KR20230060177A - 생활공간 공유 비대면 서비스를 위한 이동식 협동 로봇의 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전원공급부를 구비한 이동 로봇; 및 상기 이동 로봇과 도킹하여 상기 전원공급부에 전원을 충전하는 충전 스테이션을 포함하는 이동 로봇의 충전 시스템에 관한 것으로, 상기 전원공급부는 상기 도킹이 이루어지는 제1방향을 따라 연장되는 안내로를 형성하는 제1가이드와, 상기 제1가이드의 일측에 배치된 제1충전단자를 포함하고,상기 충전 스테이션은 상기 안내로에 진입하여 상기 제1충전단자와 접속하는 제2충전단자를 포함하며, 도킹시 상기 제1가이드와 상기 제2충전단자가 상기 제1방향을 따라 정렬될 수 있게 상기 제1방향에 직교한 제2방향을 따라 상기 제1가이드 또는 상기 제2충전단자의 위치 조정을 안내하는 제2가이드를 포함한다.

Description

생활공간 공유 비대면 서비스를 위한 이동식 협동 로봇의 충전 시스템{Charging system of mobile cooperative robot for living space sharing non-face-to-face service}

본 발명은 이동 로봇과 충전 스테이션의 도킹에 의해 이동 로봇에 전원을 공급하는 이동로봇의 충전 시스템에 관한 것이다.

본 연구는 2021년도 중소벤처기업부의 규제자유특구혁신사업 "생활공간 공유 비대면 서비스를 위한 이동식 협동로봇의 실증"의 지원에 의한 연구임[P0016199]

로봇은 최근 산업 현장뿐만 아니라 가정이나 사무실, 관공서 등 일반 건물내에서 가사일이나 사무 보조로서 활용되고 있다. 이러한 로봇은 공간 내에서 이동을 하면서 탑재된 고유의 기능을 수행한다. 청소 로봇, 안내 로봇, 방범 로봇, 방역 로봇 등을 예로 들 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1428846호는 로봇청소기에 복귀유도신호를 송출하는 로봇청소기의 충전장치를 개시하고 있다. 상기한 선행특허는 도킹유도 신호를 송출하여 로봇청소기의 도킹위치를 안내하는 하나 이상의 도킹유도센서와, 도킹유도 신호의 직진성을 향상시키기 위한 가이드와, 도킹유도신호의 외부 송출을 차단하기 위한 다수의 반사부를 구비한다.

이와 같이 센서의 신호만으로 도킹을 유도하는 경우, 신호 편차, 신호 장애 내지 방해 등의 다양한 원인에 의해 도킹시 위치 오차가 발생하여 도킹을 실패하거나 부정확한 도킹 상태에서 불완전 충전이 이루어지는 등 충전 불확실성이 높은 문제점이 있다.

선행기술 문헌 : 대한민국 등록특허공보 제10-1428846호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 도킹 정확성을 높여 안정적인 충전이 가능한 이동 로봇의 충전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 이동 로봇의 충전 시스템은, 전원공급부를 구비한 이동 로봇; 및 상기 이동 로봇과 도킹하여 상기 전원공급부에 전원을 충전하는 충전 스테이션을 포함한다. 상기 전원공급부는 상기 도킹이 이루어지는 제1방향을 따라 연장되는 안내로를 형성하는 제1가이드와, 상기 제1가이드의 일측에 배치된 제1충전단자를 포함한다. 상기 충전 스테이션은 상기 안내로에 진입하여 상기 제1충전단자와 접속하는 제2충전단자를 포함하며, 도킹시 상기 제1가이드와 상기 제2충전단자가 상기 제1방향을 따라 정렬될 수 있게 상기 제1방향에 직교한 제2방향을 따라 상기 제1가이드 또는 상기 제2충전단자의 위치 조정을 안내하는 제2가이드를 포함한다.

상기 안내로의 입구를 상기 안내로의 입구쪽으로 갈수록 상기 제2방향을 따라 소정 곡률로 확장 형성하고, 상기 제2충전단자는 상기 제2방향을 따라 상기 안내로의 벽면과 접촉하는 부분이 곡선형으로 형성할 수 있다.

상기 제2가이드는 상기 충전 스테이션에 배치되어 상기 제2충전단자의 제2방향 위치 조정을 안내할 수 있다. 그리고 상기 제2가이드는 상기 제2방향을 따라 연장되며 상기 제2충전단자가 상기 제2방향을 따라 이동 가능하게 결합한 가이드 레일과, 상기 제2방향을 따라 상기 제2충전단자 양쪽에 각각 배치되어 상기 제2충전단자를 상기 제2방향을 따라 탄성 지지하는 한 쌍의 가이드 탄성체를 포함할 수 있다.

