WO2015156523A1 - 진공 청소기 및 그 중력 보상 장치 - Google Patents

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WO2015156523A1
WO2015156523A1 PCT/KR2015/003050 KR2015003050W WO2015156523A1 WO 2015156523 A1 WO2015156523 A1 WO 2015156523A1 KR 2015003050 W KR2015003050 W KR 2015003050W WO 2015156523 A1 WO2015156523 A1 WO 2015156523A1
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WO
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handle unit
force
gravity
elastic member
braking
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/003050
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English (en)
French (fr)
Inventor
박흠용
박성진
이동훈
김신
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to US15/302,416 priority patent/US10405720B2/en
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    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L9/00—Details or accessories of suction cleaners, e.g. mechanical means for controlling the suction or for effecting pulsating action; Storing devices specially adapted to suction cleaners or parts thereof; Carrying-vehicles specially adapted for suction cleaners
    • A47L9/32—Handles
    • A47L9/325—Handles for wheeled suction cleaners with steering handle
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L5/00—Structural features of suction cleaners
    • A47L5/12—Structural features of suction cleaners with power-driven air-pumps or air-compressors, e.g. driven by motor vehicle engine vacuum
    • A47L5/22—Structural features of suction cleaners with power-driven air-pumps or air-compressors, e.g. driven by motor vehicle engine vacuum with rotary fans
    • A47L5/28—Suction cleaners with handles and nozzles fixed on the casings, e.g. wheeled suction cleaners with steering handle
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
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    • A47L5/22—Structural features of suction cleaners with power-driven air-pumps or air-compressors, e.g. driven by motor vehicle engine vacuum with rotary fans
    • A47L5/28—Suction cleaners with handles and nozzles fixed on the casings, e.g. wheeled suction cleaners with steering handle
    • A47L5/30—Suction cleaners with handles and nozzles fixed on the casings, e.g. wheeled suction cleaners with steering handle with driven dust-loosening tools, e.g. rotating brushes

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum cleaner and a gravity compensation device provided therewith.
  • the vacuum cleaner is a household electrical appliance which includes a fan motor for generating a suction force, a suction nozzle for sucking air on the surface to be cleaned, and a dust collecting device for separating dust from the sucked air and collecting the dust.
  • Such a vacuum cleaner may be classified into a canister type, an upright type, a handy type, and a robot cleaner type according to the shape thereof.
  • an upright type vacuum cleaner is provided with wheels on a suction unit having a suction nozzle, and a fan motor, a dust collecting device, and a handle unit having a handle are rotatably coupled to the suction unit.
  • the vacuum cleaner disclosed in the above publication includes a cleaner body, a brush assembly rotatably coupled to the cleaner body, a shaft formed on the cleaner body, one end of which is fixed to the shaft, and the other end of which is fixed to the brush assembly, thereby making the cleaner body elastic.
  • the torsion spring's elastic force compensates for the torque caused by gravity acting on the cleaner body.
  • the torque due to gravity acting on the cleaner body may be compensated to a certain level, but it may be difficult to precisely compensate the cleaner body to be in a no-load state.
  • the magnitude of the torque due to gravity and the torque due to the elastic force of the torsion spring change independently according to the inclination angle of the cleaner body, the magnitude of the torque due to gravity and the elastic force of the torsion spring are changed at all angles. This is because it is not easy or impossible to design the specifications of the torsion spring so that the magnitude of the torque matches.
  • One aspect of the present invention discloses a vacuum cleaner and a gravity compensation device capable of more precisely compensating a torque caused by gravity acting on a handle unit.
  • One aspect of the present invention discloses a vacuum cleaner and a gravity compensation device capable of reducing the user's operation force by actively operating the handle by grasping the user's intention when the user applies the operation force to the handle of the vacuum cleaner.
  • the vacuum cleaner comprises: a suction unit for cleaning the surface to be cleaned; a handle unit rotatably coupled to the suction unit about a rotation axis; And a gravity compensating device for applying a compensating force to the other side of the handle unit so as to compensate torque caused by gravity acting on one side of the handle unit about the rotation axis.
  • the gravity compensation device the elastic member is connected to the other side of the handle unit; And a sliding member configured to translate in conjunction with a rotational movement of the handle unit such that the compensating force is maintained in a predetermined direction regardless of the angle of the handle unit.
  • the direction of the compensation force may be maintained in the direction of gravity regardless of the angle of the handle unit.
  • the cleaner may further include a moving pulley mounted to the sliding member and moving together with the sliding member.
  • the handle unit may include a first interlocking pin part
  • the sliding member may include a first interlocking rail part to which the first interlocking pin part is coupled to be movable in the vertical direction.
  • the sliding member may include a second interlocking pin part
  • the suction unit may include a second interlocking rail part to which the second interlocking pin part is coupled to move in a horizontal direction.
  • the elastic member may include a static load spring for generating a constant elastic force regardless of the shape change of the elastic member.
  • the rotating shaft portion may protrude from the handle unit to be rotatably coupled to the suction unit, and an action point at which the compensation force is applied may be spaced apart from the rotating shaft portion by a predetermined interval.
  • the gravity compensating device may further include a braking means for adjusting the magnitude of the compensating force.
  • the braking means may include a braking pulley to which the elastic member is connected, and a braking motor to rotate the braking pulley.
  • the braking means may further include a connecting member connecting the handle unit and the elastic member, and the braking means may include a braking pulley to which the connecting member is connected, and a braking motor to rotate the braking pulley.
  • the gravity compensating device may further include weight balancing means for moving the center of gravity of the handle unit to adjust the magnitude of torque due to gravity acting on the handle unit.
  • the weight balancing means comprises: a balancing weight provided with a predetermined mass to be movable in the handle unit; And a driving mechanism for moving the balancing weight in the longitudinal direction of the handle unit.
  • the drive mechanism includes a balancing motor for generating a rotational force; And a balancing screw for converting the rotational force of the balancing motor into a linear motion of the balancing weight.
  • the gravity compensating device may include a rotation displacement sensor for detecting a rotational displacement of the handle unit or an operation force detection sensor for detecting an operation force applied to the handle unit; And a controller configured to control the magnitude of torque acting on the handle unit or the compensating force of the gravity compensating device based on a result of the rotational displacement sensor or the manipulation force sensing sensor. It may further include.
  • the control unit may control the magnitude of torque acting on the handle unit or the compensating force of the gravity compensating device when the manipulation force or the rotational force is detected by the handle unit in a direction in which the manipulation force or the rotational force acting on the handle unit is reduced.
  • the elastic member may be mounted to the sliding member to move together with the sliding member.
  • a cleaner includes: a suction unit for cleaning a surface to be cleaned; a handle unit rotatably coupled to the suction unit about a rotating shaft; and by gravity acting on one side of the handle unit.
  • An elastic member connected to the other side of the handle unit to compensate torque and generating a compensation force; And a compensation force direction holding member which maintains the compensation force by the elastic member in a predetermined direction with respect to the handle unit.
  • the elastic member may include a static load spring for generating a constant elastic force regardless of the shape change of the elastic member.
  • the compensating force direction maintaining member may include a sliding member that translates in conjunction with a rotational movement of the handle unit.
  • the cleaner may further include a moving pulley connected to the elastic member and mounted to the sliding member to move together with the sliding member.
  • the elastic member may be mounted to the sliding member to move together with the sliding member.
  • the cleaner further includes adjusting means for adjusting the compensating force, and the adjusting means may include a braking pulley connected to the elastic member, and a braking motor for rotating the braking pulley.
  • the cleaner further includes a connecting member connecting the handle unit and the elastic member, and adjusting means for adjusting the compensating force, wherein the adjusting means rotates the braking pulley connected to the connecting member and the braking pulley.
  • a connecting member connecting the handle unit and the elastic member
  • adjusting means for adjusting the compensating force wherein the adjusting means rotates the braking pulley connected to the connecting member and the braking pulley.
  • the braking motor may rotate in the forward and reverse directions to increase or decrease the amount of compensating force acting on the handle unit.
  • the cleaner may further include weight balancing means for moving the center of gravity of the handle unit to adjust the magnitude of torque due to gravity acting on the handle unit.
  • the weight balancing means may include a balancing weight provided with a predetermined mass so as to be movable in the handle unit, and a driving mechanism for moving the balancing weight in the longitudinal direction of the handle unit.
  • the cleaner may include a rotation displacement sensor for detecting a rotational displacement of the handle unit or an operation force detection sensor for detecting an operation force applied to the handle unit; And a controller configured to control the amount of torque acting on the handle unit or the compensating force of the gravity compensating device based on a result of the rotational displacement sensor or the manipulation force sensing sensor.
  • the control unit may control the magnitude of torque acting on the handle unit or the compensating force of the gravity compensating device when the manipulation force or the rotational force is detected by the handle unit in a direction in which the manipulation force or the rotational force acting on the handle unit is reduced.
  • the gravity compensating device for applying a compensating force to the other side of the handle unit to compensate for the torque caused by gravity acting on one side of the handle unit of the cleaner comprises: an elastic member connected to the other side of the handle unit; And a compensation force direction holding member which maintains the compensation force by the elastic member in a predetermined direction with respect to the handle unit. It includes.
  • the elastic member may include a static load spring for generating a constant elastic force regardless of the shape change of the elastic member.
  • the compensating force direction maintaining member may include a sliding member that translates in conjunction with a rotational movement of the handle unit.
  • the gravity compensating device may further include a moving pulley connected to the elastic member and mounted to the sliding member to move together with the sliding member.
  • the elastic member may be mounted to the sliding member to move together with the sliding member.
  • the gravity compensating device may further include adjusting means for adjusting the compensating force, and the adjusting means may include a braking pulley connected to the elastic member, and a braking motor for rotating the braking pulley.
  • the gravity compensating device may further include weight balancing means for moving the center of gravity of the handle unit to adjust the magnitude of torque due to gravity acting on the handle unit.
