KR100493214B1 - Omni-directional vehicle with continuous variable transmission - Google Patents

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KR100493214B1
KR100493214B1 KR10-2001-0074860A KR20010074860A KR100493214B1 KR 100493214 B1 KR100493214 B1 KR 100493214B1 KR 20010074860 A KR20010074860 A KR 20010074860A KR 100493214 B1 KR100493214 B1 KR 100493214B1
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    • B60Y2400/72Continous variable transmissions [CVT]

Abstract

무단변속 기능을 갖는 전방향 차량은 몸체와 다수의 전방향 바퀴, 전방향 바퀴를 몸체에 지지하는 지지부로 이루어지고, 다수의 전방향 바퀴 중에서 하나 이상의 전방향 바퀴의 지지부에 전방향 바퀴가 조향할 수 있도록 하는 조향부가 설치되고, 설치된 모든 조향부의 조향을 동기화하는 동기부가 설치되고, 상기 조향부의 회전 중심인 조향축이 각각 독립적으로 설치되어 조향부가 설치된 전방향 바퀴의 조향에 의해서 무단변속할 수 있다.An omnidirectional vehicle having a continuously variable function includes a body, a plurality of omnidirectional wheels, and a support for supporting the omnidirectional wheels on the body, and the omnidirectional wheels are steered to the support of at least one omnidirectional wheel among the plurality of omnidirectional wheels. A steering unit is installed, a synchronization unit for synchronizing the steering of all installed steering units is installed, and steering shafts, which are rotation centers of the steering units, are independently installed, and are continuously variable by steering of the omnidirectional wheel in which the steering unit is installed. .

Description

무단변속 기능을 갖는 전방향 차량 {Omni-directional vehicle with continuous variable transmission}Omni-directional vehicle with continuous variable transmission}

본 발명은 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량(omni-directional vehicle)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 전방향 바퀴를 사용한 전방향 차량에서 전방향 바퀴를 조향하여 무단변속 기능을 수행하는 전방향 차량에 관한 것이다.The present invention relates to an omni-directional vehicle having a continuously variable function, and more particularly, an omni-directional vehicle which steers the omnidirectional wheel in an omnidirectional vehicle using a plurality of omnidirectional wheels. It is about a vehicle.

본 발명에서 차량은 사람이나 물건을 이동시키는 기구를 칭한다. 자동차를 비롯하여 자율적으로 움직이는 이동로봇이나 전동 휠체어 등이 그 대표적인 예이다. 현재 적용되어 이용되고 있는 차량은 대체로 독립적인 두 바퀴 구동방식(Independent two driving wheel mechanism)이나 조향-구동 방식(Steering and driving Mechanism)으로 구동되는데, 이러한 기존의 차량은 움직임에 제약이 있다. 앞으로 움직이던 상태에서 차체를 회전시키지 않고는 바로 옆으로 이동할 수 없는 것이 대표적인 움직임의 제약이다. 이러한 움직임의 제약으로 자동차의 주차 시와 같이 협소한 공간에서의 움직임이 어렵고, 원하는 위치에 도달하기 위하여 복잡한 경로의 계산이 필요하게 된다. In the present invention, the vehicle refers to a mechanism for moving a person or an object. Cars, autonomous mobile robots and electric wheelchairs are typical examples. Vehicles currently applied and used are generally driven by independent two driving wheel mechanisms or steering and driving mechanisms, which have limited movement. One of the typical limitations is the inability to move to the side without rotating the body while moving forward. Due to this limitation of movement, it is difficult to move in a narrow space such as when parking a car, and it is necessary to calculate a complicated path to reach a desired position.

이러한 단점을 보완하기 위해서 개발된 것이 전방향 차량이다. 전방향 차량은 차량의 운동능력을 향상시켜 2차원 평면에서 3자유도(전후, 좌우, 회전)의 운동이 가능해서 임의의 자세에서 임의의 방향으로 주행이 가능하다.The omni-directional vehicle was developed to compensate for this drawback. The omni-directional vehicle improves the vehicle's athletic ability and enables movement of three degrees of freedom (front, rear, left, and right) in a two-dimensional plane, and thus can travel in any direction in any posture.

지금까지 이러한 전방향 차량을 위한 여러 종류의 전방향 메커니즘이 연구되었다. 현재까지 개발된 전방향 메커니즘은 크게 종래의 차량용 바퀴를 사용하는 방법과 전방향 구동을 위하여 특수하게 설계된 바퀴를 사용하는 방법으로 분류할 수 있다. 오프-센터 휠 메커니즘(Off-centered wheel mechanism)은 종래의 바퀴를 사용하는 대표적인 메커니즘으로서 전방향 구동을 하기 위하여 각 바퀴에 바퀴의 중심과 일정한 거리가 있도록 조향축을 설치하고, 각 바퀴를 조향 및 구동하여 전방향 구동을 하게 된다. Until now, various kinds of omnidirectional mechanisms for such omnidirectional vehicles have been studied. The omnidirectional mechanism developed to date can be largely classified into a method of using a conventional vehicle wheel and a method of using a wheel specifically designed for omnidirectional driving. The off-centered wheel mechanism is a typical mechanism using conventional wheels. For driving in all directions, steering wheels are provided on each wheel so that a certain distance from the center of the wheel is provided, and each wheel is steered and driven. In all directions.

이에 대하여 전방향 구동을 위하여 특수하게 설계된 바퀴를 사용하는 메커니즘도 많이 개발되었다. 유니버설 휠(Universal wheel), 메카넘 휠(Mecanum wheel), 더블 휠(Double wheel), 얼터닛 휠(Alternate wheel), 하프 휠(Half wheel), 오쏘고날 휠(Orthogonal wheel), 볼 휠(Ball wheel) 등의 여러 방식이 있다. 이들의 형태는 다양하지만, 공통적으로 바퀴의 회전을 통해서 구동력을 전달하는 능동 모드와 구동력을 전달하지 않고 자유롭게 회전할 수 있는 수동 모드의 두 가지 모드를 갖는다. 이렇게 능동과 수동 모드를 갖고 전방향 구동에 이용될 수 있는 바퀴를 통칭하여 전방향 바퀴라고 부르기로 한다.Many mechanisms using wheels designed specifically for omnidirectional driving have also been developed. Universal wheel, Mecanum wheel, Double wheel, Alternate wheel, Half wheel, Orthogonal wheel, Ball wheel wheel). Although they vary in form, they have two modes in common: an active mode that transmits driving force through rotation of a wheel and a passive mode that can rotate freely without transmitting driving force. These wheels, which have active and passive modes and can be used for omnidirectional driving, are collectively called omnidirectional wheels.

