WO2022080646A1 - 로봇청소기 - Google Patents

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WO2022080646A1
WO2022080646A1 PCT/KR2021/010919 KR2021010919W WO2022080646A1 WO 2022080646 A1 WO2022080646 A1 WO 2022080646A1 KR 2021010919 W KR2021010919 W KR 2021010919W WO 2022080646 A1 WO2022080646 A1 WO 2022080646A1
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suspension
supported
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PCT/KR2021/010919
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한승일
고영호
김신애
권기환
김신
김진희
정재열
정현수
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • B60B2200/40—Articles of daily use
    • B60B2200/49—Domestic appliances, e.g. vacuum cleaners

Definitions

  • the present invention relates to a robot cleaner, and more particularly, to an improvement of the wheel assembly structure of a robot cleaner.
  • a robot vacuum cleaner is a device that automatically cleans the cleaning area by sucking foreign substances such as dust from the floor while driving in the cleaning area without user's manipulation. These robot cleaners detect the distance to obstacles such as furniture, office supplies, and chins installed in the cleaning area, and perform cleaning while avoiding or crossing the obstacle by mapping the cleaning area or controlling the driving of the left and right wheels. .
  • a conventional robot cleaner includes a pair of wheels, a support frame that supports the wheel on one side and the other side is rotatably and elastically supported by the cleaning main body, a drive motor installed on the support frame, and a support frame, and is provided in the support frame to control the rotational force of the drive motor. It includes a gear unit that transmits to the The cleaning main body may perform cleaning while repeating raising and lowering based on the wheel. According to this elevating operation, since the electric wire connected from the cleaning main body to the driving motor supported by the support frame also moves together, it may cause a problem in which the electric wire is broken.
  • a robot cleaner implemented in a compact size may cause an error in detecting a low obstacle as a high obstacle due to a large lifting angle of the cleaning body when climbing an obstacle, which may cause a problem of not crossing the obstacle.
  • Another object of the present invention is to provide a robot cleaner capable of improving obstacle climbing performance.
  • the robot cleaner for achieving the above object.
  • the robot cleaner includes a cleaning main body, a motor fixed to the cleaning main body, a wheel rotating for driving of the cleaning main body, a gear unit transmitting the rotational force of the motor to the wheel, and the cleaning main body spaced apart from the rotating shaft of the motor and a suspension having one end rotatably supported by the pivot of .
  • the motor may be supported by the cleaning body.
  • the pivot shaft may be provided to be spaced apart from the rotation shaft of the motor.
  • the pivot shaft may be positioned between the rotation shaft of the motor and the lower end of the cleaner main body, and may be provided closer to the lower end of the cleaner main body than the rotating shaft.
  • the gear part may include a first gear part provided between the rotation shaft of the motor and the pivot shaft and a second gear part provided between the pivot shaft and the wheel shaft of the wheel.
  • the first gear unit may include a speed reducer.
  • the first gear unit may include a first gear supported on the motor shaft, a second gear supported on the pivot shaft, and a third gear supported on the cleaning body to be rotated in engagement with the first gear and the second gear.
  • the third gear includes a third lower gear and a third upper gear integrally supported coaxially, the third lower gear meshing with the first gear, and the third upper gear meshing with the second gear.
  • the second gear unit includes a fourth gear integrally supported coaxially with the second gear, a fifth gear supported on the wheel shaft, and sixth to eighth gears provided to be sequentially meshed between the fourth gear and the fifth gear.
  • a fourth gear integrally supported coaxially with the second gear
  • a fifth gear supported on the wheel shaft
  • sixth to eighth gears provided to be sequentially meshed between the fourth gear and the fifth gear.
  • the seventh gear may include a seventh lower gear and a seventh upper gear integrally supported coaxially
  • the eighth gear may include an eighth lower gear and an eighth upper gear integrally supported coaxially.
  • the sixth gear may mesh with the fourth gear and the seventh lower gear at the same time, the seventh upper gear may mesh with the eighth lower gear, and the eighth upper gear may mesh with the fifth gear.
  • the suspension may include a gear case accommodating the second gear unit.
  • the suspension may include a tension spring having both ends supported by the suspension and the cleaning main body and elastically expanding and contracting according to the rotation of the pivot.
  • the suspension may include a first hook support part provided at one end of the tension spring to which one end is hooked, and the cleaning body may include a second hook support part hooked to the other end of the tension spring.
  • the cleaning body may include a suspension case for accommodating the suspension, the first hook support part protrudes through one side of the suspension case, and the second hook support part may be supported on the other side of the suspension case.
  • It may further include a lift detection unit for detecting the lift of the wheel with respect to the cleaning body.
  • the lift detection unit may be provided within a rotation radius of the first hook support unit according to rotation of the suspension.
  • the lift detection unit may include an actuator that supports a magnet and is rotatably supported by rotation of the first hook support unit, and a magnet sensor provided in the cleaning body within a rotation path of the actuator.
  • the first hook support part may rotate the actuator so that the magnet coincides with the magnet sensor.
  • the cleaning body may have a center of gravity positioned in front with respect to the center of the wheel.
  • the robot cleaner of the present invention can increase the gripping force by providing the pivot shaft of the suspension to be spaced apart from the rotation shaft of the driving motor.
  • the robot cleaner of the present invention can satisfy the carpet running and climbing performance, which are opposite specifications, at the same time by adopting a two-stage spring structure of a tension spring and a compression spring.
  • the robot cleaner of the present invention can improve climbing performance by performing fall detection before climbing an obstacle and in a state positioned above the obstacle, respectively.
  • the robot cleaner of the present invention can increase wheel stroke and improve wheel lift-up stick by sensing wheel lift-up using a separate actuator.
  • FIG. 1 is a perspective view of a robot cleaner according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a bottom surface of the robot cleaner of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a view showing a wheel assembly of a robot cleaner.
  • FIG. 4 is a view showing a wheel assembly in a state in which the suspension cover and the suspension are disassembled in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is an exploded view of the wheel assembly in FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a view showing a gear unit.
  • FIG. 7 is a view showing a gear case.
  • FIG 8 is a view showing a state before the operation of the compression spring.
  • FIG. 9 is a view showing a state after the operation of the compression spring.
  • FIG. 10 is a view showing a state before the operation of the tension spring of the robot cleaner.
  • 11 is a view showing a state after the operation of the tension spring of the robot cleaner.
  • FIG. 13 is a view showing a state before the operation of the lift detection unit.
  • FIG. 14 is a view showing a state after the operation of the lift detection unit.
  • FIG. 15 is a view showing a lift detection unit according to a second embodiment of the present invention.
  • 16 is a view for explaining the relationship between the installation position of the suspension and the traction force.
  • 17 is a graph showing the relationship between the stroke size of the wheel and the traction force.
  • 19 is a table showing the change in traction force according to the change of the mounting position of the suspension.
  • 21 is a block diagram showing the configuration of a robot cleaner.
  • 22 is a view illustrating a state in which the robot cleaner collides with an obstacle while driving.
  • 23 is a view showing a state in which the robot cleaner is mounted on an obstacle during climbing.
  • FIG. 1 is a perspective view of a robot cleaner 1 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a bottom surface of the robot cleaner 1 of FIG. 1 .
  • the robot cleaner 1 As shown in FIGS. 1 and 2 , the robot cleaner 1 according to the first embodiment of the present invention is provided on the left and right sides of the cleaning main body 2 and the cleaning main body 2 for cleaning while traveling in the cleaning area. and may include a pair of wheel assemblies 4 for driving the cleaning body 2 , and a sensor unit 6 .
  • the cleaning body 2 includes a dust suction body 21 that generates a suction force to suck dust in the cleaning area, an upper cover 22 that covers the upper part of the dust suction body 21, and a sensor unit 6 for accommodating the It includes a sensor housing (23).
  • the dust suction body 21 includes a suction unit 211 that sucks foreign substances such as dust while driving in the cleaning area, a suction motor that generates a suction force for sucking dust in the cleaning area, and a filter that filters foreign substances such as inhaled dust , and may include a dust bin containing the filtered foreign matter.
  • the suction unit 211 may suck the dust in the cleaning area into the cleaning main body 2 by a suction force.
  • the suction unit 211 may include a drum brush 2112 that shakes off dust on the floor or carpet while rotating.
  • Each of the pair of wheel assemblies 4 may include a wheel 41 that rotates so that the cleaning body 2 moves without slipping through the cleaning area.
