KR20120009927A

KR20120009927A - 청소용 로봇 및 제어방법

Info

Publication number: KR20120009927A
Application number: KR1020100071066A
Authority: KR
Inventors: 김용욱; 노신래; 박정수
Original assignee: 김용욱; 노신래
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-02-02

Abstract

본 발명은 청소용 로봇 및 제어방법에 관한 것으로서, 하나 이상의 청소 브러쉬를 갖는 몸체케이스와; 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되는 흡착패드를 가지며, 상호 이격배치되어 상기 몸체케이스에 마련되는 한 쌍의 제1 흡착부와; 상기 한 쌍의 제1 흡착부가 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되도록 상기 흡착패드에 진공압을 제공하는 한 쌍의 메인 진공취출부와; 상기 흡착패드의 둘레를 따라 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드를 가지며, 상기 한 쌍의 제1 흡착부에 각각 결합되는 한 쌍의 제2 흡착부와; 상기 한 쌍의 제2 흡착부를 각각 회전시키는 한 쌍의 주행 구동부와; 상기 한 쌍의 제2 흡착부와 각각 대향하게 마련되는 한 쌍의 방향전환판과; 상기 한 쌍의 방향전환판의 각 판면에 마련되어 상호 180도 간격을 유지하도록 배치되며, 상기 복수의 방향전환 흡착패드 중 일부의 방향전환 흡착패드에 진공압을 제공하는 한 쌍의 방향전환 진공취출부와; 상기 한 쌍의 방향전환 진공취출부가 회전하도록 상기 한 쌍의 방향전환판을 회전시키는 방향전환 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 건물의 외벽 및 유리창의 면에 진공 흡착된 상태에서 외부 몸체케이스가 움직이지 않고도 방향전환 및 이동 가능하여 수월하게 청소를 수행할 수 있다.

Description

청소용 로봇 및 제어방법{ROBOT FOR CLEANER AND CONTROL METHOD USING THE SAME}

본 발명은 청소용 로봇 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물의 외벽 및 유리창의 면에 진공 흡착된 상태에서 외부 몸체케이스가 움직이지 않고도 방향전환 및 이동 가능하여 수월하게 청소를 수행할 수 있는 청소용 로봇 및 제어방법에 관한 것이다.

아파트, 고층건물 등의 건물의 외벽 및 유리창을 닦기 위해서는 용역 청소업체에 의뢰하여 전문가들이 건물 외부에서 로프 혹은 곤돌라에 매달려 건물의 외벽 및 유리창의 면을 닦는 방법이 주로 이용되고 있다.

이와 같이, 사람의 노동력에 의존하여 외벽 청소를 수행하는 경우 상당 시간이 소모될 뿐만 아니라 청소를 하는 사람이 항상 낙상의 위험에 노출되어 있다는 문제점이 있었다. 또한 용역에 의한 많은 비용이 지출되므로 유리창 외면을 자주 청소하기는 어려운 실정에 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 현재까지 전 세계적으로 건물 외벽 및 유리창 청소 등을 하기 위한 청소용 로봇에 대한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있었지만, 청소용 로봇의 사용조건이 까다로우며, 추락으로 인한 사고위험이 도사리고 있어 아직까지 이렇다 할 청소용 로봇이 상품화되지 못한 것이 현실이다

무엇보다 미끄러운 유리 외벽에서 자유자제로 움직이면서 청소를 수행해야 하고, 동시에 세척수 공급은 물론 세척수 회수도 하여야 한다. 더욱이, 청소용 로봇의 추락에 대한 안전을 확보하는 것이 중요하다.

종래의 청소용 로봇으로서, 대한민국 등록실용신안 제20-0265415호 및 대한민국 등록특허 제10-0632260호에서 이러한 외벽 청소 로봇이 제안되었다.

상기와 같은 종래의 청소용 로봇은 내부 구조상 그 크기와 무게가 지나치게 클 수밖에 없어 청소 도중 외벽에서 분리되어 떨어질 위험이 크다는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 종래의 청소용 로봇이 안정적으로 외벽에 흡착된 상태로 이동한다고 하더라도, 그 이동이 부드럽게 이루어지지 않고 중간 중간에 끊김이 발생할 수밖에 없는 구조이기 때문에 청소가 완료된 후에도 이동 중 끊김이 발생하였던 부분에 얼룩이 여전히 남게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 외벽 청소 로봇들의 경우, 방향 전환시 그 회전 반경의 크기가 너무 커서 외벽의 사각 지대까지 청소할 수 없었다는 점에서 만족스러운 청소 효과를 나타낼 수 없었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 건물의 외벽 및 유리창의 면에 진공 흡착된 상태에서 외부 몸체케이스가 움직이지 않고도 주행 중에 복수의 방향전환 흡착패드에 진공압을 제공하는 방향전환 진공취출부의 위치를 변경하여 방향전환 및 이동 가능하여 수월하게 청소를 수행할 수 있는 청소용 로봇 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 청소용 로봇이 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 이동 및 방향전환 청소 등을 하기 위하여 필수적으로 사용 되어지는 부품 및 구조 때문에 발생되는 외형크기와 무게를 획기적으로 줄이면서도 청소용 로봇의 본래의 목적을 더욱 확실하게 수행할 수 있는 외벽 청소용 로봇 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

더욱이, 본 발명이 위와 같은 효율성을 확보하기 위하여 일체형 흡착패드와 주행 구동부를 마련하여, 진공흡착, 주행, 방향전환을 한꺼번에 수행할 수 있는 구조를 구성하여 무게와 부피를 최소화함은 물론 부드러운 주행과 방향전환을 하면서도 깨끗한 청소와 안전성을 확보하고 있다.

