KR20070118578A - 위성 방식의 청소로봇 시스템 - Google Patents

위성 방식의 청소로봇 시스템 Download PDF

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KR20070118578A
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Abstract

본 발명은 위성 방식의 청소로봇 시스템에 관한 것으로 바닥면에 형성된 흡입구, 상기 흡입구에 연통되는 측면 연결구, 양 측면에 배치된 주행용 바퀴와 상기 주행용 바퀴를 구동하기 위한 변속형 구동모터를 포함하는 반형(盤形) 자주식 청소헤드; 상기 청소헤드에 연결되는 유연성 배관로; 및 상기 유연성 배관로에 연결되고 진공펌프, 오물수집통과 배출공기 분리수단과 전원공급수단과 제어수단을 포함하는 청소본체로 이루어지고 상기 배관로에 의하여 진공흡입관로를 유지하는 위성 방식의 청소로봇 시스템을 제공한다.
본 발명의 청소로봇 시스템은 청소헤드의 구조가 단순하여 박형으로 만들 수 있음에 비하여 출력과 진공흡입력을 충분히 높일 수 있어 집안 구석구석 충분한 청소가 가능하다. 또한 원반식 청소로봇이 할 수 없는 스팀, 온수 또는 세척수 분사에 의하여 습식청소도 가능하여 일반 수동식 청소기가 할 수 있는 모든 청소를 충분하게 수행할 수 있다. 뿐만아니라 자가세척기능에 의하여 자동적으로 세척할 수 있는 기능을 부가할 수도 있다.
위성, 청소로봇, 스팀노즐

Description

위성 방식의 청소로봇 시스템{Cleaning robot system of satellite type}
본 발명은 위성 방식의 청소로봇 시스템에 관한 것이다.
브러싱과 흡입능력이 있는 원반형 청소기 로봇이 널리 사용되고 있다. 여러가지 센서를 조합하여 청소영역을 파악하고 자발적으로 청소를 수행하는 장점이 있다.
특히 로봇기능을 강화하여 정해진 영역에서 청소를 골고루 수행할 수 있도록 기술개발이 되고 있지만 이러한 기술개발에 의하여도 도달될 수 없는 본질적인 문제점이 있다. 침대와 같은 가구 밑을 청소하기 위해서는 높이가 낮은 작은 원반형의 형태가 일반적이고 충전식의 형태이기 때문에 전력소비가 낮아야 하는 제약이 있다. 따라서 고출력에 의한 만족스러운 청소수준을 기대하기 어렵고 로봇청소기의 전력용량과 공간적 제약 때문에 진공흡입을 제외한 다양한 청소기능 예를 들면 스팀분사를 이용하는 습식청소를 기대할 수 없다. 자칫 잘못하면 가구 밑에 있는 먼지를 분쇄하여 미분먼지를 흩으려 놓는 역효과를 얻을 수도 있다
본 발명은 강력한 진공청소 기능을 가지면서도 충전이 필요없는 청소로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명에 의하여 습식청소가 가능한 청소로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명에 의하여 공기정화기능이 구비되어 청소와 병용하거나 독립적으로 공기정화를 수행하는 청소로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의하여, 바닥면에 형성된 흡입구, 상기 흡입구에 연통되는 측면 연결구, 양 측면에 배치된 주행용 바퀴와 상기 주행용 바퀴를 구동하기 위한 변속형 구동모터를 포함하는 반형(盤形) 자주식 청소헤드; 상기 청소헤드에 연결되는 유연성 배관로; 및 상기 유연성 배관로에 연결되고 진공펌프, 오물수집통과 배출공기 분리수단과 전원공급수단과 제어수단을 포함하는 청소본체로 이루어지고 상기 배관로에 의하여 진공흡입관로를 유지하는 위성 방식의 청소로봇 시스템이 제공된다.