  • the weight balancing means comprises: a balancing weight provided with a predetermined mass to be movable in the handle unit; And a driving mechanism for moving the balancing weight in the longitudinal direction of the handle unit.
  • the gravity compensation device may include a rotation displacement sensor for detecting a rotational displacement of the handle unit or a manipulation force detection sensor for detecting an operation force applied to the handle unit;
  • the controller may further include a controller configured to control the amount of torque or the compensation force applied to the handle unit based on a result of the rotation displacement sensor or the manipulation force sensing sensor.
  • torque due to gravity acting on the handle unit of the vacuum cleaner may be precisely compensated so that the user does not have a burden due to the weight of the handle unit when cleaning the handle unit.
  • the vacuum cleaner grasps the intention of the user and is actively operated in the direction intended by the user, thereby reducing the manipulation force of the user.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a coupling relationship between the suction unit and the handle unit of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention, the upper housing of the suction unit is omitted.
  • Figure 4 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the gravity compensation device of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention (but the connection member is omitted).
  • 5 to 6 are views for explaining the operation of the gravity compensation device of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a control block diagram of a braking motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a control flowchart of a braking motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is an enlarged cross-sectional view showing the balancing means of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining the balancing means of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention, a cross-sectional view taken along line II of FIG.
  • FIG. 11 is a control block diagram of a balancing motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a control flowchart of a balancing motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining the configuration of a vacuum cleaner according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • the vacuum cleaner 10 has a suction unit 20 for sucking air on a surface to be cleaned, a dust collecting device 62 for collecting dust, and a fan motor 63 for generating suction force.
  • a handle unit 60 rotatably coupled to the unit 20, and a gravity compensating device 100 that compensates torque due to gravity acting on the handle unit 60 when the handle unit 60 is tilted. .
  • the air sucked in the suction unit 20 may flow to the dust collecting device 62 of the handle unit 60 through the flexible hose 32.
  • the dust included in the sucked air may be collected by the dust collector 62, and the dust collected air may be discharged to the outside of the handle unit 60 through an outlet (not shown).
  • the dust collector 62 may be a cyclone method for centrifuging dust in air or a dust bag method for separating dust using a dust bag.
  • the suction unit 20 includes an upper housing 30, a bottom plate 40 coupled to a lower portion of the upper housing 30, a brush 41 mounted to the brush mounting portion 42 of the bottom plate 40, A suction port 43 for sucking air on the surface to be cleaned, a suction pipe 44 for guiding the air sucked from the suction port 43 to the flexible hose 30, and wheels 31 provided at both sides for driving; It may include a caster 34 that prevents the suction unit 20 from overturning backward.
  • the suction unit 20 may further include a support frame 50 for supporting the components of the handle unit 60 and the gravity compensating device 100.
  • the support frame 50 may be installed in the support frame mounting portion 46 (FIG. 4) of the bottom plate 40.
  • An opening 33 through which the handle unit 60 passes may be formed on an upper surface of the upper housing 30. That is, the handle unit 60 may be coupled to the support frame 50 of the suction unit 20 by passing through the opening 33 of the upper housing 30.
  • the handle unit 60 includes a dust collecting unit 61 on which the dust collecting device 62 and the fan motor 63 are mounted, a main stick unit 71, a grip unit 70 which can be gripped by the user, and a suction unit 20. It may include a connecting stick portion 72 for coupling with).
  • the handle unit 60 may be provided with at least one manipulation force detecting sensor 78, 79 capable of sensing a manipulation force of a user.
  • the handle unit 60 is provided with a first manipulation force sensor 78 provided to sense a manipulation force in a longitudinal direction of the handle unit 60, and a manipulation force in a rotation direction of the handle unit 60.
  • the second operating force sensor 79 is provided.
  • the first manipulation force detection sensor 78 may be a compression load cell
  • the second manipulation force detection sensor 79 may be a bending load cell. Based on the information collected through the first manipulation force detection sensor 78 and the second manipulation force detection sensor 79, it may be determined which operation the user intends to perform.
  • Gravity compensation device 100 is provided in the suction unit 20, the elastic member 110 having an elastic force, the connection connecting the handle unit 60 and the elastic member 110 and the tension to the handle unit 60
  • the direction of the tension acting on the handle unit 60 by winding the connecting member 120 so as to switch the direction of the tension of the member 120 and the connecting member 120 is the angle ( ⁇ , Fig. 5, 6, the movement pulley 130 which translates in parallel with the rotational movement of the handle unit 60 so as to be constantly maintained in the gravity direction, and the movement pulley 130 in association with the rotational movement of the handle unit 60. It may include a sliding member 140 to translate.
  • connection member 120 may include a wire, a belt, a chain or the like capable of generating tension to transfer the elastic force of the elastic member 110 to the handle unit 60.
  • the gravity compensation device 100 may impart a rotational resistance to the handle unit 60 to reduce the influence of minute vibration or disturbance, or further, to compensate the error of the compensation result that may occur substantially. 4) and a braking pulley 162.
  • the braking motor 160 and the braking pulley 162 may be provided in the connection member 120.
  • the gravity compensation device 100 may include a weight balancing means 170 for moving the center of gravity of the handle unit 60 to adjust the amount of torque due to gravity acting on the handle unit 60.
  • FIG 3 is a view for explaining a coupling relationship between the suction unit and the handle unit of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention, the upper housing of the suction unit is omitted.
  • Figure 4 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the gravity compensation device of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention (but the connection member is omitted).
  • 5 to 6 are views for explaining the operation of the gravity compensation device of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • the suction unit 20 and the handle unit 60 are rotatably coupled to each other.
  • the rotating shaft portion 74 protrudes from both sides of the connection stick portion 72 of the handle unit 60, and the rotating shaft portion 74 is rotatably received at the upper end of the support frame 50 of the suction unit 20.
  • the rotating shaft accommodating part 51 may be formed.
  • the rotating shaft portion 74 may have an approximately cylindrical shape, and the rotating shaft receiving portion 51 may have an arc shape having an approximately upper portion thereof.
  • the rotary shaft portion 74 may be placed on the rotary shaft receiving portion 51 in the downward direction.
  • the holder 54 may be coupled so that the rotary shaft portion 74 surrounds the upper portion of the rotary shaft portion 74 after the rotary shaft receiving portion 51 is placed thereon.
  • the holder 54 may be firmly coupled to the support frame 50 through a fastening member such as a screw.
  • the suction unit 20 and the handle unit 60 can be rotatably coupled to each other.
  • the handle unit 60 may rotate with respect to the suction unit 20.
  • the torque due to gravity may not be applied to the handle unit 60.
  • the handle unit 60 is inclined in the vertical position, the gravity-induced torque begins to act on the handle unit 60, and the gravity-induced torque is applied to the user holding the handle unit 60.
  • the gravity compensation device 100 may compensate for the torque caused by the gravity acting on the handle unit 20 as described above so that the user does not have to burden additional burden even when the handle unit 60 is inclined. .
  • the gravity compensation device 100 can more accurately compensate the torque due to gravity, the design of the gravity compensation device 100, in particular the specifications of the elastic modulus of the elastic member 110, etc.
  • the advantage is easy design.
  • the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention may be provided with a rotation displacement sensor 57 that can measure the rotation angle of the handle unit 60.
  • a rotation displacement sensor 57 a potentiometer or an encoder using a variable resistor may be used.
  • the sensor body of the rotation displacement sensor 57 is coupled to the support frame 50 or the holder 54, and the sensor rotation node (not shown) is connected to the rotation shaft portion 74 at the node coupling portion 75 of the rotation shaft portion 74. Can be combined to rotate together.
  • the user manipulation force information collected through the manipulation force sensing sensors 78 and 79 described above, and the rotation information of the handle unit 60 collected through the rotation displacement sensor 57 are corrected by the gravity compensation error and It can be used for active motion control according to the intention.
  • the gravity compensating device 100 includes an elastic member 110 having an elastic force, a connecting member 120 connecting the elastic member 110 and the handle unit 60 and exerting a compensation force Fc on the handle unit 60,
  • the handle unit (when the connecting member 120 is wound so as to switch the direction of the compensation force Fc and the direction of the compensation force Fc acting on the handle unit 60 is maintained in the constant gravity direction regardless of the angle ⁇ of the handle unit 60) 60 includes a movable pulley 130 for translational movement in conjunction with the rotational movement of the handle unit 60, and a sliding member 140 for translational movement of the movable pulley 130 in association with the rotational movement of the handle unit 60.
  • the compensation force Fc is substantially the tension of the connection member 120, and the tension of the connection member 120 is the same as the elastic force of the elastic member 110.
  • the elastic member 110 may be used regardless of the form as long as it has an elastic force such as a coil spring, a leaf spring, a torsion spring, a static load spring, and is preferably a static load spring.
  • Static load spring means an elastic member provided to have a constant elastic force irrespective of the shape change.
  • the static load spring may have a shape that is wound approximately in a spiral. The reason why the static load spring in the gravity compensation device 100 according to an embodiment of the present invention is preferable will be described later.
  • the elastic member 110 may be provided while being wound on the reel 111, and the reel 111 may be mounted on the reel fixing plate 114 fixedly coupled to the suction unit 20.
  • the end of the elastic member 110 is provided with a connecting member connecting portion 112 to which the connecting member 120 is coupled, the elastic member 110 may be guided by the guide rail 115.
  • connection member 120 connects the elastic member 110 and the handle unit 60.
  • the connection point 73 of the connecting member 120 and the handle unit 60 is preferably spaced apart from the rotation axis 74 of the handle unit 60 so as to compensate for the torque due to gravity with less force. It is preferable.
  • the connection member 120 has been described as connecting the elastic member 110 and the handle unit 60, the elastic member 110 can be configured to be directly connected to the above-described moving pulley, the braking pulley and braking to be described later
  • the connecting member 120 may be omitted and the elastic member 110 may be directly connected to the handle unit 60.
