 도킹 스테이션(14)과 도킹될 때 백스톱(138)을 만나는 로봇(12)의 부분에 대해 상보적이거나 또는 비상보적인 형상을 포함하는 백스톱(138)에 대한 다른 형상이 가능하다.
도킹 스테이션(14)이 그 위에 놓이는 하우징(120)의 바닥면(136) 또는 베이스는 안정성을 위해 백스톱(138)의 전방으로 돌출할 수 있다. 일부 실시예에서, 바닥면(136)의 돌출 부분은 램프(ramp)가 형성되거나 또는 도킹 스테이션(14)에 로봇(12)을 센터링하는 것을 돕도록 다른 방식으로 형성될 수 있다.
도킹 스테이션(14)의 충전 접점(122)은 백스톱(138) 상에 위치되어, 로봇(12)이 도킹 중에 백스톱(138)과 만날 때 로봇(12)의 제2 단부 또는 후면(34 )상의 대응하는 접점(82)과 접촉하는 것을 가능하게 해준다. 대안적으로, 충전 접점(122)은 하우징(120)의 바닥면(136), 백스톱(138) 또는 다른 부분으로부터의 연장부 상에 제공되어, 로봇(12)의 하부면(48) 상의 대응하는 접점(82)과 접촉하도록 구성될 수 있다.
도킹 스테이션(14)은 로봇(12)이 도킹될 때 충전 접점(122)을 통해 로봇(12)에 적절한 전압 및 전류를 공급하기 위한 회로를 포함하는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)(142)를 가질 수 있다. PCBA(142)는 하우징(120) 상의 전원 커넥터 또는 소켓(144)에 의해 도킹 스테이션(14)에 공급되는 입력 전력을 취하여, 충전 접점(122)을 통해 로봇(12)에 적절한 출력 전압 및 전류를 제공한다. PCBA(142)는 하우징(120) 내에 둘러싸이고, 선택적으로 하우징(120) 내에 장착되는 PCBA 브래킷(146)에 의해 적어도 부분적으로 지지될 수 있다.
소켓(144)은 AC 전압을 DC 전압으로 변환시키기 위한 변환기(18)(도 1 참조)를 포함할 수 있는 전원 케이블(150)(도면에 가상선으로 도시됨)을 통한 A/C 전력 콘센트(16))와 같은 가정용 전원에 대한 도킹 스테이션(14)의 접속을 위해 하우징(120)의 후면(128)에 제공될 수 있다. 소켓(144)은 대안적으로 하우징(120)의 측면(130, 132) 중 하나와 같은 하우징(120) 상의 다른 곳에 위치될 수 있다.
표시기 라이트(148)가 사용자에게 시각적 알림을 제공하기 위해 하우징(120)의 후면(128)에 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 라이트(148)는 로봇(12)이 도킹되고 충전될 때 조명된다. 라이트(148)는 또한 도킹 스테이션(14)의 충전 모드를 전달할 수 있다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 도킹 스테이션(14)은 고전력 충전 모드 또는 저전력 충전 모드로 작동할 수 있다. 라이트(148)는 도킹 스테이션(14)이 고전력 충전 모드에 있는지 또는 저전력 충전 모드에 있는지를 전달할 수 있으며, 모드 사이에서 변경될 때를 표시할 수 있다. 예를 들어, 저전력 충전 모드로 변경될 때, 라이트(148)는 모드가 성공적으로 변경되었다는 신호로 깜박이거나, 번쩍이거나, 오프될 수 있다.
하우징(120)에는 선택적으로 미리 지정된 경로를 따라 전력 케이블(150)을 라우팅(routing)하기 위한 케이블 라우팅 피처(cable routing feature)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 케이블 라우팅 채널(152)이 그 안에 일정 길이의 전력 케이블(150)을 유지시키고 전력 케이블(150)을 소켓(144)으로부터 하우징(120)의 일측을 향해 라우팅하도록 하우징(120)의 후면(128)에 제공될 수 있다. 케이블 라우팅 채널(152)은 전력 케이블(150)이 라우팅되는 위치를 사용자가 선택할 수 있도록 다수의 분기부(branch)를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 케이블 라우팅 채널(152)은 전원 케이블(150)을 하우징(120)의 제1 측면(130)을 향해 라우팅하기 위한 제1 분기부(154) 및 전원 케이블(150)을 하우징(120)의 제2 측면(132)을 향해 라우팅하기 위한 제2 분기부(156)를 포함한다. A/C 전력 콘센트(16)(도 1) 또는 기타 가정용 전원 공급 장치가 도킹 스테이션(14)의 원하는 위치와 관련하여 어디에 배치되느냐에 따라, 사용자는 전원 케이블(150)을 제1 분기부(154), 제2 분기부(156)를 통해 또는 어느 분기부도 통하지 않고서 라우팅할 수 있다. 전력 케이블(150)에 대한 2개의 가능한 경로가 도 12에 가상선으로 도시되어 있지만, 다른 케이블 경로가 가능하다는 것이 이해될 것이다.
바닥면(136) 또는 베이스는 선택적으로 도킹 스테이션(14)의 이동을 방지하기 위해 마찰 패드(158)를 가질 수 있다. 마찰 패드(158)는 고무와 같은 마찰 계수가 높은 재료로 제조된다. 도시된 바와 같이, 2개의 마찰 패드(158)는 로봇(12)의 도킹 방향(D)으로 연장될 수 있다. 제3 마찰 패드(158)는 도킹 방향(D)에 대해 횡단 방향으로 배치될 수 있다.
도시된 실시예에서, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)과 도킹할 때 완성된 회로를 탐지하기 위해 양의 충전 접점(122P) 및 음의 충전 접점(122N)이 사용된다. 다른 실시예에서, 단일 충전 접점(122) 또는 2개보다 많은 충전 접점(122)이 이용될 수 있다. 하나의 추가적인 충전 접점이 다른 충전 접점들 중의 하나가 더럽혀지거나, 막히거나, 손상된 경우의 여분을 제공할 것이다. 도킹 스테이션(14)의 또 다른 실시예에서, 추가적인 접점은 로봇(12)과 도킹 스테이션(14) 사이에 데이터 및 정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다.
충전 접점(122)은 로봇(12) 상의 대응하는 충전 접점(82)과 신뢰성 있게 그리고 반복적으로 접촉하도록 크기 및 위치가 결정된다. 예를 들어, 충전 접점(122)은 로봇 충전 접점(82)과의 접촉을 보장하기 위해 연장될 수 있다. 충전 접점(122)은 오목한 백스톱(138)과 동일하거나 유사한 곡률을 따라 곡선화될 수 있다. 도 8 및 도 13에 도시된 바와 같이, 충전 접점(122)은 하우징(120)의 백스톱(138) 상에 수평으로 배치된 곡선형 접점일 수 있으며, 양의 충전 접점(122P)은 음의 충전 접점(122N)으로부터 수직 방향으로 이격된다. 충전 접점(122)에 대한 다른 형상 및 상대적 배치가 가능하다. 충전 접점(122)은 전기 전도성이며, 니켈 도금 황동, 구리 합금 또는 니켈 도금 탄소강으로 형성될 수 있다. 금속 또는 그외의 다른 전기 전도성 재료가 가능하다.
도 13을 참조하면, 도시된 실시예는 충전 접점(122)이 그것을 통해 돌출하게 되는 2개의 개구(160)를 백스톱(138)에 포함한다. 개구(160)는 충전 접점(122)이 로봇(12)에 의해 반복적으로 결합될 때, 레일 브래킷(162)에 의해 지지되는 긴 레일로서 제공될 수 있는 충전 접점(122) 사이의 적절한 정렬 및 제한을 보장할 수 있다.
충전 접점(122)은 고정되거나 순응형(compliant)일 수 있다. 도시된 실시예에서, 충전 접점(122)은 순응형이고, 스프링(164)에 의해, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)과 도킹되지 않은 상태에 해당할 수 있는 중립 위치로 바이어스(bias)된다. 브래킷(162)은 접점(122)을 스프링(164)과 정렬된 상태로 지지할 수 있다. 충전 접점(122)을 탄성적으로 장착하기 위한 다른 요소가 가능하다. 순응형 또는 탄성 장착으로 인해, 충전 접점(122)은 백스톱(138)으로부터 바깥쪽으로 가압되어, 충전 접점(122)의 외부 표면(166)이 백스톱(138)에 제공된 개구(160)를 통해 돌출한다. 외부 표면(166)에 가해지는 힘, 즉 도킹 스테이션(14)과 로봇(12)의 도킹이 충전 접점(122)을 개구(160) 내로 물러나 접촉 위치로 이동하게 만들고, 이것이 로봇의 충전 접점(82)과 도킹 스테이션 충전 접점(122) 사이의 확실한 전기 접촉을 만들 수 있다.
중립 위치에서, 충전 접점(122)의 외부 표면(166)은, 하우징(22) 내의 장착 및 스프링(164)의 바이어스력에 따라, 백스톱(138)과 동일 평면에 있을 수 있거나, 백스톱(138)의 전방으로 약간 돌출할 수 있거나, 백스톱(138) 내에 약간 우묵하게 들어갈 수 있다. 접촉 위치에서, 충전 접점(122)의 외부 표면(166)은 중립 위치에 비하여 하우징(22)에 대해 물러나지만, 중립 위치 및 충전 접점(122)의 압축에 따라, 여전히 백스톱(138)과 동일 평면에 있을 수 있거나, 백스톱(138)의 전방으로 약간 돌출할 수 있거나, 백스톱(138) 내에 약간 우묵하게 들어갈 수 있다.
충전 접점(122)으로의 전력의 공급을 제어하기 위한 활성화 스위치(168)가 제공되고, 온 및 오프 위치 사이에서 이동하도록 작동 가능하다. 활성화 스위치는 접점(122)으로의 전력의 흐름을 제어하기 위해 PCBA(142)와 협조한다. 활성화 스위치가 온일 때, 충전 접점(122)에 전력이 공급된다. 활성화 스위치(168)는 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)과 도킹할 때 작동되도록, 즉 온 위치로 이동되도록 구성된다.
하나의 실시예에서, 활성화 스위치(168)는 눌러졌을 때 로봇(12)이 존재한다는 것을 나타내기 위해, 스프링 로드 충전 접점(spring-loaded charging contact)(122) 중 하나에 의해 가려지는, PCBA(142)에 장착된 광 스위치를 포함할 수 있다. 충전 접점(122) 중 하나의 일부가 브래킷(146)의 개구(170)를 통해 이동하여 광 스위치를 가릴 수 있다.
위에서 간략히 언급한 바와 같이, 도킹 스테이션(14)은 로봇(12)에 의한 탐지를 위해 적어도 하나의 인코딩된 빔을 전송할 수 있는 다수의 송신기(124)를 포함한다. 하나의 예에서, 송신기(124)는 적외선 및/또는 근적외선을 조사하는 IR 송신기이다. IR 송신기는 소정의 기간 동안 소정의 방향으로 인코딩된 IR 빔을 전송할 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 송신기(124)는 인코딩된 빔이 하우징(120)으로부터 바깥쪽으로 여러 다른 방향으로 지향되도록 구성된다.
도시된 실시예에서, 도킹 스테이션(14)은 도킹 스테이션(14)의 PCBA(142) 상에 복수의 IR 송신기(124)를 포함할 수 있다. 송신기(124)는 PCBA(142)의 구성요소들에 전기적으로 연결되어 그들에 의해 제어된다. 특히, 송신기(124)는 광을 방출하도록 제어된다. IR 송신기(124)는 적외선 발광 다이오드(LED)일 수 있다. IR 송신기(124)의 다른 실시예가 가능하다. 일부 실시예에서, IR 송신기(124)는 적외선 또는 근적외선 파장, 예를 들어 920-960 nm, 대안적으로 940 nm를 사용하여 작동한다.