전방향 차량에 사용된 다양한 종류의 전방향 바퀴가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 (a)에 도시된 전방향 바퀴는 유니버설 휠이다. 유니버설 휠은 전방향 바퀴 중 가장 고전적인 것으로서, 서로 다른 회전축을 자유롭게 회전할 수 있는 여러 개의 수동롤러로 구성된다. 여기서, 각 수동롤러의 회전축은 바퀴의 원주와 접하는 방향으로 구성된다. (b)에 도시된 메카넘 휠은 각 롤러를 바퀴 주위에 45도 기울여 배치한 것이고, (c)에 도시된 더블 휠은 바퀴 2개를 겹쳐서 배치한 것이다. (d)에 도시된 얼터닛 휠은 작은 롤러와 큰 롤러를 번갈아 배치한 것이고, (e)에 도시된 하프 휠은 기존 롤러 형태의 반을 절단한 형태의 롤러를 겹쳐서 배치한 것이다. (f)에 도시된 오쏘고날 휠은 롤러 2개의 회전 축을 수직으로 배치한 것이다. (g)에 도시된 볼 휠은 구 형태의 바퀴를 사용하여 능동 모드와 수동 모드를 구현한 것이다. 이러한 전방향 바퀴는 종래의 차량용 바퀴와 다르게 앞에서 설명한 바와 같이 능동 모드로 구동력을 전달하는 방향과 수동 모드로 외부의 힘에 의해 자유롭게 회전하여 진행하는 방향을 동시에 갖는다. Various types of omnidirectional wheels used in omnidirectional vehicles are shown in FIG. 1. The omnidirectional wheel shown in FIG. 1A is a universal wheel. The universal wheel is the most classic of all-wheels, and consists of several manual rollers capable of freely rotating different rotation axes. Here, the rotation axis of each manual roller is configured in the direction in contact with the circumference of the wheel. The mecanum wheels shown in (b) are arranged at an angle of 45 degrees around the wheels, and the double wheels shown in (c) are two wheels overlapped. The alternate wheel shown in (d) is arranged alternately between a small roller and a large roller, and the half wheel shown in (e) is arranged by overlapping rollers cut in half of an existing roller type. The orthogonal wheel shown in (f) arrange | positions the rotation axis of two rollers vertically. The ball wheel shown in (g) implements active mode and passive mode using spherical wheels. Unlike the conventional vehicle wheels, the omnidirectional wheels simultaneously have a direction of transmitting driving force in an active mode and a direction of free rotation by an external force in a passive mode as described above.

이러한 전방향 바퀴를 사용한 전방향 차량은 바퀴의 배치 형상에 따라서 차량 속도비를 변화시킬 수 있다. 그 예로 도 2의 (a)와 같이 두 개의 빔(12)이 중앙에 설치된 공통의 조향축(11)에 대하여 회전을 하고, 두 빔은 기어에 의해 좌우 대칭으로 움직이도록 구속되고, 각 빔의 끝에는 볼 휠(13)과 모터가 설치되어 전방향 구동을 수행하는 구조가 미국 특허 5927423에 등록되었다. 이러한 구조에서 조향축을 중심으로 빔이 도 2의 (b)나 (c)와 같이 회전하면 차량에 대한 볼 휠의 능동 모드와 수동 모드의 방향이 바뀌게 된다. 이는 진행하고자 하는 방향의 속도비를 수정하는 기능을 수행하여 무단변속기로서 작용한다.The omnidirectional vehicle using the omnidirectional wheel can change the vehicle speed ratio according to the arrangement of the wheels. For example, as shown in (a) of FIG. 2, two beams 12 rotate about a common steering shaft 11 installed at the center, and the two beams are constrained to move left and right symmetrically by a gear. At the end, a structure in which the ball wheel 13 and the motor are installed to perform omnidirectional driving is registered in US Patent 5927423. In this structure, when the beam rotates around the steering shaft as shown in (b) or (c) of FIG. 2, the direction of the active and passive modes of the ball wheel with respect to the vehicle is changed. This acts as a continuously variable transmission by performing a function of correcting the speed ratio in the direction to proceed.

무단변속기는 바퀴의 회전속도에 대한 차량의 속도의 비율인 속도비와 바퀴 구동력에 대한 차량의 구동력의 비인 구동력비를 연속적으로 변화시킬 수 있는 변속기이다. 이러한 무단변속기는 변화할 수 있는 속도비의 범위가 넓으면, 동일한 액추에이터를 사용하여 발생시킬 수 있는 최대 속도와 최대 구동력 등을 증가시킬 수 있다.The continuously variable transmission is a transmission capable of continuously changing the speed ratio, which is the ratio of the speed of the vehicle to the rotational speed of the wheel, and the driving force ratio, which is the ratio of the driving force of the vehicle to the wheel driving force. Such a continuously variable transmission may increase the maximum speed and the maximum driving force that can be generated by using the same actuator when the speed ratio that can be changed is wide.

그러나 미국 특허 5927423의 구조는 두 빔(12)이 공통된 조향축(11)을 갖고 회전하므로 구조적으로 조향각의 범위가 제한된다. 즉, 빔이 회전하면 바퀴가 지면과 접하는 4점이 이루는 형상이 변화하고, 빔의 회전각이 일정한 값 이상이 되면 지면과 접하는 형상의 폭이나 길이가 줄어들어서 차량의 안정성을 확보할 수 없게 된다. 따라서 차량의 안정성을 확보하기 위하여 빔의 회전 범위가 제한되므로 무단변속기의 속도비의 범위가 제한되어 최대 속도 및 최대 구동력과 관련된 성능이 제한된다.However, the structure of US Pat. No. 5,927,423 structurally limits the range of the steering angle as the two beams 12 rotate with a common steering axis 11. That is, when the beam rotates, the shape of the four-point wheels contacting the ground changes, and when the rotation angle of the beam is greater than or equal to a certain value, the width or length of the shape contacting the ground decreases, thereby making it impossible to secure vehicle stability. Therefore, since the beam rotation range is limited to secure the stability of the vehicle, the range of the speed ratio of the continuously variable transmission is limited, thereby limiting the performance related to the maximum speed and the maximum driving force.