상기 제1충전단자는 상기 제2방향을 따라 상기 안내로의 양쪽에 각각 배치된 한 쌍의 제1단자블록을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2충전단자는 상기 제2방향을 따라 단자 프레임 양쪽에 각각 배치되어 상기 제1충전단자의 단자블록과 상기 제2방향을 따라 접속하는 한 쌍의 제2단자블록을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 제2단자블록 각각은 상기 제2방향을 따라 유동 가능하게 배치하고, 상기 단자 프레임에는 상기 한 쌍의 제2단자블록 각각을 제2방향을 따라 탄성 지지하는 단자 탄성체를 배치할 수 있다.

또한 상기 제1단자블록의 상기 제2단자블록과의 접속면을 평면으로 형성하고, 상기 제2단자블록의 상기 제1단자블록과의 접속면을 상기 제2방향을 따라 상기 제1단자블록을 향해 볼록한 곡면으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 도킹시 제1가이드에 의해 도킹이 이루어지는 제1방향을 안내하고, 제2가이드에 의해 이동 로봇에 구비한 제1가이드 또는 충전 시스템에 구비한 제2충전단자를 제1방향에 직교한 제2방향을 따라 위치 조정함으로써 제2충전단자가 제1가이드에 진입하여 제1방향을 따라 일렬로 정렬할 수 있기 때문에 이동 로봇의 자체 도킹 위치를 재세팅하지 않아도 정확한 위치에서 도킹이 이루어질 수 있고, 따라서 불완전 충전을 방지할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 제1가이드의 입구를 곡선형으로 확장 형성함으로써 도킹 위치 정렬이 보다 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

셋째, 제2충전단자가 제1가이드에 진입할 때 제2충전단자와 제1가이드의 구조적 간섭력에 의해 기구적으로 제2충전단자가 제2방향을 따라 이동함으로써 실패없이 용이하게 도킹 위치를 조정할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 한 쌍의 제2단자블록을 제2방향을 따라 탄성 지지함으로써 제2충전단자가 저항없이 원활하게 제1가이드에 진입함으로써 도킹이 원활하게 이루어질 수 있고, 탄성력에 의해 제2충전단자를 제1충전단자에 밀착시킬 수 있어 접속 불량을 방지할 수 있으며, 도킹 해제시 자동 복귀할 수 있는 효과가 있고, 완충 효과를 기대할 수 있다.

다섯째, 제1단자블록의 접속면을 평면으로 형성하고, 제2단자블록의 접속면을 제2방향을 따라 제1단자블록을 향해 볼록한 곡면으로 형성하여, 제2충전단자가 원활하게 제1가이드에 진입할 수 있고, 접속 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 이동 로봇의 주요부들 간의 제어 관계를 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 이동 로봇의 충전 시스템의 주요부들을 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 충전 스테이션의 주요부들을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 A-A에 따른 단면도이다.
도 7은 도 4에 도시된 이동 로봇과 그 충전 스테이션 간 도킹 과정을 순서대로 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇 및 충전 스테이션을 도시한 것이다. 도 3은 도 1에 도시된 이동 로봇의 주요부들 간의 제어 관계를 도시한 블록도이다. 도 4는 도 1에 도시된 이동 로봇의 충전 시스템의 주요부들을 도시한 것이다. 도 5는 도 4에 도시된 충전 스테이션의 주요부들을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 A-A에 따른 단면도이다. 도 7은 도 4에 도시된 이동 로봇과 그 충전 스테이션 간 도킹 과정을 순서대로 도시한 것이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(1a)은, 설정된 임무를 수행하기 위해 고유의 기능이 부여된 로봇이다. 이동 로봇(1a)은, 생활공간 공유 비대면 서비스를 위한 이동식 협동 로봇으로 이해될 수 있다.

이동 로봇(1a)은 본체(10)와 베이스(20)를 포함한다. 본체(10)는 이동 로봇(1a)에 고유한 기능을 부여하는 장치를 구비한다. 실시예에 따라 본체(10)와 베이스(20)는 분리 가능하게 결합될 수 있다. 베이스(20)는 구동부(220)에 의해 주행이 가능하며, 이때 베이스(20)와 일체로 본체(10)가 이동된다.

도 3을 참조하여 이동 로봇(1a)을 구성하는 각 부들 설명한다. 이동 로봇(1a)은 센싱부(110), IMU(115), 카메라(120), 통신부(125), 입력부(130), 메모리(140), 구동부(150), 공기 청정기(160), 출력부(180), 제어부(170) 및/또는 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다.

센싱부(110)는 이동 로봇(1a) 주변의 정보를 제공할 수 있다. 센싱부(110)는 적어도 하나의 센서에서 생성된 데이터를 제어부(170)에 제공할 수 있다. 제어부(170)는 센싱부(110)로부터 수신된 데이터에 기초하여 이동 로봇(1a) 외부의 오브젝트를 검출할 수 있다. 오브젝트는 이동 로봇(1a) 주변의 사물, 사람, 구조물 등 이동 로봇(1a)의 이동에 직접적 또는 간접적으로 영향을 주는 객체로 정의할 수 있다.