  • the sensor unit 6 may be mounted on the sensor housing 23 of the cleaning main body 2 .
  • the sensor unit 6 may detect the distance to the obstacle, the position of the obstacle, the height of the obstacle, etc. by irradiating infrared light, laser light or ultrasonic wave to the cleaning area and using infrared light reflected by hitting the obstacle.
  • the sensor unit 6 may include a light source emitting light and a light receiving unit receiving light reflected by the emitted light hitting an obstacle.
  • the light source may include a light emitting body emitting infrared or visible light, for example, an infrared or visible light emitting diode (LED) or a light emitting body emitting laser light.
  • the light receiving unit is an aggregate of a plurality of unit pixels arranged in a matrix form, and each unit pixel is composed of various light receiving elements such as CdS (CADMIUM SULFIDE CELL, cadmium sulfide cell), photodiode, and phototransistor. can be implemented.
  • CdS CADMIUM SULFIDE CELL
  • cadmium sulfide cell CADMIUM SULFIDE CELL
  • photodiode cadmium sulfide cell
  • phototransistor phototransistor
  • FIG. 3 is a view showing the wheel assembly 4 of the robot cleaner 1
  • FIG. 4 is a view showing the wheel assembly 4 in a state in which the suspension cover 4422 and the suspension 44 are disassembled in FIG. 3
  • 5 is an exploded view showing the wheel assembly 4 in FIG. 3
  • FIG. 6 is a view showing the gear part 43
  • FIG. 7 is a view showing the gear case 441 .
  • the wheel assembly 4 may include a wheel 41 , a driving motor 42 , a gear unit 43 , and a suspension 44 .
  • the wheel 41 may be provided with a plurality of teeth on the outer circumferential surface so as to travel in the cleaning area without slipping.
  • the cleaning main body 2 may be located in front or rear with respect to the center of the wheel 41 .
  • the driving motor 42 may be fixed to the cleaning main body 2 .
  • the driving motor 42 may include a rotating driving shaft 421 . As described above, since the driving motor 42 fixedly installed on the cleaning main body 2 is always fixed regardless of the movement of the suspension 44, the problem that the electric wire supplying power to the driving motor 42 is disconnected can be prevented. can
  • the gear part 43 includes a first gear part 431 provided between the drive shaft 421 of the drive motor 42 and the pivot shaft R of the suspension 44, and the pivot shaft R, as shown in FIG. 6 . and a second gear portion 432 provided between the wheel shaft 411 of the wheel 41 .
  • the first gear unit 431 may include at least one of a helical gear, a worm gear, and a spur gear.
  • the first gear unit 431 includes a circular first gear 4311 fixedly supported on the driving shaft 421 of the driving motor 42 , and a circular second gear 4312 fixedly supported on the turning shaft R, and A circular third gear 4313 provided between the first gear 4311 and the second gear 4312 may be included.
  • the third gear 4313 the third lower gear 4313a and the third upper gear 4313b having a smaller diameter than the third lower gear 4313a are coaxially supported integrally with each other.
  • the first gear 4321 meshes with the third lower gear 4313a, and the second gear 4312 meshes with the third upper gear 4313b.
  • the third lower gear 4313a may have a larger diameter than the first gear 4311
  • the second gear 4312 may have a larger diameter than the third upper gear 4313b
  • the first gear unit 431 may have a deceleration function of decelerating the rotation speed of the driving motor 42 .
  • the turning shaft R is provided at a position spaced apart from the drive shaft 421 of the drive motor 42, and the first gear part 431 having a deceleration function is disposed at the spaced interval, thereby driving the motor 42. The noise caused by the rotation of the can be reduced.
  • the first gear part 431 may be accommodated in the first gear cover 433 to be covered.
  • the number of gears constituting the first gear unit 431 is not limited to three and may be variously changed. Also, the first gear unit 431 may be replaced with a belt or a chain instead of a gear.
  • the second gear part 432 has a smaller diameter than the second gear 4312 and is fixed to the wheel shaft 411 of the circular fourth gear 4321 and the wheel 41 integrally supported coaxially with the second gear 4312 .
  • the supported circular fifth gear 4322, the fourth gear 4321 and the fifth gear 4322 may include circular sixth to eighth gears 4323, 4324, and 4325 provided to engage in sequence. there is.
  • the seventh gear 4314 may be coaxially supported integrally with the seventh lower gear 4314a and the seventh upper gear 4314b having a smaller diameter than the seventh lower gear 4314a.
  • the eighth gear 4315, the eighth lower gear 4315a and the eighth upper gear 4315b having a larger diameter than the eighth lower gear 4315a may be coaxially supported integrally.
  • the sixth gear 4313 meshes with the fourth gear 4321 and the seventh lower gear 4324a at the same time, the seventh upper gear 4314b meshes with the eighth lower gear 4315a, and the eighth upper gear ( 4315b is meshed with the fifth gear 4322 .
  • the gear structure constituting the second gear unit 432 is not limited to the above-described ones and may be variously changed. Also, the second gear unit 432 may be replaced with a belt or a chain instead of a gear.
  • One end of the suspension 44 is rotatably supported on the pivot R of the cleaning main body 2 and the other end supports the wheel 41 .
  • the wheel 41 may rotate about the pivot R of the cleaning main body 2 in a state suspended from the suspension 44 .
  • the turning shaft R may be provided at a position spaced apart from the driving shaft 421 of the driving motor 42 .
  • the turning shaft R may be provided between the drive shaft 421 of the drive motor 42 and the lower end of the cleaning main body 2 , preferably as close to the lower end of the cleaning main body 2 as possible. In this way, since the turning shaft R is installed to be spaced apart from the driving shaft 421 of the driving motor 42 and disposed close to the lower end of the cleaning main body 2, the wheel 41 rotates when the cleaning main body 2 ), the stroke protruding from the lower end can be increased to improve the obstacle climbing ability.
  • the suspension 44 may include a gear case 441 , a suspension case 442 , a tension spring 443 , and a compression spring 444 .
  • the gear case 441 accommodates a gear accommodating part 4411 capable of accommodating the second gear part 432 that transmits the power of the driving motor 42 to the wheel 41 , and the second gear part 432 . It may include a second gear cover 4412 covering the gear accommodating part 4411 in one state.
  • the gear case 441 may be accommodated in the suspension case 442 rotatably about the pivot R of the cleaning main body 2 .
  • the gear case 441 is provided to protrude in the approximately 3 o'clock direction to the other end supporting the first hook support portion 4413 and the wheel 41 protruding in the approximately 11 o'clock direction from one end supported by the pivot R.
  • a guide lever 4414 may be included.
  • the first hook support part 4413 includes a hook engaging part 44131 on which one end of the tension spring 443 is caught and a engaging projection 44132 on which the engaging projection 6122 of the actuator 612, which will be described later, is caught.
  • the suspension case 442 may include a suspension accommodating part 4421 accommodating the gear case 441 , and a suspension cover 4422 covering the suspension accommodating part 4421 .
  • the suspension case 442 may be fixed to the cleaning main body 2 in a state in which the gear case 441 on which the wheel 41 is supported is accommodated.
  • the suspension case 442 protrudes to the outside through the first hook support part 4413 of the received gear case 441, and the first hook support part 4413 when the gear case 441 rotates.
  • the opening 4425 formed so as to be movable, the second hook support part 4426 provided above the position covering the guide lever 4414 of the gear case 441, and the second hook support part 4426 for receiving the spring provided below portion 4423 may be included.
  • the spring receiving portion 4423 may extend substantially perpendicular to the extension direction of the tension spring 443 .
  • the spring receiving portion 4423 may extend in the circumferential or tangential direction of a circle centered on the pivot axis (R).
  • the inside of the spring accommodating part 4423 may include a spring supporting part 4424 inserted to support the lower end of the compression spring 444 and to move within the spring accommodating part 4423 . Movement of the spring support part 4424 in the spring accommodating part 4423 may be made by the guide lever 4414 which turns according to the rotation of the suspension 44 . The operation of the compression spring 444 will be described in detail later.
  • the tension spring 443 has a first hook 4431 of one end caught on the first hook support part 4413 of the gear case 441, and the second hook 4432 of the other end of the suspension case 442 has a second hook support part ( 4426).
  • the compression spring 444 may be accommodated in the spring receiving portion 4423 .
  • One end of the compression spring 444 may be coupled to the first protrusion provided on the upper end of the spring receiving part 4423 and the other end may be coupled to the second protrusion provided on the spring supporting part 4424 .
