KR20220132943A - 모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇 - Google Patents

모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇 Download PDF

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송영은
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Abstract

본 발명은 장애물 극복이 가능하면서도 좁은 영역에서 이동이 가능한 모바일 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠베이스를 변화시킬 수 있는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇에 관한 것이다. 이를 위해, 모바일 로봇(100)의 구동휠 변형장치에 있어서, 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 1 구동휠(200)과 상기 제 1 구동휠(200)에 연결되는 제 3 아암(152); 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 2 구동휠(210); 일단이 제 2 구동휠(210)에 연결되고, 타단이 제 3 아암(152)에 연결되어 일체로 회동하는 제 4 아암(154); 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 3 구동휠(220)과 일단이 제 3 구동휠(220)에 연결되는 제 2 아암(114); 제 3 아암(152)과 제 4 아암(154)이 연결되는 영역에 설치되어, 제 3 아암(152)과 제 4 아암(154)을 회동시키는 제 2 축(150); 및 제 2 축(150)을 회동시키는 제 2 축 서보모터(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치가 제공된다.

Description

모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇{Driving wheel transformation device of mobile robot and mobile robot including same}
본 발명은 장애물 극복이 가능하면서도 좁은 영역에서 이동이 가능한 모바일 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠베이스를 변화시킬 수 있는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 바퀴를 장착한 운행장치(무인반송차량, AGV), 교통수단(자동차), 로봇은 평지의 주행이 원활한데 반해, 계단, 비포장도로, 나대지, 문턱, 험로와 같은 장애물의 극복이 원활하지 않거나 불가능했다.
이러한 단점을 극복하고자 무한궤도(캐터필더) 방식이 제안되었다. 그러나, 이러한 무한궤도 방식은 구조가 복잡하고 고속 주행이 어려우며, 부품수가 많아서 유지 보수가 비효율적이었다.
또한, 종래의 모바일 로봇은 바퀴와 바퀴 사이의 거리인 휠 베이스가 고정되어 있었다. 따라서, 좁은 복도나 골목길에서는 모바일 로봇의 유턴, 회전 또는 방향전환 등에 제약이 많았다. 또한, 6륜 이상을 채택하는 모바일 로봇의 경우 휠 베이스가 길어서 엘리베이터의 탑승도 불가능하였다.
1. 대한민국 실용신안 등록 제 20-0232858호(휠체어 전륜의 고무밸트바퀴 장치), 2. 대한민국 특허공개 제 10-2009-0103357호(계단 주행이 가능한 휠체어 및 그 바퀴).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 비포장길, 언덕길, 야외와 같은 험지에서 주행이 가능하고, 계단, 문턱과 같은 장애물의 극복이 가능하도록 한 모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 휠 베이스를 변형할 수 있도록 하여 좁은 공간에서도 주행이 가능하도록 한 모바일 로봇의 구동휠 변형장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 모바일 로봇(100)의 구동휠 변형장치에 있어서, 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 1 구동휠(200)과 상기 제 1 구동휠(200)에 연결되는 제 3 아암(152); 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 2 구동휠(210); 일단이 제 2 구동휠(210)에 연결되고, 타단이 제 3 아암(152)에 연결되어 일체로 회동하는 제 4 아암(154); 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 3 구동휠(220)과 일단이 제 3 구동휠(220)에 연결되는 제 2 아암(114); 제 3 아암(152)과 제 4 아암(154)이 연결되는 영역에 설치되어, 제 3 아암(152)과 제 4 아암(154)을 회동시키는 제 2 축(150); 및 제 2 축(150)을 회동시키는 제 2 축 서보모터(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치가 제공된다.
또한, 제 2 아암(114)의 타단은 모바일 로봇(100)에 연결된다.
또한, 제 3 아암(152)과 제 4 아암(154)은 60° ~ 120° 범위의 사이각을 이루도록 연결된다.
또한, 제 2 축 서보모터(330)는 제 2 축(150)을 30° ~ 60° 범위에서 회동시킬 수 있다.
또한, 제 1 구동휠(200)은 모바일 로봇(100) 보다 전방으로 돌출되거나 전방과 같아지도록 위치한다.
또한, 제 3 구동휠(220)은 모바일 로봇(100) 보다 후방으로 돌출되도록 위치한다.
또한, 제 1 구동휠(220), 제 2 구동휠(210) 및 제 3 구동휠(220)은 모바일 로봇(100)의 전방으로부터 후방을 향해 순차적으로 위치한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 실시예로써, 전술한 구동휠 변형장치를 갖는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 모바일 로봇은 물류로봇, 전동카트, 무인반송차량, 휠체어 중 하나이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 비포장길, 언덕길, 야외와 같은 험지에서 주행이 가능하고, 계단, 문턱과 같은 장애물의 극복이 가능하다. 이를 통해 물류로봇에 응용할 경우 효율적인 배송이 이루어질 수 있다.
또한, 구동휠과 구동휠 사이의 거리인 휠 베이스가 가변될 수 있기 때문에, 좁은 복도나 골목길에서도 모바일 로봇의 유턴, 회전 또는 방향전환 등에 가능하다. 또한, 또한, 6륜 이상을 채택하는 모바일 로봇의 경우라도 휠 베이스를 가변시킬 수 있기 때문에 엘리베이터의 탑승도 가능하다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 구동휠 변형장치를 포함하는 모바일 로봇(100)이 평지를 주행할 때의 상태를 나타내는 측면도,
도 2는 도 1에 도시된 모바일 로봇(100)이 장애물(60)을 오르는 상태를 나타내는 측면도,