  • connection point 73 is also an operating point at which the compensation force, that is, the tension acts on the handle unit 60.
  • the connection member 120 at the connection point 73 should be connected to the handle unit 60 to be rotatable relative to the handle unit 60.
  • the moving pulley 130 changes the direction of the connecting member 120 in the vertical direction, and as a result, changes the direction of the compensating force Fc acting on the handle unit 60 in the direction of gravity.
  • the moving pulley 130 translates in conjunction with the rotational movement of the handle unit 60, the direction of the compensation force Fc acting on the handle unit 60 is always gravity regardless of the angle ⁇ of the handle unit 60. Direction can be maintained.
  • the reason for maintaining the direction of the compensation force Fc acting on the handle unit 60 in the gravity direction irrespective of the angle ⁇ of the handle unit 60 is the torque due to the compensation force Fc acting on the handle unit 60.
  • L1 represents the length from the rotation shaft portion 74 to the center of gravity 60a of the handle unit
  • Fg represents the magnitude of gravity (see FIG. 2).
  • the torque T2 by the compensation force Fc acting on the handle unit 60 is summarized as follows. Can be.
  • L2 is the length from the rotation shaft portion 74 to the connection point 73 of the connecting member
  • Fe represents the magnitude of the elastic force of the elastic member 110 (see Fig. 2).
  • the elastic force of the elastic member 110 is preferably kept constant regardless of the change in shape, Therefore, it can be seen that the elastic member 110 is preferably a static load spring.
  • the gravity compensation device 100 moves the pulley 130 so that the direction of the compensation force Fc acting on the handle unit 60 is kept constant regardless of the angle ⁇ of the handle unit 60.
  • the sliding member 140 is provided to translate in conjunction with the rotational movement of the handle unit 60.
  • the sliding pulley 140 may be mounted to the sliding member 140 to move together.
  • the sliding member 140 may be formed with a pulley mounting groove 141 in which the pulley shaft 132 of the moving pulley 130 is accommodated.
  • the handle unit 60 is provided with a pair of first interlocking pins 77 on both sides, and the sliding member 140 is provided with a pair of first coupling pins 77 coupled to each other so as to be movable in the vertical direction.
  • 1 interlock rail portion 142 may be provided.
  • the sliding member 140 is provided with a pair of second interlocking pins 143 on both sides, and the support frame 50 of the suction unit 20 allows the second interlocking pins 143 to move in the horizontal direction.
  • a pair of second interlocking rail portions 52 may be provided.
  • the support frame 50 of the suction unit 20 may be provided with a pair of third interlocking rail portions 53 to which the pulley shaft 132 of the movable pulley 130 is movably coupled in a horizontal direction. .
  • the gravity compensation device 100 in this configuration is basically a rotational resistance of the handle unit 60 by the friction force of the moving pulley 130 and the sliding member 140, so disturbance and vibration It may have a buffering effect against the.
  • the gravity compensation device 100 by adjusting the size of the tension Fc acting on the handle unit 60, by applying a rotational resistance, that is, a kind of friction force to the handle unit 60 to fine vibration or
  • the braking motor 160 and the braking pulley 162 may be provided to reduce the influence of the disturbance or further correct the error of the compensation result.
  • the rotating shaft 161 of the brake motor 160 is coupled to the brake pulley 162 to rotate the brake pulley 162, and the connection member 120 is wound around the brake pulley 162.
  • the brake pulley 162 may be rotatably supported by the brake pulley support member 163 coupled to the support frame 50.
  • the brake motor 160 may impart rotational resistance to the handle unit 60. That is, the braking motor 160 has a detent torque that resists rotation when no current is applied, so that the torque acting on the rotating shaft 161 of the braking motor 160 is not greater than the detent torque.
  • the handle unit 60 may not rotate.
  • the handle unit 60 may have a static frictional force equal to the detent torque of the brake motor 160.
  • the detent torque of the braking motor 160 may act in both directions.
  • the user since a user applies a manipulation force to the handle unit 60 to directly operate the user, the user may apply the manipulation force greater than the rotational resistance of the brake motor 160 to rotate the rotation member 160.
  • the braking motor 160 may serve as a resistance element for generating a rotational resistance of a predetermined size.
  • a device capable of generating other rotational resistance in addition to the braking motor 160 for example, a damping device, may be used as such a resistance element.
  • the braking motor 160 may serve to correct this error when an error of the gravity compensation result occurs. That is, when the torque due to the compensating force Fc acting on the handle unit 60 is less than the torque due to gravity, the braking motor 160 rotates the braking pulley 162 in one direction to pull the connecting member 120. Compensation force Fc can be increased.
  • the braking motor 160 rotates the braking pulley 162 in the other direction to loosen the connecting member 120.
  • the compensation force Fc can be reduced.
  • the braking motor 6 can be said to act as an actuator to increase or decrease the compensation force Fc.
  • the braking pulley 162 is connected to the connecting member 120 to increase or decrease the compensation force
  • the braking pulley 162 is directly connected to the elastic member 110 to compensate the compensation force It can also increase or decrease.
  • the braking pulley 162 is provided to automatically rotate by the braking motor 160, but alternatively, the user directly rotates the braking pulley 162 to manually increase or decrease the compensation force. It is also possible.
  • the function as the rotational resistance of the braking motor 160 and the function of the actuator for correcting the error of the gravity compensation result have been described, but the braking motor 160 further reduces the user's operation force by grasping the intention of the user. It may also serve to actively rotate the handle unit 60 to make. This is further described below.
  • FIG. 7 is a control block diagram of a braking motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a control flowchart of a brake motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 a control method of the braking motor 160 of the gravity compensating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the vacuum cleaner receives manipulation force information applied to the handle unit 60 by the user from the manipulation force detection sensors 78 and 79 described above, and receives rotation operation information of the handle unit 60 from the above-described rotation displacement sensor 57. It may include a control unit 190 for receiving and driving the braking motor 160 based on this information.
  • the controller 190 may brake to rotate the handle unit 60 in the direction in which the manipulation force is applied by increasing or decreasing the compensating force applied to the handle unit 60 when the manipulation force of the operation is applied to the handle unit 60.
  • the motor 160 may be driven. As a result, the manipulation force of the user can be reduced.
  • the control method of the braking motor 160 may be summarized in the flowchart of FIG. 8.
  • control unit 190 may drive the braking motor 160 in the forward or reverse direction to rotate the handle unit 60 in the direction of the operating force (320).
  • the rotation displacement sensor 57 detects whether a rotational displacement has occurred in the handle unit 60 (330).
  • the controller 190 may drive the braking motor 160 in the forward or reverse direction to correct the error (340).
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the balancing means of the vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 9 to explain balancing means of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a control block diagram of a balancing motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • 12 is a control flowchart of a balancing motor of a vacuum cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • the gravity compensating apparatus 100 may include a weight balancing means 170 for moving the center of gravity of the handle unit 60 to adjust the magnitude of torque due to gravity acting on the handle unit 60.
  • the weight balancing means 170 balances the rotational force of the balancing weight 171 provided with the predetermined mass so that the handle unit 60 is movable, the balancing motor 176 which generate
  • the balancing weight 171 may be movably supported by the connection stick part 72 of the handle unit 60.
  • the balancing weight 171 includes an internal weight portion 172 disposed in an inner space of the connection stick portion 72, an external weight portion 173 disposed outside the connection stick portion 72, and an internal weight portion 172. ) And an external weight portion 173 and a connection portion 174 disposed in the opening 76 of the connection stick portion 72.
  • the balancing weight 171 When the balancing screw 177 rotates, the balancing weight 171 is rotated along the connecting stick part 72 so that the balancing weight 171 rotates on the inner weight part 172 so as to correspond to the threads of the balancing screw 177. It may move in a direction away from or close to the portion 74.
  • the handle unit 60 since the center of gravity of the handle unit 60 changes according to the movement of the balancing weight 171 and the action point of gravity acting on the handle unit 60 becomes farther or closer, the handle unit 60 has an effect on the handle unit 60.
  • the torque due to gravity acting can be adjusted.
  • the above-described braking motor 160 and the weight balancing means are the same in that they are intended for error correction of gravity compensation and active rotation of the handle unit 60, but in this method, the braking motor 160 is a handle unit.
  • the weight balancing means is different in that it adjusts the center of gravity of the handle unit 60.
  • the vacuum cleaner receives the manipulation force information applied to the handle unit 60 by the user from the manipulation force detecting sensors 78 and 79, and receives the rotation operation information of the handle unit 60 from the above-described rotation displacement sensor 57.
  • the controller 190 may drive the balancing motor 176 based on the information.
  • the control method of the balancing motor 160 will be described with reference to the flowchart of FIG. 12.
  • control unit 190 may move the center of gravity of the handle unit 60 by driving the balancing motor 176 to rotate the handle unit 60 in the direction of the operating force (420). .
  • the rotation displacement sensor 57 detects whether a rotational displacement has occurred in the handle unit 60 (430).
  • the controller 190 may drive the balancing motor 176 in the forward or reverse direction to correct the error (440).
  • the weight balancing means is not limited thereto, and may include, for example, a balancing weight and a hydraulic cylinder or solenoid mechanism connected to the balancing weight, and may be provided to move the balancing weight through expansion and contraction of the hydraulic cylinder or solenoid mechanism. . That is, as a driving mechanism for driving the balancing weight, in this embodiment, a balancing motor 176 and a balancing screw 177 are used, but a hydraulic cylinder or a solenoid mechanism may be used instead.
  • the gravity compensation device of the vacuum cleaner primarily performs the gravity compensation more precisely as a structure that maintains the direction of the compensation force Fc acting on the handle unit 60 in the direction of gravity.
  • additional correction may be possible through the braking motor 160 and the weight balancing means 170.
  • the handle unit 60 may be actively rotated to reduce the user's manipulation force.