또한, 건물의 외벽 및 유리창 청소시 추락을 방지하는 안전장치를 마련하여 안전하게 청소를 수행할 수 있는 청소용 로봇 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하나 이상의 청소 브러쉬를 갖는 몸체케이스와; 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되는 흡착패드를 가지며, 상호 이격배치되어 상기 몸체케이스에 마련되는 한 쌍의 제1 흡착부와; 상기 한 쌍의 제1 흡착부가 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되도록 상기 흡착패드에 진공압을 제공하는 한 쌍의 메인 진공취출부와; 상기 흡착패드의 둘레를 따라 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드를 가지며, 상기 한 쌍의 제1 흡착부에 각각 결합되는 한 쌍의 제2 흡착부와; 상기 한 쌍의 제2 흡착부를 각각 회전시키는 한 쌍의 주행 구동부와; 상기 한 쌍의 제2 흡착부와 각각 대향하게 마련되는 한 쌍의 방향전환판과; 상기 한 쌍의 방향전환판의 각 판면에 마련되어 상호 180도 간격을 유지하도록 배치되며, 상기 복수의 방향전환 흡착패드 중 일부의 방향전환 흡착패드에 진공압을 제공하는 한 쌍의 방향전환 진공취출부와; 상기 한 쌍의 방향전환 진공취출부가 회전하도록 상기 한 쌍의 방향전환판을 회전시키는 방향전환 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방향전환 구동부는, 상기 한 쌍의 방향전환판의 둘레에 형성되는 한 쌍의 방향전환기어와; 상기 몸체케이스에 마련되며, 방향전환 구동축을 갖는 방향전환 구동모터와; 상기 방향전환 구동축에 결합되며, 한 쌍의 방향전환기어의 사이에 맞물려 상기 방향전환 구동모터의 동력을 전달하는 방향전환 구동기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 방향전환기어는, 상기 방향전환 구동기어에 의해 상기 한 쌍의 방향전환판이 상호 90도 범위에서 정역회전 하도록 상기 한 쌍의 방향전환판의 둘레에 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 방향전환판의 판면에 각각 돌출 형성되는 한 쌍의 돌기와; 상기 몸체케이스에 각각 형성되어 상기 한 쌍의 방향전환판의 회전에 따라 상기 한 쌍의 돌기가 회전 가능하게 결합되며, 한 쌍의 방향전환판이 각각 90도 범위에서 정역회전 하도록 상기 한 쌍의 돌기의 회전범위를 제한하는 한 쌍의 슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주행구동부는, 상기 몸체케이스에 회전 가능하게 마련되며, 상기 제1 흡착부에 연결되는 회전축과; 상기 회전축에 마련되는 회전기어와; 상기 몸체케이스에 마련되며, 주행 구동축을 갖는 주행 구동모터와; 상기 주행 구동축에 결합되며, 상기 회전기어에 맞물려 상기 제1 흡착부와 같이 상기 제2 흡착부의 복수의 방향전환 흡착패드가 회전하도록 상기 주행 구동모터의 동력을 전달하는 웜기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체케이스의 가장자리에 마련되어, 건물의 외벽 및 유리창에서 돌출된 부위를 감지하는 복수의 장애물 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건물의 외벽 및 유리창의 면을 감지하도록 상기 몸체케이스의 바닥면에 마련되어, 주행시 추락지점을 감지하는 추락방지 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체케이스에 상기 청소 브러쉬를 회전 가능하게 결합하는 브러쉬 회전축과; 상기 몸체케이스에 마련되는 브러쉬 구동모터와; 상기 청소 브러쉬가 회전하며 건물의 외벽 및 유리창을 닦도록 상기 브러쉬 구동모터의 동력을 상기 브러쉬 회전축에 전달하는 동력전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 세척수가 유입되는 호스와 연결되며, 상기 호스의 유동에 따라 움직일 수 있도록 상기 몸체케이스에 회전 가능하게 결합되어, 상기 청소 브러쉬에 세척수를 공급하는 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건물의 외벽 및 유리창의 가장자리에 고정되는 고정부재와; 상기 고정부재로부터 상기 건물의 외벽 및 유리창의 중앙부로 연장되는 길이재의 연장바와; 상기 연장바의 단부에 마련되는 풀리와; 일단부가 상기 몸체케이스에 고정되며, 일영역이 상기 풀리에 감겨져 상기 고정부재를 통과하는 와이어와; 상기 풀리에 마련되어, 상기 몸체케이스가 추락할 시 상기 와이어를 고정하거나 감속시키는 완속기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제어방법은 한 쌍의 메인 진공취출부에 의해 한 쌍의 흡착패드가 건물의 외벽 및 유리창 면에 흡착되는 단계와; 방향전환 구동부를 작동시켜 한 쌍의 방향전환판에 각각 마련된 한 쌍의 방향전환 진공취출부의 위치를 설정하는 단계와; 한 쌍의 주행 구동부를 작동시켜 상기 한 쌍의 흡착패드 둘레에 각각 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드를 회전시키는 단계와; 상기 복수의 방향전환 흡착패드가 상기 한 쌍의 방향전환 진공취출부에 의해 순차적으로 흡착 가동되면서 로봇의 이동이 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 한 쌍의 방향전환 진공취출부의 위치를 설정하는 단계는, 한 쌍의 방향전환 진공취출부가 상호 180도 간격을 유지하며 회전하여 위치를 설정하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 건물의 외벽 및 유리창의 면에 진공 흡착된 상태에서 외부 몸체케이스가 움직이지 않고도 방향전환 및 이동 가능하여 어떠한 사각 지대라도 접근이 용이하여 완벽하게 청소할 수 있고, 청소시 추락을 방지하는 안전장치를 구비하여 안전성이 확보된 상태에서 청소를 수행할 수 있다.

