가정용 건식 청소로봇 동작 신뢰성 평가법(Evaluation Methods for Serviceability of Household Dry-type Cleaning Ro-bot)

20133570 이현영

1. 적용 범위 - 가정 또는 이와 유사한 환경에 사용되는 가정용 청소로봇 ( 이하 청소로봇이라 한다 ) 에 대하여 규정- 진공방식 등의 흡입형태를 지닌 청소로봇에 적용하며 건식 청소로봇이 아닌 것 ( ( 예 ) 액체 또는 증기를 이용하여 청소하는 습식청소로봇 등 ) 은 적용하지 않음 .

* 습식청소로봇 : 자체적으로 물 등의 액체 및 증기를 이용하여 청소하는 청소로봇

2. 시험에 관한 일반 요구사항2.1 환경 조건- 특별히 지정된 다른 조건이 없다면 , 측정은 다음 조건에서 수행되어야 한다 . (1) 표준 대기 23/50 (2) 온 도 (23±2)℃ (3) 상대 습도 (50±5) % (4) 기 압 86∼106 kPa

- 측정 범위 내의 온도와 습도 조건은 반복성 및 재현성이 확보되어야 한다 . 시험 중에 변화가 없도록 주의해야 한다 .

- 특히 , 집진시험을 위해서 사용되는 시험먼지는 습도에 매우 민감하여 , 습도변화에 따른 청소성능 시험 결과 값이 크게 변화할 수 있으므로 , 습도 유지에 많은 주의가 필요하다 .

2. 시험에 관한 일반 요구사항2.2 시험 장비 및 재료- 시험에 사용되는 , 측정을 위한 장비 및 재료 ( 장치 , 시험 카펫 , fiber) 등은 시 험을 실시하기 전 , 2.1 항에 명시된 환경 조건하에 적어도 16 시간 동안 둔다 .

- 카펫을 사용하는 경우 , 정전기현상으로 인한 영향을 최소화하기 위해 카펫은 최소 15mm 이상의 두께를 갖는 비처리된 소나무 합판 또는 이와 유사한 판 재로 구성된 평편한 바닥 위에 놓여진 상태로 시험을 진행하여야 한다 .

2.3 청소 로봇의 준비- 처음 시험을 하기 전 , 청소 로봇 및 부착물은 적절한 시운전을 위해 공기 흐름의 영향을 받지 않도록 하여 적어도 10 분 동안 동작시킨다 .- 청소 로봇이 탈부착 가능한 먼지받이 (dust receptacle) 와 함께 쓰인다면 , 측정 전에 청소 로봇의 생산자에 의해 제공되거나 추천되는 종류의 새로운 먼지받이로 교체되어야 한다 .

2. 시험에 관한 일반 요구사항2.4 청소 로봇 부품- 청소 로봇이 탈부착이 불가능한 먼지받이로 제공된다면 먼지받이는 측정 전에 흔들거나 쳐서 청소를 하여야 한다 .

- 청소 로봇에 추가로 필터가 있거나 제조자의 사용 설명서가 필터의 주기적인 청소 및 교체를 권장하면 , 이런 필터의 재사용이 시험 결과에 큰 영향을 주지 않는다는 것이 분명하지 않으면 , 상기의 요구 항목을 적용한다 .

2.5 청소 로봇의 운전- 청소 로봇과 그 액세서리들은 시험이 수행될 때 정상 동작을 할 수 있도록 생 산자의 지시 사항에 따라 조립되어 사용되어야 한다 . - 청소 로봇의 작동 모드는 청소될 곳의 환경 조건에 적합하게 맞춰져야 한다 .- 시험 중 안전과 관련된 모든 기기들도 작동하도록 허용되어야 한다 .

2. 시험에 관한 일반 요구사항2.6 시험 전의 조건- 각각의 시험 전에 시험 동안에 사용될 액세서리 , 부착물 , 탈부착이 가능한 먼지받이 및 부가 필터와 함께 쓰이는 청소 로봇은 기준 환경조건에서 최소한 16시간 이상 있어야 한다 . - 청소로봇이 한 시간 이상 사용되지 않았었다면 , 청소로봇과 그 부착물은 최소 5분 이상 작동되도록 하여야 한다 .

2.7 배터리의 충전- 매 시험 전에 , 제조자가 지정하는 방식에 의해 배터리를 완전히 충전시킨다 .