  • the manipulation force sensor 78, 79 and / or rotation displacement sensor 57 of the handle unit 60 to correct the error of the gravity compensation result of the handle unit 60, or handle according to the user's intention
  • the active operation force of the unit 60 is improved
  • the weight of the handle unit 60 increases accordingly. Therefore, when the weight of the dust collecting device 62 installed in the handle unit 60 is sensed and the weight is detected, the gravitational compensation is applied through the brake motor 160 or the weight balancing means 170 to correspond to the changed weight. It is also possible to configure the contents to change.
  • FIG. 13 is a view for explaining the configuration of a vacuum cleaner according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 a configuration of a vacuum cleaner according to another embodiment of the present invention will be described.
  • the same components as in the embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • the elastic member 210 having an elastic force to generate a compensation force, and the compensation force is constant regardless of the angle ⁇ of the handle unit 60 It may include a sliding member 240 to translate in conjunction with the rotational movement of the handle unit 60 to be maintained in the direction and the elastic member 210 is mounted.
  • the elastic member 210 may move together with the sliding member 240.
  • the elastic member 210 is preferably a static load spring, and the reel 211 to which the elastic member 210 is wound may be fixed to the sliding member 240.
  • the compensation force Fc acting on the handle unit 60 can be configured to be kept simple, regardless of the angle of the handle unit 60 more simply.

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Abstract

본 발명의 사상에 따르면 진공 청소기는 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 핸들 유닛에 보상력을 가하는 중력 보상 장치로서, 보상력을 발생시키도록 탄성력을 갖는 탄성 부재와, 보상력이 핸들 유닛의 각도에 무관하게 일정 방향으로 유지되도록 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재를 포함하는 중력 보상 장치를 포함하여, 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크를 정밀하게 보상할 수 있고 사용자의 부담을 경감할 수 있다.

Description

진공 청소기 및 그 중력 보상 장치
본 발명은 진공 청소기 및 그에 구비된 중력 보상 장치에 관한 것이다.
진공 청소기는 흡입력을 발생시키는 팬모터와, 피청소면의 공기를 흡입하는 흡입 노즐과, 흡입된 공기로부터 먼지를 분리하여 수거하는 집진 장치를 구비하여, 청소를 수행하는 가전 기기이다.
이러한 진공 청소기는 그 형태에 따라, 캐니스터 형과, 업라이트 형과, 핸디 형, 로봇 청소기 형 등으로 구분될 수 있다.
일반적으로 업라이트 형 진공 청소기는 흡입 노즐을 갖는 흡입 유닛에 바퀴가 구비되고, 팬모터와 집진 장치와 핸들을 갖는 핸들 유닛이 흡입 유닛에 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 평상 시에 흡입 유닛은 수직한 위치로 유지되지만, 청소 중에는 사용자가 핸들 유닛을 기울여서 청소를 수행하게 된다.
핸들 유닛을 기울인 때에 핸들 유닛의 무게는 사용자에게 부담되게 된다. 즉, 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크에 의해 사용자에게 핸들 유닛을 조작하는 조작력 이외에 추가의 부담이 전가된다.
한편, 이와 같은 중력에 의한 토크를 보상하여 사용자의 부담을 덜어 주도록 탄성 부재의 탄성력을 이용한 중력 보상 메카니즘이 적용된 진공 청소기가 알려져 있다. 이러한 진공 청소기의 일례가 대한민국 공개특허공보 2001-0035934호에 개시되어 있다.
상기 공보에 개시된 진공 청소기는 청소기 본체와, 청소기 본체에 회전 가능하게 결합되는 브러시 조립체와, 청소기 본체에 형성되는 샤프트와, 일 단은 샤프트에 고정되고 타 단은 브러시 조립체에 고정되어 청소기 본체를 탄력 지지하는 토션 스프링을 포함하여, 토션 스프링의 탄성력으로 청소기 본체에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상한다.
다만, 상기 공보에 개시된 중력 보상 메커니즘을 이용하면 청소기 본체에 작용하는 중력에 의한 토크를 어느 정도 수준에서 보상할 수 있으나, 청소기 본체가 무하중 상태가 될 정도로 정밀하게 보상하기는 어려울 수 있다.
왜냐하면, 청소기 본체의 기울어지는 각도에 따라 중력에 의한 토크의 크기와 토션 스프링의 탄성력에 의한 토크의 크기가 각각 독립적으로 변화하기 때문에, 모든 각도에서 중력에 의한 토크의 크기와 토션 스프링의 탄성력에 의한 토크의 크기가 일치하도록 토션 스프링의 규격을 설계하기가 쉽지 않거나 불가능하기 때문이다.
본 발명의 일 측면은 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크를 보다 정밀하게 보상할 수 있는 진공 청소기 및 그 중력 보상 장치를 개시한다.
본 발명의 일 측면은 사용자가 진공 청소기의 핸들에 조작력을 가할 때에 사용자의 의도를 파악하여 핸들이 능동적으로 동작함으로써 사용자의 조작력을 감소시킬 수 있는 진공 청소기 및 그 중력 보상 장치를 개시한다.
본 발명의 사상에 따르면 진공 청소기는 피청소면을 청소하는 흡입 유닛;과, 상기 흡입 유닛에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 핸들 유닛; 및 상기 회전축을 중심으로 상기 핸들 유닛의 일측에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 상기 핸들 유닛의 타측에 보상력을 가하는 중력 보상 장치;를 포함한다.
상기 중력 보상 장치는, 상기 핸들 유닛의 타측에 연결되는 탄성 부재; 및 상기 보상력이 상기 핸들 유닛의 각도에 무관하게 일정 방향으로 유지되도록 상기 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재;를 포함할 수 있다.
상기 보상력의 방향은 상기 핸들 유닛의 각도에 무관하게 중력 방향으로 유지될 수 있다.
상기 청소기는 상기 슬라이딩 부재에 장착되어 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하는 이동 풀리를 더 포함할 수 있다.
상기 핸들 유닛은 제 1 연동 핀부를 포함하고, 상기 슬라이딩 부재는 상기 제 1 연동 핀부가 수직 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제 1 연동 레일부를 포함할 수 있다.
상기 슬라이딩 부재는 제 2 연동 핀부를 포함하고, 상기 흡입 유닛은 상기 제 2 연동 핀부가 수평 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제 2 연동 레일부를 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 탄성 부재의 형태 변화에 무관하게 일정한 탄성력을 발생시키는 정하중 스프링을 포함할 수 있다.
상기 회전축부는 상기 흡입 유닛에 회전 가능하게 결합되도록 상기 핸들 유닛에서 돌출되고, 상기 보상력이 작용하는 작용점은 상기 회전축부에서 소정 간격 이격될 수 있다.
상기 중력 보상 장치는 상기 보상력의 크기를 조절하는 제동 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 제동 수단은 상기 탄성 부재가 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함할 수 있다.
상기 제동 수단은 상기 핸들 유닛과 상기 탄성 부재를 연결하는 연결 부재를 더 포함하며, 상기 제동 수단은 상기 연결 부재가 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함할 수 있다.
상기 중력 보상 장치는 상기 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하도록 상기 핸들 유닛의 무게 중심을 이동시키는 웨이트 밸런싱 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 웨이트 밸런싱 수단은, 소정의 질량을 갖고 상기 핸들 유닛에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트; 및 상기 밸런싱 웨이트를 상기 핸들 유닛의 길이 방향으로 이동시키는 구동 기구;를 포함할 수 있다.
상기 구동 기구는, 회전력을 발생시키는 밸런싱 모터; 및 상기 밸런싱 모터의 회전력을 상기 밸런싱 웨이트의 직선 운동으로 변환시키는 밸런싱 스크류;를 포함할 수 있다.
상기 중력 보상 장치는, 상기 핸들 유닛의 회전 변위를 감지하는 회전 변위 센서 또는 상기 핸들 유닛에 가해지는 조작력을 감지하는 조작력 감지 센서; 및 상기 회전 변위 센서 또는 조작력 감지 센서의 결과값에 기초하여, 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어하는 제어부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 핸들 유닛에 조작력 또는 회전력이 감지되면, 상기 핸들 유닛에 작용하는 조작력 또는 회전력이 감소하는 방향으로 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어할 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하도록 상기 슬라이딩 부재에 장착될 수 있다.
다른 측면에서 본 발명의 사상에 따르면 청소기는 피청소면을 청소하는 흡입 유닛;과, 상기 흡입 유닛에 회전축부를 중심으로 회전 가능하게 결합되는 핸들 유닛;과, 상기 핸들 유닛의 일측에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 상기 핸들 유닛의 타측에 연결되어 보상력을 발생시키는 탄성 부재; 및 상기 핸들 유닛에 대해 상기 탄성 부재에 의한 보상력을 일정 방향으로 유지하는 보상력 방향 유지 부재;를 포함한다.
상기 탄성 부재는 상기 탄성 부재의 형태 변화에 무관하게 일정한 탄성력을 발생시키는 정하중 스프링을 포함할 수 있다.
상기 보상력 방향 유지 부재는 상기 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재를 포함할 수 있다.
상기 청소기는 상기 탄성부재에 연결되고, 상기 슬라이딩 부재에 장착되어 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하는 이동 풀리를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하도록 상기 슬라이딩 부재에 장착될 수 있다.
상기 청소기는 상기 보상력을 조절하는 조정 수단을 더 포함하며, 상기 조정 수단은, 상기 탄성 부재에 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함할 수 있다.
상기 청소기는 상기 핸들 유닛과 상기 탄성 부재를 연결하는 연결 부재와, 상기 보상력을 조절하는 조정 수단을 더 포함하며, 상기 조정 수단은, 상기 연결 부재에 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함할 수 있다.
상기 제동 모터는 정역 방향으로 회전하여 상기 핸들 유닛에 작용하는 보상력의 크기를 증감시킬 수 있다.