따라서, 위에 서술한 종래의 기술에서 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 단점을 보완하여 전방향 차량의 안정성을 확보하며 무단변속기의 속도비의 범위를 증대할 수 있는 구조가 요구된다.Therefore, in the above-described conventional technology, a structure capable of securing the stability of the omnidirectional vehicle and increasing the range of the speed ratio of the continuously variable transmission by compensating the disadvantage of the omnidirectional vehicle having the continuously variable function is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전방향 바퀴의 조향축을 각 바퀴에 독립적으로 설치하여 무단변속 기능의 속도비의 범위를 증대시키고, 이를 통해서 차량 전체의 성능을 향상시킬 수 있는 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, by installing the steering shaft of the front wheel independently of each wheel to increase the range of the speed ratio of the continuously variable function, thereby improving the performance of the entire vehicle. An object of the present invention is to provide an omnidirectional vehicle having a continuously variable speed function.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량은 몸체와 다수의 전방향 바퀴, 전방향 바퀴를 몸체에 지지하는 지지부로 이루어지고, 다수의 전방향 바퀴 중에서 하나 이상의 전방향 바퀴의 지지부에 전방향 바퀴가 조향할 수 있도록 하는 조향부가 설치되고, 설치된 모든 조향부의 조향을 동기화하는 동기부가 설치되고, 상기 조향부의 회전 중심인 조향축이 각각 독립적으로 설치되어 조향부가 설치된 전방향 바퀴의 조향에 의해서 무단변속할 수 있다.In order to achieve the above object, the omnidirectional vehicle having the continuously variable function according to the present invention includes a body, a plurality of omnidirectional wheels, and a support for supporting omnidirectional wheels on the body, and at least one of a plurality of omnidirectional wheels. A steering part for steering the omni-directional wheels is installed on the support of the omni-directional wheels, a synchronization part for synchronizing the steering of all installed steering parts is installed, and steering shafts, which are rotation centers of the steering parts, are installed independently of each other. It can be continuously shifted by steering of all-wheels.

이러한 전방향 차량에는 전방향 바퀴를 구동하기 위한 액추에이터와 액추에이터를 제어하기 위한 제어부가 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 액추에이터는 전기로 구동되는 전기 모터이거나, 유압에 의해 구동되는 유압 모터, 공압에 의해 구동되는 공압 모터 등 저장된 에너지를 회전운동 에너지로 변환할 수 있는 모든 수단을 의미한다.Such an omnidirectional vehicle is preferably provided with an actuator for driving the omnidirectional wheel and a control unit for controlling the actuator. Here, the actuator refers to all means capable of converting stored energy into rotational kinetic energy, such as an electric motor driven by electricity, a hydraulic motor driven by hydraulic pressure, or a pneumatic motor driven by pneumatic pressure.

이 때, 전방향 바퀴의 속도나 위치 등을 피드백 제어하기 위해 전방향 바퀴의 속도나 위치 등의 회전 정보를 측정하기 위한 센서와 전방향 바퀴를 구동하는 액추에이터의 구동력을 피드백 제어하기 위하여 이를 측정하기 위한 센서가 설치되는 것이 바람직하다.At this time, in order to feedback control the speed or position of the omnidirectional wheel, and to measure the rotational information such as the speed and position of the omnidirectional wheel and to measure the feedback to control the driving force of the actuator driving the omnidirectional wheel. It is preferable that a sensor is installed.

또한, 동기화된 조향각을 피드백 제어하기 위하여 동기화된 조향각을 측정하기 위한 센서가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a sensor is further provided for measuring the synchronized steering angle in order to feedback control the synchronized steering angle.

상기 조향부에 대한 조향에서 전방향 바퀴의 움직임으로 조향이 어렵거나 불가능할 때에는 조향부의 조향을 위해서 별도의 액츄에이터를 설치하여 직접 조향하는 것이 바람직하다.When steering is difficult or impossible due to the movement of the omnidirectional wheel in steering with respect to the steering unit, it is preferable to directly steer by installing a separate actuator for steering of the steering unit.

또한, 전방향 차량의 운동 중에 조향을 원하지 않을 때 조향각을 고정할 수 있는 고정 장치가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further provide a fixing device for fixing the steering angle when steering is not desired during the movement of the omnidirectional vehicle.

전방향 바퀴를 4개 설치하고, 4개의 전방향 바퀴의 지지부에 조향부를 설치하여 전방향 바퀴의 움직임을 제어함으로써 조향을 수행할 수 있다.It is possible to perform steering by installing four omnidirectional wheels and installing steering parts on the support portions of the four omnidirectional wheels to control the movement of the omnidirectional wheels.

바람직하게, 상기 조향축은 전방향 바퀴가 지면과 접촉하는 점을 지나도록 설치되어 전방향 바퀴의 구동과 독립적으로 조향될 수도 있고, 전방향 바퀴가 지면과 접촉하는 점과 일정한 거리를 갖도록 설치되어 전방향 바퀴의 구동이 조향에 영향을 미칠 수도 있다.Preferably, the steering shaft may be installed so as to pass the point where the omni-directional wheel contacts the ground, and may be steered independently of the driving of the omni-directional wheel, and may be installed to have a predetermined distance from the point where the omni-directional wheel contacts the ground. Driving of the directional wheels may also affect steering.

바람직하게, 상기 동기부는 조향링크, 연결링크, 리니어 가이드로 이루어지거나, 기어열로 이루어지거나, 풀리와 타이밍 벨트로 이루어지는 등 조향부를 동시에 움직이도록 구성할 수 있는 기구부로 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the synchronizing portion is composed of a mechanism that can be configured to move the steering portion at the same time, such as consisting of a steering link, a connecting link, a linear guide, a gear train, a pulley and a timing belt.

또한, 전방향 바퀴가 4개 이상 사용되는 전방향 차량에서는 전방향 바퀴의 지지부에 현가장치가 설치되는 것이 바람직하다.In addition, in an omnidirectional vehicle in which four or more omnidirectional wheels are used, it is preferable that a suspension device is installed at the support of the omnidirectional wheel.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, it is possible to replace them at the time of the present application It should be understood that there may be a variety of equivalents and variations.