2.8 시료 수- 비교 시험과 같은 경우의 성능 시험은 액세서리 또는 부착물을 갖춘 한 대의 청소 로봇으로 시험한다 . - 통상 사용 중에 노출되는 청소 로봇에 유사한 응력을 가하는 시험은 청소 로봇 성능 저하를 유발시키는 경우 , 추가적인 교체 가능한 부품을 요구할 수 있다 . 그런 시험은 시험 진행 순서 중 마지막에 실시한다 .

* [ 참고 ] 일반적으로 시험결과의 신뢰성을 높이기 위해서는 최소 세 개 이상의 청소로봇 시료를 이용하여 시험해보는 것이 좋다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.1 시험장- 가정용 건식 청소로봇의 구동 기능 동작신뢰성을 평가하기 위한 시험장은 아래와 같다 .

- 시험장의 길이 및 폭은 각각 2,000 mm 및 1,200mm 이다 . 시험장의 조도는 KSA 3011 에 규정된 (200±50)lx 의 조도를 유지해야 한다 .

- 시험장 바닥은 Wilton Carpet 으로 덮는다 . 시험장을 둘러싸는 울타리의 높이는 최소 300 mm 이상이어야 한다 . 시험장 내에는 그림 1 에 보인 것과 같이

1,300 mm x 500mm 의 Fiber Spread Area 가 있다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.2 시험용 카펫3.2.1 카펫 규격- Wilton Carpet 은 다음의 사양을 갖는다 . (1) 무 게： 2.9 kg/m^2 (2) 색 상：어두운 단색 (3) 뒷 표면：면 , 울과라피야 섬유로 꽉 참 . (4) 보풀 재료： 100 % 천연 울 (5) 보풀 무게： 1.0∼1.1 kg/m2 (6) 보풀 높이： 7∼7.5 mm (7) 보풀 밀도： 0.140∼0.145 g/cm3 (8) 길이당 타래： 37 개 /10 cm (9) 폭당 타래： 45 개 /10 cm

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.2 시험용 카펫3.2.2 카펫의 전처리- 새 카펫은 보풀을 가지고 있으므로 측정 전에 보풀을 제거하여야 한다 . 먼지 제거 성능이 좋고 깨끗한 먼지 집진부를 가진 고성능 진공 청소기를 사용하여 수집된 먼지의 양이 0.1 g/m^2 보다 적으면 보풀이 없는 것으로 간주된다 . - 카펫에서의 먼지 제거 시험은 습도에 따른 영향이 매우 크므로 시험 시작 전에 표준 환경 조건에서 카펫을 24 시간 보관하여야 한다 .

3.2.3 카펫의 교체- 먼지 제거 성능 측정을 위한 시험 카펫의 상태는 사용 시간과 사용 정도에 따라 변화하므로 , 일정간격을 두고 참조 청소 시스템 (reference cleaner -system: 예를 들어 기준 청소기 ) 을 사용하여 기준 카펫의 측정과 비교하여 일정한 상태를 유지하여야 한다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.3 Fiber 배치- 파이버의 배치를 위해 아래 그림 2 와 같은 스텐실을 사용한다 .

- 스텐실의 두께는 3 mm 이고 , 38 개의 직경 30mm 구멍을 갖는다 . - 구멍에는 거친 부분 (burr) 이 없도록 잘 가공되어야 한다 .- 이 스텐실은 위 그림에 보인 Fiber Spread Area 에 Fiber 를 일관되게 배치하는데 사용한다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.3 Fiber 배치- 파이버의 배치를 위해 아래 그림 2 와 같은 스텐실을 사용한다 .

- 스텐실을 위 그림의 Fiber Spread Area 에 맞춰 내려놓은 후 , 총 1500mg +/- 5mg 의 fiber 를 38 개 구멍에 대략 같은 분량만큼씩 나누어 분산 배치한다 . 분산배치 시 fiber 를 살며시 손가락으로 눌러서 구멍 중심에 밀어 넣는다 .

- fiber 를 시험장 바닥에 배치한 후 스텐실을 제거한다 . 이 때 카펫 위에 설치된 fiber 가 스텐실과 함께 이동하거나 변위 되지 않도록 주의를 기울인다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.4 시험 Fiber

- 시험에는 다음과 같은 규격의 레이온 fiber(rayon tow) 와 강화면 (mercerized cotton) 을 사용한다 .