상기 청소기는 상기 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하도록 상기 핸들 유닛의 무게 중심을 이동시키는 웨이트 밸런싱 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 웨이트 밸런싱 수단은, 소정의 질량을 갖고 상기 핸들 유닛에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트와, 상기 밸런싱 웨이트를 상기 핸들 유닛의 길이 방향으로 이동시키는 구동 기구를 포함할 수 있다.
상기 청소기는 상기 핸들 유닛의 회전 변위를 감지하는 회전 변위 센서 또는 상기 핸들 유닛에 가해지는 조작력을 감지하는 조작력 감지 센서; 및 상기 회전 변위 센서 또는 조작력 감지 센서의 결과 값에 기초하여, 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 핸들 유닛에 조작력 또는 회전력이 감지되면, 상기 핸들 유닛에 작용하는 조작력 또는 회전력이 감소하는 방향으로 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어할 수 있다.
청소기의 핸들 유닛의 일측에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 상기 핸들 유닛의 타측에 보상력을 가하는 중력 보상 장치는 상기 핸들 유닛의 타측에 연결되는 탄성 부재; 및 상기 핸들 유닛에 대해 상기 탄성 부재에 의한 보상력을 일정 방향으로 유지하는 보상력 방향 유지 부재; 를 포함한다.
상기 탄성 부재는 상기 탄성 부재의 형태 변화에 무관하게 일정한 탄성력을 발생시키는 정하중 스프링을 포함할 수 있다.
상기 보상력 방향 유지 부재는 상기 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재를 포함할 수 있다.
상기 중력 보상 장치는 상기 탄성부재에 연결되고, 상기 슬라이딩 부재에 장착되어 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하는 이동 풀리를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하도록 상기 슬라이딩 부재에 장착될 수 있다.
상기 중력 보상 장치는 상기 보상력을 조절하는 조정 수단을 더 포함하며, 상기 조정 수단은, 상기 탄성 부재에 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함할 수 있다.
상기 중력 보상 장치는 상기 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하도록 상기 핸들 유닛의 무게 중심을 이동시키는 웨이트 밸런싱 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 웨이트 밸런싱 수단은, 소정의 질량을 갖고 상기 핸들 유닛에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트; 및 상기 밸런싱 웨이트를 상기 핸들 유닛의 길이 방향으로 이동시키는 구동 기구;를 포함할 수 있다.
상기 중력 보상 장치는 상기 핸들 유닛의 회전 변위를 감지하는 회전 변위 센서 또는 상기 핸들 유닛에 가해지는 조작력을 감지하는 조작력 감지 센서와; 상기 회전 변위 센서 또는 조작력 감지 센서의 결과 값에 기초하여, 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 보상력을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면 진공 청소기의 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크가 정밀하게 보상되어 사용자가 핸들 유닛을 들고 청소 시에 핸들 유닛의 무게에 의한 부담을 갖지 않을 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면 진공 청소기의 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하기 위한 탄성 부재의 규격의 설계가 용이할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면 진공 청소기는 사용자의 의도를 파악하여 사용자가 의도하는 방향으로 능동적으로 동작됨으로써 사용자의 조작력을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 외관을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기를 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 흡입 유닛과 핸들 유닛의 결합 관계를 설명하기 위한 도면으로, 흡입 유닛의 상부 하우징은 생략하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도(단, 연결 부재는 생략됨).
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 제동 모터의 제어 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 제동 모터의 제어 순서도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 수단을 확대하여 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 수단을 설명하기 위한 도면으로, 도 9의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 모터의 제어 블록도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 모터의 제어 순서도.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 청소기의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 외관을 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기를 도시한 측단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기 및 그 중력 보상 장치에 대해 개괄적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기(10)는 피청소면의 공기를 흡입하는 흡입 유닛(20)과, 먼지를 수거하는 집진 장치(62)와 흡입력을 발생시키는 팬모터(63)를 갖고 흡입 유닛(20)에 회전 가능하게 결합되는 핸들 유닛(60)과, 핸들 유닛(60)이 기울어졌을 때 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하는 중력 보상 장치(100)을 포함한다.
흡입 유닛(20)에서 흡입된 공기는 플렉시블 호스(32)를 통해 핸들 유닛(60)의 집진 장치(62)로 유동될 수 있다. 흡입된 공기에 포함된 먼지는 집진 장치(62)에서 수거되고 먼지가 수거된 공기는 배출구(미도시)를 통해 핸들 유닛(60)의 외부로 배출될 수 있다.
집진 장치(62)는 공기에서 먼지를 원심 분리시키는 사이클론 방식이거나 먼지 봉투를 사용하여 먼지를 분리시키는 먼지 봉투 방식일 수 있다.
흡입 유닛(20)은 상부 하우징(30)과, 상부 하우징(30)의 하부에 결합되는 바닥판(40)과, 바닥판(40)의 브러시 장착부(42)에 장착되는 브러시(41)와, 피청소면의 공기를 흡입하는 흡입구(43)와, 흡입구(43)에서 흡입된 공기를 플렉시블 호스(30)로 안내하는 흡입관(44)과, 구동을 위해 양 측에 마련되는 바퀴들(31)과, 흡입 유닛(20)이 후방으로 전복되는 것을 방지하는 캐스터(34)를 포함할 수 있다.
흡입 유닛(20)은 핸들 유닛(60) 및 중력 보상 장치(100)의 구성 요소들을 지지하는 지지 프레임(50)을 더 포함할 수 있다. 지지 프레임(50)은 바닥판(40)의 지지 프레임 설치부(46,도 4)에 설치될 수 있다.
상부 하우징(30)의 상면에는 핸들 유닛(60)이 통과하는 개구(33)가 형성될 수 있다. 즉, 핸들 유닛(60)은 상부 하우징(30)의 개구(33)를 통과하여 흡입 유닛(20)의 지지 프레임(50)에 결합될 수 있다.
핸들 유닛(60)은 집진 장치(62)와 팬모터(63)가 장착되는 집진부(61)와, 메인 스틱부(71)와, 사용자가 파지할 수 있는 그립부(70)와, 흡입 유닛(20)과의 결합을 위한 연결 스틱부(72)를 포함할 수 있다.
핸들 유닛(60)에는 사용자의 조작력을 감지할 수 있는 적어도 하나의 조작력 감지 센서(78,79)가 마련될 수 있다. 본 실시예에서 핸들 유닛(60)에는 핸들 유닛(60)의 길이 방향의 조작력을 감지하도록 마련되는 제 1 조작력 감지 센서(78)와, 핸들 유닛(60)의 회전 방향의 조작력을 감지하도록 마련되는 제 2 조작력 감지 센서(79)가 마련되고 있다.
제 1 조작력 감지 센서(78)는 압축형 로드셀일 수 있으며, 제 2 조작력 감지 센서(79)는 벤딩형 로드셀일 수 있다. 제 1 조작력 감지 센서(78)와 제 2 조작력 감지 센서(79)를 통해 수집한 정보를 바탕으로 사용자가 어떠한 동작을 하려고 하는지 판단할 수 있다.
중력 보상 장치(100)는 흡입 유닛(20)에 마련되고 탄성력을 갖는 탄성 부재(110)와, 핸들 유닛(60)과 탄성 부재(110)를 연결하고 핸들 유닛(60)에 장력을 작용시키는 연결 부재(120)와, 연결 부재(120)의 장력의 방향을 전환하도록 연결 부재(120)가 감기고 핸들 유닛(60)에 작용하는 장력의 방향이 핸들 유닛(60)의 각도(θ,도 5,도 6)에 관계 없이 일정하게 중력 방향으로 유지되도록 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 이동 풀리(130)와, 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 이동 풀리(130)를 병진 운동하게 하는 슬라이딩 부재(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 연결 부재(120)는 장력을 발생시켜서 탄성 부재(110)의 탄성력을 핸들 유닛(60)에 전달할 수 있는 와이어, 벨트, 체인 등을 포함할 수 있다.
또한, 중력 보상 장치(100)는 핸들 유닛(60)에 회전 저항을 부여하여 미세한 진동이나 외란에 의한 영향을 줄이거나, 나아가 실질적으로 발생할 수 있는 보상 결과의 오차를 보정하기 위한 제동 모터(160,도 4)와 제동 풀리(162)를 포함할 수 있다. 제동 모터(160)와, 제동 풀리(162)는 연결 부재(120)에 마련될 수 있다.
또한, 중력 보상 장치(100)는 핸들 유닛(60)의 무게 중심을 이동시켜 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하는 웨이트 밸런싱 수단(170)을 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치(100)의 구체적인 구성과 그 효과에 대해 상술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 흡입 유닛과 핸들 유닛의 결합 관계를 설명하기 위한 도면으로, 흡입 유닛의 상부 하우징은 생략하여 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다(단, 연결 부재는 생략됨). 도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 흡입 유닛(20)과, 핸들 유닛(60)의 결합 관계를 설명한다.
흡입 유닛(20)과 핸들 유닛(60)은 상호 회전 가능하게 결합된다. 이를 위해 핸들 유닛(60)의 연결 스틱부(72)에는 양측으로 회전축부(74)가 돌출되고, 흡입 유닛(20)의 지지 프레임(50)의 상단에는 회전축부(74)가 회전 가능하게 수용되는 회전축 수용부(51)가 형성될 수 있다.
회전축부(74)는 대략 원통 형상을 가질 수 있고, 회전축 수용부(51)는 대략 상부가 개방된 원호 형상을 가질 수 있다. 회전축부(74)는 회전축 수용부(51)에 위에서 아래 방향으로 올려 놓일 수 있다.
회전축부(74)가 회전축 수용부(51)가 올려 놓여진 후에 회전축부(74)의 상부를 감싸도록 홀더(54)가 결합될 수 있다. 홀더(54)는 나사 등의 체결 부재를 통해 지지 프레임(50)에 견고하게 결합될 수 있다.