  • FIG 8 and 9 are views showing before and after the operation of the compression spring 444, respectively.
  • the spring support part 4424 compresses the compression spring 444 from the bottom of the spring accommodating part 4423 by the guide lever 4414 while compressing the predetermined It can be floated by distance.
  • the compression of the compression spring 444 may be released while the guide lever 4414 rotates clockwise by the rotation of the suspension 44 . Accordingly, the spring support portion 4424 may fall to the bottom of the spring accommodation portion 4423 in a floating state by the restoring force of the compression spring 444 . Thereafter, when the suspension 44 is further rotated, the guide lever 4414 may be further rotated while being separated from the spring support 4424 . That is, the compression spring 444 is no longer involved in the rotation of the suspension 44 after the spring support portion 4424 is positioned at the bottom of the spring receiving portion 4423 .
  • FIG 10 and 11 are views showing before and after the operation of the tension spring 443, respectively.
  • the cleaning main body 2 may move toward the ground by the load.
  • the tension spring 443 may be elastically stretched by the load, and the compression spring 444 may be compressed by the guide lever 4414 .
  • the cleaning main body 2 runs in a state where the tensile restoring force of the tensile spring 443 and the compressive repulsive force of the compression spring 444 act in the opposite direction to the ground, and it can easily rise from the ground even with a small force.
  • the center of gravity of the cleaning body 2 is located in the front of the driving direction, the wheel 41 located at the rear can more easily protrude when it collides with an obstacle while driving.
  • the cleaning main body 2 may further include a stopper that restricts rotation of the suspension 44 in one direction according to the load of the cleaning main body 2 and rotation in the opposite direction according to the restoring force of the tension spring 443 not to exceed a predetermined threshold value. there is.
  • the first hook support part 4413 may rotate together in a clockwise direction as the suspension 44 rotates about the pivot axis R. At this time, the first hook support part 4413 may operate the lift-up detection part 61 provided in the rotation path.
  • the lift detection unit 61 may detect whether the wheel 41 is lifted with respect to the cleaning main body 2 by an obstacle.
  • FIG. 12 is an exploded view of the lift detection unit 61
  • FIG. 13 is a view showing the state before the operation of the lift detection unit 61
  • FIG. 14 is a view showing the state after the operation of the lift detection unit 61 am.
  • the lift detection unit 61 includes a magnet sensor 611 provided in the cleaning main body 2 , and an actuator 612 in which the magnet 6121 is supported and rotatably supported by the cleaning main body 2 .
  • a magnet sensor 611 provided in the cleaning main body 2
  • an actuator 612 in which the magnet 6121 is supported and rotatably supported by the cleaning main body 2 .
  • the magnet sensor 611 may be located in the rotation path of the magnet 6121 supported by the actuator 612 .
  • the magnet sensor 611 may confirm that the wheel 41 is lifted by the rotation of the suspension 44 as the magnet 6121 is detected.
  • the actuator 612 may rotate from the initial position to the sensing position by rotation of the first hook support part 4413 .
  • the actuator 612 may include a magnet 6121 provided at a position passing the magnet sensor 611 during rotation and a locking protrusion 6122 caught on the rotating first hook support part 4413 .
  • the actuator 612 may rotate while the locking protrusion 6122 is caught by the locking jaw 43122 of the first hook support part 4413 .
  • the magnet 6121 coincides with the magnet sensor 611 in the path by the rotation of the actuator 612 .
  • the magnet sensor 611 is turned on when the magnet 6121 is detected, and the control unit 5 may recognize that the robot cleaner 1 is caught in an obstacle.
  • the lift detection unit 61 may include a torsion spring 613 provided on the rotation shaft 6122 of the actuator 612 .
  • the torsion spring 613 accumulates a torque force in the opposite direction when the actuator 612 rotates from the initial position of FIG. 13 to the sensing position by the first hook support part 4413, and accumulates when returning from the sensing position to the initial position. It is restored by releasing the applied torque force. Thereafter, in the magnet sensor 611, the actuator 612 is returned to the initial position by the torsion spring 613 to maintain an off state.
  • the magnet 6121 is placed at a position spaced apart from the magnet sensor 611 .
  • the locking protrusion 6122 of the actuator 612 may be caught by the locking protrusion 44132 of the rotating first hook support part 4413 .
  • the actuator 612 may rotate counterclockwise.
  • the rotation range of the first hook support part 4413 of the present invention can be increased compared to the case where the magnet is mounted on itself.
  • the robot cleaner 1 of the present invention can increase the stroke of the wheel 41 by increasing the rotation range of the suspension 44, that is, the rotation angle, by using the actuator 612 when the suspension 44 is rotated. there is. Since the height of the wheel 41 protruding from the cleaning main body 2 increases, the degree of reduction in the traction force according to the protrusion of the wheel 41 may be reduced. As a result, the robot cleaner 1 can improve the climbing performance of obstacles.
  • the lift detection unit 61 is not limited to the magnetic sensor 611, and may be implemented as other sensors such as, for example, a micro switch, a touch sensor, and a motion sensor.
  • FIG. 15 is a view showing a lift detection unit 61 according to a second embodiment of the present invention.
  • the lift detection unit 61 may include a pressure spring 614 and a spring mounting groove 615 .
  • the pressure spring 614 may be applied instead of the torsion spring 613 of FIG. 12 .
  • the pressure spring 614 is compressed when the actuator 612 rotates from the initial position to the sensing position, and may be restored when returning from the sensing position to the initial position.
  • the spring mounting groove 615 is dug along the rotational direction of the actuator 612 , and the pressure spring 614 may be accommodated therein.
  • the pressure spring 614 is compressed as it rotates counterclockwise of the actuator 612 and may be restored as it rotates clockwise.
  • 16 is a view for explaining the relationship between the installation position of the suspension 44 and the traction force F N .
  • the grip force (F N ) may be defined by the following Equation 1
  • R N is the distance from the pivot axis R to the contact point N on the outer peripheral surface of the wheel 41 in contact with the ground
  • R S is the tension spring 443 in the pivot axis R
  • A is the rotation angle of the suspension 44
  • B is the protrusion angle of the wheel 41
  • k ⁇ x is the tensile force of the tension spring 443 .
  • the traction force F N can be improved by increasing cosA and k ⁇ x .
  • the protrusion angle B of the wheel 41 is dependent on the rotation angle A of the suspension 44 .
  • the 17 is a graph showing the relationship between the stroke size of the wheel 41 and the traction force F N .
  • the stroke size of the wheel 41 corresponds to the protruding length of the wheel 41 .
  • the traction force F N decreases as the protrusion length of the wheel 41 increases when it is the maximum in the lowest protrusion state of the wheel 41 while driving.
  • the traction force F N is gently reduced.
  • the pivot (R) of the suspension (44) is provided close to the lower end of the cleaning main body (2), and the first hook support part (4413) is disposed at an angle as large as possible with respect to the vertical line passing the pivot (R),
  • FIG. 18 is a view showing an example of a change in the mounting position of the suspension 44
  • FIG. 19 is a table showing a change in the gripping force F N according to the change in the mounting position of the suspension 44 .
  • the mounting position of the suspension 44 may be changed as follows.
  • Condition values of 2, 3, 5, and 7 can be adjusted to improve driving and climbing traction (F N ).
  • the traction force F N can be expressed as follows.
  • FIG. 20 is a table showing a change in the traction force (F N ) according to a change in the mounting position of the suspension 44 .
  • the traction force (F N ) for each of the conditions R 2 (2), ⁇ 3 (3), L 5 (5), and ⁇ 7 (7) is 0.95kgf, 0.94kgf, 0.98kgf, 0.92 kgf. Therefore, the contribution of the traction force F N is large in the order of L 5 (5), R 2 (2), ⁇ 3 (3), and ⁇ 7 (7). At this time, it can be seen that the traction force (F N ) is directly affected by the spring force (F s ).
  • 21 is a block diagram showing the configuration of the robot cleaner 1 .
  • the robot cleaner 1 may include a wheel assembly 4 , a control unit 5 , and a sensor unit 6 .
  • the wheel assembly 4 may be driven under the control of the controller 5 so that the cleaning main body 2 travels in the cleaning area.
  • the control unit 5 generally controls each part constituting the robot cleaner 1 .
  • the controller 5 may control the driving motor 42 of the wheel assembly 4 according to the obstacle situation detected by the sensor unit 6 , for example, the height of the obstacle or the height of the fall.
