KR101145599B1 - A homemaid robot having lift construction - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실내를 주행하면서 물체를 정리 정돈하는 가사도우미 로봇에 관한 것이다. 본 발명의 가사도우미 로봇은, 로봇 암 및 핸드 그립을 이용하여 물체를 파지하여 정리 정돈하는 가사도우미 로봇으로서, 로봇의 하부에 배치되는 베이스(110)와, 상기 베이스(110) 상에 탑재되어 로봇의 몸통을 이루며 상단에 로봇 암이 장착되는 리프트 칼럼(200)을 포함하고, 상기 리프트 칼럼(200)은, 상기 베이스(110) 상에 고정되는 고정 칼럼(210)과, 상기 고정 칼럼(210)에 상하방향으로 미끄럼운동 가능하게 결합되고 최상단부에 상기 로봇 암이 장착되는 하나 이상의 부재로 이루어지는 접철 칼럼(220a)과, 상기 고정 칼럼(210) 또는 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 지지되어 수직으로 설치되는 볼 스크루(300)와, 상기 볼 스크루(300)를 정, 역방향으로 회전 구동하는 구동 모터(400)와, 상기 하나 이상의 접철 칼럼(220a) 중 최상단부에 있는 접철 칼럼에 고정되고, 상기 볼 스크루(300)에는 나사결합되어 볼 스크루(300)의 정, 역방향 회전에 의해 볼 스크루(300)를 따라 승강하여 상기 접철 칼럼(220a)을 신장 또는 수축시키는 볼 너트(232)를 포함하여, 물체의 높이에 따라 리프트 칼럼의 높이를 조절하여 로봇 암을 물체에 접근시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a domestic helper robot that organizes objects while traveling indoors. The housekeeping robot of the present invention is a housekeeping robot that grips and arranges objects using a robot arm and a hand grip, and includes a base 110 disposed below the robot and a robot mounted on the base 110. It comprises a lift column 200 is formed on the top of the body and the robot arm is mounted, the lift column 200, the fixed column 210 is fixed on the base 110, and the fixed column 210 A foldable column (220a) consisting of one or more members coupled to the slide arm in the vertical direction and mounted on the top end thereof and rotatably supported by the fixed column (210) or the base (110). It is fixed to the ball screw 300 is installed in the, the drive motor 400 for driving the ball screw 300 to rotate in the forward and reverse directions, and the folding column at the top of the one or more folding column (220a) In addition, the ball screw 300 is screwed to include a ball nut 232 to expand or contract the folding column 220a by lifting along the ball screw 300 by forward and reverse rotation of the ball screw 300. By adjusting the height of the lift column according to the height of the object, the robot arm can be approached to the object.
Description
본 발명은 실내를 주행하면서 물체를 정리 정돈하는 가사도우미 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신장을 변화시킬 수 있는 구조를 갖추어 물체의 높이에 따라 몸체의 높낮이를 조절함으로써 높이가 다른 구역간의 물체 이동을 용이하게 하고 로봇 활용 범위를 넓혀 시스템의 효율을 극대화할 수 있도록 하는 승강 구조를 가지는 가사도우미 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a domestic helper robot that organizes objects while traveling indoors, and more particularly, has a structure that can change the height, and adjusts the height of the body according to the height of the object to move objects between different heights. The present invention relates to a domestic helper robot having a lifting structure that facilitates and expands the robot application range to maximize the efficiency of the system.
종래에 진공을 이용하여 바닥을 청소하는 기능에 국한되었던 로봇의 활용 범위를 넓혀 집기류, 서적류, 신문류, 가전 제품류, 의류, 제화류 등의 물체를 파지하여 본래 할당된 구역으로 옮긴 후 정리 정돈하는 로봇이 본 발명자 등에 의해 제안된 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0711559호, 특허출원 출원번호 제10-2009-29261호 등에 개시되어 있다.It expands the scope of application of the robot, which is limited to the function of cleaning the floor using vacuum, and grasps objects such as household items, books, newspapers, home appliances, clothes, shoes, etc. The robot is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0711559, Patent Application No. 10-2009-29261 proposed by the present inventors, and the like.
상기 공보 등에 개시된 종래의 가사도우미 로봇은, 주행바퀴가 달린 베이스 상에 몸체를 구비하고, 몸체에는 복수의 관절과 핸드 그립(hand grip)을 가지는 로봇 암(arm)이 장착되며, 몸체에는 물체의 위치를 센싱하는 각종의 센서(예; 초음파 센서)를 구비하는 한편, RFID 태그를 판독할 수 있는 RF 리더 기능을 갖추고 있다.The conventional domestic helper robot disclosed in the above publication has a body on a base having a driving wheel, and the body is equipped with a robot arm having a plurality of joints and hand grips. It is equipped with various sensors (eg, ultrasonic sensors) for sensing a position, and has an RF reader function for reading an RFID tag.