이러한 구조로써, 흡입 유닛(20)과 핸들 유닛(60)은 상호 회전 가능하게 결합될 수 있다. 다만, 흡입 유닛(20)이 피청소면에 지지된 상태에서 흡입 유닛(20)의 회전이 제한되므로 핸들 유닛(60)이 흡입 유닛(20)에 대해 회전할 수 있다.
핸들 유닛(60)이 피청소면에 대해 수직하게 위치되는 경우에 핸들 유닛(60)에는 중력에 의한 토크가 작용하지 않을 수 있다. 그러나, 핸들 유닛(60)이 수직한 위치에서 기울어지게 되면 핸들 유닛(60)에 중력에 의한 토크가 작용하기 시작하며, 이 중력에 의한 토크는 핸들 유닛(60)을 들고 있는 사용자에게 부담된다.
본 발명의 실시예에 따른 중력 보상 장치(100)는 이와 같이 핸들 유닛(20)에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하여 핸들 유닛(60)이 기울어지더라도 사용자에게 추가 부담을 지우지 않게 할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 중력 보상 장치(100)는 중력에 의한 토크를 보다 정밀하게 보상할 수 있으며, 중력 보상 장치(100)의 설계, 특히 탄성 부재(110)의 탄성 계수 등의 규격 설계가 용이하다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 진공 청소기에는 핸들 유닛(60)의 회전 각도를 측정할 수 있는 회전 변위 센서(57)가 마련될 수 있다. 회전 변위 센서(57)로는 가변 저항을 이용한 포텐셔미터 또는 엔코더 등이 사용될 수 있다.
회전 변위 센서(57)의 센서 본체는 지지 프레임(50) 또는 홀더(54)에 결합되고 센서 회전노드(미도시)는 회전축부(74)의 노드 결합부(75)에 회전축부(74)와 함께 회전하도록 결합될 수 있다.
후술하겠으나, 전술한 조작력 감지 센서(78,79)를 통해 수집한 사용자 조작력 정보와, 회전 변위 센서(57)를 통해 수집한 핸들 유닛(60)의 회전 정보는 중력 보상 오차의 보정과, 사용자의 의도에 맞는 능동 동작 제어에 활용될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치(100)의 구성에 대해 구체적으로 상술한다.
중력 보상 장치(100)는 탄성력을 갖는 탄성 부재(110)와, 탄성 부재(110)와 핸들 유닛(60)을 연결하고 핸들 유닛(60)에 보상력 Fc 를 작용시키는 연결 부재(120)와, 보상력 Fc 의 방향을 전환하도록 연결 부재(120)가 감기고 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향이 핸들 유닛(60)의 각도 θ 에 관계 없이 일정하게 중력 방향으로 유지되도록 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 이동 풀리(130)와, 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 이동 풀리(130)를 병진 운동시키는 슬라이딩 부재(140)를 포함한다.
여기서, 보상력 Fc 는 실질적으로 연결 부재(120)의 장력이며, 연결 부재(120)의 장력은 탄성 부재(110)의 탄성력과 동일한 것으로 가정한다.
탄성 부재(110)로는 코일 스프링, 판 스프링, 토션 스프링, 정하중 스프링 등 탄성력을 갖는 것이면 형태에 관계 없이 사용될 수 있으나, 정하중 스프링인것이 바람직하다. 정하중 스프링은 그 형태의 변화에 관계 없이 일정한 탄성력을 갖도록 마련된 탄성 부재를 의미한다. 정하중 스프링은 대략 나선형으로 감긴 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치(100)에서 정하중 스프링이 바람직한 이유에 대하여는 후술한다.
탄성 부재(110)는 릴(111)에 감긴 채로 마련되고, 릴(111)은 흡입 유닛(20)에 고정 결합된 릴 고정판(114)에 장착될 수 있다. 탄성 부재(110)의 단부에는 연결 부재(120)가 결합되는 연결 부재 연결부(112)가 마련되고, 탄성 부재(110)는 가이드 레일(115)에 의해 안내될 수 있다.
연결 부재(120)는 탄성 부재(110)와 핸들 유닛(60)을 연결한다. 시소 원리에 따라 보다 적은 힘으로 중력에 의한 토크를 보상할 수 있도록 연결 부재(120)와 핸들 유닛(60)의 연결점(73)은 가급적 핸들 유닛(60)의 회전축부(74)에서 멀리 이격되는 것이 바람직하다. 여기서, 연결 부재(120)가 탄성 부재(110)와 핸들 유닛(60)을 연결하는 것으로 설명하였으나, 탄성 부재(110)가 전술한 이동 풀리에 직접 연결되도록 구성 가능하고, 후술하는 제동 풀리 및 제동 모터에 의해 탄성력이 직접 조절되도록 구성 가능한 경우에는, 연결 부재(120)를 생략하고 탄성 부재(110)가 직접 핸들 유닛(60)에 연결되도록 구성할 수 있다.
여기서, 연결점(73)은 핸들 유닛(60)에 보상력, 즉 장력이 작용하는 작용점이기도 하다. 또한, 연결점(73)에서 연결 부재(120)는 핸들 유닛(60)에 대해 회전 가능하게 핸들 유닛(60)에 연결되어야 한다.
이동 풀리(130)는 연결 부재(120)의 방향을 수직 방향으로 전환시켜 결과적으로 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향을 중력 방향으로 전환시킨다.
나아가, 이동 풀리(130)는 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 병진 운동함으로써, 핸들 유닛(60)의 각도 θ 에 관계 없이 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향은 항상 중력 방향으로 유지될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 핸들 유닛(60)의 각도 θ 가 θ1 이라고 하고, 도 6에 도시된 핸들 유닛(60)의 각도 θ 가 θ2 라고 할 때, 핸들 유닛(60)의 각도 θ 가 θ1 에서 θ2 로 변화하여도 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향은 중력 방향으로 일정하게 유지된다.
이와 같이, 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향을 핸들 유닛(60)의 각도 θ 에 관계 없이 중력 방향으로 유지하는 이유는, 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 에 의한 토크의 크기가 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기와 같도록 하는 탄성력 값을 용이하게 구하기 위함이고, 나아가, 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크를 보다 정밀하게 보상하기 위함이다.
부연하면, 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크 T1 이 아래의 식과 같다고 하자.
T1 = L1 * Fg * sinθ (관계식 1)
여기서, L1 은 회전축부(74)에서 핸들 유닛의 무게 중심(60a)까지의 길이, Fg 는 중력의 크기를 나타낸다(도 2 참조).
핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향이 핸들 유닛(60)의 각도 θ 에 관계 없이 중력 방향으로 일정하면, 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 에 의한 토크 T2 는 아래와 같이 정리될 수 있다.
T2 = L2 * Fc * sinθ = L2 * Fe * sinθ (관계식 2)
여기서, L2 는 회전축부(74)에서 연결 부재의 연결점(73)까지의 길이, Fe 는 탄성 부재(110)의 탄성력의 크기를 나타낸다(도 2 참조).
여기서, 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크 T1 을 보상하기 위한 탄성력 Fe 는 T1 = T2 의 등식을 통해 아래와 같이 용이하게 구할 수 있다.
Fe = L1 * Fg / L2 (관계식 3)
결과적으로, 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력의 크기 Fg 는 일정하고, L1 / L2 의 크기도 일정하므로, 탄성 부재(110)의 탄성력은 형태의 변화에 관계 없이 일정하게 유지되는 것이 바람직하며, 따라서, 탄성 부재(110)는 정하중 스프링인 것이 바람직함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치(100)는 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 의 방향이 핸들 유닛(60)의 각도 θ 에 관계 없이 일정하게 유지되도록 이동 풀리(130)를 핸들 유닛(60) 회전 운동에 연동하여 병진 운동시키는 슬라이딩 부재(140)를 포함할 수 있다.
슬라이딩 부재(140)는 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하도록 마련된다. 슬라이딩 부재(140)에는 이동 풀리(140)가 함께 이동하도록 장착될 수 있다. 이를 위해 슬라이딩 부재(140)에는 이동 풀리(130)의 풀리축(132)이 수용되는 풀리 장착홈(141)이 형성될 수 있다.
또한, 핸들 유닛(60)에는 양측으로 한 쌍의 제 1 연동 핀부(77)가 마련되고, 슬라이딩 부재(140)에는 제 1 연동 핀부(77)가 수직 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 한 쌍의 제 1 연동 레일부(142)가 마련될 수 있다.
또한, 슬라이딩 부재(140)에는 양측으로 한 쌍의 제 2 연동 핀부(143)가 마련되고, 흡입 유닛(20)의 지지 프레임(50)에는 제 2 연동 핀부(143)가 수평 방향으로 이동 가능하게 결합되는 한 쌍의 제 2 연동 레일부(52)가 마련될 수 있다.
또한, 흡입 유닛(20)의 지지 프레임(50)에는 이동 풀리(130)의 풀리축(132)이 수평 방향으로 이동 가능하게 결합되는 한 쌍의 제 3 연동 레일부(53)가 마련될 수 있다.
이러한 구성으로, 도 5 및 도 6을 기준으로 핸들 유닛(60)이 시계 방향으로 회전 운동하면, 슬라이딩 부재(140) 및 이동 풀리(130)는 좌측 방향으로 병진 운동할 수 있다. 반대로, 핸들 유닛(60)이 반시계 방향으로 회전 운동하면, 슬라이딩 부재(140) 및 이동 풀리(130)는 우측 방향으로 병진 운동할 수 있다.
한편, 이러한 구성의 본 발명의 실시예에 따른 중력 보상 장치(100)는 이동 풀리(130)와 슬라이딩 부재(140)의 마찰력에 의해 기본적으로 핸들 유닛(60)의 회전 저항이 증가하므로 외란 및 진동 등에 대한 완충 효과를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 중력 보상 장치(100)는 핸들 유닛(60)에 작용하는 장력 Fc 의 크기를 조절하여, 핸들 유닛(60)에 회전 저항, 즉 일종의 마찰력을 부여하여 미세한 진동이나 외란에 의한 영향을 줄이거나, 나아가 실질적으로 발생할 수 있는 보상 결과의 오차를 보정하기 위해 제동 모터(160)와 제동 풀리(162)를 구비할 수 있다.
