KR20110075979A - Mobile robot 2d.o.f actuator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A moving robot two-DOF drive device is provided to simplify design and assembly by individually controlling the rotation of an outer part and center part by a motor. CONSTITUTION: A moving robot two-DOF drive device comprises inner and outer stators(9,11) and inner and outer rotors(5,15). The inner and outer stators include a plurality of coils, respectively. The outer stator is installed in the outside of the inner stator. The inner and outer rotors are made of permanent magnets. The inner and outer rotors are respectively installed apart from the inner and outer stator with a fixed distance. The inner rotor is rotated with the magnetic field which occurs at the inner stator. The outer rotor is rotated with the magnetic field of the outer stator.

Description

이동 로봇 2자유도 구동장치{Mobile robot 2D.O.F actuator}Mobile robot 2 degree of freedom driving device {Mobile robot 2D.O.F actuator}

본 발명은 한 개의 모터에서 직선운동(주행)과 회전운동(조향)이 동시에 제어되는 이동 로봇이나 이동 기계의 2자유도 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a two-degree-of-freedom driving device of a mobile robot or a moving machine in which linear motion (driving) and rotational motion (steering) are simultaneously controlled in one motor.

인간의 움직임은 근육을 통해 이루어지고 있으며, 인간의 움직임은 단지 한 개의 근육으로만 이루어지는 것이 아니고, 복수개의 다양한 근육들이 동시에 사용됨으로써 자연스러운 동작이 이루어진다. 인간의 움직임과 최대한 근접한 움직임을 구현하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있으며, 이 때 로봇은 인간의 근육을 로봇의 모터로 대체하여 구현하고 있다. 그러나 모터는 직선 운동과 회전 운동이라는 제한된 방법을 통해 로봇의 움직임이 구현되므로 정확하고, 자연스러운 동작을 구현하기에 많은 문제점이 존재하고, 또한 모터의 특성상 모터 한 개 당 하나의 운동만이 가능하여 자연스러운 움직임을 위해 많은 양의 모터가 사용되는 문제점이 발생된다.Human movements are made through muscles, and human movements are not made of only one muscle, but a plurality of various muscles are used at the same time to achieve natural movements. Various studies are being conducted to realize the movement as close as possible to the human movement, and the robot replaces the human muscle with the motor of the robot. However, since the movement of the robot is realized through the limited method of linear motion and rotational motion, there are many problems to realize accurate and natural motion.In addition, only one motion per motor is possible due to the characteristics of the motor. The problem is that a large amount of motor is used for movement.

도 1은 종래에 사용되는 중실형 타입의 BLDC 모터의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 2는 종래에 사용되는 중공형 타입의 BLDC 모터의 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional solid-state type BLDC motor, Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional hollow type BLDC motor.

도 1의 중실형 타입의 모터(40)는 회전 운동의 축이 되는 회전축(41)과, 회전축(41)의 외측에 설치되며 영구자석으로 형성되는 회전자(43)와, 회전자(43) 외측에 일정거리를 두고 설치되는 고정자(45)로 형성된다.The solid type motor 40 of FIG. 1 includes a rotating shaft 41 serving as an axis of rotational movement, a rotor 43 installed outside the rotating shaft 41 and formed of permanent magnets, and a rotor 43. It is formed of a stator 45 installed at a certain distance on the outside.

도 2의 중공형 타입의 모터(50)는 길이 방향의 관통공이 형성된 회전축(51)과, 회전축(51)의 외측에 일정 거리를 두고 설치되는 고정자(53)와, 고정자(53)의 외측에 일정 거리를 두고 설치되며 영구자석으로 형성되는 회전자(55)로 형성된다. The hollow type motor 50 of FIG. 2 includes a rotating shaft 51 having a through hole in a longitudinal direction, a stator 53 installed at a predetermined distance outside the rotating shaft 51, and an outer side of the stator 53. It is installed with a certain distance and is formed of a rotor 55 formed of a permanent magnet.

즉 도 1의 중실형 타입의 모터(40)는 회전축(41)이 회전되어 회전자(43)가 회전됨으로써 중심부 회전이 제어가 되고, 도 2의 중공형 타입의 모터(50)는 외부의 회전이 제어가 되는 것을 특징으로 한다.That is, in the solid type motor 40 of FIG. 1, the rotation shaft 41 is rotated, and the rotor 43 is rotated to control the central rotation. The hollow type motor 50 of FIG. 2 is externally rotated. This control is characterized by the above-mentioned.

도 3은 종래에 사용되는 이동로봇의 주행구동장치를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a traveling driving device of a mobile robot used in the related art.