또한, 모든 부품들을 다기능화하여 유리 외벽을 붙어다니는 복잡한 시스템이지만 최소한의 부품과 슬림한 구조로 설계하여 무게 최소화 하였다.

더욱이, 구조는 슬림하고 가벼워졌지만 청소에 대한 본래 목적은 충분히 만족시킬 수 있도록 세척수와 함께 연속적으로 깨끗하게 청소를 할 수 있도록 하여 힘이 부족한 가정주부도 손쉽게 유리창의 청소를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇을 보여주는 전체 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 구조를 보여주는 분해 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 구동 부분을 보여주는 결합 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 구동 부분을 보여주는 요부 분해 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇에서 안전장치를 보여주는 도면
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 방향전환 및 이동을 보여주는 도면
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 건물의 외벽 및 유리창 면의 청소시 주행경로의 일 예를 보여주는 도면

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇을 보여주는 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 구조를 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 구동 부분을 보여주는 결합 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 구동 부분을 보여주는 요부 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇은, 청소 브러쉬(90)를 갖는 몸체케이스(10)와, 몸체케이스(10)에 마련되며 각각 흡착패드(21)를 갖는 한 쌍의 제1 흡착부(20)와, 흡착패드(21)에 진공압을 제공하는 한 쌍의 메인 진공취출부(30)와, 흡착패드(21)의 둘레를 따라 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드(41)를 갖는 한 쌍의 제2 흡착부(40)와, 한 쌍의 제2 흡착부(40)를 각각 회전시키는 한 쌍의 주행 구동부(50)와, 한 쌍의 제2 흡착부(40)와 각각 대향하게 마련되는 한 쌍의 방향전환판(60)과, 한 쌍의 방향전환판(60)에 각각 마련되어 복수의 방향전환 흡착패드(41) 중 일부의 방향전환 흡착패드(41)에 진공압을 제공하는 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)와, 한 쌍의 방향전환판(60)을 회전시키는 방향전환 구동부(80)를 포함한다.

몸체케이스(10)는 4각의 박스(box)형태로서 본 발명의 청소용 로봇의 외관을 형성한다. 이러한 몸체케이스(10)는 제1 흡착부(20), 메인 진공취출부(30), 제2 흡착부(40), 주행 구동부(50), 방향전환판(60), 방향전환 진공취출부(70), 방향전환 구동부(80)가 설치되는 메인케이스(11)와, 메인케이스(11)를 덮는 커버케이스(15)와, 한 쌍의 청소 브러쉬(90)가 설치되며 메인케이스(11)에 결합되는 보조케이스(17)와, 상기 메인케이스(11), 커버케이스(15), 보조케이스(17)를 수용하는 외관케이스(19)로 이루어져 있다.

한 쌍의 제1 흡착부(20)는 상호 이격 배치되어 상기 몸체케이스(10)에 마련되어 있으며, 각각 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되는 흡착패드(21)를 구비하고 있다.

즉, 제1 흡착부(20)는 원판 형상을 가지며, 중앙부에 원형의 흡착패드(21)가 마련되어 있고, 흡착패드(21)의 둘레를 따라 복수의 통과공(27)이 형성되어 있다.

여기서, 흡착패드(21)는 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착이 용이하도록 클로로프렌(chloroprene) 등의 합성고무 재질로 이루어져 있으며, 흡착패드(21)의 중앙부에는 진공공간을 형성하는 흡착홈(23)이 마련되어 있다. 더불어 흡착패드(21)의 반대편 판면에는 흡착홈(23)의 형성으로 인해 돌출되는 돌출턱(25)이 형성되어 있다.

상기 흡착패드(21)는 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착될 될 수 있는 스펀지 부재로 이루어질 수도 있다.

한 쌍의 메인 진공취출부(30)는 한 쌍의 제1 흡착부(20)가 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되도록 각각의 흡착패드(21)에 진공압을 제공하는 역할을 한다.

상기 메인 진공취출부(30)는 관체 형상으로서 내측에 메인 공기흡입구(31)가 관통 형성되어 있으며, 일단부가 흡착패드(21)의 흡착홈(23)에 마련되고, 타단부는 흡착홈(23)의 반대편으로 돌출되어 있다.

이러한 구성으로, 메인 진공취출부(30)의 메인 공기흡입구(31)를 통해 진공펌프(미도시)가 연결되며, 진공펌프(미도시)의 작동에 따라 흡착패드(21)의 흡착홈(23)에 진공압을 제공한다.

한 쌍의 제2 흡착부(40)는 흡착패드(21)의 둘레를 따라 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드(41)를 가지며, 한 쌍의 제1 흡착부(20)에 각각 결합된다.

즉, 제2 흡착부(40)는 제1 흡착부(20)에 대응하는 원판 형상을 가지며, 중앙부에는 메인 진공취출부(30)가 통과하는 관통공(43)이 형성되어 있다. 더불어 제2 흡착부(40)의 판면에는 둘레를 따라 제1 흡착부(20)의 복수의 통과공(27)에 상응하는 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 마련되어 있다.