제동 모터(160)의 회전축(161)은 제동 풀리(162)를 회전시키도록 제동 풀리(162)에 결합되고, 제동 풀리(162)에는 연결 부재(120)가 권선된다. 제동 풀리(162)는 지지 프레임(50)에 결합된 제동 풀리 지지 부재(163)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
제동 모터(160)에 전류가 인가되지 않을 때 제동 모터(160)는 핸들 유닛(60)에 회전 저항을 부여할 수 있다. 즉, 제동 모터(160)는 전류가 인가되지 않을 때 회전에 저항하는 디텐트 토크(detent torque)를 갖는 바, 제동 모터(160)의 회전축(161)에 작용하는 토크가 디텐트 토크 보다 크지 않으면 핸들 유닛(60)은 회전하지 않을 수 있다.
다시 말해, 핸들 유닛(60)은 제동 모터(160)의 디텐트 토크만큼의 정지 마찰력을 갖게 된다고 할 수 있다. 제동 모터(160)의 디텐트 토크는 양 방향으로 모두 작용할 수 있다. 또한, 사용자가 핸들 유닛(60)에 조작력을 가하여 직접 조작할 시에도 작용하므로 사용자는 제동 모터(160)의 회전 저항 보다 큰 조작력을 가하여야 회전 부재(160)를 회전시킬 수 있다.
이러한 점에서 제동 모터(160)는 소정 크기의 회전 저항을 발생시키는 저항 소자로서의 역할을 할 수 있다. 본 발명의 실시예와는 달리 제동 모터(160) 이외에 그 밖의 회전 저항을 발생시킬 수 있는 장치, 일례로 댐핑 장치 등이 이러한 저항 소자로 사용될 수도 있을 것이다.
한편, 제동 모터(160)는 중력 보상 결과의 오차가 발생한 경우에 이 오차를 보정하는 역할을 할 수 있다. 즉, 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 에 의한 토크가 중력에 의한 토크 보다 부족한 경우에 제동 모터(160)는 제동 풀리(162)를 일 방향으로 회전시켜 연결 부재(120)를 잡아 당겨 보상력 Fc 을 증대시킬 수 있다.
반대로, 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 에 의한 토크가 중력에 의한 토크 보다 큰 경우에 제동 모터(160)는 제동 풀리(162)를 타 방향으로 회전시켜 연결 부재(120)를 느슨하게 하여 보상력 Fc 를 감소시킬 수 있다.
이러한 점에서 제동 모터(6)는 보상력 Fc 를 증감시키는 액추에이터의 역할을 수행한다고 할 수 있다. 한편, 본 실시예에서 제동 풀리(162)가 연결 부재(120)에 연결되어 보상력을 증감시키는 구조를 설명하였으나, 이와 달리 제동 풀리(162)가 탄성 부재(110)에 직접 연결되어 보상력을 증감시킬 수도 있다. 또한, 본 실시예에서 제동 풀리(162)는 제동 모터(160)에 의해 자동으로 회전하도록 마련되고 있으나, 이와 달리 사용자가 직접 제동 풀리(162)를 회전시켜 수동으로 보상력을 증감시키도록 구성하는 것도 가능하다.
이상으로, 제동 모터(160)의 회전 저항으로서의 기능과, 중력 보상 결과의 오차를 보정하는 액추에이터로서의 기능에 대하여 살펴 보았으나, 제동 모터(160)는 나아가 사용자의 의도를 파악하여 사용자의 조작력을 감소시키도록 핸들 유닛(60)을 능동적으로 회전시키는 역할을 수행할 수도 있다. 아래에서, 이에 대해 부연 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 제동 모터의 제어 블록도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 제동 모터의 제어 순서도이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 제동 모터(160)의 제어 방법에 대해 설명한다.
진공 청소기는 전술한 조작력 감지 센서(78,79)로부터 사용자에 의해 핸들 유닛(60)에 가해지는 조작력 정보를 수신하고, 전술한 회전 변위 센서(57)로부터 핸들 유닛(60)의 회전 동작 정보를 수신하고, 이러한 정보를 바탕으로 제동 모터(160)를 구동시키는 제어부(190)를 포함할 수 있다.
제어부(190)는 핸들 유닛(60)에 사용작의 조작력이 가해지면 핸들 유닛(60)에 가해지는 보상력을 증가시키거나 감소시켜서 핸들 유닛(60)을 조작력이 가해지는 방향으로 회전시키도록 제동 모터(160)를 구동시킬 수 있다. 이로써, 사용자의 조작력이 감소될 수 있다.
이러한 제동 모터(160)의 제어 방법을 도 8의 순서도로 정리할 수 있다.
먼저, 조작력 감지 센서(78,79)를 통해 핸들 유닛(60)에 사용자의 조작력이 가해졌는지 여부를 감지한다(310).
이때, 사용자의 조작력이 가해졌으면, 제어부(190)는 조작력의 방향으로 핸들 유닛(60)이 회전하도록 제동 모터(160)를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있다(320).
사용자의 조작력이 가해지지 않았으면, 회전 변위 센서(57)를 통해 핸들 유닛(60)에 회전 변위가 발생했는지를 감지한다(330).
핸들 유닛(60)에 회전 변위가 발생하였다면 이것은 중력 보상의 결과 오차가 발생한 것이므로, 제어부(190)는 오차를 보정하도록 제동 모터(160)를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있다(340).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 수단을 확대하여 도시한 단면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 수단을 설명하기 위한 도면으로, 도 9의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 단면도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 모터의 제어 블록도이다이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 청소기의 밸런싱 모터의 제어 순서도이다.
도 9 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 웨이트 밸런싱 수단(170)에 대해 설명한다.
중력 보상 장치(100)는 핸들 유닛(60)의 무게 중심을 이동시켜 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하는 웨이트 밸런싱 수단(170)을 구비할 수 있다.
웨이트 밸런싱 수단(170)은 소정의 질량을 갖고 핸들 유닛(60)에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트(171)와, 회전력을 발생시키는 밸런싱 모터(176)와, 밸런싱 모터(176)의 회전력을 밸런싱 웨이트(171)의 직선 운동으로 변환시키는 밸런싱 스크류(177)를 포함할 수 있다.
밸런싱 웨이트(171)는 핸들 유닛(60)의 연결 스틱부(72)에 이동 가능하게 지지될 수 있다. 밸런싱 웨이트(171)는 연결 스틱부(72)의 내부 공간에 배치되는 내부 웨이트부(172)와, 연결 스틱부(72)의 외부에 배치되는 외부 웨이트부(173)와, 내부 웨이트부(172)와 외부 웨이트부(173)를 연결하고 연결 스틱부(72)의 개구(76)에 배치되는 연결부(174)로 구성될 수 있다.
내부 웨이트부(172)에는 밸런싱 스크류(177)의 나사산에 대응되도록 나사산이 형성되어 밸런싱 스크류(177)가 회전하면 밸런싱 웨이트(171)는 연결 스틱부(72)를 따라 핸들 유닛(60)의 회전축부(74)에서 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다.
따라서, 핸들 유닛(60)은 밸런싱 웨이트(171)의 이동에 따라 무게 중심이 변화되고, 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력의 작용점이 멀어지거나 가까워지는 효과가 발생하므로, 핸들 유닛(60)에 작용하는 중력에 의한 토크가 조절될 수 있다.
즉, 전술한 제동 모터(160)와, 웨이트 밸런싱 수단은 중력 보상의 오차 보정 및 핸들 유닛(60)의 능동 회전을 목적으로 한다는 점에서 동일하지만, 그 방법에 있어서 제동 모터(160)는 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 를 조절하는데 반하여, 웨이트 밸런싱 수단은 핸들 유닛(60)의 무게 중심을 조절한다는 점에서 차이가 있다.
진공 청소기는 조작력 감지 센서(78,79)로부터 사용자에 의해 핸들 유닛(60)에 가해지는 조작력 정보를 수신하고, 전술한 회전 변위 센서(57)로부터 핸들 유닛(60)의 회전 동작 정보를 수신하고, 이러한 정보를 바탕으로 밸런싱 모터(176)를 구동시키는 제어부(190)를 포함할 수 있다.
이러한 밸런싱 모터(160)의 제어 방법을 도 12의 순서도를 통해 설명한다.
먼저, 조작력 감지 센서(78,79)를 통해 핸들 유닛(60)에 사용자의 조작력이 가해졌는지 여부를 감지한다(410).
이때, 사용자의 조작력이 가해졌으면, 제어부(190)는 조작력의 방향으로 핸들 유닛(60)이 회전하도록 밸런싱 모터(176)를 구동하여 핸들 유닛(60)의 무게 중심을 이동시킬 수 있다(420).
사용자의 조작력이 가해지지 않았으면, 회전 변위 센서(57)를 통해 핸들 유닛(60)에 회전 변위가 발생했는지를 감지한다(430).
핸들 유닛(60)에 회전 변위가 발생하였다면 이것은 중력 보상의 결과 오차가 발생한 것이므로, 제어부(190)는 오차를 보정하도록 밸런싱 모터(176)를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있다(440).