상기 자주식 청소헤드는 청소본체 제어수단의 제어신호에 의하여 수동적으로 주행할 수도 있지만 바람직하게는 한 개 이상의 장애물 감지센서를 장착하고 부제어수단을 포함하여 청소본체 제어수단을 보조하거나 주행가능 영역에서 독립적으로 주행할 수 있다. 상기 자주식 청소헤드는 청소본체를 중심으로 주행가능 영역에서 부착된 장애물 감지센서의 신호에 의하여 방향을 전환하여 랜덤하게 움직일 수 있다. 주행용 바퀴의 구동은 에어모터가 사용될 수 있지만 전동모터가 일반적이다. 또한 직선형의 벽을 감지했을 때는 벽을 따라 주행할 수 있다. 이러한 장애물 감지센서는 감지 장애물의 성격에 따라 다양한 방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 장애물 감지센서는 예를 들면, 초음파 방식이거나 적외선 방식이 사용된다. 상기 자주식 청소헤드는 목적에 따라서 특정한 센서 예를 들면 먼지감지센서 또는 위치감지센서를 부착할 수 있다.
본 발명의 청소로봇 시스템은 청소헤드의 구조가 단순하여 박형으로 만들 수 있음에 비하여 출력과 진공흡입력을 충분히 높일 수 있어 집안 구석구석 충분한 청소가 가능하다. 또한 원반식 청소로봇이 할 수 없는 스팀, 온수 또는 세척수 분사에 의하여 습식청소도 가능하여 일반 수동식 청소기가 할 수 있는 모든 청소를 충분하게 수행할 수 있다. 뿐만아니라 자가세척기능에 의하여 자동적으로 세척할 수 있는 기능을 부가할 수도 있다.
본 발명은, 바람직하게는, 청소본체에 장착된 제어수단에 의하여 청소헤드의 주행을 포함하는 청소수행을 중앙집중식으로 통제한다. 상기 제어수단은 중앙연산유니트와 메모리수단을 포함하고 청소헤드와 청소본체에 탑재된 센서로 부터 수신된 센서신호와 청소헤드의 위치신호를 연산하여 미리 설정된 소프트웨어 루틴에 따라 연산된 패턴으로 청소를 수행하도록 제어한다. 청소헤드의 주행용 바퀴의 구동 은 바람직하게는 청소본체의 제어수단에 의하여 제어되는 전동모터에 의하여 이루어지고 제어신호선과 전력공급선은 상기 배관로와 함께 청소본체에 연결된다. 주행용 바퀴의 구동은 최소한 순,역 2방향 변속 바람직하게는 다단계 변속이 가능하다.
청소헤드나 청소본체는 바람직하게는 위치감지수단을 가진다. 청소헤드나 청소본체가 계획된 주행경로를 따라 이동하는 방법으로 절대좌표계를 이용하여 자신의 현재 위치를 계산하면서 주행하는 방법과 청소영역의 기준점(예를 들면 청소본체)으로부터의 주행거리와 회전각도를 이용하는 상대좌표계를 기준으로 자신의 현재 위치를 계산하며 주행하는 방법이 있다. 상기 위치감지수단은 절대좌표계 및/또는 상대좌표계를 이용할 수 있다. 절대좌표계를 이용하여 주행하는 방법의 일예로는 CCD 카메라를 사용하여 천정을 촬상하고 천정 이미지로부터 천정에 설치되어 있는 전등, 형광등과 같은 설치물이나 별도로 위치인식을 위해 설치된 위치인식표지를 검출하고 이로부터 청소헤드의 현재 위치를 검출하면서 주행하는 것이다. 또는 천정에 설치된 광원과 창소본체 또는 청소헤드에 장착된 광PSD(Position Sensitive Detetor)센서로 절대좌표계를 사용할 수 있다. 바람직하게는 청소본체는 절대좌표계를 사용하고 청소헤드는 청소본체에 대하여 상대좌표계를 사용한다. 상대좌표계를 이용하여 주행하는 청소헤드는 주행거리를 검출할 수 있는 주행거리 검출센서와 로봇 청소기의 회전각도를 검출할 수 있는 각도센서를 구비하고 있다. 통상적으로 주행거리 검출센서는 주행바퀴의 회전수를 검출할 수 있는 엔코더가 많이 사용되고, 각도센서는 상대각도를 검출할 수 있는 자이로(gyro) 센서가 많이 사용된다. 자이로 센서를 사용하면 로봇 청소기는 직진하다가 회전할 필요가 있는 지점에서 원하는 각도만큼 회전하여 주행할 수 있기 때문에 제어가 간단하지만 누적오차를 보정할 필요가 있다. 청소헤드의 위치검출로 다른 방법으로는 광PSD 센서와 광원을 각각 청소헤드와 청소본체의 어느 하나에 장착하여 청소헤드의 상대적인 위치를 측정할 수 있으며 엔코더 방식보다 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명의 청소헤드는 상기 흡입구 외에 인근에 배치된 브러쉬를 포함할 수수 있다. 