따라서, 제1 흡착부(20)의 후면에 제2 흡착부(40)가 결합될 시, 복수의 통과공(27)에 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 통과하여 결합된다.

여기서, 방향전환 흡착패드(41)는 제1 흡착부(20)의 흡착패드(21)의 둘레에 등 간격으로 배치되며, 최소 4개 이상 마련되는 것이 바람직하다.

상기 방향전환 흡착패드(41) 또한 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착이 용이하도록 흡착패드(21)와 동일한 합성고무 재질로 이루어진다.

한 쌍의 주행 구동부(50)는 한 쌍의 제2 흡착부(40)를 각각 회전시키는 역할을 한다.

이러한 한 쌍의 주행 구동부(50)는 각각, 몸체케이스(10)에 회전 가능하게 마련되며 제1 흡착부(20)와 연결되는 회전축(51)과, 회전축(51)에 마련되는 회전기어(53)와, 몸체케이스(10)에 마련되며 주행 구동축(55)을 갖는 주행 구동모터(57)와, 주행 구동축(55)에 결합되며 회전기어(53)에 맞물려 제1 흡착부(20)와 같이 제2 흡착부(40)의 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 회전하도록 주행 구동모터(57)의 동력을 전달하는 웜기어(59)로 이루어져 있다.

여기서, 도 2에서와 같이, 한 쌍의 회전축(51)은 메인케이스(11)에 형성된 한 쌍의 축통과공(12)에 회전 가능하게 결합되며, 각각 한 쌍의 제1 흡착부(20)로부터 돌출된 한 쌍의 메인 진공취출부(30)에 결합된다.

즉, 메인케이스(11)의 후면에서 한 쌍의 회전축(51)이 한 쌍의 축통과공(12)을 통과하여 메인케이스(11)의 전면에 배치된 한 쌍의 메인 진공취출부(30)에 각각 결합되는 것이다.

여기서, 메인 진공취출부(30)는 다각형의 외주면을 가지며, 회전축(51)에도 메인 진공취출부(30)에 대응하는 다각형의 결합공(52)이 형성되어 있어 상호 회전되지 않게 결합된다.

이러한 구성으로, 주행 구동모터(57)가 구동하면 주행 구동축(55)이 회전하여 웜기어(59)에 맞물린 회전기어(53)가 회전하고, 회전기어(53)의 회전에 따라 회전축(51)이 회전하게 된다. 더불어, 회전축(51)에 결합된 메인 진공취출부(30)가 회전하면서 메인 진공취출부(30)에 구비된 제1 흡착부(20)가 회전하게 되며, 제1 흡착부(20)에 결합된 제2 흡착부(40) 또한 회전하게 된다. 이때, 제2 흡착부(40)의 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 제1 흡착부(20)와 같이 회전하게 된다.

즉, 한 쌍의 주행 구동부(50)가 작동하면 한 쌍의 제1 흡착부(20)와 한 쌍의 제2 흡착부(40)가 동시에 회전운동하게 되는 것이다.

이때, 한 쌍의 주행 구동모터(57)의 각 주행 구동축(55)은 서로 반대 방향으로 회전하는 것이 바람직하다.

한 쌍의 방향전환판(60)은 한 쌍의 제2 흡착부(40)와 각각 대향하게 마련되며, 중앙부에 삽입홈(61)이 형성되어 있어 한 쌍의 제2 흡착부(40)에 각각 형성된 돌출턱(25)에 회전 가능하게 결합된다.

한 쌍의 방향전환 진공취출부(70) 한 쌍의 방향전환판(60)의 각 판면에 마련되어 상호 180도 간격을 유지하도록 배치되며, 복수의 방향전환 흡착패드(41) 중 일부의 방향전환 흡착패드(41)에 진공압을 제공한다.

즉, 방향전환 진공취출부(70)는 방향전환판(60)의 가장자리에 마련되어 있어, 복수의 방향전환 흡착패드(41) 중 일부의 방향전환 흡착패드(41)에 마주보게 배치된다.

이와 같은 방향전환 진공취출부(70)는 방향전환판(60)의 판면에 형성되는 장형의 공기흡입홈(71)과, 공기흡입홈(71)에 관통 형성되는 보조 공기흡입구(73)로 이루어져 있다.

본 실시 예에서는 도 3에서와 같이, 장형의 공기흡입홈(71)에 1개 내지 2개의 방향전환 흡착패드(41)가 마주보게 밀착되어 있다.

이러한 구성으로, 방향전환 진공취출부(70)의 보조 공기흡입구(73)를 통해 진공펌프(미도시)가 연결되며, 진공펌프(미도시)의 작동에 따라 보조 공기흡입구(73)를 통해 공기흡입홈(71)에 진공압이 걸리며, 공기흡입홈(71)에 마주보게 밀착되는 방향전환 흡착패드(41)에 진공압을 제공한다.

즉, 한 쌍의 주행 구동부(50)의 작동에 의해 한 쌍의 방향전환판(60)이 상호 반대방향으로 회전하게 되면서 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 회전하게 되는데, 이때 방향전환 흡착패드(41)가 한 개 내지 두 개씩 순차적으로 공기흡입홈(71)에 마주보게 밀착되며, 밀착된 방향전환 흡착패드(41)에 진공압에 제공된다.