이러한 가사도우미 로봇을 이용하는 시스템은, 특히 도 8에 도시된 바와 같이, 실내를 여러 개의 블록으로 구획하고, 복수의 블록마다 고유한 좌표 정보를 갖는 좌표정보-RFID 태그를 부착하며, 각각의 물체에는 해당 물체의 고유 위치에 대한 좌표 정보 및 각 물체의 특징 등에 관한 물품 정보가 입력된 물체정보-RFID 태그가 부착되어, 탐색 주행 시 로봇이 물체를 발견하면, 해당 물체의 특징과 위치 정보를 파악하고 물체를 파지하여, 해당 물체 고유의 위치에 해당하는 블록으로 옮겨 정리하도록 되어 있다.The system using the housekeeping robot, in particular, as shown in Fig. 8, partitions the room into several blocks, and attaches a coordinate information-RFID tag having unique coordinate information to each of the plurality of blocks, and to each object. When the robot finds an object during the search driving, the object information-RFID tag is attached with the coordinate information on the unique position of the object and the product information on the characteristics of each object. The object is grasped and moved to a block corresponding to a position unique to the object.
이와 같이 종래의 가사도우미 로봇 시스템은, 기존에 청소만을 행하던 로봇에 비해 로봇이 물체를 인식하고 파지하여 정리 정돈하는 새로운 기능을 수행함으로써 일상 생활에 편리함을 주는 매우 유용한 것이다.As such, the conventional housekeeping robot system is very useful for convenience in daily life by performing a new function of the robot to recognize, grasp, and arrange the object, compared to the robot which has only been cleaned.
그렇다고 하더라도, 이러한 가사도우미 로봇은 주로 바닥에 놓인 물체를 정리 정돈하는 것에 맞추어져 있기 때문에, 바닥 중심에서 테이블이나 식탁과 같은 가구를 주로 사용하는 입식 생활 패턴에서도 유용하게 활용할 수 있도록 그의 사용 범위를 넓힐 필요가 있다.Even so, these housekeeping robots are primarily geared toward arranging objects on the floor, thus extending their range of use in the pattern of eating habits where furniture, such as tables and dining tables, is used in the center of the floor. There is a need.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은, 로봇의 신장을 변화시킬 수 있는 구조를 갖추어, 물체의 위치에 따라 몸체의 높낮이를 조절하여 물체에 대한 로봇 암의 접근을 수월하게 하고 높이가 다른 구역간의 물체의 이동 동작도 쉽게 수행함으로써, 가사 로봇 시스템의 활용 범위를 넓히고 효율을 극대화할 수 있도록 하는 승강 구조를 가지는 가사도우미 로봇을 제공하는 것에 있다.The present invention was developed to meet the above demands, and an object of the present invention is to have a structure that can change the height of the robot, and to adjust the height of the body according to the position of the object of the robot arm relative to the object. It is to provide a domestic helper robot having a lifting structure that facilitates access and easily performs movement of objects between areas with different heights, thereby increasing the utilization range of the domestic robot system and maximizing efficiency.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 승강 구조를 가지는 가사도우미 로봇은, 로봇 암 및 핸드 그립을 이용하여 물체를 파지하여 정리 정돈하는 가사도우미 로봇으로서, 로봇의 하부에 배치되는 베이스; 상기 베이스 상에 탑재되어 로봇의 몸통을 이루며 상단에 로봇 암이 장착되는 리프트 칼럼을 포함하고; 상기 리프트 칼럼은, 상기 베이스 상에 고정되는 고정 칼럼과, 상기 고정 칼럼에 상하방향으로 미끄럼운동 가능하게 결합되고 최상단부에 상기 로봇 암이 장착되는 하나 이상의 부재로 이루어지는 접철 칼럼과, 상기 고정 칼럼 또는 상기 베이스에 회전 가능하게 지지되어 수직으로 설치되는 볼 스크루와, 상기 볼 스크루를 정, 역방향으로 회전 구동하는 구동 모터와, 상기 하나 이상의 접철 칼럼 중 최상단부에 있는 접철 칼럼에 고정되고, 상기 볼 스크루에는 나사결합되어 볼 스크루의 정, 역방향 회전에 의해 볼 스크루를 따라 승강하여 상기 접철 칼럼을 신장 및 수축시키는 볼 너트를 포함한다.In order to achieve the above object, the domestic helper robot having a lifting structure according to an aspect of the present invention is a domestic helper robot that grasps and arranges objects using a robot arm and a hand grip, which is disposed below the robot. Base; A lift column mounted on the base to form a body of the robot and having a robot arm mounted on the top thereof; The lift column includes a fixed column fixed on the base, a folding column including one or more members slidably coupled to the fixed column in a vertical direction, and the robot arm mounted at an upper end thereof, and the fixed column or A ball screw rotatably supported on the base and installed vertically, a drive motor for rotationally driving the ball screw in a forward and reverse direction, and fixed to a fold column at the top of the one or more fold columns; It includes a ball nut is screwed up and down along the ball screw by forward and reverse rotation of the ball screw to expand and contract the fold column.