도 3은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 1 실시예를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 제 1 실시예는 4개의 전방향 바퀴(19)로 이루어지고, 4개의 바퀴가 모두 조향되며, 조향축(11)과 바퀴 중심간에 오프셋 링크(16)에 의해 일정한 거리를 갖는 구조로 구성된다. 이 때, 전방향 바퀴(19)는 상기 모든 종류의 전방향 바퀴가 모두 사용 가능하며, 서로 다른 종류의 전방향 바퀴가 동시에 사용될 수도 있다. 각 전방향 바퀴에 바퀴를 차량의 몸체에 고정하는 지지부가 설치되고, 몸체의 모서리 부분에 지지부가 회전할 조향부가 각각의 조향축(11)을 갖도록 설치된다. 이 때 조향부는 동기부에 의해 1자유도의 조향 운동을 하게 된다. 여기서, 동기부는 연결링크(15)와 리니어 가이드(17)로 구성되며, 4바퀴의 조향링크(14)는 연결링크에 의해 서로 연결되고, 연결링크(15)의 운동은 리니어 가이드(17)에 의해 구속되어 1자유도의 운동을 하게 된다. 도 3의 (a)의 형상에서 조향이 되면 도 3(b)나 도 3(c)와 같은 형상으로 전방향 바퀴의 위치와 각이 변화하게 되어 이를 통해서 무단변속을 수행할 수 있게 된다. 또한, 이러한 조향각은 조향축의 한 곳에 연결된 조향각용 엔코더(33)에 의해 측정된다.3 shows a first embodiment of an omni-directional vehicle according to the invention. As shown in the figure, the first embodiment consists of four omnidirectional wheels 19, all four wheels being steered, and having a constant distance by means of an offset link 16 between the steering shaft 11 and the wheel center. It is composed of a structure. At this time, the omni-directional wheels 19 can be used in all the above-mentioned all-direction wheels, different types of omni-directional wheels may be used at the same time. A support for fixing the wheels to the body of the vehicle is installed on each of the omnidirectional wheels, and a steering portion to which the support rotates is installed at the corners of the body to have respective steering shafts 11. At this time, the steering unit performs one degree of freedom steering motion by the synchronizer. Here, the synchronization unit is composed of a connecting link 15 and the linear guide 17, the steering wheel 14 of the four wheels are connected to each other by a connecting link, the movement of the connecting link 15 to the linear guide 17 It is constrained by the movement of one degree of freedom. When steering is performed in the shape of FIG. 3 (a), the position and angle of the omnidirectional wheel are changed to the shape as shown in FIG. 3 (b) or 3 (c), thereby allowing the stepless speed change to be performed. This steering angle is also measured by a steering angle encoder 33 connected to one of the steering axes.

도 4는 상기 전방향 바퀴(19)와 모터(23), 전방향 바퀴를 지지하는 지지부를 나타낸 도면이다. 전방향 바퀴의 허브(20)가 베어링(21)으로 지지되고, 바퀴의 회전축과 모터(23)의 회전축이 일치하도록 모터(23)가 설치되어 커플링(22)을 통해서 모터축과 바퀴축이 연결된다. 이러한 바퀴와 모터를 지지하는 지지부에서 현가 장치는 평행링크(28)와 스프링(26)으로 구성되었다. 스프링은 스프링과 댐퍼로 이루어지거나 고무 등으로 구성된 충격 흡수장치로 대체될 수도 있다.4 is a view showing a support for supporting the omnidirectional wheel 19, the motor 23, the omnidirectional wheel. The hub 20 of the omnidirectional wheel is supported by the bearing 21, and the motor 23 is installed so that the rotational axis of the wheel and the rotational axis of the motor 23 coincide with each other so that the motor shaft and the wheel shaft are connected through the coupling 22. Connected. At the support for supporting the wheels and the motor, the suspension device was composed of parallel links 28 and springs 26. The spring may consist of a spring and a damper or may be replaced with a shock absorber composed of rubber or the like.

도 5는 전방향 바퀴의 지지부가 조향할 수 있도록 설치된 조향링크(14)로 구성된 조향부를 나타낸 것이다. 몸체의 조향축(11)에 대하여 회전하고, 연결링크(15)와 리니어 가이드(17)로 구성된 동기부 와 연결되어 1자유도의 조향을 수행하게 된다.Figure 5 shows a steering portion composed of a steering link 14 installed so that the support of the omni-directional wheel can steer. It rotates about the steering shaft 11 of the body, and is connected to the synchronization unit consisting of the link link 15 and the linear guide 17 to perform one degree of freedom steering.

이렇게 구성된 제 1실시예에 대하여 무단변속 기능 및 전방향 이동에 대하여 상세히 설명한다.The continuously variable function and the omnidirectional movement will be described in detail with respect to the first embodiment thus constructed.

공지의 기술인 도 2와 본 발명의 제 1실시예인 도 3을 비교해 보자. 이 두 메커니즘에서 대각선으로 마주 보는 두 바퀴의 중심을 잇는 선이 몸체의 대각선 상에 위치하는 초기 위치로부터의 회전을 바퀴의 조향각 f로 정의한다. 도 2의 구조에서는 바퀴 모듈의 회전 축인 조향축이 두 빔의 교차점이 된다. 따라서 조향각이 커지면 바퀴와 지면과의 접촉점들로 구성되는 사각형의 한 변이 지나치게 작아져서 주행 안정성이 저하되는 문제가 발생하므로, 조향각의 회전 범위가 제한되고, 이로 인해서 무단변속을 통하여 발생시킬 수 있는 속도비의 범위가 제한된다는 단점을 갖게 된다. 이에 비하여, 도 3의 제안된 구조에서는 바퀴 모듈의 회전 축이 몸체의 중앙이 아니라, 몸체의 네 모서리 근처에 위치하므로, 조향각이 커지더라도 구조적으로 매우 안정되는 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 구조에서는 조향각이 넓은 범위를 갖게 되어, 무단변속으로 발생할 수 있는 속도비의 범위가 대폭 증가된다. Compare FIG. 2, which is a known technique, and FIG. 3, which is a first embodiment of the present invention. In these two mechanisms, the steering angle f of the wheel defines the rotation from the initial position where the line connecting the centers of two diagonally facing wheels is located on the diagonal of the body. In the structure of FIG. 2, the steering axis, which is the rotation axis of the wheel module, becomes the intersection point of the two beams. Therefore, if the steering angle is increased, the one side of the square consisting of the contact points between the wheel and the ground becomes too small, which causes a problem of deterioration of driving stability. Therefore, the rotation range of the steering angle is limited, and thus the speed that can be generated through the continuously variable speed. The disadvantage is that the range of the rain is limited. In contrast, in the proposed structure of FIG. 3, the rotation axis of the wheel module is located near the four corners of the body, not the center of the body, and thus has a structurally stable characteristic even if the steering angle is increased. Therefore, in the structure of the present invention, the steering angle has a wide range, and the range of the speed ratio that can occur in stepless speed is greatly increased.

상기와 같은 장점을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 기구학적 해석을 하여보자. 도 6는 4개의 바퀴를 갖는 전방향 차량의 좌표계를 나타낸다. 이 그림은 도 3의 구조를 설명의 편의를 위하여 단순화하여 그린 것으로, 궁극적으로는 도 3과 동일한 기구학적 관계를 갖는다. 먼저 차량을 강체 운동이라 가정하고, 그림과 같이 평면상에 기준좌표계 O-XY, 차량의 무게중심에 이동좌표계 o-xy을 설정한다. 한편, y축과 로봇 몸체의 대각선이 이루는 각 θ는 몸체의 모양에 따라서 그 값이 결정된다.(즉, 정사각형의 몸체에 대하여 θ= 45o)Let us make a kinematic analysis of the first embodiment of the present invention having the above advantages. 6 shows a coordinate system of an omnidirectional vehicle having four wheels. This figure simplifies the structure of FIG. 3 for convenience of description and ultimately has the same kinematic relationship with FIG. 3. First, assume that the vehicle is a rigid body motion and set the reference coordinate system O-XY on the plane and the moving coordinate system o-xy at the center of gravity of the vehicle as shown in the figure. On the other hand, the angle θ formed between the y axis and the diagonal of the robot body is determined according to the shape of the body (ie, θ = 45 o for a square body).