도 3은 종래에 사용되는 로봇의 주행장치(60)이고, 로봇이 직선방향으로 주행되도록 구동력을 발생시키는 구동 모터(61)와, 구동 모터(61)에 축설된 구동축(63)과, 구동축(63)으로부터 전달받은 구동력을 변속시키는 기어 박스(65)와, 기어 박스(65)로부터 변속된 구동력을 전달받아 로봇이 주행되도록 하는 타이어(67)로 구성되고, 이에 따라 로봇 주행장치(60)는 직선방향으로의 주행이 가능해진다.3 is a traveling device 60 of a robot used in the related art, a drive motor 61 for generating a driving force so that the robot travels in a linear direction, a drive shaft 63 built in the drive motor 61, and a drive shaft ( And a gear box 65 for shifting the driving force transmitted from the 63 and a tire 67 for driving the robot by receiving the driving force shifted from the gear box 65. Running in a straight direction is possible.

또한 로봇 주행장치(60)는 직선방향으로의 구동력 뿐만 아니라 주행방향이 변경될 수 있도록 조향이 이루어지는 장치들이 구성되고, 로봇 주행장치(60)는 조향이 제어되도록 회전력을 발생시키는 조향 모터(69)와, 조향 모터(69)에 축설되어 조향 모터(69)로부터 회전력을 인가받아 타이어(67)에 전달시키는 조향축(71)으로 이루어지되 조향 모터(69)와 조향축(71)은 타이어의 수직선상 상측에 장착되도록 구성된다.In addition, the robot traveling device 60 is configured to be steered so that the driving direction can be changed as well as the driving force in the linear direction, the robot traveling device 60 is a steering motor 69 for generating a rotational force to control the steering And a steering shaft 71 which is installed in the steering motor 69 and receives a rotational force from the steering motor 69 and transmits it to the tire 67, but the steering motor 69 and the steering shaft 71 are vertical to the tire. It is configured to be mounted on the upper side of the ship.

로봇 주행장치(60)는 구동 모터(61)가 동작되면, 구동 모터(61)로부터 발생되는 구동력이 구동축(63)과 기어박스(65)로 인가되고, 기어박스(65)는 인가받은 구동력을 변속시킨 후 타이어(67)로 전달하여 타이어(67)가 회전됨으로써 로봇 주행장치(60)는 직선방향으로 주행이 이루어진다. 이 때 ??향의 전환이 필요한 경우 로봇 주행장치(60)는 조향 모터(69)가 동작되고, 조향 모터(69)로 발생되는 회전력이 타이어(67)를 원하는 방향으로 회전시킴으로써 조향이 이루어진다.When the driving motor 61 is operated, the robot traveling device 60 applies driving force generated from the driving motor 61 to the drive shaft 63 and the gear box 65, and the gear box 65 applies the applied driving force. After shifting, the robot traveling device 60 travels in a linear direction by transmitting the tire 67 to the tire 67 to rotate. At this time, when it is necessary to switch the ?? direction, the robot traveling device 60 operates the steering motor 69, and steering is performed by the rotational force generated by the steering motor 69 rotating the tire 67 in a desired direction.

이와 같이 종래의 로봇의 주행장치(60)는 타이어(67)의 직선 운동이 발생되고, 제어되는 구동 모터(61)와, 타이어(67)의 회전 운동이 발생되고, 제어되는 조향 모터(69)로 구성되어 로봇의 주행이 이루어짐으로써 로봇이 이동되기 위한 최소한의 모터수는 2개로 이루어져 있다.As described above, the traveling device 60 of the conventional robot generates a linear motion of the tire 67, controls the driving motor 61, and generates a rotational motion of the tire 67, and controls the steering motor 69. The minimum number of motors for the robot to be moved is composed of two because the robot is traveling.

또한 상기에서는 주행 운동과 조향 운동이 제어되는 2개의 모터(61), (69)로 구동되는 로봇의 주행장치(60)로 예를 들어 설명하였으나 로봇이나 기계에 사용되는 종래의 모터는 모터 한 개당 하나의 자유도만이 가능한 구조로 형성되기 때문에 복수개의 다양한 근육들의 움직임으로 이루어지는 인간의 움직임을 로봇이 구현하기 위해서는 인간의 움직임에 대한 임의의 변수에 비례하여 모터의 수가 증가되는 문제가 발생된다.In the above description, for example, a traveling device 60 of a robot driven by two motors 61 and 69 in which a traveling motion and a steering motion are controlled is described. However, a conventional motor used for a robot or a machine is used per motor. Since the robot is configured to have only one degree of freedom, the number of motors is increased in proportion to an arbitrary variable of the human movement in order to realize the human movement consisting of the movement of a plurality of various muscles.

또한 로봇이나 기계는 인간의 움직임뿐만 아니라 다양한 기능을 목적으로 하는 경우에도 모터의 수가 증가되는 문제점이 발생된다.In addition, a robot or a machine causes a problem in that the number of motors is increased even if the purpose is not only for human movement but also for various functions.

또한 모터의 수가 증가됨에 따라 로봇이나 기계는 소형화로 제작되기 어렵 고, 특히 다양한 기능을 가진 로봇이 제작될 시 소형화로 제작되기 어려운 한계점이 발생된다.In addition, as the number of motors increases, it is difficult for robots and machines to be miniaturized, and in particular, when robots with various functions are manufactured, limitations that are difficult to miniaturize occur.