도 3은 도 1에 도시된 모바일 로봇(100)이 휠베이스를 축소하여 좁은 지역을 이동하는 상태를 나타내는 측면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구동휠 변형장치를 포함하는 모바일 로봇(100)의 개략적인 내부 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 구동휠 변형장치를 포함하는 모바일 로봇(100)이 평지를 주행할 때의 상태를 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구동휠 변형장치를 포함하는 모바일 로봇(100)의 개략적인 내부 블록도이다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇(100)은 자율 주행장치의 일예이다. 모바일 로봇(100)의 구체적인 응용으로는 전동카트, 휠체어, 무인반송차량(AGV) 등이 될 수 있다.
모바일 로봇(100)은 전방으로 돌출된 한쌍의 제 1 구동휠(200)을 갖는다. 제 1 구동휠(200)이 모바일 로봇(100)의 전면 보다 앞쪽으로 돌출됨에 따라 장애물(60)에 먼저 닿을 수 있고, 장애물(60)을 타고 올라갈 수 있다.
한쌍의 제 1 구동휠(200)에는 제 1, 2 서보모터(300, 312)가 연결되며, 한쌍의 제 1 구동휠(200)은 독립적으로 회전하여 조향할 수 있다. 한쌍의 제 1 구동휠(200)은 독립적으로 정역 회전이 가능하다.
모바일 로봇(100)은 중간에는 한쌍의 제 2 구동휠(210)이 구비된다. 한쌍의 제 2 구동휠(210)에는 제 3, 4 서보모터(314, 316)가 연결되며, 한쌍의 제 2 구동휠(210)은 독립적으로 회전하여 조향할 수 있다. 한쌍의 제 2 구동휠(210)은 독립적으로 정역 회전이 가능하다. 선택적으로 제 2 구동휠(210)은 아이들 휠일 수도 있다.
모바일 로봇(100)은 후방으로 돌출된 한쌍의 제 3 구동휠(220)을 갖는다. 제 3 구동휠(220)이 모바일 로봇(100)의 후면 보다 뒤쪽으로 돌출됨에 따라 후진시 장애물(60)에 먼저 닿을 수 있고, 장애물(60)을 타고 올라갈 수 있다.
한쌍의 제 3 구동휠(220)에는 제 5, 6 서보모터(318, 320)가 연결되며, 한쌍의 제 3 구동휠(220)은 독립적으로 회전하여 조향할 수 있다. 한쌍의 제 3 구동휠(220)은 독립적으로 정역 회전이 가능하다.
제어부(300)는 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 서보모터(300, 312, 314, 316, 318, 320)를 독립적으로 제어함으로서 모바일 로봇(100)의 주행, 가속, 감속, 제자리 회전, 방향전환, 후진 및 이들의 조합을 구현한다. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 서보모터(300, 312, 314, 316, 318, 320)는 각각의 제 1, 2, 3 구동휠(200, 210, 220)에 내장되는 인휠모터(in-wheel motor)일 수 있다.
제 1 아암(112)의 일단은 제 1 축(110)에 연결되고, 타단은 제 2 축(150)에 연결된다. 제 2 아암(114)의 일단은 제 1 축(110)에 연결되고, 타단은 제 3 구동휠(220)에 연결된다. 제 1 축(110)에는 서스펜션(미도시)이 부설될 수 있다. 제 1 아암(112)과 제 2 아암(114)은 상호 일정한 사이각(예 : 120°)을 유지할 수 있다. 제 1 축(110)은 회전하지 않는 고정축일 수 있다.
제 3 아암(152)의 일단은 제 2 축(150)에 연결되고, 타단은 제 1 구동휠(200)에 연결된다. 제 4 아암(154)의 일단은 제 2 축(150)에 연결되고, 타단은 제 2 구동휠(210)에 연결된다. 제 3, 4 아암(152, 154)은 일체로 구성하여 제 2 축(150)을 중심으로 일체로 회동할 수 있다. 제 3 아암(152)과 제 4 아암(154)은 60° ~ 120° 범위의 사이각을 갖는다. 60° 미만에서는제 1, 2 구동휠(200, 210) 사이의 거리가 좁아서 간섭을 일으키거나 주행 안정성을 떨어뜨린다. 120°를 초과하는 경우 모바일 로봇(100)의 전고를 지나치게 낮출 수 있으며, 제 2 축(150)의 선회시 모바일 로봇(100)의 전방이 지나치게 들어올려져서 안정성이 저하된다.
제 2 축(150)은 제 1 축(110)의 높이 보다 낮은 위치이면서 제 1 축(110) 보다 전방에 위치한다. 제 2 축(150)에는 제 2 축 서보모터(330)가 연결되어 있고, 제 2 축 서보모터(330)는 제어부(300)의 지령에 따라 제 3, 4 아암(152, 154)을 회동시킨다. 제 2 축 서보모터(330)는 제 2 축(150)을 30° ~ 60° 범위에서 회동시킨다. 30°미만인 경우 휠 베이스의 단축 효과가 미미하고, 60°를 초과하는 경우 휠베이스가 지나치게 단축되어 모바일 로봇(100)이 앞으로 전복될 수 있는 위험이 있다.
모바일 로봇(100)에는 6개의 구동휠이 배치되었으나 필요에 따라 휠은 더 증대되거나 축소될 수 있다.
실시예의 동작
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 도 1과 같은 평지의 지면(50)에서는 제 1, 2, 3 구동휠(200, 210, 220)이 지면(50)에 모두 닿도록 제 3, 4 아암(152, 154)이 배치된다. 이때, 제 1, 3 구동휠(200, 220) 사이의 휠 베이스(축간 거리)가 최대로 된다. 도 1과 같은 상태에서 고속 주행이나 안정적인 회전 주행이 가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 모바일 로봇(100)이 장애물(60)을 오르는 상태를 나타내는 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 계단이나 단차, 험로 등과 같은 장애물(60)을 만나게 되면, 제 1 구동휠(200)의 앞부분이 장애물(60)에 먼저 닿으면서 장애물(60)을 올라 타게 된다. 이후, 제 2, 3 구동휠(210, 220)이 순차적으로 장애물(60)을 넘게 된다. 이때, 제 2 축(150)은 시계방향(도 2 기준)으로 10° ~ 30° 범위에서 회전하여 장애물(60) 극복을 보조할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 모바일 로봇(100)이 휠베이스를 축소하여 좁은 지역을 이동하는 상태를 나타내는 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 축 서보모터(330)는 제어부(300)의 지령에 따라 반시계방향(도 3 기준)으로 회전하여 제 3 아암(152)이 수직이 되도록 한다. 이때, 제 2 구동휠(210)은 제 4 아암(154)에 의해 들어 올려지게 되고, 휠 베이스는 제 1 구동휠(200)과 제 3 구동휠(220) 사이로 좁아지게 된다.
휠 베이스가 좁아진 상태이므로 폭이 좁은 복도나 골목길에서도 방향전환 또는 제자리 회전 등을 할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
50 : 지면,
60 : 장애물,
100 : 모바일 로봇,
110 : 제 1 축,
112 : 제 1 아암,
114 : 제 2 아암,
150 : 제 2 축,
152 : 제 3 아암,
154 : 제 4 아암,
200 : 제 1 구동휠,
210 : 제 2 구동휠,
220 : 제 3 구동휠.