본 발명의 다른 측면에 따른 가사도우미 로봇은, 로봇 암 및 핸드 그립을 이용하여 물체를 파지하여 정리 정돈하는 가사도우미 로봇으로서, 로봇의 하부에 배치되는 베이스; 상기 베이스 상에 탑재되어 로봇의 몸통을 이루며 상단에 로봇 암이 장착되는 리프트 칼럼을 포함하고; 상기 리프트 칼럼은, 상기 베이스 상에 고정되는 고정 칼럼과, 상기 고정 칼럼에 상하방향의 미끄럼운동에 의해 순차적으로 접철되도록 결합하며 상단부에 상기 로봇 암이 장착되는 제1, 2 접철 칼럼과, 상기 고정 칼럼 또는 상기 베이스에 회전 가능하게 지지되어 수직으로 설치되는 볼 스크루와, 상기 볼 스크루를 정, 역방향으로 회전 구동하는 구동 모터와, 상기 제2 접철 칼럼에 고정되고, 상기 볼 스크루에는 나사결합되어 상기 볼 스크루의 정, 역방향 회전에 의해 제2 접철 칼럼을 상승 또는 하강시켜 상기 고정 칼럼에 대해 상기 제1, 2 접철 칼럼을 신장 및 수축시키는 볼 너트를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a housekeeping robot, comprising: a housekeeping robot for gripping and arranging an object using a robot arm and a hand grip, the base being disposed under the robot; A lift column mounted on the base to form a body of the robot and having a robot arm mounted on the top thereof; The lift column may include a fixed column fixed on the base, first and second folding columns which are coupled to the fixed column in a sequential manner by sliding in up and down directions, and wherein the robot arm is mounted on an upper end thereof. A ball screw rotatably supported in a column or the base and installed vertically, a drive motor for rotating the ball screw in a forward and reverse direction, and fixed to the second folding column, and screwed to the ball screw And a ball nut that expands and contracts the first and second fold columns relative to the fixed column by raising or lowering the second fold column by forward and reverse rotation of the ball screw.
이러한 가사도우미 로봇에 있어서, 상기 볼 스크루의 하단부에는 피동 풀리를 설치하고, 상기 구동 모터의 회전축에는 구동 풀리를 설치하며, 상기 피동 풀리와 구동 풀리를 전동 벨트에 의해 연결한 동력 전달 구조로 구성할 수 있다.In such a housekeeping robot, a driven pulley is installed at a lower end of the ball screw, a drive pulley is installed at a rotation shaft of the drive motor, and a driven transmission structure in which the driven pulley and the drive pulley are connected by an electric belt may be configured. Can be.
또한, 상기 볼 스크루의 단부에는 일정 간격의 구멍들이 형성되어 상기 볼 스크루와 함께 회전하는 타깃 휠과, 로봇 컨트롤러의 통제하에 상기 타깃 휠을 검지하여 볼 스크루의 회전 각도를 센싱하는 포토커플러를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the end of the ball screw is provided with holes having a predetermined interval to rotate with the ball screw and a photocoupler for detecting the rotation angle of the ball screw by detecting the target wheel under the control of the robot controller It is preferable.
본 발명의 가사도우미 로봇에 의하면, 물체의 위치에 따라 리프트 칼럼을 신장 또는 수축시켜 로봇 암은 파지할 물체에 먼저 가깝게 위치시킨 다음, 로봇 암을 미세 조정하여 물체를 파지하게 된다. 이에 따라, 높이가 높은 곳에 위치하는 물체의 정리가 가능해지고, 높은 곳에 위치하는 물체에 최소한의 제어와 최소한의 움직임으로 신속히 도달할 수 있으며, 높낮이가 다른 위치로 물체를 쉽게 옮길 수가 있게 된다.According to the housekeeping robot of the present invention, the lift column is stretched or shrunk according to the position of the object so that the robot arm is first positioned close to the object to be gripped, and then the robot arm is finely adjusted to hold the object. Accordingly, it is possible to organize objects located at high heights, to quickly reach objects located at high heights with minimal control and minimum movement, and to easily move objects to different locations.
따라서, 본 발명의 가사도우미 로봇에 의하면, 물체의 높낮이에 구애받지 않고 쉽게 정리 정돈할 수 있으므로, 테이블이나 식탁과 같은 가구를 주로 사용하는 입식 생활 패턴에서도 매우 유용하게 활용할 수 있는 가사도우미 로봇 시스템을 구현할 수 있다.Therefore, according to the domestic helper robot of the present invention, since it can be easily arranged without regard to the height of the object, it is very useful to use the domestic helper robot system that can be very useful even in the pattern of eating and living mainly using furniture such as a table or a table. Can be implemented.
도 1은 본 발명에 따른 가사도우미 로봇의 하강(수축) 상태를 나타내는 로봇 구조물을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 가사도우미 로봇의 상승(신장) 상태를 나타내는 로봇 구조물을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 로봇 승강 구조를 나타내는 것으로서, 상승 상태에서의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 로봇 승강 구조를 나타내는 것으로서, 하강 상태에서의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇 승강 구조를 칼럼의 내부에서 바라본 것으로서, 상승 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 로봇 승강 구조를 칼럼의 내부에서 바라본 것으로서, 하강 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 승강 구조를 구비하는 로봇 제어의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 가사도우미 로봇의 적용을 위한 실내 구역별 좌표 및 각 구역별 물체의 위치 좌표의 일례를 보여주는 도면이다.1 is a photograph showing a robot structure showing a falling (shrink) state of the domestic helper robot according to the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a robot structure showing a rising (height) state of the domestic helper robot according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of the robot lifting structure according to the present invention in a raised state.
4 is a cross-sectional view of the robot lifting structure according to the present invention in a lowered state.
5 is a view of the robot lifting structure according to the present invention as viewed from the inside of the column, showing a raised state.