이 브러쉬는 일열 또는 복수열의 고정식이거나 측방향 또는 상하 회전식일 수 있다. 또한 본 발명의 청소본체는 바람직하게는 변속형 주행용 바퀴를 구비한 자주식이다. 바람직하게는 한 쌍의 역회전 제어가능한 주행용 바퀴를 가지고 별도의 방향회전이 자유로운 종동바퀴를 가지며 청소본체를 지탱하고 주행하게 한다. 또한 본 발명의 청소본체는 바람직하게는 세척수통 및/또는 스팀발생수단을 장착하고 별도의 배관로에 의하여 청소헤드에 공급되고 청소헤드의 흡입구 인근에 배치된 노즐을 통하여 청소헤드의 흡입구의 전후에 물, 온수 또는 스팀을 피청소면에 적용하여 습식청소를 겸할 수 있다. 이때 배관로에는 스팀공급관이 제공되어 배관로로 합체되는 것이 바람직하다. 습식청소시에는 세척수에 세제를 혼입할 수 있다. 또한 본 발명의 청소헤드는 스팀노즐에 부착된 다공성 교환용 청소포에 의하여 물걸레질을 병행할 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서는 내부 재생영역을 갖는 벨트형 또는 롤형의 자가세척형 물걸레가능 청소헤드를 제공한다.
본 발명의 청소로봇 시스템의 배관로에서 상기 물 또는 스팀을 공급하기 위한 습식관로 즉 온수관로 또는 스팀보급관로로 상기 진공흡입관로와 별도로 만들어져 배관로로 합체되는 것이 펀리하고 관리하기가 용이하다. 이 때 스팀노즐에 연결 되는 스팀공급관을 포함한 배관로는 유연한 호스재를 사용하여 굴곡에 의해서도 급수관로를 유지할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 상기 청소본체는 하부에 와인더를 구비하여 배관로를 감아들이거나 풀어줄 수 있다. 청소헤드의 이동에 따라 배관로가 방해가 되지 않도록 배관로를 감아들이거나 풀어주는 것을 반복할 수 있다. 상기 청소본체의 전원공급수단의 동력원은 충전가능한 배터리이거나 전력선에 의한다. 상기 청소본체는 마운트부를 가져 방간 이동이 필요한 경우는 청소헤드를 감아들여서 상기 마운트부에 탑재하여 방간이동과 같은 새로운 청소영역으로 이동할 수 있다.
상기 스팀생성수단은 일반적으로 증기배출밸브, 스팀통과 히터를 포함한다. 이러한 스팀생성수단은 상기 청소본체에 장착되어 스팀보급관로를 따라 청소기헤드의 스팀노즐에 스팀을 공급하는 것이 일반적이다. 상기 스팀생성수단은 압력센서나 수위센서를 더 포함하여 압력이나 수위를 측정할 수 있다.
상기 오물수집통은 워터 채널을 형성하도록 하나 이상의 배플이 설치될 수 있다. 또한, 오염유입공기는 일차로 스팀샤워링으로 정화할 수 있다. 상기 배출공기 분리수단은 여러가지 필터에 의하여 이루어진다. 예를 들면, 고체분리필터와 기액분리필터를 포함할 수 있다. 고체분리필터는 설계목적에 따라 다양한 공극 크기의 필터를 선택할 수 있다. 기액분리필터는 예를 들면 소수성을 이용하여 공기와 수분을 분리할 수 있다. 또는 선택성 멤브린에 의하여 기체와 액체를 분리할 수 있다. 마지막으로 HEPA필터 또는 얼트라파인필터를 배치하여 수용성 오염물질 또는 기체는 흡입관로와 오물수집통의 워터 채널을 통하여 스팀과 물에 용해하여 제거하 고 기타 제거되지 않은 유해물질은 필터를 통해 제거하여 일반청소기 보다 훨씬 양호한 공기를 배출한다. 배출공기 분리수단은 캐트리지화하여 오물수집통의 출구 쪽에 결합되는 것이 관리하기가 용이하다. 상기 오물수집통은 바람직하게는 착탈형으로 하부에 배출구를 가질 수 있다. 이러한 청소본체는 자체의 공기정화기능을 이용하여 청소수행과 병행하거나 별도로 공기 정화가 가능하다. 공기 정화는 스팀분사에 의한 습식과 필터에 의한 건식을 동시에 수행할 수 있다. 상기 와인더 강제 감김으로 청소헤드가 청소본체의 마운트부에 탑재되거나 공기정화모드로 설정되면 배관로와 연결된 본체흡입구는 폐쇄하고 별도의 직접흡입구를 개방하여 공기정화기능을 수행할 수 있다.