또한 모터의 수가 증가됨에 따라 전원 및 드라이버의 제작 및 설계가 복잡해지고, 이에 따라 제작 및 설계비용이 증가되는 문제가 발생된다.In addition, as the number of motors increases, the fabrication and design of power supplies and drivers becomes complicated, and thus, a problem arises in that the manufacturing and design costs increase.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 자유도를 가지는 중실형 모터와, 다른 자유도를 가지는 중공형 모터가 결합됨으로써 한 개의 모터에서 중공형 타입 모터의 특성인 외부 회전과, 중실형 타입 모터의 특성인 중심부 회전 모두 제어가 되도록 하여 제작 및 설계 비용이 절감되고, 소형화가 가능해지도록 하기 위한 것이다.The present invention is to solve this problem, an object of the present invention is to combine a solid-type motor having one degree of freedom, and a hollow motor having a different degree of freedom combined with the external rotation and characteristics of the hollow type motor in one motor In order to control the rotation of the central part, which is a characteristic of the solid type motor, the manufacturing and design costs are reduced, and the miniaturization is possible.

상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 기계의 운동이 발생되는 구동장치에 있어서; 복수개의 코일이 형성된 내측 고정자; 복수개의 코일이 형성되며, 상기 내측 고정자의 외측에 설치되는 외측 고정자; 영구 자석으로 형성되어 상기 내측 고정자에 일정거리를 두고 설치되는 내측 회전자; 영구 자석으로 형성되어 상기 외측 고정자에 일정거리를 두고 설치되는 외측 회전자를 포함하며, 상기 내측 고정자로부터 발생되는 자기장으로 인해 상기 내측 회전자가 회전되고, 상기 외측 고정자로부터 발생되는 자기장으로 인해 상기 외측 회전자가 회전되는 것을 포함하는 것이다.Solving means for solving the above problems in the drive device that the movement of the machine is generated; An inner stator in which a plurality of coils are formed; An outer stator having a plurality of coils formed therein and installed outside the inner stator; An inner rotor formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance from the inner stator; An outer rotor formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance to the outer stator, wherein the inner rotor is rotated by a magnetic field generated from the inner stator, and the outer rotor is rotated by a magnetic field generated from the outer stator. It includes self-rotation.

또한 본 발명에서 상기 내측 회전자의 내부에 샤프트가 결합되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the shaft is preferably coupled to the inside of the inner rotor.

또한 본 발명에서 상기 외측 고정자는 일정 넓이의 폭을 갖는 원주부와; 상기 원주부로부터 외측을 향하여 돌출된 적어도 하나 이상의 외측 돌출부들과; 상기 외측 돌출불들에 권선된 코일로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 내측 고정자는 일정 넓이의 폭을 갖는 원주부와; 상기 원주부로부터 내측을 향하여 돌출된 적어도 하나 이상의 내측 돌출부들과; 상기 내측 돌출부들에 권선된 코일로 형성되는 것이 바람직하다.In the present invention, the outer stator and the circumferential portion having a width of a predetermined width; At least one outer protrusion protruding outwardly from the circumference; And a coil wound around the outer protrusions, wherein the inner stator includes a circumferential portion having a width of a predetermined width; At least one inner protrusion protruding inwardly from the circumference; It is preferably formed of a coil wound on the inner protrusions.

또한 본 발명에서 로봇이나 기계의 주행장치에 사용되는 구동장치에 있어서; 상기 주행장치의 운동이 이루어지는 타이어와; 상기 타이어의 내측에 결합되는 휠과; 상기 샤프트에 치합되어 상기 내측 회전자로부터 발생되는 회전력을 Yaw 방향으로 변속시키는 베벨기어를 포함하며, 상기 외측 회전자는 상기 휠에 결합되어 설치됨으로써 상기 외측 회전자의 회전은 상기 타이어의 주행 운동이 제어되도록 하고, 상기 내측 회전자의 회전은 상기 베벨기어로 전달되어 변속됨으로써 상기 타이어의 조향 운동이 제어되도록 구성되는 것이 바람직하다.Also in the present invention, the drive device used in the traveling device of the robot or machine; A tire on which the movement of the traveling device is made; A wheel coupled to the inside of the tire; And a bevel gear that is engaged with the shaft to shift the rotational force generated from the inner rotor in the yaw direction, wherein the outer rotor is coupled to the wheel and installed so that the rotation of the outer rotor is controlled by the driving motion of the tire. Preferably, the rotation of the inner rotor is transmitted to the bevel gear and shifted to control the steering motion of the tire.

또한 본 발명에서 상기 외측 회전자의 회전 방향과 상기 내측 회전자의 회전 방향이 반대로 회전되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that the rotational direction of the outer rotor and the rotational direction of the inner rotor are reversed.