각 바퀴에서의 속도는 차량의 속도로부터 다음과 같이 구할 수 있다. The speed at each wheel can be found as follows from the speed of the vehicle.

where, where,

여기서, v 1, v 2, v 3, v 4는 각 바퀴의 속도, v x , v y 는 차량의 무게중심에서의 속도 벡터의 xy 축 방향의 성분, 는 기준좌표계에서 차량 몸체의 각속도, 는 조향 각속도를 각각 나타낸다. 한편, 이 식에서 0<φ+θ<90o이면 C≠0, S≠0가 되어, 위의 행렬은 역행렬이 존재하는데, 이 역행렬이 차량의 속도와 바퀴의 속도와의 관계를 나타내는 자코비안(Jacobian)에 해당한다.Where v 1 , v 2 , v 3 , and v 4 are the speeds of each wheel, v x , v y are the components in the x and y axes of the velocity vector at the center of gravity of the vehicle, Is the angular velocity of the vehicle body in the reference coordinate system, is the steering angular velocity, respectively. On the other hand, if 0 < φ + θ <90 o, C ≠ 0, S ≠ 0, and the above matrix has an inverse matrix, which is a Jacobian ( Jacobian).

이 자코비안을 이용하여 차량 속도와 바퀴 속도 간에는 다음과 같은 관계가 성립된다.Using Jacobian, the following relationship is established between vehicle speed and wheel speed.

where where

이 식에서 보듯이 4개 바퀴의 속도를 제어하면 차량의 속도 및 가변 기구부의 각속도를 완전히 결정할 수 있다. As shown in this equation, controlling the speed of four wheels can completely determine the speed of the vehicle and the angular speed of the variable mechanism.

한편, 본 발명의 전방향 차량의 힘과 모멘트는 각 바퀴에 작용하는 구동력 F i 에 의해서 앞에서 구한 속도 관계와 유사하게 다음과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, the force and the moment of the omni-directional vehicle of the present invention can be expressed as follows similar to the speed relationship obtained previously by the driving force F i acting on each wheel.

where where

이 때, F x , F y 는 전방향 차량의 무게중심에 작용하는 힘의 xy 방향의 성분, T z 는 로봇의 무게중심을 지나는 수직축에 대한 모멘트를 각각 나타낸다. 또한, T φ 는 바퀴 모듈을 조향축 주위로 회전시키는 데 소요되는 토크를 나타낸다. 식에서 F v 은 바퀴 구동력의 벡터 합으로 주어진다. 따라서, 임의의 방향으로 차량을 구동하는 힘, 모멘트와 바퀴 모듈을 조향하는 모멘트는 구동력의 조합에 의해 생성될 수 있다.At this time, F x , F y are the components in the x and y direction of the force acting on the center of gravity of the omnidirectional vehicle, T z represents the moment about the vertical axis passing through the center of gravity of the robot, respectively. In addition, φ T represents the torque required to rotate the wheel around a steering shaft module. Where F v is given by the vector sum of the wheel drive forces. Thus, the moment for driving the vehicle in any direction, the moment for steering the wheel module with the moment can be generated by the combination of the driving force.

전방향 차량에서 속도비에 대하여 정의해 보자. 전방향 차량은 2차원 평면에서 3자유도를 가지므로 속도비를 단순한 속도비로 정의하기는 어렵다. 따라서 다음과 같이 놈(norm)의 개념을 사용하여 속도비를 정의한다.Let's define the speed ratio in the omni-directional vehicle. Since the omni-directional vehicle has three degrees of freedom in a two-dimensional plane, it is difficult to define the speed ratio as a simple speed ratio. Therefore, the speed ratio is defined using the concept of norm as follows.

이 때, 놈은 각 성분의 제곱을 합한 다음에 제곱근을 취하면 구할 수 있다. 각 바퀴의 속도가 동일한 경우에도 조향각에 의해 속도비가 변화될 수 있음에 유의해야 한다. 도 7은 L o, l, θ가 각각 0.283m, 0.190m, 45o인 경우에 x, y, z 축 방향의 운동에 대하여 조향각에 대한 속도비의 변화를 나타낸 것이다. 병진운동과 관계되는 x축 방향과 y축 방향의 두 속도비는 0.5에서 무한대까지 조향각에 민감하게 변화하지만, 회전운동과 관계된 속도비는 거의 일정한 것을 알 수 있다. 예를 들어, 조향각이 -25o ~ +25o의 범위를 갖는다면, 차량의 y 방향 속도비는 그림의 X로 표시된 것과 같이 1.46에서 0.532의 범위에서 변화된다. 그림에서 볼 수 있듯이, 조향각의 범위가 커질수록 속도비의 범위도 커진다는 점을 알 수 있다.At this time, the norm can be found by summing the squares of the components and taking the square root. Note that the speed ratio can be changed by the steering angle even when the speed of each wheel is the same. FIG. 7 illustrates the change of the speed ratio with respect to the steering angle with respect to the motions in the x , y and z axes when L o , l and θ are 0.283 m, 0.190 m and 45 o , respectively. The two speed ratios in the x- and y- axis directions related to the translational motion are sensitive to the steering angle from 0.5 to infinity, but the speed ratios related to the rotational motion are almost constant. For example, if the steering angle is in the range of -25 o to +25 o, the velocities in the y direction of the vehicle will vary from 1.46 to 0.532, as indicated by the X in the figure. As can be seen, the larger the steering angle, the larger the speed ratio.

한편, 바퀴의 구동력 벡터에 대한 차량에 작용하는 힘 벡터의 비인 구동력 비(force ratio)도 앞에서 살펴본 속도비와 유사한 방식으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, the force ratio, which is the ratio of the force vector acting on the vehicle to the driving force vector of the wheel, may also be expressed as follows in a manner similar to the speed ratio described above.

식에서 알 수 있듯이 구동력 비는 속도비의 역수와 같다. 도 8은 조향각의 함수로 구동력 비를 나타낸 것이다. 조향각의 변화에 의해 한 방향에서 구동력 비가 최대가 되면 다른 방향에서 최소가 된다. 따라서 차량의 운동에 필요한 구동력을 보장하는 범위에서 조향각이 결정되어야 한다.As can be seen from the equation, the driving force ratio is equal to the inverse of the speed ratio. 8 shows the driving force ratio as a function of the steering angle. When the driving force ratio becomes maximum in one direction due to the change of steering angle, it becomes minimum in the other direction. Therefore, the steering angle must be determined in a range that guarantees the driving force required for the movement of the vehicle.