이와 같이, 한 쌍의 제2 흡착부(40)가 상호 반대 방향으로 회전함에 따라 순차적으로 복수의 방향전환 흡착패드(41)에 진공압이 걸리면서 본 발명의 청소용 로봇이 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착된 상태에서 이동할 수 있게 된다.

다시 말해서, 한 쌍의 주행 구동부(50)가 작동될 때 진공압력을 가동하면 흡착패드(21)와 복수의 방향전환 흡착패드(41) 중 흡착된 방향전환 흡착패드(41)의 위치 차에 의한 지렛대 운동효과로 인하여 직진하려고 하는 추진력이 생기는 것이다.

방향전환 구동부(80)는 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)가 회전하도록 상기 한 쌍의 방향전환판(60)을 회전시킨다.

이러한 방향전환 구동부(80)는 한 쌍의 방향전환판(60)의 둘레에 형성되는 한 쌍의 방향전환기어(81)와, 몸체케이스(10)에 마련되며 방향전환 구동축(83)을 갖는 방향전환 구동모터(85)와, 방향전환 구동축(83)에 결합되며 한 쌍의 방향전환기어(81)의 사이에 맞물려 방향전환 구동모터(85)의 동력을 전달하는 방향전환 구동기어(87)로 이루어진다.

즉, 방향전환 구동모터(85)가 작동하면 방향전환 구동축(83)에 결합된 방향전환 구동기어(87)가 회전하면서 방향전환 구동기어(87)에 맞물린 한 쌍의 방향전환기어(81)가 회전하게 되며, 이로 인해 한 쌍의 방향전환판(60)이 각각 회전하게 된다.

이때, 한 쌍의 방향전환판(60)에 각각 마련된 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)는 상호 180도 간격을 유지하며 회전하게 된다.

여기서, 한 쌍의 방향전환기어(81)는 방향전환 구동기어(87)에 의해 한 쌍의 방향전환판(60)이 상호 90도 범위에서 정역회전 하도록 한 쌍의 방향전환판(60)의 둘레에 부분적으로 형성되어 있다.

더불어, 한 쌍의 방향전환판(60)의 판면에는 각각 한 쌍의 돌기(63)가 돌출 형성되어 있으며, 메인케이스(11)에는 한 쌍의 방향전환판(60)의 회전에 따라 한 쌍의 돌기(63)가 회전 가능하게 결합되며 한 쌍의 방향전환판(60)이 각각 90도 범위에서 정역회전 하도록 한 쌍의 돌기(63)의 회전범위를 제한하는 한 쌍의 슬릿(13)이 형성되어 있다.

한 쌍의 방향전환 구동모터(85) 또한 한 쌍의 방향전환판(60)이 각각 90도 범위에서 정역회전 하도록 제어부(미도시)에 의해 회전수가 제어된다.

이러한 구성으로, 한 쌍의 방향전환판(60)은 각각 90도 범위에서 정역회전 하게 되며, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)는 상호 180도 간격을 유지하며 90도 범위에서 회전하게 된다.

따라서, 본 발명의 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착된 상태에서 몸체케이스(10)의 회전 없이 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)의 위치 변경만으로 360도 방향전환이 가능하게 된다.

한편, 몸체케이스(10)에 마련된 한 쌍의 청소 브러쉬(90)는 회전 가능하게 마련되어 건물의 외벽 및 유리창의 면을 회전하며 닦는다.

여기서, 한 쌍의 청소 브러쉬(90)는 보조케이스(17)의 양측부에 각각 회전가능하게 마련되어 있다.

즉, 청소 브러쉬(90)는 보조케이스(17)에 브러쉬 회전축(91)에 의해 결합되는데, 청소 브러쉬(90)가 브러쉬 회전축(91)의 외주면을 따라 복수로 마련되어 있어 브러쉬 회전축(91)이 회전함에 따라 청소 브러쉬(90)가 회전하며 건물의 외벽 및 유리창의 면을 닦게 되는 것이다.

더욱이, 메인케이스(11)에는 브러쉬 구동축(93)을 갖는 브러쉬 구동모터(95)가 마련되어 있으며, 동력전달부(97)가 브러쉬 구동모터(95)의 브러쉬 구동축(93)과 브러쉬 회전축(91)을 상호 연결하여 브러쉬 구동모터(95)의 동력을 브러쉬 회전축(91)에 전달한다.

여기서, 동력전달부(97)는 브러쉬 구동축(93)에 마련되는 구동풀리(99)와, 브러쉬 회전축(91)에 마련되는 피동풀리(101)와, 구동풀리(99)와 피동풀리(101)를 상호 연결하여 브러쉬 구동모터(95)의 동력을 브러쉬 회전축(91)에 전달하는 타이밍 벨트(103)로 이루어져 있다.

이와 같은 구성으로, 브러쉬 구동모터(95)가 작동하여 브러쉬 구동축(93)이 회전하면, 브러시 구동축(93)에 결합된 구동풀리(99)가 회전하여 타이밍 벨트(103)를 회전시키고, 타이밍 벨트(103)가 피동풀리(101)를 회전시킴으로써, 피동풀리(101)에 결합된 브러쉬 회전축(91)이 회전하면서 청소 브러쉬(90)가 브러쉬 회전축(91)을 따라 회전하여 건물의 외벽 및 유리창의 면을 닦게 된다.

상기 동력전달부(97)는 상기와 같은 풀리를 이용한 벨트구조 대신 구동기어 및 피동기어를 갖는 구조로 이루어질 수도 있다.