도 14는 도킹 스테이션(14)에 대한 송신기 레이아웃의 하나의 실시예를 도시한다. 제1 또는 중앙 송신기(124C), 제2 또는 우측 송신기(124R), 및 제3 또는 좌측 송신기(124L)를 포함하여, 다수의 송신기(124)가 제공된다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이들 송신기(124C, 124R, 124L)는 로봇(12)에 의해 탐지될 수 있고, 도킹 스테이션(14)과 도킹하는 데 그리고/또는 도킹 스테이션(14)을 회피하는 데 사용될 수 있는 신호를 전송한다. 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위해 로봇(12)에 의해 사용될 수 있는 회피 또는 출입 금지 신호를 전송하기 위한 추가적인 송신기가 제공될 수 있다. 이러한 송신기로는 제4 또는 인보드 우측 송신기(124RI), 제5 또는 아웃보드 우측 송신기(124RO), 제6 또는 인보드 좌측 송신기(124LI), 및 제7 또는 아웃보드 좌측 송신기(124LO)를 포함할 수 있다. 아웃보드측 송신기는 PCBA(142)의 외측에 또는 그 근처에 제공되어 출입 금지 신호를 위한 넓은 범위를 제공한다.
적어도 일부 실시예에서, 중간편 송신기(124C, 124R, 124L)는 도킹 신호를 방출하도록 구성되고, 여기서 도킹 신호 송신기로 지칭될 수 있으며, 측방편 송신기(124RI, 124RO, 124LI, 124LO)는 출입 금지 신호를 방출하도록 구성되고, 여기서 출입 금지 신호 송신기로 지칭될 수 있다.
송신기(124)는 하우징(120)의 투과성 또는 반투과성 부분 뒤에 장착된다. 예를 들어, 하우징(120)은 하우징 전방부(120F) 및 하우징 전방부(120F)에 결합되는 하우징 후방부(120R)를 포함할 수 있다. 전체 하우징 전방부(120F)가 광 신호의 통과를 허용하기 위해 투과성 또는 반투과성일 수 있다. 대안적으로, 하우징 전방부(120F)가 불투과성 부분과, 송신기(124)와 정렬되는 하나 이상의 투과성 또는 반투과성 부분을 포함할 수 있다.
도 15는 도 8의 XV-XV 라인에서 취한 도킹 스테이션(14)을 통한 단면도이다. 송신기(124) 중의 하나 이상에 대해, 송신기로부터 방출된 광 신호를 원하는 경로를 따라 지향시키고, 광 번짐을 감소시키고, 그리고/또는 송신기(124)의 전송 구역을 한정하기 위해, 불투과성 슈라우드(172)가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 슈라우드(172)는 중앙 송신기(124C), 우측 송신기(124R) 및 좌측 송신기(124L)를 둘러싼다.
슈라우드(172)는 일반적으로 PCBA(142)의 전방에 배치되고, 슈라우드(172)는 각 송신기(124C, 124R, 124L)에 대한 개별 불투과성 인클로저를 포함한다. 슈라우드(172)는 PCBA(142)와 하우징 전방부(120F) 또는 백스톱(138) 사이의 적어도 일부분적으로 또는 전체적으로 연장되어 있을 수 있다. 슈라우드(172)는 임의의 적절한 제조 및/또는 부착 방법을 사용하여, 선택적으로 PCBA 브래킷(146)에 의해 지지되거나, PCBA 브래킷(146)과 함께 형성되거나, 또는 다른 방식으로 PCBA 브래킷(146)에 부착될 수 있다.
하나의 실시예에서, 슈라우드(172)는 중앙 송신기(124C)를 둘러싸고 제1 라이트 챔버(176C)를 한정하는 제1 불투과성 인클로저 또는 슈라우드 섹션(174C); 우측 송신기(124R)를 둘러싸고 제2 라이트 챔버(176R)를 한정하는 제2 불투과성 인클로저 또는 슈라우드 섹션(174R); 및 좌측 송신기(124L)를 둘러싸고 제3 라이트 챔버(176L)를 한정하는 제3 불투과성 인클로저 또는 슈라우드 섹션(174L)을 포함한다.
각각의 슈라우드 섹션(174C, 174R, 174L)은 각각의 송신기(124)로부터 방출되는 신호들 사이의 원치 않는 중첩을 방지하도록 하나의 송신기(124)를 둘러싼 다. 적어도 일부 실시예에서, 송신기(124)는 적외선 및/또는 근적외선을 조사하고, 슈라우드 섹션(174C, 174R, 174L)은 송신기(124)로부터 방출된 적외선 및/또는 근적외선에 대해 반사성 및/또는 흡수성일 수 있다.
각각의 슈라우드 섹션(174C, 174R, 174L)은 하나의 송신기 둘레의 하나의 벽(178C, 178R, 178L) 및 송신기로부터의 광이 그것을 통해 방출되게 되는 벽 내의 개구(180C, 180R, 180L)를 각각 포함한다. 각각의 벽(178C, 178R, 178L)은 송신기(124C, 124R, 124L)를 향하는 각각의 내부 표면(182C, 182R, 182L)을 갖는다. 적어도 내부 표면(182C, 182R, 182L) 그리고 선택적으로 전체 벽(178C, 178R, 178L)은 송신기(124)로부터 방출되는 광에 대해 불투과성이고, 송신기(124)로부터 방출되는 광에 대해 반사성일 수 있다.
송신기(124C, 124R, 124L)로부터 방출된 일부 광은 곧바로 개구(180C, 180R, 180L)를 통과할 것이다. 광 산란 및 벽(178C, 178R, 178L)에 대한 송신기의 위치로 인해, 송신기(124C, 124R, 124L)로부터 방출된 광의 적어도 일부는 반사될 것이다. 도시된 실시예에서, 벽(178C, 178R, 178L)은 반사광을 다시 송신기(124C, 124R, 124L)로 지향시키는 오목한 내부 표면(182C, 182R, 182L)을 가질 수 있다. 오목한 내부 표면(182C, 182R, 182L)에 의해, 각각의 라이트 챔버(176C, 176R, 176L) 내부의 모든 바운스 광(bounce light)은 내부로 다시 반사되고 각각의 슈라우드 섹션(174C, 174R, 174L) 내에 포획된다. 송신기(124)에 의해 방출된 광은 실질적으로 제어 가능한 중첩 및 선명한 에지를 갖는 개구(180C, 180R, 180L)만을 통과할 수 있다. 원하지 않는 반사를 제거하는 데 효과적인 다른 슈라우드 프로파일이 가능하다.
벽(178C, 178R, 178L)은 오목한 내부 표면(182C, 182R, 182L)을 제공하기 위해 라운딩되거나 곡면화될 수 있고, 선택적으로 볼록한 외부 표면(190C, 190R, 190L)을 가질 수 있다. 벽(178C, 178R, 178L)의 일부는 모아져 2개 이상의 슈라우드 섹션(174C, 174R, 174L)에 의해 공유될 수 있다. 도 16에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 우측 슈라우드 섹션(174R)을 형성하는 벽(178R)의 내측 부분은 중앙 슈라우드 섹션(174C)을 형성하는 벽(178C)의 우측 부분과 만날 수 있다. 좌측 슈라우드 섹션(174L)을 형성하는 벽(178L)의 내측 부분은 중앙 슈라우드 섹션(174C)을 형성하는 벽(178C)의 좌측 부분과 만날 수 있다.
슈라우드(172)는 광이 슈라우드(172)와 PCBA(142) 사이에서 빠져나가거나 산란되는 것을 방지하기 위해 송신기(124) 주위에 면밀하게 끼워질 수 있다. 선택적으로, PCBA(142)와 슈라우드(172) 사이에 임의의 에어 갭(air gap)을 제거하기 위해, PCBA(142)와 슈라우드(172) 사이에 시일(188)이 제공될 수 있다. 임의의 에어 갭의 제거는 슈라우드(172)의 제조 결함을 통해 광이 누출되는 것과 여러 송신기(124)로부터의 신호들의 혼합을 방지한다.
시일(188)는 적어도 송신기(124)에 의해 방출되는 광의 파장에 대해 불투과성일 수 있고, 선택적으로 그러한 파장에 흡수성일 수 있다. 이러한 방식으로, 슈라우드 섹션의 개구를 통과하는 광만이 반투과성 또는 투과성 하우징 전방부(120F)로 통과할 수 있다.
시일(188)은 송신기로부터 방출되는 광을 차단하지 않도록 각각의 송신기(124)와 정렬된 개구를 포함할 수 있다. 도 16에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 시일(188)은 개구(180C, 180R, 180L)를 제외하고 각각의 라이트 챔버(176C, 176R, 176L)를 밀봉하기 위해 각각의 벽(178C, 178R, 178L)의 단부 부분과 맞닿음하는 섹션을 가질 수 있다. 하나의 시일이 도시되어 있지만, 각각의 슈라우드 섹션 주위에 개별 시일을 제공하는 등에 의해, 2개 이상의 시일이 제공될 수 있다.
선택적으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 슈라우드(172)는 제2 및 제3 슈라우드 섹션(174R, 174L)에 연장부(194R, 194L)를 포함할 수 있다. 연장부(194R, 194L)는 벽(178R, 178L)으로부터 개구(180R, 180L)에 인접하여 연장될 수 있다. 하나의 예에서, 연장부(194R, 194L)는 둥근형 또는 곡선형 벽(178R, 178L)으로부터 반경방향으로 연장되는 벽을 포함할 수 있다. 슈라우드(172)의 다른 실시예에서, 예를 들어 도 16에 도시된 실시예에서는, 연장부가 존재하지 않는다.
도 17은 송신기(124C, 124R, 124L) 및 슈라우드(172)의 성능의 한 가지 광학 시뮬레이션이다. 각각의 송신기(124C, 124R, 124L)는 적어도 하나의 신호가 도킹 스테이션(14)으로부터 바깥쪽으로 방출되는, 선택적으로 서로 중첩될 수 있는, 전송 구역을 가진다. 제1 또는 중앙 송신기(124C)는 중앙 전송 구역(TC)을 제공하고, 제2 또는 우측 송신기(124R)는 좌측 전송 구역(TL)을 제공하고, 제3 또는 좌측 송신기(124L)는 우측 전송 구역(TR)을 제공한다.
개구(180C, 180R, 180L)는 각 전송 구역의 방향을 한정할 수 있다. 중앙 개구(180C)는 중앙 송신기(124C)와 축방향 정렬 상태일 수 있다. 이것은 도킹 스테이션(14)으로부터 곧바르게 중앙 전송 구역(TC)에 방출되는 신호를 제공한다. 우측 및 좌측 개구(180R, 180L)는 각각의 송신기(124R, 124L)로부터 반경방향 오프셋되어, 우측 및 좌측 전송 구역(TR, TL)에 경사진 신호를 제공할 수 있다. 이러한 반경방향 오프셋으로 인해, 외측 전송 구역(TR, TL)이 서로 그리고 중앙 구역(TC)과 교차한다는 점에 유의해야 한다. 또한, 우측 송신기(124R)는 도킹 스테이션(14)의 좌측으로 신호를 전송하고, 좌측 송신기(124L)는 도킹 스테이션(14)의 우측으로 신호를 전송한다.
개구(180C, 180R, 180L)는 각각의 전송 구역의 각도를 한정한다. 중앙 개구(180C)는 더 좁은 구역(TC)을 한정할 수 있고, 우측 및 좌측 개구(180R, 180L)는 더 넓은 구역(TR, TL)을 한정할 수 있다. 중앙 구역(TC)은 외측 구역(TR, TL)에 비해 대략 16-22배 더 좁을 수 있다. 하나의 예에서, 구역(TC)은 약 3.4도 이하, 선택적으로 대략 2.6도 이하일 수 있다. 하나의 예에서, 구역 TR 및 TL은 약 57 도일 수 있다. 하지만, 구역들의 교차 구성으로, 시스템은 더 넓은 각도를 허용할 수 있다. 우측 및 좌측 송신기(124R, 124L)에서 더 넓은 신호를 방출하는 것은 로봇(12)에게 도킹 스테이션(14)으로부터 방출되는 도킹 신호를 조우할 더 큰 기회를 제공한다. 도킹 스테이션(14)의 중앙으로부터 더 좁은 신호를 방출하는 것은, 로봇(12)이 좁은 중앙 신호를 추종하여 도킹 스테이션(14)의 중앙을 정확하게 찾을 수 있기 때문에, 더 정확한 내비게이션에 유용할 수 있다. 외측 개구(180R, 180L)의 폭 및 그에 따른 각각의 전송 구역의 각도는 여기에 도시된 것과 실질적으로 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 이러한 구역 TC, TR, TL 내에서 전송되는 신호의 범위는 변할 수 있지만, 각도는 동일하게 유지된다.