도 9는 바람직한 제어부의 구성 예를 보여준다. 각 전방향 바퀴는 액추에이터인 모터에 의해 구동되고, 각 액추에이터는 드라이버에 의해 구동된다. 각 액추에이터는 위치, 속도, 구동력을 엔코더 계수기, 전류 센서로부터 측정하여 피드백 제어되는 것이 바람직하다. 각 드라이버는 마스터 제어기의 명령을 추종하고, 마스터 제어기는 차량이 이동할 경로로부터 각 드라이버에 명령을 인가하고, 통신을 통해서 차량이 수행하여야 할 일을 지시 받는다. 본 실시예에서는 마스터 제어기로 DSP(TMS320C32)가 사용되었고, 각 모터를 구동하기 위한 드라이버는 80196KC가 사용되었다. PC와 마스터 제어기는 직렬통신을 통해 연결되고, 사용자에 의해 PC에서 마스터 제어기로 수행할 일이 인가된다. 마스터 제어기에서 경로 등을 계산하여 이에 맞는 각 모터의 회전속도와 토크를 드라이버에 인가하고, 드라이버는 이를 추종하는 구조로 구성되어 있다. 9 shows a configuration example of a preferred control unit. Each omnidirectional wheel is driven by a motor that is an actuator, and each actuator is driven by a driver. Each actuator is preferably feedback controlled by measuring position, speed, and driving force from an encoder counter and a current sensor. Each driver follows the command of the master controller, and the master controller issues a command to each driver from the path that the vehicle moves, and is instructed by the vehicle through communication. In this embodiment, DSP (TMS320C32) is used as a master controller, and 80196KC is used as a driver to drive each motor. The PC and the master controller are connected via serial communication, and the user is authorized to perform work from the PC to the master controller. The master controller calculates the path and applies the rotational speed and torque of each motor to the driver, and the driver follows the structure.

마스터 제어기와 액추에이터 드라이버의 피드백 제어는 하나의 제어기에 의해 수행될 수도 있고, 마스터 제어기에 수행할 일을 인가하는 것은 조이스틱과 같은 인터페이스 회로를 추가하여 사람이 직접 마스터 제어기에 수행할 일을 인가할 수도 있다. 또한, 공지의 기술인 무선통신을 이용하여 마스터 제어기와 사용자나 PC간의 통신은 무선으로 수행될 수도 있다.The feedback control of the master controller and the actuator driver may be performed by one controller, and applying work to be performed to the master controller may add an interface circuit such as a joystick to authorize work to be performed directly to the master controller. have. In addition, communication between a master controller and a user or a PC may be performed wirelessly using wireless communication, which is a known technique.

도 10은 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 2실시예를 나타낸다. 동기부가 기어(30) 및 풀리(31)와 타이밍 벨트(32)로 구성된 것을 제외하고는 제 1실시예와 동일하게 구성되어 있다. 도 11은 기어(30) 및 풀리(31)와 타이밍 벨트(32)로 구성된 동기부와 조향각용 엔코더(33)의 개략적인 모습을 나타낸 것이다. 각 조향축(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)은 도 10의 조향축(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)과 번호를 맞추어 나타내었다. 각 조향축(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)이 적절한 방향으로 회전하도록 구성되고, 조향각용 엔코더(33)는 타이밍 벨트(32)와 풀리(31)로 연결되어 회전각을 측정하게 된다.Fig. 10 shows a second embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. It is configured similarly to the first embodiment except that the synchronizer is composed of the gear 30 and the pulley 31 and the timing belt 32. FIG. 11 shows a schematic view of a synchronizer and steering angle encoder 33 composed of a gear 30, a pulley 31, and a timing belt 32. Each steering shaft 11-1, 11-2, 11-3, 11-4 is shown by numbering with the steering shaft 11-1, 11-2, 11-3, 11-4 of FIG. Each steering shaft 11-1, 11-2, 11-3, 11-4 is configured to rotate in an appropriate direction, and the steering angle encoder 33 is connected by a timing belt 32 and a pulley 31 to rotate. The angle is measured.

도 12는 본 발명에 따른 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 3실시예를 나타낸다. 조향축이 전방향 바퀴의 중심과 일치되게 설치되고, 조향용 액추에이터(34)가 추가로 설치된 것을 제외하고는 제 1실시예와 동일하게 구성되어 있다. 이 때, 조향용 액추에이터(34)는 조향각용 엔코더(33)와 동일한 축에 연결되도록 설치되었다. 이렇게 조향축이 전방향 바퀴의 중심과 일치하는 경우에는 제 1실시예에서와 같이 전방향 바퀴의 구동에 의해 조향토크를 생성할 수 없으므로 별도의 조향용 액추에이터가 설치된다. 또한, 바퀴가 지면과 닿는 형상이 조향각에 영향을 받지 않고 일정하다.12 shows a third embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function according to the present invention. The steering shaft is installed in the same manner as in the first embodiment except that the steering shaft is installed to coincide with the center of the omnidirectional wheel and the steering actuator 34 is additionally installed. At this time, the steering actuator 34 was installed to be connected to the same shaft as the steering angle encoder 33. In this case, when the steering shaft coincides with the center of the omnidirectional wheel, steering torque cannot be generated by driving the omnidirectional wheel as in the first embodiment, and thus an additional steering actuator is installed. In addition, the shape in which the wheel contacts the ground is constant without being affected by the steering angle.

도 13은 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 4실시예를 나타낸다. 동기부가 기어(30) 및 풀리(31)와 타이밍 벨트(32)로 구성된 것을 제외하고는 제 3실시예와 동일하게 구성되어 있다.13 shows a fourth embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. It is configured in the same manner as in the third embodiment except that the synchronizer is composed of the gear 30 and the pulley 31 and the timing belt 32.

도 14는 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 5실시예를 나타낸다. 전방향 바퀴(19)가 4개 설치되고, 이중에서 2개의 전방향 바퀴의 지지부에만 조향부가 설치되는 구성을 나타낸다. 또한, 조향축(11)은 전방향 바퀴의 중심과 일정한 거리를 갖도록 설치된다. 조향부가 설치된 2개의 전방향 바퀴는 동기부에 의해 동기화된 조향을 하지만, 조향부가 설치되지 않은 2개의 전방향 바퀴는 고정된 조향각을 갖는다. 이러한 제 5실시예에 따르면 2개의 전방향 바퀴의 조향에 의해 무단변속 기능이 수행된다. 이 때, 별도의 조향용 액추에이터(34)가 설치되어 조향을 수행하게 된다.Fig. 14 shows a fifth embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. The four front wheels 19 are provided, and the steering part is installed only in the support part of two omnidirectional wheels among them. In addition, the steering shaft 11 is installed to have a constant distance from the center of the front wheel. The two omnidirectional wheels with steering are provided for synchronized steering by the synchronizer, while the two omnidirectional wheels without steering are with fixed steering angle. According to this fifth embodiment, the continuously variable function is performed by steering of two omnidirectional wheels. At this time, a separate steering actuator 34 is installed to perform steering.