웨이트 밸런싱 수단은 이에 한정되는 것은 아니며, 일례로, 밸런싱 웨이트와, 밸런싱 웨이트에 연결되는 유압실린더 또는 솔레노이드 기구를 구비하여, 유압 실린더 또는 솔레노이드 기구의 신축을 통해 밸런싱 웨이트를 이동시키도록 마련될 수도 있다. 즉, 밸런싱 웨이트를 구동시키는 구동 기구로써, 본 실시예에는 밸런싱 모터(176)와, 밸런싱 스크류(177)가 사용되었으나, 대신에 유압실린더 또는 솔레노이드 기구 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 밸런싱 모터(176)에 의해 밸런싱 웨이트(171)가 자동 조절되는 경우를 설명하였으나, 밸런싱 모터 없이 사용자가 직접 수동으로 밸런싱 웨이트를 조절하도록 구성할 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공 청소기의 중력 보상 장치는 일차적으로 핸들 유닛(60)에 작용되는 보상력 Fc 의 방향을 중력 방향으로 일정하게 유지시키는 구조로써 보다 정밀하게 중력 보상을 수행할 수 있으며, 중력 보상의 결과 오차가 발생하더라도 제동 모터(160) 및 웨이트 밸런싱 수단(170)을 통해 추가적인 보정이 가능할 수 있다.
나아가, 사용자의 의도를 파악하여 핸들 유닛(60)이 능동적으로 회전함으로써 사용자의 조작력을 감소시킬 수 있다.
앞선 실시예에서는, 핸들 유닛(60)의 조작력 감지센서(78, 79) 및/또는 회전변위 센서(57)를 통해 핸들 유닛(60)의 중력 보상 결과의 오차를 보정하거나 또는 사용자 의도에 따라 핸들 유닛(60)의 능동적 조작력을 향상하는 경우를 설명하였으나, 다른 감지 수단를 통해서도 이와 같은 중력 보상의 결과 오차 보정 또는 핸들 유닛(60)의 조작력 향상을 꾀할 수 있다. 예를 들면, 핸들 유닛(60)에 설치된 집진 장치(62)에 먼지가 쌓이는 경우 그에 따라 핸들 유닛(60)의 무게가 증가하게 된다. 따라서, 핸들 유닛(60)에 설치된 집진 장치(62)의 무게를 감지하여 무게가 변동된 것이 감지되면, 변동된 무게에 상응하도록 제동 모터(160) 또는 웨이트 밸런싱 수단(170)을 통해 중력 보상의 내용을 변경하도록 구성하는 것도 가능하다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 청소기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 청소기의 구성을 설명한다. 본 발명의 일 실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하고 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 청소기(200)의 중력 보상 장치는, 보상력을 발생시키도록 탄성력을 갖는 탄성 부재(210)와, 보상력이 핸들 유닛(60)의 각도 θ 에 무관하게 일정 방향으로 유지되도록 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하고 상기 탄성 부재(210)가 장착되는 슬라이딩 부재(240)를 포함할 수 있다.
따라서, 탄성 부재(210)는 슬라이딩 부재(240)와 함께 이동할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예와 같이 탄성 부재(210)는 정하중 스프링인 것이 바람직하고, 탄성 부재(210)가 감기는 릴(211)이 슬라이딩 부재(240)에 고정될 수 있다.
슬라이딩 부재(240)가 핸들 유닛(60)의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 구조는 전술한 본 발명의 일 실시예와 같다.
상기와 같은 구조로써, 보다 단순하게 핸들 유닛(60)의 각도에 무관하게 핸들 유닛(60)에 작용하는 보상력 Fc 이 일정하게 유지되도록 구성할 수 있다.

Claims (38)

  1. 피청소면을 청소하는 흡입 유닛;
    상기 흡입 유닛에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 핸들 유닛; 및
    상기 회전축을 중심으로 상기 핸들 유닛의 일측에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 상기 핸들 유닛의 타측에 보상력을 가하는 중력 보상 장치; 를 포함하는 청소기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중력 보상 장치는,
    상기 핸들 유닛의 타측에 연결되는 탄성 부재; 및
    상기 보상력이 상기 핸들 유닛의 각도에 무관하게 일정 방향으로 유지되도록 상기 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보상력의 방향은 상기 핸들 유닛의 각도에 무관하게 중력 방향으로 유지되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재에 장착되어 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하는 이동 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛은 제 1 연동 핀부를 포함하고,
    상기 슬라이딩 부재는 상기 제 1 연동 핀부가 수직 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제 1 연동 레일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는 제 2 연동 핀부를 포함하고,
    상기 흡입 유닛은 상기 제 2 연동 핀부가 수평 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제 2 연동 레일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 탄성 부재의 형태 변화에 무관하게 일정한 탄성력을 발생시키는 정하중 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축부는 상기 흡입 유닛에 회전 가능하게 결합되도록 상기 핸들 유닛에서 돌출되고,
    상기 보상력이 작용하는 작용점은 상기 회전축부에서 소정 간격 이격된 것을 특징으로 하는 청소기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 중력 보상 장치는 상기 보상력의 크기를 조절하는 제동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제동 수단은 상기 탄성 부재가 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛과 상기 탄성 부재를 연결하는 연결 부재를 더 포함하며,
    상기 제동 수단은 상기 연결 부재가 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 중력 보상 장치는 상기 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하도록 상기 핸들 유닛의 무게 중심을 이동시키는 웨이트 밸런싱 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 웨이트 밸런싱 수단은,
    소정의 질량을 갖고 상기 핸들 유닛에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트; 및
    상기 밸런싱 웨이트를 상기 핸들 유닛의 길이 방향으로 이동시키는 구동 기구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동 기구는,
    회전력을 발생시키는 밸런싱 모터; 및
    상기 밸런싱 모터의 회전력을 상기 밸런싱 웨이트의 직선 운동으로 변환시키는 밸런싱 스크류; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 중력 보상 장치는,
    상기 핸들 유닛의 회전 변위를 감지하는 회전 변위 센서 또는 상기 핸들 유닛에 가해지는 조작력을 감지하는 조작력 감지 센서; 및
    상기 회전 변위 센서 또는 조작력 감지 센서의 결과값에 기초하여, 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 핸들 유닛에 조작력 또는 회전력이 감지되면, 상기 핸들 유닛에 작용하는 조작력 또는 회전력이 감소하는 방향으로 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하도록 상기 슬라이딩 부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  18. 피청소면을 청소하는 흡입 유닛;
    상기 흡입 유닛에 회전축부를 중심으로 회전 가능하게 결합되는 핸들 유닛;
    상기 핸들 유닛의 일측에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 상기 핸들 유닛의 타측에 연결되어 보상력을 발생시키는 탄성 부재; 및
    상기 핸들 유닛에 대해 상기 탄성 부재에 의한 보상력을 일정 방향으로 유지하는 보상력 방향 유지 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 탄성 부재의 형태 변화에 무관하게 일정한 탄성력을 발생시키는 정하중 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 보상력 방향 유지 부재는 상기 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 탄성부재에 연결되고, 상기 슬라이딩 부재에 장착되어 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하는 이동 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하도록 상기 슬라이딩 부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 보상력을 조절하는 조정 수단을 더 포함하며,
    상기 조정 수단은,
    상기 탄성 부재에 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛과 상기 탄성 부재를 연결하는 연결 부재와, 상기 보상력을 조절하는 조정 수단을 더 포함하며,
    상기 조정 수단은 상기 연결 부재에 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 제동 모터는 정역 방향으로 회전하여 상기 핸들 유닛에 작용하는 보상력의 크기를 증감시키는 것을 특징으로 하는 청소기.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하도록 상기 핸들 유닛의 무게 중심을 이동시키는 웨이트 밸런싱 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 웨이트 밸런싱 수단은,
    소정의 질량을 갖고 상기 핸들 유닛에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트;
    상기 밸런싱 웨이트를 상기 핸들 유닛의 길이 방향으로 이동시키는 구동 기구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛의 회전 변위를 감지하는 회전 변위 센서 또는 상기 핸들 유닛에 가해지는 조작력을 감지하는 조작력 감지 센서; 및
    상기 회전 변위 센서 또는 조작력 감지 센서의 결과 값에 기초하여, 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 핸들 유닛에 조작력 또는 회전력이 감지되면, 상기 핸들 유닛에 작용하는 조작력 또는 회전력이 감소하는 방향으로 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 중력 보상 장치의 보상력을 제어하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  30. 청소기의 핸들 유닛의 일측에 작용하는 중력에 의한 토크를 보상하도록 상기 핸들 유닛의 타측에 보상력을 가하는 중력 보상 장치에 있어서,
    상기 핸들 유닛의 타측에 연결되는 탄성 부재; 및
    상기 핸들 유닛에 대해 상기 탄성 부재에 의한 보상력을 일정 방향으로 유지하는 보상력 방향 유지 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 탄성 부재의 형태 변화에 무관하게 일정한 탄성력을 발생시키는 정하중 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 보상력 방향 유지 부재는 상기 핸들 유닛의 회전 운동에 연동하여 병진 운동하는 슬라이딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 탄성부재에 연결되고, 상기 슬라이딩 부재에 장착되어 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하는 이동 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 슬라이딩 부재와 함께 이동하도록 상기 슬라이딩 부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 보상력을 조절하는 조정 수단을 더 포함하며,
    상기 조정 수단은,
    상기 탄성 부재에 연결되는 제동 풀리와, 상기 제동 풀리를 회전시키는 제동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛에 작용하는 중력에 의한 토크의 크기를 조절하도록 상기 핸들 유닛의 무게 중심을 이동시키는 웨이트 밸런싱 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 웨이트 밸런싱 수단은,
    소정의 질량을 갖고 상기 핸들 유닛에 이동 가능하게 마련되는 밸런싱 웨이트; 및
    상기 밸런싱 웨이트를 상기 핸들 유닛의 길이 방향으로 이동시키는 구동 기구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
  38. 제 30 항에 있어서,
    상기 핸들 유닛의 회전 변위를 감지하는 회전 변위 센서 또는 상기 핸들 유닛에 가해지는 조작력을 감지하는 조작력 감지 센서; 및
    상기 회전 변위 센서 또는 조작력 감지 센서의 결과 값에 기초하여, 상기 핸들 유닛에 작용하는 토크의 크기 또는 상기 보상력을 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
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