Figure 6 is a view showing the robot lifting structure in accordance with the present invention from the inside of the column, the lowered state.
7 is a flowchart showing an example of robot control having a lifting structure according to the present invention.
8 is a view showing an example of the coordinates of the indoor zone and the position coordinates of the object for each zone for the application of the domestic helper robot according to the present invention.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 가사도우미 로봇의 뼈대를 이루는 구조물의 실물 사진이 나타나 있다.1 and 2 is a real picture of the structure forming the skeleton of the housework robot according to the invention.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 가사도우미 로봇(100)은, 구동 바퀴(사진에서는 보이지 않음)를 이용하여 주행이 가능하고, 로봇 암(2) 및 핸드 그립(4)을 이용하여 물체를 파지하여 정리 정돈하는 가사 로봇으로서, 테이블, 식탁, 싱크대, 신발장, 옷장, 바닥 등과 같이 물체가 놓인 높이에 따라 몸통 부분을 상하방향으로 신장 및 수축시켜 쉽게 정리 정돈할 수 있도록 구성된다.As shown in Fig. 1 and Fig. 2, the
즉, 본 발명에 따른 가사도우미 로봇(100)은, 몸체를 상하방향으로 접철 가능한 리프트 칼럼(200)으로 구성하고, 리프트 칼럼(200)의 상단부에 로봇 암(2)을 장착하여, 상기 리프트 칼럼(200)을 상하방향으로 망원경 방식으로 신장 및 수축하는 것에 의해 로봇 암(2)의 높이를 조절할 수 있도록 구성된다.That is, the
이러한 로봇의 승강 구조를 첨부 도면 도 3 내지 도 5를 참조하면서 더욱 구체적으로 설명한다. 이중, 도 5에는 구동 모터를 생략하여 내부 구조를 명확하게 알 수 있도록 하였다.The lifting structure of such a robot will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 5. In FIG. 5, a driving motor is omitted to clearly understand an internal structure.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 로봇의 하부에 배치되는 베이스(110)를 포함하고, 상기 베이스(110) 상에는 상하 방향으로 신축 가능한 리프트 칼럼(200)이 탑재된다. 리프트 칼럼(200)의 상단에는 로봇 암(도시하지 않음)이 장착되어 리프트 칼럼(200)의 상하 방향 신축에 따라 상승 또는 하강하도록 되어 있다.As shown in FIGS. 3 to 6, the present invention includes a
상기 리프트 칼럼(200)은 통(筒) 모양(도면에 도시된 실시예에서는 4각통 모양)으로 이루어지며, 베이스(110) 상에 고정되는 고정 칼럼(210)과, 고정 칼럼(210)에 상하방향으로 미끄럼운동 가능하게 결합되는 접철 칼럼(220a)을 포함한다.The
도면에 도시된 실시예에서, 상기 접철 칼럼(220a)은, 2단계, 즉, 제1 접철 칼럼(220) 및 제2 접철 칼럼(230)으로 이루어져 있다. 그러나 접철 칼럼(220a) 개수에는 어떠한 한정은 없다.In the embodiment shown in the figure, the
접철 칼럼(220a) 중, 제1 접철 칼럼(220)은 고정 칼럼(210)에 상하 방향으로 미끄럼 운동이 가능하도록 결합되고, 제2 접철 칼럼(230)은 제1 접철 칼럼(220)에 상하 방향으로 미끄럼 운동이 가능하도록 결합된다.In the
이러한 접철 칼럼(220a) 중 최상단의 접철 칼럼, 즉, 본 실시예에서는 제2 접철 칼럼(230)에는 로봇 암(도시하지 않음)이 장착되고, 제1, 2 접철 칼럼(220, 230)을 상하 방향으로 접철하는 것에 의해 로봇 암이 상승 또는 하강하게 된다.Among the
상기 접철 칼럼(220a)의 승강 동작을 위하여, 볼 스크루(300)가 상기 고정 칼럼(210) 또는 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 지지된 상태로 설치되고, 볼 스크루(300)를 정, 역방향으로 회전 구동하는 구동 모터(400)가 설치된다. 본 실시예에서, 구동 모터(400)는 브래킷(402)에 의해 고정 칼럼(210)에 지지되어 있다.For the lifting operation of the
또한, 상승시 최상단부에 위치하는 접철 칼럼, 즉 가장 내측에 있는 접철 칼럼인 제2 접철 칼럼(230)의 내측 벽면에는 볼 너트(232)가 일체로 고정되고, 상기 볼 너트(232)는 상기 볼 스크루(300)에 나사결합된다. 따라서 볼 스크루(300)가 정방향 또는 역방향으로 회전하면, 그에 나사 결합되어 있는 볼 너트(232)가 볼 스크루(300)를 따라 상승 또는 하강하게 됨으로써, 제2 접철 칼럼(230)을 상승 또는 하강시켜 접철되도록 하는 것이다.In addition, the
본 실시예에 있어서, 상기 볼 스크루(300)는 접철 칼럼(220a)의 내부 공간에 수직으로 설치되며, 그것의 하단부가 상기 베이스(110)에 베어링(112)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 그것의 상단부는 고정 칼럼(210)으로부터 접철 칼럼(220a)의 내부 공간으로 상향 연장된 지지구(120)에 의해 회전 가능하게 지지된다.In this embodiment, the