센싱부(110)는 초음파 센서(111) 및/또는 라이다(112)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 센싱부(110)는 레이다 또는 적외선 센서를 더 포함할 수 있다.

초음파 센서(111)는 초음파를 이용하여 오브젝트를 감지할 수 있다. 초음파 센서(111)는 초음파 송신부와 수신부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 초음파 센서(111)는 초음파 송신부 및 수신부와 전기적으로 연결되어 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 제어기를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라 상기 제어기는 제어부(170)에 의해 구현되는 것일 수 있다.

초음파 센서(340)은 초음파를 기초로 오브젝트를 검출하고, 이렇게 검출된 오브젝트의 위치, 변위, 거리, 상대 속도 등을 검출할 수 있다. 하나 이상의 초음파 센서(340)가 이동 로봇(1a)의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 적절한 위치에 제공될 수 있다.

라이다(112)는 레이저 광을 이용하여 오브젝트를 감지할 수 있다. 라이다(112)는, 광 송신부 및 광 수신부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 라이다(112)는, 광 송신부 및 광 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 제어부를 더 포함할 수 있다. 라이다(112)의 제어부 기능은 제어부(170)에서 구현될 수도 있다.

라이다(112)는 TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식으로 구현될 수 있다. 라이다(112)는 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있다. 구동식으로 구현되는 경우, 라이다(112)는 모터에 의해 회전되며 오브젝트를 검출할 수 있다.

비구동식으로 구현되는 경우, 라이다(112)는 광 스티어링에 의해 이동 로봇(1a)을 기준으로 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있다. 이동 로봇(1a)은 복수의 비구동식 라이다를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 라이다(112)는 레이저 광을 매개로 한 TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 변위, 거리, 상대 속도 등을 검출할 수 있다.

라이다(112)는, 이동 로봇(1a)의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 이동 로봇(1a) 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.

IMU(Inertial Measurement Unit)(115)는 관성을 측정할 수 있다. IMU(115)는, 가속도계와 회전 속도계나 자력계의 조합을 사용하여 이동 로봇(1a)에 작용하는 특정한 힘이나 각도 비율을 측정하거나, 이동 로봇(1a)을 둘러싼 자기장을 측정하는 전자 장치로 설명될 수 있다. 제어부(170)는 IMU(115)로부터 수신되는 데이터에 기초하여 이동 로봇(1a)의 자세에 대한 정보를 생성할 수 있다. IMU(115)는 가속도 센서, 자이로 센서, 자기 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

카메라(120)는 이동 로봇(1a) 외부의 영상을 촬영할 수 있다. 카메라(120)는 영상을 이용하여 이동 로봇(1a) 외부에 위치한 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 카메라(120)는 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 이미지 센서 및 이미지 센서와 전기적으로 연결되어 수신되는 신호를 처리하고 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 제어기를 포함할 수 있다. 카메라(120)는 모노 카메라 또는 스테레오 카메라일 수 있다.

카메라(120)는 이동 로봇(1a) 외부 촬영을 위한 FOV(field of view) 확보가 가능한 위치에 장착될 수 있다.

카메라(120)는 소정의 영상 처리 알고리즘을 이용하여, 오브젝트의 위치, 오브젝트까지의 거리 및/또는 오브젝트의 상대 속도를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라(120)는, 획득된 영상에서, 시간에 따른 오브젝트 크기의 변화를 기초로, 오브젝트까지의 거리 정보 및 상대 속도를 획득할 수 있다.

다르게는, 카메라(120)는 핀홀(pin hole) 모델, 노면 프로파일링 등을 통해 오브젝트까지의 거리 및 상대 속도를 획득할 수 있다.

다르게는, 카메라(120)는 스테레오 카메라에 의해 획득된 스테레오 영상에서 디스패러티(disparity)를 구하고, 이를 기초로 오브젝트까지의 거리 및 상대 속도를 획득할 수 있다.

이동 로봇(1a)은 복수의 카메라(120)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이동 로봇(1a)은 전방 카메라, 후방 카메라, 좌측방 카메라, 우측방 카메라로 구성된 4채널 카메라를 포함할 수 있다.

통신부(125)는 이동 로봇(1a) 외부의 전자 장치(예를 들면, 사용자 단말기, 서버, 다른 이동 로봇)와 신호 또는 데이터를 교환할 수 있다.

통신부(125)는 통신을 수행하기 위해 송신 안테나, 수신 안테나, 각종 통신 프로토콜을 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 통신부(125)는 5G(예를 들면, 뉴 라디오(new radio, NR)) 방식을 이용하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다.