각각의 개구(180C, 180R, 180L)는 그 각각의 벽(178)의 제1 및 제2 에지에 의해 한정된다. 에지는 개구(180C, 180R, 180L)의 폭 및 전송 구역의 각도를 한정하도록 이격된다. 여기에 도시된 실시예에서, 중앙 개구(180C)는 제1 에지(184C) 및 제2 에지(186C)에 의해 한정되고, 우측 개구(180R)는 제1 에지(184R) 및 제2 에지(186R)에 의해 한정되고, 좌측 개구(180L)는 제1 에지(184L) 및 제2 에지(186L)에 의해 한정된다. 외측 개구(180R, 180L)의 제1 또는 외측 에지(184R, 184L)는 실질적으로 송신기(124R, 124L)와 정렬되어 각각의 전송 구역(TL, TR)을 위한 선명한 외측 에지(192L, 192R)를 제공할 수 있다. 하나의 실시예에서, 외측 개구(180R, 180L)의 제1 또는 외측 에지(184R, 184L)는 송신기(124R, 124L)의 중심에 수직일 수 있다.
도 18-19를 참조하면, 도킹 스테이션(14)은 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)을 발견하고, 도킹 스테이션(14)을 경로탐색하여 그것과 도킹하고 그리고/또는 도킹 스테이션(14)을 회피할 수 있게 해주는 복수의 신호를 전송할 수 있다. 하나의 실시예에서, 도킹 스테이션(14)은 적어도 하나의 장거리 또는 긴 도킹 신호(LL, CL, RL), 적어도 하나의 단거리 또는 짧은 도킹 신호(LS, CS, RS), 및 적어도 하나의 출입 금지 신호(KO)를 전송할 수 있다. 일반적으로, 로봇(12)의 수신기(116) 중의 하나 이상이 도킹 스테이션(14)으로부터 장거리 또는 단거리 도킹 신호를 탐지할 때, 그리고 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)을 능동적으로 또는 수동적으로 찾고 있는 경우(재충전 또는 기타 도킹 목적으로), 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)을 향한 그것의 진로를 변경할 수 있다. 로봇(12)의 수신기(116) 중의 하나 이상이 도킹 스테이션(14)으로부터 출입 금지 신호(KO)를 탐지할 때, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위해 필요에 따라 그것의 진로를 변경할 수 있다. 도킹 방법 및 도킹 스테이션 회피 방법의 일부 실시예의 추가적인 세부 사항이 아래에 제공된다.
장거리 또는 긴 도킹 신호(LL, CL, RL)는 도킹 스테이션(14)을 발견하는 데 사용될 수 있다. 이 신호는 짧은 신호보다 긴 범위를 가지며, 선택적으로 도킹 스테이션(14) 주위의 더 넓은 영역을 커버하기 때문에, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로부터의 임의의 다른 신호에 앞서 이 장거리 도킹 신호를 탐지하여, 도킹 스테이션(14)을 "발견(discovering)"할 수 있다. 로봇(12)은 장거리 도킹 신호를 추종하여, 장거리 도킹 신호보다 더 짧고 그리고/또는 더 좁은 범위를 갖는 짧은 신호 또는 출입 금지 신호에 이를 수 있다.
단거리 또는 짧은 도킹 신호(LS, CS, RS)는 로봇(12)을 도킹 스테이션(14)에 파킹하는 데 사용될 수 있다. 이 신호는 장거리 도킹 신호(LL, CL, RL)보다 짧은범위을 가지며, 선택적으로 도킹 스테이션(14) 주위의 더 좁은 영역을 커버하기 때문에, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)과 정렬하고 파킹하거나 도킹하기 위한 정밀 기동(maneuver)을 위해 이 짧은 신호를 사용할 수 있다.
장거리 및 단거리 도킹 신호들은 도킹 스테이션(14)으로부터 소정의 거리만큼 방출될 수 있으며, 이는 로봇(12) 상의 충전 접점(82) 및 TOF 센서(94), 도킹 스테이션(14) 상의 충전 접점(122), 및 로봇(12)과 도킹 스테이션(14)의 전체 치수 사이의 기하학적 관계에 기초하여 사전 결정될 수 있다. 따라서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로부터 적절한 거리에서 장거리 도킹 신호를 탐지하여, 도킹 스테이션(14)에 충돌하는 일 없이 도킹하기 위한 필요한 기동을 수행하고, 성공적으로 도킹시키기 위한 백트래킹(backtracking)을 최소화하거나 제거할 수 있다. 하나의 실시예에서, 1 내지 10 피트(대략 0.3 내지 3.0 m)의 범위가 장거리 도킹 신호에 적합하고, 1 내지 3 피트(대략 0.3 내지 0.9 m) 및 대안적으로 12-18 인치(대략 0.3 내지 0.46 m)의 범위가 단거리 도킹 신호에 적합하다.
출입 금지 신호(KO)는 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위해 로봇(12)에 의해 사용될 수 있다. 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)으로부터의 출입 금지 신호를 탐지할 때, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위해 필요에 따라 그것의 진로를 변경할 수 있다. 대안적으로, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)을 능동적으로 또는 수동적으로 찾고 있다면(재충전 또는 다른 도킹 목적을 위해), 로봇(12)은 장거리 및 단거리 도킹 신호를 찾을 확률을 높이기 위해 그것의 진로를 변경할 수 있다.
출입 금지 신호(KO)는 장거리 및 단거리 도킹 신호들보다 더 짧은 범위를 가질 수 있어, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)에 근접하여 청소할 수 있지만, 그럼에도 도킹 스테이션(14) 주위에 충분한 여유간격을 제공할 수 있다. 출입 금지 신호(KO)는 선택적으로 도킹 스테이션(14) 주위의 더 많은 영역을 커버하기 위해 단거리 도킹 신호보다 더 넓은 범위를 가질 수 있다. 출입 금지 신호 범위는 적어도 도킹 스테이션(14)의 전방부와 측면을 넘어서, 적용처에 따라 도킹 스테이션(14)으로부터 수 피트까지 그리고 그 이상까지 확장될 수 있다. 하나의 실시예에서, 12-18 인치(대략 0.3 내지 0.46 m)의 범위가 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)을 회피하도록 기동하기에 충분한 공간을 제공하면서, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)에 근접하여 청소하는 것을 가능하게 해준다.
신호는 도킹 스테이션(14)의 IR 송신기(124) 중의 적어도 하나로부터의 적어도 하나의 IR 빔에 의해 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 신호는 도킹 스테이션(14)의 다수의 IR 송신기(124)로부터의 다수의 IR 빔에 의해 제공된다. 일반적으로, 각각의 IR 빔은 코딩된다. 각 IR 빔에 대한 인코딩 방법 및 이진 코드는, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)으로부터 다수의 빔을 동시에 탐지하더라도, 로봇(12)이 각각의 빔의 존재를 탐지하고 빔들 사이를 구별할 수 있도록 선택된다. 다른 신호 유형 및 인코딩 방법도 가능하다.
도 18을 참조하면, 장거리 신호(LL, CL, RL)는 다수의 송신기(124)로부터의 다수의 빔에 의해 제공될 수 있고, 도킹 스테이션(14)의 측방 및 전방을 커버할 수 있다. 대안적으로, 장거리 신호(LL, CL, RL)는 도 20에 도시된 바와 같이 도킹 스테이션(14)의 전방을 커버할 수 있다.
도시된 실시예에서, 좌측 장거리 신호(LL)는 우측 송신기(124R)로부터 좌측 전송 구역(TL) 내에 전송될 수 있고, 중앙 장거리 신호(CL)는 중앙 송신기(124CR)로부터 도킹 스테이션의 중앙으로부터 바깥쪽으로 좌측 전송 구역(TL) 내에 전송될 수 있으며, 우측 장거리 신호(RL)는 좌측 송신기(124L)로부터 우측 전송 구역(TR) 내에 전송될 수 있다. 도 18에 도시된 커버리지 패턴을 제공하기 위해, 좌측 장거리 신호(LL)는 좌측 송신기(124LI, 124LO)로부터 추가적으로 방출될 수 있다. 우측 장거리 신호(RL)는 우측 송신기(124RI, 124RO)로부터 추가적으로 방출될 수 있다.
도 19를 참조하면, 도시된 실시예에서, 좌측 단거리 신호(LS)는 우측 송신기(124R)로부터 좌측 전송 구역(TL) 내에 전송될 수 있고, 중앙 단거리 신호(CS)는 중앙 송신기(124CR)로부터 도킹 스테이션의 중앙으로부터 바깥쪽으로 좌측 전송 구역(TL) 내에 전송될 수 있으며, 우측 단거리 신호(RS)는 좌측 송신기(124L)로부터 우측 전송 구역(TR) 내에 전송될 수 있다.
송신기(124) 중의 적어도 일부는 장거리 신호와 단거리 신호 사이에서 교번한다. 예를 들어, 신호들은 IR LED에 인가되는 전압 레벨을 전환함으로써 교번될 수 있다. 가운데 또는 중간편 송신기(124C, 124R, 124L)는 장거리 신호(LL, CL, RL) 및 단거리 신호(LS, CS, RS)를 주기적으로 제공하기 위해 장거리 모드와 단거리 모드 사이에서 교번할 수 있다. 각 송신기(124C, 124R, 124L)에 대한 사이클 시간은 동일하거나 상이할 수 있다. 즉, 중앙 송신기(124C)는 외측 송신기(124R, 124L)와 동일하거나 상이한 듀티 사이클을 가질 수 있다.
도 19를 참조하면, 출입 금지 신호(KO)는 다수의 송신기(124)로부터의 다수의 빔에 의해 제공될 수 있고, 도킹 스테이션(14)의 측방 및 전방을 커버할 수 있다. 도시된 실시예에서, 출입 금지 신호(KO)는 측방편 송신기(124LO, 124LI, 124RO, 124RI)로부터 도킹 스테이션(14)의 측방 및 전방을 향해 전송될 수 있다.
출입 금지 신호(KO)로부터의 측정 가능한 레벨의 IR 방사가 로봇(12)의 수신기(116) 중 하나에 의해 탐지될 때마다, 로봇의 도킹 스테이션 회피 거동이 트리거(trigger)될 수 있다. 하나의 실시예에서, 출입 금지 신호(KO)가 더 이상 수신기(116) 중의 어느 것에 의해서도 탐지되지 않을 때까지, 즉 출입 금지 신호(KO)로부터의 IR 방사가 탐지 가능한 레벨 아래로 떨어질 때까지, 로봇(12)은 전진 구동 및 회전의 조합과 같은 하나 이상의 소정의 기동을 실행할 수 있다. 그 후, 로봇(12)은 청소를 재개할 수 있다.
태양광 및 다른 IR 소스로부터의 잠재적인 간섭 때문에, 로봇(12)의 TOF 센서(94)와 도킹 스테이션(14)의 송신기(124)는 모두 동일한 주파수에서 작동한다. 따라서, TOF 센서(94)는 장거리 도킹 신호, 단거리 도킹 신호, 및 출입 금지 신호에 대해 로봇(12)을 블라인드(blind)한다. 효과적인 내비게이션에 반직관적(counterintuitive)이기는 하지만, 일부 실시예에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)과 도킹하거나 도킹 스테이션을 회피할 때 TOF 센서(94)를 선택적으로 오프시킬 수 있다. 그러한 때에, 로봇(12)은 경로탐색하기 위해 수동 IR 수신기(116) 및 도킹 스테이션(14)으로부터의 신호에 의존한다.