  • the control unit 5 executes a control program (or instruction) to perform a control operation.
  • the control unit 5 loads at least a part of the control program from the nonvolatile memory in which the control program is installed to the volatile memory, and includes at least one general-purpose processor that executes the loaded control program, for example, CPU (Central Processing). Unit), an application processor (AP), or a microprocessor may be implemented.
  • CPU Central Processing
  • AP application processor
  • microprocessor a microprocessor
  • control unit 5 can be implemented in a form included in the main SoC (Main SoC) mounted on the PCB built in the robot cleaner (1).
  • the sensor unit 6 may include a lift detection unit 61 and a fall detection unit 62 .
  • the lift detection unit 61 may detect whether an obstacle is sandwiched between the ground and the cleaning body. When the lift detection unit 61 is in the on state, the control unit 5 may stop running and determine whether to cross or bypass the obstacle according to the detection value of the fall detection unit 62 .
  • the fall detection unit 62 may measure the height of the obstacle and/or the fall height when the lift detection unit 61 is turned on.
  • FIG 22 is a view illustrating a state in which the robot cleaner 1 collides with an obstacle while driving.
  • the cleaning main body 2 is lifted and the wheel 41 may contact the obstacle.
  • the fall detection unit 62 may measure the height of the obstacle located in the front first and transmit it to the control unit 5 . If the height of the obstacle is, for example, 10 cm or less, the controller 5 may determine climbing the obstacle, and if it exceeds 10 cm, it may determine the bypass pass.
  • the fall detection unit 62 may secondarily measure the fall distance on the obstacle and transmit it to the controller 5 . If the distance from the top of the obstacle to the floor is, for example, 7 cm or less, the control unit 5 may determine the climb, and if it exceeds 7 cm, it may determine the bypass pass by going backwards.
  • the robot cleaner 1 of the present invention can improve climbing performance by determining the obstacle situation over the second time when climbing the obstacle.

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Abstract

로봇청소기가 개시된다. 로봇청소기는 청소기본체, 상기 청소기본체에 고정되게 마련된 모터, 상기 청소기본체의 주행을 위하여 회전하는 휠, 상기 모터의 회전력을 상기 휠에 전달하는 기어부 및 상기 모터의 회전축으로부터 이격된 상기 청소기본체의 선회축에 회전 가능하게 지지되는 일단부와, 상기 일단부로부터 연장되며 상기 선회축에 대한 회전에 따라 상기 휠이 상기 청소기본체에 대하여 회전하도록 상기 휠에 지지되는 타단부를 포함하는 서스펜션을 포함한다.

Description

로봇청소기
본 출원은 2020년 10월 15일자로 대한민국 특허청에 제출된 대한민국 특허 출원번호 제10-2020-0133485호에 기초한 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 전체가 참조로 본 발명에 포함된다.
본 발명은 로봇청소기, 더욱 상세하게는 로봇청소기의 휠 어셈블리 구조의 개선에 관한 것이다.
로봇청소기는 사용자의 조작 없이도 청소구역을 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하여 청소구역을 자동으로 청소하는 장치이다. 이러한 로봇 청소기는 청소구역 내에 설치된 가구나 사무용품, 턱 등의 장애물까지의 거리를 감지하고, 그에 따라 청소구역을 매핑(mapping)하거나, 좌륜과 우륜의 구동을 제어하여 장애물을 회피하거나 넘으면서 청소를 수행한다.
종래의 로봇청소기는 한 쌍의 휠, 일측에 휠을 지지하고 타측이 청소기본체에 회전 가능하게 탄성적으로 지지되는 지지프레임, 지지프레임에 설치된 구동모터 및 지지프레임 내에 마련되고 구동모터의 회전력을 휠에 전달하는 기어부를 포함하고 있다. 청소기본체는 휠을 기준으로 승하강을 반복하면서 청소를 수행할 수 있다. 이와 같은 승하강 동작에 따라, 청소기본체로부터 지지프레임에 지지된 구동모터로 연결된 전선도 함께 움직이기 때문에 전선이 끊어지는 문제를 초래할 수 있다.
또한, 컴팩트 한 사이즈로 구현된 로봇청소기는 장애물 승월 시 청소기본체의 들림 각도가 커서 낮은 장애물을 높은 장애물로 감지하는 오류가 발생하여 장애물을 넘지 않는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 컴팩트 한 사이즈로 구현된 로봇청소기는 지지프레임의 선회각도 범위가 작아져 휠 들림 스턱(stuck)이 자주 일어나고 접지력 저하가 일어날 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 휠 스트로크와 접지력을 증가시키고 구동모터의 전력을 공급하는 전선의 단선을 방지할 수 있는 로봇청소기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 장애물 승월 성능 개선할 수 있는 로봇청소기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 로봇청소기가 제공된다. 로봇청소기는, 청소기본체, 상기 청소기본체에 고정되게 마련된 모터, 상기 청소기본체의 주행을 위하여 회전하는 휠, 상기 모터의 회전력을 상기 휠에 전달하는 기어부 및 상기 모터의 회전축으로부터 이격된 상기 청소기본체의 선회축에 회전 가능하게 지지되는 일단부와, 상기 일단부로부터 연장되며 상기 선회축에 대한 회전에 따라 상기 휠이 상기 청소기본체에 대하여 승강하도록 상기 휠이 지지되는 타단부를 가진 서스펜션을 포함한다.
상기 모터는 상기 청소기본체에 지지될 수 있다.
상기 선회축은 상기 모터의 회전축으로부터 이격되게 마련될 수 있다.
상기 선회축은 상기 모터의 회전축과 상기 청소기본체의 하단 사이에 위치하되, 상기 회전축보다 상기 청소기본체의 하단에 더 가깝게 마련될 수 있다.
상기 기어부는 상기 모터의 회전축과 상기 선회축 사이에 마련된 제1기어부와 상기 선회축과 상기 휠의 휠축 사이에 마련된 제2기어부를 포함할 수 있다.
상기 제1기어부는 감속기를 포함할 수 있다.
상기 제1기어부는 상기 모터축에 지지된 제1기어, 상기 선회축에 지지된 제2기어 및 상기 제1기어와 상기 제2기어에 맞물려 회전되도록 상기 청소기본체에 지지된 제3기어를 포함할 수 있다.
상기 제3기어는 동축으로 일체로 지지된 제3하부기어와 제3상부기어를 포함하며, 상기 제3하부기어는 상기 제1기어에 맞물리고, 상기 제3상부기어는 제2기어에 맞물릴 수 있다.
상기 제2기어부는 상기 제2기어에 동축으로 일체로 지지된 제4기어, 상기 휠축에 지지된 제5기어 및 상기 제4기어와 상기 제5기어 사이에 순서대로 맞물리게 마련된 제6 내지 제8기어를 포함할 수 있다.
상기 제7기어는 동축으로 일체로 지지된 제7하부기어와 제7상부기어를 포함하며, 상기 제8기어는 동축으로 일체로 지지된 제8하부기어와 제8상부기어를 포함할 수 있다.
상기 제6기어는 상기 제4기어와 제7하부기어에 동시에 맞물리고, 상기 제7상부기어는 상기 제8하부기어에 맞물리고, 상기 제8상부기어는 상기 제5기어에 맞물릴 수 있다.
상기 서스펜션은 상기 제2기어부를 수용하는 기어케이스를 포함할 수 있다.
상기 서스펜션은 양단부가 상기 서스펜션과 상기 청소기본체에 지지되며 상기 선회축의 회전에 따라 탄성적으로 신축하는 인장스프링을 포함할 수 있다.
상기 서스펜션은 상기 일단부에 마련되고 상기 인장스프링의 일단이 걸리는 제1후크지지부를 포함하며, 상기 청소기본체는 상기 인장스프링의 타단이 걸리는 제2후크지지부를 포함할 수 있다.
상기 청소기본체는 상기 서스펜션을 수용하는 커버하는 서스펜션 케이스를 포함하며, 상기 제1후크지지부는 상기 서스펜션 케이스의 일측을 통과 돌출되며, 상기 제2후크지지부는 상기 서스펜션 케이스의 타측에 지지될 수 있다.
상기 청소기본체에 대한 상기 휠의 상승을 감지하는 들림감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 들림감지부는 상기 서스펜션의 회전에 따른 상기 제1후크지지부의 회전반경 내에 마련될 수 있다.