( 가 ) Fiber Type 1 : natural carded viscose flock, 1.5 denier, dry cut to 100 mm, no fin-ish ( 나 ) Fiber Type 2 : natural carded viscose flock, 1.5 denier, dry cut to 300 mm, no fin-ish ( 다 ) Fiber Type 3 : mercerized cotton, thread 16 TEX (size 50) ( 라 ) Fiber Type 4 : mercerized cotton, thread 16 TEX (size 200)

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.4 시험 Fiber

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.1 시험 준비

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.1 시험 준비- 시험 시 청소 로봇에 부착하는 부품 이외의 부가장비는 시험장 내에 설치할 수 없다 .- 로봇을 처음에 구동하기 위해서 도킹스테이션 또는 부가적 장비가 필요한 경우 , 도킹스테이션 또는 필요 장비를 시험장 내에 설치할 수 있다 . 로봇이 구동된 후 로봇의 구동을 위해 더 이상 도킹 스테이션 또는 부가 장비가 필요치 않을 경우 바로 제거한다 .- 시험에 사용되는 청소로봇의 작동모드는 제조사에서 추천하는 모드를 사용한다 .- 시험장에 fiber 를 배치하기 전에 청소로봇을 그림의 시작점 (Starting Position) 에 위치한 후 시작한다 .- 시작 후 20 분 후 청소로봇을 정지한다 .- 20 분 동안 시험 중 VTS(Vision Tracking System) 를 이용하여 청소로봇의 속도를 측정하여 , 평균이동 속도를 구한다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.2 시험 절차( 가 ) 시험싸이클- Fiber Spread Area 에 3.3 에 따라 fiber 를 배치한다 .- 청소로봇을 완전히 충전한 후 시작점에 청소로봇을 위치한 후 로봇의 청소작업을 시작한다 . -> 시작 후 20 분 후 청소로봇을 정지한다 . -> 시험 중 VTS(Vision Tracking System) 를 이용하여 측정된 청소로봇의 이동 위치 데이터로부터 , 평균이동속도 를 측정한다 .

( 나 ) 시험 싸이클 5회 시행- 위 ( 가 ) 의 시험싸이클을 5회 반복한다 .- 매 싸이클 시행 전에 3.3 에 따라 카펫 위에 시험 fiber 를 배치한다 . 싸이클과 싸이클 사이에는 청소로봇에 어떤 처치도 하지 않은 채 그대로 유지될 수 있도록 조심해서 다룬다 .- 5회 반복 때 마다 청소로봇의 평균이동속도를 측정하여 기록한다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.3 구동 동작성 저하 지수 (mobility degradation index)

- 구동 동작성 저하 지수는 Fiber 의 엉김 등으로 인해 청소로봇 구동부의 동작을 저해하는 정도를 표시하는 값으로 최초 평균이동 속도와 5회 시험 싸이클이 끝난 후의 평균이동 속도의 비로 표시한다 .- 구동 동작성 저하 지수 =

3.5.4 구동 동작 신뢰성 지수 (mobility reliablity index)

- 구동 동작성 신뢰성 지수는 위 시험을 반복하여 구동 동작성 저하 지수가 70% 에 도달할 때 까지의 총 시험 싸이클 수로 정의한다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.5 평균 속도 계산 방법- 시험 중 청소로봇의 속도는 시험장 위에 설치된 VTS(Vision Tracking System) 을 이용하여 수행한다 . VTS 의 해상도는 최소 5mm 이상이어야 한다 .

- 시험이 종료된 후 VTS 장비는 , 시험 기간 중 청소로봇의 이동 위치에 대한 정보를 최대 500ms 간격으로 제공하여야 한다 . 청소로봇의 평균 이동 속도는 이 정보를 이용하여 계산한다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.5 평균 속도 계산 방법- 연속된 두 측정위치에 대한 청소로봇의 위치데이터 (x, y, θ) 와 () 로부터 두 위치 사이의 로봇의 병진이동속도는 다음 식에 의해 구해진다 .

3. 구동기능 동작신뢰성 시험3.5 시험 방법 3.5.5 평균 속도 계산 방법- 두 연속된 측정 시간 동안 청소로봇이 움직인 거리 d 가 일정한 값 보다 작다면 , 청소로봇은 이때 제자리에서 회전하거나 정지된 상태라고 정의한다 .