도 21-23은 도킹 스테이션(14)에 로봇(12)을 도킹시키기 위한 방법(300)의 하나의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 논의되는 단계들의 순서는, 그 단계들이 상이한 논리적 순서로 진행될 수 있으며, 또는 추가적이거나 중재적인(intervening) 단계들이 포함될 수 있으며, 또는 설명되는 단계들이 본 발명에서 벗어나지 않으면서 다수의 단계들로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이므로, 설명을 위한 것일 뿐이며, 어떤식으로 방법을 제한하려는 것은 아니다.
단계 302에서, 로봇은 청소 중이다. 청소 중에, 진공 모터(50) 및/또는 브러시 모터(60)가 활성화될 수 있다.
단계 304에서, 로봇(12)은 도크로의 복귀 이벤트가 있는지 확인한다. 도크로의 복귀 이벤트는 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)을 찾게 만드는 임의의 이벤트이다. 도크로의 복귀 이벤트의 예는 배터리가 소정의 레벨 미만이거나, 사용자가 로봇(12)에 도킹할 것을 명령한 경우(예컨대, 로봇(12) 상의 또는 모바일 장치 상의 도크 또는 홈 버튼을 누름)를 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. 도킹 스테이션(14)이 수집 빈(46)을 자동으로 비우고 그리고/또는 공급 탱크를 자동으로 충전하는 경우, 도크로의 복귀 이벤트는 빈 또는 탱크 내의 임계 레벨일 수 있다.
하나의 실시예에서, 로봇(12)이 청소 작업을 수행하는 동안, 컨트롤러(30)는 배터리(80)의 잔여 전력 레벨이 임계값 미만인지 여부를 지속적으로 또는 간헐적으로 모니터한다. 예를 들어, 컨트롤러(30)는 배터리(80)의 전압을 모니터하여, 배터리(80)의 전압이 소정 전압 미만인지 판정할 수 있다. 긍정이면, 컨트롤러(30)는 도크로의 복귀 이벤트를 등록하고, 로봇(12)은 자동으로 도킹 스테이션(14)으로 복귀하여 배터리(80)를 재충전할 수 있다. 예를 들어, 배터리(80)의 전압이 소정의 전압 미만이면, 로봇(12)은 자동으로 도킹 스테이션(14)으로 복귀할 것이다. 또한, 사용자가 예를 들어 로봇(12)의 사용자 인터페이스(84)를 통해 명령을 입력하거나 스마트폰, 태블릿 또는 기타 원격 장치를 통해 명령을 입력하는 등에 의해, 로봇(12)에게 도킹 스테이션(14)으로 복귀하라는 명령을 입력할 수 있다.
도크로의 복귀 이벤트가 발생하지 않으면, 로봇(12)은 청소를 계속한다. 도크로의 복귀 이벤트가 발생하면, 로봇(12)은 단계 306에서 청소를 중지하고, 단계 308에서 도킹 신호(LL, CL, RL)에 대한 탐색을 시작할 수 있다. 청소를 중지하는 것은 진공 모터(50) 및/또는 브러시 모터(60)를 오프시키는 것을 포함할 수 있다.
로봇(12)은 단계 306에서 청소를 중지하고, 단계 308에서, 도킹 스테이션(14)으로부터의 신호 탐색을 시작한다. 하나의 실시예에서, 로봇(12)은 탐색하는 동안 무작위 움직임 거동을 사용할 수 있고, 로봇(12)은 바닥 표면 주위를 무작위로 이동할 수 있다. 무작위 움직임 중에 벽이 탐지되면, 벽 추종 센서(104)로부터의 입력이 벽에 접촉하지 않고 벽을 따라 근접하여 추종하도록 로봇(12)을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이는 예를 들어 로봇(12)을 방의 둘레로 이끌 수 있고, 로봇이 무작위 움직임에 비해 더 신속하게 방을 지나가는 것을 가능하게 해줄 수 있다. 다른 실시예에서, 로봇(12)은 탐색하는 동안 무작위 움직임 거동만을 사용할 수 있다.
로봇(12)은 단계 310에서 장거리 도킹 신호(LL, CL, RL)가 탐지될 때까지 탐색한다. 도크로 복귀 이벤트 이후에 청소를 중지하는 대신, 로봇(12)은 장거리 도킹 신호가 탐지될 때까지 청소를 계속할 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
단계 312에서, 장거리 도킹 신호(LL, CL, RL)가 탐지되면, 컨트롤러(30)는 이것이 도킹 신호를 처음으로 포착하는 것인지 판정할 수 있다. 이것은 하나의 특정 수신기(116)가 하나의 특정 도킹 신호 또는 도킹 신호들의 조합을 포착하였는지, 또는 수신기들의 특정 조합(116)이 하나의 특정 도킹 신호 또는 도킹 신호들의 조합을 포착하였는지 판정하는 것을 포함할 수 있다.
로봇(12)이 이전에 탐지된 도킹 신호를 포착하지 못했다면, 방법(300)은 단계 314로 진행하여, TOF 센서(94)가 오프될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 태양광 및 다른 IR 소스로부터의 잠재적인 간섭 때문에, TOF 센서(94)와 도킹 스테이션 송신기(124)는 모두 동일한 주파수에서 작동한다. TOF 센서(94)가 내비게이션에 사용되기 때문에, TOF 센서(94)를 오프시키는 것은 반직관적이긴 하지만, TOF 센서(94)가 온 상태로 남아 있으면, 로봇(12)은 본질적으로 도킹 스테이션의 신호에 대해 블라인드되어, 도킹 스테이션(14)에 충돌할 수 있다. 경로탐색을 위해, TOF 센서(94)를 사용하는 대신, 로봇(12)이 도킹 스테이션 신호의 범위 내에 있으면, 로봇(12)은 수동 IR 수신기(116)에 의존한다. 수신기(116)가 로봇(12)의 전방, 측방 및 후방을 커버하기 때문에(도 6 참조), 어느 수신기(116)가 특정 송신기(124)로부터의 신호를 탐지하는지를 추적함으로써, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)에 대한 그것의 위치를 정확하게 결정할 수 있다.
단계 316에서, 로봇(12)은 적어도 하나의 장거리 도킹 신호(LL, CL, RL)가 양쪽 중앙 수신기(116CR, 116CL)에 의해 탐지될 때까지 회전한다. 로봇(12)은 단계 310에서 장거리 도킹 신호가 탐지된 지점에서 제로 반경 회전을 수행할 수 있다. 제로 반경 회전은 한쪽 구동 휠(64)(도 3)을 전진 방향으로 작동시키고 다른쪽 구동 휠(64)을 역방향으로 작동시킴으로써 수행될 수 있다. 로봇(12)은 장거리 도킹 신호가 로봇(12)의 우측 또는 좌측에서 탐지되었는지 여부에 따라 좌회전 또는 우회전할 수 있다. 적어도 하나의 장거리 도킹 신호가 양쪽 중앙 수신기(116CR, 116CL)에 의해 탐지되면, 로봇(12)은 회전을 중지한다.
다음으로, 단계 318에서, 로봇(12)은 적어도 하나의 단거리 도킹 신호(LS, CS, RS)가 탐지될 때까지 전진 구동한다. 다음으로, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82)이 대략적으로 도킹 스테이션(14)에 대해 위치되는 곳을 결정하고, 필요하다면 충전 접점(82)을 도킹 스테이션(14)을 향해 위치시키기 위한 적절한 거동을 수행한다. 충전 접점(82)의 상대적 위치는 어느 수신기(116)가 도킹 스테이션(14)으로부터의 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지하는지 결정함으로써 근사화(approximation)될 수 있다.
도시된 실시예에서, 컨트롤러(30)는 단계 320에서 후방 수신기(116RR, 116RL) 중 하나에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되는지 여부를 판정하고, 그렇다면, 방법은 도 23에 도시된 단계 336으로 진행한다. 그렇지 않다면, 컨트롤러(30)는 322 단계에서 측면 수신기(116SR, 116SL) 중 하나에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되는지 여부를 판정하고, 그렇다면, 단계 324에서 로봇의 충전 접점(82)을 도킹 스테이션(14)을 향해 위치시키기 위해 90도 또는 실질적으로 90도 회전한다. 예를 들어, 우측면 수신기(116SR)에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되면, 로봇(12)은 좌회전하고, 좌측면 수신기(116SL)에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되면, 로봇(12)은 우회전한다. 어느 경우든, 로봇(12)은 그 지점에서 제로 반경 회전을 수행할 수 있다.
어떤 측면 수신기(116SR, 116SL)에 의해서도 탐지되지 않으면, 컨트롤러(30)는 단계 326에서 전방 수신기(116CR, 116CL) 중 하나에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되는지 여부를 결정하고, 그렇다면, 단계 328에서 로봇의 충전 접점(82)을 도킹 스테이션(14)을 향해 위치시키기 위해 180도 또는 실질적으로 180도 회전한다. 예를 들어, 중앙 우측 수신기(116CR)에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되면, 로봇(12)은 좌회전하고, 중앙 좌측 수신기(116CL)에 의해 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되면, 로봇(12)은 우회전한다. 어느 경우든, 로봇(12)은 그 지점에서 제로 반경 회전을 수행할 수 있다. 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 단계 326 이후에 수신기들 중 어떤 것에 의해서도 탐지되지 않으면, 로봇(12)은 그 자리에서 벗어날 수 있고, 단계 308로 되돌아가 장거리 도킹 신호를 다시 탐색하기 시작할 수 있다.
중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 탐지되고 로봇의 충전 접점(82)이 도킹 스테이션(14)을 향해 위치되면, 방법은 단계 336으로 진행하고, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로의 진입 방향(heading)을 계산하기 위한 스캔을 수행한다. 계산된 도킹 스테이션(14)으로의 진입 방향은 로봇이 도킹 스테이션(14)과 실질적으로 정렬되어 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)과 상대결합하기 위해 역구동할 수 있도록 하는 포지션과, 청소 일정이 시작될 때 또는 충전 후에 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)을 빠져나갈 수 있는 포지션일 수 있다. 스캔을 수행하는 것은 로봇의 현재 위치로부터 예컨대 ±90도 회전, 대안적으로 ±45도 회전, 대안적으로 ±20도 회전하는 것과 같이, 좌우로 소정의 각도만큼 회전하는 것을 포함할 수 있다. 로봇(12)은 스캔을 위해 제로 반경 회전을 수행할 수 있다.
진입 방향이 계산되면, 로봇(12)은 단계 338에서 진입 방향으로 회전한다. 다음으로, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82)이 도킹 스테이션(14)에 대해 어디에 위치되는지를 보다 정확하게 결정하고, 필요한 경우, 충전 접점(82)을 도킹 스테이션(14)과 정렬시키기 위해 적절한 기동을 수행한다. 충전 접점(82)의 상대적 위치는 어느 후방 수신기(116RR, 116RL)가 도킹 스테이션(14)으로부터의 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지하는지에 따라 더 정확하게 결정될 수 있다.
도시된 실시예에서, 컨트롤러(30)는 단계 340에서 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 후방 좌측 수신기(116RL)에 의해 탐지되고 후방 우측 수신기(116RR)에 의해서는 탐지되지 않는지 여부를 판정하고, 그렇다면, 방법은 로봇(12)이 왼쪽으로 호운동하는 단계 342로 진행한다. 그렇지 않다면, 컨트롤러(30)는 단계 344에서 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 후방 우측 수신기(116RR)에 의해 탐지되고 후방 좌측 수신기(116RL)에 의해서는 탐지되지 않는지 여부를 판단하고, 그렇다면, 방법은 로봇(12)이 오른쪽으로 호운동하는 단계 346로 진행한다. 왼쪽 또는 오른쪽으로 호운동하기 위해, 로봇(12)은 한쪽 구동 휠(64)(도 3)을 역방향으로 제1 속도로 그리고 다른쪽 구동 휠(4)을 역방향으로 제1 속도와 다른 제2 속도로 작동시킴으로써 후진 구동하여, 제로 반경보다 큰 회전을 발생시킬 수 있다. 로봇(12)이 왼쪽 호운동하는지 또는 오른쪽으로 호운동하는지 여부에 따라, 로봇(12)을 왼쪽으로 또는 오른쪽으로 이동시키기 위해 제2 속도는 제1 속도보다 크거나 작을 수 있다. 이들 단계 340-346는 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 양쪽 후방 수신기(116RR, 116RL)에 의해 탐지될 때까지 순환된다. 양쪽 후방 수신기(116RR, 116RL)가 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지하면, 방법은 단계 348로 진행한다.