이하 도면에 의하여 본 발명을 예시하여 설명한다.
도1a와 도1b는 본 발명의 한 실시양태로서 청소로봇 시스템을 개략적으로 설명하는 사시도이다. 상기 청소로봇 시스템은 자주식 청소헤드(10); 배관로(30); 및 청소본체(40)로 이루어지고 배관로(30)는 진공흡입로(31), 물 또는 스팀공급선(32), 전력선(33)과 제어회선(34)이 합체되어 있다. 상기 배관로는 청소헤드의 측방향으로 피봇가능한 연결구(19)를 통하여 청소헤드(10)에 연결되고 청소본체(40)에는 배관로 출입구(52)를 통하여 청소본체 하단 인접 외주부에 설치된 와인더(53)에 감긴다. 원거리나 방간이동의 경우에는 청소본체의 제어수단에 의한 호밍이나 상기 와인더(53)에 강제 감김으로 청소헤드(10)를 마운트부(56)에 탑재할 수 있다. 이 때 본체흡입구를 폐쇄하고 별도의 직접흡입구를 개방하여 공기정화기능을 수행한다.
도2a와 도2b는 본 발명의 한 실시양태로서 청소로봇 시스템의 청소헤드의 구조를 보여주는 배면도와 개략적인 분해사시도이다. 양 측면에 한 쌍의 주행용 바퀴(11)은 종동바퀴(12)와 함께 구동모터(주행용 바퀴내에 있음)에 의하여 역회전을 비롯한 변속이 가능하여 제자리에서 회전과 방향전환이 가능하다. 회전형의 솔 또는 브러쉬(4)에 이어 흡입구(13), 스팀노즐(15)과 흡입구(13)가 배치된다. 브러쉬의 형태, 흡입구의 수, 노즐의 형태를 포함하는 배치순서는 다양한 선택이 가능하다.
도3a와 도3b는 본 발명의 한 실시양태로서 청소헤드의 다른 구조를 보여주는 배면도와 개략적인 분해사시도이다. 양 측면에 한 쌍의 주행용 바퀴(11)은 종동바퀴(12)와 함께 구동모터에 의하여 역회전을 비롯한 변속이 가능하여 제자리에서 회전과 방향전환이 가능하다. 회전형의 솔 또는 브러쉬(14')이 전면에 배치되고 뒤이어 흡입구(13), 스팀노즐(15)과 흡입구(13)가 배치되는 것은 도2a와 도2b와 같다. 다만 후부에 배치된 청소포벨트(16)는 구동 롤(21)과 종동 롤(22)에 감기고 압착 롤(25)과 세척수 또는 스팀분사구(24)에 의하여 청소포의 세척이 가능하다. 상기 청소포는 연속기공을 가진 부직포, 직포 또는 발포체가 사용된다. 바람직하게는 탄성발포체이다. 이러한압착 롤(25)과 세척수 또는 스팀분사구(24)에 의한 청소포의 세척은 주기적으로하거나 별도의 설정으로 할 수 있다. 오염된 청소포는 일차적으로 스팀분사에 의하여 오염물이 느슨한 상태에서 압착에 의하여 탈리되고 진공흡입에 의하여 세척된다. 브러쉬의 형태, 흡입구의 수, 노즐의 형태를 포함하는 배치순 서는 다양한 선택이 가능하다.