지지구(120)의 설치 형태는, 도 5 및 도 6에 잘 나타난 바와 같이, 브래킷(122)을 마련하여, 브래킷(122)의 하단을 고정 칼럼(210)의 내벽이나 베이스(110)에 고정하고, 브래킷(122)의 중간 부분은 제2 접철 칼럼(230)의 내측 상부로 연장한 후, 브래킷(122)의 상단에 상기 지지구(120)를 고정한 형태로 구성할 수 있다. 상기의 지지구(120)는 볼 스크루(300)의 상단을 회전가능한 상태로 지지하여 볼 스크루(300)가 구조적으로 안정된 상태에서 회전하도록 하는 한편, 도 5에 보인 바와 같이, 볼 너트(232)의 상승 방향 이동거리를 제한하는 스토퍼(stopper)의 역할을 하여 볼 너트(232)가 볼 스크루(300)로부터 이탈되지 못하도록 한다.5 and 6, the installation form of the
볼 스크루(300)를 더욱 안정적으로 지지하기 위해, 고정 칼럼(210) 또는 베이스(110)로부터 별도의 지지구(130)를 더 마련할 수 있다. 본 실시예에서 별도의 지지구(130)는 고정 칼럼(210)에 고정되어 볼 스크루(300)의 하단 부분을 회전가능한 상태로 잡아준다.In order to support the
상기 볼 스크루(300)와 구동 모터(400)는 기어 전동 방식과 벨트 구동 방식, 또는 체인 구동 방식으로 연결될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서는, 벨트 구동 방식을 채용하고 있다. 벨트 구동을 위해, 볼 스크루(300)의 하단부에는 피동 풀리(310)가 설치되고, 구동 모터(400)의 회전축에는 구동 풀리(410)가 설치되며, 피동 풀리(310)와 구동 풀리(410)는 전동 벨트(500)에 의해 연결된다.The
한편, 제2 접철 칼럼(230)의 하단 둘레에는 복수의 돌기(234)가 외향 돌출되고, 제1 접철 칼럼(230)에는 상기 돌기(234)가 삽입되는 걸림 홈(224)이 형성된다. 따라서, 제2 접철 칼럼(230)의 상승시 돌기(234)가 걸림 홈(224) 내부를 따라 상승하다가 제2 접철 칼럼(230)의 상승 마지막 시점에 걸림 홈(224)의 상단에 의해 막히게 되며, 그 시점부터 제1 접철 칼럼(220)을 끌고 올라간다.Meanwhile, a plurality of
한편, 리프트 칼럼(200)의 높이를 검출하기 위하여, 상기 볼 스크루(300)의 하단에는 타깃 휠(target wheel)(140)을 설치함과 더불어, 타깃 휠(140)의 회전을 검지하는 포토커플러(photocoupler)(150)를 설치하여, 포토커플러(150)에서 출력되는 정보에 기초하여 정리 정돈할 물체에 대한 리프트 칼럼(200)의 상승 또는 하강 량을 계산하고 제어한다.Meanwhile, in order to detect the height of the
상기 타깃 휠(140)에는 방사상으로 일정 간격을 유지하는 복수의 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있어, 타깃 휠(140)이 회전함에 따라 해당 구멍들에 의해 포토커플러(150)의 발광부와 수광부가 차단되거나 통하게 됨에 따른 신호 파형이 출력된다. 로봇 컨트롤러는 상기한 포토커플러(150)로부터 인가되는 신호 파형에 기초하여 구동 모터(400)를 구동함으로써 리프트 칼럼(200)을 필요한 만큼 상승 또는 하강시킨다.The
이와 같이 이루어진 본 발명의 가사도우미 로봇(100)은, 물체가 높은 곳에 위치할 때, 구동 모터(400)를 상승 방향으로 구동하면, 구동 모터(400)와 전동 벨트(500)로 연결된 볼 스크루(300)가 제자리에서 상승 방향으로 회전한다.The
볼 스크루(300)의 상승 방향 회전에 의해, 그에 나사 결합되어 있는 볼 너트(232)가 상승되고, 그에 따라 볼 너트(232)가 일체로 결합되어 있는 제2 접철 칼럼(230)이 상승하게 되며, 제2 접철 칼럼(230)의 상승에 따라 그의 상단에 장착된 로봇 암이 상승하게 된다.By the upward rotation of the
한편, 제2 접철 칼럼(230)을 더욱 상승시키면, 제2 접철 칼럼(230)의 하단부에 형성된 돌기(234)는 제1 접철 칼럼(220)의 걸림 홈(224)을 따라 상승하다가, 걸림 홈(224)의 상단에 이르러서 제1 접철 칼럼(230)을 밀어 올리게 됨으로써, 제1, 2 접철 칼럼(22, 230)이 모두 신장되어 더 높은 곳에 위치하는 물체도 파지할 수 있게 된다(도 3 및 도 5 참조).Meanwhile, when the
도 3 및 도 5와 같이, 리프트 칼럼(200)이 신장된 상태에서 물체를 파지한 후, 바닥에 내려놓기 위한 동작으로, 구동 모터(400)를 하강 방향으로 구동하면, 구동 모터(400)에 전동 벨트(500)로 연결된 볼 스크루(300)가 제자리에서 하강 방향으로 회전한다.3 and 5, after holding the object in the state in which the
볼 스크루(300)의 하강 방향 회전에 의해, 그에 나사 결합되어 있는 볼 너트(232)는 하강 되고, 그에 따라 볼 너트(232)가 일체로 결합되어 있는 제2 접철 칼럼(230)이 하강하게 되며, 제2 접철 칼럼(230)의 하강에 따라 그의 상단에 장착된 로봇 암도 하강하게 된다.By the downward rotation of the
제2 접철 칼럼(230)을 더욱 하강시키면, 제2 접철 칼럼(230)의 상단부가 제1 접철 칼럼(220)의 상단부를 누르게 됨으로써, 제1, 2 접철 칼럼(220, 230)이 모두 하강된다(도 4 및 도 6 참조).When the