단계 348에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로 후진한다. 로봇(12)은 그것의 현재 위치로부터 도킹 스테이션(14)으로 직후진할 수 있다. 예를 들어, 로봇(12)은 양쪽 구동 휠(64)(도 3)을 역방향으로 작동시킬 수 있다. 로봇(12)은 로봇의 충전 접점(82)이 도킹 스테이션 충전 접점(122)과 확실한 전기 접촉을 만들 때까지 역방향으로 이동할 수 있다.
단계 350에서, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)에 도달하면, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)에 대해 "똑바를(square)" 때, 즉 충전 접점(82, 122)이 정렬된 때를 결정하기 위해 전후 회전 또는 비비대기(nuzzle)를 수행한다. 비비대기를 수행하기 위해, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82)이 도크의 충전 접점(122)에 닿지 않는 제1 위치에 도달할 때까지 한쪽 방향으로 회전한다. 이 지점에서, 로봇(12)은 충전이 끊어진 것을 등록한다. 그런 다음, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82)이 다시 도크의 충전 접점(122)에 닿지 않는 제2 위치에 도달할 때까지 반대 방향으로 회전한다. 이 지점에서, 로봇(12)은 다시 충전이 끊어진 것을 등록한다. 컨트롤러(30)는 제1 위치와 제2 위치 사이의 중간 위치를 결정한다. 중간 위치는 제1 및 제2 위치의 중간 또는 그 근방의 위치일 수 있으며, 또는 제1 및 제2 위치의 각각으로부터 등거리일 수 있다. 마지막으로, 로봇(12)은 중간 위치로 회전하여, 단계 350을 완료한다.
단계 352에서, 컨트롤러(30)는 로봇(12)이 성공적으로 도킹되었고 배터리(80)가 충전 중인지 여부를 판정한다. 그렇다면, 도킹이 완료되고 방법(300)은 종료된다. 그렇지 않다면, 단계 354에서 컨트롤러(30)는 소정의 횟수(X)의 도킹 시도가 성공 없이 이루어졌는지를 판정한다. 하나의 예에서, 소정의 횟수(X)는 세 번의 시도일 수 있다. 소정의 횟수(X)의 도킹 시도가 성공 없이 이루어졌다면, 방법은 단계 356으로 진행하고, 로봇(12)은 도킹 오류 알림을 발행한다. 도킹 오류 알림은 디스플레이(86) 또는 로봇(12)상의 다른 위치 상의 시각적 알림, 또는 로봇(12)으로부터 발행되는 청각적 알림일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도킹 스테이션(14)이 도킹 오류 알림을 발행할 수 있다.
소정의 횟수(X)보다 적은 도킹 시도가 이루어졌다면, 방법은 임의의 도킹 신호가 임계 시간 이내로 탐지되었는지 여부 및 로봇이 단계 348에서 이동한 후진 거리가 임계 거리보다 작았는지 여부를 컨트롤러(30)가 판정하는 단계 358로 진행한다. 하나의 실시예에서, 임계 시간은 10 내지 20초일 수 있고, 임계 거리는 500mm 이하일 수 있다. 시간 및 거리값이 각각의 임계값 내에 있으면, 방법은 단계 350으로 복귀하여, 로봇(12)은 충전 상태를 만들기 위한 노력으로 비비대기 기동을 재시도한다. 임계값이 충족되거나 초과되면, 방법은 단계 308(도 21)로 복귀하여, 도킹 신호를 다시 탐색하기 시작한다.
일부 실시예에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로 경로탐색하는 데 도킹 신호에 의존하지 않고 이전 도킹으로부터의 데이터를 사용할 수 있다. 이것은 로봇(12)이 성공적으로 도킹하는 데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있고, 배터리 수명을 보존할 수 있다. 도 21로 돌아가서, 단계 312에서 로봇(12)이 이전에 탐지된 도킹 신호를 포착하였다면, 방법(300)은 도 22에 도시된 단계 330으로 진행하여, 도킹 스테이션(14)을 향해 경로탐색하는 데 도크 동작 룩업 테이블(dock action lookup table)을 사용할 수 있다. 도크 동작 룩업 테이블은 로봇의 수신기(116)와 수신기(116)에 의해 이전에 탐지된 도킹 신호를 페어링한 데이터의 어레이 또는 매트릭스일 수 있으며, 반환된 값은 감지된 신호와 신호를 감지했던 수신기의 조합이 주어지면 취할 동작이다. 룩업 테이블에 존재하는 데이터는 하나 이상의 이전 도킹에서 저장된 이력 데이터(historical data)일 수 있다. 도크 동작 룩업 테이블은 로봇(12)의 메모리(68)에 저장되고 컨트롤러(30)에 의해 액세스될 수 있다.
로봇(12)은 단계 332에서 단거리 도킹 신호(LS, CS, RS)가 탐지될 때까지 도크 동작 룩업 테이블을 사용하여 경로탐색한다. TOF 센서(94)는 단계 332 이전에 또는 그 동안에 오프될 수 있다. 단거리 도킹 신호가 탐지되면, 컨트롤러(30)는 단계 334에서 도킹 스테이션(14)을 향해 경로탐색하는 데 계속해서 도크 동작 룩업 테이블을 사용한다. 그런 다음, 방법은 로봇(12)이 어느 수신기(116)가 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지하는지 결정하는 단계 320(도 21)으로 진행할 수 있고, 방법(300)은 앞서 설명한 바와 같이 계속될 수 있다.
도 29-34는 도 21-23의 도킹 방법에 따라 도킹 스테이션(14)과 도킹하는 로봇(12)의 하나의 예를 도시한다. 도 29는 일반적으로 도킹 스테이션(14)으로의 로봇(12)의 전체 경로(P)를 도시한다. 도 30은 방법(300)의 단계 308-310에 따라 장거리 도킹 신호(본 예에서는 좌측 장거리 도킹 신호(LL)로 도시됨)를 탐색 및 탐지하고, 그런 다음 단계 316에 따라 장거리 도킹 신호(LL)가 양쪽 중앙 또는 전방 수신기(116CR, 116CL)에 의해 탐지될 때까지 회전하는 로봇(12)을 도시한다. 도 31은 방법(300)의 단계 318-328에 따라 단거리 도킹 신호가 탐지될 때까지(본 예에서는 좌측 단거리 도킹 신호(LS)로 도시됨) 구동한 다음 중앙 단거리 신호(CS)를 향해 회전하는 로봇(12)을 도시한다. 도 31에서, 로봇(12)은 좌측면 수신기(116SL)에서 중앙 단거리 신호(CS)를 탐지하여 대략 90도 우회전한다. 도 31은 또한 예시된 예에서 우측면 수신기(116SR)에서 우측 단거리 신호(RS)를 탐지하여 대략 90도 좌회전하느 제2 로봇(12')를 도시한다. 도 32는 방법(300)의 단계 336-338에 따라, 중심 단거리 신호(CS)를 스캐닝하여 도킹 스테이션(14)으로의 진입 방향을 계산하고, 계산된 진입 방향으로 회전하는 로봇(12)을 도시한다. 도 33은 방법(300)의 단계 340-348에 따라, 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 양쪽 후방 수신기(116RR, 116RL)의 범위 내에 유지시키기 위해 필요에 따라 왼쪽 또는 오른쪽으로 호운동하면서 도킹 스테이션(14)으로 후진하는 로봇(12)을 도시한다. 도 34는 (a)에서 도킹 스테이션(14)을 향해 구동하고, (b)에서 그것의 충전 접점(82)을 도킹 스테이션(14)을 향해 위치시키기 위해 회전하고, (c)-(d)에서 도킹 스테이션(14)으로 후진하고, (e)-(f)에서 비비대기를 수행하고, (g)에서 도킹을 완료하는 것을 포함하는 방법(300)의 단계 318-352를 수행하는 로봇(12)을 도시한다.
도 24는 충전 끊어짐 후 도킹 스테이션(14)에서 로봇(12)을 재도킹시키기 위한 방법(400)의 하나의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 논의되는 단계들의 순서는, 그 단계들이 상이한 논리적 순서로 진행될 수 있으며, 또는 추가적이거나 중재적인 단계들이 포함될 수 있으며, 또는 설명되는 단계들이 본 발명에서 벗어나지 않으면서 다수의 단계들로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이므로, 설명을 위한 것일 뿐이며, 어떤식으로 방법을 제한하려는 것은 아니다.
성공적인 도킹 후, 로봇(12)은 예를 들어 로봇(12) 또는 도킹 스테이션(14)이 충돌된 경우에 도킹 스테이션(14)과의 충전 접촉을 잃을 수 있다. 일단 성공적으로 도킹되면, 로봇(12)은 로봇(12)이 도킹된 상태를 유지하는지 여부를 지속적으로 또는 간헐적으로 모니터할 수 있다. 단계 402에서, 로봇(12)이 도킹된 경우, 컨트롤러(30)는 다음으로 단계 404에서 배터리가 충전 중인지 또는 충전이 끊어졌는지를 판정한다.
충전이 끊어진 경우, 방법은 로봇이 도킹 스테이션(14)으로부터 소정의 거리(D)만큼 멀어지게 구동되는 단계 406으로 진행한다. 소정의 거리(D)는 로봇(12)을 단거리 도킹 신호(LS, CS, RS)의 범위 내에 유지하게 될 거리일 수 있다. 하나의 예에서, 소정의 거리(D)는 1 내지 3 피트(대략 0.3 내지 0.9m), 대안적으로 1 내지 2 피트(대략 0.3 내지 0.6m), 대안적으로 12-18 인치(대략 0.3 내지 0.46m)의 범위 내일 수 있다. 도킹 스테이션(14)으로부터 떨어져 구동되기 위해, 로봇(12)은 소정의 시간 또는 재평가 횟수 동안 전방 방향으로 양 구동 휠(64)(도 3)을 작동시킬 수 있다.
다음으로, 단계 408에서, 로봇(12)은 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지하기 위한 시도로 스캔을 수행한다. 스캔을 수행하는 것은 로봇의 현재 위치로부터 예컨대 ±90도 회전, 대안적으로 ±45도 회전, 대안적으로 ±20도 회전하는 것과 같이, 좌우로 소정의 각도만큼 회전하는 것을 포함할 수 있다. 로봇(12)은 스캔을 위해 제로 반경 회전을 수행할 수 있다.
스캔 동안, 단계 410에서, 로봇(12)은 후방 수신기(116RR, 116RL) 중 하나에 의한 중앙 단거리 도킹 신호(CS)의 탐지를 모니터한다. 중앙 단거리 도킹 신호(CS)가 스캔 중에 어느 쪽의 후방 수신기(116RR, 116RL)에 의해 탐지되면, 단계 412에서, 로봇(12)은 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지한 후방 수신기(116RR, 116RL)의 현재 위치로 로봇(12)의 중심을 이동시킬 경로를 계산한다. 계산된 경로는 로봇(12)을 회전시킬 방향(예컨대, 왼쪽 또는 오른쪽) 및 회전시킬 각도의 수와 같은 회전 명령을 포함할 수 있다. 경로는 추가적으로 또는 대안적으로 로봇(12)을 얼마나 멀리 역방향으로 구동할 것인지 또는 로봇(12)을 얼마나 전진 구동할 것인지와 같은 병진운동 명령을 포함할 수 있다. 후방 수신기(116RR, 116RL)가 실질적으로 로봇(12)의 외측 에지 근처에 위치되는 도 6에 도시된 로봇(12)의 실시예에 의하면, 경로는 로봇(12) 폭의 1/2 미만의 전체 병진운동일 수 있다.