또한 본 발명에서 상기 2자유도 구동장치는 광통신 인터페이스를 기반으로 메인 프로세서가 4개의 각 휠 모터를 제어하며, 전방향 주행 시 동기 제어에 의해 정밀제어가 가능하며, 상기 각 휠 모터사이도 광통신 인터페이스를 기반으로 실시간 처리 및 제어가 가능하도록 하여 상기 메인 프로세서는 상기 각 휠 모터의 상태를 실시간으로 처리 및 제어가 가능한 것이 바람직하다.In the present invention, the two degree of freedom drive device, the main processor controls the four wheel motors based on the optical communication interface, it is possible to precisely control by synchronous control when driving in all directions, the optical communication interface between each wheel motor Based on the real time processing and control is possible, the main processor is preferably capable of processing and controlling the state of each wheel motor in real time.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 외부 회전과 중심부 회전이 한 개의 모터에서 각각 제어됨으로써 한 개의 모터에서 2자유도 구동장치가 가능해진다.According to the present invention having the above-mentioned problems and solving means, the external rotation and the central rotation are controlled by one motor, respectively, thereby enabling a two degree of freedom drive device in one motor.

또한 한 개의 모터에서 2자유도 구동장치가 가능해짐에 따라 모터의 수가 줄어들고, 설계 및 조립이 구조적으로 단순화되어 로봇이나 기계의 소형화가 가능해진다.In addition, the two-degree-of-freedom drive in one motor can reduce the number of motors, simplify the design and assembly, and make the robot or machine smaller.

또한 구조적으로 단순화됨에 따라 비교적 간단하면서도 보다 안정적인 매커니즘이 가능해진다.The structural simplicity also allows for a relatively simple and more stable mechanism.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일실시예인 2자유도 구동장치를 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a two degree of freedom driving device of one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예인 2자유도 구동장치(1)이고, 2자유도 구동장치(1)는 종래에 사용되었던 중실형 타입의 모터(40)와 중공형 타입의 모터(50)가 하나의 형태로 결합된 구조로 형성되어 중실형 타입의 모터(40)의 특성인 중심부 회전과 중공형 타입의 모터(50)의 특성인 외부 회전이 모두 제어가 되어 2자유도를 갖도록 구성된 구동장치(1)이다.4 is a two degree of freedom drive device 1 of an embodiment of the present invention, the two degree of freedom drive device 1 is a solid-type motor 40 and a hollow type motor 50 that has been conventionally used The driving device is configured to have a two degree of freedom by forming a combined structure in one form to control both the central rotation of the solid type motor 40 and the external rotation of the hollow type motor 50. 1).

2자유도 구동장치(1)는 중심부 회전의 축이 되는 샤프트(3)와, 샤프트의 외주면에 결합되는 내측 회전자(5)와, 내측 회전자(5)의 외주면에 설치되어 중심부 회전운동의 축이 되는 내측 회전축(7)과, 내측 회전축(7) 외주면의 외측에 일정거리를 두고 설치되는 내측 고정자(9)와, 내측 고정자(9)의 외측에 결합되는 외측 고 정자(11)와, 외측 고정자(11) 외주면의 외측에 일정거리를 두고 설치되는 외측 회전축(13)과, 외측 회전축(13)의 외주면에 결합되는 외측 회전자(15)로 이루어진다.The two degree of freedom drive device 1 is provided on the shaft 3 which is the axis of rotation of the center, the inner rotor 5 coupled to the outer circumferential surface of the shaft, and the outer circumferential surface of the inner rotor 5, An inner stator 9 serving as an axis, an inner stator 9 provided at a predetermined distance outside the outer circumferential surface of the inner rotation shaft 7, an outer stator 11 coupled to an outer side of the inner stator 9, and The outer stator 11 includes an outer rotating shaft 13 provided at a distance from the outer circumferential surface of the outer stator 11, and an outer rotor 15 coupled to the outer circumferential surface of the outer rotating shaft 13.

샤프트(3)는 일정 길이를 갖는 원기둥 형상으로 형성되고, 후술되는 내측 회전자(5)가 회전되어 발생되는 회전력을 전달 받고, 외주면에 내측 회전자(5)가 결합된다.The shaft 3 is formed in a cylindrical shape having a predetermined length, receives the rotational force generated by the rotation of the inner rotor 5 to be described later, the inner rotor 5 is coupled to the outer peripheral surface.

내측 회전자(5)는 N극과 S극으로 형성된 영구자석으로 이루어지며, 후술되는 내측 고정자(9)에 의해 발생되는 자기장에 의하여 자기저항이 적은 쪽으로 회전(중심부 회전)된다.The inner rotor 5 is made of a permanent magnet formed of the N pole and the S pole, and rotates toward the lower magnetic resistance by the magnetic field generated by the inner stator 9 (to be described later).

내측 회전축(7)은 내측 회전자(5)에 결합되어 설치되고, 중심부 회전 운동의 축이 된다.The inner rotation shaft 7 is installed to be coupled to the inner rotor 5, and becomes an axis of the central rotation movement.

내측 고정자(9)는 내측 회전축(7)에 일정 거리를 두고 고정되게 설치되고, 내측 회전자(5)가 지지되도록 하고, 일정 넓이의 폭을 갖는 원주부와, 원주부로부터 중심을 향하여 돌출된 다수의 내측 돌출부와, 복수개의 내측 돌출부에 권선된 코일로 형성된다.The inner stator 9 is installed to be fixed to the inner rotation shaft 7 at a predetermined distance, the inner rotor 5 is supported, and has a circumferential portion having a width of a predetermined width and protruding toward the center from the circumferential portion. A plurality of inner protrusions and a coil wound around the plurality of inner protrusions are formed.