따라서, 본 발명은 물체의 위치에 따라 구동 모터(400)를 구동하고, 그에 의해 리프트 칼럼(200)을 신장 또는 수축시키는 제어를 통해 로봇 암의 위치(높이)를 파지할 물체에 먼저 가깝게 조정한 다음, 로봇 암의 관절을 미세 작동하여 핸드 그립을 물체에 쉽게 접근시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 높이가 높은 곳에 위치하는 물체의 정리가 가능할 뿐만 아니라, 높은 곳에 위치하는 물체에 최소한의 제어와 최소한의 움직임으로 신속히 도달할 수 있으며, 높낮이가 다른 구역으로 쉽게 옮길 수도 있게 된다.Accordingly, the present invention drives the
도 7에는 통해 본 발명에 따른 가사도우미 로봇을 활용한 집안 정리 정돈 과정의 일례를 보여주는 순서도가 도시되어 있다.7 is a flow chart showing an example of the house arrangement process using the housework robot according to the present invention through.
도 7에 도시된 바와 같이, 가사도우미 로봇의 작동이 시작되면, 가사도우미 로봇은 자기 위치 인식을 통해 할당된 지역을 주행하면서 탐색한다. 탐색 도중에 물체 또는 장애물이 탐지되면, 물체 또는 장애물을 인지하며(S21), 미리 입력되어 있는 데이터를 바탕으로 탐지된 것이 물체인지 장애물인지를 판단한다(S22).As shown in FIG. 7, when the operation of the domestic helper robot starts, the domestic helper robot searches for driving while traveling through the allocated area through magnetic position recognition. If an object or obstacle is detected during the search, the object or obstacle is recognized (S21), and it is determined whether the detected object is an object or an obstacle based on data input in advance (S22).
탐지된 것이 물체인 경우에는, 해당 물체의 물체정보-RFID 태그를 판독하여 해당 물체 정보(물체의 종류, 고유 위치, 취급 요령 등)를 파악한 다음(S23), 해당 물체의 현재 위치와 고유 위치(옮겨야 하는 위치)를 판단한다(S24).If the detected object is an object, the object information-RFID tag of the object is read to determine the object information (type of object, unique position, handling tips, etc.) (S23), and the current position and unique position of the object ( The position to be moved) (S24).
해당 물체가 고유 위치를 벗어나 바닥의 특정 구역에 있어, 이를 고유의 위치로 옮겨야 한다면, 로봇 암을 조정하여 물체를 파지하고(S25), 파지한 물체를 고유의 위치로 옮겨 배열하여 정리한다(S26).If the object is located in a specific area of the floor out of the original position, and it must be moved to its own position, the robot arm is adjusted to hold the object (S25), and the gripped object is arranged to be arranged and arranged (S26). ).
만일, 물체가 현재 가구 위나 책상 위와 같이 로봇 암의 현재 위치보다 높은(또는 낮은) 곳에 위치하여 로봇의 몸체를 신장(또는 수축)시켜야 하고, 고유의 위치를 벗어나 있어 물체를 제자리로 옮겨야 한다면, 먼저 포토커플러로부터 입력되는 신호를 판독하면서 구동 모터를 구동하여 리프트 칼럼을 신장(또는 수축)시키는 동작을 수행한다(S27).If an object is located above (or below) the robot arm's current position (such as on a furniture or desk) to extend (or contract) the body of the robot, and out of its original position, the object must be moved back into place. The driving motor is driven while reading the signal input from the photocoupler to expand (or contract) the lift column (S27).
리프트 칼럼을 신장(또는 수축)시켜 로봇 암의 높이를 해당 물체의 높이에 알맞게 조정한 다음에는, 로봇 암을 미세 조정하여 물체를 파지하고(S28), 파지한 물체를 고유의 위치로 옮겨 배열하여 정리한다(S29). 파지한 물체를 고유의 위치로 옮겨 배열할 때에는 필요 시마다 전술한 리프트 칼럼의 상승 및 하강 동작을 수행하면서 수행한다.The height of the robot arm is adjusted to the height of the object by stretching (or contracting) the lift column. Then, the robot arm is finely adjusted to grip the object (S28), and the gripped object is moved to its own position and arranged. To sum up (S29). When the gripped object is transferred to its own position and arranged, the lifting and lowering operations of the lift column are performed as necessary.