입력부(130)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로, 입력부(130)에서 수집한 데이터는 제어부(170)에 의해 분석되어 사용자의 제어 명령에 따라 처리될 수 있다.

입력부(130)는 음성 입력부(131) 및/또는 터치 입력부(132)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 입력부(130)는 제스쳐 입력부 또는 기계식 입력부를 포함할 수 있다.

음성 입력부(131)는 사용자의 음성 입력을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 이렇게 전환된 전기적 신호는 제어부(170)에 제공될 수 있다. 음성 입력부(131)는 하나 이상의 마이크로 폰을 포함할 수 있다.

터치 입력부(132)는 사용자의 터치 입력을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 전환된 전기적 신호는 제어부(170)에 제공될 수 있다. 터치 입력부(132)는 사용자의 터치 입력을 감지하기 위한 터치 센서를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 터치 입력부(132)는 디스플레이(181)와 일체형으로 형성됨으로써 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한, 터치 스크린은 이동 로봇(1a)과 사용자 사이의 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 함께 제공할 수 있다.

상기 제스쳐 입력부는 사용자의 제스쳐 입력을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 이렇게 전환된 전기적 신호는 제어부(170)에 제공될 수 있다. 상기 제스쳐 입력부는 사용자의 제스쳐 입력을 감지하기 위한 적외선 센서 및 이미지 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 기계식 입력부는, 버튼, 돔 스위치(dome switch), 조그 휠 및 조그 스위치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 기계식 입력부에 의해 생성된 전기적 신호는, 제어부(170)에 제공될 수 있다.

메모리(140)는 제어부(170)와 전기적으로 연결된다. 메모리(140)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어 데이터, 입출력 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는 제어부(170)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다.

메모리(140)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 메모리(140)는 제어부(170)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 이동 로봇(1a) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는 제어부(170)와 일체형으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 메모리(140)는, 제어부(170)의 하위 구성으로 분류될 수 있다.

공기 청정기(160)는 미세먼지 센서(161), 팬 구동부(162) 및 공기 정화부(163)를 포함할 수 있다.

미세먼지 센서(161)는 공기 중 미세먼지를 감지할 수 있다. 미세먼지 센서(161)는, 입자 계수기(particle counter)를 통해 공기 중 미세먼지의 양을 측정할 수 있다. 미세먼지 센서(161)는 유입된 공기에 광을 조사하고, 미세먼지에 의해 산란된 광을 수광 소자를 통해 검출하여 공기 중의 미세먼지의 양을 측정할 수 있다.

팬 구동부(162)는 공조팬을 구동할 수 있다. 이를 위해, 팬 구동부(162)는 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있다.

공기 정화부(163)는 팬을 이용해 공기를 흡입한 후, 적어도 하나의 필터로 정화하여 정화된 공기를 배출하는 필터식일 수 있다. 필터식 공기 정화부(163)는 입자가 큰 먼지를 걸러주는 프리 필터, 냄새를 없애 주는 탈취필터, 미세먼지를 걸러주는 헤파 필터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 밖에도, 공기 정화부(163)는 이온식, 전기집진식 또는 워터필터식 중 어느 하나일 수 있다.

출력부(180)는 시각 또는 청각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것이다. 출력부(180)는 디스플레이(181) 및 음향 출력부(182)를 포함할 수 있다.

디스플레이(181)는 다양한 정보에 대응되는 그래픽 객체를 표시할 수 있다. 디스플레이(181)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이(181)는 터치 입력부(131)와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다.

음향 출력부(182)는 제어부(170)로부터 제공되는 전기 신호를 오디오 신호로 변환하여 출력한다. 이를 위해, 음향 출력부(182)는 하나 이상의 스피커를 포함할 수 있다.

제어부(170)는 이동 로봇(1a)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(170)는 ECU(Electronic Control Unit)로 명명될 수 있다. 제어부(170)는 센싱부(110), IMU(115), 카메라(120), 통신부(125), 입력부(130), 메모리(140), 구동부(150), 공기 청정기(160) 및 출력부(180)와 전기적으로 연결된다.

제어부(170)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

전원 공급부(190)는, 제어부(170)의 제어에 따라, 이동 로봇(1a)을 구성하는 각 유닛들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 특히, 전원 공급부(190)는 이동 로봇(1a) 내부의 배터리 등으로부터 전원을 공급받을 수 있다.

소독 장치(260)는 소독 동작을 수행할 수 있다. 소독 장치(260)는, 화학적 소독 동작 및 물리적 소독 동작 중 적어도 어느 하나를 수행할 수 있다. 소독 장치(260)는 분사 장치(151) 및 UV 광출력부(152)을 포함할 수 있다.