도 15는 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 6실시예를 나타낸다. 조향축(11)이 전방향 바퀴(19)의 중심과 일치되게 설치되고, 조향용 액추에이터(34)가 추가로 설치된 것을 제외하고는 제 5실시예와 동일하게 구성되어 있다. 또한, 바퀴가 지면과 닿는 형상이 조향각에 영향을 받지 않고 일정하다.Fig. 15 shows a sixth embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. The steering shaft 11 is configured to be aligned with the center of the omnidirectional wheel 19, and is configured in the same manner as in the fifth embodiment except that the steering actuator 34 is additionally installed. In addition, the shape in which the wheel contacts the ground is constant without being affected by the steering angle.

도 16은 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 7실시예를 나타낸다. 3개의 전방향 바퀴(19)가 설치되고, 이중에서 2개의 전방향 바퀴에 조향부가 설치되고, 조향축(11)은 전방향 바퀴(19)의 중심과 일정한 거리를 갖도록 설치된다. 상기 조향부는 연결링크(15)와 리니어 가이드(17)에 의해 구성된 동기부에 동기화된 조향을 하게 된다. 또한, 전방향 바퀴의 조향을 위해 조향용 액추에이터(34)가 설치된다. 다른 1개의 전방향 바퀴는 고정된 조향각을 갖는다. Fig. 16 shows a seventh embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. Three omnidirectional wheels 19 are installed, and steering units are installed on two omnidirectional wheels, and the steering shaft 11 is installed to have a constant distance from the center of the omnidirectional wheels 19. The steering unit is configured to synchronize the synchronization unit formed by the link 15 and the linear guide 17. In addition, a steering actuator 34 is installed for steering of the omnidirectional wheel. The other omnidirectional wheel has a fixed steering angle.

도 17은 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 8실시예를 나타낸다. 동기부가 기어(30) 및 풀리(31)와 타이밍 벨트(32)로 구성된 것을 제외하고는 제 7실시예와 동일하게 구성되어 있다.Fig. 17 shows an eighth embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. It is configured in the same manner as in the seventh embodiment except that the synchronizer is composed of the gear 30 and the pulley 31 and the timing belt 32.

도 18은 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 9실시예를 나타낸다. 조향축(11)이 전방향 바퀴(19)의 중심과 일치되게 설치된 것을 제외하고는 제 8실시예와 동일하게 구성되어 있다. 이렇게 조향축(11)이 전방향 바퀴의 중심과 일치하게 설치되면 바퀴의 구동에 의해 조향 토크가 발생하지 않으므로 차량의 구동과 조향이 독립적으로 수행되어 조향을 제어하는 것이 보다 용이한 장점이 있다. 또한, 바퀴가 지면과 닿는 형상이 조향각에 영향을 받지 않고 일정하다.Fig. 18 shows a ninth embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. The steering shaft 11 is configured in the same manner as the eighth embodiment except that the steering shaft 11 is installed to coincide with the center of the omnidirectional wheel 19. Thus, when the steering shaft 11 is installed to match the center of the omnidirectional wheel, steering torque is not generated by the driving of the wheel, so driving and steering of the vehicle are independently performed, thereby controlling steering. In addition, the shape in which the wheel contacts the ground is constant without being affected by the steering angle.

도 19는 본 발명에 따른 전방향 바퀴(19)를 조향하여 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량의 제 10실시예를 나타낸다. 동기부가 기어(30) 및 풀리(31)와 타이밍 벨트(32)로 구성된 것을 제외하고는 제 9실시예와 동일하게 구성되어 있다.19 shows a tenth embodiment of the omni-directional vehicle having the continuously variable function by steering the omnidirectional wheel 19 according to the present invention. It is configured in the same manner as in the ninth embodiment except that the synchronizer is composed of the gear 30 and the pulley 31 and the timing belt 32.

제 2 실시예에서 제 10 실시예까지의 모든 전방향 차량은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 제 1 실시예와 같이 기구학과 동역학을 해석하여 각 전방향 바퀴를 제어하여 차량을 전방향 구동할 수 있고, 전방향 바퀴를 조향하여 무단변속 기능을 수행할 수 있고, 제 1실시예와 유사하므로 반복된 설명을 피하기 위하여 본 명세서에서는 첨가하지 않았다.All omni-directional vehicles from the second embodiment to the tenth embodiment can be easily interpreted by kinematics and dynamics as in the first embodiment to control each omnidirectional wheel by those skilled in the art. The vehicle can be driven in all directions, the wheels can be steered in all directions to perform the continuously variable function, and are similar to the first embodiment, and thus are not added herein to avoid repeated description.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

본 발명에 따른 전방향 차량은 설치된 전방향 바퀴 중에서 조향이 되는 바퀴 각각에 조향축을 설치하여 전방향 바퀴가 조향이 되더라도 차량의 안정성에 영향을 받지 않으므로 조향각의 범위를 넓게 사용할 수 있다. 따라서 전방향 바퀴의 조향에 따른 무단변속 기능의 속도비의 범위도 넓어지므로 동일한 액추에이터를 사용한 차량에 대하여 최대 속도와 최대 구동력을 증가시켜서 전방향 차량의 성능을 향상시키게 된다.In the omnidirectional vehicle according to the present invention, a steering shaft is installed on each of the wheels to be steered among the installed omnidirectional wheels, so that even when the omnidirectional wheels are steered, the steering wheel is not affected by the stability of the vehicle, thereby enabling a wide range of steering angles. Therefore, the range of the speed ratio of the continuously variable function according to the steering of the omnidirectional wheel is also widened, thereby improving the performance of the omnidirectional vehicle by increasing the maximum speed and the maximum driving force for the vehicle using the same actuator.

또한, 조향축이 바퀴가 지면과 접촉하는 점을 지나는 경우에는 조향을 위한 액추에이터를 별도로 설치하여 차량의 주행과 독립적으로 조향을 제어할 수 있다. In addition, when the steering shaft passes the point where the wheel is in contact with the ground, an actuator for steering may be separately installed to control steering independently of the driving of the vehicle.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. The following drawings attached to this specification are illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.