한편, 상기 단계(S22)에서, 탐지된 것이 장애물인 경우는, 장애물과의 거리를 측량하고(S30), 최적의 회피 경로를 계산한 다음(S31), 구동 바퀴를 구동하여 장애물을 회피하며(S32), 집안 정리가 끝날 때까지 계속적인 탐지 임무를 수행한다(S33).On the other hand, if the detected object is an obstacle in step S22, the distance to the obstacle is measured (S30), the optimal avoidance path is calculated (S31), and the driving wheel is driven to avoid the obstacle ( S32), performs a continuous detection task until the house is finished (S33).
2 : 로봇 암 4 : 핸드 그립
100 : 가사도우미 로봇 110 : 베이스
112 : 베어링 120, 130 : 지지구
122 : 브래킷 140 : 타켓 휠
150 : 포토커플러 200 : 리프트 칼럼
200a : 접철 칼럼 210 : 고정 칼럼
220 : 제1 접철 칼럼 224 : 걸림 홈
230 : 제2 접철 칼럼 232 : 볼 너트
234 : 돌기 300 : 볼 스크루
310 : 피동 풀리 400 : 구동 모터
402 : 브래킷 410 : 구동 풀리
500 : 전동 벨트2: robot arm 4: hand grip
100: housework robot 110: base
112: bearing 120, 130: support
122: bracket 140: target wheel
150: photocoupler 200: lift column
200a: folding column 210: fixed column
220: first folding column 224: locking groove
230: second folding column 232: ball nut
234: protrusion 300: ball screw
310: driven pulley 400: drive motor
402: bracket 410: driving pulley
500: electric belt
Claims (4)
로봇의 하부에 배치되며 하면에 주행바퀴가 달린 베이스(110)와,
상기 베이스(110) 상에 탑재되어 로봇의 몸통을 이루며 상단에 로봇 암이 장착되는 리프트 칼럼(200)을 포함하고,
상기 리프트 칼럼(200)은,
상기 베이스(110) 상에 고정되는 내부가 빈 통 모양의 고정 칼럼(210)과,
상기 고정 칼럼(210)의 내면에 밀착하여 상하방향의 미끄럼운동에 의해 접철 가능하게 결합되고 최상단부에 상기 로봇 암이 장착되는 접철 칼럼(220a)을 포함하며,
상기 접철 칼럼(220a)의 내부 공간에 수직으로 설치되고, 하단부가 상기 고정 칼럼(210) 또는 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 지지되는 볼 스크루(300)와,
상기 볼 스크루(300)를 정, 역방향으로 회전 구동하며 상기 리프트 칼럼(200)의 내부공간에 배치되어 상기 고정 칼럼(210)의 내측 벽면 또는 상기 베이스(110) 상에 고정 설치되는 구동 모터(400)와,
상기 접철 칼럼(220a)의 내측 벽면에 고정되고, 상기 볼 스크루(300)에는 나사결합되어 볼 스크루(300)의 정, 역방향 회전에 의해 볼 스크루(300)를 따라 상승 또는 하강하여 상기 접철 칼럼(220a)을 상하방향으로 신장 또는 수축시키는 볼 너트(232)와,
상기 고정 칼럼(210)의 내벽 또는 상기 베이스(110) 상에 하단부가 고정되고 상기 접철 칼럼(220a)의 내부공간에서 상기 볼 스크루(300)의 상단까지 연장되는 상태로 배치되는 브래킷(122)과,
상기 브래킷(122)에 설치되어 상기 볼 스크루(300)의 상단을 회전가능하게 지지하면서 상기 볼 너트(232)의 상승방향 이동거리를 제한하는 지지구(120)와,
상기 볼 스크루(300)의 하단부에는 설치되는 피동 풀리(310)와,
상기 구동 모터(400)의 회전축에 설치되는 구동 풀리(410)와,
상기 피동 풀리(310)와 구동 풀리(410)를 연결하는 전동 벨트(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 승강 구조를 가지는 가사도우미 로봇.As a domestic helper robot that moves around the room and grasps and arranges objects using a robot arm and a hand grip,
The base 110 is disposed on the lower portion of the robot and the running wheel on the lower surface,
A lift column 200 mounted on the base 110 to form a torso of a robot and having a robot arm mounted on an upper end thereof;
The lift column 200,
An interior fixed to the base 110 is an empty cylindrical fixed column 210,
It is in close contact with the inner surface of the fixed column 210 includes a folding column (220a) is foldable by the sliding movement in the vertical direction and the robot arm is mounted on the top end,
A ball screw 300 installed vertically in the inner space of the folding column 220a and having a lower end rotatably supported by the fixed column 210 or the base 110;
The driving motor 400 is driven to rotate the ball screw 300 in the forward, reverse direction and is disposed in the inner space of the lift column 200 and fixedly installed on the inner wall surface of the fixed column 210 or the base 110. )Wow,
It is fixed to the inner wall surface of the folding column 220a, is screwed to the ball screw 300 is raised or lowered along the ball screw 300 by the forward, reverse rotation of the ball screw 300 to the folding column ( A ball nut 232 extending or contracting 220a) in a vertical direction;
A bracket 122 having a lower end fixed to an inner wall of the fixing column 210 or the base 110 and extending from an inner space of the folding column 220a to an upper end of the ball screw 300; ,
A supporter 120 installed in the bracket 122 to restrict the upward movement distance of the ball nut 232 while rotatably supporting the upper end of the ball screw 300;
A driven pulley 310 installed at a lower end of the ball screw 300,
A drive pulley 410 installed on a rotation shaft of the drive motor 400;
Housework helper robot having a lifting structure, characterized in that it comprises a driven belt (500) connecting the driven pulley (310) and the driving pulley (410).