또한 내측 고정자(9)는 코일이 형성됨으로써 전류가 흐르면 자기장이 발생되어 내측 회전축(7)을 중심으로 회전되는 내측 회전자(5)에 자기저항이 적은 쪽으로 회전되도록 한다.In addition, the inner stator 9 is a coil is formed so that when a current flows a magnetic field is generated so that the magnetic resistance is rotated toward the inner rotor 5 which is rotated about the inner rotation shaft (7) less.

외측 고정자(11)는 내측 고정자(9)의 외측에 고정되어 설치되고, 후술되는 외측 회전자(15)가 지지되도록 하고, 일정 넓이의 폭을 갖는 원주부와, 원주부로부터 외측을 향하여 돌출된 다수의 외측 돌출부와, 복수개의 외측 돌출부에 권선된 코일로 형성된다.The outer stator 11 is fixedly installed on the outside of the inner stator 9, and supports the outer rotor 15 to be described later, and has a circumferential portion having a width of a predetermined width and protruding outward from the circumferential portion. A plurality of outer protrusions and a coil wound around the plurality of outer protrusions are formed.

또한 외측 고정자(11)는 내측 고정자(9)와 마찬가지로 권선된 코일로부터 발생되는 자기장이 외측 회전자(15)를 회전되도록 한다.In addition, the outer stator 11, like the inner stator 9, causes the magnetic field generated from the coil to be wound to rotate the outer rotor 15.

외측 회전축(13)은 외측 고정자(11)의 외측에 일정 거리를 두고 설치되고, 외부 회전 운동의 축이 된다.The outer rotating shaft 13 is provided at a distance from the outer side of the outer stator 11 and becomes an axis of the outer rotating motion.

외측 회전자(15)는 외측 회전축(13)의 외주면에 결합되고, 내측 회전자(7)와 동일하게 N극과 S극으로 형성된 영구자석으로 이루어지며, 외측 고정자(11)로부터 발생된 자기장에 의하여 자기 저항이 적은 쪽으로 외측 회전축(13)을 중심으로 회전(외부 회전)이 발생된다.The outer rotor 15 is coupled to the outer circumferential surface of the outer rotating shaft 13, and is made of a permanent magnet formed of the N pole and the S pole in the same way as the inner rotor 7, the magnetic field generated from the outer stator 11 As a result, the rotation (outer rotation) is generated about the outer rotation shaft 13 toward the less magnetic resistance.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 2자유도 구동장치는 한 개의 모터에서 중공형 타입 모터(50)의 특성인 외부 회전과 중실형 타입 모터(40)의 특성인 중심부 회전, 즉 2가지 회전 운동이 발생되고, 제어가 가능해져 2개의 모터를 사용하지 않고 한 개의 모터만을 사용하여 2자유도의 구현이 가능해진다.As described above, the two degree of freedom drive device according to one embodiment of the present invention has a central rotation, which is a characteristic of the hollow type motor 50, and a central rotation, that is, two rotational motions, of the hollow type motor 50. It can be generated and controlled so that two degrees of freedom can be realized using only one motor instead of two motors.

또한 1개의 구동장치에서 각기 다른 2개의 회전력을 각각 제어될 수 있도록 하는 2자유도 구동장치(1)는 설계 및 제작 시 구조의 단순화와 공간의 활용성, 비용 절감 등의 효과를 가져올 수 있다.In addition, the two degree of freedom drive device (1) to control each of the two different rotational force in one drive device can bring about the effect of simplifying the structure and utilization of space, cost reduction during design and manufacturing.

또한 2개의 모터가 사용될 때 발생되는 모터와 모터의 연결부에서 오는 손실 및 제어상의 오차를 줄여 보다 능동적인 제어가 될 수 있는 여건을 갖출 수 있다.In addition, it is possible to have more active control by reducing the loss and control error from the connection between the motor and the motor generated when two motors are used.

도 5는 본 발명의 일실시예인 도 4의 2자유도 구동장치가 이동로봇에 적용된 휠-모터 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 휠-모터 모듈이 적용된 이동 로봇 주행장치의 조립 사시도이고, 도 7은 도 6의 이동로봇 주행장치의 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a wheel-motor module to which the two degree of freedom driving device of FIG. 4 is applied to the mobile robot, and FIG. 6 is an assembled perspective view of the mobile robot driving device to which the wheel-motor module of FIG. 5 is applied. 7 is a perspective view of the mobile robot traveling apparatus of FIG. 6.