도 1은 종래 기술에 따른 전방향 차량에 사용된 다양한 종류의 전방향 바퀴의 개략도.1 is a schematic diagram of various types of omni-directional wheels used in omni-directional vehicles according to the prior art;

도 2는 종래 기술에 따른 중앙에 조향축이 설치된 전방향 차량의 개략도.2 is a schematic view of an omnidirectional vehicle with a steering shaft in the center according to the prior art;

도 3은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 1 실시 예를 나타낸 개략도.3 is a schematic view showing a first embodiment of a omni-directional vehicle according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 전방향 바퀴와 모터, 전방향 바퀴를 지지하는 지지부를 나타낸 정면도.Figure 4 is a front view showing a support for supporting the omnidirectional wheel and the motor, the omnidirectional wheel according to the invention.

도 5는 본 발명에 따른 전방향 바퀴의 지지부가 조향할 수 있도록 설치된 조향부를 나타낸 정면도와 평면도. 5 is a front view and a plan view showing a steering portion installed so that the support portion of the omnidirectional wheel according to the present invention can be steered.

도 6은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 전방향 차량의 좌표계를 나타낸 도면.6 is a view showing a coordinate system of the omnidirectional vehicle of the first embodiment according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 조향각에 대한 속도비의 변화를 나타낸 그래프.7 is a graph showing a change in speed ratio for a steering angle according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 조향각에 대한 구동력비의 변화를 나타낸 그래프.8 is a graph showing a change in driving force ratio for a steering angle according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 나타낸 개략도.9 is a schematic diagram showing the configuration of a control unit according to the present invention;

도 10은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 2 실시예를 나타낸 개략도.10 is a schematic view showing a second embodiment of the omni-directional vehicle according to the present invention;

도 11은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 2 실시예의 풀리와 타이밍 벨트로 이루어진 동기부를 나타낸 개략도.Fig. 11 is a schematic view showing a synchronizer consisting of a pulley and a timing belt of a second embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 3 실시예를 나타낸 개략도.12 is a schematic view showing a third embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention;

도 13는 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 4 실시예를 나타낸 개략도.13 is a schematic view showing a fourth embodiment of the omni-directional vehicle according to the present invention;

도 14은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 5 실시예를 나타낸 개략도.14 is a schematic view showing a fifth embodiment of the omni-directional vehicle according to the present invention;

도 15은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 6 실시예를 나타낸 개략도.15 is a schematic view showing a sixth embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention;

도 16은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 7 실시예를 나타낸 개략도.16 is a schematic view showing a seventh embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention;

도 17는 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 8 실시예를 나타낸 개략도.Fig. 17 is a schematic view showing an eighth embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention.

도 18은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 9 실시예를 나타낸 개략도.18 is a schematic view showing a ninth embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention;

도 19은 본 발명에 따른 전방향 차량의 제 10 실시예를 나타낸 개략도.19 is a schematic view showing a tenth embodiment of an omnidirectional vehicle according to the present invention;

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10. 몸체10. Body

11. 조향축11. Steering shaft

12. 빔12. Beam

13. 볼 휠13. ball wheel

14. 조향링크14. Steering Link

15. 연결링크15. Link

16. 오프셋 링크16. Offset Link

17. 리니어 가이드17. Linear guide

18. 조향링크 회전관절18. Steering Link Rotating Joint

19. 전방향 바퀴19. Omni-directional wheels

20. 허브20. Herbs

21. 베어링21. Bearing

22. 커플링22. Coupling

23. 모터23. Motor

24. 엔코더24. Encoder

25. 감속기25. Reducer

26. 스프링26. Spring

27. 평행링크 회전관절27. Parallel link rotation joint

28. 평행링크28. Parallel Links

29. 현가장치 지지링크29. Suspension Support Link

30. 기어30. Gear

31. 풀리31.Pulley

32. 타이밍 벨트32. Timing Belt

33. 조향각용 엔코더33. Steering Angle Encoder

34. 조향용 모터34. Steering Motor

Claims (8)

몸체;Body; 다수의 전방향 바퀴;Multiple omni wheels; 상기 다수의 전방향 바퀴를 각기 구동하는 액추에이터;An actuator for driving the plurality of omnidirectional wheels, respectively; 상기 다수의 전방향 바퀴의 회전 정보를 각기 측정하는 센서;A sensor for measuring rotation information of the plurality of omnidirectional wheels, respectively; 상기 액추에이터를 제어하는 제어부; 및A control unit for controlling the actuator; And 상기 몸체에 상기 다수의 전방향 바퀴를 각기 지지하는 지지부로 구성되어 상기 액추에이터의 구동력을 조절하여 전방향으로 이동이 가능한 전방향 차량에 있어서,In the omni-directional vehicle which is composed of a support portion for supporting the plurality of omnidirectional wheels on the body, respectively, by moving the driving force of the actuator, 적어도 하나 이상의 상기 지지부에 각기 독립적으로 결합되어 상기 전방향 바퀴가 지면에 수직한 방향에 대하여 회전이 가능하게 하는 조향축;A steering shaft that is independently coupled to at least one of the supporting portions to allow the omnidirectional wheel to rotate about a direction perpendicular to the ground; 상기 조향축을 회전시킴으로써 상기 전방향 바퀴의 회전 속도에 대하여 상기 전방향 차량의 속도를 연속적으로 변속하게 하는 조향부;A steering unit configured to continuously change the speed of the omnidirectional vehicle with respect to the rotational speed of the omnidirectional wheel by rotating the steering shaft; 상기 각 조향부의 동작이 소정의 위상차를 갖도록 하는 동기부를 포함하는 무단변속 기능을 갖는 전방향 차량.An omnidirectional vehicle having a continuously variable function including a synchronizer for causing the steering unit to have a predetermined phase difference. 1항에 있어서,According to claim 1, 전방향 바퀴를 구동하는 액추에이터의 구동력을 측정하기 위한 센서가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 전방향 차량.An omnidirectional vehicle, further comprising a sensor for measuring the driving force of the actuator for driving the omnidirectional wheel. 1항에 있어서,According to claim 1, 동기화된 조향각을 측정하기 위한 센서가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 전방향 차량.An omnidirectional vehicle, further comprising a sensor for measuring a synchronized steering angle. 삭제delete 삭제delete 1항에 있어서,According to claim 1, 조향축이 전방향 바퀴가 지면과 접촉하는 점을 지나도록 설치되어 전방향 바퀴의 구동과 독립적으로 조향이 가능한 것 특징으로 하는 전방향 차량.An omnidirectional vehicle, characterized in that the steering shaft is installed so that the omnidirectional wheel contacts the ground and thus steering is possible independently of the driving of the omnidirectional wheel. 1항에 있어서,According to claim 1, 조향축이 전방향 바퀴가 지면과 접촉하는 점과 일정한 거리를 갖도록 설치되어 전방향 바퀴의 구동이 조향에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 전방향 차량.An omnidirectional vehicle, characterized in that the steering shaft is installed at a predetermined distance from the point at which the omnidirectional wheel contacts the ground, so that driving of the omnidirectional wheel affects the steering. 삭제delete
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