또한, 메인케이스(11)의 상단부에는 세척수가 유입되는 호스(미도시)와 연결되는 연결관(110)이 결합되어 있다.

연결관(110)은 호스(미도시)와 연결되어 세척수가 유입되는 유입구(111)와, 유입구(111)로부터 양 갈래로 나누어지며 한 쌍의 청소 브러쉬(90)에 각각 세척수를 배출하는 한 쌍의 배출구(113)로 이루어진다.

상기 연결관(110)은 호스(미도시)의 유동에 따라 움직일 수 있도록 몸체케이스(10)에 회전 가능하게 결합되어 있다. 따라서, 청소용 로봇이 이동하는데 호스(미도시)의 경직도 등에 지장을 받지 않게 된다.

이러한 구성으로, 본 발명의 청소용 로봇이 건물의 외벽 및 유리창의 면에 설치된 상태에서, 호스(미도시)를 통해 연결관(110)의 유입구(111)로 세척수가 유입되면 한 쌍의 배출구(113)를 통해 보조케이스(17)의 양측에 마련된 한 쌍의 청소 브러쉬(90)에 세척수가 공급된다. 따라서, 세척수에 적셔진 청소 브러쉬(90)가 건물의 외벽 및 유리창의 면을 깨끗하게 닦을 수 있는 상태가 된다.

더불어, 메인케이스(11)의 하단부에는 한 쌍의 청소 브러쉬(90)를 적시고 흘러내리는 세척수를 집수하는 집수통(120)이 마련되어 있으며, 집수통(120)의 일측에는 집수된 세척수를 외부호수를 통해 배출시키는 배수펌프(130)가 마련되어 있다.

본 발명에 따른 청소용 로봇은 몸체케이스(10)에 청소중 장애물 감지하는 복수의 장애물 감지센서(140)가 마련되어 있다.

복수의 장애물 감지센서(140)는 건물의 외벽 및 유리창에서 4면 어느 방향이든 돌출 부위를 감지할 수 있도록 메인케이스(11)의 각 모서리 부분에 마련되어 있다.

또한, 건물의 외벽 및 유리창의 면과 대향하는 보조케이스(17)의 바닥면에는 청소용 로봇의 주행시 추락지점을 감지하는 추락방지 감지센서(150)가 마련되어 있다.

즉, 건물의 외벽 및 유리창의 면 등에서 가드레일이 없는 지점에서는 추락방지 감지센서(150)로 건물의 외벽 및 유리창의 면을 항시 접촉하며 주행하다가 외벽 모서리 또는 유리 끝 부분을 감지하게 되면, 제어부(미도시)에 신호를 보내 다시 복귀하도록 한다.

상기 추락방지 감지센서(150)는 건물의 외벽 및 유리창의 면에 항시 접촉되어 있으며, 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 부드럽게 접촉 이동될 수 있도록 1개 이상의 부드러운 브러시 털이나 가요성 있는 부재로 이루어져 있다. 따라서, 건물의 외벽 및 유리창의 끝 부분을 감지 후 복귀시 추락방지 감지센서(150) 및 유리창의 파손을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창 청소시 추락을 방지하는 안전장치(160)가 마련되어 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇에서 안전장치를 보여주는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 안전장치(160)는 건물의 외벽 및 유리창의 가장자리에 고정되는 고정부재(161)와, 고정부재(161)로부터 건물의 외벽 및 유리창의 중앙부로 연장되는 길이재의 연장바(163)와, 연장바(163)의 단부에 마련되는 풀리(165)와, 일단부가 몸체케이스(10)에 고정되며 일영역이 풀리(165)에 감겨져 고정부재(161)를 통과하는 와이어(167)와, 풀리(165)에 마련되며 몸체케이스(10)가 추락할 시 와이어(167)를 고정하거나 감속시키는 완속기(169)로 이루어져 있다.

즉, 도면에서와 같이 고정부재(161)를 창틀에 고정시킨 다음 연장바(163)와 풀리(165) 사이로 와이어(165)를 통과시켜 사용하면, 추락시 창틀 쪽으로 쏠림 충격 없이 완속기(169)의 조절에 의하여 매달려 있거나 서서히 감속, 낙하하여 안전하게 착지할 수 있게 된다.

여기서, 연장바(164)는 다단으로 구성되어 접이식으로 형성될 수 있다.

다음에는, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 제어방법을 도 1 및 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저, 한 쌍의 흡착패드(21)를 건물의 외벽 및 유리창 면의 흡착시킨다.

즉, 외벽 청소용 로봇의 청소시작 버튼(미도시)을 누르면 진공펌프(미도시) 가 작동하여 한 쌍의 메인 진공취출부(30)를 통해 한 쌍의 흡착패드(21)에 진공압력이 생성된다. 이때 한 쌍의 흡착패드(21)를 건물의 외벽 및 유리 외벽에 갔다 대면 흡착되어 벽에 붙게 된다.

다음, 방향전환 구동모터(85)를 작동시켜 방향전환 구동축(83)에 결합된 방향전환 구동기어(87)로 한 쌍의 방향전환판(60)에 마련된 방향전환기어(81)를 서로 반대 방향으로 회전시켜 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)의 위치를 설정한다. 이때, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)는 상호 180도 간격을 유지하며 회전하여 위치를 설정하는데, 이러한 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)의 위치가 진행방향을 결정하게 되므로 상당히 중요한 역할을 하게 된다.