분사 장치(151)는 소독액을 외부로 분사할 수 있다. 분사 장치(151)는 소독액을 수용하는 탱크, 소독액을 외부로 분사하는 스프레이 노즐 및 분사력을 제공하는 분사엔진을 포함할 수 있다. 분사 장치(151)는 제어부(170)에서 제공되는 신호에 따라 전자식으로 제어될 수 있다. 제어부(170)는 분사 장치(151)에 제어 신호를 제공하여 분사 여부, 분사량, 분사 강도 등을 제어할 수 있다.

한편, 소독액은, 에탄올, 과산화 수소 등이 이용되는 것이 일반적이나 이에 한정되지 아니하고, 병원체를 사멸시킬 수 있는 외용약이면 소독액으로 이용될 수 있다.

UV 광출력부(152)는 UV광을 이동 로봇(1a)의 외부로 출력할 수 있다. UV 광출력부(152)는 UV LED를 포함할 수 있다. UV 광출력부(152)는 제어부(170)에서 제공되는 신호에 따라 전자식으로 제어될 수 있다. 제어부(170)는 UV 광출력부(152)에 제어 신호를 제공하여 UV광 출력 여부, UV 광출력 양 등을 제어할 수 있다.

실시예에 따라, 이동 로봇(1a)은 제독(除毒) 기능을 수행할 수 있다. 가령, 이동 로봇(1a)이 군사용으로 이용되는 경우, 이동 로봇(1a)은 생화학 무기에 의해 발생된 생물학적 또는 화학적 환경을 정화하는 군사용 제독 기능을 수행할 수 있다. 이경우, 이동 로봇(1a)은 제독 장치를 더 포함할 수 있다. 이동 로봇(1a)은 생물학적 또는 화학적 환경을 정화할 수 있는 생화학 물질을 분사하는 분사 장치를 더 포함할 수 있다.

이동 로봇(1a)은 멸균액(예를 들면, 과산화 수소)을 공중에 분사하는 멸균 장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 이동 로봇(1a)은 청정 상태에서 제품(예를들면, 의약 등)을 생산하는 공장이나 의료 기관(예를 들면, 병원, 보건소)에서 사용될 수 있다.

이동 로봇(1a)은 방역 기능을 수행할 수 있다. 방역 기능은 전염병 발생 또는 유행을 미리 막는 기능으로, 상술한 소독 기능을 포함하는 상위 개념으로 이해될 수 있다.

이동 로봇(1a)은 열화상 카메라를 더 포함할 수 있다. 제어부(170)는 열화상 카메라를 통해 촬영된 열화상 이미지에서 색깔에 대한 처리를 통해 발열중인 감염 의심자를 검출할 수 있다. 제어부(170)는 열화상 이미지 및 카메라(120)에 의해 촬영된 이미지를 매칭하여 카메라(120)에 의해 촬영된 이미지에서 감염 의심자를 검출할 수 있다. 제어부(170)는, 거리 검출 알고리즘을 통해, 카메라(120)에 의해 촬영된 이미지에서 감염 의심자와 기준 거리 이내에 위치한 인원을 검출하고, 해당 인원을 접촉자로 분류할 수 있다. 이러한, 감염 의심자 및 접촉자 검출 기능을 방역 기능의 하위 기능으로 분류할 수 있다.

이동 로봇(1a)은 보안 기능을 수행할 수 있다. 보안 기능은 카메라(120)를 통해 촬영된 영상을 이용해 제한된 공간에서 허용되지 않은 인원을 검출하는 기능으로 설명될 수 있다. 보안 기능은 제어부(170)에 설치된 소프트웨어로 구현될 수 있다. 실시예에 따라 보안 기능은 통신부(125)에 의한 외부 디바이스와 데이터를 교환 형태로 시스템적으로 구현될 수도 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 이동 로봇의 충전 시스템은, 이동 로봇(1a) 및 충전 스테이션(500)을 포함할 수 있다.

이동 로봇의 충전시스템은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 이동 로봇(1a)이 일측에 위치 고정된 충전 스테이션(500)을 향해 이동하여 도킹하면, 전원공급부(190)의 제1충전단자(193,195)와 충전 스테이션(500)의 제2충전단자(521,522)가 전기적으로 접속하여, 충전 스테이션(500)으로부터 이동 로봇(1a)의 전원공급부(190)에 전원을 공급하여 이동 로봇(1a)에 전기 에너지를 충전할 수 있다. 이동 로봇(1a)과 충전 스테이션(500) 간 도킹 유도는 센서 등에 의해 이루어질 수 있다.

제1충전단자(193,195)는 베이스(20)의 저면에 구비된 제1가이드(191)에 배치될 수 있다.