도 6의 이동로봇 주행장치(30)는 일측에 관통공이 형성되고, 기어 회전축(31)이 장착되도록 내부가 형성된 제 1하우징(35)과, 내부에 수용 공간이 형성되어 제 1하우징(35)에 결합되는 제 2하우징(37)과, 제 1하우징(35)의 외측에 설치되어 이동로봇의 이동 운동이 이루어지는 휠-모터 모듈(20)과, 제 1하우징(35)에 형성된 관통공의 내측에 설치되는 베어링(39)과, 휠-모터 모듈(20)의 샤프트(3)에 연결되는 베벨기어(33)와, 베벨기어(33)로부터 회전력을 전달받는 기어 회전축(31)으로 형성된다.The mobile robot traveling apparatus 30 of FIG. 6 has a through hole formed at one side thereof, a first housing 35 formed therein so that the gear rotating shaft 31 is mounted, and an accommodation space formed therein, and thus the first housing 35. A second housing 37 coupled to the wheel housing, a wheel-motor module 20 installed at an outer side of the first housing 35 to move a mobile robot, and a through hole formed in the first housing 35. The bearing 39 is installed in the bevel gear 33 is connected to the shaft 3 of the wheel-motor module 20, and the gear rotating shaft 31 receives the rotational force from the bevel gear 33.

휠-모터 모듈(20)은 이동로봇의 주행이 이루어지는 타이어(26)와, 타이어(26)의 내측에 설치되는 휠(28)과, 제 1하우징(35)을 향하는 방향의 휠(28)의 일면에 일정거리를 두고 설치되는 외측 고정자(11)와, 외측 고정자(11)의 외주면 외측에 일정거리를 두고 설치되는 외측 회전자(15)와, 외측 고정자(11)에 형성된 관통공의 내부에 포함되도록 설치되는 내측 고정자(9)와, 제 1하우징(35)에 형성된 관통공으로 삽입되어 휠(28)에 형성된 관통공으로 삽입 돌출되도록 설치되는 내측 회전자(5)와, 내측 회전자(5)의 관통공으로 삽입되어 결합되는 샤프트(3)로 형성된다. The wheel-motor module 20 includes a tire 26 in which the mobile robot travels, a wheel 28 installed inside the tire 26, and a wheel 28 in a direction toward the first housing 35. On the inside of the through-hole formed in the outer stator 11, the outer stator 11 is installed at a certain distance, the outer rotor 15 is installed at a certain distance outside the outer circumferential surface of the outer stator 11, and the outer stator 11 An inner stator 9 installed to be included, an inner rotor 5 inserted into a through hole formed in the first housing 35 to be inserted into a through hole formed in the wheel 28, and an inner rotor 5. It is formed as a shaft 3 is inserted into the through hole of the coupling.

이 때 휠-모터 모듈(20)의 외측 고정자(11)와, 외측 회전자(15), 내측 고정자(9), 내측 회전자(5), 샤프트(3)는 도 4와 동일한 구성으로 형성되고, 내측 회전자(5)와 내측 고정자(9), 외측 고정자(11)들은 휠(28)에 일정 거리를 두고 설치되 되 외측 회전자(15)는 휠(28)에 결합되어 설치됨으로써 외측 회전자(15)가 회전될 때 휠(28)과 타이어(26)는 회전력을 전달받아 이동로봇의 직선방향의 주행이 이루어지도록 구성된다. At this time, the outer stator 11, the outer rotor 15, the inner stator 9, the inner rotor 5, the shaft 3 of the wheel-motor module 20 is formed in the same configuration as FIG. The inner rotor 5 and the inner stator 9 and the outer stator 11 are installed at a predetermined distance to the wheel 28, and the outer rotor 15 is coupled to the wheel 28 to be installed outside. When the electron 15 is rotated, the wheel 28 and the tire 26 are configured to receive a rotational force to travel in a linear direction of the mobile robot.

또한 샤프트(3)는 내측 회전자(5)에 형성된 관통공으로 삽입되고, 일면이 베벨기어(33)에 치합되게 설치됨으로써 내측 회전자(5)가 회전(중심부 회전)될 때 회전력이 베벨기어(33)로 전달되고, 베벨기어(33)는 샤프트(3)로부터 전달받은 회전력을 기어 회전축(31)으로 전달하여 기어 회전축(31)이 회전됨으로써 이동로봇 주행장치(30)의 Yaw 방향, 즉 로봇의 조향이 제어되도록 한다.In addition, the shaft 3 is inserted into a through hole formed in the inner rotor 5, and one surface thereof is fitted to the bevel gear 33 so that the rotational force is rotated when the inner rotor 5 is rotated (center rotation). 33), the bevel gear 33 transmits the rotational force transmitted from the shaft 3 to the gear rotation shaft 31, so that the gear rotation shaft 31 is rotated, that is, the Yaw direction of the mobile robot traveling apparatus 30, that is, the robot. Allow steering of the vehicle to be controlled.

또한 외측 회전자(15)는 회전(외부 회전)이 발생될 때 회전력이 휠(28)과 타이어(26)로 전달되어 휠(28)과 타이어(26)가 회전됨으로써 이동로봇 주행장치(30)의 Tilt 방향, 즉 로봇의 주행이 제어되도록 한다.In addition, when the outer rotor 15 is rotated (external rotation), the rotational force is transmitted to the wheel 28 and the tire 26 so that the wheel 28 and the tire 26 rotate so that the mobile robot traveling device 30 is rotated. Tilt direction of the robot, that is, the movement of the robot to be controlled.