단계 414에서, 로봇(12)은 중앙 단거리 도킹 신호(CS)의 탐지를 모니터하면서 계속 스캔할 수 있다. 단계 414에서, 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 찾지 못한 채 스캔이 완료되면, 방법(400)은 단계 416로 진행하여 스캔 중에 임의의 도킹 신호가 탐지되었는지를 판정한다. 어떠한 도킹 신호도 탐지되지 않은 경우, 방법(400)은 단계 424로 진행할 수 있고, 로봇(12)은 도킹 오류 알림을 발행한다. 도킹 오류 알림은 디스플레이(86) 상의 또는 로봇(12)상의 다른 곳의 시각적 알림이거나, 또는 로봇(12)으로부터 발행되는 청각적 알림일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도킹 스테이션(14)이 도킹 오류 알림을 발행할 수 있다.
스캔 중에 하나 이상의 도킹 신호가 탐지된 경우, 방법(400)은 단계 418로 진행할 수 있고, 로봇의 중심을 도킹 스테이션(14)의 중심과 정렬되도록 이동시킬 경로가 추정된다. 경로는 스캔 중에 로봇의 어느 쪽이 더 많은 도킹 신호를 탐지했는지에 기초하여 추정할 수 있다. 어떤 수신기가 도킹 신호를 탐지하는지에 따라, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)에 대한 그것의 방위를 추정할 수 있으며, 추정된 경로는 로봇(12)을 도킹 스테이션(14)의 중심과 신뢰성 있게 정렬시킬 수 있는 로봇의 추정된 방위에 기초한 소정의 경로일 수 있다.
추정된 경로는 로봇(12)을 회전시킬 방향(예를 들어, 왼쪽 또는 오른쪽) 및 회전시킬 각도의 수와 같은 회전 명령을 포함할 수 있다. 경로는 추가적으로 또는 대안적으로 로봇(12)을 얼마나 멀리 역방향으로 구동할 것인지 또는 로봇(12)을 얼마나 전진 구동할 것인와 같은 병진운동 명령을 포함할 수 있다.
단계 412에서의 경로 계산 또는 단계 418에서의 경로 추정으로부터, 방법(400)은 단계 420으로 진행하고, 로봇(12)은 경로를 실행한다. 경로가 회전 명령과 병진운동 명령을 모두 포함하는 경우, 로봇(12)은 회전 명령을 먼저 실행한 후 병진운동 명령을 실행할 수 있다. 경로를 실행한 후, 로봇(12)은 로봇이 도킹 스테이션(14)의 중심과 정렬되는 위치에 있어야 한다.
다음으로, 단계 422에서, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82)을 도킹 스테이션(14)을 향해 위치시키기 위해 회전한다. 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)의 중심에 정렬되어야 하기 때문에, 로봇(12)은 단계 422에서 ±180도 또는 실질적으로 180도 회전할 수 있다.
그런 다음, 방법(400)은 도킹 방법(300)의 단계 348(도 23)으로 진행하여, 충전을 다시 만들기 위한 시도로 최종 도킹 단계들을 시작한다.
도 25는 도킹 스테이션에 의한 로봇(12)의 저전력 충전을 위한 방법(500)의 하나의 실시예를 보여주는 흐름도이다. 논의되는 단계들의 순서는, 그 단계들이 상이한 논리적 순서로 진행될 수 있으며, 또는 추가적이거나 중재적인 단계들이 포함될 수 있으며, 또는 설명되는 단계들이 본 발명에서 벗어나지 않으면서 다수의 단계들로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이므로, 설명을 위한 것일 뿐이며, 어떤식으로 방법을 제한하려는 것은 아니다.
하나의 실시예에서, 로봇(12)이 도킹되어 있는 동안, 도킹 스테이션(14)은 웨이크 모드 및 슬립 모드로 작동하도록 구성되고, 여기서 도킹 스테이션은 또한 배터리(80)를 완전히 충전한 후 슬립 모드로 진입하여 배터리(80) 충전을 중지하고, 슬립 모드에서 웨이크 모드로 전환한 후 배터리(80) 충전을 재개하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 도킹 스테이션(14)은 또한 배터리(80)가 충분히 충전되면, 즉 최고위 충전되면, 슬립 모드로 복귀하도록 구성될 수 있다.
로봇(12)의 배터리(80)가 완전히 충전된 후에는, 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)에서 유휴(idle) 상태에 있는 동안에도 서서히 방전된다. 하나의 실시예에서, 단지 계속해서 배터리(80)를 "최고위 충전(topping off)"하는 대신에, 도킹 스테이션(14)은 선택적으로 슬립 모드로 진입하고, 주기적으로 깨어나 배터리(80)를 최고위 충전할 수 있다. 슬립 모드는 여기서 슬립 시간이라고도 하는 소정의 시간 동안 지속될 수 있다. 즉, 도킹 스테이션(14)은 배터리(80)를 충전하기 위해 슬립 시간이 경과한 후에 슬립 모드에서 깨어날 것이다.
선택적으로, 사용자가 슬립 시간의 길이를 선택할 수 있다. 예를 들어, 도킹 스테이션(14)은 1시간 또는 또 다른 기간과 같은 기본 슬립 시간(default sleep time)을 가질 수 있으며, 사용자는 기본 설정에서 슬립 시간을 선택적으로 변경할 수 있다. 예를 들어 에너지 절약적인 사용자는 기본 시간보다 긴 슬립 시간을 선택할 수 있다. 하나의 실시예에서, 도킹 스테이션(14)은 적어도 제1 슬립 시간을 갖는 고전력 충전 모드 또는 제1 슬립 시간보다 긴 제2 슬립 시간을 갖는 저전력 충전 모드에서 작동 가능할 수 있다. 비제한적인 하나의 예에서, 제1 슬립 시간은 1시간일 수 있고, 제2 슬립 시간은 30시간일 수 있다. 도킹 스테이션(14)은 고전력 모드와 저전력 모드 사이에 추가적인 충전 모드를 가질 수 있으며, 이는 따라서 제1 슬립 시간과 제2 슬립 시간 사이의 슬립 시간을 갖는다. 충전 모드는 도킹 스테이션(14) 상에서 또는 도킹 스테이션(14)과의 작동 가능한 통신 상태에 있는 스마트폰 또는 태블릿과 같은 모바일 장치를 사용하여 사용자에 의해 선택될 수 있다.
하나의 실시예에서, 사용자는 제1 슬립 시간과 제2 슬립 시간 사이에서 슬립 시간을 순환시키기 위해, 소정의 기간 내에 소정의 횟수만큼 충전 접점(122P, 122N) 중 하나를 누르는 등에 의해(예컨대, 2초 내에 3회 상부 충전 접점(122P)을 누르는 등에 의해) 도킹 스테이션(14)에서의 순서를 수행할 수 있다.
단계 502에서, 로봇(12)이 성공적으로 도킹된 경우, 단계(504)에서 도킹 신호가 오프된다. 예를 들어, 송신기(124)가 비활성화될 수 있다.
도킹 스테이션(14)은 초기에 단계 506에서 웨이크 모드에 있다. 웨이크 모드 중에, 최대 전력이 단계 508에서 충전 접점(122)에 인가된다. 도킹 스테이션 접점(122)으로부터 로봇의 충전 접점(82)으로 최대 전력이 인가되면, 배터리(80)는 처음에 고속으로 충전되고, A/C 전력 콘센트(16)(도 1) 또는 기타 가정용 전원 공급 장치로부터 더 많은 에너지를 끌어온다.
다음으로, 로봇(12)은 배터리(80)의 잔여 전력 레벨이 임계값 이상인지를 판정한다. 임계값은 >99% 용량일 수 있다(즉, 완전 충전됨). 긍정이면, 도킹 스테이션(14)은 슬립 상태가 될 수 있다. 도시된 실시예에서, 배터리(80)의 잔여 전력 레벨이 임계값 이상인지를 판정하기 위해, 단계 510에서, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82) 양단의 전압을 샘플링할 수 있다. 전압이 최대 배터리 임계값 미만이면, 도킹 스테이션(14)은 웨이크 모드로, 즉 최대 전력으로 로봇(12)을 계속 충전한다. 전압이 최대 배터리 임계값 이상이면, 도킹 스테이션(14)은 슬립 상태가 될 수 있다.
단계 514에서, 도킹 스테이션(14)은 슬립 타이머를 시작하고, 단계 516에서, 도킹 스테이션(14)은 슬립 모드를 종료한다. 슬립 모드 중에, 도킹 스테이션(14)은 단계 518에서 충전 접점(122)에 저전력을 인가한다. 도킹 스테이션 접점(122)으로부터 로봇의 충전 접점(82)으로 저전력이 인가되면, 배터리(80)는 더 느리게 충전되어, 에너지를 절약한다.
슬립 모드 중에, 도킹 스테이션(14)은 로봇(12)이 도킹된 상태로 유지되는지를 모니터할 수 있다. 하나의 예에서, 활성화 스위치(168)가 닫힌 상태로 유지되면, 도킹 스테이션(14)은 로봇(12)이 도킹된 것으로 가정한다. 로봇(12)이 언도킹되는 경우, 예컨대 활성화 스위치(168)가 열리는 경우, 방법(500)이 종료된다. 로봇(12)이 단계 522에서 슬립 타이머가 종료된 시점에서 도킹된 상태로 유지되면, 방법(500)은 단계 510으로 복귀하고, 로봇(12)은 그것의 충전 접점(82) 양단의 전압을 샘플링하는 등에 의해 배터리(80)의 잔여 전력 레벨이 임계값 이상인지를 판정한다. 전압이 최대 배터리 임계값 이상이면, 슬립 타이머가 단계 514에서 재시작되고, 도킹 스테이션(14)은 단계 514에서 슬립 상태로 유지될 수 있다. 전압이 최대 배터리 임계값 미만이면, 도킹 스테이션(14)은 단계 506에서 깨어날 수 있고, 최대 전력이 단계 508에서 인가될 수 있다. 웨이크 모드로 재진입하면, 시스템(10)은 로봇(12) 또는 도킹 스테이션(14) 상의 표시기 라이트를 조명하거나, 로봇(12)의 사용자 인터페이스 상의 아이콘을 표시하거나, 또는 청각적 경보를 발령하는 등에 의해, 로봇(12)이 최대 전력으로 충전되고 있다는 경보를 사용자에게 발행할 수 있다.
도 26은 로봇(12)에 의해 수행되는 도킹 스테이션 회피를 위한 방법(600)의 하나의 실시예를 보여주는 흐름도이다. 논의되는 단계들의 순서는, 그 단계들이 상이한 논리적 순서로 진행될 수 있으며, 또는 추가적이거나 중재적인 단계들이 포함될 수 있으며, 또는 설명되는 단계들이 본 발명에서 벗어나지 않으면서 다수의 단계들로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이므로, 설명을 위한 것일 뿐이며, 어떤식으로 방법을 제한하려는 것은 아니다.
단계 602에서, 로봇은 청소 중이다. 청소 중에, 진공 모터(50) 및/또는 브러시 모터(60)가 활성화될 수 있다.
단계 604에서, 로봇(12)은 장거리 도킹 신호(LL, CL, RL)를 탐지한다. 이는 도킹 스테이션(14)이 근처에 있음을 로봇(12)에 신호한다. 다음으로, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위한 단계들을 취한다. 회피 단계들을 시작하기 전에, 단계 606에서, 로봇(12)은 선택적으로 청소를 중지할 수 있다. 이는 로봇(12)이 도킹 스테이션(14)의 주변 및/또는 그로부터 멀어지는 곳으로 경로탐색하는 동안 배터리 수명을 보존할 수 있다. 청소를 중지하는 것은 진공 모터(50) 및/또는 브러시 모터(60)를 오프시키는 것을 포함할 수 있다.