상기 들림감지부는 자석을 지지하고 상기 제1후크지지부의 회전에 의해 회전 가능하게 지지된 액츄에이터 및 상기 액츄에이터의 회전 경로 내에 상기 청소기본체에 마련된 자석센서를 포함할 수 있다.
상기 제1후크지지부는 상기 자석이 상기 자석센서에 일치되도록 상기 액츄에이터를 회전시킬 수 있다.
상기 청소기본체는 무게중심이 상기 휠의 중심에 대해 전방에 위치될 수 있다.
본 발명의 로봇청소기는 휠을 구동하는 모터를 청소기본체에 고정함으로써 장애물 승월 또는 휠 변위가 발생할 때 구동모터에 전력을 공급하는 전선의 단선이 방지될 수 있다.
본 발명의 로봇청소기는 서스펜션의 선회축을 구동모터의 회전축에 이격되게 마련함으로써 접지력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 로봇청소기는 인장스프링과 압축스프링의 2단 스프링 구조를 채용하여 서로 상반된 스펙인 카펫 주행 및 승월 성능을 동시에 만족할 수 있다.
본 발명의 로봇청소기는 장애물 승월 전과 장애물 위에 위치한 상태에서 추락감지를 각각 수행함으로써 승월 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 로봇청소기는 별도의 액츄에이터를 이용하여 휠 들림을 감지함으로써 휠 스트로크를 증가시키고 휠 들림 스턱을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 로봇청소기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 로봇청소기의 저면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 로봇청소기의 휠 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에서 서스펜션커버와 서스펜션을 분해한 상태의 휠 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에서 휠 어셈블리를 분해하여 나타낸 도면이다.
도 6은 기어부를 나타낸 도면이다.
도 7은 기어케이스를 나타내는 도면이다.
도 8은 압축스프링의 동작 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 압축스프링의 동작 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 로봇청소기의 인장스프링의 동작 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 로봇청소기의 인장스프링의 동작 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 들림감지부를 분해하여 나타낸 도면이다.
도 13은 들림감지부의 동작 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 들림감지부의 동작 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 들림감지부를 나타내는 도면이다.
도 16은 서스펜션의 설치 위치와 접지력의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 휠의 스트로크 크기와 접지력 관계를 나타낸 그래프이다.
도 18은 서스펜션의 취부 위치 변경 조건을 나타내는 도면이다.
도 19는 서스펜션의 취부 위치 변경에 따른 접지력 변화를 나타내는 표이다.
도 20은 취부 위치에 따른 접지력 기여도를 나타내는 표이다.
도 21은 로봇청소기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 22는 로봇청소기가 주행 중 장애물에 부딪힌 상태를 나타내는 도면이다.
도 23은 로봇청소기가 승월 중 장애물에 올라가 있는 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 로봇청소기(1)의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 로봇청소기(1)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 로봇청소기(1)의 저면을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 로봇청소기(1)는 청소구역을 주행하며 청소를 수행하는 청소기본체(2), 청소기본체(2)의 좌측과 우측에 마련되고 청소기본체(2)를 주행하도록 하는 한 쌍의 휠 어셈블리(4), 및 센서부(6)를 포함할 수 있다.
청소기본체(2)는 흡입력을 생성하여 청소구역의 먼지를 흡입하는 먼지흡입본체(21), 먼지흡입본체(21)의 상부를 커버하는 상부커버(22), 및 센서부(6)를 수용하는 센서하우징(23)을 포함한다.
먼지흡입본체(21)는 청소구역을 주행하면서 먼지 등의 이물질을 흡입하는 흡입부(211), 청소구역의 먼지를 흡입하기 위한 흡입력을 생성하는 흡입모터, 흡입된 먼지 등의 이물질을 여과하는 필터, 및 여과된 이물질을 담는 먼지통을 포함할 수 있다.
흡입부(211)는 흡입력에 의해 청소구역 내의 먼지를 청소기본체(2) 내로 흡입할 수 있다. 흡입부(211)는 회전하면서 바닥 또는 카펫의 먼지를 털어내는 드럼브러시(2112)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 휠 어셈블리(4)는 각각 청소기본체(2)가 청소구역을 미끄러지지 않고 이동하도록 회전하는 휠(41)을 포함할 수 있다.
센서부(6)는 청소기본체(2)의 센서하우징(23)에 장착될 수 있다.
센서부(6)는 청소구역에 적외선 광, 레이저 광 또는 초음파를 조사하고 장애물에 부딪혀 반사하는 적외선 광 등을 이용하여 장애물과의 거리, 장애물의 위치, 장애물의 높이 등을 감지할 수 있다. 센서부(6)는 광을 방출하는 광원 및 방출된 광이 장애물에 부딪혀 반사하는 광을 받는 광수신부를 포함할 수 있다. 광원은 적외선이나 가시광선을 발광시키는 발광체, 예를 들어, 적외선 또는 가시광선 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 광을 출사하는 발광체를 포함할 수 있다. 광수신부는 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 단위 픽셀들의 집합체로서, 각 단위 픽셀들은 CdS(CADMIUM SULFIDE CELL, 황화 카드뮴 셀), 광 다이오드(PHOTO DIODE), 광 트랜지스터(PHOTO TRANSISTOR) 등의 다양한 수광소자로 구현될 수 있다.
도 3은 로봇청소기(1)의 휠 어셈블리(4)를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에서 서스펜션커버(4422)와 서스펜션(44)을 분해한 상태의 휠 어셈블리(4)를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3에서 휠 어셈블리(4)를 분해하여 나타낸 도면이고, 도 6은 기어부(43)를 나타낸 도면이고, 도 7은 기어케이스(441)를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 7에 나타낸 바와 같이, 휠 어셈블리(4)는 휠(41), 구동모터(42), 기어부(43), 및 서스펜션(44)을 포함할 수 있다.
휠(41)은 미끄러짐 없이 청소구역을 주행할 수 있도록 외주면에 다수의 톱니가 마련될 수 있다. 청소기본체(2)는 휠(41)의 중심에 대해 전방 또는 후방에 위치할 수 있다.
구동모터(42)는 청소기본체(2)에 고정될 수 있다. 구동모터(42)는 회전하는 구동축(421)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 청소기본체(2)에 고정 설치된 구동모터(42)는 서스펜션(44)의 움직임과 상관없이 항상 고정되어 있기 때문에, 구동모터(42)에 전력을 공급하는 전선이 단선되는 문제가 방지될 수 있다.
기어부(43)는 도 6에 나타낸 바와 같이 구동모터(42)의 구동축(421)과 서스펜션(44)의 선회축(R) 사이에 마련된 제1기어부(431)와, 선회축(R)과 휠(41)의 휠축(411) 사이에 마련된 제2기어부(432)를 포함할 수 있다.
제1기어부(431)는 헬리컬 기어, 웜기어 또는 스퍼기어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1기어부(431)는 구동모터(42)의 구동축(421)에 고정 지지된 원형의 제1기어(4311)와, 선회축(R)에 고정 지지된 원형의 제2기어(4312) 및 제1기어(4311)와 제2기어(4312) 사이에 마련된 원형의 제3기어(4313)를 포함할 수 있다. 제3기어(4313)는 제3하부기어(4313a)와 제3하부기어(4313a)보다 작은 직경의 제3상부기어(4313b)가 동축으로 상호 일체로 지지되어 있다.
제1기어(4321)는 제3하부기어(4313a)에 맞물리고, 제2기어(4312)는 제3상부기어(4313b)에 맞물린다.
제3하부기어(4313a)는 제1기어(4311)보다 큰 직경을 가지며, 제2기어(4312)는 제3상부기어(4313b)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 제1기어부(431)는 구동모터(42)의 회전속도를 감속하는 감속 기능을 가질 수 있다. 이와 같이, 선회축(R)은 구동모터(42)의 구동축(421)으로부터 이격된 위치에 마련되고, 이격된 간격에 감속기능을 가진 제1기어부(431)가 배치됨으로써 구동모터(42)의 회전에 의한 소음이 감소될 수 있다.
제1기어부(431)는 제1기어커버(433) 내에 수용되어 커버될 수 있다.
제1기어부(431)를 구성하는 기어의 수는 3개로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 제1기어부(431)는 기어 대신에 벨트나 체인으로 대체될 수 있다.