즉 이동로봇의 주행장치(30)는 속력이 제어되는 속력장치(미도시)와 방향이 제어되는 조향장치(미도시)로 이루어지며, 속력장치는 외부 고정자(9)로부터 발생되는 자기장에 의하여 외부 회전자(15)가 회전되고, 이 회전력에 의해 휠(28)과 타이어(26)가 회전됨으로써 주행장치(30)의 직선운동이 제어가 되도록 구성되고, 조향장치는 내부 고정자(9)로부터 발생되는 자기장에 의하여 내부 회전자(5)가 회전되고, 이 회전력에 의해 샤프트(3)가 회전되며, 샤프트(3)의 회전은 베벨기어(33)에 의해 변속되어 주행장치(30)의 방향이 제어가 되도록 구성된다.That is, the traveling device 30 of the mobile robot is composed of a speed device (not shown) in which the speed is controlled and a steering device (not shown) in which the direction is controlled, and the speed device is externally formed by a magnetic field generated from the external stator (9). The rotor 15 is rotated, and the wheel 28 and the tire 26 are rotated by this rotational force so that the linear movement of the traveling device 30 is controlled, and the steering device is generated from the internal stator 9. The inner rotor 5 is rotated by the magnetic field, and the shaft 3 is rotated by the rotational force, and the rotation of the shaft 3 is shifted by the bevel gear 33 so that the direction of the traveling device 30 is changed. It is configured to be controlled.

즉, 이동로봇의 주행장치(30)에 본 발명의 일실시예인 2자유도 구동장치(1)가 적용됨으로써 휠-모터 모듈(20)은 한 개의 모터에서 주행 및 조향 운동이 동시 에 제어가 가능해진다.That is, the two-degree of freedom drive device 1 of the present invention is applied to the traveling device 30 of the mobile robot, so that the wheel-motor module 20 can simultaneously control driving and steering motions in one motor. Become.

또한 종래의 이동로봇이나 기계의 주행 장치(60)는 주행과 조향의 제어를 위해 2개의 모터(61), (69)가 사용되었으나, 본 발명의 2 자유도 구동장치(1)는 한 개의 모터가 사용됨으로써 설계 및 조립이 구조적으로 단순화되고, 그 것을 구현하는 매커니즘 또한 비교적 간단하면서도 안정적으로 이루어진다.In addition, in the conventional mobile robot or machine traveling device 60, two motors 61 and 69 are used for driving and steering control. However, the two degree of freedom driving device 1 of the present invention includes one motor. The design and assembly are simplified structurally by using, and the mechanism for implementing the same is relatively simple and stable.

또한 2자유도 구동장치(1)는 도 5와 같이 이동로봇의 주행장치(30)로 예를 들어 설명하였으나 지능형 서비스 로봇뿐만이 아니라 산업용 로봇이나 자동차 산업등 수많은 연관 산업으로 기술적 독창성을 바탕으로 다양하게 적용될 수 있다.In addition, the two degree of freedom driving device 1 is described as an example of the traveling device 30 of the mobile robot as shown in FIG. 5, but not only an intelligent service robot but also various related industries such as an industrial robot or an automobile industry. Can be applied.

도 1은 종래에 사용되는 중실형 타입의 BLDC 모터의 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional BLDC motor of a solid type.

도 2는 종래에 사용되는 중공형 타입의 BLDC 모터의 구조를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a hollow type BLDC motor conventionally used.

도 3은 종래에 사용되는 이동로봇의 주행구동장치를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a traveling driving device of a mobile robot used in the related art.

도 4는 본 발명의 일실시예인 2자유도 구동장치를 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a two degree of freedom driving device of one embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 2자유도 구동장치가 이동로봇에 적용된 휠-모터 모듈을 나타내는 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a wheel-motor module to which the two degree of freedom driving device of FIG. 4 is applied to a mobile robot.

도 6은 도 5의 휠-모터 모듈이 적용된 이동로봇 주행장치의 조립 사시도이다. 6 is an assembled perspective view of the mobile robot driving apparatus to which the wheel-motor module of FIG. 5 is applied.

도 7은 도 6의 이동로봇 주행장치의 사시도이다.7 is a perspective view of the mobile robot driving apparatus of FIG. 6.