방법(600)은 단계 608로 진행하여, TOF 센서(94)가 오프될 수 있다. 이제 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)을 회피하기 위해 수동 IR 수신기(116) 및 도킹 신호에 의존한다.
다양한 회피 거동들이 로봇(12)에 의해 실행될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 단계 610에서, 로봇(12)은 직진 구동하고, 적어도 하나의 출입 금지 신호(KO)가 전방 수신기(116CR, 116CL)에 의해 탐지되는지 여부를 판정한다. 그렇다면, 로봇(12)은 도킹 스테이션을 향해 직진 구동하고 있다고 가정할 수 있다. 선택적으로, 로봇(12)은 적어도 하나의 출입 금지 신호(KO)가 탐지될 때까지 또는 로봇이 장애물을 조우할 때까지 직진 구동할 수 있다.
출입 금지 신호(KO)가 탐지되면, 단계 612에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14) 반대편으로 회전하도록 180도 또는 실질적으로 180도 회전한다. 선택적으로, 로봇(12)은 180도±n도 회전할 수 있으며, 여기서 n은 0에서 20까지 무작위로 생성되는 수이다. 무작위로 생성되는 수를 사용하는 것은 로봇(12)이 반복해서 동일한 패턴으로 구동하는 것으로 고착되는 것을 방지할 수 있다. 그런 다음, 로봇(12)은 단계 622에서 청소를 재개한다.
단계 610에서, 전방 수신기(116CR, 116CL)에 의해 어떠한 출입 금지 신호도 탐지되지 않으면, 방법(600)은 단계 614로 진행하고, 로봇(12)은 좌회전하여 적어도 하나의 출입 금지 신호(KO)가 전방 좌측 수신기(116CL)에 의해 탐지되는지 여부를 판정한다. 좌회전 중에, 로봇(12)은 대략 90도, 최대 180도까지의 제로 반경 회전을 수행할 수 있다. 출입 금지 신호(KO)가 전방 좌측 수신기(116CL)에 의해 탐지되면, 도킹 스테이션(14)이 로봇(12)의 좌측에 있다고 가정될 수 있다. 단계 616에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14) 반대편으로 회전하도록 90도 또는 실질적으로 90도 우회전한다. 선택적으로, 로봇(12)은 90도±n도 회전할 수 있으며, 여기서 n은 0에서 20까지 무작위로 생성되는 수이다. 그런 다음, 로봇(12)은 단계 622에서 청소를 재개한다.
단계 614에서, 출입 금지 신호가 전방 좌측 수신기(116CL)에 의해 탐지되지 않는 경우, 방법(600)은 단계 618로 진행하고, 로봇(12)은 우회전하여 적어도 하나의 출입 금지 신호(KO)가 전방 우측 수신기(116CR)에 의해 탐지되는지 여부를 판정한다. 우회전 중에, 로봇(12)은 대략 90도, 최대 180도까지의 제로 반경 회전을 수행할 수 있다. 출입 금지 신호(KO)가 전방 우측 수신기(116CR)에 의해 탐지되면, 도킹 스테이션(14)이 로봇(12)의 우측에 있다고 가정될 수 있다. 단계 620에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14) 반대편으로 회전도록 90도 또는 실질적으로 90도 좌회전한다. 선택적으로, 로봇(12)은 90도±n도 회전할 수 있으며, 여기서 n은 0에서 20까지 무작위로 생성되는 수이다. 그런 다음, 로봇(12)은 단계 622에서 청소를 재개한다.
회피 방법(600) 동안, 로봇이 좌회전하여 출입 금지 신호(KO)가 전방 우측 수신기(116CR)에 의해 탐지되거나, 로봇이 우회전하여 출입 금지 신호(KO)가 전방 좌측 수신기(116CL)에 의해 탐지되는 시나리오들이 있을 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 시나리오는 비논리적이며, 근처 물체에 의한 출입 금지 신호(KO)의 반사로 인해 야기될 수 있다. 따라서, 로봇(12)은 이 입력을 무시할 수 있다.
도 27은 로봇(12)에 의해 수행되는 도킹 중의 장애물 대응을 위한 방법(700)의 하나의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 논의되는 단계들의 순서는, 그 단계들이 상이한 논리적 순서로 진행될 수 있으며, 또는 추가적이거나 중재적인 단계들이 포함될 수 있으며, 또는 설명되는 단계들이 본 발명에서 벗어나지 않으면서 다수의 단계들로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이므로, 설명을 위한 것일 뿐이며, 어떤식으로 방법을 제한하려는 것은 아니다.
도 21-24에 개괄된 방법을 따를 때와 같은 도킹 또는 재도킹 중에, 로봇(12)은 장애물을 조우할 수 있다. 장애물 대응 방법(700)은 장애물을 효율적으로 회피하고 최소한의 시간 및/또는 배터리 수명을 소비하면서 도킹을 재개하기 위해 로봇(12)이 따를 수 있는 프로세스의 하나의 실시예이다.
단계 702에서, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)과 도킹 또는 재도킹하기 위해 도킹 스테이션(14)에 의해 방출된 적어도 하나의 도킹 신호를 추종하고 있다. 단계 704에서, 로봇(12)이 도킹 신호를 추종하면서 성공적으로 도킹하는 경우, 방법(700)은 종료된다. 그렇지 않다면, 로봇(12)은 계속해서 도킹 신호를 추종한다. 도킹 신호를 추종하는 중에, 706 단계에서 장애물이 로봇(12)에 의해 탐지되면, 방법(700)은 단계 708로 진행하고, 로봇(12) 도킹 스테이션(14)으로부터의 모든 도킹 신호를 일시적으로 무시한다.
하나의 실시예에서, 범프 센서(102) 또는 절벽 센서(106)로부터의 입력에 기초하여 장애물이 탐지될 수 있다. 장애물 대응 방법(700)을 위해, 장애물은 범프 센서(102) 중 하나에 등록되는 임의의 장애물이나, 절벽 센서(106) 중 하나에 등록되는 과도한 낙차부 또는 절벽을 포함할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, TOF 센서(94)는 도킹 또는 재도킹을 위해 오프될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 로봇(12)이 단계 702에서 도킹 신호를 추종하는 동안, TOF 센서(94)는 장애물 탐지를 위한 입력을 제공하지 않는다. 거리 센서(94) 중의 적어도 하나가 TOF 센서를 포함하지 않는 다른 실시예에서, 거리 센서(94)로부터의 입력이 장애물을 탐지하는 데 사용될 수 있다.
다음으로, 모든 도킹 신호를 무시하면서, 로봇(12)은 단계 710에서 장애물 회피 거동을 실행한다. 장애물 회피 거동은 장애물을 탐지한 센서로부터의 입력에 기초하여 컨트롤러(30)에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 로봇(12)은 방향을 변경(예를 들어, 후진 및/또는 회전)하거나, 벽 추종 루틴을 시작할 수 있다. 단계 710 중에, 로봇(12)은 장애물 또는 조우한 새로운 장애물에 관한 하나 이상의 센서로부터의 업데이트된 입력에 기초하여 장애물 회피 거동을 수정, 업데이트 또는 변경할 수 있다.
로봇(12)은 단계 712에서 장애물이 회피될 때까지 계속해서 모든 도킹 신호를 무시하고 장애물 회피 거동을 실행할 수 있다. 컨트롤러(30)는 센서 입력에 기초하여 장애물이 회피되었는지를 판정할 수 있다. 장애물이 회피되었다면, 방법(700)은 단계 702로 진행할 수 있고, 로봇(12)은 도킹 스테이션(14)으로부터의 도킹 신호를 추종하는 것을 재개할 수 있다. 일부 실시예에서, 장애물 회피 거동이 로봇(12)을 모든 도킹 신호의 범위 밖으로 이동시킨 경우, 장애물이 회피되자마자, 로봇(12)은 도킹 방법(300)(도 21)의 단계 308에 대해 전술한 바와 같이 도킹 신호를 탐색할 필요가 있을 수 있다.
도 28은 로봇(12)에 의해 수행되는 지근거리 도킹(close-proximity docking)을 위한 방법(800)의 하나의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 논의되는 단계들의 순서는, 그 단계들이 상이한 논리적 순서로 진행될 수 있으며, 또는 추가적이거나 중재적인 단계들이 포함될 수 있으며, 또는 설명되는 단계들이 본 발명에서 벗어나지 않으면서 다수의 단계들로 분할될 수 있다는 것이 이해될 것이므로, 설명을 위한 것일 뿐이며, 어떤식으로 방법을 제한하려는 것은 아니다.
도크로의 복귀 이벤트는 때때로 로봇(12)이 이미 단거리 도킹 신호의 범위 내에 있을 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 로봇(12)을 도킹 스테이션(14) 가까이에 내려놓고 로봇(12)에 도킹하도록 명령할 수 있다. 이 경우, 도킹 스테이션(14)의 근접성은 로봇이 앞서 설명한 도킹 방법(300)을 따르는 것을 어렵게 만들 수 있다. 단계 802에서의 도크로의 복귀 이벤트 후, 로봇(12)이 단계 804에서 단거리 도킹 신호(LS, CS, RS)를 먼저 탐지하면(즉, 장거리 도킹 신호를 탐지하기도 전에), 로봇(12)은 지근거리 도킹 방법(800)을 따를 것이다. 단계 806에서, TOF 센서(94)가 오프될 수 있다. 이제 로봇(12)은 수동 IR 수신기(116) 및 단거리 도킹 신호(LS, CS, RS)에 의존하여 도킹 스테이션(14)과 도킹한다. 그런 다음, 방법은 로봇(12)이 어느 수신기(116)가 중앙 단거리 도킹 신호(CS)를 탐지하는지를 판정하게 되는 정규 도킹 방법(300)의 단계 320(도 21)으로 진행하고, 앞서 설명한 바와 같이 도킹이 계속될 수 있다.
아직 설명되지 않은 범위에 이르기까지, 본 발명의 다양한 실시예의 다른 피처(feature) 및 구조들이 필요에 따라 서로 조합하여 사용될 수 있거나 개별적으로 사용될 수 있다. 하나의 자율 바닥 청소 시스템, 로봇 또는 도킹 스테이션이 설명한 피처들을 갖는 것으로 여기에 예시된다는 것은 이러한 모든 피처들이 조합되어 사용되어야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라 설명의 간결성을 위해 여기에서 그와 같이 이루어졌다. 개시된 도킹 스테이션은 개시된 로봇과 독립적으로 제공될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 방법(300, 400, 500, 600, 700, 800)은 시스템(10), 로봇(12) 및 도킹 스테이션(14)과 관련하여 설명되어 있지만, 방법(300, 400, 500, 600, 700, 800)은 다른 로봇 및 도킹 스테이션에도 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 여기에 다수의 방법이 개시되어 있지만, 개시된 방법들 중 하나가 독립적으로 수행될 수 있으며, 또는 여기에 개시된 방법들의 임의의 조합을 포함하여 개시된 방법들 중의 2개 이상이 하나의 로봇 또는 도킹 스테이션에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 다른 실시예들의 다양한 피처들이, 새로운 실시예가 명시적으로 설명되는지 여부에 관계없이, 새로운 실시예를 형성하기 위해 필요에 따라 다양한 청소 장치 구성으로 혼합 및 매칭될 수 있다.