제1가이드(191)는 이동 로봇(1a)과 충전 스테이션(500)의 도킹이 이루어지는 제1방향(화살표 D1)을 따라 연장되는 안내로(192)를 형성한다. 제1방향(화살표 D1)은 충전 스테이션(500)을 기준으로 이동 로봇(1a)이 충전 스테이션(500)에 근접하여 도킹을 위해 충전 스테이션(500)을 향해 수직으로 다가가는 방향일 수 있다. 따라서 이동 로봇(1a)과 충전 스테이션(500)이 도킹하면, 제1가이드(191)의 안내로(192)에 제2충전단자(521,522)가 제1방향(화살표 D1)을 따라 진입할 수 있다.

제1가이드(191)의 안내로(192)를 제1방향(화살표 D1)을 따라 입구(192a)와 도킹룸(192b)으로 나눌 수 있다. 안내로(192)의 입구(192a)를 제1방향(화살표 D1)을 따라 안내로(192)의 입구(192a)쪽으로 갈수록, 수평면에 대해 제1방향(화살표 D1)에 대해 직교한 방향인 제2방향(화살표 D2)을 따라 확장 형성할 수 있다. 따라서 안내로(192)의 입구(192a)를 확장 형성한만큼 이동 로봇(1a)과 충전 스테이션(500) 간 도킹 오차 범위를 폭넓게 수용하여 안내로(192)로 제2충전단자(521,522)의 진입을 원활하게 유도할 수 있다. 또한 안내로(192)의 입구(192a)를 소정 곡률에 기반하여 확장 형성하여 안내로(192)의 입구(192a)를 곡면으로 형성하고, 제2충전단자(521,522)의 제2방향(화살표 D2)을 따라 안내로(192)의 벽면과 접촉하는 부분도 곡선형으로 형성하여 원활한 도킹을 도모하고, 마찰 저항을 줄일 수 있다. 상술한 제2충전단자(521,522)의 곡선형은 제2방향(화살표 D1)을 따라 안내로(192)의 벽면을 향해 볼록한 형태일 수 있다. 안내로(192)의 도킹룸(92b)은 제2충전단자(521,522) 측에 대응하는 크기로 폭이 일정한 형태로 형성할 수 있다.

특히 본 발명의 충전 시스템은, 도킹시 제1가이드(191)와 제2충전단자(521,522)가 제1방향(화살표 D1)을 따라 일렬로 정렬될 수 있게 안내하는 제2가이드를 포함한다. 제2가이드를 이동 로봇(1a)에 배치하여 제2방향(화살표 D2)을 따라 제1가이드(191)의 위치 조정을 안내할 수도 있고, 충전 스테이션(500)에 배치하여 제2방향(화살표 D2)을 따라 제2충전단자(521,522)의 위치 조정을 안내할 수 있다. 이하 제2가이드를 충전 스테이션(500)에 배치한 실시예로 한정하여 설명한다.

제2가이드는 충전 스테이션(500)의 일측에 위치 고정되며, 제2방향(화살표 D2)을 따라 연장 형성된 것으로 제2충전단자(521,522)가 제2방향(화살표 D2)을 따라 이동 가능하게 결합한 가이드 레일(550)을 포함할 수 있다. 가이드 레일(550)은 사각형태일 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고 원형 등 다양한 형태로 실시할 수 있다. 가이드 레일(550)은 레일 베이스(560) 상에 배치할 수 있다. 레일 베이스(560)는 충전 스테이션(500)의 일측에 고정된 것으로, 가이드 레일(550)의 하측에 배치한 하판(561)과, 제2방향(화살표 D2)을 따라 하판(561)의 양쪽 사이드에서 상향 돌출하여 그 사이에 가이드 레일(550)을 배치한 한 쌍의 측판(562,563)으로 이루어질 수 있다.

제2가이드는 제2방향(화살표 D2)을 따라 제2충전단자(521,522) 양쪽에 각각 배치되어 제2충전단자(521,522)를 제2방향(화살표 D2)을 따라 탄성 지지하는 한 쌍의 가이드 탄성체(571,572)를 포함할 수 있다. 따라서 탄성력에 의해 충격 완화할 수 있고, 도킹 해제 후 제2충전단자(521,522)가 무동력으로 원점으로 복귀할 수 있다. 한 쌍의 가이드 탄성체(571,572)을 동일하게 형성하여 외력이 없을 때 제2충전단자(521,522)가 제2방향(화살표 D2)을 따라 가이드 레일(550) 가운데를 원점으로 위치되게 할 수 있다. 가이드 탄성체(571,572)는 코일 스프링으로 이루어질 수 있다.