도4는 본 발명의 한 실시양태로서 청소본체(40)를 상세히 예시한다. 청소본체는 오염물수집통(48), 전원공급수단(47)와 진공펌프(46)가 탑재되고 오물수집통(48)은 본체흡입구(59)를 통하여 진공흡입관로(31)와 연결되고 배출공기는 진공펌프(46)에 의하여 배출되기 전에 필터 카트리지(49)를 통과하고 배출된다. 청소본체(40)는 주행용바퀴(55)와 종동바퀴(57)에 의하여 지지되고 전동모터(54)에 의하여 이동가능하다. 또한 와인더(53)와 배관로출입구(52)에 의하여 배관로(30)의 출입저장이 가능하고 본체흡입구(59)로 연결된다. 필터 카트리지(49)는 습식필터 또는 기액분리필터(49a)와 HEPA필터(49b) 순으로 결합되어 있다. 스팀통(42)는 히터(43)이 장착되고 펌프(45)를 통하여 물을 주입하고 증기배출밸브에 의하여 증기압이 일정 압력을 초과하면 증기공급구로 증기를 배출하여 스팀공급관(32)으로 증기를 공급한다. 스팀과 물을 선택적으로 공급할 수 있다. 이 때 본체흡입구(59)를 폐쇄하고 별도의 직접흡입구(68)를 선택 차단기(67)를 개방하여 공기정화기능을 수행한다. 제어수단(61)은 중앙연산유니트와 메모리로 이루어지고 제어반(62)에 의하여 설정하여 제어한다. 제어반(62) 인근에는 청소본체(40) 위치감지용 PSD센서(65)가 탑재된다.
도1a는 본 발명의 한 실시양태로서 청소로봇 시스템을 개략적으로 설명하는 사시도이다.
도1b는 본 발명의 한 실시양태로서 청소헤드가 청소본체에 탑재된 상태를 보여주는 사시도이다.
도2a와 도2b는 본 발명의 한 실시양태로서 각각 청소로봇 시스템의 청소헤드의 구조를 보여주는 배면도와 개략적인 분해사시도이다.
도3a와 도3b는 본 발명의 한 실시양태로서 청소헤드의 다른 구조를 보여주는 배면도와 개략적인 분해사시도이다.
도4는 본 발명의 한 실시양태로서 청소본체의 단면도이다.
* 주요도면 부호의 설명 *
10: 청소헤드 30: 배관로 40: 청소본체 13; 흡입구
15; 스팀노즐 19:연결구 14, 14':브러쉬 16; 청소포벨트
21: 구동롤 22; 종동롤 25; 압축롤 32: 스팀공급관
40: 청소본체 61; 제어수단 62; 제어반

Claims (5)

  1. 바닥면에 형성된 흡입구, 상기 흡입구 인근에 배치된 세척수 또는 스팀분사 노즐, 상기 흡입구에 연통되는 측면 연결구, 양 측면에 배치된 주행용 바퀴, 상기 주행용 바퀴를 구동하기 위한 변속형 구동모터와 장애물 감지센서 또는 위치감지수단을 포함하는 반형(盤形) 자주식 청소헤드; 상기 청소헤드에 연결되는 유연성 배관로; 및 상기 유연성 배관로에 연결되고 주행용 바퀴에 의하여 이동하며 세척수통 또는 스팀생성수단과 진공펌프, 오물수집통, 배출공기 분리수단, 전원공급수단과 제어수단을 포함하는 청소본체로 이루어지고 상기 배관로에 의하여 진공흡입관로와 이와 별도로 세척수공급관 또는 스팀공급관을 유지하는 위성 방식의 청소로봇 시스템에 있어서, 상기 청소본체는 하부에 배관로를 감아들이거나 풀어주는 와인더를 구비한 위성 방식의 청소로봇 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 청소본체는 하단 측면에 마운트부를 구비하여 청소헤드를 감아들여서 상기 마운트부에 탑재하는 위성 방식의 청소로봇 시스템
  3. 제2항에 있어서, 상기 청소헤드는 구동 롤과 종동 롤에 감긴 청소포 벨트와 이를 압착하는 압착롤을 더 포함하고 상기 청소포 벨트는 상기 청소헤드의 내부 진공흡입영역에서 상기 종동릴과 상기 압착롤 사이에 압착되고 상기 압착롤 인근에 분사노즐을 배치하여 오염된 청소포를 자가세척하는 위성 방식의 청소로봇 시스템
  4. 제3항에 있어서, 공기정화모드로 설정되면 상기 배관로의 진공흡입관로와 연결된 본체흡입구는 폐쇄하고 별도의 직접흡입구를 개방하여 공기정화기능을 수행하는 위성 방식의 청소로봇 시스템
  5. 제4항에 있어서, 상기 청소본체의 상기 전원공급수단은 충전가능한 배터리를 포함하는 청소로봇 시스템
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