상기 설명은 본 개시의 일반적이고 및 특정적인 실시예에 관한 것이다. 하지만, 첨부된 청구범위에 한정되는 바와 같이 본 개시의 사상 및 넓은 양태를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있으며, 이는 균등론을 포함하는 특허법의 원리에 따라 해석되어야 한다. 따라서, 본 개시는 예시적인 목적으로 제시되며, 본 개시의 모든 실시예들의 완전한 설명으로 해석되거나 청구범위의 범위를 이들 실시예와 관련하여 예시되거나 설명된 특정 요소들로 제한해서는 안된다. 예를 들어, "하나의", "그것"과 같은 단수적 표현이나 "상기"라는 표현을 사용하는 등의 임의의 요소의 단수적 언급이 그 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
마찬가지로, 첨부된 청구범위는 상세한 설명에 기술된 표현 및 특정 화합, 조성 또는 방법으로 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위의 범주 내에 속하는 특정 실시예들 사이에서 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다양한 실시예의 특정 특징 또는 양태를 설명하기 위해 여기에서 의존하는 임의의 마쿠쉬 그룹(Markush group)과 관련하여, 상이하고 특별하며 예상치 못한 결과가 다른 마쿠쉬 구성요소와 독립적인 개별 마쿠쉬 그룹의 각각의 구성요소로부터 얻어질 수 있다. 마쿠쉬 그룹의 각각의 구성요소는 개별적으로 또는 조합적으로 사용될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 특정 실시예에 대한 적절한 지지를 제공한다.

Claims (20)

  1. 자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션에 있어서, 상기 도킹 스테이션은:
    상기 도킹 스테이션이 놓여지는 바닥면을 갖는 하우징;
    상기 하우징에 배치되어, 상기 자율 바닥 청소기의 배터리를 충전하도록 구성되는 충전 접점들;
    상기 자율 바닥 청소기에 의해 탐지 가능한 광 신호를 전송하도록 구성되는 상기 하우징 내의 도킹 신호 송신기들로서, 상기 하우징이 광 신호의 통과를 허용하기 위해 투과성 및 반투과성 중 하나인, 상기 도킹 신호 송신기들과 정렬되는 부분을 포함하게 되는 바의 도킹 신호 송신기들; 및
    하우징 내의 슈라우드로서, 복수의 불투과성 인클로저를 포함하고, 상기 복수의 불투과성 인클로저의 각각이 상기 도킹 신호 송신기들 중 하나를 둘러싸는 바의 슈라우드;를 포함하고,
    상기 복수의 불투과성 인클로저 중의 적어도 하나는 상기 도킹 신호 송신기들 중 하나의 둘레의 벽 및 광이 방출될 수 있는 상기 벽 내의 개구를 포함하고, 상기 개구는 상기 도킹 신호 송신기들 중 하나의 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도킹 신호 송신기들은 적외선 및 근적외선 중의 적어도 하나를 조사하는 IR 송신기들을 포함하고, 상기 벽은 적외선 및 근적외선 중의 적어도 하나에 대해 반사성인 내부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 벽은 반사된 광을 다시 상기 도킹 신호 송신기들 중 하나로 지향시키는 오목한 내부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 벽은 볼록한 외부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 슈라우드는 상기 벽으로부터 상기 개구에 인접하여 반경방향으로 연장되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자율 바닥 청소기가 도킹될 때, 상기 충전 접점들을 통해 상기 자율 바닥 청소기에 적절한 전압 및 전류를 공급하는 회로를 갖는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)를 포함하고, 상기 도킹 신호 송신기들이 상기 PCBA에 전기적으로 연결되어 상기 PCBA에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 PCBA와 상기 슈라우드 사이의 시일을 포함하고, 상기 시일은 상기 도킹 신호 송신기들에 의해 방출되는 광의 파장에 대해 반투과성인 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 슈라우드는 복수의 벽 및 복수의 개구를 포함하고, 상기 복수의 개구 중의 제1 개구는 상기 복수의 개구 중의 제2 개구보다 좁고, 상기 제1 개구는 상기 제2 개구에 의해 한정되는 제2 신호 전송 구역보다 좁은 제1 신호 전송 구역을 한정하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 개구는 상기 도킹 신호 송신기들 중의 제1 도킹 신호 송신기와 축방향 정렬 상태에 있어, 상기 도킹 신호 송신기들 중의 제1 도킹 신호 송신기로부터의 신호가 상기 도킹 스테이션으로부터 곧바르게 상기 제1 전송 구역에 방출될 수 있고;
    상기 제2 개구는 상기 도킹 신호 송신기들 중의 제2 도킹 신호 송신기로부터 오프셋되어, 상기 도킹 신호 송신기들 중의 제2 도킹 신호 송신기로부터의 신호가 상기 도킹 스테이션으로부터 일정 각도로 상기 제2 전송 구역에 방출될 수 있고;
    상기 제2 전송 구역이 상기 제1 전송 구역과 교차하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 개구는 상기 벽의 제1 에지 및 상기 벽의 제2 에지에 의해 한정되고, 상기 제1 에지 및 상기 제2 에지는 이격되어 상기 개구의 폭을 한정하고, 상기 개구의 상기 제1 에지는 상기 도킹 신호 송신기들 중의 하나의 도킹 신호 송신기와 정렬되어 상기 전송 구역을 위한 선명한 외측 에지를 제공하고, 상기 개구의 상기 제2 에지는 상기 도킹 신호 송신기들 중의 하나의 도킹 신호 송신기로부터 오프셋되는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 도킹 신호 송신기는 적어도 하나의 장거리 도킹 신호 및 상기 적어도 하나의 장거리 도킹 신호보다 짧은 범위를 갖는 적어도 하나의 단거리 도킹 신호를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 자율 바닥 청소기에 의해 탐지 가능한 출입 금지 신호를 전송하도록 구성되는 출입 금지 신호 송신기들을 상기 하우징 내에 포함하고, 상기 출입 금지 신호 송신기들은 상기 슈라우드에 의해 둘러싸이지 않는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 자율 바닥 청소기가 상기 도킹 스테이션과 도킹되지 않은 상태에 해당하는 중립 위치로 상기 충전 접점들을 바이어스하는 스프링으로서, 상기 충전 접점들이 상기 자율 바닥 청소기가 도킹 스테이션과 도킹된 상태에 해당하는 접촉 위치로 이동될 수 있는 바의 스프링; 및
    상기 충전 접점들로의 전력의 공급을 제어하는 활성화 스위치로서, 상기 접촉 위치에 있는 상기 충전 접점들 중의 적어도 하나에 의해 작동되도록 구성되는 바의 활성화 스위치;를 포함하고,
    상기 하우징은 백스톱을 포함하고, 상기 충전 접점들은 상기 백스톱 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  14. 자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션에 있어서, 상기 도킹 스테이션은:
    상기 도킹 스테이션이 놓여지는 바닥면을 갖는 하우징;
    상기 하우징에 배치되어, 상기 자율 바닥 청소기의 배터리를 충전하도록 구성되는 충전 접점들;
    상기 자율 바닥 청소기에 의해 탐지 가능한 광 신호를 전송하도록 구성되는 상기 하우징 내의 복수의 도킹 신호 송신기로서,
    제1 전송 구역 내에 적어도 하나의 광 신호를 방출하도록 구성되는 중앙 송신기,
    상기 중앙 송신기의 측방에 배치되어, 제2 전송 구역 내에 적어도 하나의 광 신호를 방출하도록 구성되는 우측 송신기, 및
    상기 중앙 송신기의 측방에 배치되어, 제3 전송 구역 내에 적어도 하나의 광 신호를 방출하도록 구성되는 좌측 송신기를 포함하는 바의 복수의 도킹 신호 송신기; 및
    상기 하우징 내의 슈라우드로서,
    상기 중앙 송신기를 둘러싸고, 제1 라이트 챔버를 한정하며, 상기 중앙 송신기 둘레의 불투과성 제1 벽 및 광이 방출될 수 있는 상기 제1 벽 내의 제1 개구를 포함하고, 상기 제1 개구가 상기 제1 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하게 되는 중앙 슈라우드 섹션,
    상기 우측 송신기를 둘러싸고, 제2 라이트 챔버를 한정하며, 상기 우측 송신기 둘레의 불투과성 제2 벽 및 광이 방출될 수 있는 상기 제2 벽 내의 제2 개구를 포함하고, 상기 제2 개구가 상기 제2 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하게 되는 우측 슈라우드 섹션, 및
    상기 좌측 송신기를 둘러싸고, 제3 라이트 챔버를 한정하며, 상기 좌측 송신기 둘레의 불투과성 제3 벽 및 광이 방출될 수 있는 상기 제3 벽 내의 제3 개구를 포함하고, 상기 제3 개구가 상기 제3 전송 구역의 방향 및 각도를 한정하게 되는 좌측 슈라우드 섹션을 포함하는 바의 슈라우드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 개구는 상기 중앙 송신기와 축방향 정렬 상태에 있어, 상기 중앙 송신기로부터의 신호가 상기 도킹 스테이션으로부터 곧바르게 상기 제1 전송 구역 내에 방출될 수 있고;
    상기 제2 개구는 상기 우측 송신기로부터 오프셋되어, 상기 제2 전송 구역이 상기 제1 전송 구역 및 상기 제3 전송 구역과 교차하고, 상기 우측 송신기로부터의 신호가 상기 도킹 스테이션으로부터 비스듬히 상기 제2 전송 구역 내에 방출될 수 있으며;
    상기 제3 개구는 상기 좌측 송신기로부터 오프셋되어, 상기 제3 전송 구역이 상기 제1 전송 구역 및 상기 제2 전송 구역과 교차하고, 상기 좌측 송신기로부터의 신호가 상기 도킹 스테이션으로부터 비스듬히 상기 제3 전송 구역 내에 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 제2 개구 및 상기 제3 개구보다 좁고, 상기 제1 전송 구역은 상기 제2 전송 구역 및 상기 제3 전송 구역보다 좁은 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 자율 바닥 청소기의 의해 탐지 가능한 출입 금지 신호를 전송하도록 구성되는 적어도 하나의 출입 금지 신호 송신기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 출입 금지 신호 송신기는 상기 슈라우드에 의해 둘러싸이지 않는 것을 특징으로 하는 도킹 스테이션.
  18. 장애물을 탐지하도록 구성된 복수의 거리 센서를 갖는 자율 바닥 청소기를 도킹 스테이션과 도킹시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상기 자율 바닥 청소기에 도크로의 복귀 이벤트를 등록하는 단계;
    상기 도킹 스테이션에 의해 전송되는 도킹 신호를 탐색하는 단계;
    상기 도킹 스테이션에 의해 전송되는 제1 도킹 신호를 탐지할 때 상기 자율 바닥 청소기의 상기 복수의 거리 센서를 오프시키는 단계;
    상기 자율 바닥 청소기의 적어도 하나의 수동 수신기로, 상기 도킹 스테이션에 의해 전송되는 적어도 하나의 다른 도킹 신호를 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 수동 수신기에 의해 수신된 상기 적어도 하나의 다른 도킹 신호에 기초하여 상기 자율 바닥 청소기를 상기 도킹 스테이션을 향해 구동하는 단계;
    상기 자율 바닥 청소기의 충전 접점들을 상기 도킹 스테이션의 충전 접점들과 정렬시키도록 상기 자율 바닥 청소기를 기동하는 단계; 및
    상기 자율 바닥 청소기를 상기 도킹 스테이션과 도킹시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 자율 바닥 청소기와 상기 도킹 스테이션 사이의 충전 접촉이 끊어진 것으로 판정했을 때, 상기 자율 바닥 청소기를 상기 도킹 스테이션으로부터 멀어지게 구동하는 단계;
    상기 적어도 하나의 수동 수신기에 의해 수신된 적어도 하나의 단거리 도킹 신호에 기초하여 상기 자율 바닥 청소기를 상기 도킹 스테이션과 재정렬시키는 단계; 및
    상기 자율 바닥 청소기를 상기 도킹 스테이션과 재도킹시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 자율 바닥 청소기의 배터리를 충전하는 단계;
    상기 도킹 스테이션의 슬립 모드로 진입하여, 상기 도킹 스테이션의 상기 충전 접점들에 인가되는 전력을 낮추는 단계; 및
    일정 슬립 시간 후에 상기 도킹 스테이션을 깨워, 상기 도킹 스테이션의 상기 충전 접점들에 최대 전력을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020210011946A 2020-01-29 2021-01-28 자율 바닥 청소기용 도킹 스테이션 KR20210097049A (ko)

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