제2기어부(432)는 제2기어(4312)보다 작은 직경으로 제2기어(4312)에 동축으로 일체로 지지된 원형 제4기어(4321), 휠(41)의 휠축(411)에 고정 지지된 원형의 제5기어(4322), 제4기어(4321)와 제5기어(4322) 사이에 순서대로 맞물리도록 마련된 원형의 제6 내지 제8기어(4323,4324,4325)를 포함할 수 있다. 제7기어(4314)는 제7하부기어(4314a)와 제7하부기어(4314a)보다 작은 직경의 제7상부기어(4314b)가 동축으로 일체로 지지될 수 있다. 제8기어(4315)는 제8하부기어(4315a)와 제8하부기어(4315a)보다 큰 직경의 제8상부기어(4315b)가 동축으로 일체로 지지될 수 있다.
제6기어(4313)는 제4기어(4321)와 제7하부기어(4324a)에 동시에 맞물리고, 제7상부기어(4314b)는 제8하부기어(4315a)에 맞물리고, 제8상부기어(4315b)는 제5기어(4322)에 맞물린다.
제2기어부(432)를 구성하는 기어 구조는 상술한 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 제2기어부(432)는 기어 대신에 벨트나 체인으로 대체될 수 있다.
서스펜션(44)은 일단부가 청소기본체(2)의 선회축(R)에 회전 가능하게 지지되고 타단부가 휠(41)을 지지하고 있다. 휠(41)은 서스펜션(44)에 매달린 상태에서 청소기본체(2)의 선회축(R)을 중심으로 회전할 수 있다.
선회축(R)은 구동모터(42)의 구동축(421)이 이격된 위치에 마련될 수 있다. 선회축(R)은 구동모터(42)의 구동축(421)과 청소기본체(2)의 하단 사이에, 바람직하게는 가능한 한 청소기본체(2)의 하단에 가까운 위치에 마련될 수 있다. 이와 같이, 선회축(R)이 구동모터(42)의 구동축(421)으로부터 이격되게 설치됨과 더불어, 청소기본체(2)의 하단에 가깝게 배치되기 때문에, 휠(41)은 피봇 시 청소기본체(2)의 하단로부터 돌출되는 스트로크가 증가되어 장애물 승월 능력이 향상될 수 있다.
서스펜션(44)은 기어케이스(441), 서스펜션 케이스(442), 인장스프링(443), 및 압축스프링(444)를 포함할 수 있다.
기어케이스(441)는 구동모터(42)의 동력을 휠(41)에 전달하는 제2기어부(432)를 수용할 수 있는 기어수용부(4411)와, 제2기어부(432)를 수용한 상태에서 기어수용부(4411)를 덮는 제2기어커버(4412)를 포함할 수 있다. 기어케이스(441)는 청소기본체(2)의 선회축(R)을 중심으로 회전 가능하게 서스펜션 케이스(442) 내에 수용될 수 있다.
기어케이스(441)는 선회축(R)에 지지되는 일단부에 대략 11시방향으로 돌출하는 제1후크지지부(4413) 및 휠(41)을 지지하는 타단부에 대략 3시 방향으로 돌출하도록 마련된 가이드레버(4414)를 포함할 수 있다.
제1후크지지부(4413)는 도 7에 나타낸 바와 같이 인장스프링(443)의 일단이 걸리는 후크걸림부(44131) 및 후술하는 액츄에이터(612)의 걸림돌기(6122)가 걸리는 걸림턱(44132)를 포함한다.
서스펜션 케이스(442)는 기어케이스(441)를 수용하는 서스펜션 수용부(4421), 및 서스펜션 수용부(4421)를 덮는 서스펜션 커버(4422)를 포함할 수 있다. 서스펜션 케이스(442)는 휠(41)이 지지된 기어케이스(441)를 수용한 상태에서 청소기본체(2)에 고정될 수 있다.
서스펜션 케이스(442)는 도 3에 나타낸 바와 같이 수용된 기어케이스(441)의 제1후크지지부(4413)가 통과하여 외부로 돌출하고, 기어케이스(441)가 회전할 때 제1후크지지부(4413)가 이동 가능하도록 형성된 개구부(4425), 기어케이스(441)의 가이드레버(4414)를 덮는 위치의 상측에 마련된 제2후크지지부(4426), 및 제2후크지지부(4426)의 하방으로 마련된 스프링수용부(4423)를 포함할 수 있다.
스프링수용부(4423)는 인장스프링(443)의 연장방향에 대략 수직으로 연장할 수 있다. 스프링수용부(4423)는 선회축(R)을 중심으로 하는 원의 원주 또는 접선방향으로 연장할 수 있다.
스프링수용부(4423)의 내부에는 압축스프링(444)의 하단부를 지지하고 스프링수용부(4423) 내에서 이동하도록 삽입된 스프링지지부(4424)를 포함할 수 있다. 스프링수용부(4423) 내에서 스프링지지부(4424)의 이동은 서스펜션(44)의 회전에 따라 선회하는 가이드레버(4414)에 의해 이루어질 수 있다. 압축스프링(444)의 동작은 나중에 상세하게 설명한다.
인장스프링(443)은 일단의 제1고리(4431)가 기어케이스(441)의 제1후크지지부(4413)에 걸리고 타단의 제2고리(4432)가 서스펜션 케이스(442)의 제2후크지지부(4426)에 걸릴 수 있다.
선회축(R)을 중심으로 청소기본체(2)의 하중에 의해 청소기본체(2)와 서스펜션(44) 사이의 각도가 감소될 때, 제1후크지지부(4413)가 반시계 방향으로 회전함으로써 인장스프링(443)은 늘어난다. 반대로, 장애물에 의해 선회축(R)을 중심으로 청소기본체(2)와 서스펜션(44) 사이의 각도가 커질 때, 제1후크지지부(4413)가 시계 방향으로 회전함으로써 늘어난 인장스프링(443)은 복원된다.
압축스프링(444)은 스프링수용부(4423)에 수용될 수 있다. 압축스프링(444)은 일단부가 스프링수용부(4423)의 상단에 마련된 제1돌기에 결합되고 타단부가 스프링지지부(4424)에 마련된 제2돌기에 결합될 수 있다.
도 8 및 9는 각각 압축스프링(444)의 동작 전후를 나타내는 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 서스펜션(44)이 회전하기 전의 상태로서, 스프링지지부(4424)는 가이드레버(4414)에 의해 스프링수용부(4423)의 바닥으로부터 압축스프링(444)을 압축하면서 소정의 거리만큼 플로팅될 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 서스펜션(44)의 회전에 의해 가이드레버(4414)가 시계방향으로 회전하면서 압축스프링(444)의 압축이 해제될 수 있다. 따라서, 스프링지지부(4424)는 압축스프링(444)의 복원력에 의해 플로팅된 상태에서 스프링수용부(4423)의 바닥으로 떨어질 수 있다. 이후, 서스펜션(44)의 추가 회전하면, 가이드레버(4414)는 스프링지지부(4424)로부터 분리된 상태에서 추가 회전될 수 있다. 즉, 압축스프링(444)은 스프링지지부(4424)가 스프링수용부(4423)의 바닥에 위치된 후에는 더 이상 서스펜션(44)의 회전에 관여하지 않게 된다.
도 10 및 도 11은 각각 인장스프링(443)의 동작 전후를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 청소기본체(2)는 하중에 의해 지면을 향해 이동할 수 있다. 이때, 제1후크지지부(4413)의 반시계 방향 회전에 따라 인장스프링(443)은 탄성적으로 하중만큼 신장되고, 압축스프링(444)은 가이드레버(4414)에 의해 압축될 수 있다. 이와 같이, 청소기본체(2)는 지면의 반대방향으로 인장스프링(443)의 인장 복원력과 압축스프링(444)의 압축 반발력이 작용하는 상태로 주행을 수행하며, 작은 힘으로도 쉽게 지면으로부터 상승할 수 있는 상태이다. 특히, 청소기본체(2)는 무게 중심이 주행 방향의 전방에 위치함으로써 주행 중에 장애물에 부딪히면 후방에 위치한 휠(41)이 더욱 쉽게 돌출될 수 있다.
도 9 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 청소기본체(2)는 주행 중에 장애물과 충돌하거나 청소기본체(2)와 지면 사이에 장애물이 끼이면 인장스프링(443)의 인장 복원력과 압축스프링(444)의 압축 반발력에 의해 상승할 수 있다. 이때, 청소기본체(2)는 초기에 인장스프링(443)과 압축스프링(444)이 동시에 작용하여 상승하고, 상승이 문턱치, 예를 들면 3.5mm를 초과하면 인장스프링(443)만 작용하여 장애물을 넘을 수 있다.