한편 제1충전단자(193,195)와 제2충전단자(521,522)를 제2방향(화살표 D2)을 따라 서로 접속될 수 있게 배치할 수 있다. 즉 제1충전단자(194,194)를 제2방향(화살표 D2)을 따라 안내로(192)의 양쪽에 나눠 각각 배치된 한 쌍의 제1단자블록(193,195)으로 구성하고, 이에 대응하여 제2충전단자(521,522)도 제2방향(화살표 D2)을 따라 배열한 한 쌍의 제2단자블록(521,522)을 포함할 수 있다. 따라서 도킹시 두 지점에서 접속이 이루어질 수 있다.

한 쌍의 제1단자블록(193,195)은 제2방향(화살표 D2)을 따라 안내로(192) 양쪽에 각각 연장 형성한 단자 홈(194)에 고정할 수 있다.

한 쌍의 제2단자블록(521,522)은 제2방향(화살표 D2)을 따라 단자 프레임(510) 양쪽에 각각 배치할 수 있다. 단자 프레임(510)은 한 쌍의 제2단자블록(521,522)의 상측에 배치한 상판(511)과, 한 쌍의 제2단자블록(52,522)의 하측에 배치한 하판(512)과, 제1방향(화살표 D1)을 따라 상판(511)과 하판(512)의 끝단을 연결하는 전,후판(513,514)으로 이루어질 수 있다. 즉 단자 프레임(510)을 띠 형태로 형성할 수 있다. 이러한 단자 프레임(510)을 중심으로 한 쌍의 제2단자블록(521,522)을 대칭으로 배치하고, 한 쌍의 제2단자블록(521,522) 일부만 단자 프레임(510)의 내측에 배치할 수 있게 단자 프레임(510)의 제2방향(화살표 D)에 따른 좌우 길이를 짧게 형성하여, 한 쌍의 제2단자블록(521,522)을 제2방향(화살표 D2)을 따라 단자 프레임(510)의 외측으로 돌출시킬 수 있다. 단자 프레임(510)의 내측에는 제2방향(화살표 D2)을 따라 단자 프레임(510)의 내측을 분할하는 격판(515)을 더 포함할 수 있다. 단자 프레임(510)의 하측에는 가이드 레일(550)에 제2방향(화살표 D2)을 따라 이동 가능토록 결합하는 고리(516)를 구성할 수 있다. 고리(516)는 가이드 레일(550)이 끼워지는 홈(517)을 형성하며, 가이드 레일(550)에서 이탈하지 않게 구성할 수 있다.

또한 한 쌍의 제2단자블록(521,522) 각각을 단자 프레임(521,522)에 결합하되, 제2방향(화살표 D2)을 따라 유동 가능토록 결합하고, 단자 프레임(521,522)에 한 쌍의 제2단자블록(521,522) 각각을 제2방향(화살표 D2)을 따라 탄성 지지하는 단자 탄성체(525,526)을 배치할 수 있다. 예컨대, 제2단자블록(521,522)의 제1방향(화살표 D1)에 따른 일측단(521a,522a)을 단자 프레임(510)에 힌지핀(523,524)으로 힌지 결합하고, 제2단자블록(521,522)의 나머지 타측단과 단자 프레임(510)의 격판(515) 사이에 단자 탄성체(525,526)을 배치할 수 있다. 즉 제2단자블록(521,522)이 힌지핀(523,524)을 중심으로 좌우 회동할 수 있고, 단자 탄성체(525,526)에 의해 원점 위치로 복귀할 수 있다. 따라서 도킹시 제2충전단자(521,522)가 제1가이드(191)에 진입할 때, 제2충전단자(521,522)가 제1가이드(191)와 구조적 간섭에 의해 제2방향(화살표 D2)을 따라 외력을 받으면, 제2단자블록(521,522)이 단자 프레임(510)의 내측으로 눌려질 수 있어 도킹이 원활하게 이루어질 수 있고, 제2방향(화살표 D2)에 따른 외력이 없어지면, 단자 탄성체(525,526)의 복원력에 의해 단자 프레임(510)의 외측으로 회동하여 복귀할 수 있다.

제1단자블록의 제2단자블록과의 접속면을 평면으로 형성할 수 있다. 예컨대 제1단자블록을 전체적으로 사각형태로 형성할 수 있다. 그리고 제2단자블록의 제1단자블록과의 접속면을 제2방향을 따라 제1단자블록을 향해 볼록한 곡면으로 형성할 수 있다. 예컨대 제2단자블록(521,522)을 각각 원의 일부에 대응하는 형태로 형성할 수 있다. 따라서 제2충전단자(521,522)가 제1가이드(191)의 안내로(192)에 원활하게 진입할 수 있고, 제1충전단자(193,195)와, 제2충전단자(521,522)가 실패없이 접속하여 안정적으로 충전이 이루어질 수 있다.

도 7을 참조하면, 도킹은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

충전시 이동 로봇(1a)이 위치 고정되어 있는 충전 스테이션(500)에 향해 이동하여 근접하고, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 마지막에 제1방향(화살표 D1)을 따라 충전 스테이션(500)과 일렬로 위치하여 충전 스테이션(500)을 향해 전진한다.