Claims (6)

2자유도를 갖도록 구동시키는 2자유도 구동장치에 있어서:In a two degree of freedom drive that drives to have two degrees of freedom: 복수개의 코일이 형성된 내측 고정자;An inner stator in which a plurality of coils are formed; 복수개의 코일이 형성되며, 상기 내측 고정자의 외측에 설치되는 외측 고정자;An outer stator having a plurality of coils formed therein and installed outside the inner stator; 영구 자석으로 형성되어 상기 내측 고정자에 일정거리를 두고 설치되는 내측 회전자;An inner rotor formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance from the inner stator; 영구 자석으로 형성되어 상기 외측 고정자에 일정거리를 두고 설치되는 외측 회전자를 포함하며, An outer rotor formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance to the outer stator, 상기 내측 고정자로부터 발생되는 자기장으로 인해 상기 내측 회전자가 회전되고, 상기 외측 고정자로부터 발생되는 자기장으로 인해 상기 외측 회전자가 회전되는 것을 특징으로 하는 2자유도 구동장치.And the inner rotor rotates due to the magnetic field generated from the inner stator, and the outer rotor rotates due to the magnetic field generated from the outer stator. 청구항 1에서, 상기 내측 회전자의 내부에 샤프트가 결합되는 것을 특징으로 하는 2자유도 구동장치.The two degree of freedom driving device of claim 1, wherein the shaft is coupled to the inside of the inner rotor. 청구항 1 또는 2에서, 상기 외측 고정자는 The method of claim 1 or 2, wherein the outer stator is 일정 넓이의 폭을 갖는 원주부와;A circumferential portion having a predetermined width; 상기 원주부로부터 외측을 향하여 돌출된 적어도 하나 이상의 외측 돌출부들 과;At least one outer protrusion protruding outwardly from the circumference; 상기 외측 돌출부들에 권선된 코일로 형성되는 것을 특징으로 하고, Characterized in that it is formed of a coil wound on the outer protrusions, 상기 내측 고정자는 The inner stator is 일정 넓이의 폭을 갖는 원주부와;A circumferential portion having a predetermined width; 상기 원주부로부터 내측을 향하여 돌출된 적어도 하나 이상의 내측 돌출부들과;At least one inner protrusion protruding inwardly from the circumference; 상기 내측 돌출부들에 권선된 코일로 형성되는 것을 특징으로 하는 2자유도 구동장치.The two degree of freedom drive device characterized in that it is formed of a coil wound on the inner protrusions. 휠이 구비된 회전체와 결합되어 속력과 방향을 변화시키는 휠 모터 모듈에 있어서:In a wheel motor module that is combined with a wheeled rotor to change speed and direction: 복수개의 코일이 형성된 내측 고정자;An inner stator in which a plurality of coils are formed; 복수개의 코일이 형성되며, 상기 내측 고정자의 외측에 설치되는 외측 고정자;An outer stator having a plurality of coils formed therein and installed outside the inner stator; 영구 자석으로 형성되어 상기 내측 고정자에 일정거리를 두고 설치되며 상기 내측 고정자의 자기장과 상호작용에 의하여 회전되는 내측 회전자;An inner rotor formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance to the inner stator, and rotated by interaction with a magnetic field of the inner stator; 영구 자석으로 형성되어 상기 외측 고정자에 일정거리를 두고 설치되며 상기 외측 고정자의 자기장과 상호작용하여 회전하는 외측 회전자를 포함하며, It is formed of a permanent magnet is installed at a certain distance to the outer stator and includes an outer rotor that rotates in interaction with the magnetic field of the outer stator, 상기 내측 회전자의 회전력에 의하여 상기 회전체의 회전방향을 변화시키고, 상기 외측 회전자의 회전력에 의하여 상기 회전체의 속력이 변화시키는 것을 특징 으로 하는 휠 모터 모듈.Wheel motor module, characterized in that for changing the rotational direction of the rotating body by the rotational force of the inner rotor, the speed of the rotating body by the rotational force of the outer rotor. 청구항 4에서, 상기 외측 회전자의 회전 방향과 상기 내측 회전자의 회전 방향이 반대로 회전되는 것을 특징으로 하는 휠 모터 모듈.The wheel motor module of claim 4, wherein the rotation direction of the outer rotor and the rotation direction of the inner rotor are reversed. 휠이 구비되며, 조향장치에 결합되는 회전체의 속력과 방향을 제어하는 휠 모터 모듈에 있어서:In the wheel motor module provided with a wheel, and controls the speed and direction of the rotating body coupled to the steering device: 복수개의 코일이 형성된 내측 고정자;An inner stator in which a plurality of coils are formed; 복수개의 코일이 형성되며, 상기 내측 고정자의 외측에 설치되는 외측 고정자;An outer stator having a plurality of coils formed therein and installed outside the inner stator; 영구 자석으로 형성되어 상기 내측 고정자에 일정거리를 두고 설치되며 상기 내측 고정자의 자기장과 상호작용에 의하여 회전되어 조향장치를 구동시키는 내측 회전자;An inner rotor formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance to the inner stator, and rotated by interaction with a magnetic field of the inner stator to drive a steering device; 영구 자석으로 형성되어 상기 외측 고정자에 일정거리를 두고 설치되며 상기 외측 고정자의 자기장과 상호작용에 의하여 회전되며 상기 휠을 구동시키는 외측 회전자를 포함하는 휠 모터 모듈.The wheel motor module is formed of a permanent magnet and installed at a predetermined distance to the outer stator, and rotates by interaction with the magnetic field of the outer stator, the wheel motor module including an outer rotor for driving the wheel.
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