즉, 한 쌍의 흡착패드(21)만 흡착하여 회전운동시키면 흡착패드(21) 주위의 마찰력이 똑같으므로 거의 제자리에 머물게 된다.

따라서, 한 쌍의 주행 구동부(50)의 작동에 의해 한 쌍의 흡착패드(21) 둘레에 각각 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 회전하면, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)에 의해 복수의 방향전환 흡착패드(41)가 순차적으로 흡착 가동되기 시작하며, 한 쌍의 흡착패드(21)는 앞쪽으로 계속 밀려가게 되면서 연속적인 진행 동작이 이루어지게 된다.

이때, 한 쌍의 진공취출부의 위치는 방향 전환 시에만 움직이며, 복수의 방향전환 흡착패드(41)는 계속 교체회전 하여도 진공이 누설되지 않는다.

한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)와 대향하여 연통하는 방향전환 흡착패드(41)만 진공흡착 하는 동작이 교체, 반복되는 원리로 연속적인 방향전환과 추진력을 얻을 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 방향전환 및 이동을 보여주는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 청소용 로봇의 건물의 외벽 및 유리창 면의 청소시 주행경로의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)가 각각 몸체케이스(10)에 대해 각각 우측 및 좌측으로 위치하여 상호 180도 간격을 유지한 상태에서는 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 상하 방향으로 이동할 수 있게 된다.

즉, 방향전환 구동부(80,도 3 참조)의 작동 의해 제2 흡착부(40)가 상호 다른 방향으로 회전하게 되는데, 도면의 (a)에서와 같이, 몸체케이스(10)에서 상측에 위치한 제2 흡착부(40)가 시계방향으로 회전하고, 하측에 위치한 제2 흡착부(40)가 반시계 방향으로 회전하면, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)와 대향하여 순차적으로 흡착되는 방향전환 흡착패드(41)에 의해 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 상측 방향으로 이동하게 된다.

반대로, 도면의 (b)에서와 같이, 몸체케이스(10)에서 상측에 위치한 제2 흡착부(40)가 반시계 방향으로 회전하고, 하측에 위치한 제2 흡착부(40)가 시계 방향으로 회전하면, 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 하측 방향으로 이동하게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)가 한 쌍의 방향전환판(60,도 3 참조)에 의해 상호 반대로 90도씩 회전하여 각각 몸체프레임에 대해 각각 상측 및 하측으로 위치하여 상호 180도 간격을 유지한 상태에서는 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 좌우 방향으로 이동할 수 있게 된다.

즉, 도면의 (c)에서와 같이, 몸체케이스(10)에서 상측에 위치한 제2 흡착부(40)가 반시계방향으로 회전하고, 하측에 위치한 제2 흡착부(40)가 시계 방향으로 회전하면, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70,도 3 참조)와 대향하여 순차적으로 흡착되는 방향전환 흡착패드(41)에 의해 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 우측 방향으로 이동하게 된다.

반대로, 도면의 (d)에서와 같이, 몸체케이스(10)에서 상측에 위치한 제2 흡착부(40)가 시계 방향으로 회전하고, 하측에 위치한 제2 흡착부(40)가 반시계 방향으로 회전하면, 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 좌측 방향으로 이동하게 된다.

또한, 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)를 상호 180도 간격으로 유지시켜며 상호 반대로 45도씩 회전하여 방향을 바꾸면 건물의 외벽 및 유리창의 면에서 사선 방향으로 이동할 수 있으며, 상기와 같은 방법으로 360도 방향전환이 가능하게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 청소용 로봇은 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착된 상태에서 몸체케이스(10)의 회전 없이 한 쌍의 방향전환 진공취출부(70)의 위치 변경만으로 360도 방향전환이 가능하다. 따라서, 도 6 및 도 7의 이동방법으로 건물의 외벽 및 유리창의 면을 지그재그로 이동하여 청소를 수행할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 청소용 로봇은 제1 흡착부(20), 메인 진공취출부(30), 제2 흡착부(40), 방향전환판(60), 방향전환 진공취출부(70)로 이루어지는 한 쌍의 이송수단의 상호간의 위치, 속도, 마찰력 등에 의해 방향전환과 추진력을 얻는대 있어서 힘의 균형을 유지하고 정상적인 주행을 하도록 크게 작용한다.

따라서 청소용 로봇이 대형화 될수록 한 쌍의 이송수단은 2개 이상 계속 늘어나는 것이 바람직하다.

본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

10: 몸체케이스 20: 제1 흡착부
21: 흡착패드 30: 메인 진공취출부
40: 제2 흡착부 41: 개폐구동부
41: 방향전환 흡착패드 50: 주행 구동부
51: 회전축 53: 회전기어
55: 주행 구동축 57: 주행 구동모터
59: 웜기어 60: 방향전환판
70: 방향전환 진공취출부 80: 방향전환 구동부
81: 방향전환기어 83: 방향전환 구동축
85: 방향전환 구동모터 87: 방향전환 구동기어
90: 청소 브러쉬 91: 브러쉬 회전축
93: 브러쉬 구동축 95: 브러쉬 구동모터
97: 동력전달부 99: 구동풀리
101: 피동풀리 103: 타이밍 벨트
110: 연결관 120: 집수통
130: 배수펌프 140: 장애물 감지센서
150: 추락방지 감지센서 160: 안전장치
161: 고정부재 163: 연장바
165: 풀리 167: 와이어
169: 완속기