청소기본체(2)는 청소기본체(2)의 하중에 따른 서스펜션(44)의 일방향 회전 그리고 인장스프링(443)의 복원력에 따른 반대 방향 회전이 소정의 문턱치를 넘지 않도록 제한하는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
제1후크지지부(4413)는 서스펜션(44)이 선회축(R)을 중심으로 회전함에 따라 시계방향으로 함께 회전할 수 있다. 이때, 제1후크지지부(4413)는 회전 경로 내에 마련된 들림감지부(61)를 동작시킬 수 있다.
들림감지부(61)는 장애물에 의해 청소기본체(2)에 대한 휠(41)의 들림 여부를 감지할 수 있다.
도 12는 들림감지부(61)를 분해하여 나타낸 도면이고, 도 13은 들림감지부(61)의 동작 전 상태를 나타내는 도면이고, 도 14는 들림감지부(61)의 동작 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 들림감지부(61)는 청소기본체(2)에 마련된 자석센서(611), 및 자석(6121)이 지지되고 청소기본체(2)에 회전 가능하게 지지되는 액츄에이터(612)를 포함할 수 있다.
자석센서(611)는 액츄에이터(612)에 지지된 자석(6121)의 회전경로에 위치할 수 있다. 자석센서(611)는 자석(6121)이 감지됨에 따라 서스펜션(44)의 회전에 의한 휠(41)의 들림을 확인할 수 있다.
액츄에이터(612)는 제1후크지지부(4413)의 회전에 의해 초기위치에서 센싱위치로 회전할 수 있다. 액츄에이터(612)는 회전 시에 자석센서(611)를 지나는 위치에 마련된 자석(6121) 및 회전하는 제1후크지지부(4413)에 걸리는 걸림돌기(6122)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(612)는 걸림돌기(6122)가 제1후크지지부(4413)의 걸림턱(43122)에 걸려 회전할 수 있다. 이때, 자석(6121)은 액츄에이터(612)의 회전에 의해 경로 내의 자석센서(611)에 일치된다. 자석센서(611)는 자석(6121)이 감지되면 온(ON) 상태가 되고, 제어부(5)는 로봇청소기(1)가 장애물에 걸린 상태로 인지할 수 있다.
들림감지부(61)는 액츄에이터(612)의 회전축(6122)에 마련된 토션스프링(613)을 포함할 수 있다.
토션스프링(613)은 액츄에이터(612)가 도 13의 초기위치에서 제1후크지지부(4413)에 의해 센싱위치로 회전할 때 반대방향으로 토크 힘을 축적하고 센싱위치에서 초기위치로 복위할 때 축적된 토크 힘을 방출하여 복원된다. 이후, 자석센서(611)는 토션스프링(613)에 의해 액츄에이터(612)가 초기위치로 복귀되어 오프(off) 상태를 유지할 수 있다.
도 13에서, 자석(6121)은 자석센서(611)로부터 이격된 위치에 놓여있다. 이때, 액츄에이터(612)의 걸림돌기(6122)는 회전하는 제1후크지지부(4413)의 걸림턱(44132)에 걸릴 수 있다. 그 결과, 액츄에이터(612)는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
도 13에서 액츄에이터(612)가 반시계 방향으로 회전하면, 도 14에 나타낸 바와 같이 자석(6121)은 자석센서(611) 상에 일치되도록 놓인다.
반대로, 도 14에서 제1후크지지부(4413)가 반시계 방향으로 회전하면, 액츄에이터(612)는 토션스프링(613)에 의해 시계방향으로 회전되고 자석(6121)이 자석센서(611)로부터 이격된 초기위치로 복귀될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1후크지지부(4413)는 자체에 자석을 장착하는 경우에 비해 그 회전 범위가 증가될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 로봇청소기(1)는 서스펜션(44)의 회전 시 액츄에이터(612)를 활용하여 서스펜션(44)의 회전 범위, 즉 회전각도를 증가시켜 휠(41)의 스트로크를 증가시킬 수 있다. 휠(41)은 청소기본체(2)로부터 돌출 높이가 증가하기 때문에, 휠(41)의 돌출에 따른 접지력의 감소 정도가 줄어들 수 있다. 결과적으로, 로봇청소기(1)는 장애물의 승월 성능이 향상될 수 있다.
들림감지부(61)는 자석센서(611)로 한정되지 않으며, 예를 들면 마이크로 스위치(micro switch), 터치센서, 동작센서 등과 같은 다른 센서로도 구현될 수 있다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 들림감지부(61)를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 들림감지부(61)는 가압스프링(614) 및 스프링장착홈(615)을 포함할 수 있다.
가압스프링(614)은 도 12의 토션스프링(613) 대신에 적용될 수 있다. 가압스프링(614)은 액츄에이터(612)가 초기위치에서 센싱위치로 회전할 때 압축되고, 센싱위치에서 초기위치로 복귀할 때 복원될 수 있다.
스프링장착홈(615)은 액츄에이터(612)의 회전 방향을 따라 파여지고 가압스프링(614)이 수용될 수 있다.
가압스프링(614)은 액츄에이터(612)의 반시계 반향으로 회전됨에 따라 압축되고 시계 방향으로 회전됨에 복원될 수 있다.
도 16은 서스펜션(44)의 설치 위치와 접지력(FN)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
접지력(FN)은 다음 식 1로 정의될 수 있다
Figure PCTKR2021010919-appb-M000001
도 16에 나타낸 바와 같이, RN은 선회축(R)에서 지면에 접촉하는 휠(41)의 외주면 접점(N)까지의 거리이고, RS는 선회축(R)에서 인장스프링(443)의 단부(S)까지의 거리이고, A는 서스펜션(44)의 회전각도이고, B는 휠(41)의 돌출각도이고, kΔx는 인장스프링(443)의 인장력이다.
따라서, 접지력(FN)은 cosA와 kΔx를 크게 함으로써 향상될 수 있다. 이때, 휠(41)의 돌출각도(B)는 서스펜션(44)의 회전각도(A)에 종속된다.
도 17은 휠(41)의 스트로크 크기와 접지력(FN) 관계를 나타낸 그래프이다. 휠(41)의 스트로크 크기는 휠(41)의 돌출 길이에 대응한다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 접지력(FN)은 주행 중인 휠(41)의 최저 돌출 상태에서 최대라 할 때 휠(41)의 돌출 길이가 커짐에 따라 감소한다. 본 발명은 종래 기술에 비해 휠(41)의 돌출 길이가 커질 때 접지력(FN)이 완만하게 줄어드는 것을 알 수 있다. 이는 서스펜션(44)의 선회축(R)이 청소기본체(2)의 하단에 가깝게 마련되고, 제1후크지지부(4413)가 선회축(R)을 지나는 수직선에 대해 가능한 한 큰 각도로 배치되고, 자석(6121)을 포함하는 액츄에이터(612)를 적용함으로써 얻을 수 있는 결과이다. 즉, 서스펜션(44)의 회전범위를 증가시키면 인장스프링(443)이 늘어난 최대길이와 복원된 최소길이의 차이가 커짐에 따라 주행상태의 최대접지력과 최소접지력의 차이도 커지므로, 승월에 따른 접지력(FN)이 완만하게 줄어들 수 있다.
도 18은 서스펜션(44)의 취부 위치 변경의 예를 나타내는 도면이고, 도 19는 서스펜션(44)의 취부 위치 변경에 따른 접지력(FN) 변화를 나타내는 표이다.
도 18 및 19를 참조하면, 서스펜션(44)의 취부 위치는 다음과 같이 변경될 수 있다.
① 선회축(R)에서 가까운 인장스프링(443)의 일단부까지의 길이(Rx)를 증가시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 줄어든다.
② 선회축(R)에서 가까운 인장스프링(443)의 일단부까지의 길이(Rx)를 감소시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 증가한다.
③ 인장스프링(443)의 일단부를 선회축(R)을 중심으로 시계방향으로 회전시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 증가한다.
④ 인장스프링(443)의 일단부를 선회축(R)을 중심으로 반시계방향으로 회전시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 감소한다.
⑤ 선회축(R)에서 먼 인장스프링(443)의 타단부까지의 길이(Lx)를 증가시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 증가한다.
⑥ 선회축(R)에서 먼 인장스프링(443)의 타단부까지의 길이(Lx)를 감소시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 감소한다.
⑦ 인장스프링(443)의 타단부를 선회축(R)을 중심으로 반시계방향으로 회전시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 증가한다.