- 즉 연속된 측정위치 들의 정보가 아래 조건을 만족한다면 로봇의 평균속도를 구하는 계산에서 제외한다 :

- 이러한 정지 또는 회전 샘플을 제외한 나머지 측정데이터로부터 청소로봇의 평균 (병진 ) 이동 속도는 아래와 같이 구해진다 .

4. 조명에 따른 낙하방지 기능 동작 신뢰성 시험4.1 시험장 - 시험장은 아래 그림 5 와 그림 6 과 같이 구성한다 . - 시험장 내에 설치되는 테이블과 시험장 바닥 (Floor), 시험장 벽은 모두 18% 회색으로 0-10%의 반사율을 갖도록 칠한다 .- 테이블은 윗면은 미처리된 송판 또는 유사한 재질로 이루어진 평편한 면이 되도록 하며 , 그 위에 색상을 입히도록 한다 . 테이블은 시험장 바닥에 고정한다 .- 벽은 최소 높이 1m 가 되도록 한다 .

4. 조명에 따른 낙하방지 기능 동작 신뢰성 시험4.1 시험장

4. 조명에 따른 낙하방지 기능 동작 신뢰성 시험4.2 조명 조건시험장 조명은 형광등 또는 백열등을 사용한다 . 시험장 조명은 아래의 경우를 구현한다 .

4.2.1 균일 조명 조건- 시험 중 아래의 조명 조건이 일정하게 유지되도록 한다 .• 조명조건 1: 2 lux +/- 10% 유지• 조명조건 2: 400 lux +/- 10% 유지• 조명조건 3: 1,000 lux +/- 10% 유지• 조명조건 4: 10,000 lux +/- 10% 유지• 조명조건 5: 30,000 lux +/- 10% 유지- 위 조명조건은 시험장 내 테이블 위 , 바닥 (floor, 테이블 바로 아래 영역은 제외 ) 모든 위치에서 만족하여야 한다 .

* [ 참고 ] 일반적으로 30,000 lux 는 바로 비치는 햇빛 , 10,000lux 는 낮의 밝기 ( 직사광선 없음 ), 1,000lux 는 일반적인 인공조명 상황의 값이라고 알려져 있다 .

4. 조명에 따른 낙하방지 기능 동작 신뢰성 시험4.2 조명 조건4.2.2 유동 조명 조건- 시험 중 조명 조건이 시간에 따라 변화하도록 한다 .• 조명조건 6 : (30,000)sin(wt) lux +/- 10% [w: p/30, t: 시간 ( 분 )]

- 위 조명조건은 시험장 내 테이블 위 , 바닥 (floor, 테이블 바로 아래 영역은 제외 ) 모든 위치에서 만족하여야 한다 .

4.2.3 대비 조명 조건- 시험 중 시험장 내의 영역을 둘로 나누어 아래 조명 조건이 유지되도록 한다 .• 조명조건 7 : ( 영역 1: Area 1) 10000 lux +/- 10% 유지 ( 영역 2: Area 2) 400 lux +/- 10% 유지- 경계선 좌우 50mm 영역 내에서는 오차율을 20% 로 증가하여 허용한다 .

* [ 참고 ] 두 영역의 경계 부분에서는 급격한 조명조건 변화를 유지하기 힘든 점을 감안하여 경계영 역에서의 조명 오차 허용치를 확대함 .

4. 조명에 따른 낙하방지 기능 동작 신뢰성 시험4.2 조명 조건- 위 조명조건은 시험장 내 테이블 위 , 바닥 (floor, 테이블 바로 아래 영역은 제외 ) 모든 위치에서 만족하여야 한다 .

4. 조명에 따른 낙하방지 기능 동작 신뢰성 시험4.3 시험방법- 완전히 충전된 청소로봇을 시험장 테이블 위 지정된 위치에 놓는다 .- 청소로봇은 자율청소 모드로 30 분 동안 운행되도록 한다 . 구동 후 30 분이 지난 후 청소로봇을 정지시킨다 .- 청소로봇의 운전모드는 시험장 조건에 맞춰 청소로봇 제작자가 추천하는 모드를 선택한다 .- 청소로봇이 시작 후 30 분이 지나기 전에 시험장 테이블에서 떨어지면 , 청소로봇을 멈추고 , 시험도 멈춘다 .- 7.2 의 7 가지 조명 조건에 따른 시험을 각 5회씩 반복한다 .- 시험 중 청소로봇이 시험장 테이블로부터 낙하되었는지 여부를 기록한다 .

감사합니다