Claims (9)

  1. 모바일 로봇(100)의 구동휠 변형장치에 있어서,
    상기 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 1 구동휠(200)과 상기 제 1 구동휠(200)에 연결되는 제 3 아암(152);
    상기 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 2 구동휠(210);
    일단이 상기 제 2 구동휠(210)에 연결되고, 타단이 상기 제 3 아암(152)에 연결되어 일체로 회동하는 제 4 아암(154);
    상기 모바일 로봇(100)을 구동하는 제 3 구동휠(220)과 일단이 상기 제 3 구동휠(220)에 연결되는 제 2 아암(114);
    상기 제 3 아암(152)과 상기 제 4 아암(154)이 연결되는 영역에 설치되어, 상기 제 3 아암(152)과 상기 제 4 아암(154)을 회동시키는 제 2 축(150); 및
    상기 제 2 축(150)을 회동시키는 제 2 축 서보모터(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 아암(114)의 타단은 상기 모바일 로봇(100)에 연결되는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 아암(152)과 상기 제 4 아암(154)은 60° ~ 120° 범위의 사이각을 이루도록 연결되는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 축 서보모터(330)는 상기 제 2 축(150)을 30° ~ 60° 범위에서 회동시키는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구동휠(200)은 상기 모바일 로봇(100) 보다 전방으로 돌출되거나 상기 전방과 같아지도록 위치하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 구동휠(220)은 상기 모바일 로봇(100) 보다 후방으로 돌출되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구동휠(220), 상기 제 2 구동휠(210) 및 상기 제 3 구동휠(220)은 상기 모바일 로봇(100)의 전방으로부터 후방을 향해 순차적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇의 구동휠 변형장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 구동휠 변형장치를 갖는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모바일 로봇은 물류로봇, 전동카트, 무인반송차량, 휠체어 중 하나인 것을 특징으로 하는 모바일 로봇.
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