⑧ 인장스프링(443)의 타단부를 선회축(R)을 중심으로 시계방향으로 회전시키면, 주행 및 승월 스프링인장력(FS1)은 변화 이전의 스프링인장력(FS0)보다 감소한다.
주행 및 승월 접지력(FN)을 개선하기 위해서는 ②, ③, ⑤, ⑦의 조건 값을 조절할 수 있다.
접지력(FN)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
FN(접지력)=ALx+BRx+Cαx+Dβx
도 20은 서스펜션(44)의 취부 위치 변경에 따른 접지력(FN) 변화를 나타내는 표이다.
조건 R2(②), α3(③), L5(⑤), β7(⑦)의 각각에 대한 접지력(FN)의 기여도를 확인하기 위해, 기준값 30mm (R0), 52°(α0), 80mm (L0), 30°(β0)에 대한 10% 증가 또는 10%감소시킨 27mm(0.9*R0), 46.8°(0.9*α0), 88mm (1.1*L0), 27° (0.9*β0)로 설정한 후, 각각의 접지력(FN)을 측정하였다.
도 20을 참조하면, 조건 R2(②), α3(③), L5(⑤), β7(⑦)의 각각에 대한 접지력(FN)은 각각 0.95kgf, 0.94kgf, 0.98kgf, 0.92kgf이다. 따라서, 접지력(FN)의 기여도는 L5(⑤), R2(②), α3(③), β7(⑦) 순서로 크다. 이때, 접지력(FN)은 스프링력(Fs)에 직접적인 영향을 받고 있음을 알 수 있다.
도 21은 로봇청소기(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 로봇청소기(1)는 휠 어셈블리(4), 제어부(5), 및 센서부(6)를 포함할 수 있다.
휠 어셈블리(4)는 제어부(5)의 제어 하에 구동되어 청소기본체(2)가 청소구역을 주행하도록 할 수 있다.
제어부(5)는 로봇청소기(1)를 구성하는 각 부품을 전반적으로 제어한다.
제어부(5)는 센서부(6)가 감지한 장애물 상황, 예를 들면 장애물의 높이, 추락 높이 등에 따라 휠 어셈블리(4)의 구동모터(42)를 제어할 수 있다.
제어부(5)는 제어 동작을 수행할 수 있도록 하는 제어프로그램(혹은 인스트럭션)을 실행한다. 제어부(5)는 제어프로그램이 설치된 비휘발성의 메모리로부터 제어프로그램의 적어도 일부를 휘발성의 메모리로 로드하고, 로드된 제어프로그램을 실행하는 적어도 하나의 범용 프로세서를 포함하며, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), AP(application processor), 또는 마이크로프로세서(microprocessor)로 구현될 수 있다.
본 발명에서 제어부(5)는 로봇청소기(1)에 내장되는 PCB 상에 실장되는 메인 SoC(Main SoC)에 포함되는 형태로서 구현 가능하다.
센서부(6)는 들림감지부(61) 및 추락감지부(62)를 포함할 수 있다.
들림감지부(61)는 지면과 청소기본체 사이에 장애물이 끼어 있는지를 감지할 수 있다. 들림감지부(61)가 온 상태이면, 제어부(5)는 주행을 정지하고 추락감지부(62)의 감지 값에 따라 장애물을 넘을 것인지 우회할 것인지를 판단할 수 있다.
추락감지부(62)는 들림감지부(61)가 온 상태이면 장애물의 높이 및/또는 추락 높이를 측정할 수 있다.
도 22는 로봇청소기(1)가 주행 중 장애물에 부딪힌 상태를 나타내는 도면이다. 로봇청소기(1)가 전방에 위치한 장애물에 부딪히면 청소기본체(2)가 들려지고 휠(41)이 장애물에 접촉할 수 있다. 이때, 추락감지부(62)는 1차적으로 전방에 위치한 장애물의 높이를 측정하여 제어부(5)로 전송할 수 있다. 제어부(5)는 장애물의 높이가 예를 들면 10cm 이하이면 장애물 등반을 결정하고, 10cm를 초과하면 우회 통과를 결정할 수 있다.
도 23은 로봇청소기(1)가 승월 중 장애물에 올라가 있는 상태를 나타내는 도면이다. 이때, 추락감지부(62)는 2차적으로 장애물 위에서 추락 거리를 측정하여 제어부(5)로 전송할 수 있다. 제어부(5)는 장애물 위에서 바닥까지의 거리가 예를 들면 7cm 이하이면 승월을 결정하고, 7cm를 초과하면 후진하여 우회 통과를 결정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 로봇청소기(1)는 장애물 승월 시에 2차 걸쳐 장애물 상황을 판단함으로써 승월 성능이 향상될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 로봇청소기에 있어서,
    청소기본체;
    상기 청소기본체에 고정되게 마련된 모터;
    상기 청소기본체의 주행을 위하여 회전하는 휠;
    상기 모터의 회전력을 상기 휠에 전달하는 기어부; 및
    상기 모터의 회전축으로부터 이격된 상기 청소기본체의 선회축에 회전 가능하게 지지되는 일단부와, 상기 일단부로부터 연장되며 상기 선회축에 대한 회전에 따라 상기 휠이 상기 청소기본체에 대하여 승강하도록 상기 휠이 지지되는 타단부를 가진 서스펜션을 포함하는 로봇청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선회축은 상기 청소기본체에 지지되는 모터의 회전축과 상기 청소기본체의 하단 사이에 위치하되, 상기 회전축보다 상기 청소기본체의 하단에 더 가깝게 마련되는 로봇청소기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기어부는 상기 모터의 회전축과 상기 선회축 사이에 마련된 제1기어부와 상기 선회축과 상기 휠의 휠축 사이에 마련된 제2기어부를 포함하는 로봇청소기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1기어부는 감속기를 포함하는 로봇청소기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1기어부는,
    상기 모터의 회전축에 지지된 제1기어;
    상기 선회축에 지지된 제2기어; 및
    상기 제1기어와 상기 제2기어에 맞물려 회전되도록 상기 청소기본체에 지지된 제3기어를 포함하는 로봇청소기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3기어는 동축으로 일체로 지지된 제3하부기어와 제3상부기어를 포함하며,
    상기 제3하부기어는 상기 제1기어에 맞물리고, 상기 제3상부기어는 제2기어에 맞물리는 로봇청소기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2기어부는,
    상기 제2기어에 동축으로 일체로 지지된 제4기어;
    상기 휠축에 지지된 제5기어; 및
    상기 제4기어와 상기 제5기어 사이에 순서대로 맞물리게 마련된 제6 내지 제8기어를 포함하는 로봇청소기.
  8. 제7항에 있어서,
    제7기어는 동축으로 일체로 지지된 제7하부기어와 제7상부기어를 포함하며,
    상기 제8기어는 동축으로 일체로 지지된 제8하부기어와 제8상부기어를 포함하는 로봇청소기.
  9. 제8항에 있어서,
    제6기어는 상기 제4기어와 제7하부기어에 동시에 맞물리고,
    상기 제7상부기어는 상기 제8하부기어에 맞물리고,
    상기 제8상부기어는 상기 제5기어에 맞물리는 로봇청소기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션은, 양단부가 상기 서스펜션과 상기 청소기본체에 지지되며 상기 선회축의 회전에 따라 탄성적으로 신축하는 인장스프링을 포함하는 로봇청소기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 서스펜션은 상기 일단부에 마련되고 상기 인장스프링의 일단이 걸리는 제1후크지지부를 포함하며,
    상기 청소기본체는 상기 인장스프링의 타단이 걸리는 제2후크지지부를 포함하는 로봇청소기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 청소기본체는 상기 서스펜션을 수용하는 커버하는 서스펜션 케이스를 포함하며,
    상기 제1후크지지부는 상기 서스펜션 케이스의 일측을 통과 돌출되며,
    상기 제2후크지지부는 상기 서스펜션 케이스의 타측에 지지되는 로봇청소기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션의 회전에 따른 제1후크지지부의 회전반경 내에 마련되어, 상기 청소기본체에 대한 상기 휠의 상승을 감지하는 들림감지부를 더 포함하는 로봇청소기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 들림감지부는,
    자석을 지지하고 제1후크지지부의 회전에 의해 회전이 가능하게 지지된 액츄에이터; 및
    상기 액츄에이터의 회전 경로 내에 상기 청소기본체에 마련된 자석센서를 포함하는 로봇청소기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 청소기본체는 무게중심이 상기 휠의 중심에 대해 전방에 위치하는 로봇청소기.
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