로봇의 하부에 배치되며 하면에 주행바퀴가 달린 베이스(110)와,
상기 베이스(110) 상에 탑재되어 로봇의 몸통을 이루며 상단에 로봇 암이 장착되는 리프트 칼럼(200)을 포함하고,
상기 리프트 칼럼(200)은,
상기 베이스(110) 상에 고정되는 내부가 빈 통 모양의 고정 칼럼(210)과,
상기 고정 칼럼(210)의 내부에 상하방향의 미끄럼운동에 의해 순차적으로 접철되도록 결합하며 최상단부에 상기 로봇 암이 장착되는 제1, 2 접철 칼럼(220, 230)과,
상기 제2 접철 칼럼(230)의 내부 공간에 수직으로 설치되고, 하단부가 상기 고정 칼럼(210) 또는 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 지지되는 볼 스크루(300)와,
상기 볼 스크루(300)를 정, 역방향으로 회전 구동하며 상기 리프트 칼럼(200)의 내부공간에 배치되어 상기 고정 칼럼(210)의 내측 벽면 또는 상기 베이스(110) 상에 고정 설치되는 구동 모터(400)와,
상기 제2 접철 칼럼(230)의 내측 벽면에 고정되고, 상기 볼 스크루(300)에는 나사결합되어 볼 스크루(300)의 정, 역방향 회전에 의해 상기 볼 스크루(300)를 따라 상승 또는 하강하여 상기 제1, 2 접철 칼럼(220, 230)을 상하방향으로 신장 또는 수축시키는 볼 너트(232)와,
상기 고정 칼럼(210)의 내벽 또는 상기 베이스(110) 상에 하단부가 고정되고 상기 제2 접철 칼럼(230)의 내부공간에서 상기 볼 스크루(300)의 상단까지 연장되는 상태로 배치되는 브래킷(122)과,
상기 브래킷(122)에 설치되어 상기 볼 스크루(300)의 상단을 회전가능하게 지지하면서 상기 볼 너트(232)의 상승방향 이동거리를 제한하는 지지구(120)와,
상기 볼 스크루(300)의 하단부에는 설치되는 피동 풀리(310)와,
상기 구동 모터(400)의 회전축에 설치되는 구동 풀리(410)와,
상기 피동 풀리(310)와 구동 풀리(410)를 연결하는 전동 벨트(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 승강 구조를 가지는 가사도우미 로봇.As a domestic helper robot that moves around the room and grasps and arranges objects using a robot arm and a hand grip,
The base 110 is disposed on the lower portion of the robot and the running wheel on the lower surface,
A lift column 200 mounted on the base 110 to form a torso of a robot and having a robot arm mounted on an upper end thereof;
The lift column 200,
An interior fixed to the base 110 is an empty cylindrical fixed column 210,
First and second folding columns (220, 230) coupled to the folding column by the sliding motion in the vertical direction in the fixed column (210) and the robot arm mounted at the top end thereof;
A ball screw 300 installed vertically in the inner space of the second folding column 230 and having a lower end rotatably supported by the fixed column 210 or the base 110;
The driving motor 400 is driven to rotate the ball screw 300 in the forward, reverse direction and is disposed in the inner space of the lift column 200 and fixedly installed on the inner wall surface of the fixed column 210 or the base 110. )Wow,
It is fixed to the inner wall surface of the second fold column 230, the ball screw 300 is screwed to the ball screw 300 by the positive and reverse rotation of the ball screw 300 to raise or lower the A ball nut 232 extending or contracting the first and second folding columns 220 and 230 in the vertical direction;
A bracket 122 which is fixed to an inner wall of the fixing column 210 or the base 110 at a lower end thereof and extends from an inner space of the second folding column 230 to an upper end of the ball screw 300. )and,
A supporter 120 installed in the bracket 122 to restrict the upward movement distance of the ball nut 232 while rotatably supporting the upper end of the ball screw 300;
A driven pulley 310 installed at a lower end of the ball screw 300,
A drive pulley 410 installed on a rotation shaft of the drive motor 400;
Housework helper robot having a lifting structure, characterized in that it comprises a driven belt (500) connecting the driven pulley (310) and the driving pulley (410).
상기 볼 스크루(300)의 단부에는 일정 간격의 구멍들이 형성되어 상기 볼 스크루(300)와 함께 회전하는 타깃 휠(140)과,
로봇 컨트롤러의 통제하에 상기 타깃 휠(140)을 검지하여 볼 스크루(300)의 회전 각도를 센싱하는 포토커플러(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 승강 구조를 가지는 가사도우미 로봇.The method according to claim 1 or 2,
Target wheels 140 are formed in the end of the ball screw 300 at a predetermined interval to rotate with the ball screw 300, and
Under the control of the robot controller, the housekeeping robot having a lifting structure, characterized in that it comprises a photocoupler 150 for detecting the rotation angle of the ball screw 300 by detecting the target wheel 140.
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