이때 이동 로봇(1a)의 도킹 중심(C1)과 제2충전단자(521,522)의 도킹 중심(C2)이 어긋난 경우, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2충전단자(521,522) 측이 제1가이드(191)와의 구조적 간섭에 의해 제2가이드의 가이드 레일(550)을 따라 제2방향(화살표 D2)을 따라 좌우 이동하여 기구적으로 위치 조정하며, 또한 상기한 구조적 간섭에 의해 제2단자블록(521,522)이 눌려짐으로써 이동 로봇(1a)의 도킹 중심(C1)과 제2충전단자(521,522)의 도킹 중심(C2)이 합치될 수 있다. 상기한 도킹 중심(C1,C2)이 합치하면, 단자 프레임(510)의 내측으로 눌려졌던 제2단자블록(521,522)은 단자 탄성체(525,526)의 복원력에 의해 제위치로 복귀할 수 있다.

따라서 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1방향(화살표 D1)을 따라 전진하는 이동 로봇(1a)의 도킹 위치를 재세팅하지 않아도 이동 로봇(1a)과 충전 스테이션(500)의 도킹이 정확하고 원활하게 이루어짐으로써, 제1충전단자(193,195)와 제2충전단자(521,522)가 완전히 접속하여 충전이 이루어질 수 있다.

한편, 도킹이 해제되면, 제2충전단자(521,522) 측은 가이드 탄성체(571,572)의 복원력에 의해 원점으로 복귀할 수 있다.

1a; 이동 로봇
10; 본체
20; 베이스
190; 전원공급부
191; 제1가이드
193,194; 제1충전단자
500; 충전 스테이션
510; 단자 프레임
521,522; 제2충전단자
525,526; 단자 탄성체
550; 가이드 레일
571,572; 가이드 탄성체

Claims (5)

1. 전원공급부를 구비한 이동 로봇; 및 상기 이동 로봇과 도킹하여 상기 전원공급부에 전원을 충전하는 충전 스테이션을 포함하는 이동 로봇의 충전 시스템에 있어서,
   상기 전원공급부는
   상기 도킹이 이루어지는 제1방향을 따라 연장되는 안내로를 형성하는 제1가이드; 및
   상기 제1가이드의 일측에 배치된 제1충전단자를 포함하고,
   상기 충전 스테이션은
   상기 안내로에 진입하여 상기 제1충전단자와 접속하는 제2충전단자를 포함하며,
   도킹시 상기 제1가이드와 상기 제2충전단자가 상기 제1방향을 따라 정렬될 수 있게 상기 제1방향에 직교한 제2방향을 따라 상기 제1가이드 또는 상기 제2충전단자의 위치 조정을 안내하는 제2가이드를 포함하는 이동 로봇의 충전 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안내로의 입구는 상기 안내로의 입구쪽으로 갈수록 상기 제2방향을 따라 소정 곡률로 확장 형성되고,
   상기 제2충전단자는 상기 제2방향을 따라 상기 안내로의 벽면과 접촉하는 부분이 곡선형으로 형성된
   이동 로봇의 충전 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2가이드는
   상기 충전 스테이션에 배치되어 상기 제2충전단자의 제2방향 위치 조정을 안내하며,
   상기 제2방향을 따라 연장되며 상기 제2충전단자가 상기 제2방향을 따라 이동 가능하게 결합한 가이드 레일; 및
   상기 제2방향을 따라 상기 제2충전단자 양쪽에 각각 배치되어 상기 제2충전단자를 상기 제2방향을 따라 탄성 지지하는 한 쌍의 가이드 탄성체를 포함하는 이동 로봇의 충전 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1충전단자는 상기 제2방향을 따라 상기 안내로의 양쪽에 각각 배치된 한 쌍의 제1단자블록을 포함하고, 상기 제2충전단자는 상기 제2방향을 따라 단자 프레임 양쪽에 각각 배치되어 상기 제1충전단자의 단자블록과 상기 제2방향을 따라 접속하는 한 쌍의 제2단자블록을 포함하며,
   상기 한 쌍의 제2단자블록 각각은 상기 제2방향을 따라 유동 가능하게 배치하고, 상기 단자 프레임에는 상기 한 쌍의 제2단자블록 각각을 제2방향을 따라 탄성 지지하는 단자 탄성체를 배치한
   이동 로봇의 충전 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1단자블록의 상기 제2단자블록과의 접속면을 평면으로 형성하고,
   상기 제2단자블록의 상기 제1단자블록과의 접속면을 상기 제2방향을 따라 상기 제1단자블록을 향해 볼록한 곡면으로 형성한
   이동 로봇의 충전 시스템.
   
   

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