Claims

하나 이상의 청소 브러쉬를 갖는 몸체케이스와;
건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되는 흡착패드를 가지며, 상호 이격배치되어 상기 몸체케이스에 마련되는 한 쌍의 제1 흡착부와;
상기 한 쌍의 제1 흡착부가 건물의 외벽 및 유리창의 면에 흡착되도록 상기 흡착패드에 진공압을 제공하는 한 쌍의 메인 진공취출부와;
상기 흡착패드의 둘레를 따라 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드를 가지며, 상기 한 쌍의 제1 흡착부에 각각 결합되는 한 쌍의 제2 흡착부와;
상기 한 쌍의 제2 흡착부를 각각 회전시키는 한 쌍의 주행 구동부와;
상기 한 쌍의 제2 흡착부와 각각 대향하게 마련되는 한 쌍의 방향전환판과;
상기 한 쌍의 방향전환판의 각 판면에 마련되어 상호 180도 간격을 유지하도록 배치되며, 상기 복수의 방향전환 흡착패드 중 일부의 방향전환 흡착패드에 진공압을 제공하는 한 쌍의 방향전환 진공취출부와;
상기 한 쌍의 방향전환 진공취출부가 회전하도록 상기 한 쌍의 방향전환판을 회전시키는 방향전환 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 방향전환 구동부는,
상기 한 쌍의 방향전환판의 둘레에 형성되는 한 쌍의 방향전환기어와;
상기 몸체케이스에 마련되며, 방향전환 구동축을 갖는 방향전환 구동모터와;
상기 방향전환 구동축에 결합되며, 한 쌍의 방향전환기어의 사이에 맞물려 상기 방향전환 구동모터의 동력을 전달하는 방향전환 구동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 2항에 있어서,
상기 한 쌍의 방향전환기어는,
상기 방향전환 구동기어에 의해 상기 한 쌍의 방향전환판이 상호 90도 범위에서 정역회전 하도록 상기 한 쌍의 방향전환판의 둘레에 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 한 쌍의 방향전환판의 판면에 각각 돌출 형성되는 한 쌍의 돌기와;
상기 몸체케이스에 각각 형성되어 상기 한 쌍의 방향전환판의 회전에 따라 상기 한 쌍의 돌기가 회전 가능하게 결합되며, 한 쌍의 방향전환판이 각각 90도 범위에서 정역회전 하도록 상기 한 쌍의 돌기의 회전범위를 제한하는 한 쌍의 슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 주행구동부는,
상기 몸체케이스에 회전 가능하게 마련되며, 상기 제1 흡착부에 연결되는 회전축과;
상기 회전축에 마련되는 회전기어와;
상기 몸체케이스에 마련되며, 주행 구동축을 갖는 주행 구동모터와;
상기 주행 구동축에 결합되며, 상기 회전기어에 맞물려 상기 제1 흡착부와 같이 상기 제2 흡착부의 복수의 방향전환 흡착패드가 회전하도록 상기 주행 구동모터의 동력을 전달하는 웜기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 몸체케이스의 가장자리에 마련되어, 건물의 외벽 및 유리창에서 돌출된 부위를 감지하는 복수의 장애물 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항 또는 제 6항에 있어서,
상기 건물의 외벽 및 유리창의 면을 감지하도록 상기 몸체케이스의 바닥면에 마련되어, 주행시 추락지점을 감지하는 추락방지 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 몸체케이스에 상기 청소 브러쉬를 회전 가능하게 결합하는 브러쉬 회전축과;
상기 몸체케이스에 마련되는 브러쉬 구동모터와;
상기 청소 브러쉬가 회전하며 건물의 외벽 및 유리창을 닦도록 상기 브러쉬 구동모터의 동력을 상기 브러쉬 회전축에 전달하는 동력전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항 또는 제 8항에 있어서,
세척수가 유입되는 호스와 연결되며, 상기 호스의 유동에 따라 움직일 수 있도록 상기 몸체케이스에 회전 가능하게 결합되어, 상기 청소 브러쉬에 세척수를 공급하는 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 건물의 외벽 및 유리창의 가장자리에 고정되는 고정부재와;
상기 고정부재로부터 상기 건물의 외벽 및 유리창의 중앙부로 연장되는 길이재의 연장바와;
상기 연장바의 단부에 마련되는 풀리와;
일단부가 상기 몸체케이스에 고정되며, 일영역이 상기 풀리에 감겨져 상기 고정부재를 통과하는 와이어와;
상기 풀리에 마련되어, 상기 몸체케이스가 추락할 시 상기 와이어를 고정하거나 감속시키는 완속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇.
한 쌍의 메인 진공취출부에 의해 한 쌍의 흡착패드가 건물의 외벽 및 유리창 면에 흡착되는 단계와;
방향전환 구동부를 작동시켜 한 쌍의 방향전환판에 각각 마련된 한 쌍의 방향전환 진공취출부의 위치를 설정하는 단계와;
한 쌍의 주행 구동부를 작동시켜 상기 한 쌍의 흡착패드 둘레에 각각 배치되는 복수의 방향전환 흡착패드를 회전시키는 단계와;
상기 복수의 방향전환 흡착패드가 상기 한 쌍의 방향전환 진공취출부에 의해 순차적으로 흡착 가동되면서 로봇의 이동이 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇 제어방법.
제 12항에 있어서,
한 쌍의 방향전환 진공취출부의 위치를 설정하는 단계는,
한 쌍의 방향전환 진공취출부가 상호 180도 간격을 유지하며 회전하여 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 청소용 로봇 제어방법.